Im vorliegenden Beitrag wird beschrieben, unter welchen Randbedingungen eine Anwendung von Naturbrandmodellen für die Brandschutzbemessung sinnvoll ist. Es wird ein Überblick über die verschiedenen Nachweismethoden der Eurocode-Brandschutznachweise gegeben und auf ihre bauaufsichtliche Einführung eingegangen. Die Eurocodes sehen neben den aus der DIN 4102-4 bekannten Bemessungstabellen auch vereinfachte und allgemeine Rechenverfahren vor. Mit Letzteren kann das Trag- und Verformungsverhalten von Bauteilen im Brandfall unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Materialeigenschaften und thermischer Dehnungen berechnet werden. Aufgrund der Komplexität und des vergleichsweise großen Aufwands dieser Nachweisverfahren eignen sie sich jedoch besonders für Naturbrandbeanspruchungen. Derartige Nachweise erfordern jedoch eine Abweichung von den bauordnungsrechtlichen Vorschriften und sind nur in Abstimmung mit den Genehmigungsbehörden anwendbar. Anhand eines Beispiels wird die Anwendung eines Naturbrandmodells für die brandschutztechnische Bemessung gezeigt. Es handelt sich um eine ehemalige U-Boot-Halle, die in eine Verkaufsstätte umgenutzt wird und bei der sich infolgedessen die brandschutztechnischen Anforderungen ändern. Das Tragwerk der historischen Stahlkonstruktion sollte sichtbar erhalten bleiben, sodass der Nachweis mithilfe eines Naturbrandmodells geführt wurde. Im Beitrag werden die Randbedingungen, die Anwendungsgrenzen und die Vorgehensweise dargestellt.

Application of performance-based fire safety design - natural fires and their calculation
The present article describes the conditions under which an application of natural fire models is useful for the fire protection assessment. An overview of the various verification methods of the Eurocode fire safety design parts is given and their formal adoption into the various Building Codes is introduced. In addition to the dimensioning tables known from DIN 4102-4, the Eurocodes also provide simplified and general calculation methods. With the latter, the load-bearing and deformation behavior of components in case of a fire can be calculated taking account of temperature-dependent material properties and thermal expansion. However, due to the complexity and the comparatively high outlay of these design methods, they are particularly suitable for natural fires. Such design, however, requires an official application process for deviation from the affected part of the Building Code and is only applicable in consultation with the approval authorities. The application of a natural fire model for the fire safety design is shown using an example. It is a former submarine hall, which is converted into a sales center and in which the fire protection requirements change as a result. Due to the historical steel construction, the visibility of the load-bearing structure should be maintained so that the proof was carried out with the help of the natural fire models. This contribution presents the boundary conditions, the application limits and the corresponding methods.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann zum 65. Geburtstag gewidmet
In DIN EN 1991-1-2:2010 [1] ist aktuell ein vereinfachtes Verfahren enthalten, das die Berechnung von thermischen Einwirkungen von Bauteilen bei lokalen Bränden ermöglicht. Auf der Grundlage der Arbeiten von Heskestad und Hasemi kann für lokale Brände die Berechnung der Temperaturen im Feuer-Plume und des Netto-Wärmestroms im Bereich der brandbeanspruchten Bauteile im Deckenbereich (Ceiling Jet) vorgenommen werden. Das vereinfachte Verfahren wurde durch experimentelle Untersuchungen validiert und hat sich in der Anwendung bewährt. Im Zuge der Novellierung von EN 1991-1-2 Anhang C soll das vorgenannte Verfahren um neue analytische Bemessungsansätze erweitert werden. Der Vorschlag sieht vor, Netto-Wärmeströme von brandbeanspruchten (vertikalen) Bauteilen, die in Bezug auf die Flammenachse des lokalen Brands versetzt angeordnet sind, zu berechnen. Im Rahmen eines DIBt-Forschungsvorhabens [2] wurde die Plausibilität und Anwendbarkeit des erweiterten Bemessungsverfahrens geprüft. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Vereinfachungen und die Anwendung des erweiterten Bemessungsverfahrens für Stahlstützen unter lokaler Brandbeanspruchung gezeigt. Ferner wird eine Validierung anhand von Vergleichsrechnungen zwischen den Ergebnissen des Bemessungsverfahrens, Simulationsergebnissen mit dem CFD-Modell Fire Dynamics Simulator sowie anhand von Messdaten realer Pool- und Holzkrippenbrände vorgenommen.

