Grundlagen und Ingenieurmodell für den Nachweis von Holzbauteilen mit Hochleistungsbrandschutzbeschichtungen:
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Braunschweig
Techn. Univ., Inst. für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz
2011
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Schriftenreihe: | Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der Technischen Universität Braunschweig
215 |
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Beschreibung: | Hollmann, Dirk Walter: Grundlagen und Ingenieurmodell für den Nachweis von Holzbauteilen mit Hochleistungsbrandschutzbeschichtungen |
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INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XIII
1 EINLEITUNG 1
1.1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 1
1.2 ABGRENZUNG ZU ANDEREN FORSCHUNGSARBEITEN 2
1.3 VORGEHENSWEISE 3
2 STAND DER ERKENNTNISSE 5
2.1 BRANDSCHUTZKONZEPTE IM HOLZBAU 5
2.1.1 BRANDSCHUTZKONZEPTE NACH VERORDNUNGEN 6
2.1.2 LEISTUNGSORIENTIERTE BRANDSCHUTZKONZEPTE 7
2.2 BRANDVERHALTEN VON HOLZ 8
2.2.1 AUFBAU 8
2.2.2 PYROLYSE 8
2.2.3 ENTZUENDUNGSTEMPERATUR 9
2.2.4 ABBRANDRATE 13
2.3 BRANDSCHUTZTECHNISCHE ERTUECHTIGUNG VON HOLZKONSTRUKTIONEN 16
2.3.1 HOLZWERKSTOFFE 16
2.3.2 BEKLEIDUNGEN AUS NICHTBRENNBAREN BAUSTOFFEN 17
2.3.3 CHEMISCHE BRANDSCHUTZSYSTEME 18
2.3.4 NEUE HOCHLEISTUNGSBRANDSCHUTZBESCHICHTUNGEN AUS DEN
LNNONET-VORHABEN20
2.4 BEMESSUNG VON HOLZKONSTRUKTIONEN 21
2.4.1 VERFAHREN MIT GENAUEN FESTIGKEITEN UND STEIFIGKEITEN 21
2.4.2 VERFAHREN MIT IDEELLEM RESTQUERSCHNITT 22
2.4.3 NICHTLINEARES VEREINFACHTES VERFAHREN 23
2.4.4 VERFAHREN FUER GESCHUETZTE KONSTRUKTIONEN 23
2.4.5 BEMESSUNG MIT GENAUEN VERFAHREN 24
2.4.5.1 THERMISCHE ANALYSE 24
2.4.5.2 MECHANISCHE ANALYSE 27
2.5 ZULASSUNSGRUNDSAETZE FUER HOCHLEISTUNGSBRANDSCHUTZBESCHICHTUNGEN 28
3 BRANDVERHALTEN BESCHICHTETER HOLZBAUTEILE 29
3.1 VERSUCHSMETHODIK 29
3.1.1 VERSUCHSEINRICHTUNGEN 30
3.1.1.1 CONE-KALORIMETER 30
3.1.1.2 SBI-TEST 31
3.1.1.3 FASSADEN-LABORBRANDVERSUCH 32
3.1.1.4 FASSADEN-GROSSBRANDVERSUCH 34
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1013377842
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
3.1.1.5 KLEINBRANDOFEN NACH DIN 4102-8 36
3.1.1.6 BRANDHAEUSER DES IBMB 38
3.1.2 VORGEHENSWEISE 39
3.1.3 BESCHICHTUNGSSYSTEME 40
3.2 PYROLYSEVERHALTEN IM CONE-KALORIMETER 41
3.2.1 UNTERSUCHUNG DES 270 OC-KRITERIUMS 41
