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Sandwichtragwirkung von kerngedämmten Fertigteilwandtafeln unter Brandbeanspruchung

Projektbeschreibung

Projektbeteiligte

Eckdaten

Sandwichtragwirkung von kerngedämmten Fertigteilwandtafeln unter Brandbeanspruchung


Projektnummer
10.08.18.7-17.25
Projektbeginn
06.2017
Projektende
08.2019
Projektstatus
abgeschlossen mit Bericht

Brandversuche an Sandwichwandtafeln // Quelle: TU Kaiserslautern, FB Bauingenieurwesen, Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion

Mehrschichtige vorgefertigte Betonsandwichelemente, gewinnen aufgrund ihrer energetischen Effizienz, ihrer Wirtschaftlichkeit (Vorfertigung, einfache Montage) und der hohen Genauigkeit der Ausführung an Bedeutung in der modernen Bauindustrie. Sie bestehen aus einer Trag- und Vorsatzschicht, die aus Stahlbeton hergestellt wird und einer, aus Dämmung und Verbindungsmitteln bestehenden Kernschicht. Sowohl expandiertes Polystyrol, extrudiertes Polystyrol oder Mineralwolle kommen als Dämmmaterial zum Einsatz. Für die Verbindungsmittel, die die einzelnen Betonschichten koppeln, dienen in Sandwichwänden Kunststoffanker oder Metallflachanker. Brandwände, als wesentlicher Teil des passiven Brandschutzsystems von Gebäuden, sind dazu bestimmt, die Ausbreitung von Feuer und Brandgasen auf andere Gebäude oder Gebäudeabschnitte zu verhindern. In Fällen einer dichten Bebauung, des Anbaus an bestehende Gebäude oder wirtschaftlich bedingter Wechsel der Funktionalität eines Gebäudeabschnitts, ist beim Einsatz von Sandwichwänden deren Funktion als Brandwand nachzuweisen. Die Musterbauordnung fordert, dass Brandwände auch unter zusätzlicher mechanischer Beanspruchung feuerbeständig sind und aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen. Diese Anforderungen werden von den in der Praxis verwendeten Sandwichwänden nicht erfüllt. Grundsätzlich wäre die Einstufung der Sandwichwand als Brandwand wegen den zuvor genannten Vorteilen von großer Bedeutung für die Baupraxis. Derzeit existieren wenige Erkenntnisse zum Brandverhalten von Betonsandwichwänden unter Brandbeanspruchung. Die Berücksichtigung des gemeinsamen Lastabtrags von Kernschicht und gekoppelter Deckschichten unter Brandbeanspruchung öffnet im nächsten Schritt die Möglichkeit einer Reduktion der Tragschalendicke gegenüber den Anforderungen von Eurocode 2. Brennbare Materialien könnten dabei in der Kernschicht gekapselt werden. Die durchgeführten Großbrandversuche haben die Tauglichkeit des Wandaufbaus als Brandwand nachgewiesen und Erkenntnisse über das Verhalten der Vorsatzschale im Brandfall geliefert. Die angestrebte Feuerwiderstandsklasse von REI 120-M wurde in drei Großbrandversuchen bestätigt. Bei der Analyse des Verformungsverhaltens wurde eine starke Abhängigkeit des Tragverhaltens von der vorhandenen Sandwichtragwirkung festgestellt. Die Migration der siedenden Feuchte in der Wand hat sich dabei als maßgebender Wärmeübertragungsmechanismus erwiesen. Insbesondere die Ausbildung der Kernschicht beeinflusst das Tragverhalten der Sandwichwände maßgeblich. Zwecks genauerer Erforschung der Sandwichtragwirkung im Brandfall wurde eine Brandversuchsreihe an Kernschichtausschnitten veranlasst um den Schubtragverhalten und Brandverhalten der herkömmlichen Komponenten (zwei Dämmstoffe und zwei Arten der Verbindungsmittel) unter erhöhten Temperaturen zu untersuchen. Detaillierte, in Kleinbrandversuchen gewonnene Erkenntnisse über das thermische und mechanische Verhalten der herkömmlichen Kernschichtkomponenten, wurden zur Erstellung eines thermischen Modells und eines Klassifizierungskonzeptes für Sandwichwände verwendet. Die Simulationen ermöglichten die Ermittlung des realitätsnahen Temperaturanstiegs zwischen beflammter Schale und Kernschicht unter Berücksichtigung der dämmenden Wirkung der unbeflammten Schichten der Wand. Durch die numerisch ermittelten Temperaturen in Bauteil konnten die temperaturabhängigen Eigenschaften der Kernschicht in das Brandverhalten der Großversuchskörper integriert werden. Die Plausibilität des thermischen Models und der Ergebnisse der Kleinversuche wurde durch Nachrechnung an den charakteristischen Stellen in Großbrandversuchen geprüft. Das vorgeschlagene Klassifizierungskonzept beschreibt, anhand der gewonnenen Erkenntnisse bei den experimentellen Untersuchungen, die Vorgehensweise bei der Ermittlung des Feuerwiderstands einer Sandwichwand. Demnach kann der Feuerwiderstand sowie die Einsetzbarkeit als Brandwand mit Brandversuchen oder auch rechnerisch unter Berücksichtigung des Beitrags von Kernschicht und Vorsatzschale in Funktion der Branddauer ermittelt werden. Denkbar ist die Ermittlung des Feuerwiderstandes auch von Sandwichwänden mit reduzierten Dicken der Betonschalen und deren potenzieller Einsatz als Brandwände.

Projektbeteiligte
Antragsteller/in :

Technische Universität Kaiserslautern; Fachgebiet für Massivbau und Baukonstruktion; Professur für Baukonstruktion und Fertigteilbau
Gottlieb-Daimler-Straße
67663 Kaiserslautern

Federführende/r Forscher/in (alternativ Sprecher/in) :

Technische Universität Kaiserslautern
Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion
AG Baukonstruktion und Fertigteilbau
/AG Experimenteller Massivbau
Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn
apl. Prof. Dr.-Ing. Catherina Thiele
Marcin M. Haffke, M.Sc.Eng.

Paul-Ehrlich-Straße
Gebäude 14, Zimmer 572
67663 Kaiserslautern

Eckdaten
Schlagworte zum Projekt : Brandversuche, Sandwichwände, Brandwände, Sandwichtragwirkung, Sandwichkonstruktion, Fertigteilbau
Einordnung in Zukunft Bau : Forschungsbericht, Forschungsförderung, Verbundmaterialien/ -konstruktionen, Brandschutz, Gebäudehülle
Bundesförderung in EUR : 129.820,00