Simplified design methods for steel columns under localised fire
DIN EN 1991-1-2:2010 [1] currently contains a simplified design method that allows the calculation of thermal effects under localised fires. Based on the work of Heskestad and Hasemi, the temperatures in the fire plume and the net heat flux in the ceiling area (Ceiling Jet) of structural elements under localised fires can be calculated. The design method have been validated by experimental investigations and have proven themselves in application. In the Draft of EN 1991-1-2 Annex C, the mentioned design method are to be extended by new analytical design approach. The new design approach calculates the net heat flux of structural elements (vertical) which are offset to the flame axis of the localised fire. Within the scope of a DIBt research project [2] the plausibility and applicability of the new design approach was tested. In this article the simplifications and the application of the new design approach for steel columns under localised fire are shown. Furthermore, a validation is carried out on the basis of comparative calculations between the results of the new design approach, simulation results with the Fire Dynamics Simulator as well as measurement data of real pool and wood crib fires.

Zum Schutz von Stahlbauteilen vor einer Brandeinwirkung können Brandschutzmaterialien in Form von Brandschutzplatten, Brandschutzputzen oder reaktiven Brandschutzsystemen zur Anwendung kommen. Ihre thermische Schutzwirkung führt zu einer verzögerten Erwärmung des zu schützenden Stahlbauteils und gewährleistet dadurch einen ausreichend langen Feuerwiderstand. Die Brandschutzmaterialien werden i. d. R. anhand von Brandprüfungen nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) ausgelegt und entsprechende Verwendbarkeitsnachweise erstellt. Eine detaillierte Kenntnis der thermischen Materialeigenschaften der Brandschutzmaterialien ist hierfür nicht erforderlich. Die bauaufsichtlich eingeführten Eurocodes ermöglichen neben der Standardbemessung nach der ETK grundsätzlich auch eine leistungsbasierte Bemessung für ein natürliches Brandszenario. Im Gegensatz zur ETK, die von einem schnellen und kontinuierlichen Temperaturanstieg ausgeht, wird bei einem Naturbrandszenario ein realistisches Modell eines Brands (Entwicklungsphase, Vollbrand und Abkühlphase) abgebildet, dessen Verlauf in Abhängigkeit von den vorhandenen Brandlasten, den Ventilationsverhältnissen und der Brandraumgeometrie individuell ist. Die Auslegung der Schutzmaßnahmen für natürliche Brände kann daher nicht auf Grundlage der Standard-Brandprüfungen erfolgen. Für die leistungsbasierte Bemessung brandbeanspruchter geschützter Stahlbauteile ist die temperaturabhängige Formulierung der thermischen Materialkennwerte sowohl für einen Temperaturanstieg als auch eine anschließende Abnahme der Brandbeanspruchung unabdingbar. Bis dato sind die thermischen Materialkennwerte von Brandschutzbekleidungen insbesondere für die Abkühlphase lückenhaft.
In diesem Beitrag werden daher experimentelle Untersuchungen der thermischen Materialkennwerte von Brandschutzplatten, -putzen und reaktiven Brandschutzsystemen für die Aufheiz- und Abkühlphase vorgestellt.

Thermal material properties of fire protection materials for natural fire scenarios
In this paper experimental investigations regarding the thermal behaviour of selected fire protection materials (FPM) for steel elements exposed to natural fires are presented. Material properties, such as specific heat, thermal conductivity and density of FPM, have not been investigated in detail yet, especially for natural fire scenarios with different heating and cooling rates. For this purpose, experimental investigations of material properties of perlite plaster, gypsum fire protection boards and intumescent coatings will be presented. Currently, the determination of the thermal behaviour is based on investigations under the standard fire curve (ISO 834). For this approach, the thermal material properties of the FPM are not required. In addition to the standard fire design, the Eurocodes also enable a performance-based design for a natural fire scenario. In contrast to the standard fire, which assumes a rapid and continuous rise in temperature, a realistic model of a fire (development phase, fully developed fire, cooling phase) is presented. The natural fire curve depends on fire loads, ventilation conditions and room configuration. Therefore, the properties of FPM for natural fires cannot be obtained from the standard fire tests. For the performance-based design of protected steel components under natural fire the temperature-dependent thermal material properties are therefore indispensable.

