Brandrisiko-Einfluss der Bauweisen und Bauarten: Vortrag von Prof. U. Schneider auf der Deutschen Mauerwerkstagung 29 Nov. 2002, TU München - Kurzfassung -

Einleitung
Im Rahmen eines zweijährigen Forschungsprojektes hat sich das Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz der TU Wien mit Fragen der Sicherheit und des Verhaltens von mehrgeschossigen Wohngebäuden im Falle von Bränden beschäftigt. Dabei hat sich ergeben, dass die derzeit übliche Brandschutzberechnung einzelner Bauteile im Hinblick auf das Verhalten der Gesamtkonstruktion je nach Bauart zu Risiken führen kann, welche vor allem im Geschossbau zu beachten sind, wenn überwiegend brennbare Baustoffe zur Anwendung kommen. Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamtkonstruktion unter Brandeinwirkung erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bauteile im Hinblick auf die verwendeten Baustoffe	und ihre Herstellung sowie der Bauteilfunktion und andererseits die Beurteilung des Zusammenwirkens sämtlicher Konstruktionselemente als Ganzes. Die Standfestigkeit eines Gebäudes unter den üblichen Gebrauchslasten ist im Falle zusätzlicher Brandeinwirkungen schwierig zu beurteilen. Die Frage, ob die normgerechte brandschutztechnische Bemessung von Einzelbauteilen zur Erzielung eines adäquaten Brandverhaltens der Gesamtkonstruktion führt, kann für die im Folgenden angeführten Konstruktionen bzw. Bauelemente wie folgt beantwortet werden.
Beurteilung unterschiedlicher Konstruktionen und Bauelemente Wand- und Deckenbauteile: Ein Wandbauteil in Holzbauweise muss zahlreiche Anforderungen erfüllen, um die Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion zu verhindern. Dazu zählt unter anderem eine mindestens zweilagige, nichtbrennbare Brandschutzbekleidung mit versetzt angeordneten Fugen bei allen Wand- und Deckenanschlüssen. Des weiteren müssen die Konstruktionshohlräume mit nichtbrennbarem Dämmmaterial (Schmelzpunkt > 1000 °C) nach [8] vollständig ausgefüllt werden. In Österreich sind derartige Lösungen nicht vorgeschrieben, d. h. es zählt nur das Ergebnis der Brandprüfung einzelner Bauelemente, die Anschlüsse und Fugen zu anderen Elementen werden im Allgemeinen nicht geprüft. In der Massivbauweise kann ein Wandbauteil auch in Verbindung mit angrenzenden Wandbauteilen im Gegensatz dazu grundsätzlich nahezu jede beliebige Feuerwiderstandsdauer erreichen, d.h. die Konstruktion ist auch nach einem Brand noch voll tragfähig. Eine ähnliche Problematik zeigt sich bei der Brandeinwirkung auf Deckenbauteile. Während Geschossdecken in Massivbauweise aus statischen Gründen bei fast allen Gebäuden zusätzliche Tragreserven beinhalten, d.h. dass ein Brand in der Regel kein Versagen der Konstruktion zur Folge hat, kann eine Decke in Holzbauweise nur unter Einhaltung einer Reihe spezieller Anforderungen, wie z.B. eine 2-lagige Brandschutzbekleidung und die Verschraubung der Deckenbalken mit den Holzstehern, die geforderte Brandwiderstandsdauer erreichen. Ein Deckenbauteil in Holzbauweise beinhaltet üblicherweise keinerlei Tragreserven, d.h. es ist davon auszugehen, dass sie im Höchstfall maximal die vorgegebene Klassifikation erfüllt. Da bei Wohnungsbränden bei Vernachlässigung von Löschmaßnahmen durchweg eine Brandwirkung von über 30 Minuten Branddauer auftritt, hat eine auf brandhemmend (F30) bemessene Decke keine Chance die Brandweiterleitung zu verhindern. Bei Holzbauweisen kann im Falle eines nicht rechtzeitig gelöschten Brandes somit nicht davon ausgegangen werden, dass wesentliche Teile des Tragwerks bzw. das gesamte Tragwerk tragfähig und standsicher bleiben, weil die Elemente selbst bzw. deren Verbindungen und eventuell auch Aussteifungen zwischen den Elementen versagen. Im Vergleich dazu ist festzustellen, dass Einzelbauteile und deren Verbindungen und Anschlüsse in der praktisch monolithischen Massivbauweise bezogen auf den Wohnbau immer ausreichend feuerwiderstandsfähig ausgebildet werden, um auch die an ein Gesamtsystem gestellten Brandschutzanforderungen zu erfüllen. (siehe [5] und [12]) Die Abbildungen 1 und 2 zeigen Anschlüsse von Decken an Wände in Massiv- bzw. Holzbauweise, wie sie in Österreich ausgeführt werden.	Abb.1 : Möglichkeit eines Anschlusses der Stahlbetondecke an eine zweischalige massive Außenwand aus Ziegelmauerwerk nach [1] Abb.2: Anschluss eines Deckenbauteils an eine raumabschließende Wand nach [7]
