Einführung in die Brandschutzplanung und Details zur Konstruktion mit Brettschichtholz.

Beim Thema Holz als Baustoff hält sich ein überholtes Vorurteil hartnäckig: Wenn Holz brennt, wie kann dann ein Holzgebäude bei einem Brand sicher sein?

Holz brennt, das ist eine Tatsache. Aber kontrollierter und vorhersehbarer als andere Materialien.
Dennoch besteht – wie auch bei Hybridgebäuden und Bauten aus Beton oder anderen Materialien – für Konstruktionen aus Brettschichtholz die Notwendigkeit einer ausgesprochen sorgfältigen Brandschutzplanung.

Es ist wichtig, auf konstruktive Details im Zusammenhang mit allgemeinen Verbindungen und Metallverbindungen zu achten, da Metall bei hohen Temperaturen einen Großteil seiner Tragfähigkeit verlieren kann.

Aluminium ist beispielsweise wärmeempfindlicher als Stahl.
Das bedeutet, dass bei einem Brandfall die Festigkeit und Steifigkeit von Aluminium schnell nachlassen kann und die Stabilität des gesamten Holzgebäudes gefährdet wird, wenn die Konstruktionsdetails nicht entsprechend ausgelegt sind.

Im Zusammenhang mit der Brandschutzplanung bieten internationale Normen wie die EN 1995-1-2 (Holz) Leitlinien für die Bewertung des Feuerwiderstands und die korrekte Anwendung von passiven Schutzvorrichtungen und intumeszierenden Systemen.

Aber Vorschriften allein genügen nicht. Es ist notwendig, Lösungen und Bauteilanschlüsse in Versuchskampagnen zu testen.

Aus diesem Grund haben wir bei Rothoblaas verschiedene Prüfungen durchgeführt. Von besonderer Bedeutung sind die Ergebnisse, die mit LOCK T 75215 bei verschiedenen Spaltkonfigurationen erzielt wurden: Sie verdeutlichen die praktischen Auswirkungen einer Planung von brandfesten Verbindungen für Balken-Pfosten-Systeme aus Brettschichtholz, bei denen neben dem Verbinder und dem Holz viele weitere Aspekte berücksichtigt werden müssen.

Verhalten von Aluminium und Bedeutung der Brandschutzplanung im Holzbau.

Um die Brandschutzplanung zu optimieren, ist es ausgesprochen wichtig, das Verhalten von Aluminium bei hohen Temperaturen zu kennen.
Über 200-250 °C sinkt die Festigkeit von Aluminium deutlich; oberhalb von 300 °C verringert sich seine Tragfähigkeit noch drastischer.
Dagegen neigt Holz zum Verkohlen, wodurch eine isolierende Oberflächenschicht gebildet wird. Jedoch kann aufgrund möglicherweise vorhandener Spalte (Gap) um die Verbinder heiße Luft tiefer eindringen und so den Wärmeanstieg im Metall begünstigten.

Betrachtet man den Querschnitt eines Holzelements nach einem Brand, sind 3 Schichten zu erkennen:

• eine verkohlte Schicht, bei der es sich um die nun vollständig vom Verbrennungsprozess betroffene Holzschicht handelt;

• ein noch nicht verkohlter veränderter Bereich, der aber einen Temperaturanstieg von über 100 °C erfahren hat und von dem angenommen wird, dass seine Restfestigkeit gleich Null ist;

• ein Restquerschnitt, der die ursprünglichen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften beibehält.

Durch die Positionierung des Verbinders innerhalb des Restquerschnitts kann das vom Projekt geforderte Brandverhalten erzielt werden. Verlegeanforderungen und Montagetoleranzen können zu einem Spalt zwischen den Holzelementen führen. In diesen Spalt können Profile (FIRE STRIPE GRAPHITE) eingesetzt werden, die bei Hitze des Feuers aufquellen, die Bereiche abdichten und den Verbinder isolieren.

Die Konstruktionsdetails müssen daher Folgendes berücksichtigen:

• Positionierung und Art der Metallverbinder.

• Notwendigkeit zur Reduzierung bzw. zum Schutz von Hohlräumen.

• Wahl von Schutzsystemen zur Erhöhung des Feuerwiderstands.

Versuchskampagne am Verbinder LOCK T MIDI

Die an LOCK T 75215 vorgenommenen Tests sahen sowohl Prüfungen im kleinen Maßstab (ohne Last) als auch im großen Maßstab (mit Last) vor, um sein Verhalten in verschiedenen Standard-Brandsituationen zu bewerten (Kurve ISO 834). Der geprüfte Balken wurde für einen Feuerwiderstand von 60 Minuten ausgelegt, dem Zielwert in allen Konfigurationen.

Die wichtigsten analysierten Variablen waren dabei:

1. Abmessungen des Spalts: 1 mm, 6 mm, 22 mm.

2. Einsatz von intumeszierenden Materialien (FIRE STRIPE GRAPHITE), um den Zustrom von Heißluft zu reduzieren.

3. Einsatz einer mechanischen Belastung bei den Prüfungen im großen Maßstab, um reale Betriebsbedingungen zu simulieren

Ergebnisse ohne Last

• Spalt 1 mm: Nach 80 Minuten einer Standard-Brandeinwirkung erreichte die Temperatur von LOCK T 75215 97±1 °C; ein Hinweis auf eine relativ geringe Erwärmung.

