PROFIS Engineering – Bemessung von Bewehrung im Brandfall

Mit der Integration des PROFIS Engineering Rebar Moduls und des Brandlastfalls war die Bemessung im Brandfall noch nie so einfach und kann nun mit wenigen Klicks gelöst werden. Sie können entweder FP700 wählen und die Brandbemessung aufgrund der extremen Haftfestigkeit des Mörtels im Brandfall (er verhält sich ähnlich wie eingegossener Bewehrungsstahl) komplett auslassen. Wenn Sie jedoch einen Bemessungsbericht wünschen oder einen anderen Mörtel wählen, können Sie Ihre Anwendung entweder auf der Grundlage der Temperatur im Bewehrungsstahl oder der Feuerwiderstandsklasse bemessen.
 
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Die Einwirkung von Feuer auf Betonstrukturen führt zu erheblichen Einbußen bei den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Betons und seiner Verbindungen. Vor diesem Hintergrund muss gesagt werden, dass sich die Widerstandsfähigkeit von nachträglich eingebauten Bewehrungsstäben nicht unbedingt immer wie bei eingegossener Bewehrung verhält. Die Verschlechterung der Verbundeigenschaften von nachträglich eingebauten Bewehrungsstäben im Falle eines Brandes kann die Tragfähigkeit dieser Betonverbindung erheblich beeinträchtigen. Daher muss das Verbundverhalten von nachträglich eingebauten Bewehrungsstäben bei der Bemessung von nachträglich eingebauten Beton-Beton-Verbindungen berücksichtigt werden.
 
Methodik der Brandbemessung - was wird derzeit für eingegossene Bewehrungsstäbe getan?
In den meisten Fällen wird der Feuerwiderstand von Stahlbeton durch Erhöhung der Betondeckung und -dicke gewährleistet. Zum Beispiel empfiehlt EN1992-1-2, Abschnitt 5, für eine massive Flachdecke die folgenden Abmessungen (siehe Tabelle 1)
In der Regel berücksichtigen Ingenieure die in EN 1992-1-2, Abschnitt 5, angegebenen Abmessungen und überprüfen die Brandauslegung unter heißen Bedingungen nicht, es sei denn, es handelt sich um einen sehr speziellen Fall.

Tabelle 1: Feuerwiderstand für verschiedene Plattendicken

Brandbemessungsmethode - Was muss bei nachträglich eingebautem Bewehrungsstahl anders gemacht werden?
 
Zunächst muss man wissen, dass die meisten Mörtel, die für nachträglich eingebaute Bewehrungsanschlüsse geeignet sind, entweder Epoxidmörtel (z. B. RE 500 V4) oder Hybridmörtel (z. B. HY 200-R V3) sind. Diese Mörtel haben - herstellerunabhängig - aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften eine starke Abnahme der Verbundfestigkeit im Brandfall (siehe Abb. 1)
 
Bedeutet das, dass es keine Lösung für die Brandbemessung und den nachträglichen Einbau von Bewehrungsstäben gibt?
 
Nein! Es gibt eigentlich zwei Möglichkeiten:
Option A) Verwenden Sie die Hybrid- oder Epoxidmörtel und erstellen Sie Ihre Entwürfe auf der Grundlage einer größeren Verankerungslänge und Betondeckung oder
 
 

Abb. 1: Auswahl des Brandmusters

 
 
Option B) Verwenden Sie den Hilti HIT-FP 700-R, den einzigen injizierbaren anorganischen Mörtel auf Zementbasis, der die höchsten Feuerwiderstandseigenschaften für nachträglich installierte Bewehrungsanschlüsse bietet. Er hat zementäre und anorganische Eigenschaften, die zu einer stabilen Verschiebung und Leistung bei hohen Temperaturen führen, die mit dem Verhalten von Beton unter Brandeinwirkung vergleichbar ist (siehe Abb. 2).
 

Abb. 2) Vergleich der Haftfestigkeit pro Temperatur für 3 verschiedene Mörtel

Weitere Informationen über die Vorteile von HIT FP 700 finden Sie hier.

PROFIS Engineering - Bewehrungsplanung unter Feuer
 
Allgemein Die Eingaben für einen Heissnachweis  sind die gleichen wie für den Kaltnachweis. Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie auch eine Kaltbemessung durchführen, da die Brandbemessung nicht unbedingt der vorherrschende Lastfall ist.
Beachten Sie außerdem, dass nur die nachträglich eingebrachten Bewehrungsstäbe bemessen werden. Die Bemessung von eingegossenen Bewehrungsstäben ist in PROFIS Engineering nicht möglich. Sie können die eingegossenen Bewehrungsstäbe jedoch frei positionieren und die beste oder die ungünstigste Position für die Bemessung der nachträglich eingebauten Bewehrungsstäbe berücksichtigen.
Um mit der Gestaltung Ihres Feuers zu beginnen, befolgen Sie bitte die folgenden 5 Schritte:

Abb. 3) 5 Schritte für einen allgemeinen Software/Brandschutzentwurf

Wenn Sie weitere Informationen über die Eingabe der Parameter dieser Schritte benötigen, finden Sie hier einen weiteren Artikel über die allgemeine Bewehrungsplanung in PROFIS Engineering.
Beim Start der Brandauslegung schlägt die Software aufgrund des besseren Verhaltens immer den FP 700 Mörtel vor. Es kann jedoch Situationen geben, in denen Sie andere injizierbare Systeme benötigen oder bevorzugen.
Für die FP 700 können Sie Ihre Brandanwendungen nach zwei Ansätzen entwerfen: Entweder durch Eingabe der Branddauerklasse oder durch Definition der Brandtemperatur im Bewehrungsstab.
Für die anderen Mörtel gibt es bestimmte Situationen, in denen eine der "Feuer-Eingangsarten" für Ihre spezifische Anwendung nicht verfügbar ist. PROFIS Engineering wird Sie über Ihre Optionen in der Software informieren.

Abbildung 4) Konstantes vs. nicht konstantes Temperaturprofil

(1) Die Temperatur entlang der Verankerungslänge ist nicht konstant und hängt von der Länge und Dauer der Einwirkung ab. Hier bemisst sich der Anwender nach der Branddauerklasse.
(2) Die Temperatur entlang der Überlappungslänge ist eine Funktion der Betondeckung und der Expositionszeit. Hier kann man nach Branddauer-Klassen bemessen oder muss die Temperatur innerhalb des Bewehrungsstabes kennen.
 
 
PROFIS Engineering - Branddauer Klasse (1)
Für nicht konstante Temperaturprofile greift die Software auf eine umfangreiche Datenbank zurück, die den Zusammenhang zwischen Temperatur und Verankerungslänge simuliert.

Abb. 5: Verhältnis zwischen Temperatur und Verankerungslänge

Als Benutzer definieren Sie den Zeitpunkt des Brandes, die Dauer und basierend auf den anderen Eingaben zuvor haben Sie entweder bereits ein Ergebnis einer Verankerungslänge, oder die Software führt Sie mit Vorschlägen/ Hinweisen/ Fehlermeldungen. Denken Sie daran, dass Sie die "automatische" Bemessung oder die benutzerdefinierte Eingabe nach Ihren persönlichen Vorlieben vornehmen können.

Abb. 6: Verhältnis zwischen Temperatur und Verankerungslänge

PROFIS Engineering berechnet die Verankerungslänge auf der Grundlage einer "Temperaturprofil"-Datenbank.
 
PROFIS Engineering - Eingabe der Temperatur im Bewehrungsstab (2)
Die Dicke des Elements und die Betondeckung sind die wichtigsten Parameter, die die Temperatur des Stahls beeinflussen.
Bitte geben Sie die Branddauer oder eine konstante Temperatur des nachträglich eingebauten Bewehrungsstahls in der oberen und unteren Schicht ein, die entweder auf dem vereinfachten Verfahren oder auf Ihrer Simulation beruht.

Abb. 7: Definition der Brandtemperatur in den Schichten

Exkurs: Wie man die Temperatur im Bewehrungsstab mit der vereinfachten Methode bestimmt
 

Abb. 8: Definition der Brandtemperatur in Bewehrungsstäben mittels vereinfachter Methode

 
Als Ingenieur definieren Sie die Betondeckung und die Expositionszeit mit Hilfe von EC2-1-2 Anhang A.
1.   Wählen Sie die richtige Isotherme aus EC2-1-2 je nach Expositionszeit und Anwendung
2.   Kurvenbasierte Belichtungszeit auswählen
3.   Bestimmen Sie die Temperatur im Betonstahl anhand der gewählten Kurve und der Betondeckung
 

Abb. 9: Definition der Betondeckung bei Ober- und Unterschicht

PROFIS Engineering Design unter Feuer - Temperatur im Bewehrungsstab: Was macht die Software im Hintergrund?
Anhand Ihrer Eingaben, des gewählten Produkts und der Randbedingungen berechnet die Software im Hintergrund einen Reduktionsfaktor.

Abb. 10: Reduktionsfaktoren in Abhängigkeit von der Temperatur des Bewehrungsstahls

Schlussfolgerung
- Bei den entsprechenden Anwendungen und Belastungssituationen müssen Sie sowohl eine "heiße" als auch eine "kalte" Bewehrungsbemessung durchführen, um auf der sicheren Seite zu sein
- Für die Brandbemessung können Sie zwischen verschiedenen Mörteln wählen, die besten Ergebnisse in Bezug auf Verankerungslänge und Branddauer erzielen Sie jedoch mit dem FP 700. Daher empfehlen wir diesen Mörtel dringend für brandrelevante Anwendungen.
- Bei der FP 700 können Sie immer zwischen der Eingabe des Temperaturprofils oder der Widerstandsdauer wählen. Bei den anderen Mörteln hängt es von den geometrischen Grenzen und der Anwendung ab.
 
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