Ereignisse wie der Brand im Eurotunnel, bei dem über eine Länge von 500 m Betonabplatzungen von bis zu 30 cm Tiefe auftraten, resultierten in der Einführung unterschiedlicher Anforderungen, um das Abplatzen sowohl in Bezug auf die Abplatztiefe als auch die betroffene Fläche auf ein verträgliches Maß zu begrenzen. Im Vergleich zu Bränden im Hochbau ist bei Tunnelbränden mit hohen Aufheizraten der brandbeanspruchten Bauteile zu rechnen. Aus diesem Grund kommt bei der versuchstechnischen Bewertung von Tunnelbauteilen für Eisenbahntunnel in Deutschland die sogenannte EBA-Tunnelbrandkurve zum Einsatz, die anhand von Großversuchen an Eisenbahnwaggons abgeleitet wurde.
Das Tragverhalten von Tunnelbauteilen unter Brandbeanspruchung wurde in den vergangenen Jahren im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben untersucht. Die in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnisse basieren auf einem von der Deutschen Bahn beauftragten Vorhaben zur Untersuchung und Überprüfung von zwei Betonrezepturen sowie dem Nachweis der Standsicherheit der Tunnelinnenschale im Brandfall mithilfe von Großversuchen. Für diese Versuche wurden maßstabsgetreue Tunnelsegmente abgeleitet, die hinsichtlich ihrer Abmessungen, Konstruktion und Bewehrungsführung der maßgebenden Stelle eines real existierenden Eisenbahntunnels entsprachen.
Vor dem Start der Beflammung wurden die Probekörper mithilfe von horizontal und vertikal angeordneten hydraulischen Pressen belastet. Die Prüfkräfte wurden in Vorberechnungen bestimmt und berücksichtigen die gebettete Lagerung der Tunnelinnenschale, den Boden- und Wasserdruck, das Eigengewicht sowie die thermisch induzierten Zwangkräfte aufgrund Brandbeanspruchung. Um weitere Zwangkräfte während des Versuchs zu verhindern, wurde der Probekörper statisch bestimmt gelagert und die Versuchslasten kraftgesteuert eingeleitet.

Experimental study regarding the load and displacement behavior of fire exposed tunnel elements
Incidents like the fire in the Channel Tunnel, where concrete spalling with a depth of 30 cm over a length of 500 m was determined, have led to requirements in limiting the spalling depth and involved zone to local and compatible magnitudes. To account for the high heating rate of tunnel fires, the fire resistance of railway tunnel structures was investigated using the German EBA tunnel fire curve, which was derived from large scale fire tests on railway cars.
The behavior of structural tunnel elements exposed to fire and mechanical loads have been investigated in several research programs during the last years. In this paper, the results of an extensive research program investigating the fire behavior of two concrete mixtures four small- and two large-scale tests are presented. The small-scale tests prior to the main tests were conducted to determine an appropriate concrete mixture for the large-scale tests. For those tests, real-scale tunnel segments representing a design-relevant sector of an existing railway tunnel were used.
During the large-scale tests, the tunnel segment is loaded with horizontal and vertical loads derived from a calculation taking into account the ground pressure, water pressure and dead loads corresponding to the situation of the existing railway tunnel. Additionally, the resulting restraint forces were calculated using the soil stiffness and the EBA tunnel fire curve as fire scenario and induced via hydraulic jacks (force controlled). In order to avoid additional restraint forces during the experiment, thermal strains due to fire exposure were allowed by the statically determined boundary conditions.