• Spalt 6 mm: Die Temperatur des Verbinders erreichte im gleichen Zeitraum Werte von circa 286±36 °C. Dies zeigt, wie sehr die Zunahme des Raums das Eindringen von Heißluft und den Temperaturanstieg begünstigt.

• Verwendung von intumeszierendem Material: Mit einem Spalt von 6 mm senkte die Anwendung von FIRE STRIPE GRAPHITE die Temperatur des Verbinders von circa 280 °C auf 140 °C und verbesserte somit den Brandschutz.

Prüfungen mit Last

Wenn die Tests an Probekörpern von nahezu realer Größe durchgeführt wurden, die einer mechanischen Belastung ausgesetzt waren, zeigte LOCK T MIDI ein Versagen bei Temperaturen um 315 °C:

• Spalt 6 mm: Das Versagen stellte sich nach 87 Minuten ein (weit über dem Zielwert von 60 Minuten).

• Spalt 22 mm: Das Versagen stellte sich sehr viel früher, bei 32 Minuten, ein (dennoch eine gute Zeit, wenn man bedenkt, dass die Verbindung vollständig freigelegt war)

Diese Werte bestätigen, dass ein großer Spalt zu einer schnelleren Erwärmung und somit zu einem früheren Versagen der Tragfähigkeit von Aluminium führt. Darüber hinaus nimmt die Tragfähigkeit der Verbinder mit steigender Temperatur deutlich ab.
Bei 60 Minuten Brandeinwirkung beträgt die geschätzte Verringerung der Tragfähigkeit 22 % für einen ungeschützten Spalt von 6 mm, 9 % für einen Spalt von 6 mm mit intumeszierendem Schutz und 6 % für einen Spalt von 1 mm. Dies macht deutlich, wie wichtig eine Brandschutzplanung der Konstruktionsdetails ist, welche die Spalte minimiert oder angemessen schützt.

Richtlinien für die Brandschutzplanung bei Metallverbindungen

1. Spalte minimieren
   Den Freiraum zwischen dem Aluminiumverbinder und der Holzfläche so klein wie möglich halten. Die geringe Verfügbarkeit von Luft behindert die schnelle Erwärmung des Metalls und verlängert die Festigkeit des Elements unter Brandbedingungen.

2. Einbindung intumeszierender Materialien
   Wenn aufgrund der Konstruktionsweise oder der Toleranzwerte ein breiterer Spalt unvermeidbar ist, kann der Einsatz von FIRE STRIPE GRAPHITE die vom Verbinder erreichte maximale Temperatur drastisch reduzieren.

3. Brandschutzplanung
   Bei den Berechnungen der Brandschutzplanung ist der Ausgangspunkt für die Beurteilung einer Verbindung die Überprüfung des Grenzzustands der Tragfähigkeit (GZT bzw. ULS) bei Umgebungstemperatur. Die Verbindung sollte für eine Arbeitsleistung ausgelegt sein, welche kleiner als die Einheit ist (z. B. Arbeitsleistung 80 %), sodass die Bemessungsfestigkeit größer als die tatsächliche Einwirkung ist.

4. Einplanung zusätzlicher passiv-intumeszierender Schutzvorrichtungen
   Neben der Verringerung des Spaltmaßes kann die Montage von Gipskartonverkleidungen, Kalziumsilikatplatten oder anderer feuerbeständiger Lösungen die Ausbreitung der Flammen und die Überhitzung des Verbinders verlangsamen, indem die konstruktiven Details im Hinblick auf Prävention optimiert werden.

5. Einbindung der Vorschriften in die Konstruktionsdetails
   Die Anforderungen der EN 1995-1-2 (Brandschutzplanung für Holz) unter Berücksichtigung etwaiger nationaler Vorschriften einhalten, damit die Konstruktionen die Anforderungen an den Feuerwiderstand (R30, R60, R90 usw.) effektiv erfüllen.

Die Versuchsanordnungen an LOCK T MIDI belegen deutlich, wie stark der richtige Umgang mit den Spalten sich auf das Brandverhalten von Aluminium in Brettschichtholzsystemen auswirkt.

Eine Brandschutzplanung, welche die konstruktiven Details berücksichtigt, erweist sich als der richtige Weg, um das Sicherheitsniveau und die bauliche Zuverlässigkeit im Brandfall zu steigern.

Die optimale Wahl hängt von den spezifischen Projektanforderungen, der Art der erwarteten Belastung und von der Intensität des geforderten Feuerwiderstands ab. In jedem Fall ist es notwendig, von Anfang an die Dynamiken einer Überhitzung des Verbinders und das Schutzpotential der intumeszierenden Materialien zu bewerten.

Weitere Informationen und Ressourcen

• Weiterführende Informationen finden Sie im Katalog „HOLZBAUVERBINDER“.

• Kontaktieren Sie uns für eine gezielte Beratung, um Support bei der Festlegung der Brandschutzdetails zu erhalten.

• Lesen Sie HIER und HIER die vollständigen Forschungsberichte

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