Rauchgassimulation, Evakuierungsanalyse und Bauteilbemessung für die Centrum Galerie Dresden

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Rauchgassimulation, Evakuierungsanalyse und Bauteilbemessung für ein großes Shopping Center

Dr. Jochen ZehfußNiederlassungsleiter Hamburghhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

Centrum Galerie Dresden

vfdb-Jahresfachtagung, Berlin, 31.05.2011

www.centrumgalerie.de

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Inhaltsübersicht

• Einführung

• Leistungsbasierte Brandschutznachweise

• Anwendung des vfdb-Leitfadens

• Beispiele

• Zusammenfassung und Ausblick

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Brandschutz-NachweisBauaufsichtliche

Schutzziele

Präskriptives VorgehenLeistungsbasierter Nachweis

(schutzzielorientiert)

Vorgeschriebene Anforderungen (LBO,

SonderbauVO)

Abweichung

Kompensation

Erfüllung der bauaufsichtlichen Schutzziele

Nachweismit Ingenieurmethoden

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• Rettungswege

• Rauchableitung

• Brandausbreitung

• Bauteile und Tragwerk

Leistungsbasierter Nachweis mit vfdb-Leitfaden

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• 120 Geschäfte, Gastronomie, Kita, Garage

• 52.000 m² Verkaufsfläche (40.000 m² Bauteil 1)

• 290 Mio € Invest, Betreiber Multi Development

Lageplan einfügen

Beispiel Centrum Galerie Dresden

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• Max. Ausdehnung 180 m x 125 m

• UG – 4. OG => GK 5, kein Hochhaus

• Nutzung Verkauf, Garage, Büro => Sonderbau

• Brandschutzkonzept von hhpberlin

Beispiel Centrum Galerie Dresden

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GrundrisseEG 1. OG

2. OG UG

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• Shops > 100 m² benötigen nach /SächsVerkBauR/ einen Rettungsweg unabhängig von Ladenstraße

• Aus „kartoffelartige eingestellte Läden“ im 1. OG mit Verkaufsfläche bis zu 140 m² führen beide Rettungswege über Ladenstraße

• Flurbreiten 1,80 m

anstatt 2,0 m

Beispiel Nachweise Rettungswege

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• /SächsVerkBauR/ Ausgänge ins Freie oder in notw. TR (für Vk-Räume > 500 m²): 0,3 m / 100 m² Vk-Fl.

Beispiel Nachweise Rettungswege

BA3 5a 2.0     3500  5b 2.0        6a 2.4        6b 2.4        7a 2.4          11.2 10.50 6.60             

BA2 4a 2.4     5000  4b 2.4        3a 2.4        3b 2.4        2a 2.4          12.0 15.00 9.00             

BA1 2b 2.4     4000  7b 2.4        8 1.8        1 2.4          9.0 12.00 7.20  

Bereich TreppeBreite

vorhanden

erf. /SächsVerkBauR/ (0,30 m/100 m²)

erf. vfdb (VStättV:

1,20/200 P)Fläche Verkauf

[m²]

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• Leistungsbas. Nachweis, dass Rettungswegbreite und Anz. Ausgänge ausreichend sind (1. UG, 1. und 2. OG verringerte Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkBauR/)

• Personenstromanalyse Verwendung von Building Exodus (Individualmodell)

• Rauchgassimulation FDS

Leistungsbasierte Nachweise Rettungswege

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• Festlegung gemäß vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Personendichte

• Erdgeschoss 0,5 P/m²

• Sonstige Geschosse 0,3 P/m²

• Bürobereiche 0,2 P/m²

• Gesamtpersonenanzahl (ohne Garage) 14.510 Personen

Randbedingungen f. Personenstromanalyse

• Ganzheitliche Betrachtung (Staubildungen, Leerungszeiten)

• Vereinbartes Schutzziel: Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten max. 3 Minuten

• Für Dauer Gesamtevakuierung muss raucharme Schicht gewährleistet werden

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• Gemäß Tabelle 9.3 des /vfdb Leitfadens/ ergibt sich eine Reaktionszeit von 2 min bis 5 min

• Gehgeschwindigkeiten nach vfdb-Leitfaden Ziffer 9• Es wurden 10 Simulationen durchgeführt

Ermittlung der Evakuierungszeit

Zeitraum vor Beginn der Evakuierung (Pre Movement Time)

