Eurocode 3: Unsicherheiten beim Brandverhalten von Montageschienen

Brandversuche an Montageschienen zeigen signifikante Abweichungen des realen Verformungsverhaltens vom gemäß DIN EN 1993-1-2 errechneten Verhalten der Profile. Die RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung arbeitet an einer neutralen technischen Klärung dieses Problems.

Eurocode 3: Unsicherheiten beim Brandverhalten von Montageschienen
Abb. 1: Dünnwandige Montageschienen vor und nach Abschluss der Brandprüfung (Foto: RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung e. V.)

März 2017 / Von RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung. Montageschienen spielen eine wichtige Rolle im Bereich der Rohrbefestigungssysteme. Die Beurteilung ihres Verhaltens im Brandfall ist von hoher Bedeutung. Gemäß Musterbauordnung (MBO) ist dafür Sorge zu tragen, dass die sichere Nutzung von Fluchtwegen in Gebäuden innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens möglich ist. Die Verlegung von Leitungsanlagen in solch notwendigen Fluren ist nur zulässig, wenn dies weiterhin gewährleistet ist. In der Baupraxis wird das oft durch den Einbau einer brandschutztechnisch wirksamen Unterdecke realisiert. Die Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR) fordert ergänzend, dass hierbei auch die besonderen Anforderungen an die brandsichere Befestigung der im Bereich zwischen den Geschossdecken und den Unterdecken verlegten Leitungen zu beachten sind.

Der vollständige Artikel ist im FeuerTRUTZ Magazin 1.2017 (Januar 2017) erschienen.
Hier finden Sie weitere Informationen zum FeuerTRUTZ Magazin 1.2017

Totalversagen und Verformung

Es sind dabei zwei Szenarien von besonderer Bedeutung: Zum einen dürfen keine Teile der Rohrleitungen oder ihrer Befestigungen herabstürzen, zum anderen müssen die auftretenden Verformungen so gering bleiben, dass darunterliegende Deckenkonstruktionen nicht in ihrer brandschutztechnischen Wirkung beeinträchtigt werden.
Fallen die Rohrbefestigungen im Brandfall herab, entspricht das einem Totalversagen der Bauteile. Dies geschieht, wenn die Tragfähigkeit selbiger überschritten wird. Beim Abreißen eines Bauteils übersteigt dann die innere Spannung die Zugfestigkeit des Werkstoffs. Mit steigender Temperatur nimmt die Zugfestigkeit von Stahl signifikant ab, sodass die Resttragfähigkeit von Rohrschellen oder Montageschienen mit steigender Feuerwiderstandsdauer (30, 60, 90 Min.) erheblich sinkt.
Die Beurteilung der Verformung von Rohrbefestigungen im Brandfall ist komplex. Ein Teil der Verformungen entsteht durch die thermische Längenänderung beim Erwärmen der Bauteile. Hinzu kommen erhebliche Verformungseinflüsse aus den Änderungen der Werkstoffeigenschaften bei steigenden Temperaturen. Der Elastizitätsmodul (E-Modul) sinkt mit steigender Temperatur, sodass sich die elastische Verformung erhöht. Zu diesen reversiblen Verformungsanteilen kommen irreversible hinzu.
Auch die Proportionalitäts- und die Fließgrenze von Stahl fallen mit steigender Temperatur enorm ab. Hierdurch entstehen irreversible (teil-)plastische Verformungen im Bauteil, die immense Ausmaße annehmen können. Zusätzlich besteht bei Stählen auch eine Kriechneigung unter dem Einfluss hoher Temperaturen. All diese Verformungen der Montageschienen unter Brandeinwirkung können zum lokalen Stabilitätsversagen einer entsprechenden Konstruktion führen und müssen entsprechend beurteilt und berücksichtigt werden.
DIN EN 1993-1-2 (Eurocode 3) [1] gilt für den Entwurf, die Berechnung und die Be-messung von Bauwerken aus Stahl. Diese Norm behandelt im Speziellen die Bemessung von Stahlkonstruktionen für die außergewöhnliche Situation einer Brandeinwirkung. Sie enthält zudem Aussagen über die zu erwartenden Werkstoffeigenschaften von Baustählen unter Brandeinwirkung. Dabei werden sogenannte temperaturabhängige Abminderungsfaktoren für Eigenschaften wie z.B. die Proportionalitätsgrenze definiert. Dies – und die allgemeine Akzeptanz – machen diese Norm auch für die Beurteilung von Montageschienen für die Rohrbefestigung unter Brandeinwirkung sehr interessant. Dies gilt insbesondere, da im Anwendungsbereich der DIN EN 1993-1-2 ausdrücklich vermerkt ist, dass die angegebenen Verfahren ebenfalls für kaltgeformte dünnwandige Bauteile gelten – und Montageschienen in der Regel kaltgeformte dünnwandige Bauteile sind. Auf Basis der Norm lassen sich rechnerisch Aussagen über das zu erwartende Spannungs- und Verformungsverhalten von Montageschienen unter Brandeinwirkung ableiten.

Prüfung

Eurocode 3: Unsicherheiten beim Brandverhalten von Montageschienen 2
Abb. 2: An zahlreichen Messpunkten wurden u.a. Temperatur und Verformung ermittelt. (Foto: RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung e. V.)

Die RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung hat aktuell die rechnerischen Aussagen zum Verformungsverhalten von Montageschienen im Rahmen von Branduntersuchungen in einem Großbrandofen bei der MPA Braunschweig überprüft.
Hierbei wurden Montageschienen unterschiedlicher Wandstärke, Bauhöhe, Geometrie und Spannweite von unterschiedlichen Herstellern in einer Brandprüfung mit Brandbeanspruchung analog zur DIN EN 1363-1 [2] untersucht. Die Werkstoffeigenschaften der Prüfkörper wurden vor und nach dem Versuch werkstoffwissenschaftlich bestimmt. Die Auslegung der Versuchspaarungen erfolgte auf Basis von Berechnungen nach DIN EN 1993-1-2 unter Nutzung der realen Werkstoffeigenschaften. Die auftretenden Verformungen und Bauteiltemperaturen wurden mit hoher Genauigkeit elektronisch erfasst. Die RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung hat die Ergebnisse aus den eigenen und den von verschiedenen Herstellern im Vorfeld durchgeführten Branduntersuchungen zur Gesamtbeurteilung herangezogen. […]

RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung:
Als herstellerübergreifendes Kompetenzzentrum arbeitet die RAL Gütegemeinschaft Rohrbefestigung mit verschiedenen europäischen Universitäten, Instituten und Prüfstellen zusammen. Im Rahmen ihrer Grundlagenarbeit werden Themen wie Brandschutz, Schallschutz, Tragfähigkeit und Anwendungssicherheit von Rohrbefestigungen behandelt. Die Erkenntnisse fließen in technische Regelwerke wie z.B. die RAL-GZ 656 und andere Veröffentlichungen ein. Gleichzeitig fungiert die Gütegemeinschaft als neutrale Vergabestelle für die RAL-Gütezeichen "Rohrbefestigung" und "Brandgeprüfte Rohrbefestigung".

Literatur

[1] DIN EN 1993-1-2:2010-12 "Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall"

[2] DIN EN 1363-1:2012-10 "Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen"

Der vollständige Artikel ist in Ausgabe 1.2017 (Januar 2017) des FeuerTRUTZ Magazins erschienen.
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