Laut Bauordnung müssen bestimmte Gebäudeteile über einen gewissen Mindestzeitraum einem Feuer widerstehen. Stahl spielt als Baustoff eine immer wichtigere Rolle. Er wird ohne Prüfungen als nichtbrennbar eingestuft, jedoch verliert Stahl einen erheblichen Anteil seiner Tragfähigkeit, wenn er eine Temperatur von ungefähr 500 bis 600 °C erreicht.
Stahlbauten werden gemäß Eurocode 3 (EN 1993-1-2) bemessen. Die Auslegung der Brandschutzmaßnahmen sollte auf der Grundlage von statischen Berechnungen erfolgen. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren zählt die kritische Temperatur jedes Elements im Stahltragwerk. Die kritische Temperatur kann je nach statischer Berechnung bei 350 bis 750 °C liegen. Je nach Brandszenario können Temperaturen über 350 °C oder sogar 500 °C innerhalb weniger Minuten erreicht werden, weshalb ein Brandschutz unbedingt erforderlich ist. Der erforderliche Umfang des Brandschutzes bei Stahltragwerken ist von einigen Faktoren abhängig.
Der Feuerwiderstand wird bei tragenden Bauteilen mit dem Buchstaben R angegeben. Daher sind Stahltragwerke mit R zu kennzeichnen. Er wird häufig in Kombination von Brandschutzsystemen erzielt. Das Brandschutzsystem muss gemäß Normenreihe EN 13381 von einer notifizierten Stelle geprüft werden. Die Ergebnisse der Normprüfungen dienen zur Ausstellung eines Klassifizierungs- oder Beurteilungsberichts gemäß EN 13501-2. Teil der Beurteilung sind Bemessungstabellen, welche die erforderliche Dicke des Brandschutzmaterials auflisten. Um die richtige Dicke des Materials zu ermitteln, werden die folgenden Ausgangsdaten benötigt:
Die Feuerwiderstandsklasse der Konstruktion muss im Projekt spezifiziert werden. HINWEIS: Angaben zu Feuerwiderstandsklasse und Bemessungstemperatur sind entscheidend für eine korrekte Bemessung der Stahlbauteile!
Im Rahmen von Feuerwiderstandsprüfungen können Bauteile verschiedenen Temperaturzeitkurven, die auch als Brandkurven bezeichnet werden, ausgesetzt werden. Am häufigsten anzutreffen ist die Normbrandkurve (Einheits-Temperaturzeitkurve gemäß EN 1363-1 bzw. ISO 834), die für die meisten Bauwerke gilt. Alle Angaben in diesem Bemessungsleitfaden gelten für die Einheits-Temperaturzeitkurve. Es gibt jedoch auch andere Brandkurven, wie die Hydrocarbon-Kurve (HC) für petrochemische Anwendungen oder die Rijkswaterstaat-Kurve (RWS) und die modifizierte Hydrocarbon-Kurve (HCM) für Tunnel.
Mit steigender Temperatur verringert sich die Stahlfestigkeit; bei Brandbeanspruchung sinkt sie so stark, dass keine Lasten mehr getragen werden können, folglich versagt das Tragwerk. Je höher die Belastung des Stahlbauteils ist, desto geringer ist die Versagenstemperatur. Diese Versagenstemperatur wird als kritische Stahltemperatur bezeichnet. Die kritische Stahltemperatur für das jeweilige Element wird mittels statischer Konstruktionsberechnungen gemäß Eurocode 3 (EN 1993-1-2) ermittelt. Diese kritische Stahltemperatur dient als Bemessungstemperatur für die Bestimmung der Dicke des Brandschutzmaterials.
Eine niedrigere Bemessungstemperatur stellt höhere Ansprüche und erfordert eine größere Dicke des Brandschutzmaterials. Die Bemessungstabellen enthalten daher Dicken für Bemessungstemperaturen von 350 bis 750 °C. Lesen Sie dazu mehr in „Stellungnahme zur Bemessung der kritischen Temperatur“ vom Institut für Stahlbau an der Graz University of Technology.
Die Ausgangsdaten bilden die Grundlage für die Berechnung des Profilfaktors Ap/V für das jeweilige Bauteil und bestimmen die Dicke des Brandschutzmaterials. Die geometrische Form des Stahlelements hat einen großen Einfluss auf sein Verhalten im Brandfall. Stahlprofile lassen sich in zwei Gruppen einteilen:
Die Teile eines Stahltragwerks sind meistens von drei oder vier Seiten dem Feuer ausgesetzt. Wenn zum Beispiel ein Stahlträger von oben durch eine Betondecke geschützt ist, ist er dem Feuer von drei Seiten ausgesetzt. Einige Bauteile sind dem Feuer aufgrund der baulichen Gegebenheiten nur teilweise ausgesetzt, entweder von ein, zwei oder drei Seiten (wenn angenommen wird, dass z. B. der Feuerwiderstand der Wand oder Decke mindestens der geforderten Klasse entspricht). Je größer die dem Feuer ausgesetzte Oberfläche ist, desto schneller erfolgt eine Erwärmung des Stahlbauteils. Diese physische Abhängigkeit wird bei der Berechnung des Profilfaktors Ap/V berücksichtigt.
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