Evakuierungszeit

tDetektion+tAlarm tReaktion + tFlucht

R ä u m z e i t tRäumung =

+

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Evakuierungszeiten Beispiel 1. OG3,5 min 5 min

8 min11 min

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Evakuierungszeiten in Ebenen  Evakuierungszeit aus den Ebenen

Geschoss

Minimum [s]

Maximum[s]

Mittelwert[s]

UG 701856

801

EG 480550

504

1. OG 750925

831

2. OG 405709

598

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 300 600 900 1200

Zeit [s]

An

zah

l d

er e

vaku

iert

en P

erso

nen

UG

EG

1. OG

2. OG

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• Evakuierungszeit Gesamtgebäude: 17,3 min• Raucharme Schicht von mind. 20 Minuten erforderlich

Evakuierungszeit Gebäude

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 300 600 900 1200

Zeit [s]

An

zah

l d

er e

vaku

iert

en P

reso

nen

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• Leistungsbasierter Nachweis der Funktion der Rettungswege

• Nachweis Erfüllung Schutzziel „Verhinderung Rauchausbreitung“ und „Ermöglichung Menschenrettung“

• CFD-Simulation mit Fire Dynamic Simulator (FDS)• Im Malldach (4. OG) 12 Abluftventilatoren mit 350.000 m³/h

Rauchgassimulation

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Mall 1. OG „Kartoffeln“

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Nachströmung• Seitenarm im UG mit

RSV abgetrennt• UG freie Nachströmfläche

von 5 m² oberhalb der Flurtüren, automatisch über die BMA angesteuert

• EG 40 m² Nachströmung im Zugangsbereich

• Seitenarme nicht durch RSV abgetrennt

• 1. OG maschinelle Nach-strömung 15 m³/(h * m²) aus den Shops

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• Hochenergetischer Brände im UG unter Decke, Seitenarm UG und EG

• Gesprinklerter Brand, Auslösezeit mit Ceiling Jet Modell ermittelt

• Mischbrandlast von je 1/3 Holz, PU, PS; soot yield 0,09 g/g

• ta = 300 s

Brandszenario / Wärmefreisetzungsrate

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• Nach 1800 s stationärer Zustand• Erkennungsweiten bei H = 2,50 m zw. 10 m und 15 m, sehr

begrenzt lokal geringfügig unterhalb von 10 m • Schutzziel Nachweis stationärer raucharmer Schicht erfüllt

Erkennungsweite 1. OG nach 1800 s

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• Überdachung Trompetergasse zwischen Bauteil 1 und 2• Rettungswege u. Fenster von TR zur Trompetergasse• Feuerwehrzufahrt• Nachweis Trompetergasse ist „wie das Freie“

Beispiel Tragkonstruktion Überdachung

H = 18,60 m

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• Befahrung mit Fahrzeugen nicht auszuschließen• Temporäre Nutzung möglich• Festlegung maßgebliches Brandszenario: 15 MW-Brand

(Klein-LKW)

Bemessung Tragwerk Überdachung

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• Im Anschluss des Daches an das Bauteil 2 wurde ein 20 cm breiter, unverschlossener Spalt berücksichtigt,

• Stirnflächen des überdachten Bereichs

Ventilationsöffnungen

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• Lokaler Brand Heskestad-Del.-Plume nach EC 1-1-2 und Anhang Kap. 5 des vfdb-Leitfadens

• Höhe des Brandherdes über dem Boden: 2,50 m,• Mind. Höhe des Dachtragwerks über dem Boden: 17,40 m,• angesetzte Brandleistung: 15 MW.

Bemessung Tragwerk Trompetergasse

3/5

3/2*1

5,25z

QTT r

P

mit: T∞ : Umgebungstemperatur [K] c r : radiativer Anteil Wärmefreisetzungsrate [-] : Brandleistung [kW] z: Höhe [m]

=> Tp = 155°C

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Bemessung Tragwerk Trompetergasse

• Plumemassenstrom bildet sich nicht ungehindert aus• Einmischung auch von Heißgasen in den Plume• vfdb-Leitfaden enthält Verfahren mit Plume-

Centerlinetemperatur• Temperaturerhöhung wird auf die Heißgastemperatur

addiert

• Tplume,korr = 140 + 50,3 = 190,3 °C.

