EP0616090B1 - Tragwerk - Google Patents

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EP0616090B1
EP0616090B1 EP93102211A EP93102211A EP0616090B1 EP 0616090 B1 EP0616090 B1 EP 0616090B1 EP 93102211 A EP93102211 A EP 93102211A EP 93102211 A EP93102211 A EP 93102211A EP 0616090 B1 EP0616090 B1 EP 0616090B1
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EP
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water
steam
cavity
fire
supporting framework
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Industrie GmbH & Co Greschbach
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GRESCHBACH INDUSTRIE GmbH and CO
Greschbach Ind & Co GmbH
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GRESCHBACH INDUSTRIE GmbH and CO
Greschbach Ind & Co GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/94—Protection against other undesired influences or dangers against fire

Definitions

  • the invention relates to a supporting structure with a supporting element made of metal, which has a hollow profile, in the A fire protection agent is arranged in the cavity, the cavity of the structural element sealed liquid and pressure tight is the fire retardant from water in a liquid state which water is at least partially the cavity fills and at least one steam outlet valve on the structural element is provided.
  • Such a structure is known from GB-A-1 265 141.
  • the invention finds particular application in the context of fire protection of supporting structures and steel halls.
  • a supporting structure with supporting elements made of metal Hollow profiles become known, the cavities of liquid and are sealed pressure-tight. Located in these cavities water as a fire protection agent in liquid form. To the Supporting elements are provided with temperature-controlled valves, through which steam can escape in the event of a fire. A satisfactory one Fire protection of particularly endangered elements of the structure and also the overlying roof parts not available (GB 1 265 141).
  • the object of the invention is to design a structure for buildings with a relatively easy to do particularly effective fire protection, which all structural elements includes.
  • the object is achieved in that the steam outlet valve Steam jet nozzle carries.
  • the steam outlet valve prevents the build-up of excess pressure. from which the generated water vapor emerges. It serves the steam jet nozzle for directional lighting of particularly vulnerable Parts of the structural elements and / or an overlying Top, roof.
  • the structural element can be assembled from hollow profiles Truss girder be formed and an upper chord and one Have lower chord through posts and diagonal struts are connected to each other, with all cavities of the upper chord, The lower flange, posts and struts are connected to each other, the lower flange is partially filled with water and the steam outlet valve is arranged on the top chord.
  • all of the existing cavities can absorb the entire steam Flow through the interior of the lattice girder while cooling condense to water in parts of the carrier that have not yet been heated which flows back to the water in the lower chord can, which creates a cooling circuit in the truss trains.
  • the steam jet nozzle pivoted on the steam outlet valve. This makes possible it is easy to adjust the direction of the steam jet that the endangered parts are hit.
  • the drawing shows a supporting structure for a building, for example a steel construction hall, in a side view, in a simplified schematic Representation and partially cut open.
  • the structure shown in the drawing consists of essentially from a vertical structural element, namely a prop 1, and a horizontal structural element in the form of a truss 2.
  • a prop 1 a horizontal structural element in the form of a truss 2.
  • Several such in Row or adjacent structures form that Support frame for an existing one, for example made of trapezoidal sheets (not shown) roof of the building.
  • the support 1 is embedded in the floor 3.
  • This structural element - The support 1 - consists of a hollow profile 4 Steel of circular or rectangular cross-section.
  • the cylindrical or prismatic cavity 5 of this hollow profile 4 is sealed liquid and pressure tight everywhere, a sealing disc embedded near the bottom 3 also serves this purpose 6.
  • the cavity 5 of the support 1 is completely filled with water 7 in filled liquid as a fire protection agent.
  • the filling with water 7 happens with the help of a water inlet 8, the is provided above the bottom 3 on the hollow profile 4 and above a line piece 9 leads to the cavity 5.
  • the water inlet 8 is with a shut-off valve 10 and with a flange 11 for Provide a water supply connection (not shown).
  • the support 1 is at its upper end 12 with the truss 2 firmly connected, a flange connection is used for this 13.
  • the cavity 5 of the support 1 is at its top End 12 with the cavities 5 'of the truss 2 for the Water 7 in fluid communication.
  • the horizontal structure element is a multi-part truss made up of hollow sections 2.
  • This truss 2 has a hollow Upper chord 14 and a hollow lower chord arranged parallel to it 15 on through hollow vertical posts 16 as well are connected by diagonal struts 17.