3.2.1.1 ABGEDECKTES FICHTENHOLZ 41
3.2.1.2 BESCHICHTETES FICHTENHOLZ 43
3.2.2 ALLGEMEINE UNTERSUCHUNGEN ZUM ZUENDVERHALTEN 44
3.2.3 ALLGEMEINE UNTERSUCHUNGEN ZUR ENERGIEFREISETZUNGSRATE 45
3.2.3.1 REFERENZ UNBESCHICHTETES FICHTENHOLZ 45
3.2.3.2 BESCHICHTETES FICHTENHOLZ 46
3.2.3.3 GESAMTENERGIEFREISETZUNG 47
3.2.4 TEMPERATURPROFILE BESCHICHTETER UND UNBESCHICHTETER PROBEN 48
3.3 BAUSTOFFVERSUCHE 51
3.3.1 BOMBENKALORIMETER 51
3.3.2 SINGLE-BURNING-ITEM-TEST 51
3.4 BRANDVERSUCHE AN FASSADENBEKLEIDUNGEN 54
3.4.1 FASSADEN-LABORBRANDVERSUCHE 54
3.4.2 FASSADEN-GROSSBRANDVERSUCH 55
3.5 BAUTEILVERSUCHE 58
3.5.1 TEMPERATURPROFILE UND ABBRANDRATEN BESCHICHTETER MASSIVHOLZTEILE
58 3.5.1.1 EINDIMENSIONALE BEFLAMMUNG 58
3.5.1.2 MEHRDIMENSIONALE BEFLAMMUNG 60
3.5.2 KONSTRUKTIONSDETAILS BESCHICHTETER KLEINBAUTEILE 63
3.5.2.1 GEFACHBEREICH HOLZTAFELELEMENT 64
3.5.2.2 KABELDOSE 65
3.5.2.3 METALLISCHES ANBAUTEIL 66
3.5.2.4 RAHMENELEMENT 68
3.5.2.5 ROHRDURCHFUEHRUNG 69
3.5.2.6 NAGELPLATTENKONSTRUKTIONEN 72
3.5.3 BRANDVERSUCHE AN NAGELPLATTENKONSTRUKTIONEN 73
3.5.4 KLEINBRANDVERSUCH (1) MIT WAND- UND DECKENELEMENT 76
3.5.5 KLEINBRANDVERSUCH (2) MIT WAND- UND DECKENELEMENT 79
3.5.6 KLEINBRANDVERSUCH (3) MIT RAUCHDICHTEMESSUNG 81
ERFUELLUNG DER SCHUTZZIELE 87
4.1 SCHUTZZIELDEFINITION ENTSPRECHEND DEM AKZEPTIERTEN SICHERHEITSNIVEAU
87
4.1.1 BRANDENSTEHUNGSPHASE 87
4.1.2 VOLLBRANDPHASE 87
4.2 SCHUTZZIELERFUELLUNG MIT HOCHLEISTUNGSBRANDSCHUTZBESCHICHTUNGEN 89
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
4.2.1 BRANDENTSTEHUNGSPHASE 89
4.2.2 THERMISCHE UMSETZUNG IN DER VOLLBRANDPHASE 93
4.2.2.1 INGENIEURMODELL FUER DIE ENERGIEFREISETZUNGRATE 93
4.2.2.2 AUSWIRKUNGEN AUF DEN VERLAUF DES VOLLBRANDES 97
4.2.3 FEUERWIDERSTANDSDAUER UND HOHLRAUMBRAENDE 100
4.2.4 ZUSAMMENFASSUG 100
4.3 ENTWICKLUNG EINES TEMPERATURKRITERIUMS FUER DIE ZULASSUNGSPRUEFUNG 101
4.3.1 ENTZUENDUNGSTEMPERATUR UNTER GLUTBRANDBEDINGUNGEN 102
4.3.2 ERWEITERUNG DES TEMPERATURKRITERIUMS NACH DIN EN 13501-2 107
4.4 ZULASSUNGSPRUEFUNGEN 109
4.4.1 ALLGEMEINES PRUEFKONZEPT 109
4.4.2 ENTZUENDUNGSSCHUTZ 110
4.4.2.1 TRAEGERPLATTE 110
4.4.2.2 EINBAUSITUATIONEN 111
4.4.2.3 DURCHFUEHRUNG 111
4.4.2.4 OBERER UND UNTERER GRENZWERT DER SCHICHTDICKE 112
4.4.2.5 PRUEFKRITERIEN 112
4.5 EINORDNUNG DES ENTZUENDUNGSSCHUTZES IN DIE DEUTSCHE
BRANDSCHUTZPHILOSOPHIE... 113
GRUNDLAGEN DER THERMISCHEN ANALYSE 114
