DE3731124A1 - Brandschutzsystem fuer bauten, insbesondere fuer tunnelbauwandungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Brandschutzsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

An die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln werden bestimmte Forderungen gestellt, die u.a. auch bau­ liche Brandschutzmaßnahmen betreffen. Insbesondere in Tunneln, in denen Transporte gefährlicher Güter zuge­ lassen sind, wird zumindest ein beschränkter baulicher Objektschutz angestrebt, der im Brandfalle wirksam wird. Dieser besteht darin, daß Tunneldecke, Zwischendecken und Tunnelwände so geschützt werden, daß eine Erhitzung der Bewehrungen von Stahlbetonbauteilen über 300 Grad C nicht möglich ist und insbesondere Betonabplatzungen ver­ mieden werden. Es wird dabei davon ausgegangen, daß ent­ sprechende Brandschutzmaßnahmen so bemessen sind, daß sie in der oberen Hälfte des Verkehrsraumes einen bestimm­ ten Temperaturverlauf, wie in Fig. 1 dargestellt, be­ rücksichtigen. Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT), des Bundesministers für Verkehr der Bundesrepublik Deutschland aus dem Jahre 1985 zeigen die Forderungen im einzelnen auf.

Bislang hat man in der Praxis den Schutz baulicher Stahl­ betonteile gemäß den eingangs aufgezeigten Forderungen durch zwei unterschiedliche Maßnahmen zu erreichen versucht. Nach einem bekannten System werden hierbei die Stahlbeton­ massen zum Tunnelinneren hin um ein gedachtes Maß, bei­ spielsweise 20 cm, verstärkt ausgeführt, d.h. über das statische Erfordernis hinaus. Diese Maßnahme hat zum Ziel, eine stärkere Betonmasse zwischen Brandherd und Bewehrung im Brandfalle als Hitzeschild vorweisen zu können. Damit läßt sich zwar die Wirkung des Hitzeschil­ des nach Eintreten eines Brandfalles erreichen, so daß die Bewehrung keinen höheren Temperaturen als 300 Grad C aus­ gesetzt ist. Allerdings besteht die Gefahr, daß die zum Tunnelinneren gerichteten Betonmassen abplatzen bzw. in ihrem Gefüge so stark geschädigt werden, daß sie in den betroffenen Bereichen nach dem Brandfalle mit großem Auf­ wand und unter Inkaufnahme von starken Verkehrsbehinderun­ gen oder totalen Sperrungen entfernt und neu aufgebracht werden müssen.

Nach einem anderen bekannten Brandschutzsystem werden die Tunnelinnenwände wie auch die Decke mit geeigneten feuerhemmenden, wärmeisolierenden Baustoffen belegt, die gegen das Tunnelinnere wiederum mit geeigneten Verklei­ dungsmaterialien wie Putzträgerplatten oder ähnlichem be­ legt sind, um eine Verschmutzung der Isolierung und ent­ sprechende Reinigung des Schlußbelages selbst zu ermög­ lichen. Hier hat sich als offensichtlicher Mangel gezeigt, daß derartige Konstruktionen bei einem Unfall, der in der Re­ gel einem Brandereignis vorausgeht, keinen genügenden Anprallschutz bieten, so daß die Isolierungen in einer solchen Weise beschädigt und abgelöst werden, daß kein genügender Brandschutz mehr gegeben ist. Zudem sind die Isolierungen in der Regel hinsichtlich ihrer Lebensdauer begrenzt und nur bedingt reinigungsfreundlich infolge alterungsbedingten Nachlassens der hierfür verantwort­ lichen Qualitätsmerkmale der Oberflächen. Im Falle eines Brandes müssen ungeachtet der mechanischen Zerstörung diese Bekleidungen wegen der aufgetretenen Verrußung er­ neuert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den geschilderten Schwie­ rigkeiten abzuhelfen. Insbesondere soll ein Brandschutz­ system geschaffen werden, welches eine einfache Installa­ tion und einen dauerhaften Brandschutz gewährleistet und zwar auch unter anprallbedingten Belastungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merk­ male gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merk­ male gekennzeichnet.

Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Schale aus vorgefer­ tigten Einzelelementen, die mit ihrem gesamten Gewicht auf der Tunnelsohle ruht, in einem vorgegebenen Abstand zur tragenden Tunnelwandung in der Weise eingebaut, daß die erforderliche Brandschutzisolierung in dem entstan­ denden Zwischenraum Platz findet. Diese Brandschutziso­ lierung ist dann durch die äußere Schale vor äußeren An­ griffen, wie Anprall und dergleichen, geschützt, wobei in der Kombination aus starren, armierten Einzelelementen, deren biegesteifer Verbindung untereinander und der Anbringung stoßabsorbierender Einrichtungen zwischen Tunnelwandung und diesen Einzelelementen ein Verbundsystem geschaffen wird, das in der Lage ist, relativ hohe kine­ tische Energie, wie sie die Anprallenergie hoher Gesamt­ lasten und Geschwindigkeiten im Straßenverkehr beinhaltet, in flächige Verformungsenergie umzusetzen bzw. zu vernich­ ten ohne die Brandschutzeigenschaften des Brandschutz­ systems zu schwächen oder zu beeinträchtigen oder zu vor­ springenden Kantenbildungen an den Verbindungsstellen zweier Verbundelemente zu führen.

