Ohne Schutz können Stahlträger in Minuten versagen

Besonders im Stahlbau kommt dem vorbeugenden Brandschutz eine wichtige Rolle zu. Die für die Statik eines Gebäudes entscheidenden Stahlträger verlieren ohne Hitze- und Feuerschutz unter Volllast bei Temperaturen über 500 Grad Celsius in kurzer Zeit ihre Festigkeit. Da Brände in der Regel Temperaturen von mehr als 900 Grad verursachen, ist es eine Sache von Minuten, bis die betroffenen Stahlträger ihren Dienst versagen.

Die Standsicherheit des Gebäudes ist bedroht, ganze Hochhäuser können dadurch einstürzen. Zudem kommt es bei Stahl in Folge der hohen Temperaturen zu einer massiven Längenausdehnung, die die umliegenden Gebäudeteile wie Decken und Wände durch enorme Kraftausübung in Mitleidenschaft zieht.

Feuerwiderstandsdauer erhöhen

Um die Bekämpfung des Brandes und die Rettung der Personen in dem betroffenen Gebäude zu ermöglichen, gilt es die Zeitspanne zu verlängern, bis der Stahl seine Festigkeitsgrenze überschreitet. Die Musterbauordnung (MBO) und damit die Landesbauordnungen sehen deshalb bestimmte Mindestanforderungen für den baulichen Brandschutz vor. Dazu gehört die Feuerwiderstandsfähigkeit bestimmter Bauteile. Diese hängt von der Erwärmungsgeschwindigkeit des Bauteiles ab. Ziel des vorbeugenden Brandschutzes muss es also sein, diese Erwärmungsgeschwindigkeit zu verringern. Dazu haben Sie bei Stahl verschiedene Möglichkeiten.

Senkung der Erwärmungsgeschwindigkeit notwendig

Die Erwärmungsgeschwindigkeit und damit der Widerstand gegen das Feuer hängt ab von

• der Stärke der Belastung des Stahlträgers
• der Art der Belastung (wie Zug oder Druck)
• dem sogenannten Profilfaktor U / A (Umfang durch Querschnitt)

Generell kann sich die Erwärmung in einem massiven Bauteil langsamer ausbreiten als in einem dünnen. Wenn nun ein Stahlträger die nach der Bauordnung vorgeschriebene Feuerwiderstandsdauer nicht erreichen kann, müssen Sie für entsprechende Brandschutzmaßnahmen sorgen.

Nach DIN 4102 Teil 2 unterscheidet man die Feuerwiderstandsklassen

• F30 (Feuerwiderstandsdauer mindestens 30 Minuten)
• F60 (Feuerwiderstandsdauer mindestens 60 Minuten)
• F90 (Feuerwiderstandsdauer mindestens 90 Minuten)
• F120 (Feuerwiderstandsdauer mindestens 120 Minuten)

Für die Einteilung wichtig ist die von der Nutzung und Bauart abgängige Brandgefährdung eines Gebäudes.

Prinzipiell haben Sie viele Möglichkeiten

Die Bauphysik würde Ihnen im Prinzip zahlreiche Möglichkeiten bieten, um einen Stahlträger mit einem höheren Feuerwiderstand auszustatten. Allerdings sind bestimmte Möglichkeiten aus baulichen Gründen oder anderen Gegebenheiten keine praktikable Lösung: Sie könnten

• den Stahlträger massiver auswählen, um den Profilfaktor zu verbessern
• Hohlräume mit leichterem, nicht brennbaren Material zur Ableitung der Wärme ausfüllen (wie Wasser)
• Verbundsysteme wählen (Beton / Stahl)
• den Stahlträger speziell beschichten (Spritzputz)
• den Strahlträger ummanteln (spezielle Brandschutz-Platten)

Brandschutz durch Verbundsysteme

Da die Masse des Stahlträgers selbst nicht ohne weiteres erhöht werden darf, eignen sich zum einen Verbundsysteme aus Beton und Stahl für den Brandschutz. Verbundstützen und Verbundträger werden in der DIN 4102 näher beschrieben und unterteilt in

• Verbundträger mit ausbetonierten Kammern

• sowie Verbundstützen aus

• betongefüllten Hohlprofilen,

• einbetonierten Stahlträgern,

• aus Stahlprofilen mit ausbetonierten Seitenteilen.

Beachten Sie, dass bei dem Brandschutz mit Kammerbeton bestimmte Teile des Stahlquerschnitts ungeschützt verbleiben. Um eine richtige Bemessung für den Brandschutz vornehmen zu können, müssen Sie also insbesondere die Wärmeverteilung im gesamten Querschnitt kennen. Dafür sind meist Computersimulationen sinnvoll.

Brandschutz durch Ummantelung

Um den Wärmedurchgang in den Stahlträger zu verzögern, eignen sich verschiedene Verfahren der Ummantelung:

• Beschichtungen und Spritzputzummantelungen: Sie können profilfolgend gearbeitet werden, eignen sich für sichtbare Stahlträger, bedeuten kaum ein Zusatzgewicht, haben deshalb kaum einen Einfluss auf die Statik und gelten je nach Material als wetterbeständig. Die Beschichtungen bilden erst nach Brandeinwirkung eine Dämmschicht aus. Dünnwandige Stahlträger benötigen eine dickere Auftragung (Profilfaktor).
• Plattenummantelung: Sie werden im Trockenbau angenagelt, geschraubt oder geklebt. Inzwischen sind Systeme verfügbar, da auch ohne Klebstoff auskommen. Hierdurch kann die Gefahr der Auswaschung durch Regen oder Kondenswasser vermieden werden.

Fazit: Schützen Sie Stahlträger und -stützen richtig und wirtschaftlich

• Stahlkonstruktionen müssen so geplant und ausgeführt werden, dass sie im Brandfall ausreichend lang tragfähig bleiben.
• Stahlkonstruktionen können mit geeigneten Brandschutzmaßnahmen jede notwendige Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102 erreichen.
• Die notwendigen Brandschutzmaßnahmen richten sich nach Nutzung und Bauart des Gebäudes.
• Baulicher, vorbeugender Brandschutz wird durch weitere Maßnahmen (wie Feuerlöschanlagen, Brandabschnitte, Wärmeabzug) ergänzt, auch um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.
• Für Stahlträger kommen insbesondere Stahl-Beton-Verbundlösungen, Platten-Ummantelungen und Beschichtungen als Brandschutzmaßnahmen in Betracht.

Autor: Oliver Schonschek, Diplom-Physiker