PENASA Matteo, 2009-09:
Vergleich der Berechnungsmodelle nach Eurocode zur Tragwerksbemessung im Brandfall

Kurzfassung:

Die Kenntnis über das Verhalten der Tragwerke im Kaltzustand kann bereits als zufriedenstellend betrachtet werden. Die Baumaterialien sind ausreichen gütegesichert, und die Belastungen werden von Normen vorgeschrieben. Dank moderner Berechnungsverfahren und ununterbrochener Forschung kann der Brandfall auch sehr realistisch simuliert werden, und wichtige Daten lassen sich verfolgen, so wie Temperaturentwicklungen und -verteilungen. Nach den letzten Katastrophen wie die vom Mont-Blanc-Tunnel (24. März 1999), vom Tauerntunnel (29. Mai 1999), vom Gotthardtunnel (24. Oktober 2001), und das World Trade Center (11. September 2001), das Interesse dafür steigerte, was gemacht werden kann, um solche Ereignisse zu vermeiden oder zumindest ihre Konsequenzen zu beschränken. Selbstverständlich hat dar Planungsprozess großen Einfluss auf die Leistung des Tragwerks, und auf diejenige der Rettungsmannschaften. Der Eurocode nimmt diesen Bedarf auf, und implementiert eine Gesamtheit an Regeln für die Brandbemessung. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die verschiedene Modelle zu vergleichen und einen Überblick auf die möglichen Bemessungsalternativen zu geben. Um die verschiedene Phasen der Analyse besser illustrieren zu können, eine reale Struktur wurde ausgewählt, und die Bemessungsmethoden wurden darauf angewendet. Das ermöglicht es, ein konkretes Beispiel zu betrachten, und damit auf plausible Daten zu kommen, die verglichen und diskutiert werden können. Das erste Kapitel gibt einen Überblick auf die Grundkonzepte, die später im Text gebraucht und vertieft werden. Im zweiten Kapitel, die analysierte Struktur wird präsentiert. Fotos und Zeichnungen werden verwendet, um die schriftliche Erklärungen zu unterstützen, die sich auf konstruktive und brandrelevante Aspekte des Gebäudes konzentrieren. Dann, im dritten Kapitel, auf den ersten Schritt im Designprozess wird eingegangen; es befasst sich mit der Berechnung der Brandlast, der Temperaturverteilung im Raum, und den verschiedenen Phänomenen, die Einfluss auf deren Entwicklung mit der Zeit haben. Das vierte Kapitel schließt die Lücke zur echten statischen Berechnung, indem man darin die Interaktionen der Struktur mit Umgebung, die Veränderung der Materialeigenschaften und der Randbedingungen, und die verfügbarer Methoden zu ihren Bestimmung, untersucht. Schlussendlich, das fünfte Kapitel behandelt das Tragverhalten im Brandfall, die Verformungen, die Spannungen, und die eventuelle Tragreserven. Das letzte Kapitel fasst die Hauptthemen zusammen, die im Text aufgetreten sind, und beschreibt Vor- und Nachteile der verschiedenen Berechnungsstrategien.

 

Abstract:

The current knowledge about the behavior of structures under normal ambient conditions can be considered satisfying. Materials are quality-proof, loads are prescribed by norms. Thanks to modern computing methods and continuous research the case of fire can also be realistically simulated, and relevant data foreseen, such as heat development and temperature distribution. Due to recent disasters such as the Mont Blanc Tunnel (March 24th, 1999), the Tauern Tunnel (May 29th, 1999), the Gotthard Tunnel (October 24th, 2001), and the World Trade Center (September 11th, 2001), interest rose on what can be done to avoid or at least limit the consequences of similar events. Of course, the design process has major influence on the performance of the structure itself, and on that of firemen squad. Eurocode captures this needs and implements a full set of rules for the design in case of fire. The aim of this thesis is to compare the different models and provide an overview of the alternative analysis paths. In order to better illustrate the various phases of the analysis, an existing structure has been chosen and the computational methods have been applied to it. This allows for a real example, leading to plausible data, which will be compared and discussed. Chapter one provides an overview of the basic concepts which will be later needed and deepened in the text. In chapter two, the analyzed structure is presented. Pictures and drawings are used to support the literal explanations, which focus on structural and fire-relevant aspects of the building. Then, in chapter three, the first step of the design process is faced; it deals with the computation of the fire load, the temperature distribution in the compartment and the various phenomena affecting the evolution over time. Chapter four fills the gap to the actual structural analysis by investigating the interaction of the structure with the ambient, the changes on material properties and boundary conditions, and the available methods to predict them. Finally, chapter five treats the behavior of the structure when subjected to fire, its deformation, stresses and residual carrying capacity, if any.The last chapter summarizes the main themes emerged in the text, outlining benefits and and drawbacks of the various design strategies.