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4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18...
Scheuermann, Praxishandbuch Brandschutz, 2016
Autor: Scheuermann
Titel: Praxishandbuch Brandschutz
Herausgeber: Scheuermann
Auflage: 2016
Autor: Scheuermann
Abschnitt: 4 Baulicher Brandschutz im Industriebau
 

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-11

Einführung

Gebäude mit gewerblich-industrieller Nutzung sind entsprechend der Musterbauordnung (MBO) /1/ und seit 1997 nach allen Landesbauordnungen bauordnungsrechtlich bauliche Anlagen und Räume besonderer Art oder Nutzung. An derartige bauliche Anlagen können zur Verwirklichung der Grundanforderung, dass die öffentliche Sicherheit oder Ordnung, insbesondere Leben, Gesundheit oder die natürlichen Lebensgrundlagen, nicht gefährdet werden, besondere Anforderungen gestellt oder Erleichterungen von den materiellen Vorschriften der Landesbauordnungen gestattet werden (vgl. § 51 MBO).

Diese allgemeine Aussage muss vor dem Hintergrund der Tatsache gesehen werden, dass die materiellen brandschutztechnischen Anforderungen an ein Gebäude nach den Landesbauordnungen sich im engeren Sinn auf die Nutzungsarten Wohnen und vergleichbare Nutzungen beziehen. Für gewerblich-industrielle Nutzungen ist es in vielen Fällen weder notwendig noch sinnvoll, die Anforderungen der Landesbauordnungen schematisch zu übertragen. Es gilt vielmehr, zur Wahrung allgemeiner Schutzziele nach § 17 Abs. 1 MBO den spezifischen Belangen einer industriellen Nutzung in jedem Einzelfall angemessen Rechnung zu tragen. Hier greifen die Bestimmungen der Muster-Richtlinie über den baulichen Brandschutz im Industriebau /2/.

Die Abbildung 1 gibt einen Überblick zur Gesamtheit der bauordnungsrechtlichen Regelungen zum baulichen Brandschutz; sie zeigt auch die Einordnung der Industriebaurichtlinie (IndBauRL) in das System der bauaufsichtlichen Richtlinien und Verordnungen der Länder zu Gebäuden und Räumen besonderer Art oder Nutzung und die Verbindung zu den Regelungsinhalten der DIN 18230-1: Baulicher Brandschutz im Industriebau, Teil 1 (DIN 18230-1: 2010, s. Kap. 9) /3/.

Die Industriebaurichtlinie ist bauaufsichtlich eingeführt und beispielsweise als Anhang zur Verwaltungsvorschrift des Sächsischen Bauordnungsrechts /4/ in Bezug genommen. Die Gesamtheit der bauordnungsrechtlichen Vorschriften im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen zum baulichen Brandschutz:

  1. a)

    Erfüllung der materiellen Vorschriften z.B. der Sächsischen Bauordnung (SächsBo) an die Bauteile nach §§ 25 bis 30

  2. b)

    Vereinfachte Nachweisführung nach Ziffer 1.2 und 5 bis 9 IndBauRL

  3. c)

    Vollinhaltliche Nachweisführung nach IndBauRL in Verbindung mit DIN 18230-1 und DIN 18233-2

    4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 2 – 01.05.2012 >>
  4. d)

    Nachweisführung entsprechend dem Stand von Wissenschaft und Technik bzw. der Nutzung von Ingenieurmethoden auf dem Gebiet der Brandsicherheit im Sinne von Ziffer 2.3 des Grundlagendokumentes Nr. 2 Brandschutz der Europäischen Gemeinschaft /5/.

Abb. 1: Überblick der bauordnungsrechtlichen Regelungen zum baulichen Brandschutz

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 3 – 01.05.2012 << >>

Die Methoden nach a) und b) sind in aller Regel einfach praktisch handhabbar, sie führen zu ähnlichen Ergebnissen; sie stoßen jedoch auf enge Grenzen.

Die Methoden führen bei richtiger Anwendung zu einem ganzheitlichen Brandschutzkonzept, spezifisch zugeschnitten auf die Nutzung, Kubatur, Bauart des Vorhabens und unter Berücksichtigung der tatsächlich vorhandenen brandschutztechnischen Infrastruktur.

Grundkonzept

Zur Veranschaulichung sei zunächst vereinfachend folgende Grundthese getroffen:

Ein Gebäude mit n = 4 Geschossen wird nach den Anforderungen zum baulichen Brandschutz gem. § 17 Abs. 4, §§ 31, 32 und 33 MBO und zur Gewährleistung der Brandbekämpfung gem. §§ 4, 5 und 39 Abs. 1 MBO projektiert. Werden gleichzeitig die tragenden Bauteile dieses Gebäudes in der Feuerwiderstandsklasse F 90 nach DIN 4102 errichtet und wird eine Brandabschnittsfläche von 1.600 m2 eingehalten, so gibt es bauordnungsrechtlich für diesen Brandabschnitt (Gebäude) keine Begrenzung für die Brandbelastung qR als Kenngröße für die bewertete theoretisch bei einer Verbrennung pro m2 Brandabschnitt frei werdende Wärmemenge (entsprechend den brennbaren Einrichtungen, Betriebs- und Lagerstoffen sowie allen brennbaren Baustoffen der Bauteile). Hieraus ergibt sich bei Ansatz einer endlich großen repräsentativen Brandbelastung ein bestimmtes und in aller Regel tolerierbares Risiko, das als Restrisiko mit einer bestimmten Versagenswahrscheinlichkeit des Systems bezeichnet werden kann. Lässt sich dieses Risiko mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung oder zumindest ansatzweise semiprobabilistisch quantifizieren, so kann unter Zugrundlegung dieser Größe für Brandabschnittsgrößen von mehr als 1.600 m2 die zulässige Brandbelastung oder der erforderliche Feuerwiderstand der tragenden Bauteile bestimmt werden, die zu einem vergleichbaren Risiko führen. Als weitere Variable können in die Berechnung nach DIN 18230-1 die tatsächlich vorhandenen Wärmeabzugsflächen in Verbindung mit den öffenbaren Zuluft-Flächen als Kennwert für die Ventilationsverhältnisse bei einem fortgeschrittenen Brand und die sogenannte brandschutztechnische Infrastruktur ausgedrückt durch einen semiprobabilistisch bestimmten Beiwert a1 eingeführt werden. Das beschriebene gesellschaftlich allgemein akzeptierte Risiko beträgt im Ansatz in der Regel ca. 10-5, soweit Gesundheit und Leben eines Einzelnen betroffen sind, und ca. 10-6, soweit Gesundheit und Leben einer Vielzahl von Personen betroffen werden. In aller Regel wird bei semiprobabilistischer Betrachtungsweise hilfsweise die dimensionsbehaftete Häufigkeit als Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit und zur Abschätzung des Risikos benutzt (s. Abb. 2). Für Industriebauten liegt diese Häufigkeit zwischen 10-7 bis 10-5 je m2 und je Jahr.