  • Three of the truss girders 2 are 18 using flanges connected with each other. All cavities 5 'of top chord 14, Posts 16 and struts 17 are in fluid communication with one another.
  • the lower flange 15 of the truss 2 is a hollow profile 19 of circular, rectangular or square cross-section and is made of steel.
  • the formed by the hollow profile 19 Cavity 20 is, like the other cavities 5 ', on all sides liquid and pressure tight, serve this purpose for example the end plates 21.
  • the corresponding is Upper chord 14 formed.
  • the cavity 20 of the lower flange 15 of the horizontal truss 2 is partly with water up to a level 22 23 filled in the liquid state.
  • This cavity 20th stands not only over between the top end 12 of the prop 1 and the lower flange 15 provided opening 24 with the Cavity 5 of the support 1, but also with the cavities 5 ' of the lower flange 15, the post 16 and the struts 17 and of the upper chord 14 in connection.
  • a corrosion protection agent is added to the water 7, 23, which does not change the properties of the water.
  • each steam outlet valve 25 carries a steam jet nozzle 26, the swiveling and thus adjustable adjustable is arranged.
  • adjustable steam jet nozzles 26 from below directed to a roof of the building resting on the top chord 14 are these parts of the building by the outflowing Steam cooled, and at the same time the Oxygen required to ignite combustible material repressed. The roof is therefore very effective against destruction and crash secured.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tragwerk mit einem Tragwerkselement aus Metall, welches ein Hohlprofil aufweist, in dessen Hohlraum ein Brandschutzmittel angeordnet ist, wobei der Hohlraum des Tragwerkselementes flüssigkeits- und druckdicht abgeschlossen ist, das Brandschutzmittel aus Wasser in flüssigem Zustand besteht, welches Wasser den Hohlraum zumindest teilweise füllt und an dem Tragwerkselement wenigstens ein Dampfauslaßventil vorgesehen ist.
Ein solches Tragwerk ist aus der GB-A-1 265 141 bekannt.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung im Rahmen des Brandschutzes von Tragwerkkonstruktionen sowie von Hallen aus Stahl.
Bei Industriehallen jeglicher Art, ebenso wie bei Gebäuden für öffentliche Zwecke, finden leichte Stahlkonstruktionen in Verbindung mit Flachdächern bzw. geneigten Dächern aus Stahlblech in zunehmendem Maße Verwendung. Die Tragwerke aus Stahl selbst und insbesondere die leichten Dachkonstruktionen sind im Brandfalle problematisch, ihre Feuerwiderstandsdauer ist gering, weil bei steigenden Temperaturen die Festigkeit des verwendeten Stahles rasch abnimmt, die Konstruktionsteile sich verbiegen und das Dach abstürzt.
Bekannt ist es, die Tragwerke aus Metall und die Blechdächer durch geeignete Verkleidungen aus feuerfesten Platten oder mittels Beschichtungen gegen die Einwirkungen von Schadfeuern zu schützen. Die hierzu erforderlichen Maßnahmen sind mit hohem Arbeitsaufwand verbunden und daher teuer, ihre Wirksamkeit ist begrenzt.
Es ist weiterhin bekannt, die Tragwerke aus Profilstahl dadurch gegen die Einwirkungen von Schadensfeuer zu schützen, daß in den Profilvertiefungen oder hierfür gebildeten Hohlräumen Brandschutzkörper eingelegt sind. Diese vorgefertigten, stangenförmigen Brandschutzkörper bestehen aus verdicktem oder thixotropiertem Wasser, welches in Folienschläuche aus flüssigkeits- oder gasundurchlässigem Kunststoff eingesiegelt ist. Unter Hitzeeinwirkung schmilzt die Kunststoffolie und das verfestigte Wasser verdampft, wobei durch Ableitung der Verdampfungsenergie von den mit den Brandschutzkörpern versehenen Tragwerken der Brandschutz erreicht wird. Nachteilig hierbei ist die umständliche Herstellung der Brandschutzkörper in verschiedenen Abmessungen, die Notwendigkeit von deren Einbringen während des Baues in die Profile und das Auftreten von schädlichen Gasen beim Verbrennen der Kunststoffolien. Der Brandschutz von nicht mit Brandschutzkörpern ausgestatteten Bauteilen ist nicht gegeben oder nur mangelhaft, insbesondere ist aber die Aufrechterhaltung des Brandschutzes über eine längere Zeitdauer nicht möglich (DE-OS 41 31 018).