Fassaden und Öffnungen: Die Fassade eines Gebäudes in Holzbauweise stellt im mehrgeschossigen Holzwohnbau, aufgrund der Erhöhung der konstruktiven Brandlast, des direkten Feuerangriffs auf die darüber angeordnete Tragkonstruktion und der Brandweiterleitung über die Fassade, ein großes Gefahrenpotential dar. In der Abb. 3 ist eine solche Brandweiterleitung über die brennbare Fassade eines Bauernhauses in Holzbauweise dargestellt. Zu beachten ist auch, dass die Feuerwehrleiter im Geschossbau bis zur Hochhausgrenze üblicherweise den zweiten Rettungsweg sicherstellt. Wenn also ein mehrgeschossiges Gebäude mit einer brennbaren Fassade errichtet wird, dann müsste prinzipiell ein zweiter baulicher Rettungsweg geschaffen werden. Bei einem Massivbau ergeben sich in dieser Hinsicht brandschutztechnisch grundsätzlich keine Probleme. Besondere Schwachpunkte in der Gesamtkonstruktion stellen aus der Sicht des Brandschutzes auch Öffnungen für Fenster, Türen und brennbare Balkonelemente dar. Bei einem Holzbau können die aus den Fenster- und Türöffnungen tretenden Flammen rasch über die Fassade weitergeleitet werden, während bei Bränden nahe der Öffnungen bei einem normalen Massivbau mit Außenputz zusätzliche mobile Brandlasten erforderlich sind, um eine Brandweiterleitung über die Fassade zu ermöglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass auch dort ein Brandübertritt durch Fensteröffnungen theoretisch möglich ist, d.h. es sind entsprechende Feuerüberschlagswege durch nichtbrennbare Bauteile sicherzustellen. Aus diesem Grund sollten brennbare Fassadenbaustoffe der Klasse B2 nur bei maximal zweigeschossigen Bauwerken zugelassen werden.	Abb.3: Brandweiterleitung über die Fassade bei einem Bauernhaus in Holzbauweise
Zusätzlich stellen Öffnungen im Holzbau aber auch ein Gefährdungspotential hinsichtlich der Entragung des Brandes in die Konstruktion dar. Die Abb. 4 zeigt die laut dem Entwurf der deutschen „Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise“ [8] geforderte Ausführung von Öffnungen für Einbauten wie Fenster, Türen, Verteiler, Lampenkästen, etc. in hochfeuerhemmenden Bauteilen. Die Öffnungen der Wandelemente werden umlaufend mit auf F 60 (zukünftig REI 60 nach [6])-geprüften Brandschutzbekleidungen verschlossen. Ziel dieser Maßnahmen ist, die Brandweiterleitung in Richtung der Tragkonstruktion (Riegel, Stützen im Öffnungsbereich) zu verzögern. Im derzeitigen Holzbau wird diese Maßnahme nicht verlangt bzw. angewandt, d.h. die Öffnungen sind signifikante Schwachpunkte im Hinblick auf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion.	Abb. 4: Darstellung der Ausführung des Fugenversatzes bei Öffnungen mit Brandschutzbekleidung nach [8]
Installationen: Installationen bilden potentielle Schwachpunkte in der Holzbauweise, weil dadurch u.a. der Brandeintrag und die Brandweiterleitung in der Konstruktion möglich werden. Durch Zündquellen, z.B. durch Steckdosen, kann es zu einer Entzündung der Tragkonstruktion kommen, die oft unbemerkt im „worst case“ sogar in einem Kollaps des Gesamtsystems resultieren kann. Im Vergleich dazu sind Installationen in der Massivbauweise grundsätzlich unbedenklich. Die Abb. 5 zeigt den aus brandschutztechnischer Sicht korrekten Einbau einer Steckdose in einer Holzständerwandkonstruktion nach [3]. Derartige Einbauten von Steckdosen sind in Österreich nicht gefordert bzw. nicht üblich.	Abb.5: Brandschutztechnisch korrekter Einbau einer Hohlwanddose nach [3]
Bewertung
Die Brandwiderstandsdauer jedes einzelnen Bauteils ist somit für den Brandwiderstand der Gesamtkonstruktion nicht ausschlaggebend, sondern die Tragfähigkeit des Gesamtsystems ist beurteilungsrelevant. Dies betrifft vor allem den Mehrgeschossbau, d.h. das Versagen einzelner Bauteile hat unter Umständen katastrophale Folgen für das gesamte Gebäude. Die gültige österreichische Norm ÖNORM B 3800 sowie die betreffenden Eurocodes berücksichtigen bereits weitgehend, dass Bauteile nicht isoliert betrachtet werden können. Sie gehen aber nicht expressis verbis auf die Wirkung von Bauteilinteraktionen bei Brandbeanspruchung ein, d. h. welche konstruktiven Maßnahmen zu treffen sind, um solche Systeme den vorliegenden Brandeinwirkungen anzupassen, bleibt im Allgemeinen dem Planer vorbehalten. Dazu sind grundlegende Kenntnisse über den Brandschutz erforderlich, insbesondere sind die konstruktiven Schwachpunkte wie Anschlüsse und Verbindungen zu beachten und zu bewerten.	Bei der Betrachtung des Temperaturverhaltens der Baustoffe ist zu beachten, dass die massiven Baustoffe Beton bzw. Stahlbeton und Mauerwerk nicht brennbar sind, d.h. die Geometrie und die Form der nahezu monolithischen Konstruktion bleibt im Brandfall im Wesentlichen erhalten. Bei Holz handelt es sich im Gegensatz dazu um einen brennbaren Baustoff, d. h. die Brandeinwirkung führt bei der Holzbauweise zu einer Reduktion der tragenden Querschnitte unter Zunahme der inneren Spannungen, wobei die überwiegend metallischen Verbindungen der Einzelbauteile bei der Erwärmung schnell ihre Tragfähigkeit verlieren. Dieses kritische Verhalten der Verbindungen bezüglich ihrer Feuerwiderstandsdauer im Vergleich zu Bauteilkonstruktionen ist auch deutlich in der Abb. 6 zu erkennen.
