DE3307939C2 - Brandschutzverkleidung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbessern der Tragfähigkeit eines Traglastdübels unter Brandbelastung in Betonen, bei der der Dübel betonseitig eingelassen und diesem deckenaußenseits ein Tragestiel zur raumseitigen Lastübernahme zugeordnet ist, wie dies die Fig. 1 zeigt. Deckenaußenseits und breitseits des Dübels 10 (in der Normalen zur Dübelzentrale) ist eine Brandschutzplatte 20 verankert, welche die im Brandfall entstehenden Spannungskegel abdeckt. Die Brandschutzplatte 20 kann mittels eines Klebers oder durch andere in der Technik üblichen Mittel an der Betonaußenseite befestigt sein. Die Brandschutzplatte ist zur Mitte hin verdickt.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brandschutzverkleidung für eine Hängevorrichtung mit einem in eine Betonkonstruktion eingelassenen Traglastdübel und einem daran befestigten, mit einer Brandschutzverkleidung umhüllten Hängeelement. :o

Traglastdübel werden allgemein in Decken und Mauerwerken benutzt, um Lasten an diesen zu befestigen oder anzuhängen. Derartige Dübel sind zu einem millionenfachen Massenartikel geworden, der auch im Hobbybereich vielfach Anwendung findet, wobei die Dübelform sich nach dem Anwendungszweck richtet.

Es ist durch die DE-OS 28 25 604 bekannt, die Hängeelemente an derartigen Dübeln vor der Einwirkung von Hitze durch einen um den Stiel des Hängeelementes gelegten wärmedämmenden Mantel zu schützen, wie es auch in anderen Literaturstellen, erheblich vor dieser Zeit liegend, beschrieben ist, so wie es in Nachbarbereichen für Formkörper zum Ummanteln von Bauteilen und zum Schützen von Schrauben bei dem Zusammensetzen von Wand- und Deckenelementen geschieht.

Die DIN 4102, zuständig für den vorbeugenden Brandschutz im Hochbau, weist im Teil 4 derartige kombinierte Elemente normmäßig aus. In der erwähnten Norm ist ferner festgehalten, daß derartige Dübel mindestens einen Durchmesser von 8 mm bei einer doppelten Einbautiefe von mindestens 60 mm haben müssen. Die Tragfähigkeit eines solchen Dübels wird mit 50 kg maximal in den Berechnungen angesetzt Es ist bekannt daß unter der Einwirkung von Wärme die Belastungsfähigkeit von Stahl und das Tragevermögen des Dübels im Beton oder Mauerwerk rasch abnimmt Um diesen Nachteil zu verbessern, hat die einschiffige Dübeltechnik die vorstehend erwähnten Ummantelungen aus wärmedämmendem Material geschaffen. Ein maßgeblicher Erfolg konnte dabei nicht erzielt werden, weil die Hitze nicht nur auf den Werkstoff Metall, vielmehr auch auf den Beton oder das Mauerwerk einwirkt Das schnelle Nachgeben der Tragfähigkeit wird nämlich bei Brandeinwirkung dadurch bewirkt daß der Beton- oder Mauerwerkstoff unter dieser Einwirkung Raumformveränderungen unterworfen ist die aufgrund des unterschiedlichen Dehnverhaltens zwischen dem metallischen und dem umgebenden Werkstoff zu einer Lockerung der Pressung zwischen den beiden Werkstoffen führt

Die Normvorschriften gehen bei ihren Belastungswerten davon aus, daß die Reibung zwischen Dübelschaft und umgebenden Werkstoff ausreicht; sie reicht aber nur aus, solange die sogenannten Normaltemperaturen herrschen. .Solche Normaltemperaturen herrschen aber nicht im Brandfall. Es ist bekannt daß beispielsweise Beton oder Mauerwerk unter Hitzeeinwirkung sich zersetzen oder mindestens dehnen, mit den vorstehend geschilderten nachteiligen Erscheinungen.

