Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bewertung des Feuerwiderstandes von Stahlkonstruktionen mit reaktiven Brandschutzsystemen unter Berücksichtigung des Alterungsverhaltens

Reaktive Brandschutzsysteme (RBS) werden im baulichen Brandschutz dazu eingesetzt, um die Feuerwiderstandsdauer von Stahlbauteilen zu erhöhen. Die Verwendung von RBS wird in Deutschland auf der Grundlage von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ) bzw. Europäisch Technischen Bewertungen (ETB) geregelt. Prüfregularien zur Erlangung einer abZ bzw. ETB sind in den Zulassungsgrundsätzen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) bzw. in der ETAG 018-2 geregelt.

Um die Funktionsfähigkeit von RBS über lange Zeiträume sicherzustellen, werden Anforderungen an die Dauerhaftigkeit gestellt. Bisher etablierte Bewertungsmethoden zielen auf den Nachweis der Dauerhaftigkeit von mindestens 10 Jahren ab. Für die Bewertung der Langzeitstabilität von RBS fehlt es derzeit an einem physikochemischen Modell zur Beschreibung der Abbaukinetik von Einzelbestandteilen der RBS sowie an einer Degradationsbeschreibung der Brandschutzeigenschaften. Im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens soll anhand von zwei Modellrezepturen untersucht werden, inwieweit im Labor durchgeführte Kurzzeit-Bewitterungsversuche und die dort zugrunde gelegten Bedingungen dazu geeignet sind, um eine Mindestlebensdauer größer 10 Jahre am Bauwerk eingesetzter RBS zu bewerten. Ferner sollen von den Antragstellern entwickelte Simulationsmethoden um den Aspekt der Alterung erweitert werden, um die Feuerwiderstandsdauer von Stahlbauteilen mit einem gealterten RBS im Brandfall zu prognostizieren. Darüber hinaus werden Empfehlungen zur Gestaltung eines Prüf- und Bewertungskonzeptes für den Nachweis der Alterungsbeständigkeit von RBS für einen Zeitraum von mehr als 10 Jahren erarbeitet. Hierdurch wird die Wettbewerbsfähigkeit der Stahlbauweise mit RBS gegenüber anderen Bauweisen gesteigert und die Planungssicherheit aufgrund der entwickelten Berechnungsmethoden erhöht. Hiervon profitieren kleine und mittelständische Planungs-, Prüf- u. Ingenieurbüros sowie ausführende Stahlbauunternehmen und Produkthersteller.

Ergebniszusammenfassung:

Aus der Analyse der Kurz- und Langzeitversuche der Zulassungsprüfungen konnten Ansätze der Optimierung der Dokumentation der Versuche abgeleitet werden. Anhand der derzeitigen Dokumentation in den Prüfberichten ist die Bewertung der Alterung von RBS erschwert. Als Ergebnis dieses Forschungsprojektes wurden Vorschläge zur Optimierung der Dokumentation definiert. Diese können von den durchführenden Material- und Prüfinstitutionen oder den Produktherstellern aufgegriffen werden. Durch die optimierte Dokumentation kann eine anschließende verbesserte Analyse des Alterungsverhaltens von RBS mittels durchgeführter Versuche ermöglicht werden.

In den numerischen Untersuchungen wurden Ansätze entwickelt, wie eine Heißbemessung von Stahlbauteilen auch bei einem gealterten RBS erreicht werden kann. Die Materialkennwerte, die in diesem Projekt für zwei Richtrezepturen abgeleitet wurden, sind produktspezifisch und nicht ohne weiteres übertragbar. Nichtsdestotrotz wurden Ansätze abgeleitet, mit denen eine Bewertung von gealterten RBS auf Stahlbauteilen möglich ist. Sind der Ausgangszustand sowie die Materialkennwerte der bewitterten, zu bewertenden Probe bekannt, können thermische Analysen durchgeführt und die Tragstruktur unter Anwendung von Brandschutzingenieurmethoden analysiert werden. Zudem werden in dem Forschungsprojekt geeignete Vorgehensweisen zur Bestimmung der erforderlichen thermischen Materialkennwerte, die von KMUs genutzt werden können, geliefert.

Aus den erzielten Erkenntnissen der Literaturrecherche sowie insbesondere der Vielzahl an durchgeführten experimentellen Untersuchungen konnte ein Ansatz für ein Prüfkonzept, mit dem eine Nutzungsdauer von mehr als 10 Jahren von RBS nachgewiesen werden kann, abgeleitet werden. Dieser Ansatz kann nun von den entsprechenden Gremien aufgenommen werden. Durch den Nachweis einer verlängerten Nutzungsdauer von RBS wird die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte und damit auch des Stahlbaus verbessert.