Heißbemessung im Stahlbau - Level 3-Analyse einer Industriehalle nach DIN EN 1993-1-2

Die EN 1993-1-2 sieht für die Bemessung von Stahlkonstruktionen im Brandfall unterschiedliche Nachweisformate vor. In diesem Beitrag wird eine Level 3-Analyse nach DIN EN 1993-1-2 anhand eines konkreten Beispiels vorgestellt. Die betrachtete Industriehalle mit einer Grundrissfläche von ca. 8000 m2, einer Höhe von 19,0 m und schweren Kranlasten von bis zu 200 t Nutzlast war für eine Feuerwiderstandsdauer von 30 min (R30) zu bemessen und nachzuweisen. Hierfür sollte die Einheits-Temperatur-Zeit-Kurve (ETK) [1] angesetzt werden. Vom Tragwerksplaner wurde die Heißbemessungssoftware VULCAN [3] eingesetzt und für die unabhängige Vergleichsrechnung durch den Prüfingenieur das Softwarepaket SAFIR [4]. Die maßgebenden Verbindungen wurden per Handrechnung nach DIN EN 1993-1-2, Anhang D nachgewiesen. Durch beide Berechnungen konnte eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer von 30 min für die Stahlkonstruktion aufgezeigt werden, so dass auf einen konstruktiven Brandschutz der Stahlkonstruktion komplett verzichtet werden konnte. Der nachfolgende Beitrag beschreibt die Vorgehensweise bei der Bemessung und Prüfung, das angewandte Konzept der Teilmodelle und die Berechnung der maßgebenden Anschlüsse. Während der Berechnung zeigte sich, dass der Ansatz eines Vollbrandes mit einem Brandverlauf nach ETK - im konkreten Fall - nicht nur ein extrem unrealistisches Brandszenario darstellt, sondern auch zu erheblichen numerischen Schwierigkeiten bei der Tragwerkssimulation führte. Die Anwendung von “Worst-Case”-Naturbrandszenarien wäre hierfür vorzuziehen und würde mehr Erkenntnis über das tatsächliche Verhalten der Tragstruktur im Brandfall liefern.
Der Inhalt des nachfolgenden Beitrags wurde bereits auf verschiedenen Konferenzen vorgestellt und beruht auf den Quellen [10] und [11].

Fire design for steel structures - Level 3 application of an industrial building according to DIN EN 1993-1-2.
The paper presents a Level 3 application of EN 1993-1-2 [2] for an industrial building in Germany. Due to national building regulations the fire design of a large steel hall (8000 m2 area, 19,0 m height and heavy load cranes with service loads up to 200 t) had to be designed for R30 using the ISO-fire. The design was performed by using the software package VULCAN [3]. For independent checking the prove engineers used the software SAFIR [4] to partially reassess the building. The connections were designed via hand calculation according to EN 1993-1-2. Both designs show, that 30 minutes fire resistance could be achieved. During the fire design it became obvious, that, caused by the ISO-fire scenario [1], the structural response became highly non-linear, which complicated the assessment. The paper describes the process of design and prove engineering, the concept of sub-modeling, which was used for the design, and the design of main connections. A major experience of the project was that the application of Level 3 calculation methods in combination with the standard ISO-fire curve is suboptimal. The application of worst case realistic natural fires is preferable and will lead to a more detailed knowledge about the behavior of the structure in fire.