Folgt man diesem Ansatz, so liegt das Ergebnis erwartungsgemäß und bestimmungsgemäß in guter Näherung im Bereich des Ansatzes zum

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Nachweis der Standsicherheit einer baulichen Anlage unter Normaltemperatur nach der Zuverlässigkeitstheorie. Auf der Grundlage dieser Vergleichstheorie wird grundsätzlich das Nachweisverfahren durchgeführt. Die rechnerische Simulation und Realbrandversuche im Modellmaßstab sowie im Großmaßstab haben diese Untersuchungen bestätigt und Grundlage für das Nachweisverfahren geschaffen.

Abb. 2: Dimensionsbehaftete Häufigkeit zur Abschätzung des Risikos

Brandbekämpfungsabschnitt (BBA)

Traditionell wird der Brandbekämpfungsabschnitt quasi bauordnungsrechtlich als Unterteilung übergroßer Brandabschnitte erklärt. Unter übergroßen Brandabschnitten versteht man dabei solche, bei denen die Abstände zwischen den Brandwänden oder zwischen Außenwänden (hier: Außenwände mit Abstandsflächen nach § 6 MBO zur Grundstücksgrenze) weit mehr als 40 m betragen. Es wird im bauordnungsrechtlichen Sinn ein übergroßer Brandabschnitt unter Inanspruchnahme der Erleichterung nach § 28 Abs. 1 Nr. 2, 2. Halbsatz MBO gebildet.

Aus rein technischer Sicht gilt andererseits auch:

Der Brandbekämpfungsabschnitt wird dadurch charakterisiert und definiert, dass ausgehend von

  • den realen geometrischen Verhältnissen, wie Tiefe des Gebäudes, lichte Raumhöhe, Lage der Öffnungen in Außenwand und/oder Dach, usw.,

  • den tatsächlich vorhandenen brennbaren Stoffen und deren Lagerung und Anordnung im Gebäude sowie unter Berücksichtigung

  • der vorhandenen brandschutztechnischen Infrastruktur, wie Löschwasserversorgung, automatische Löschanlage, anerkannte Werkfeuerwehr,

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im Hinblick auf die Baukonstruktion die gleiche Sicherheit für die Brandbekämpfung und den Brandbekämpfungserfolg wie für einen Brandabschnitt unter genormten Brandbedingungen (Normbrand nach DIN 4102) und einer Brandabschnittsfläche von 1.600 m2 gewährleistet wird.

Mit dieser Definition ist zugleich das Nachweisverfahren in seinen Grundzügen verbal beschrieben.

Es wird aber auch ersichtlich, wird einer der Parameter im Verlaufe der Nutzung geändert, so ist das Brandschutzkonzept durchbrochen. Es kommt bauordnungsrechtlich zu einer Nutzungsänderung, die nach § 61 Abs. 1 MBO einer erneuten Genehmigung durch die Bauaufsichtsbehörde bedarf, soweit höhere Anforderungen als bisher zu erfüllen sind.

Mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte

In der Norm DIN 18230-1 wie auch in der Industriebaurichtlinie wird unterschieden zwischen ein- und mehrgeschossigen Brandbekämpfungsabschnitten. Hierbei ist die bauordnungsrechtliche Anzahl der Vollgeschosse (§ 2 Abs. 4 MBO) nicht vordergründig maßgebend. Die Unterteilung in ein- und mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte ist abhängig vom möglichen Brandszenario, der gegenseitigen Beeinflussung übereinanderliegender Ebenen mit Brandlasten usw. So werden technologisch bedingte Deckenöffnungen bis 2 % Öffnungsfläche bezogen auf die Geschossgrundfläche nicht berücksichtigt; ihr Einfluss bei einem Vollbrand auf das darüberliegende Geschoss wird als unerheblich betrachtet. Es wird lediglich angenommen, dass eine Brandfortleitung in das darüberliegende Geschoss erfolgt. Ein derartig mehrgeschossiges Gebäude bildet auch einen mehrgeschossigen Brandbekämpfungsabschnitt, autark behandelt.

Hieraus folgt auch, dass die Geschosse bauordnungsrechtlich mehrgeschossiger Gebäude, bei denen Geschossdecken keine technologisch notwendigen Öffnungen besitzen, in der Regel eingeschossige Brandbekämpfungsabschnitte darstellen. Ist die Öffnungsfläche größer als 50 %, d.h., die höher gelegenen Ebenen stellen sich als Galerien oder technologische Bühnen dar, so ordnen sich die höher gelegenen Ebenen hinreichend sicher in ein Brandszenario eines eingeschossigen Brandbekämpfungsabschnittes ein. Die Fläche des Brandbekämpfungsabschnittes AB ist in diesem Fall die Summe aus der Geschossgrundfläche AG und den Flächen aller höher gelegenen Ebenen.

