Rechner für den Feuerwiderstand von Beton

Beton gilt allgemein als feuerbeständiger Werkstoff. Aus diesem Grund sind Betonkonstruktionen im Vergleich zu Konstruktionen, die aus anderen Baumaterialien bestehen, im Brandfall besser leistungsfähig. Jedoch, Wenn es über einen längeren Zeitraum Feuer ausgesetzt wird, beginnt es an Festigkeit zu verlieren und kann strukturell beschädigt werden. Aus diesem Grund, Im Allgemeinen ist es erforderlich, dass Ingenieure Beton- und Stahlbetonkonstruktionen mit einer Mindestfeuerwiderstandsdauer entwerfen, um die allgemeine Robustheit dieser Materialien in einer Struktur sicherzustellen.

Bei Feuereinwirkung, Stahlbeton kann auf verschiedene Weise reagieren, die seine strukturelle Integrität beeinträchtigen:

• Risse und Abplatzungen des Betons an den Flächen des Elements.
• Ablösen von Beton von der Bewehrung, Reduzierung der Verbundwirkung (und Gesamtstärke).
• Reduzierung der Streckgrenze und Steifigkeit der Bewehrung.

Unter Feuerwiderstand versteht man die Fähigkeit eines Bauelements, seine Integrität bei Feuereinwirkung aufrechtzuerhalten. Dies wird normalerweise mit a beschrieben Feuerwiderstandsdauer (FRP), in Minuten gemessen. Bauvorschriften schreiben abhängig von der Gebäudeklassifizierung Mindest-FRP-Werte für Strukturelemente vor. Die FRP-Anforderungen können variieren 30-240 Protokoll. Einige Vorschriften unterteilen die FRP-Anforderungen in verschiedene Kategorien, die sich auf Methoden zur Brandbekämpfung beziehen. Zu diesen Kategorien gehören:

• Strukturelle Angemessenheit: Fähigkeit, die strukturelle Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten.
• Integrität: Fähigkeit, die Übertragung von Feuer durch das Element zu verhindern.
• Isolierung: Fähigkeit, die Wärmeübertragung durch das Element zu verhindern.

Abhängig von der Klassifizierung, Einige Codes erfordern möglicherweise unterschiedliche FRP-Werte für jede Kategorie.

Die Feuerwiderstandsdauer eines Betonabschnitts wird durch die folgenden Faktoren beeinflusst:

• Größe: Größere Betonabschnitte haben typischerweise einen höheren FRP.
• Abdeckung: Eine erhöhte Abdeckung der Bewehrung kann das Risiko von Betonabplatzungen/-ablösungen verringern.
• Betonfestigkeit: Höhere Betonfestigkeiten führen zu einer erhöhten Feuerbeständigkeit.
• Laststufe: Stark belastete Betonabschnitte haben typischerweise einen niedrigeren FRP.
• Verstärkungsverhältnis: Eine zunehmende Abschnittsverstärkung kann den FRP erhöhen.
• Exposition: Allseitig freiliegende Elemente haben einen niedrigeren FRP als einseitig geschützte Abschnitte.

Es ist auch möglich, den FRP von Betonelementen durch das Aufbringen von Schutzbeschichtungen wie Vermiculit oder intumeszierender Farbe zu erhöhen.

Es gibt verschiedene Strategien, mit denen Sie die Feuerbeständigkeit von Beton verbessern können. Zu diesen Strategien gehören:

• Mit abnehmender Betondichte verhält sich Beton mit geringerer Dichte besser.
• Verwenden Sie die richtigen Betonzuschlagstoffe und wählen Sie Zuschlagstoffe mit natürlicher Hitzebeständigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit.
• Verstärken Sie den Beton mit feuerfesten Materialien wie Stahl.
• Optimieren Sie das Wasser-Zement-Verhältnis und die Zuschlagstoffart für dichte Betonmischungen, um einen feuerbeständigeren Zement zu erhalten.
• Wenn möglich, Tragen Sie feuerfeste Beschichtungen auf, um zusätzlichen Schutz zu bieten.

FRP wird je nach angewendetem Konstruktionscode unterschiedlich berechnet. Beim Benutzen IM 1992-1-2, Der folgende Prozess wird befolgt:

1. Bestimmen Sie die Isotherme von 500 °C für die angegebene Brandeinwirkung, Standardfeuer oder parametrisches Feuer.
2. Berechnung neuer Querschnittsabmessungen unter Ausschluss des Betons außerhalb 500 Sie. Isotherme.
3. Bestimmen Sie die Temperatur von Bewehrungsstäben in der Zug- und Druckzone.
4. Bestimmen Sie die reduzierte Festigkeit der Bewehrung.
5. Berechnen Sie die reduzierte Tragfähigkeit.

Bei Verwendung von AS 3600:2018, Der Prozess ist wie folgt:

1. Bestimmen Sie die effektive Länge und Schlankheit.
2. Berechnen Sie die Belastungsexzentrizität basierend auf dem Auslegungsmoment/der Axialkraft.
3. Berechnen Sie das Belastungsniveau und das mechanische Verstärkungsverhältnis.
4. Verwenden Sie tabellarische Werte, um die Mindestabschnittsbreite und die Bewehrungsüberdeckung zu bestimmen.

Der SkyCiv RC-Feuerwiderstandsrechner berechnet die Ausbreitung der Temperatur, die sich während des Brandes innerhalb der Bewehrung und des Betons eines Elements entwickelt. Anschließend wird der reduzierte Querschnitt der Elemente berechnet, d. h. Der Querschnitt, der durch Entfernen von Teilen des Querschnitts mit angenommener Festigkeit und Steifigkeit von Null erhalten wird. Anschließend wird die Tragfähigkeit für Axial- und Biegekräfte in ihrer kombinierten Form geschätzt und schließlich die Kapazität mit den tatsächlichen Kräften verglichen, denen das Bauteil ausgesetzt ist.

Zum Betrieb des Moduls sind folgende Eingaben erforderlich:

• Abschnittstyp (rund oder rechteckig).
• Abschnittsabmessungen.
• Feuerwiderstandsdauer in Stunden.
• Bewehrungsanordnung (Stabdurchmesser und Stababstand) für Quer- und Längsseiten.
• Bemessungslasten (Biegung an der Haupt- und Nebenachse und Axialkraft).
• Seitenabdeckung.
• Materialeigenschaften für Beton und Bewehrungsstahl.

Beton gilt allgemein als feuerbeständiger Werkstoff. In dem BS EN 13501-1:2018 Brandklassifizierung von Bauprodukten und Bauelementen. Klassifizierung anhand von Daten aus Brandverhaltenstests Normalbeton weist mit der Einstufung A1 die bestmögliche Feuerwiderstandsklasse auf. Materialien der Klasse A1 sind nicht brennbar, d. h. sie können nicht wie Materialien wie Holz und Bauholz in Brand gesteckt werden.

SkyCiv bietet Tools zur Berechnung des konkreten FRP gemäß den folgenden Codes:

• IM 1992.1.2.2004 - Entwurf von Betonkonstruktionen
• AS 3600:2018 Australisches Handbuch für Bauingenieure