In besonders vorteilhafter Weise wird die tragende Vorbau­ schale durch Ton-Keramik-Verbundelemente bzw. Verbundkör­ per gebildet, die sich wegen ihrer Armierung - die wegen der hier vorliegenden Bedingungen speziell in kleineren Raster­ maßen als normal üblich gewählt werden kann - als besonders widerstandsfähig gegen Anprall hoher Energie und Abplatz­ erscheinungen unter Hitzeeinwirkung erwiesen haben. Ferner werden die Verbundelemente aufgrund des Keramikbelags an der Sichtseite allen Forderungen nach Reinigungsfreundlich­ keit, Unempfindlichkeit gegen wetterbedingten Beanspruchungen, Säuren- und Laugenangriff, Hitze, Unbrennbarkeit und ästhe­ tischem Aussehen gerecht und bieten einen sehr guten Schutz des Verbundkerns, der aus Beton besteht, gegen Korrosion.

Zweckmäßigerweise werden zur Verbindung von Beton und Kera­ mik Mörtelbaustoffe gewählt, die hydraulisch abbindend den Anforderungen der Brandschutzklasse 1 genügen, sofern nicht die Verbindung der Keramik unmittelbar bei der Vorfertigung mit dem Betonkörper direkt erfolgt.

Zum fugengerechten Ausrichten der Fertigelemente an der Baustelle sind diese an ihren Schmalseiten mit Ausnehmungen versehen, in denen die Elemente zur biegesteifen Verbindung der Einzelelemente, wie Rundbolzen und Anker, lose eingelegt werden. Diese mechanischen Glieder werden biegesteif bemes­ sen, um die Anprallenergie, die auf ein Verbundelement wirkt, auch auf das benachbarte Verbundelement zu verteilen.

Auf ihrer der Sichtseite abgewendeten Seite sind die Ver­ bundelemente zweckmäßigerweise mit stoßabsorbierenden Elementen versehen, die mit der mit Abstand zur Schale angeordneten Wandung fest verbunden sind. Vorzugsweise sind die stoßabsorbierenden Elemente durch stabartige bzw. ankerartige Bauteile gebildet, die unter Druckbeanspruchung ausknicken. Als besonders geeignet hierfür hat sich der Einsatz entsprechend bemessener sowie räumlich und zahlen­ mäßig nach statischen Gesichtspunkten auf der der Sicht­ seite abgewendeten Seite eines Verbundelements angebrachte Stahlanker gezeigt, die einerseits am Verbundelement ange­ lenkt und über in die Tunnelwandung eingebrachte Anschweiß­ platten verbunden sind. Diese Bauelemente sind darüberhin­ aus in der Lage, die normalen beispielsweise durch Windzug oder Erschütterung auf die Verbundelemente wirkenden Hori­ zontalkräfte ohne Knickung aufzunehmen.

Die Einbaulänge der stoßabsorbierenden Bauteile bestimmt sich nach den Einbaumaßen der zwischen Tunnelwandung und Verbundelement vorzusehenden Isolierung, die zweckmäßigerweise aus einer Kombination von preiswerten Brandschutzmatten mit einer kurzzeitigen Belastungsmöglich­ keit bis zu 1000 Grad Celsius aufgebaut ist, die in Rich­ tung des Tunnelinneren durch eine entsprechend dimensionierte Fasermatte geschützt wird, die den in den eingangs erwähn­ ten RABT niedergelegten Forderungen gerecht wird und ins­ besondere aus Keramikfasern gebildet ist, die Temperaturen bis 1430 Grad Celsius standhalten kann.

Ein derartiges Brandschutzsystem ermöglicht wegen der vorge­ fertigten Teile eine gute und preiswerte Einbringung, eine mit geringen Kosten versehene und relativ einfache Auswech­ selbarkeit. Das System zeichnet sich ferner durch aus­ gezeichnete Pflegeeigenschaften und Alterunsbeständigkeit aus.

Nachfolgend wird ein Ausführungbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 ein Diagramm des Temperaturverlaufs in der oberen Hälfte eines Verkehrsraumes,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine Ausführungs­ form eines Brandschutzsystems.