Aufgrund gestiegener ästhetischer Anforderungen an Gebäudetragwerke werden vermehrt sehr schlanke Bauteile eingesetzt, wobei die fortschreitende Forschung und Entwicklung in der Betontechnologie es ermöglicht, diese Bauteile auch aus ultrahochfestem Beton (UHPC) auszuführen. Verglichen mit Normalbeton führen die hohen Packungsdichten von UHPC sowie die Zugabe von Stahlfasern zu einer sehr hohen Druckfestigkeit bei gleichzeitig duktilem Verhalten. Aus brandschutztechnischer Sicht ergeben sich aus den Materialeigenschaften und den schlanken Bauteilen allerdings grundsätzliche Nachteile. Eine hohe Packungsdichte führt bei der Verdampfung des physikalisch gebundenen Wassers zu hohen Dampfdrücken und Betonabplatzungen, welche entweder die Bewehrung freilegen oder auch das komplette Bauteil zerstören können. Das für den Brandfall ungünstige Verhältnis von Oberflächen- zu Volumen schlanker Bauteile führt außerdem zu einem schnelleren Durchwärmen und somit zu schnellerem Verlust der Tragfähigkeit.
Im Rahmen des Forschungsprojekts “Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung und Optimierung des Brandverhaltens von ultrahochfestem Beton” des Schwerpunktprogramms 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft wurden zwei repräsentative UHPC-Rezepturen entwickelt, welche durch betontechnologische Maßnahmen und die Beigabe von Polypropylenfasern hinsichtlich des Abplatzens ertüchtigt wurden. Außerdem wurden Untersuchungen zur Bestimmung der thermischen und mechanischen Materialeigenschaften durchgeführt. Als Validierungsgrundlage wurden abschließend vier Stützenversuche durchgeführt. In diesem Beitrag wird die numerische Modellierung des Tragverhaltens von brandbeanspruchten UHPC-Stützen mithilfe eines Finite-Elemente-Modells gezeigt und anhand der Versuchsergebnisse validiert.

Numerical analysis of fire exposed ultra-high performance concrete (UHPC) columns
Due to higher aesthetical requirements for the load bearing structure, an increasing amount of slender components is used. The ongoing research and development in concrete technology yields to the possibility to process this slender components out of ultra-high performance concrete (UHPC). Compared to normal strength concrete, the high packing density and the addition of steel fibres leads to a high compressive strength and ductile behavior. In case of fire protection, these material properties and slender dimensions are disadvantageous, because the high packing density leads to high pore pressure and concrete spalling when the remaining water content is evaporating. The higher surface to volume ratio of slender components additionally leads to higher temperatures and reduced load bearing capacity in case of fire.
During the research project “Theoretical and experimental determination of the high temperature behavior of ultra high performance concrete (UHPC)” of the priority program 1182, funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, two general UHPC mixtures were developed. The prevention of explosive spalling was achived by adding polypropylen fibres. Furthermore, the thermal and mechanical material propertiers were assessed in small-scale experiments. To validate the material properties and check the model capabilities, four large-scale experiments were conducted assessing the load bearing capacity of UHPC columns exposed to fire. In this paper, the numerical modelling of the structural behavior of fire-exposed UHPC-columns with finite element method is depicted. The model is compared with the experimental results.

Urban Tunnelling requires handling of a wide range of ground conditions and multiple challenges generated by work access constraints, settlement sensitive structures, as well as testing socio economic needs such as limitations to noise and dust emissions as well as impact on traffic. Such projects and their bespoke technical solutions come at a price. The realisation of large-scale urban infrastructure projects is often accompanied by intensive discussions about the cost in support of the social need for such projects. This article provides socio-economic reasoning for major urban infrastructure projects and insight in selected technical solutions that are required to realise these projects in urban settings.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Aus dem DIN-Normenausschuss Wasserwesen (NAW), hier Fachbereich Wasserbau (NA 119-02 FB), werden Normen für den konstruktiven Wasserbau kurz dargestellt, die jüngst überarbeitet wurden sowie die sich derzeit in der Überarbeitung befinden. In einem Ausblick werden weitere Normen benannt, die zeitnah überarbeitet werden sollen. Der Fachbereich wird hierzu voraussichtlich in den einschlägigen Fachzeitschriften Aufrufe zur Mitarbeit lancieren.

