Ein analytisches Berechnungsverfahren für Holzrahmen- und Holzmassivbauteile bis zu einer Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten

Ausgangssituation:

Ein gesteigertes ökologisches Bewusstsein verbunden mit den Vorteilen der Holzbauweise und der geforderten Verdichtung im urbanen Raum führen dazu, dass der Holzbau zunehmend für mehrgeschossige Gebäude bis zur Hochhausgrenze nachgefragt wird. Gegenwärtige Entwicklungen im Baurecht, wie z.B. in Baden-Württemberg, Hamburg und Berlin ermöglichen zukünftig die Anwendung brennbarer Baustoffe anstelle von feuerbeständigen Bauteilen und somit den Einsatz des Baustoffes Holz ohne baurechtlich erforderliche Abweichung bis zur Hochhausgrenze. Zum jetzigen Zeitpunkt gibt es keine Nachweismöglichkeit für den Planer auf Basis rechnerischer Methoden die geforderte Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten sowie die Leistungseigenschaft von Bekleidungsmaterialien umfassend nachzuweisen. Einzelbauteile der DIN 4102-4 decken das baupraktisch geforderte Spektrum nicht ausreichend ab und die Rechenverfahren der DIN EN 1995-1-2 –Anhang C und E sind auf eine Beanspruchung von 60 Minuten begrenzt.

Ziel:

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, neue allgemeine Berechnungsansätze, angepasst auf die sich im Wandel befindlichen baurechtlichen Anforderungen bereitzustellen. Diese dienen dem Planer und Ausführenden als Werkzeug für den brandschutztechnischen Bauteilnachweis bis zu einer Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten. Die neuen Nachweismethoden sollen die gegenwärtig vorhandene Lücke zwischen geregelten Nachweismethoden (DIN EN 1995-1-2 oder DIN 4102-4) und baurechtlich gestellten Anforderungen schließen und dem Planer, Ingenieur oder ausführenden Holzbauer eine wirtschaftliche Brandbemessung für die seitens der Praxis geforderten Bauteilaufbauten ermöglichen.

Umsetzung:

Eine Lückenanalyse zeigt die vorhandenen Defizite in der normativen Nachweisführung für geregelte Bauteile auf. Mittels Analyse von Bauteilversuchen und bestehenden Nachweisverfahren kann eine Matrix mit wesentlichen Einflussparametern zur Nachweisführung bis zu einer Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten erstellt werden.    

Numerische Bauteiluntersuchungen mittels der Finiten-Elemente Methode ermöglichen eine thermisch-transiente Untersuchung der verschiedenen Materialien und Bauteilkonfigurationen. Temperaturabhängige Materialparameter sind hier die maßgebende Einflussgröße. Der komplexe Pyrolysevorgang von Holz bzw. Bekleidungs- und Dämmmaterialien erfordert neben einer kritischen Modellwahl eine Validierung der Simulationsergebnisse anhand durchgeführter Brandversuche. Diese Methodik schafft Grundlagen für ein flexibles, analytisch und zugleich einfach handhabbares Verfahren zur Untersuchung unterschiedlicher Bauteilkonfigurationen.