Fig. 1 zeigt eine den RABT entnommene Darstellung des Tempera­ turverlaufes in der oberen Hälfte des Verkehrsraumes für die Bemessung von baulichen Brandschutzmaßnahmen, wobei die Zeit t, die Dauer bis zum Beginn der Löscharbeiten umfaßt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Tunnelwandung 1, vor der mit Ab­ stand eine selbsttragende Schale 2 aus einzelnen Verbundelemen­ ten 3 angeordnet ist. Jedes der Verbundelemente 3 ist aus einem Betonteil 4, der zweckmäßigerweise armiert ist, und einen auf der Sichtseite angeordneten Keramikbelag 5 aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel plattenförmigen Formkörpern gebildet. Zwischen der Schale 2 und der aus Beton bestehenden Tunnel­ wandung 6 ist eine Bekleidung aus Isolierstoffen angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Brandschutz­ matte 6 und einer Keramikfasermatte 7 besteht.

Die Schale 2 ist durch stoßabsorbierende Stahlanker 8 mit der Tunnelwandung 1 verbunden. Die Stahlanker 8 sind hierbei mit in die Tunnelwandung 1 eingelassenen Anschweißplatten 9 fest verbunden, zweckmäßigerweise verschweißt. Auf der anderen Seite sind die Stahlanker 8 in konventioneller Weise an den Be­ tonteil 4 angeschlossen.

Die biegesteife Verbindung der Verbundkörper 3 untereinander erfolgt durch biegesteife Anker 10, die lose in entsprechend ausgebildete Bohrungen 11 in den Schmalseiten der Verbund­ elemente aufgenommen sind. Die Fuge zwischen zwei benach­ barten Verbundkörpern 3 wird mit Hilfe einer Dichtungs­ schnur 12, die nicht brennbar ausgeführt ist, derart gegen den Innenraum des Tunnels abgedichtet, daß sie nur den Betonteil 4 erfaßt, während der Fugenanteil im Bereich der keramischen Formkörper 5 mit hydraulisch abbindendem Fugenmaterial aus­ gebildet ist.

Ein nach dem Aufbau in Fig. 2 gefertigtes Brandschutzsystem, bei dem die Keramikfasermatte selber bis zu 1260 Grad Celsius belastbar sein sollte, wurde einem Temperaturtest unterzogen. Hierbei konnte festgestellt werden, daß bei einer Dauertempe­ ratureinwirkung von 1200 Grad Celsius an der Oberfläche des Verbundelementes, gemessen über einen gewählten Zeitraum von 90 Minuten, der entsprechend der Fig. 1 als t-5 min. bezeichnet ist, einen Temperaturwert an der Oberfläche der Tunnelwand 1 von 270 Grad Celsius gemessen ergab. Diese erzielten Werte zeigen, daß bei diesem relativ hoch ange­ setzten Wert von 95 Minuten von Brandbeginn bis zum Beginn der Löscharbeiten und dem gewählten Aufbau des Systems eine hervorragende Erfüllung der Vermeidung von Maximal­ temperaturen im Bereich der Tunnelwandung im Sinne der an­ geführten RABT erziehlt werden konnte.

Claims (9)

1. Brandschutzsystem für Bauten, insbesondere für Tunnelbauwandungen, mit einer an der Tunnelwandung ange­ ordneten, wärmedämmenden und feuerbeständigen Bekleidung aus Isolierstoffen, die zum Tunnelinneren durch eine selbsttragende Schale begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale aus vorgefertigten, biegesteif miteinander verbundenen Einzelelementen gebildet ist, welche stoß­ absorbierend mit der Tunnelwandung verbunden sind.

2. Brandschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Einzelelemente der Schale aus Beton- Keramik-Verbundkörpern bestehen, bei denen auf der Sicht­ seite der tragenden, armierten Betonteile keramische Form­ körper befestigt sind.

3. Brandschutzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Formkörper plattenförmig ausgebildet sind.

4. Brandschutzsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Formkörper durch hydraulisch abbin­ dende Mörtel oder unmittelbar mit dem Betonteil verbunden sind.

5. Brandschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundkörper an ihren Schmalseiten durch biege­ steife Elemente mit den benachbarten Verbundelementen ver­ bunden sind.

6. Brandschutzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundelemente an ihren Schmalseiten mit Ausneh­ mungen versehen sind, in denen die biegesteifen Elemente aufgenommen sind.

7. Brandschutzsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die biegesteifen Elemente in den Verbundelementen lose eingelegt sind.

8. Brandschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundelemente mit der Tunnelwandung durch unter Druckbeanspruchung ausknickende stoßabsorbierende Ele­ menten verbunden sind.

9. Brandschutzsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bekleidung zwischen der Tunnelwandung und dem Verbundelement aus einer Kombination von Brandschutzmatten und Keramikfasermatten gebildet ist.