Standards for structural civil engineering hydraulics
From the Department of Hydraulic Engineering NA 119-02 FB, belonging to the Water Practice Standards Committee (NAW) within the DIN German Institute for Standardization, standards for the hydraulic engineering are presented briefly. There are standards which were recently revised and are currently in the revision. In an outlook some other standards are mentioned which are going to be revised in a timely manner. The department is expected to launch its calls for cooperation in the relevant journals.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Für die Harmonisierung des europäischen Marktes ist es von Bedeutung, die Eigenschaften von Bau- und Dämmstoffen mit möglichst geringen Messunsicherheiten zu ermitteln. Für die Dämmung von betriebstechnischen Anlagen in der Industrie und der technischen Gebäudeausrüstung ist die Wärmeleitfähigkeit für den geplanten Anwendungsbereich in Abhängigkeit von der Temperatur anzugeben. Die eingeführten Prüfmethoden für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit sind jedoch nicht auf die Verhältnisse bei hohen Temperaturen abgestimmt. Mit prEN 15548-1:2006 [4] ist eine technische Spezifikation erarbeitet worden, die den Erfordernissen für diese Messungen eher gerecht wird. Um Dämmstoffe unterschiedlicher Lieferformen vergleichen zu können, muss gewährleistet sein, dass die Messmethoden einerseits etwa gleiche Messunsicherheiten beinhalten; andererseits muss klar sein, welche Einflussgrößen sich durch die unterschiedlichen Messmethoden auswirken. Für bestimmte Produkte ist der Einfluss der Dicke wichtig. Er kann unterschiedliche Ursachen haben, wobei der Artikel insbesondere auf den so genannten “Dickeneffekt” eingeht.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Hochfester Beton erlaubt höhere zulässige Lasten von Hinterschnittdübeln. Allerdings wird das Bruchverhalten durch zunehmende Sprödigkeit charakterisiert.

Verfahren zur Messung und Beobachtung von Rissen in Mauerwerksbauten, die vor allem bei der Verwendung von Mischmauerwerk für Innen- und Aussenwände auftreten. Ursache hierfür sind die unterschiedlichen Kriech- und Schwindeigenschaften der Mauersteine.

Bericht über die Messungen der Steifenkräfte eines mehrlagigen Berliner Verbaus und über Rückschlüsse auf die Erddruckverteilung auf der Rückwand.

Bei der Blower-Door-Messung üblicher Häuser wird der erforderliche Differenzdruck an der Gebäudehülle, anders als oft von Laien erwartet, fast sofort erreicht. Aber bei sehr dichten Gebäuden kann es Minuten dauern, bis sich der Differenzdruck praktisch nicht mehr ändert. Aufgrund von windbedingten Druckschwankungen kann der Messdienstleister nicht ohne weiteres erkennen, wann dieser Zustand erreicht ist. Deshalb wird in diesem Artikel für einen idealisierten Ventilator mit druckunabhängigem, konstantem Volumenstrom hergeleitet, wie sich der Differenzdruck mit der Zeit entwickelt. Die wichtigste Erkenntnis: Den wesentlichsten Einfluss auf die erforderliche Wartezeit hat die Luftwechselrate bei 50 Pa, n50. Die erforderliche Wartezeit ist dazu umgekehrt proportional. Man kann eine einfache Faustformel, die Sieben-Sekunden-Regel, aufstellen: Dividiert man die Zahl 7 durch den Zahlenwert der Luftwechselrate bei 50 Pa (in h-1), erhält man die Wartezeit in Sekunden. Andere Einflussgrößen auf die Wartezeit sind der Strömungsexponent und die Höhe des Ziel-Differenzdrucks.

Duration of the Pressure Build-up for Pressurization Tests of Very Airtight Buildings:
During an airtightness test of a usual house the target indoor-outdoor pressure difference is attained nearly at once. But the behaviour of very airtight buildings is different: it can take some minutes until the pressure difference practically does not vary any more. Because of pressure fluctuations induced by wind the operator is not able to recognise, when this state is achieved. Therefore this article describes the pressure difference as a function of time. An idealised fan with a constant volume flow independent of the pressure difference is assumed. The most important result: the air change rate at 50 Pa, n50, has a major effect on the necessary waiting time. The waiting time is reciprocally proportional to the air change rate at 50 Pa. Divide 7 by the air change rate at 50 Pa (in h-1) to get the necessary waiting time in seconds. Also the air flow exponent and the target pressure difference are affecting the waiting time.