Weiterhin ist ein Tragwerk mit Tragwerkselementen aus metallenen Hohlprofilen bekannt geworden, deren Hohlräume flüssigkeits- und druckdicht abgeschlossen sind. In diesen Hohlräumen befindet sich als Brandschutzmittel Wasser in flüssiger Form. An den Tragwerkselementen sind temperaturgesteuerte Ventile vorgesehen, durch welche im Brandfall Dampf entweichen kann. Ein befriedigender Brandschutz von besonders gefährdeten Elementen des Tragwerks und auch der aufliegenden Dachteile ist damit allerdings nicht erreichbar (GB 1 265 141).
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konzeption eines Tragwerks für Gebäude mit einem relativ einfach zu bewerkstelligenden, besonders wirksamen Brandschutz, welcher alle Tragwerkselemente umfaßt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Dampfauslaßventil eine Dampfstrahldüse trägt.
Im Brandfalle von innen kommt das in dem Hohlraum des Tragwerkselements stehende Wasser zum Sieden und es verdampft, wobei die Temperatur der Stahlteile 100° C nicht überschreiten kann. Das Entstehen von Überdruck wird durch das Dampfauslaßventil vermieden, aus welchem der erzeugte Wasserdampf austritt. Dabei dient die Dampfstrahldüse zum gerichteten Anstrahlen besonders gefährdeter Teile der Tragwerkselemente und/oder einem aufliegenden Dach. Durch diese Maßnahme wird die Brandsicherheit des gesamten Tragwerks entscheidend verbessert, weil der austretende Dampfstrahl die betreffenden, gefährdeten Konstruktionsteile trifft, kühlend umspült und ein gegebenenfalls darüberliegendes Dach von unten bestreicht, wobei er gleichzeitig die zum Brennen notwendige Luft bzw. deren Sauerstoff verdrängt.
Das Tragwerkselement kann als aus Hohlprofilen zusammengefügter Fachwerkträger ausgebildet sein und einen Obergurt sowie einen Untergurt aufweisen, die durch Pfosten und diagonale Streben miteinander verbunden sind, wobei alle Hohlräume von Obergurt, Untergurt, Pfosten und Streben miteinander in Verbindung stehen, der Untergurt teilweise mit Wasser gefüllt ist, und das Dampfauslaßventil am Obergurt angeordnet ist. Infolge der Verbindung aller vorhandenen Hohlräume kann im Brandfall der Dampf das gesamte Innere des Fachwerkträgers kühlend durchströmen, wobei er in noch nicht erhitzten Teilen des Trägers zu Wasser kondensieren wird, welches zu dem im Untergurt stehenden Wasser zurückfließen kann, wodurch sich ein Kühlkreislauf im Fachwerkträger ausbildet.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Dampfstrahldüse schwenkbar am Dampfauslaßventil angeordnet. Dies ermöglicht es, die Richtung des Dampfstrahles problemlos so einzustellen, daß die gefährdeten Teile getroffen werden.
Es kann zweckmäßig sein, daß ein Schwenkmechanismus vorgesehen ist, der unter der Einwirkung des ausströmenden Wasserdampfes eine gerichtete periodische Bewegung - etwa wie bei einem Rasensprenger - hervorruft.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Tragwerk für ein Gebäude, beispielsweise eine Stahlbauhalle, in einer Seitansicht, in vereinfachter schematischer Darstellung und teilweise aufgeschnitten.
Das in der Zeichnung wiedergegebene Tragwerk besteht im wesentlichen aus einem vertikalen Tragwerkselement, nämlich einer Stütze 1, sowie einem einem horizontalen Tragwerkselement in Gestalt eines Fachwerkträgers 2. Mehrere solcher in Reihe bzw. nebeneinander angeordnete Tragwerke bilden das Traggerüst für ein beispielsweise aus Trapezblechen bestehendes (nicht dargestelltes) Dach des Gebäudes.
Die Stütze 1 ist in den Boden 3 eingelassen. Dieses Tragwerkselement - die Stütze 1 - besteht aus einem Hohlprofil 4 aus Stahl von kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Der zylindrische bzw. prismatische Hohlraum 5 dieses Hohlprofils 4 ist überall flüssigkeits- und druckdicht abgeschlossen, hierzu dient auch eine nahe dem Boden 3 eingelassene Dichtscheibe 6.
