Feuertemperaturverifikation einer Versteifungsplatte
Einführung
Die Brandanalyse ist keine Routineaufgabe für einen Tragwerksplaner. Dieser Artikel zeigt die Lösung hinter IDEA StatiCa auf, die automatisch die Temperatur für Platten im Verbindungsmodell unter Brandeinwirkung berechnet.
Die Schweiß- und Schraubenkomponenten nehmen die Temperatur der verbundenen Platte mit der höchsten Temperatur an. Mehr über Annahmen: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Modell & Annahmen
Die Temperatur der Versteifung an diesem Verbindungspunkt wird überprüft. Die Verbindung wird einem Brand ausgesetzt und muss mindestens 15 Minuten R15 standhalten. Die für die Simulation verwendete Brandkurve ist die "Externe Brandkurve (EN 1993-1-2)." Es ist wichtig zu beachten, dass kein Brandschutz angewendet wurde.
Normformeln
Die Annahmen basieren auf EN 1993-1-2 für ungeschützte Stahlmaterialien. Da keine schützende Isolierung vorhanden ist, ist das Material direkt der Wärme durch Konvektion und Strahlung der Flammen ausgesetzt, wodurch es sich viel schneller erwärmt.
Der Eurocode definiert mehrere nominelle Temperatur-Zeit-Brandkurven, die im baulichen Brandschutz verwendet werden:
- Standard-Brandkurve (ISO 834 / EN 1991-1-2, Gl. 3.1)
- Stellt einen konventionellen, schweren Raumbrand dar.
- Verwendung: Für die Standard-Feuerwiderstandsklassifizierung (R30, R60, R90, …). Typischerweise in der normativen Bemessung und bei Laborprüfungen angewendet.
- Kohlenwasserstoff-Brandkurve
- Schneller Temperaturanstieg, erreicht ~1100 °C innerhalb von 5 Minuten.
- Verwendung: Für Brände mit Kohlenwasserstoffen (Öl, Gas, Kraftstofflagerung, petrochemische Industrie, Tunnel mit starkem Verkehr).
- Externe Brandkurve
- Geringerer Temperaturanstieg im Vergleich zur Standard-Kurve, max ~680 °C.
- Verwendung: Für Fassaden und Außenwände bei Brandeinwirkung.
- Parametrische Brandkurven (nicht in IDEA StatiCa enthalten)
- Basierend auf Raumgröße, Belüftung und Brandlastdichte.
- Zeigen Aufheiz- und Abkühlphasen.
- Verwendung: Für leistungsbasierte Bemessung realer Gebäuderäume, bei denen Brandlast und Belüftung bekannt sind.
Wie Ingenieure die Brandkurve auswählen sollten
Normkonformität/Widerstandsklassifizierung erforderlich: → Verwenden Sie die Standard-Brandkurve.
Petrochemie, Tunnel, Lagerung brennbarer Flüssigkeiten: → Verwenden Sie die Kohlenwasserstoff-Brandkurve.
Fassaden, externe Bauteile, die Außenbränden ausgesetzt sind: → Verwenden Sie die Externe Brandkurve.
Realistisches Brandszenario (leistungsbasierte Bemessung): → Verwenden Sie die Parametrische Brandkurve (falls ausreichende Eingangsdaten verfügbar sind).
Profilfaktor Am/V
Allgemeine Sensitivität
Der Profilfaktor (Am/V) ist eine wichtige Konstante für jede Platte. In der maßgebenden Gleichung erscheint er als Zähler, was darauf hinweist, dass eine Erhöhung des Temperaturinkrements die Temperatur am Ende der Simulation beeinflusst. Betrachten wir die Sensitivität des Faktors im Bereich [50,300] nach einer Erhöhung um 25.
Wie der Wert für die Versteifung berechnet wird
Die Profilfaktor-Berechnung für bezugnehmende Versteifungen sollte die Methodik zur Berechnung der Versteifungen klären. Wenn eine Fläche, die nicht mit der Kante der Platte ausgerichtet ist, von einer anderen Platte bedeckt wird, muss die bedeckte Fläche von der Profilfaktor-Berechnung ausgeschlossen werden.Die Nichtbeachtung dieses Aspekts kann zu irreführenden Ergebnissen im Vergleich zur manuellen Verifikation führen.
Berechnungsverfahren Schritt für Schritt
Das beschriebene Verfahren beschreibt den Arbeitsablauf des Temperaturanstiegs über die Zeit für die Externe Brandkurve.
Vergleich von IDEA StatiCa vs. Handrechnung
Die von IDEA StatiCa berechnete Temperatur erreichte 608 Grad Celsius.
Mit dem manuellen schrittweisen Verfahren erreichte die Temperatur 609 Grad Celsius.
Fazit
Das Ziel war es, mehr Transparenz in den Brandbemessungsworkflow einzuführen und Tragwerksplaner zu ermutigen, IDEA StatiCa vertrauensvoll für die Brandbemessung und Normprüfung von Stahlverbindungen und -bauteilen im Vergleich zu Handrechnungen zu verwenden.
In der Brandbemessung wird die Temperatur zu einer kritischen Zustandsvariable. Sie beeinflusst direkt die Steifigkeit und Festigkeit von Materialien durch temperaturabhängige Eigenschaften, die in EN 1993-1-2 definiert sind.