5.1 NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN 114
5.1.1 VALIDIERUNG DER RECHENPROGRAMME 115
5.1.2 GITTERSTUDIE 115
5.2 THERMISCHE MATERIALKENNWERTE FUER LANGSAM ERWAERMTES HOLZ 116
5.3 WAERMELEITUNG IN DAEMMSCHICHTBILDNERN 118
5.3.1 ENERGETISCHES MODELL 118
5.3.2 THEORIE DER WAERMELEITUNG POROESER MEDIEN 120
5.3.3 PARAMETERSTUDIE FUER DIE AEQUIVALENTE WAERMELEITFAEHIGKEIT 125
5.4 THERMISCHE MATERIALKENNWERTE DER HLB 128
5.4.1 MODELL FUER DEN ROHDICHTEVERLAUF 128
5.4.1.1 SUBMODELL FUER DEN SCHAUMFAKTOR 131
5.4.2 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET MITTELS DSC 132
5.4.3 TEMPERTATURLEITFAEHIGKEIT MITTELS TPS 133
5.4.3.1 MESSPRINZIP 133
5.4.3.2 MATERIALKENNWERTE DER UNREAGIERTEN BESCHICHTUNG 135 5.4.3.3
MATERIALKENNWERTE DES SCHAUMES 135
5.4.3.4 GUELTIGKEITSBEREICH DERTPS-MESSUNGEN FUER DIE WAERMELEITFAEHIGKEIT.
138 5.4.4 BERECHNUNG DER WAERMELEITFAEHIGKEIT AUS BRANDVERSUCHEN 140
5.4.5 ZUSTAND DES ABGESCHLOSSENEN PORENBILDES 142
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
5.5 WAERMELEITWIDERSTAND 143
5.5.1 STATIONAERES MODELL 143
5.5.2 INSTATIONAERES MODELL 144
5.5.3 KONSEQUENZEN FUER DIE CHEMISCHE ENTWICKLUNG 145
6 DETERMINISTISCHES BEMESSUNGSMODELL FUER TRAGFAEHIGKEIT UND
ENTZUENDUNGSSCHUTZ 147
6.1 BEMESSUNGSPRINZIP 147
6.1.1 NORMIERTES VERFAHREN MIT IDEELLEM RESTQUERSCHNITT 147 6.1.2
ERWEITERUNG FUER BESCHICHTETE HOLZBAUTEILE 150
6.1.3 DISKUSSION ALTERNATIVER LOESUNGSANSAETZE 150
6.2 STANDARDISIERTES MODELL FUER DIE THERMISCHE ANALYSE 152
6.2.1 PROBLEMSTELLUNG 152
6.2.2 KLASSIFIZIERUNGSVERSUCHE 152
6.2.3 RECHENMODELL 154
6.2.3.1 EINDIMENSIONALER WAERMEEINTRAG 154
6.2.3.2 MODELLIERUNG DER ECKE 156
6.3 PARAMETERSTUDIE 157
6.3.1 MATRIX 157
6.3.2 ERSTE ERKENNTNISSE 158
6.4 BEMESSUNG DES ENTZUENDUNGSSCHUTZES 159
6.4.1 BEMESSUNGSPRINZIP 159
6.4.2 MODELL FUER IWHU/A 160
6.5 BEMESSUNG DER TRAGFAEHIGKEIT MIT IDEELLEN QUERSCHNITTSWERTEN 162
6.5.1 REALE ABBRANDTIEFE DCHAR 163
6.5.2 IDEELLE ABBRANDTIEFE D 0 167
6.5.2.1 FESTIGKEITEN UND STEIFIGKEITEN UNTER TEMPERATUREINWIRKUNG 168
6.5.2.2 MODELLE FUER DO 170
6.5.2.3 PLAUSIBIUETAETSPRUEFUNG 173
6.5.2.4 VERGLEICH MIT NORMVERFAHREN 174
6.5.2.5 DREISEITIGE BEFLAMMUNG 175
6.6 ANWENDUNG 176
6.6.1 ZUGSTAEBE 177
6.6.2 BALKEN 178
6.6.3 PENDELSTUETZEN 179
6.6.4 SCHLUSSFOLGERUNGEN 181
7 SICHERHEITSKONZEPT FUER TRAGFAEHIGKEIT UND ENTZUENDUNGSSCHUTZ 183
