Branddynamik in Räumen mit strukturellen Brandlasten
Die Muster-Holzbaurichtlinie ermöglicht die teilweise ungeschützte Ausbildung von Massivholzbauteilen, die - im Vergleich zu nichtbrennbaren oder geschützten Bauteilen - als strukturelle Brandlast eine, zusätzliche Brandlast darstellt. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, in welchem Maß die Branddynamik in Räumen aufgrund des Beitrags der strukturellen Brandlast beeinflusst wird. Des Weiteren werden Ansätze zur Abbildung der zusätzlichen Brandleistung aus der strukturellen Brandlast in vereinfachten und allgemeinen Brandmodellen erarbeitet. Einführend erfolgt eine detaillierte Beschreibung des Brandverhaltens von Holz sowie veröffentlichte Ansätze zur Abbildung der strukturellen Brandlast in vereinfachten und allgemeinen Brandmodellen aus der Literatur. Diese bilden die Grundlage für die folgenden experimentellen und numerischen Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit. Eine umfangreiche Erörterung der Branddynamik im Raum ohne und mit Berücksichtigung des Beitrags der strukturellen Brandlast zeigt eine teilweise signifikante Beeinflussung dieser. Eine Auswertung von Versuchsdaten aus der Literatur sowie von eigenen Raumbrandversuchen bestätigt die Beeinflussung in Abhängigkeit verschiedener Parameter, wie z. B. den Ventilationsbedingungen, der Fläche der strukturellen Brandlast oder der Brandlastdichte. Die Beeinflussung spiegelt sich deutlich in der Wärmefreisetzungsrate respektive der Brandraumtemperatur, dem Flashoverzeitpunkt, der Branddauer sowie dem vermehrt ventilationsgesteuerten Brandregime wider. Zur Abbildung des Beitrags der strukturellen Brandlast in einem allgemeinen Brandmodell erfolgt die Erarbeitung drei unterschiedlicher Modellierungsansätze. Durch eine Validierung der Modellierungsansätze an Brandversuchen im Mittleren- und Großmaßstab kann eine hinreichend genaue Übereinstimmung gezeigt werden. Mit der Auswertung der Validierungsberechnungen konnten Anwendungsgrenzen der erarbeiteten Modellierungsansätze identifiziert werden. Die Erweiterung eines vereinfachten Brandmodells nach DIN EN 1991-1-2/NA - Anhang AA hinsichtlich der Berücksichtigung der strukturellen Brandlast wird auf Basis der experimentellen und numerischen Erkenntnisse durchgeführt. Mittels experimenteller Ergebnisse aus verschiedenen Raumbrandversuchen mit struktureller Brandlast erfolgt eine Validierung des erweiterten vereinfachten Brandmodells. Die Ergebnisse einer durchgeführten Parameterstudie sowie der Modellvalidierung werden zur Ermittlung von Anwendungsgrenzen herangezogen.
The model timber building guideline allows the partially exposed design of mass timber components, which, as a structural fire load, represents an additional fire load compared to non-combustible or protected components. In the present work, the extent to which the enclosure fire dynamics are affected due to the contribution of the structural fire load is investigated. Furthermore, approaches to represent the additional fire load from the exposed timber components in simplified and general fire models are developed. Introductory to this work is a detailed description of the reaction to fire of wood as well as published approaches to model the additional structural fire load in simplified and general fire models from the literature. These form the basis for the following experimental and numerical investigations within the scope of this work. An extensive discussion of the enclosure fire dynamics without and with consideration of the contribution of the structural fire load shows a partially significant influence of this. An evaluation of test data from the literature as well as from own room fire tests confirms the influence depending on various parameters, such as the ventilation conditions, the area of the structural fire load or the fire load density. The influence is clearly reflected in the heat release rate or the gase temperature inside the compartment, the flashover time, the total fire duration and the increasingly ventilation-controlled fire regime. Three different modeling approaches are developed to represent the contribution of structural fire load in a general fire model. By validating the modeling approaches in medium and large scale fire tests, a sufficient agreement can be shown. With the evaluation of the validation calculations, application limits of the developed modeling approaches could be identified. The extension of a simplified fire model according to DIN EN 1991-1-2/NA - annex AA with regard to the consideration of the structural fire load is carried out on the basis of the experimental and numerical findings. By means of experimental results from different compartment fire tests with structural fire load, a validation of the extended simplified fire model is performed. The results of a performed parameter study as well as the model validation are used to determine application limits.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