Es bilden sich im Brandfall im Beton sogenannte Spannungskegel aus. Diese Spannungskegel sind deutlich erkennbar, wenn nach Bränden, also extremer Hitzeeinwirkung, Verankerungen beispielsweise von Hängekonstruktionen aus der Decke herausgebrochen sind. Diese Bruchkegel entsprechen den Spannungskegeln. Dabei sind vorab die Spannungskegel erster Ordnung, hervorgerufen durch die Preßzwängung zwischen Beton und Dübel im Kaltzustand und die Spannungskegel zweiter Ordnung, hervorgerufen durch das thermische Umfeld des Dübels im Brandfall, zu beachten. Die schmale Abdeckung des Kegelkernes durch die Schaftummantelung des Hängeelementes hat keine wesentliche Verbesserung der Tragefähigkeit erbracht Es ist einleuchtend, daß die Ummantelung des Hängeelementes allein mit wärmedämmendem Material nahezu nutzlos ist, denn die Grundflächen der entstehenden Spannungskegel haben beachtliche Abmessungen, die ein Vielfaches des Dübelschaftdurchmessers betragen. Es kommt noch hinzu, daß die Stelle des Überganges zwischen dem in dem Beton eingebrachten Dübel und der Betonkonstruktion zunächst relativ kalt bleibt, aber unmittelbar neben der Tragekonstruktion die volle Hitze wirkt. Das führt zu einem Spannungsgeschiebe im Betongefüge, das nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis relativ schnell zu kegelförmigen Ausbrüchen führt, die oberhalb der Spannungskegel liegen. (Spannungskegel dritter Ordnung.)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tragfähigkeit eines Traglastdübels erheblich 2u erhöhen. Dabei geht sie von der Erkenntnis aus, daß die Zone der Spannungskegel weitgehend vor Hitzeeinwirkung geschützt werden muß, was hinsichtlich der Belastungsfähigkeit eine weitaus höhere Wirkung hat ali das Schützen des Dübelschaftes mit vergleichsweise schmalen Dämmelementen, die im Regelfall die Rohrform des Dübelschaftes lediglich etwas verdickend nachahmen.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß auf der dem Feuer ausgesetzten Oberfläche der Betonkonstruktion eine mit von ihren Rändfirn zur Lage des Dübels hin zunehmende Dicke ausgebildete Brandschutzplatte befestigt ist, welche die Grundflächen der im Brandfall in der Betonkonstruktion zu erwartenden Spannungskegel abdeckt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

Fig. 1 den Schnitt durch eine Betondecke mit der erfindungsgemäßen Brandschutzverkleidung, die an der Betondecke mit einem Kleber befestigt ist,

Fig.2 die Draufsicht auf eine kreisförmige Brandschutzplatte, bestehend aus zwei Teilen und einem mittig angeordneten Hängeelement, befestigt an einer Tragplatte,

F i g. 3 den Schnitt I/I durch F i g. Z

F i g. 4 den Schnitt III/III durch die F i g. 2,

F i g. 5 Temperaturkurvenverläufe betonseitig und

F i g. 6 an den Rändern abgerundete Brandschutzplatte.

Die F ι g. ί zeigt die einfachste Form der Erfindung, nämlich eine Brandschutzverkleidung, die den Traglastdübel 10 umgibt, wobei die Brandschutzplatte 2S mittels eines Klebers an der Decke befestigt ist Die über der Brandschutzplatte 20 dargestellte Betondecke zeigt den in der Decke befestigten Dübel 10 und die sich im Brandfall ergebenden Spannungskegel erster und zweiter Ordnung im Beton, wobei beachtlich ist, daß die Spannungskegel erster Ordnung bereits im Kaltzustand des Betons feststellbar sind. Sie entstehen bei dem Einbringen des Traglastdübels 10 und werden im Brandfall erheblich verstärkt

Dem Hängestab 31 eines Hängeelementes ist in dieser Darstellung die Ummantelung 50 zugeordnet Dieser befindet sich in einer kreisförmigen Ausnehmung 21 der Brandschutzplatte 20.

Es gehört zum Stand der Technik, daß die Ummantelung 50 neben der Kreisform auch Vierkantform oder andere Zwischenformen annehmen kann.

In den F i g. 2 bis 4 ist eine Brandschutzplatte 20 dargestellt, die aus zwei Teilplatten 22 besteht Diese Bauform hat den Vorteil, daß bei der Montage ώε beiden Teilplatten 22 einfach zusammengeshoben und montiert werden können. Das ist besonders wichtig bei nachträgliehen Montagen.