Entsprechend dem erläuterten ingenieurmäßigen Aspekt ist im Einzelnen zu unterscheiden zwischen:

  • eingeschossigen Brandbekämpfungsabschnitten in eingeschossigen Gebäuden

  • eingeschossigen Brandbekämpfungsabschnitten in mehrgeschossigen Gebäuden

    4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 6 – 01.05.2012 << >>
  • mehrgeschossigen Brandbekämpfungsabschnitten in mehrgeschossigen Gebäuden

Brandbekämpfungsteilabschnitte bzw. Teilflächen

Beim Nachweis für Teilabschnitte, bei ungleichmäßig verteilter Brandbelastung und bei Punktbrandlasten wird davon ausgegangen, dass in diesem Fall die auf der zugeordneten Teilfläche vorhandene Brandlast zur Temperaturbelastung der tragenden und aussteifenden Bauteile beiträgt. Dies ist somit mit Ausnahme der in Abschnitt 5.2 in DIN 18230-1 definierten Teilabschnitte nur ein Teilnachweis, bei dem die Brandlast, die nicht auf der betrachteten Teilfläche liegt, nicht berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung der gesamten Brandlast erfolgt im globalen Nachweis, bei dem von einer gleichmäßigen Verteilung der gesamten rechnerischen Brandbelastung qR ausgegangen wird. Für die Teilabschnitte ist der Nachweis für den ungünstigsten Teilabschnitt zu führen. Auf den Nachweis für den gesamten Brandbekämpfungsabschnitt kann in der Regel verzichtet werden, weil die einzelnen Teilabschnitte wirksam voneinander getrennt sind und eine Brandübertragung zwischen den einzelnen Teilabschnitten nicht zu erwarten ist.

Brandbekämpfungsabschnitte mit einer Fläche bis zu 60.000 m2(nach MIndBauRL)

Nach Muster-Industriebau-Richtlinie errechnen sich die zulässigen Flächen je Geschoss in einem ein- oder mehrgeschossigen Brandbekämpfungsabschnitt aus dem Grundwert für die Fläche von 3.000 m2 multipliziert mit Faktoren F1 bis F5 entsprechend nachstehender Gleichung 1.

zul. AG,BBA = 3.000 m2 F1 F2 F3 F4 F5 [m2]

(1)

Das Produkt der so ermittelten Geschossflächen darf nicht mehr als 60.000 m2 betragen. Die entsprechenden Faktoren sind den Tabellen 1 bis 5 zu entnehmen

Tab. 1: Faktor F1 zur Berücksichtigung der äquivalenten Branddauer aus dem globalen Nachweis nach DIN 18230-1

tä [min]

0

15

30

60

≥ 90

F1

10

5

3

1,5

1,0

Anmerkung: Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden.

Tab. 2: Faktor F2 zur Berücksichtigung der brandschutztechnischen Infrastruktur

Sicherheitskategorie

K 1

K 2

K 3.1

K 3.2

K 3.3

K 3.4

K 4

F2

1,0

1,5

1,8

2,0

2,3

2,5

3,5

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Tab. 3: Faktor F3 zur Berücksichtigung der Höhenlage des Fußbodens des untersten Geschosses von oberirdischen Brandbekämpfungsabschnitten im Gebäude bezogen auf die mittlere Höhe der für die Feuerwehr zur Brandbekämpfung anfahrbaren Ebene

Höhenlage des Fußbodens des untersten Geschosses eines Brandbekämpfungsabschnitts

–1 m

0 m

5 m

10 m

15 m

20 m

F3

1,0

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

Anmerkung: Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden.

Tab. 4: Faktor F4 zur Berücksichtigung der Anzahl der Geschosse des Brandbekämpfungsabschnitts

Zahl der Geschosse des Brandbekämpfungsabschnitts

1

2

 

4

5

6

F4

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

0,3

Tab. 5: Faktor F5 zur Berücksichtigung der Ausführung von Öffnungen in nach den Brandsicherheitsklassen SKb2 und SKb3 bemessenen Decken zwischen den Geschossen mehrgeschossiger Brandbekämpfungsabschnitte

Zeile

Öffnungen in Decken

Faktor F5

1

mit klassifizierten Abschlüssen bzw. Abschottungen

1,0

2

mit nicht brennbaren Baustoffen dicht geschlossen

0,7

3

gleich groß und übereinanderliegend in allen Decken und im Dach, größer als 10 % der Deckenfläche der Geschosse

0,4

4

zur Durchführung von technischen Einrichtungen,
AÖffnung < 30 %
Deckenspalte max. 2 % von AÖffnung

0,3

5

die von Zeile 1 bis 4 nicht erfasst sind

0,2

Rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer erf tF

Die Norm DIN 18230-1 dient zunächst der rein rechnerischen Ermittlung der erforderlichen Feuerwiderstandsdauer der einzelnen Bauteile, sodass bei einem entsprechend den tatsächlich vorhandenen örtlichen Gegebenheiten voll entwickelten Brand weder ein Versagen einzelner Bauteile noch der Gesamtkonstruktion mit hinreichender Sicherheit angenommen werden muss und ein Löschangriff innerhalb und außerhalb des Gebäudes vorgetragen werden kann.

Mit diesem Ansatz werden zugleich die bauordnungsrechtlichen Anforderungen an den Feuerwiderstand der Bauteile zur Sicherung der Personenrettung mit abgedeckt. Die rechnerisch erforderliche Feuerwider-

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standsdauer erf tF errechnet sich für den Brandbekämpfungsabschnitt oder -teilabschnitt oder Teilfläche unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wertigkeit der Bauteile für die Standsicherheit einer baulichen Anlage in ihrer Gesamtheit und der brandschutztechnischen Infrastruktur aus der äquivalenten Branddauer zu:

erf tF = tä γ αL

(2-1)

Alle maßgebenden Parameter entsprechend den örtlichen Gegebenheiten, wie Art und Menge der brennbaren Stoffe, Art der Baukonstruktion, vorhandene Wärmeabzugsflächen u.w., werden in dieser Nachweisführung berücksichtigt. Der Nachweis gilt dann als erfüllt, wenn die vorhandene Feuerwiderstandsklasse F nach DIN 4102-2 gleich oder größer ist als die rechnerisch erforderliche Widerstandsdauer erf tF:

erf tF ≤ F

(2-2)