Der Hohlraum 5 der Stütze 1 ist vollständig mit Wasser 7 in flüssigem Zustand als Brandschutzmittel gefüllt. Die Füllung mit Wasser 7 geschieht mit Hilfe eines Wassereinlasses 8, der oberhalb des Bodens 3 am Hohlprofil 4 vorgesehen ist und über ein Leitungsstück 9 zum Hohlraum 5 führt. Der Wassereinlaß 8 ist mit einem Absperrventil 10 und mit einem Flansch 11 zum Anschluß einer Wasserzuleitung (nicht dargestellt) versehen.
Die Stütze 1 ist an ihrem oberen Ende 12 mit dem Fachwerkträger 2 fest verbunden, hierzu dient eine Flanschverbindung 13. Der Hohlraum 5 der Stütze 1 steht an seinem oberen Ende 12 mit den Hohlräumen 5' des Fachwerkträgers 2 für das Wasser 7 in Flüssigkeitsverbindung.
Bei dem horizontalen Tragwerkselement handelt es sich um einen mehrteiligen, aus Hohlprofilen zusammengesetzten Fachwerkträger 2. Dieser Fachwerkträger 2 weist einen hohlen Obergurt 14 und einen parallel dazu angeordneten, hohlen Untergurt 15 auf, die durch hohle, vertikale Pfosten 16 sowie durch diagonale Streben 17 miteinander in Verbindung stehen. Drei der Fachwerkträger 2 sind mit Hilfe von Flanschen 18 miteinander verbunden. Alle Hohlräume 5' von Obergurt 14, Pfosten 16 und Streben 17 stehen miteinander in Flüssigkeitsverbindung.
An den Knotenstellen des Fachwerkträgers 2 sind im Obergurt 14 und im Untergurt 15 jeweils Löcher angebracht, die einen kleineren Durchmesser als die Pfosten 16 und die Streben 17 aufweisen. Diese Löcher werden aus statischen Gründen dadurch ausgesteift, daß jeweils ein kurzes Rohrstück (nicht dargestellt) hindurchgesteckt und mit dem Lochrand verschweißt wird - dadurch wird der fehlende Querschnitt im Obergurt 14 bzw. im Untergurt 15 ersetzt.
Der Untergurt 15 des Fachwerkträgers 2 ist ein Hohlprofil 19 von kreisförmigem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt und besteht aus Stahl. Der vom Hohlprofil 19 gebildete Hohlraum 20 ist, wie die anderen Hohlräume 5', allseitig flüssigkeits- und auch druckdicht abgeschlossen, hierzu dienen zum Beispiel die Endscheiben 21. Entsprechend ist der Obergurt 14 ausgebildet.
Der Hohlraum 20 des Untergurtes 15 des horizontalen Fachwerkträgers 2 ist bis auf ein Niveau 22 teilweise mit Wasser 23 in flüssigem Aggregatzustand gefüllt. Dieser Hohlraum 20 steht nicht nur über die zwischen dem oberen Ende 12 der Stütze 1 und dem Untergurt 15 vorgesehenen Öffnung 24 mit dem Hohlraum 5 der Stütze 1, sondern auch mit den Hohlräumen 5' des Untergurtes 15, der Pfosten 16 und der Streben 17 sowie des Obergurtes 14 in Verbindung.
Dem Wasser 7, 23 ist ein Korrosionsschutzmittel beigefügt, welches die Eigenschaften des Wassers aber nicht verändert.
Am horizontalen Tragwerkselement 2, dem Fachwerkträger 2, und zwar an dessen Untergurt 15, sind Dampfauslaßventile 25 vorgesehen, die jeweils am obersten Punkt des Obergurtes 14 eingesetzt sind. Jedes Dampfauslaßventil 25 trägt eine Dampfstrahldüse 26, die schwenkbar und damit gerichtet einstellbar angeordnet ist.
Entsteht nun im Innern des mit Hilfe der beschriebenen Tragwerkselemente errichteten Gebäudes ein Schadensfeuer, dann werden die mit Wasser 7 und 23 gefüllten Hohlprofile 4 und 19 der Stützen 1 und der Fachwerkträger 2 ganz oder teilweise erhitzt. Dabei nimmt zunächst das Wasser im Rahmen seiner Wärmekapazität Wärmeenergie auf, was bewirkt, daß die Temperaturzunahme der in Mitleidenschaft gezogenen Hohlprofile 4 und 19 an der betreffenden Brandstelle zeitlich beträchtlich verzögert wird.