Der Hängestab 31 des Hängeelementes ist in diesem Beispiel als Profilstab 32 ausgebildet, der seinerseits wiederum an einer Tragplatte 30 mit in der Technik üblichen Mitteln befestigt ist. Die Raumtorm der Verkleidung ist wie die Fig. ί bis 4 zeigen, der eines Pilzes ähnlich, und ist mit Hilfsdübeln 11 an der Decke befestigt. Es empfiehlt sich bei dieser Raumform, die so beschaffen ist, daß das eine Teil 22 die Schraubbefestigung aufnimmt und das zweite Teil so geschoben wird, daß die im rechten Teil der Fig.3 gezeichnete besondere Abdeckung in Fortfall kommen kann.

Die Fig.4 gibt den Schnitt III/III der Fig.2 wieder und verdeutlicht, daß man die Brandschutzplatte 20 auch als Schichtkonstruktion aufbauen kann, so daß der Übergang von der äußersten Schmalseite der Brandschutzplatte 20 bis zu der erfindungsgemäßen Verdikkung zur Zentrale hin nicht stetig, vielmehr stufenweise stattfindet. Das kann für die Fabrikation in Serie Bedeutung haben.

Es ist zweckmäßig, wie die F i g. 1 zeigt, in der Zentrale der Brandschutzplatte 20 eine Öffnung anzuordnen, die zum Dübel 10 einen Abstand hält, um die Schaftabdeckung verankern zu können. Aus der erfindungsgemäßen Bauweise ergibt sich ferner, daß die Brandschutzplatte 20 um den Dübel 10 herum soweit ausgedehnt werden soll, daß die an der Deckenoberfläche zu erwartenden Spannungskegel überragt werden. Es hat sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, die Brandschutzplatte am Rand abzurunden, wie dies insbesondere in F i g. 6 erkennbar ist

Die Brandschutzplatte 20 kann in Nähe des Dübels 10 bei größeren Belastungen deckenseits eine Höhlung für eine Trageplatte 30 aufweisen, um mehrere Dübel 10 anzuordnen. Durch die Mehrteiligkeit sind zahlreiche Varianten zur Erleichterung der Montage möglich.

Das Temperaturdiagramm in F i g. 5 erläutert das besondere Merkmal der Erfindung, nämlich die abfallende Dicke der Brandschutzplatte 20 zum Rande, also zu den Spannungskegeln erster und zweiter Ordnung hin. Besonders der Spannungskegel dritter Ordnung weist eine bisher von der einschlägigen Technik nicht erkannte Bedeutung luf. Würde man nämlich die Brandschutzverkleidung in der Weise der Umma.'->:lung, wie bisher in der Technik üblich, in gleicher Dicke a· sführen, dann würde bei den vorgegebenen Spannungsverhältnissen im Beton, seien sie mechanisch oder temperaturmäßig ausgelöst, das Gegenteil der angestrebten Wirkung erreicht Ir einem solchen Fall entsteht in der Randzone der Brandschutzverkleidung eine erheblich höhere Spannung, die zu einer neuen Abrißzone durch den Spannungskegel dritter Ordnung führt.

Die F i g. 5 zeigt die thermischen Verhältnisse bei der Beflammung nach der DIN-Einheitstemperaturkurve (ETK) im linken unteren Teil, wobei die Beflammungsrichtung durch die Pfeile 60 angezeigt ist. Die Kurve im unteren linken Darstellungsfeld entspricht in der Betonfläche 61 die Temperaturverteilungskurve (TVK), wobei auf der Ordinate die Dicke des Betons aufgetragen ist.

Durch die Beflammung ergibt sich eine Spannungsdifferenz an der in den Betonfeldern 61, 62 hineinverlängerten Grenze zwischen der Brandschutzplatte 2Z< und dem angrenzenden Feld wie sie der seitlichen Temperaturverschiebung (SVK) entspricht. Diese seitliche VerschifcOung ergibt sich aus dem Umstand, daß das Betonfeld 62 oberhalb der Betonschutzplatte 20 geschützt ist, so daß die Nachbartemperaturen differenziert auf den Grenzbereich der Felder 61 und 62 einwirken. Die Temperaturverhältnisse in dem oberen rechten Betonfeid 62 werden wiedergegeben durch die Temperaturabfallkurve (TAK), aus der deutlich zu ersehen ist, daß das Betonfeld 62 durch die Brandschutzplatte 20 zwar temperaturgeschützt ist, aber die Temperaturgeschiebezone 41 zu einem Spannungskegel dritter Ordnung führt, der bisher in seiner Auswirkung von der einschlägigen Technik nicht erkannt wurde.