Tab. 6: Zuordnung der rechnerisch erforderlichen Feuerwiderstandsdauer zu der Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102-2

erf tF

Feuerwiderstandsklasse F

0 < erf tF ≤ 15 min

keine Feuerwiderstandsklasse

15 min < erf tF ≤ 30 min

F 30

30 min < erf tF ≤ 60 min

F 60

60 min < erf tF ≤ 90 min

F 90

90 min < erf tF ≤ 120 min

F 120

Der Sicherheitsbeiwert γ berücksichtigt durch seine gleichzeitige Abhängigkeit von der Fläche des Brandbekämpfungsabschnittes oder Teilabschnittes auch die Zunahme der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Brandes. Der Beiwert αL beschreibt die semiprobalistische Möglichkeit der Abnahme der Entstehung eines Brandes oder seine Ausbreitungsmöglichkeit durch geeignete brandschutztechnische Maßnahmen, wie Löschanlagen, Brandmeldeanlagen oder das Vorhandensein einer anerkannten Werkfeuerwehr. Der Wert von αL ist daher stets kleiner 1.

Rechnerische Bestimmung der Brandbelastung qR

In einem ersten Berechnungsschritt wird zunächst die rechnerische Brandbelastung qR nach Gleichung 3-1 als Ausdruck für die im Brandfall frei werdende Wärmemenge pro Bezugsfläche ermittelt.

Die rechnerische Brandbelastung qR wird aus allen im Brandabschnitt vorhandenen Brandlasten ermittelt mit

  • der Masse m (Gewicht) der brennbaren Stoffe in kg,

  • dem Heizwert Hi in kWh/kg,

  • dem Abbrandfaktor m‘

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bezogen auf die Fläche A des Brandbekämpfungsabschnitts ABA durch folgende Beziehung:

(3-1)

Heizwerte und Abbrandfaktoren sind beispielsweise in Beiblatt 1 zu DIN 18230-1 enthalten. Gegebenenfalls sind diese Daten nach DIN 18230-2 zu ermitteln, sofern keine Daten aus der Literatur hinzugezogen werden können.

In eingeschossigen Hallen können Teilabschnitte gemäß Gleichung 3-2 berücksichtigt werden, wenn eine Brandübertragung zwischen zwei Teilabschnitten nicht zu erwarten ist. Bedingungen dafür sind:

qR,T < 100 kWh/m2

h < 7 m

RWA > 1,0 %

automatische BMA

B < 30 m brandlastfreie Freistreifen

Unter der Voraussetzung geeigneter brandschutztechnischer Maßnahmen genügt es, den Teilflächennachweis für folgende Brandbelastung zu führen:

(3-2)

ψa: bewertet die Auftrittswahrscheinlichkeit eines Störfalles

 

ψb: die größere Wahrscheinlichkeit eines Löscherfolges

 

Äquivalente Branddauer tä

Aus der rechnerischen Brandbelastung qR bestimmt sich unter Berücksichtigung vorhandener Wärmeabzugsmöglichkeiten, gegeben durch den Wärmeabzugsfaktor w, und des Wärmeabflusses durch die Umfassungsbauteile, gegeben durch den Umrechnungsfaktor c, in der untersuchten Brandabschnittsfläche die äquivalente Branddauer tä nach Gleichung 4:

tä = qR c w [min]

(4)

c

Umrechnungsfaktor min m2/kWh

 

w

Wärmeabzugsfaktor (dimensionslos)

 

Dabei ist der Umrechnungsfaktor c so ausgerichtet, dass mit tä die Branddauer bestimmt wird, die im betrachteten Bauteil im Normbrand nach DIN 4102 näherungsweise dieselbe Brandwirkung ergibt wie ein natürlicher Brand mit der Brandbelastung qR und den durch den Wärmeabzugsfaktor w ausgedrückten Ventilationsbedingungen.

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Mit den beiden Faktoren c und w werden die Einflüsse der tatsächlichen thermodynamischen Gegebenheiten vor Ort auf die im natürlichen Schadensfeuer auftretenden Brandwirkungen erfasst und die Übertragbarkeit auf die Bauteilprüfpraxis hergestellt.

Der Faktor c berücksichtigt das Wärmeeindringverhalten von Bauteilen. Er variiert von 0,15 bis 0,25.

Der Wärmeabzugsfaktor w wird unter Ansatz von bezogenen Öffnungsflächen av und ah bestimmt mit

av =

Av

(5-1)

AG

mit 0,025 ≤ av = Av/A < 0,25

ah =

Ah

(5-2)

AG

Av

Fläche der vertikalen und geneigten Öffnungen in den Außenflächen in m2

Ah

Fläche der horizontalen und geneigten Öffnungen im Dach bzw. Geschossdecken in m2

Av,ob

Fläche der vertikalen Öffnungen in der oberen Hälfte der Außenwände in m2

A

Fläche des Bemessungsabschnittes (AB oder AG) in m2

Bei geringen oder fehlenden horizontalen Öffnungsflächen mit ah ≤ 0,005 darf Av nur mit Av ≤ 2 A(v,ob) angesetzt werden.

Der Wärmeabzugsfaktor w wird aus einem Grundwert w0, bei dem die Größe und Anordnungen der Öffnungen eingehen, und einem Faktor αw berechnet, bei dem die mittlere Höhe des Brandbekämpfungsabschnittes berücksichtigt wird. Der Faktor w errechnet sich aus und folgt der Bedingung:

w = w0 αw

(6-1)

mit

und

(6-2)

βw = 20 (1 + 10 av – 64 ) ≥ 16
Für den Verhältniswert von ah mit

(6-3)


würden sich in Gl 6-2 Faktoren w0 ergeben, die < 0,5 sind.

(6-4)

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Aufgrund der Nebenbedingung werden diese Werte auf w0 = 0,5 gesetzt.