Bei Außenbauteilen in Holzbauweise werden häufig Bahnen als Dampfbremse und Luftdichtheitsbahn eingesetzt. Druckunterschiede zwischen innen und außen können diese Bahnen belasten. Gleichermaßen werden auch die Verklebungen an Überlappungen zwischen den Bahnen belastet. Es stellt sich die Frage, wie groß die Kräfte auf die Verklebungen sind.
In der Literatur findet man für ein Beispiel die Antwort. Dabei wurden mittels einer Berechnung mit finiten Elementen die Kräfte ermittelt. Interessant wäre es nun zu wissen, wie sich eine Änderung der Randbedingungen, z. B. der Windgeschwindigkeit, auf das Ergebnis auswirkt.
Im zweidimensionalen Fall ist eine Berechnung mit finiten Elementen nicht erforderlich. Vielmehr können Lösungen durch ein einfaches iteratives Verfahren mittels Tabellenkalkulation gefunden werden. Falls die Luftdichtungsbahn im unbelasteten Zustand ohne Durchhang und ohne Spannung verlegt ist, lässt sich sogar eine Formel angeben, die direkt die Berechnung der maßgeblichen Kräfte erlaubt.

Calculating the wind-induced forces on airtightness membranes and their seals.
Where external structural elements are made of wood, membranes are often employed as barriers to water vapour and air. Differences between external and internal air pressure may exert load forces on these membranes and also on the bonded overlaps. How can the magnitude of these forces on the seals be established?
For a particular set example answers can be found in the literature. The forces in this examples have been calculated using finite elements. Yet it would be interesting to know how a change in boundary conditions, such as wind speed, impacts on the results.
For two-dimensional analysis, it is not necessary to use finite elements. Instead, results can be calculated using a spreadsheet employing a simple iterative procedure. If the airtightness membrane is laid with no tension or sag, a formula can be input with which to calculate the key forces in operation.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Es wird über die Beanspruchungen von Betonflachdächern durch Temperaturwechsel, Schwinden und Kriechen des Betons und weiterer klimatischer Einflüsse berichtet, die zu Schäden in der das Dach stützenden Mauerwerkskonstruktion führen können. Die Schäden, meist Risse im Putz und Mauerwerk, sind auf die Verformungen der Deckenplatte in horizontaler Richtung zurückzuführen.

Über die Berechnung von Stahlbehältern mit Ringversteifungen. Es handelt sich hier um Druckbehälter, bei welchen der Membranspannungszustand durch die Steifen erheblich gestört wird.

Bauen im Bestand nimmt in der Bauwirtschaft eine immer bedeutendere Rolle ein. Die Erhaltung und die Erneuerung von Bestandsbauten werden zukünftig eine steigende Anzahl zu realisierender Projekte mit sich bringen. Für den Tragwerksplaner ergibt sich eine Vielfalt von Fragestellungen, die es in interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen am Projekt beteiligten Fachplanern zu lösen gilt. Im vorliegenden Aufsatz wird die Generalsanierung des Johann Joseph Fux Konservatoriums in Graz aus der Sichtweise der Tragwerksplanung mit seinen statischkonstruktiven Besonderheiten dargestellt. Die Fertigstellung erfolgte nach einer Bauzeit von einem Jahr im August 2009.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Es wird über den Umbau von zwei Grossbrücken vom Zweibahnverkehr zu einer Richtungsfahrbahn und über das Auswechseln der Tragseile von drei Brücken berichtet. Aus den hierbei gemachten Erfahrungen werden grundsätzliche Überlegungen zum Umbau und zur Unterhaltung von bestehenden Brücken und zur konstruktiven Gestaltung und Berechnung von neuen seilverspannten Brücken entwickelt.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.