Fs t,g:bt sich aus der Gesamtdarstellung, daß die Temperaturabfallktirve (TAK) reziprok zur Temperaturverteilungskurve (TVK) verläuft. Insoweit findet die Erfindung ihre logische Bestätigung. Die gefährliche Spannungsdifferenzzone zeigt das Feld zwischen den Kurven TVK und TAK auf. Bei geringen thermischen Belastungen kann es ausreichen, wenn durch die Brandschutzplatte 20 nur Spannungskegel erster und zweiter Ordnung abgedeckt werden. Allen thermischen Belastungen ist jedoch nur die Abdeckung aller Spannungskegel gewachsen. Es hat sich im Rahmen systematischer Versuche herausgestellt, daß das Grenzfeld zwischen der Verlängerung der äußeren Grenze der Brandschutzplatte 20 in den Beton hinein und zur gestrichelten SVK-WnK auf die erfinderische dest-iltnntr rtpr

Brandschutzplatte 20 im Randbereich erheblichen Einfluß hat. IJm hier eine günstige Raumform zu erreichen, ist erfindungsgemäß der Rand der Brandschutzplatte 20 in erfindungsgemäßer Weise abgerundet.

Wie die F i g. 6 zeigt, ist die deckenseitige Fläche der Brandschutzplatte 20 nach einem besonderen Merkmal der Erfindung außenseits nicht eben, vielmehr so gestaltevdaß der Spalt 12 zwischen Brandschutzplatte 20 und Betonaußenseite größer wird. Dieser vergrößerte Spalt 12 erlaubt bei Anwendung der Klebetechnik eine Verdickung der Klebemasse und einen weitaus günstigeren Verlauf der Temperaturabfallkurve (TA K) in dem wichtigen Randbereich, weil sich dort Spannungsvorgänge im Beton in bisher nicht erkannter ungünstiger Weise sonst addieren können.

Beispiel

Es wurde eine Brandschutzplatte 20 deckenseitig mit einem hochtemperaturlesten Kleber befestigt und nach der genormten ETK über 150 min. beflammt. Dabei wurden handelsübliche Dübel verwendet, deren Tragkraft maximal bei doppelter Einbautiefe (über 90 min. ETK-Beilammung) 50 kg bei 8 mm0 beträgt.

Es ergab sich bei 100 kg Belastung nicht nur eine volle Tragfähigkeit bei 150 min. Beflammung, wobei die maximale Tragfähigkeit nicht einmal ermittelt werden konnte, weil das Optimum der Belastung aus konstruktiven Gründen nicht eingestellt werden konnte. Einzeldaten lassen eine mindestens dreifache Belastung erwarten. jo

Es hat sich ferne r bei praktischen Anwendungen insofern eine außerordentlich günstige Wirkung der Brandschutzplatte 20 ergeben, als in geeigneten Fällen die Umhüllung des Hängeelementes in Fortfall kommen kann, da diese zum Brandschutz des Dübels nicht mehr 35 benötigt wird.

Hierzu ί Dian z-ciCntiurigcii

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Brandschutzverkleidung für eine Hängevorrichtung mit einem in eine Betontragkonstruktion eingelassenen Traglastdübel, und einem daran befestigten, mit einer Brandschutzverkleidung umhüllten Hängeelement, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Feuer ausgesetzten Oberfläche der Betoatragkonstruktion eine mit von ihren Rändern zur Lage des Dübels hin zunehmender Dicke ausgebildete Brandschutzplatte (20) befestigt ist, welche die Grundflächen der im Brandfall in der Betontragkonstruktion zu erwartenden Spannungskegel (40) abdeckt Id

2. Verkleidung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) an der Oberfläche der Betonkonstruktion mit einem brandhemmenden Kleber befestigt ist

3. Verkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) mittels Hilfsdübeln (H) befestigt ist

4. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) mittig eine Vertiefung (21) zur Verankerung der Brandschutzverkleidung des Hängeelementes aufweist

5. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) die Grundflächen der im Brandfall zu erwartenden Brandspannungskegel (40) überragt

6. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daC Jie Brandschutzplatte (20) an den Rändern aufgerundet ist

7. Verkleidung nach einem <i r Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) im Grundriß kreisförmig, oval oder rechteckig ausgebildet ist (F i g. 2).

8. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandschutzplatte (20) ein- oder mehrteilig (22) ausgeführt ist.