Abb.6: Vergleich der tatsächlich erreichten Feuerwiderstandsdauer verschiedener Bauteile mit der geforderten Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach [6]) bei 36 unterschiedlichen Gebäudetypen nach [4]
Jeder Planer muss sich die Wirkung des Feuers auf die unterschiedlichen Konstruktionsweisen qualitativ klarmachen, d.h. das Gesamtsystem aus massiven Baustoffen bzw. Holz brandschutztechnisch analysieren und optimieren. Dabei ergibt sich ein grundlegender Unterschied zwischen den Bauweisen. Der Massivbau kann konstruktive Reserven nutzen, die das Bauwerk bietet, und damit das Verhalten günstig beeinflussen, d.h. Schwachstellen können leicht vermieden werden. In der Holzbauweise gibt es grundsätzlich eine Vielzahl brandschutztechnischer Schwachstellen und es existieren im Vergleich zur Massivbauweise praktisch keinerlei Reserven, d.h. das Gesamtsystem verzeiht aus brandschutztechnischer Sicht keine Fehler. Aus diesem Grund ist in Deutschland derzeit auch eine brandschutztechnische Richtlinie für den Holzbau in Arbeit, sodass gravierende Konstruktionsmängel vermieden werden können. Durch den immer weiter steigenden Kosten- und Termindruck auf den Baustellen ist es jedoch auch bei einer aus brandschutztechnischer Sicht akzeptablen Planung im Holzbau kaum möglich, dass die Ausführung der konstruktiven Details für den Brandschutz in allen Fällen die nötige Beachtung findet. Das beginnt mit der Verlegung von Versorgungsrohren in den Hohlräumen von Wänden und Decken und endet bei dem Verlegen von Kabeln und dem Einbau von Steckdosen. Selbst die Mitarbeiter von Fachfirmen (z. B. Installateure, Elektriker, etc.) haben bezüglich Brandschutz üblicherweise keine spezifischen Kenntnisse oder Erfahrungen.	Schlussfolgerung Der Vergleich von massiven, nichtbrennbaren mehrgeschossigen Wohngebäuden mit entsprechenden brennbaren Holzkonstruktionen hat ergeben, dass Massivbauweisen durch ihr aus brandschutztechnischer Sicht günstigeres Verhalten der Gesamtkonstruktion ein erheblich höheres Sicherheitsniveau besitzen als brennbare Holzkonstruktionen. Die Sicherheit von Holzkonstruktionen kann prinzipiell nur durch automatische Brandlöschung oder brandsichere Verkleidung sämtlicher brennbarer Oberflächen mit nichtbrennbaren Baustoffen erfolgen. Dieser Vergleich ist sehr eindringlich in den Abbildungen 7 und 8 zu erkennen. Bei dem Objekt handelt es sich um ein Wohnhaus in Grieskirchen (Oberösterreich), dessen Sockelgeschoss massiv und dessen Obergeschoss in Holzbauweise errichtet ist. Es ist zu erkennen, dass die Feuerwehr bereits kurz nach dem Ausbrechen des Brandes mit dem Löscheinsatz begann. Trotzdem gelang es nicht mehr, den Brand unter Kontrolle zu bringen und er breitete sich rasch über das gesamte in Holzbauweise errichtete Obergeschoss aus. Trotz des Löscheinsatzes der Feuerwehr wurde das in Holz errichtete Obergeschoss komplett zerstört, während sämtliche in Massivbauweise errichtete Gebäudeteile, d.h. der gesamte Erdgeschossbereich einschließlich des Treppenhauses vom Erdgeschoss in das Obergeschoss sowie die Kamine den Brand nahezu unbeschadet überstanden (siehe Gardinen am Fenster des Erdgeschosses).
Der mehrgeschossige Holzbau wird im Allgemeinen in seinen gebäudetechnischen Eigenschaften dem Geschossbau in Massivbauweise nahezu gleichgestellt. Oberflächlich betrachtet findet nur eine Materialsubstitution von nichtbrennbaren Baumaterialien durch Holz und Holzwerkstoffe unter scheinbarer Beibehaltung der normativen brandschutztechnischen Erfordernisse einzelner Bauteile des Bauwerks statt. Dies ist jedoch aufgrund des materialtechnologischen und statischen Verhaltens der unterschiedlichen Konstruktionen sicherheitstechnisch nicht nachvollziehbar und äußerst bedenklich. Um nur annähernd ein ähnlich sicheres brandschutztechnisches Niveau zu erreichen wie es derzeit im Massivbau gegeben ist, sind im Holzbau neben komplizierten konstruktiven Maßnahmen (z. B. Vermeidung brennbarer Oberflächen, Brandschutz der Anschlüsse und Verbindungen) auch aktive, d.h. anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen (kombinierte Brandmelde- und Sprinkleranlagensysteme) erforderlich. Dies würde in letzter Konsequenz zu einem Umdenken bei der Anwendung von Holzbauweisen führen, wie bereits in anderen Ländern zu beobachten ist. Die sicherheitstechnische Quantifizierung der Brandeinwirkung auf mehrgeschossige Wohngebäude wird im Rahmen einer laufenden Studie erfolgen.		Abb. 7: Entstehungsbrand im Obergeschoss eines Wohnhauses [2] Abb. 8: Auswirkungen des Brandes eines Wohnhauses in Mischbauweise [2]

