Berechnung von Tragwerken im Brandfall

Für die Berechnung von Tragwerken im Brandfall stellt die SOFiSTiK AG geeignete Werkzeuge zur Verfügung. Stab- und Flächentragwerke können jeweils einer thermischen und einer mechanischen Analyse unterzogen werden. Die Berechnungen erfolgen nach den allgemeinen Rechenverfahren der Eurocodes.

Stabtragwerke

Eine nichtlineare instationäre thermische Analyse nach der Methode der finiten Elemente ermöglicht die Berechnung von Temperaturverteilungen in beliebigen Querschnitten. Es kann sich dabei um Stahlbeton-, Stahl- oder Verbundquerschnitte handeln. Dazu können vorgegebene Temperaturzeitkurven wie die ETK, aber auch frei definierte Kurven verwendet werden. Neben den Materialien der Eurocodes für Beton und Stahl werden auch frei definierte temperaturabhängige Materialeigenschaften berücksichtigt. Zwischen den Berechnungsschritten ist eine Modifikation der Querschnitte möglich. So können Schädigungen, wie zum Beispiel das Abplatzen des Betons, simuliert werden.

Die so ermittelten temperaturabhängigen Querschnittseigenschaften stehen dann direkt für die Berechnung ebener und räumlicher Stabtragwerke oder auch einzelner Bauteile wie Stützen oder Träger bereit.

Es wird eine nichtlineare Berechnung nach den Allgemeinen Rechenverfahren der Eurocodes durchgeführt. Den einzelnen Querschnittselementen werden aufgrund der Temperaturverteilung im Querschnitt temperaturbezogene Spannungs-Dehnungs-Linien zugeordnet. Die thermischen Dehnungen werden (hierbei) berücksichtigt.

Bild oben: Brandfall: Spannungsverteilung in den Schichten eines Schalenelementes

Flächentragwerke

Für die Berechnung von Flächentragwerken im Brandfall steht ein spezielles Schalenelement zur Verfügung, das in Schichten (Layer) unterteilt ist. Derzeit sind für Schalenelemente nichtlineare Werkstoffmodelle für Beton und Stahl implementiert. Jeder Schicht können eigene temperaturabhängige Materialeigenschaften zugeordnet werden. Da für jedes Element eine individuelle Temperaturverteilung möglich ist, kann eine räumliche Ausdehnung des Brandes über die Zeit modelliert werden. Bei wieder fallender Temperatur werden dann die Beton-Arbeitslinien der bis dahin in den einzelnen Schichten erreichten Höchsttemperaturen verwendet. Der Beton „heilt“ also nicht wieder. Beim Stahl wird dagegen immer die Arbeitslinie für die aktuelle Temperatur verwendet. Damit ist es möglich, beliebige Flächentragwerke im Hochbau, aber auch im Tunnelbau auf ihr Verhalten im Brandfall zu untersuchen.

Bild: Temperaturabhängige Spannungs-Dehnungs-Linien für Beton C 30/37