Jetzt neu erschienen: Mein Buch "Stahlhart gegen Brände - Konstruktiver Brandschutz im Stahlbau".

Feuerwiderstandsklasse (Teil 1)

Warum ist die Feuerwiderstandsklasse wichtig?

Stellen Sie sich vor, es brennt. Vertieft in Ihre Arbeit sitzen Sie im achten Geschoss eines Hochhauses in der Frankfurter Innenstadt. Sie glauben gar nicht, wie wichtig die Feuerwiderstandsklasse des Tragwerks nun für Ihr Leben ist. Wenn es brennt, verhindert der Feuerwiderstand der Stützen, dass sie ausknicken unter ihrer Last. Der Feuerwiderstand von Trägern und Anschlüssen verzögert, dass die Geschossdecke über Ihnen abstürzt und Sie darunter begraben werden. Die Feuerwiderstandsklasse gibt Ihnen also die Chance zur Flucht.

Denn darum geht es im Kern. Dass Sie und Ihre Kollegen sich retten können. Entweder, in dem Sie selbst fliehen. Oder indem Sie die Feuerwehr rettet, wenn Sie nicht fliehen können, zum Beispiel weil die Fluchtwege zu verraucht sind. Oder weil sie körperlich eingeschränkt sind und Hilfe brauchen. Ein Tragwerk darf also einstürzen nach einer gewissen Zeit, nämlich dann, wenn es dem Brand ausreichend lange standgehalten hat.

Natürlich ist es möglich, jedes Gebäude so zu gestalten, dass es fast jeden Brand übersteht. Wirtschaftlich ist das nicht. Wir werden weiter unten sehen, dass es sich lohnt darüber nachzudenken, aus welchem Gebäude die Menschen flüchten müssen: ist es hoch? Arbeiten darin viele Menschen?

Und was für einen Brand nehmen wir an? Von gemütlichen Abenden vor dem Kamin wissen wir ja alle, dass ein Brand davon abhängt, wie viel Sauerstoff er hat. Und auch davon, was wir verbrennen. Um diese (und andere) Fragen soll es hier gehen, die auch die Abbildung oben zeigt.

Was ist die Feuerwiderstandsklasse und welche gibt es?

Die Feuerwiderstandsklasse ist die Mindestdauer, die ein belastetes Bauteil oder Tragwerk einem bestimmten Brand standhält. Die "alte" Brandschutznorm DIN 4102 benannte die Feuerwiderstandsklassen mit einem führenden "F" wie Feuerwiderstand, die neue europäische Norm nutzt dafür das führende "R" wie "Resistance" (Widerstand).

Für Bauteile gibt es fünf Feuerwiderstandsklassen: R30, R60, R90, R120 und R180. Die Zahl nach dem Buchstaben gibt jeweils an, wie lange das Bauteil dem Brand mindestens standhalten muss. Nehmen wir zum Beispiel an, wir testen eine belastete Stahlbetonstütze in einem Brandversuch. Die Stütze versagt nach 68 Minuten. Diese Stütze dürfen wir in die Feuerwiderstandsklasse R60 (oder: F60) einordnen, weil sie dem Brand für mindestens 60 Minuten standhielt. Was wäre, wenn die Stütze erst nach 87 Minuten versagen würde? Dann hätte sie immer noch die Feuerwiderstandsklasse R60. Denn ihr fehlen ja noch 3 Minuten für die Feuerwiderstandsdauer R90.

Die Zeit bis zum Versagen heißt übrigens Feuerwiderstandsdauer. Eine andere Kleinigkeit am Rande: eine Feuerwiderstandsklasse R0 (bzw. F0) gibt es nicht! Wenn ein Bauteile keinen Feuerwiderstandsklasse erreicht, hat sie sich gar kein Kürzel R bzw. F verdient 😉.

Sie fragen sich vielleicht, welchem Brand das Bauteil standhalten muss. Die kurze Antwort vorab: es ist die Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK). Im Abschnitt "Worauf bezieht sich die Feuerwiderstandsklasse?" weiter unten erfahren Sie mehr dazu.

Warum finde ich keine Feuerwiderstandsklasse in den Bauordnungen?

Die Bauordnungen benennen die Feuerwiderstandsklassen anders. Statt für ein Bauteil R60 zu fordern, finden Sie in der Bauordnung den Begriff "hochfeuerhemmend". Gemeint ist dasselbe. Die folgende Tabelle ordnet die Begriffe in den Bauordnungen den jeweiligen Feuerwiderstandsklassen zu.

