Feuerwiderstandsdauer von Verbundstützen im Hochbau

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Verbundbauteile vereinen die Vorteile des Stahlbaus mit denen des Betonbaus. Dies gilt besonders für das Brandverhalten.

Ungeschützte herkömmliche Stahlkonstruktionen erreichen im Brandfall nur eine Feuerwiderstandsdauer zwischen 10 und 20 Minuten. Für eine Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 Teil 4 müssen sie deshalb z. B. durch eine feuerfeste Bekleidung mit entsprechender Dicke geschützt werden. Bei Stützen betragen die Bekleidungsdicken je nach Feuerwiderstandsklasse mehrere cm. Die von Architekten bevorzugten schlanken Stützenquerschnitte lassen sich mit Bekleidungen daher kaum erreichen. Brandschutzanstriche bieten zwar einen Ausweg, haben allerdings nur geringen mechanischen Widerstand (nur ein lückenloser Feuerschutzanstrich ist wirkungsvoll) und eine optisch wenig überzeugende Oberflächenqualität.

Dagegen kann bei Stahlbetonstützen auf zusätzliche Bekleidungen verzichtet werden, wenn Mindestquerschnittsabmessungen und Mindestbetonüberdeckungen der tragenden Bewehrung eingehalten sind. Durch das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten eines Verbundbauteiles (Stahl, Beton und Bewehrung) können für Verbundstützen Feuerwiderstandsdauern von mehr als 180 Minuten (Feuerwiderstandsklasse R180) – ohne weitere Schutzmaßnahmen wie Bekleiden oder Beschichten – erreicht werden. Alle Querschnittskomponenten werden zur gemeinsamen Lastabtragung herangezogen. Während der Beton lediglich einen kleineren Anteil an der Gesamttragfähigkeit beisteuert, werden die gegenüber Brandeinwirkung empfindlichen Stahlquerschnitte durch den Beton im Brandfall geschützt.

Um für die Betonage der Stütze eine Schalung bereitzustellen und eine ansprechende Oberfläche zu schaffen, ist es häufig sinnvoll, bei Verbundstützen ein außen liegendes Stahlrohr zu verwenden. Als Verbundstützenquerschnitt liegt damit ein ausbetoniertes Hohlprofil vor (vgl. Beitrag März 2014). Neben der hohen Tragfähigkeit haben also auch gestalterische und baupraktische Gründe zu einer besonders großen Verbreitung dieses Verbundstützentyps beigetragen.

Die Tragfähigkeit von Verbundstützen aus rechteckigen oder runden betongefüllten Hohlprofilen bei Raumtemperatur hängt im Wesentlichen von der Wanddicke und der Stahlgüte der Profile ab. Obgleich das außen liegende Stahlrohr im Brandfall schnell an Tragfähigkeit verliert, trägt es zum Lastabtrag bei. Größere Wanddicken oder höherwertige Baustähle bringen bei Brandanforderungen keine Vorteile. Nur durch Einlegen einer nennenswerten Längsbewehrung mit ausreichender Betondeckung kann die Tragfähigkeit des betongefüllten Hohlprofiles wirksam gesteigert werden.

Der Nachweis der Feuerwiderstandsdauer der betongefüllten Hohlprofile erfolgt in erster Linie über Bemessungstabellen. Tabelle 4.7 der DIN EN 1994-1-2 gibt die Mindestanforderungen für die betongefüllten Hohlprofile je nach Feuerwiderstandsklasse an. Die in der Tabelle angegebenen Mindestabmessungen sind in etwa vergleichbar mit den Abmessungen reiner Stahlbetonstützen. Dieses verwundert nicht, da das Hohlprofil im Brandfall keinen Tragfähigkeitsbeitrag liefert.

Mindestanforderungen betongefüllter Hohlprofile nach Feuerwiderstandsklasse nach DIN EN 1994-1-2

DIN EN 1994-1-2 enthält ein vereinfachtes Berechnungsverfahren, das zum Nachweis der Feuerwiderstandsdauer betongefüllter Hohlprofile angewendet werden darf. Dieses ist für Handrechnung allerdings schlecht geeignet. Es ist aber zu erwarten, dass in zukünftigen Normenüberarbeitungen hier sicherlich Ergänzungen zu erwarten sind.

Alternativ besteht derzeit auch die Möglichkeit die Feuerwiderstandsdauer der Verbundstütze nach DIN EN 1992 (EC2-1-2) als Stahlbetonstütze unter Vernachlässigung des umgebenden Stahlprofils nachzuweisen.

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