Brandschutz
- Technik
- Technische Aspekte
- Brandschutz
Stahlspundbohlen sind eine vielseitige und kostengünstige Lösung für den Einsatz als permanente Stützwände in Tiefgaragen, Tunneln und anderen unterirdischen Bauwerken. Zu ihren Hauptfunktionen gehören die Rückhaltung von Böden und Wasser während der temporären Aushubphase und der permanenten Phase sowie die Bildung von permanenten Außenwänden, die auch hohe Vertikallasten von Böden oder Überbauten auf den Boden übertragen können.
Tiefgaragen | Feuerbeständigkeit
Diese Broschüre gibt Hilfestellung bei der brandschutztechnischen Bemessung von Stahlspundbohlen, die als permanente Stützwände in Tiefgaragen oder im Straßenbau (Tunnel, Unterführungen, ...) eingesetzt werden.
Brandschutz und Feuerbeständigkeit
Stahlspundbohlen, verwendet für dauerhafte unterirdische Bauwerke, werden oft nicht in Betracht gezogen, weil im Falle eines Brandes umstritten wird, ob die Stahlspundbohlen den hohen Temperaturen standhalten können. ArcelorMittal führte umfangreiche Brandprüfungen und numerische Simulationen durch, um zu zeigen, dass Stahlspundwände mit der richtigen Bemessung und zusätzlichen Schutzmaßnahmen im Bedarfsfall eine erhebliche Feuerbeständigkeit erreichen können.
Brandschutzstrategien
Feuerbeständigkeit für Stahlspundbohlen kann durch eine Kombination von aktiven und passiven Schutzmaßnahmen erreicht werden
- Aktive Maßnahmen: umfassen Systeme wie Feuer- und Rauchmelder mit einer automatischen Sprinkleranlage, die die Ausbreitung eines Feuers schnell erkennen und begrenzen.
- Passive Maßnahmen: zielen darauf ab, einen übermäßigen Temperaturanstieg in tragenden Strukturen zu verhindern. Dies kann erreicht werden durch:
- Schutzanstriche: Auftragen von intumeszierenden Farben oder Spritzmitteln, die sich bei Wärme ausdehnen und eine Isolierschicht bilden.
- Dämmplatten: Anbringen von Platten zur Wärmedämmung.
- Mauerwerk: Mauerwerk oder Stein vor der Stahlspundwand anbringen, um als thermische Barriere zu wirken.
- Betonfüllung: die Spundwandtäler mit Beton ausfüllen, um den Wärmeübergangswiderstand zu erhöhen.
- Vollständige Betonierung: die Spundbohle vollständig mit Beton bedecken, um den Brandschutz zu erhöhen.
Prüfung und Simulation des Brandverhaltens
Die Brandschutzeigenschaften von Stahlspundbohlen wurden in einem Labor der Universität Lüttich, Belgien, eingehend geprüft. Bei diesen Prüfungen wurden verschiedene Bodentypen mit unterschiedlichen Wassergehalten verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit und die Einwirkung des Bodens auf das Verhalten der Stahlspundbohlen bei hohen Temperaturen zu bewerten. Zu den Hauptergebnissen dieser Studien gehören:
Wärmeleitfähigkeit der Böden
Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften und Bodenfeuchten haben eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit. Umfangreiche FE-Simulationen (Rückrechnung von Prüfungen) ermöglichten die Kalibrierung der thermischen Eigenschaften zweier typischer Böden mit unterschiedlichen Sättigungsgraden.
Brandprüfungen mit Böden
Prüfungen mit verschiedenen Bodentypen (Ton, Sand) bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsgraden haben gezeigt, dass gesättigte Böden die Erwärmung des Stahls verringern und damit die Feuerbeständigkeit erhöhen.
Aufbau der Brandprüfungen
Die Prüfungen wurden in einem speziell konstruierten Prüfofen mit Stahlspundbohlen durchgeführt, die verschiedene Böden zurückhalten. Die Temperaturen der Spundbohlen und des Bodens wurden an verschiedenen Stellen sowohl in der Aufheiz- als auch in der Abkühlphase der Brandsimulation überwacht.
Berechnung des Verhaltens der Konstruktion bei Brandereignissen
Die Ingenieure von ArcelorMittal können bei der Überprüfung der Feuerbeständigkeit jeder Stahlspundwandkonstruktion im Brandfall behilflich sein. Sie verwenden fortschrittliche Software wie SARI (entwickelt von der Universität Lüttich, Belgien), um Brandbedingungen zu simulieren und die bauliche Sicherheit zu bewerten. Die Software ermöglicht detaillierte thermische sowie strukturelle Analysen und berücksichtigt dabei
- Thermische Eigenschaften von Stahl: Die Festigkeit von Stahl nimmt bei hohen Temperaturen erheblich ab. Die mechanischen Eigenschaften können bei 800 °C auf etwa 10 % der Nennwerte sinken. Die strukturelle Analyse muss daher diese Veränderungen berücksichtigen, um eine angemessene Sicherheit unter Brandbedingungen zu gewährleisten.
- Plastische Umverteilung der Biegemomente: Die Fähigkeit des Stahls, Spannungen umzuverteilen, trägt zur Aufrechterhaltung der Standsicherheit bei, selbst wenn es zu einer lokalen Plastifizierung kommt, was insbesondere bei Brandereignissen von Nutzen ist.
- Bodeneigenschaften: Einfluss auf die Berechnungen haben die Wärmeleitfähigkeit des Bodens und des Wassers (wirkt als Senke, Kühleffekt).
- Passiver Schutz des Stahls: Als Option können Betonummantelungen oder andere Maßnahmen in der Software berücksichtigt werden.
Mercedes-Benz Parkhaus, Gent, Belgien: Für eine dauerhafte Bauwerkslösung wurden Stahlspundbohlen verwendet. Die Feuerbeständigkeit wurde durch passive Schutzmaßnahmen erhöht.
Parkhaus in Den Haag, Niederlande: Dieses unterirdische Parkhaus zeigt, wie anpassungsfähig Stahlspundbohlen sind, wenn es darum geht, Feuerbeständigkeit zu bieten und große Lasten zu tragen.
Technische Unterstützung
ArcelorMittal bietet technische Unterstützung bei der Überprüfung der Feuerbeständigkeit von Stahlspundwandkonstruktionen unter Berücksichtigung von Faktoren wie Bodenbeschaffenheit, Lastbedingungen und Brandszenarien (sowohl standardisiert als auch natürlich).
Mit ihrer Fähigkeit, sowohl als permanente Stützwände als auch als tragende Strukturelemente zu fungieren, sind Stahlspundbohlen eine praktische und kosteneffiziente Wahl für unterirdische Konstruktionen, die widerstandsfähig gegen feuerbedingte Risiken sind.