Die Berechnung von w0 nach den Gleichungen in (6) führt zu den Kurvenscharen in Abbildung 3.

Abb. 3: Berechnung von Faktor w0

Öffnungen, die ausschließlich in der unteren Hälfte von Wänden angeordnet sind, dürfen bei fehlenden horizontalen Öffnungen (Rauch- und Wärmeabzugsanlagen) nach Gleichung 20 in DIN 18320-1 bzw. nach Gleichung 5-1 bei der Berechnung des Wärmeabzugsfaktors w nicht angerechnet werden. In diesem Fall ist w0 = 2,4 zu setzen.

Der Einfluss der Höhe h des Bemessungsabschnittes auf den Wärmeabzugsfaktor w nach Gleichung 6-1 wird mit dem Faktor αw berücksichtigt.

(6-5)

Der hier gefundene Faktor folgt der Gleichung 6-5 und ist in Abbildung 4 dargestellt. Er ergibt sich mit der mittleren Höhe h (m) des Bemessungsabschnitts zu:

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 12 – 01.05.2012 << >>

Abb. 4: Faktor aw

Brandschutzklassen

Der Nachweis nach DIN 18230-1 schließt mit der Bestimmung der erforderlichen Feuerwiderstandsklasse der Bauteile ab. Zur einheitlichen Klassifizierung der Anforderungen an die Bauteile eines Brandbekämpfungsabschnittes bedient man sich des Begriffes der Brandschutzklasse.

Die Brandschutzklasse ergibt sich nach Industriebaurichtlinie in einfacher tabellarischer Abhängigkeit aus der rechnerisch erforderlichen Feuerwiderstandsdauer erf tF für die Bauteile des Brandbekämpfungsabschnittes, die von wesentlicher Bedeutung für die Standsicherheit sind oder der Verhinderung der Übertragung von Feuer und Rauch zwischen benachbarten Brandbekämpfungsabschnitten dienen. Bauteile mit hohen Anforderungen entsprechen der Brandsicherheitsklasse SKb3. Die Einordnung ist ausschließlicher Gegenstand der Industriebaurichtlinie.

Tab. 7: Brandschutzklassen nach MlndBauRL

Rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer für die Brandsicherheitsklasse SKb3 in min

Brandschutzklasse BK

≤ 15

I

> 15 bis ≤ 30

II

> 30 bis ≤ 60

III

> 60 bis ≤ 90

IV

> 90

V

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Die Brandschutzklasse BK I bis BK V bzw. die rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer für Bauteile der Brandsicherheitsklasse SKb3 nach DIN 18230-1 stellt quasi das Bindeglied zwischen der Norm DIN 18230-1 und der IndBauRL dar. In der IndBauRL selbst werden dann in Abhängigkeit der bestimmten Brandschutzklasse (BK) die bauordnungsrechtlichen Anforderungen an die einzelnen Bauteile festgelegt. Die nachstehende Tabelle 8 gilt für Bauteile mit hohen Anforderungen (Brandsicherheitsklasse SKb3) nach DIN 18230-1.

Tab. 8: Erforderliche Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen

Brandschutzklasse BK

rechnerische Feuerwiderstandsdauer für Anforderungsgruppe 3 in Minuten

Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102

I

≤ 15

F 30-A*)
L 30
K 30
T 30

II

> 15 bis ≤ 30

F 30-A*)
L 30
K 30
T 30

III

> 30 bis ≤ 60

F 60-A*)
L 60
K 60
T 60

IV

> 60 bis ≤ 90

F 90-A*)
L 90
K 90
T 90

V

> 90

F 120-A*)
L 90
K 90
T 90

*) Die Wände sind nach DIN 4102 Teil 3 Abschn. 4.3 zu prüfen. Dabei sind die Bedingungen in den Abschnitten 4.2.1 und 4.2.4 von DIN 4102 Teil 3 einzuhalten.

Die Abbildung 5 zeigt das Ablaufschema der erforderlichen Widerstandsdauer erf tF und damit den Zusammenhang zur Brandschutzklasse SKb3 auf.

Damit ist der Zusammenhang von Industriebaurichtlinie und DIN 18230-1 entsprechend Abbildung 1 hergestellt.

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 14 – 01.05.2012 << >>

Abb. 5: Ablaufschema der Widerstandsdauer erf tFund Zusammenhang zur Brandschutzklasse SKb3

4.3.1.1 Heizwerte verschiedener brennbarer Stoffe

Die Entwicklung eines Schadenfeuers hängt unter anderem von der Art der brennbaren Stoffe, der Zündquelle, der Art und Verteilung der Brandlast, der Ventilation des betroffenen Raumes sowie weiteren Merkmalen des Bauwerks, wie den verwendeten Baustoffe oder den Löscheinrichtungen, ab. Der Ablauf eines Brandes erfolgt hinsichtlich Temperaturhöhe und Zeit im Allgemeinen in mehreren Phasen (s. Abb. 6). Zu unterscheiden sind die Entzündung, das Schwelen, die Brandausbreitung und das Abklingen. Entsprechend dem jeweiligen Schadensfeuer können die drei bis vier Phasen unterschiedlich lang sein bzw. unter Umständen nur sehr kurz auftreten.

Die beiden ersten Abschnitte eines Schadensfeuerverlaufes nach Abbildung 6 sind durch die Entstehung und die langsame Fortentwicklung eines Brandes charakterisiert. Die letzten beiden Abschnitte stellen mit der Erwärmungsphase und der Abkühlphase die Anforderungen an das Bauteile-Verhalten bei einem voll entwickelten Brand dar.

Im ersten Zeitabschnitt eines Brandes, der Zündphase, wird zunächst der Stoff gezündet. Durch die Zündquelle geraten umliegende Stoffe ebenfalls zur Entzündung, was von der Art dieser Stoffe, deren Abmessung, der

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Oberflächenbeschaffenheit, der Luftzufuhr und weiteren brandschutztechnischen Voraussetzungen abhängt.

