Brandschutztechnische Untersuchung von Holz-Beton-Verbunddecken im Naturbrand

 

Die Holz-Beton-Verbundbauweise gewinnt national als auch international immer mehr an Bedeutung. Die Kombination von Holz und Beton bildet dabei nicht nur ein statisch leistungsfähiges System, sondern stellt im Hinblick auf ressourcenschonende Bauweisen eine ökologische Alternative zur derzeit vorherrschenden reinen Massivbauweise aus Stahlbeton dar, die sich mit dem hohen Verbrauch an Zement signifikant am weltweiten CO2-Ausstoß beteiligt.

Ursprünglich im Rahmen der Sanierung von bestehenden Deckenkonstruktionen entwickelt, hat die Holz-Beton-Verbundbauweise
unter stetiger Weiterentwicklung und Forschungsarbeit der letzten 50 Jahre inzwischen auch im Neubau von Hoch- und Ingenieurbauwerken das Interesse von Bauherren geweckt.

Dabei hat sich gegenüber den klassischen linearen Systemen die flächige Verbundlösung mit einer unterseitigen Schicht aus Massivholz aufgrund ihres hohen Vorfertigungsgrades sowie hervorragender bauphysikalischer als auch statischer Wirksamkeit als präferiertes System etabliert. Insbesondere im mehrgeschossigen Wohnungsbau wird hierbei häufig eine Konstruktion mit einer sichtbaren Holzunterseite zur Nutzung der ästhetischen und raumklimatischen Eigenschaften gewünscht. Ihre Umsetzung
ist jedoch durch die bauordnungsrechtlichen Anforderungen an Tragfähigkeit, Raumabschluss und Wärmedämmfähigkeit
im Brandfall gemäß den Bauordnungen der Länder innerhalb der Gebäudeklassen 4 und 5 nicht ohne zusätzliche Bekleidungs- und/oder Kompensationsmaßnahmen möglich.

Diese stützen sich auf die Betrachtung eines definierten Brandtemperaturverlaufs- unter Einheitstemperaturzeitkurve ETK als rechtsverbindliche Grundlage zur Anwendung brandschutztechnischer Nachweisverfahren. Alternativ dazu bietet der Eurocode die Möglichkeit einer brandschutztechnischen Auslegung von Bauteilen und Tragwerken mittels Naturbrandverfahren, die unter Berücksichtigung der örtlich vorhandenen, brandschutztechnisch relevanten Einflussparameter eine genauere Beurteilung des temperaturabhängigen Tragpotentials erlauben.

Vor diesem Hintergrund ist innerhalb meiner Masterarbeit eine Untersuchung erfolgt, ob und mit welchen Maßnahmen
flächige Holz-Beton-Verbunddecken ihre Anforderungen an Tragfähigkeit im Brandfall unter Anwendung von Naturbrandmodellen mit Annahme des vollständigen Abbrandes der Holzschicht sowie Verlustes der Verbundwirkung gewährleisten können und zudem die Gleichwertigkeit gegenüber einer nichtbrennbaren Konstruktion aus Stahlbeton in REI90 bzw. F90-AB erfüllen und damit den bauordnungsrechtlichen Anforderungen genügen können.

Im Ergebnis der untersuchten Systeme von 4-8 m Spannweite konnte ermittelt werden, dass die Holz-Beton-Verbundquerschnitte
von bc/hT = 6/18 cm bis 16/24 cm durch Ertüchtigung der Bewehrungseinlage auf praxisübliche Querschnitte > 5,24 cm²/m und Betonhöhen von i. M. 11 cm unter Zugrundelegung eines Naturbrandmodells mit vorab im Brandversuch ermittelten Temperaturbeanspruchungen ihre Funktion über die gesamte Branddauer eines natürlichen Schadensfeuers beibehalten. Weiterhin konnte in einer Vergleichsbemessung zu einer reinen Massivdecke aus Stahlbeton mit analogem Bewehrungsquerschnitt gezeigt werden, dass der Deckenquerschnitt durch Ersatz von bis zu 50 Prozent mit Holz seine Funktion äquivalent einer reinen Stahlbetondecke gleicher Gesamtstärke sowohl unter Normal- als auch Normbrandtemperaturbeanspruchung ETK erfüllt.

Ungeachtet einer wirtschaftlichen Beurteilung konnte damit nicht nur das statische Potential dieser Bauweise, sondern auch die ökologische Kapazität unter Einhaltung brandschutztechnischer Anforderungen nachgewiesen werden.

Dieses Ergebnis stellt einen wichtigen Aspekt in der weiteren Forschung an Holz-Beton-Verbunddecken und ihre Tragfähigkeit im Brandfall dar, um eine vermehrte Anwendbarkeit sowie die Vereinigung statischer Effizienz mit ökologischen Interessen zu ermöglichen.