Steigt die örtliche Erhitzung im Brandfall weiter, beginnt das Wasser 7, 23 in den Hohlprofilen 4 und 19 zu sieden, das heißt, es geht vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Angesichts der hohen Verdampfungswärme von Wasser (zur Überführung von Wasser in Dampf sind bei 100°C rund 530 cal/g erforderlich) bleibt die Temperatur der Hohlprofile 4 und 19 über eine beträchtliche Zeit konstant bei 100°C, das heißt, die betroffenen Stützen 1 und Fachwerkträger 2 erleiden unter der Einwirkung des Feuers keine Festigkeitsverluste, solange nur die Dampferzeugung anhält. Dabei strömt der Dampf durch die Hohlräume 5' der Pfosten 16 und Streben 17 in den Hohlraum 5' des Obergurts 14, und er zirkuliert durch das ganze System der miteinander verbundenen Hohlräume 5', wobei alle Innenflächen der Konstruktionsteile gekühlt werden. Es ist denkbar, daß in den Hohlräumen 5' Pumpen angeordnet sind, welche einen Zwangsumlauf hervorrufen.
Nach dem Beginn des Siedens des in den flüssigkeits- und druckdicht abgeschlossenen Hohlräumen 5 und 20 stehenden Wassers 7, 23 öffnen die Dampfauslaßventile 25 des Obergurtes 14 des horizontalen Fachwerkträgers 2, und es strömt unter mehr oder weniger hohem Druck Wasserdampf durch die Dampfstrahldüsen 26 aus. Der Wasserdampf entweicht wegen der Volumenzunahme beim Übergang von der flüssigen in seine gasförmige Phase um das Vielhundertfache in großer Menge. Die Dampfauslaßventile 25 können auf bestimmte vorgegebene Überdrucke eingestellt sein, so daß sie in einer zur Brandbekämpfung besonders geeigneten Reihenfolge öffnen.
Sofern die einstellbaren Dampfstrahldüsen 26 von unten her auf ein auf dem Obergurt 14 aufliegendes Dach des Gebäudes gerichtet sind, werden diese Gebäudeteile durch den ausströmenden Dampf gekühlt, und zugleich wird in deren Umgebung der zur Entflammung brennbaren Materials erforderliche Sauerstoff verdrängt. Das Dach ist daher sehr wirksam gegen Zerstörung und Absturz gesichert.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugsziffern
1
Stütze
2
Fachwerkträger
3
Boden
4
Hohlprofil
5
Hohlraum (von 1)
6
Dichtscheibe
7
Wasser
8
Wassereinlaß
9
Leitungsstück
10
Absperrventil
11
Flansch
12
oberes Ende (von 1)
13
Flanschverbindung
14
Obergurt
15
Untergurt
16
Pfosten
17
Streben
18
Flansche
5'
Hohlräume (von 15, 16, 17)
19
Hohlprofil
20
Hohlraum (von 15)
21
Endscheiben
22
Niveau
23
Wasser
24
Öffnung
25
Dampfauslaßventil
26
Dampfstrahldüse

Claims (3)

  1. Tragwerk mit einem Tragwerkselement aus Metall, welches ein Hohlprofil (4) aufweist, in dessen Hohlraum (5, 5', 20) ein Brandschutzmittel angeordnet ist, wobei der Hohlraum (5, 5', 20) des Tragwerkselements flüssigkeits- und druckdicht abgeschlossen ist, das Brandschutzmittel aus Wasser (7, 23) in flüssigem Zustand besteht, welches Wasser (7, 23) den Hohlraum (5, 5', 20) zumindest teilweise füllt und an dem Tragwerkselement wenigstens ein Dampfauslaßventil (25) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfauslaßventil (25) eine Dampfstrahldüse (26) trägt.
  2. Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfstrahldüse (26) schwenkbar am Dampfauslaßventil (25) angeordnet ist.
  3. Tragwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkmechanismus vorgesehen ist, der unter der Einwirkung des ausströmenden Dampfes eine gerichtete periodische Bewegung der Dampfstrahldüse (26) hervorruft.
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