Abb. 6: Brandphasen eines Schadenfeuers

Hieraus kann unter Umständen im zweiten Zeitabschnitt ein Schwelbrand entstehen. Dabei kann sich die Glut oder die Flamme entsprechend den örtlichen Gegebenheiten so ausbreiten, dass sich der betroffene Raum durch die frei werdende Wärmeenergie mehr und mehr aufheizt. Die Schwelbrandphase kann wenige Minuten oder viele Stunden dauern. Danach geht der Schwelbrand in einen voll entwickelten Brand über.

Die schnelle Fortentwicklung des Bandes kann bereits wenige Minuten nach der Entzündung oder erst im späteren Brandstadium erfolgen. Bei Temperaturen von 500 bis 600 ˚C unterhalb der Decke eines vom Brand betroffenen Raumbereiches ist eine schlagartige Brandausbreitung mit ca. 10 m/min (Flashover) zu erwarten. Entsprechend der Materialart der Baustoffe (Baustoff-Klasse, Oberflächenbeschaffenheit, Beschichtung), der thermischen Aufbereitung der Stoffe und den vorherrschenden Temperaturen kommt es dabei zur spontanen Entzündung der brennbaren Stoffe.

Beim Vollbrand steigen die Temperaturen in der ersten Phase, der Flashover-Phase, rasch an und überschreiten ggf. 1.000 ˚C. Nach überschreiten eines Temperaturmaximums wird die letzte Phase, die Abkühlphase, eingeleitet. Typische Werte hinsichtlich der Temperaturen und Brandleistungen im Verlauf von Schadenfeuern sind in der nachstehenden Tabelle 9 angegeben. Nicht bei allen Bränden tritt ein Flashover auf, insbesondere ist dieser dann nicht zu erwarten, wenn die Brandbelastungen klein sind.

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 16 – 01.05.2012 << >>

Auch bei sehr großen Hallen ist ein Flashover im Allgemeinen nicht zu erwarten.

Tab. 9: Die vier charakteristischen Brandphasen eines vollständigen Schadensfeuers (ohne Löscheinwirkung) entsprechend dem Verlauf in Abbildung 6

Brandphase

Temperaturbereich [˚C]

Brandleistung [kW/m2]

Entzündung

20–50

< 25

Schwelen

50–150

25–50

Ausbreitung

500–1.250

50–1.200

Abklingen

500–20

< 200

Die Dauer des voll entwickelten Brandes richtet sich nach der Menge der brennbaren Stoffe, nach dem Sauerstoffangebot und nach den örtlichen Gegebenheiten. Im Zuge der Entstehung und Fortentwicklung stehen die Brandlast und – bezogen auf das Bauwesen – das Baustoff-Verhalten im Vordergrund. Das Brandverhalten der Baustoffe wird innerhalb der technischen Baubestimmungen hauptsächlich durch die Bestimmungen der DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 1: Baustoffe; Begriffe, Anforderungen und Prüfungen geregelt.

Der Temperaturverlauf wird in erster Linie durch die Brandbelastung, die als flächenbezogene Wärmemenge q sämtlicher in einem Brandabschnitt vorhandenen brennbaren Stoffe in kWh/m2 angegeben wird, und durch die Ventilation, die z.B. durch einen Öffnungsfaktor definiert werden kann, bestimmt.

Sofern es sich um Brandlasten handelt, deren Brandverhalten aus Versuchen oder Ähnlichem bekannt ist, kann der Temperaturverlauf in einem Raum unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten größeren Faktoren auch rechnerisch vorausbestimmt werden (Wärmebilanzrechnung). Dieses geschieht in dem Rechenablauf zur Bestimmung von qR mit Hilfe der Gleichung nach 3-1. Die nachstehenden Tabellen geben für die benannten Stoffe die zur Berechnung der Wärmebilanz notwendigen Kenngrößen wieder.

Tab. 10: Heizwerte verschiedener Stoffe

Material/Stoff

Brennwert [Hs]

Heizwert [Hi]

[oberer Heizwert Ho]

[unterer Heizwert Hu]

[kWh/kg]

[(MJ/kg)]

[kWh/kg]

[(MJ/kg)]

Acrylfaser

8.5–8.6

30.6–30.8

 

 

Anthrazitkohle

8.6–9.6

30.9–34.6

8.5–9.5

30.5–34.2

Baumwolle

4.5–5.6

16.5–20.4

 

 

Benzin

13.0

46.8

12.1

43.7

Bitumenkohle

6.9–10.0

24.7–36.3

6.6–9.8

23.6–35.2

Butter

10.6

38.5

 

 

Epoxydharz

10.8–9.3

38.8–33.5

8.6–8.7

31.1–31.4

Flugbenzin (J P5)

12.9

45.9

11.9

43.0

Fluoreldichtung

3.9–4.2

14.0–15.1

 

 

Gummi

  • Buna-N

  • Butyl

  • Isopren C5H8

  • Latexschaum

  • GRS

  • Autoreifen

 

9.6–9.9

12.7

12.5

9.4–11.3

12.3

9.1

 

34.7–35.6

45.8

44.9

33.9–40.6

44.2

32.6

 

11.8

 

42.3

Holzkohle

9.4–9.6

33.7–34.7

9.2–9.5

33.2–34.2

Holzmehl

5.5

19.8

 

 

Hölzer

  • Buche

  • Birke

  • Douglasfichte

  • Ahorn

  • Eiche

  • Fichte

  • Kiefer, weiß

  • Pressspanplatte

 

5.6

5.6

5.8

5.3

5.6

6.1

5.3

5.5

 

20.0

20.0

21.0

19.1

20.2

21.8

19.2

19.9

 

5.2

5.2

5.4

4.9

5.2

5.7

4.9

 

18.7

18.7

19.6

17.8

18.7

20.4

17.8

Hypalondichtung

7.9

28.5

 

 

Kerosin

12.9

46.4

12.0

43.3

Koks

7.8–8.6

28.0–31.0

7.7–8.7

28.0–31.6

Kork

7.3

26.1

 