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
7.1 STOCHASTISCHE MODELLE 184
7.1.1 MODELLE DER WIDERSTANDSSEITE 184
7.1.1.1 HOLZFESTIGKEIT UND -STEIFIGKEIT 184
7.1.1.2 TROCKENSCHICHTDICKE DER HLB 185
7.1.1.3 SCHUTZDAUER DER HLB 187
7.1.2 MODELLE DER EINWIRKUNGSSEITE 188
7.1.2.1 STAENDIGE UND VERAENDERLICHE EINWIRKUNGEN 188
7.1.2.2 BRANDRAUMTEMPERATUR 188
7.1.2.3 ABBRANDRATE 189
7.1.3 MODELLUNSICHERHEITEN 190
7.2 ERFORDERLICHE ZUVERLAESSIGKEIT VON BAUTEILEN IM BRANDFALL 191
7.2.1 NACHWEISMETHODEN 191
7.2.2 ZUVERLAESSIGKEIT IM NATURBRANDMODELL 192
7.2.3 ZUVERLAESSIGKEIT IM ETK-MODELL 194
7.2.3.1 VERSUCH 194
7.2.3.2 NORMIERTE RECHENVERFAHREN 195
7.2.4 DEFINITION DER ZIELVERSAGENSWAHRSCHEINLICHKEIT BESCHICHTETER
HOLZBAUTEILE. 198
7.3 UNTERSUCHUNG BESCHICHTETER BAUTEILE 199
7.3.1 BALKEN 201
7.3.2 STUETZEN 204
7.4 ABLEITUNG DES SICHERHEITSFORMATS FUER DIE TRAGFAEHIGKEIT 205
7.4.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE 205
7.4.2 TEILSICHERHEITSBEIWERT FUER HLB 206
7.5 ANSATZ DES ENTZUENDUNGSSCHUTZES IN LEISTUNGSORIENTIERTEN KONZEPTEN
210
7.5.1 FESTLEGUNG DES SCHUTZZIELS AM BEISPIEL DER VERSAMMLUNGSSTAETTE 210
7.5.2 FORMULIERUNG DES GRENZZUSTANDES 211
7.5.3 HERLEITUNG EINES SICHERHEITSFORMATS 213
BRANDSCHUTZGERECHTES KONSTRUIEREN 217
8.1 FLAECHENBAUTEILE 217
8.1.1 PROBLEMPUNKT AUSSENECKEN 217
8.1.2 INNENECKE MIT VERSCHIEDENEN BAUSTOFFEN 218
8.1.3 RAUCHDICHTIGKEIT 219
8.1.4 TUERANSCHLUESSE 219
8.1.5 KONSOLLASTEN 220
8.2 INSTALLATIONEN 220
8.2.1 ELEKTRISCHE LEITUNGEN INNNERHALB DER BAUTEILE 220
8.2.2 VORWANDEBENE 220
8.2.3 ROHRDURCHFUEHRUNGEN 221
IMAGE 6
INHALTSVERZEICHNIS
8.3 FEUERWIDERSTANDSDAUER (R-KRITERIUM) 222
8.3.1 STABFOERMIGE TRAGGLIEDER 222
8.3.2 NAGELPLATTENBINDER 222
8.3.2.1 KONSTRUKTION UND BESCHICHTUNGSSYSTEM 222
8.3.2.2 STEIFIGKEITSVERHALTEN 224
8.4 FASSADEN 226
8.5 VORBEHANDLUNG DER OBERFLAECHEN 227
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 228
9.1 ZUSAMMENFASSUNG 228
9.2 AUSBLICK 230
LITERATUR 231
ANHANG 247
A1 ERGEBNISSE VON VERSUCHEN IM CONE-KALORIMETER 247
A2 VERGLEICH DER TEMPERATURPROFILE AUS VERSUCHEN UND NACHRECHNUNG 255 A3
TGA UND DSC - MESSUNGEN 261
A4 THERMISCHE MATERIALKENNWERTE AUS RUECKRECHNUNG DER KLEINBRANDVERSUCHE
263 A5 RECHENWERTE DER THERMISCHEN MATERIALKENNWERTE FUER STANDARDISIERTE
THERMISCHE ANALYSE 267
A6 NACHWEIS- UND GRENZZUSTANDSGLEICHUNGEN 269
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