• Tp = 155°C < Tplume,korr = 190,3 °C < 500°C (krit. Stahltemperatur) bei voller Lastausnutzung

• Dachtragwerk kann ungeschützt ausgeführt werden

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Zusammenfassung und Ausblick• Centrum Galerie Dresden

• Anwendung vfdb-Leitfaden

• Leistungsbasierte Brandschutzbemessung- Rettungswege

- Rauchableitung- Bauteile

• Danksagung an

Multi Development

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Kontaktinformationenhhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

Rotherstraße 1910245 Berlin

Rosental 580331 München

Kurze Mühren 2020095 Hamburg

Wilhelm-Leuschner-Straße 4160329 Frankfurt am Main

Frankfurter Straße 238122 Braunschweig

Geschäftsführer:Dipl.-Ing. Margot EhrlicherDipl.-Inf. BW (VWA) Stefan TruthänDipl.-Ing. Karsten Foth

Prokurist:Dipl.-Ing. Harald Niemöller

Beirat:Prof. Dr.-Ing. Dietmar HosserDr.-Ing. Karl-Heinz Schubert

email@hhpberlin.dewww.hhpberlin.de

AmtsgerichtBerlin CharlottenburgHRB 78 927

Deutsche Bank P+G AGBLZ 100 700 24Konto-Nr. 1419100IBAN-Nr. DE52100700240141910000Swift-Code: DEUTDEDBBERUst-IdNr. DE217656065

Phone: +49 (30) 89 59 55 0Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101

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Brandschutztechn. Auslegung in der Praxis

Regelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…)

Schutzziele des Brandschutzes

Übliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptiv

Traditionelle (präskriptive) Brandschutztechn. Auslegung

Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO

Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 4102-4/DIN 4102-22

VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen)

NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis

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Leistungsorientierte Brandschutzbemessung

Nach MIndBauRL Ziffer 4.3 ist Nachweis mit Ingenieurmethoden zulässig (leistungsorientierte Brandschutzbemessung)

MBO § 3 lässt alternative Nachweise zu:

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Alternative Bemessungsverfahren

Nominelle TemperaturzeitkurvenVollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK)

Präskriptive BemessungVorgeschriebene Anforderungen

(Bauordnung, Sonderbauvorschrift)

Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung

Bauteil

Stufe 1 Stufe 2

Teiltragwerk Gesamttragwerk

Stufe 3 Stufe 3Stufe 2 Stufe 3

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Alternative BemessungsverfahrenLeistungsorientierte Bemessung

(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)

Natürliche BrandszenarienBrandeinwirkung auf physikalischer Grundlage

Branddauer t [min]

Tem

pera

tur Q

[°C

]

0 15 30 45 60 75 900

200

400

600

800

1000

1200

Einheitstemperaturzeitkurve

ETK

natürliche Brände

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Alternative Bemessungsverfahren

Leistungsorientierte Anforderungen(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)

Natürliche BrandszenarienBrandeinwirkung auf physikalischer Grundlage

Mechanische Einwirkungen realistische Randbedingungen, reale Belastung

Bauteil

Stufe 1 Stufe 2

Teiltragwerk Gesamttragwerk

Stufe 3 Stufe 3Stufe 2 Stufe 3

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Ebene 0 (EG)

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Ebene 1

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Ebene 2

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Ebene 3

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Ebene 4

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Ebene UG

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• Abmessungen• Öffnungs- und Schließzeiten• Durchflussrate [m³/s]• Attraktivität (Haupt- oder Nebenausgang)

Modellierung der Ausgänge

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Personenstromanalyse mit BuildingExodus

• Software zum von Personenströmen• Individualmodell: Individuelle Bewegung von Einzelpersonen werden berücksichtigt• Dichte ist keine Eingangsgröße,

sondern Teil der Berechnung• persönliche Parameter und Entscheidungen

können berücksichtigt werden• Räumlich diskreter Ansatz: Bewegungsflächen werden als diskrete Elemente dargestellt

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• Die Evakuierung der Ebenen verläuft über den gesamten Zeitraum flüssig ohne größere Rückstauungen

• Das vereinbarte Schutzziel, Anstehzeiten innerhalb der Ladeneinheiten von > 3 Minuten zu vermeiden, wird erreicht

• Die Verkaufsbereiche sind nach spätestens 13,9 Minuten evakuiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich alle Personen im Treppenraum. Das Gesamtgebäude ist nach 17,3 Minuten evakuiert

• Die Verringerung der Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkbauR/ ist unkritisch, wenn raucharme Schicht nachgewiesen

Ergebnis Evakuierungsberechnung