 

Lanolin (Wollfett)

11.3

40.8

 

 

Leder

5.1–5.5

18.2–19.8

 

 

Leinsamenöl

10.8–10.9

39.2–39.4

 

 

Lignin, C2.6H3O

6.9–7.3

24.7–26.4

6.5–7.0

23.4–25.1

Lignit

6.2–9.3

22.4–33.3

 

 

Mineralöl

12.7–12.8

45.8–46.0

 

 

Naphta

11.9–13.1

43.0–47.1

11.4–12.2

40.9–43.9

Neoprengummi, C5H5Cl

6.8

24.3

 

 

Neoprenschaum, C5H5Cl

2.7–7.4

9.7–26.8

 

 

Nomexfaser, C14H10O2N2

7.5–8.0

27.0–28.7

 

 

Olivenöl

11.0

39.6

 

 

Packpapier (braun)

5.0–4.9

16.3–17.9

4.2

15.1

Paraffin

12.8

46.2

12.0

43.1

Rayonfaser

3.8–5.4

13.6–19.5

 

 

Rizinusöl

10.3

37.1

 

 

Silikon, SiC2H6O

4.3–4.7

15.5–16.8

 

 

Silikonschaum

3.9–5.4

4.0–19.5

 

 

Stärke

4.9

17.6

4.5

16.2

Stroh

4.3

15.6

 

 

Schwefel

2.5

9.3

 

 

Sonnenöl

11.6

41.8

 

 

Schweineschmalz

11.1

40.1

 

 

Tabak

4.4

15.8

 

 

Tierfett

11.1

39.8

 

 

Torf

4.6–6.0

16.7–21.6

 

 

Vaseline, C7.118H12.957O0.091

12.8

45.9

 

 

Wachspapier

6.0

21.5

 

 

Weizen

4.2

15.0

 

 

Wolle

5.8–7.4

20.7–26.6

 

 

Zelluloid

4.9–5.7

17.5–20.6

4.6–5.3

16.4–19.2

Zelluloseazetatfaser, C8H12O6

4.9–5.1

17.8–18.4

4.6–4.9

16.4–17.6

Zellulosenitrat

2.5–3.8

9.1–13.5

 

 

Zeitschriftenpapier

3.5

12.7

 

 

Zeitungspapier

5.5

19.7

 

 

4.3.1.2 Sicherheitstechnische Kennwerte brennbarer Stoffe zur Ermittlung des Brandpotenzials

Tab. 11: Heizwerte, m-Faktoren und spezifische Abbrandgeschwindigkeiten für brennbare Stoffe

brennbarer Stoff

H, [kWh/kg]

spezifische Abbrandgeschwindigkeiten [kW/m2]

m‘-Faktor*)

 

nach [1]

nach [2]

nach [3]

 

Brennbare Flüssigkeit

Azeton

8,0

1.200

1.262

 

 

Ethylalkohol

7,5

405

419

 

 

Methylalkohol

5,4

324

308

907–1.231

1.0

Benzin

11,9

2.356

2.106

714–1.499

0,7

Reinigungsbenzin

11,9

2.071

 

307–785

0,7

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 19 – 01.05.2012 << >>

Benzol

11,1

3.397

 

 

 

Cyclohexan

12,1

3.274

 

379–1.042

0,6

Dieselöl

11,7

1.474

772

 

0,7

Erdöl

11,6

905

835

 

 

Heizöl

11,7

 

646

302–1.193

0,7

Isopropanol

 

 

 

144–495

1,1

Kerosin

12,0

1.656

 

 

 

Maschinenöl

9,8

1.823

 

 

0,6

Motorenöl

9,8

1.882

 

 

0,6

Petroleum

12,1

 

2.105

 

 

Terpentinöl

11,5

 

1.415

 

0,6

Toluol

11,3

 

1.566

 

 

Xylol

11,1

 

1.152

 

 

feste Stoffe (ohne Kunststoff)

Autoreifen

12,2

 

388

630–732

0,4

Baumwolleballen

4,3

 

62

 

0,2

Baumwollgewebe

4,3

 

268

 

0,4

Bücher (Regal)

4,2

 

83

 

0,2

Dachbahn

8,0

 

 

624–864

0,5

Gummiformteile, gesch.

12,2

 

388–588

512–630

0,2

Holz

4,8

 

193–288

 

1,0

Holzmöbel

4,8

 

259

268–346

1,0

Kautschuk

12,2

 

388–588

 

0,4–0,6

Karton

4,2

 

 

328–378

0,2–2,0

Korbwaren

4,8

 

 

374–634

1,5

Margarine auf Paletten

8,2

 

 

205–270

0,2–2,0

Papier dicht gelagert

 

 

 

274–365

0,2

Putzlappen (ölig)

8,8

 

 

370–454

0,7

Roggenmehl

4,6

 

 

149–166

1,0

Sanitärkrepp

3,7

 

 

118–144

1,9

Schuhkarton

4,2

 

 

328–428

1,8

Sperrholz

4,8

 

 

144–170

0,8

Teppichfilz

6,0

 

 

126–432

1,5

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 20 – 01.05.2012 << >>

Tonkassetten

6,0

 

 

104–205

1,6

Textilabfall mit Kunststoff

8,2

 

123–512

 

0,8

Kunststoff

 

 

 

 

 

Acrylnitril

8,9

 

 

 

 

Cellulose

4,9

 

 

 

 

Melanin

5,4

 

 

 

 

Nylon 6.6

8,2

 

 

 

 

PMMA

6,9

248–580

 

 

 

Polyamid

8,1

 

 

190

1,4

Polycarbonat (Schaum)

8,6

774

 

246–292

 

Epoxydharz

9,1

 

 

 

1,1

Polyesterharz (CFK)

5,3

172–318

 

 

 

Polyethylen

12,2

615

 

299–382

1,1

Polyethylen-Formteile

12,2

615

 