Warum gibt es unterschiedliche Feuerwiderstandsklassen?

Wir hatten weiter oben schon gesehen, dass es sinnvoll ist, unterschiedliche Feuerwiderstandsklassen einzuführen. Denn jedes Gebäude ist anders. In der Tabelle unten finden Sie als Beispiel die geforderte Feuerwiderstandsklasse für eine Stütze. Gedanklich steht die Stütze in unterschiedlichen Gebäuden. Woher die jeweilige Feuerwiderstandsklasse stammt, finden Sie in der letzten Spalte der Tabelle.

Die Tabelle zeigt, was die Stütze leisten muss mit Blick auf den Brandschutz. Mit steigender Gebäudeklasse wird das mehr. In Ihrem Einfamilienhaus gibt es meistens keine Anforderungen. Trotzdem sind zum Beispiel Rauchmelder sinnvoll, um sich zu schützen.

Bei den höheren Gebäudeklassen ist es schwieriger, sich im Brandfall zu retten. Sie brauchen natürlich deutlich mehr Zeit, um sich aus einem Hochhaus zu retten als aus einem Einfamilienhaus.

Worauf bezieht sich die Feuerwiderstandsklasse?

Die Feuerwiderstandsklasse bezieht sich auf einen normierten Brand. Dessen langen Namen kann ich Ihnen leider nicht ersparen 😉. Es ist die Einheits-Temperaturzeitkurve. Oft nennen Brandschützer diesen Brand ganz einfach ETK. Immerhin ist der Name aufschlussreich: es handelt sich um eine Temperaturzeitkurve, die vereinheitlicht ist. Das können wir etwas genauer beleuchten.

Die Abbildung unten zeigt Ihnen den Verlauf der Einheits-Temperaturzeitkurve. Darin habe ich Ihnen die Temperatur nach 30 Minuten angegeben: sie beträgt 842°C. Sie sehen zudem, dass die Temperatur nach 90 Minuten langsamer ansteigt auf 1006°C. Der Zuwachs nach 180 Minuten Branddauer ist gering, weil die Temperatur dann 1110°C beträgt. Die Temperatur steigt also gerade zu Beginn des Brandes stark.

In der Abbildung zeige ich Ihnen beispielhaft drei Querschnitte, die nötig sind für die Feuerwiderstandsklassen R30, R60 und R180. Ich hoffe, dass Sie damit ein Gefühl für die Auswirkungen des Brandes gewinnen. Gedanklich habe ich Stahlbetonstützen unterstellt mit einer mittleren Lastausnutzung von 50% im Brandfall. Die Stützen seien 3,50 m lang und das Gebäude sei ausgesteift. Die Querschnitte habe ich mit der sogenannten "Methode A" ermittelt, die Sie im Eurocode EN 1992-1-2 finden für den Nachweis von Bauteilen aus Stahlbeton im Brandfall.

Ein quadratischer Querschnitt mit Abmessungen von 20 cm und vier Bewehrungsstäben erfüllt die Feuerwiderstandsklasse R30. An Hand der Temperaturskala rechts können Sie sehen, dass der Querschnitt in weiten Teilen auch noch relativ kühl ist. Das liegt daran, dass Beton Wärme schlecht leitet. Ich habe die Temperaturen des brandbeanspruchten Querschnittes mit einer sogenannten thermischen Analyse berechnet. Das ist ein Teil einer sogenannten Heißbemessung.

Wenn Sie R90 erreichen möchten, müssen Sie die Abmessungen des Querschnitt auf 30 cm erhöhen. Auch muss die Bewehrung etwas weiter eingerückt werden. Sonst würde sie sich zu schnell erwärmen und ihre Festigkeit verlieren. Für die Feuerwiderstandsklasse R180 vergrößern Sie die Abmessungen auf 35 cm und legen insgesamt 8 Bewehrungsstäbe ein.

Wenn Sie die Einheits-Temperaturzeitkurve interessiert, erfahren Sie in diesem Beitrag einige Hintergründe. Auch dazu, dass diese Brandraumkurve nicht ganz unumstritten ist. Außerdem gilt die ETK nicht für alle Brände. Es gibt Brände, die noch schlimmer sind, wahre Höllenfeuer. Zum Beispiel Brände auf Ölplattformen. Hier wäre die sogenannte Hydrokarbon-Brandkurve anzusetzen. Oder Brände in Tunneln, bei denen Ingenieure die RABT-Tunnelbrandkurve verwenden.

Hier geht es weiter zum zweiten Teil des Artikels "Feuerwiderstandsklasse".