Einfluss der Querdehnungsbehinderung auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spannbeton-Hohlplatten im Brandfall

Spannbeton-Hohlplatten (engl.: Hollow Core Slabs, HC-Platten) werden insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen als Deckensysteme im Hochbau eingesetzt. Bei einem 2007 aufgetretenen Brandereignis in einem Parkhaus in Rotterdam kam es zu einer teilweisen Ablösung des unteren Plattenspiegels [1]. Dies hatte eine europaweite Diskussion zur brandschutztechnischen Bewertung dieser Bauart zur Folge. Mittlerweile liegen eine Vielzahl von gutachterlichen Stellungnahmen, Literaturauswertungen und auch jüngeren Forschungsarbeiten zum Feuerwiderstand von Konstruktionen aus Spannbeton-Hohlplatten vor [2]. In den Untersuchungen wurde unter anderem das Tragverhalten von HC-Platten bei starrer Auflagerung, insbesondere hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit, analysiert.
Ein weiterer, bei der Prüfung und Bewertung von Spannbeton-Hohlplatten bisher kaum beachteter Aspekt ist die im Brandfall auftretende Behinderung der Querdehnung. In der Praxis kann für HC-Platten eine Querdehnungsbehinderung im Brandfall auftreten, wenn beispielsweise eine sehr steife Begrenzung des brandbeanspruchten Deckenbereichs vorliegt, z. B. durch Treppenhauskerne oder auch durch umgebende Deckenfelder bei lokaler Brandbeanspruchung. Um dieser Fragestellung nachzugehen, wurden an der BAM entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen an Deckenfeldern aus Spannbeton-Hohlplatten mit unterschiedlicher seitlicher Zwängung durchgeführt [3]. Im Beitrag werden die im Realmaßstab durchgeführten Brandversuche ausführlich beschrieben und deren Ergebnisse und daraus abgeleiteten Erkenntnisse vorgestellt.
Die an der BAM durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Zunahme der seitlichen Zwängung die Horizontalrissbildung in den Plattenstegen zu- und die Längsrissbildung abnimmt. Trotz der ausgeprägten Horizontalrissbildung kam es in den Brandversuchen nicht zu- einer Ablösung des unteren Plattenspiegels. Ebenso zeigte sich kein negativer Einfluss der Horizontalrisse auf das Trag- und Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Deckenkonstruktion. Die Ergebnisse aus den Brandversuchen stehen zukünftig zur Validierung numerischer Modelle zur Verfügung.

Influence of lateral constraint on the loadbearing and deformation characteristics of hollow core slabs in fire
Prestressed hollow core slabs (HC slabs) are used particularly as ceiling systems in building construction for economic reasons. In 2007, a fire incident in a car park in Rotterdam caused partial detachment of the bottom concrete layer [1]. This resulted in a Europe-wide discussion on the fire safety assessment of this type of construction. By now, many expert opinions, literature analyses and recent research on the fire resistance of constructions of prestressed hollow core slabs exist [2]. In the investigations, the bearing behaviour of HC slabs with rigid support, in particular with regard to the lateral force bearing capacity, was investigated among other things.
Until now in the testing and evaluation of prestressed hollow core slabs in fire the obstruction of thermal induced lateral expansion is hardly considered. In practice, in case of fire an obstruction of the lateral expansion of the HC slabs may occur, if there is a very stiff boundary around the fire-exposed ceiling area, e.g. by staircase cores or surrounding ceiling areas without any fire exposure. To investigate this question, appropriate experimental and numerical investigations were carried out at BAM on ceilings made of prestressed concrete hollow core slabs with different lateral restraint [3]. This article describes in detail the fire tests carried out in real scale and the results obtained from these tests.
The investigations carried out at BAM have shown that with an increase in the lateral constraint, the horizontal cracking in the webs of the HC slab increases and the longitudinal cracking decreases. Despite the distinctive horizontal crack formation, the fire tests did not show a detachment of the bottom concrete layer. Likewise, there was no negative influence of the horizontal cracks on the load-bearing and deformation behaviour of the fire-stressed ceiling construction. The results from the fire tests will be available for the validation of numerical models in the future.