303–474

0,8

Polypropylen

12,2

369–615

 

127–338

0,8

Polyoxymethylen

4,3

99–248

 

 

0,8

Polystyrol

11,0

563–1.399

 

231–272

2,1

Polyvenylchlorid, weich

5,0

 

 

173–268

0,7

PU-hart B1

6,7

643–1.085

 

222–289

0,2

PU-weich B3

6,4

189–730

 

461–576

1,2

PVC-Kabel

 

300–390

 

173–205

0,5

*) Abbrandfaktor m‘ nach DIN 18 230-3, Ausgabe 03/2002
[1] Lee, B. T., Heat Release Rate Characteristics of some Combustible Fuel Sources in Nuclear Power Plants, Gaithersburg 1985
[2] Brandschutz, Formeln und Tabellen, VEB Staatsverlag Berlin 1979
[3] Dobbernack, R.: Auswertung zur spez. Abbrandrate von m-Faktor Versuchen, TU Braunschweig 1995

Soweit in der Tabelle für einen Stoff jeweils ein Wertebereich für m‘-Faktoren angegeben ist, beziehen sich die Angaben auf unterschiedliche Formen und Lagerungsdichten der geprüften Stoffe.

Das flächenbezogene Brandpotenzial qR (Brandlast) errechnet sich aus der Masse m der brennbaren Stoffe, dem Heizwert Hi und dem Abbrandfaktor m entsprechen der nachstehenden Gleichung 7-1 bezogen auf die beurteilte Fläche des Brandabschnitts ABA.

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 21 – 01.05.2012 << >>

[7-1]

Aus der Tabelle geht hervor, dass die spezifischen Abbrandraten fester Stoffe in weiten Grenzen variieren, wobei offenbar die verwendeten Messmethoden, die Form der Proben und die Luftzufuhr von großem Einfluss sind. In der Praxis lassen sich die tatsächlichen Verhältnisse nicht genau vorhersagen, sodass bei Wärmebilanzrechnungen tendenzmäßig die oberen Werte der Tabellen zu verwenden sind, wenn genauere Angaben nicht vorliegen. Die Abbrandraten sind üblicherweise auf die Lagergrundfläche zu beziehen. Bei Regallagerung ist bei einer Brandausbreitung über eine Regalebene hinaus die betroffene Regaloberfläche als Bezugsgröße zu wählen.

4.3.1.3 Literaturhinweise

  1. /1/

    Musterbauordnung der Bundesrepublik Deutschland (MBO): in der Fassung von 2002, geändert Oktober 2008

  2. /2/

    Muster-Richtlinie über den baulichen Brandschutz im Industriebau (Muster-Industriebaurichtlinie – MIndBauRL), Fassung März 2000 (DIBt)

  3. /3/

    DIN 18230-1:2010-09 Baulicher Brandschutz im Industriebau –Teil 1: Rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer

  4. /4/

    Verwaltungsvorschrift des Sächsischen Staatsministeriums des Innern zur Sächsischen Bauordnung (SächsBO): VsVSächsBO vom 8. September 1992; Bauaufsichtliche Behandlung von Industriebauten mit Richtlinie über den baulichen Brandschutz im Industriebau – Industriebaurichtlinie (MIndBauRL) – Anlage 5.8 zu Nr. 52.11 der VwV-SächBO i.d.F. vom 08.09.1992, SachsABl. SD Nr. 8 vom 28.10.1992

  5. /5/

    Europäische Gemeinschaft: Grundlagendokument, Wesentliche Anforderung Nr. 2 Brandschutz, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. C 62/23 vom 28.02.1994

Weitere Literaturangaben zum brandschutztechnischen Nachweis:

Blume, G.; Hosser, D.: Bewertung des Abbrandverhaltens von Brandlasten bei Raumbränden. Untersuchung zur Regelfähigkeit von brandschutztechnischen Nachweisen im Rahmen von KTA 2101.2.BMU 1996-221, ISSN 0724-3316

Hosser, D.: Rechnerische Nachweise für Brandschutzmaßnahmen. Bericht im Unterauftrag der GRS zur Erarbeitung von Regelvorschlägen der KTA 2101, Braunschweig 1987

4.3 Zusammenspiel von Industriebaurichtlinie und Norm DIN 18230-1 – Seite 22 – 01.05.2012 <<

Hosser, D.; Dobbernak, R.; Heis, T.: Nachweisverfahren eines vereinfachten Nachweisverfahrens für die Bauteilauslegung im Rahmen der Erarbeitung der Regeln von KTA 2102, Braunschweig 1990

Hosser, D.; Siegfried, W.: Vergleich von Simulationsmodellen für brandschutztechnische Fragestellungen; veröffentlichtes Kurzreferat anlässlich Braunschweiger Brandschutz-Tage 1993, Hrsg.: Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig, Heft 103/1993

Max, U.; Schneider, U.; Kersken-Bradley, M.: Einsatzmöglichkeiten von Wärmebilanzrechnungen unter Berücksichtigung des Abbrandverhaltens verschiedener Lagerstoffe; VDI-Berichte 983, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1992

Mehl, F.: Ingenieurmäßige Brandsicherheitsnachweise und deren Behandlung aus bauordnungsrechtlicher Sicht; veröffentlicht in VdS-Monographie 2658, veröffentlichtes Referat anlässlich VdS-Fachtagung, Ingenieurmäßige Verfahren im Brandschutz (5), Köln, April 1998

Richter, E.; Hosser, D.: Brandschutztechnische Nachweise nach den Eurocodes – Sicherheitsvergleiche und nationale Anwendung; veröffentlichtes Kurzreferat anlässlich Braunschweiger Brandschutz-Tage 1995, Hrsg.: Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig, Heft 115/1995

Schneider, U.: Grundlagen zur Festlegung von Brandszenarien für den Brandschutzentwurf; VfdB-Zeitschrift, Forschung und Technik im Brandschutz, 44 (1995) 3, S. 92–100

Norm DIN 18230-1, s. Kap. 9.