Autoren
o. Univ.Prof. Dipl.-Ing. DDr. Ulrich Schneider:

Dipl.-Ing. für Wärme- und Verfahrenstechnik; Dr.techn. und Dr.-Ing.habil. für Bauwesen; o. Univ. Prof. für Baustofflehre und Brandschutz, Fakultät Bauingenieurwesen TU Wien, Vorstand des Instituts für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz TU Wien; seit 1974 Mitarbeiter bzw. Obmann nationaler und internationaler Normen-Ausschüsse; Sachverständiger für Brandschutz i. A. d. Reg. Österreich, Deutschland, NRW, Hessen. Mitglied der RSK, Deutschland.

Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien.

Dipl.-Ing. Monika Oswald:

Dipl.-Ing. für Architektur der TU Wien, 1991 bis 1999 Mitarbeit in versch. Architekturbüros; 1999 bis 2000 wissenschaftliche Mitarbeiterin, ab 2000 Vertr. Ass. am Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz in der Fachgruppe Brandschutz. Arbeitsbereich: Gutachterliche Tätigkeiten und Forschungen im Brandschutz und der Brandsimulation. Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien.

Ing. Christian Lebeda:

Absolvent der Höheren Technischen Lehranstalt für Silikattechnik; seit 1990 Mitarbeiter am Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz. Arbeitsbereich: Gutachterliche Tätigkeiten und Forschungen im baulichen Brandschutz, im Bereich des Brandschutzes von Schienenfahrzeugen und in der Brandsimulation. Mitglied im Wissenschaftsbeirat des VIB. Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien.

Literatur

[1]	DETAIL 1999/1, Zeitschrift für Architektur + Baudetail: Mauerwerk, Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH., München, 1999
[2]	Fotos: Brandverhütungsstelle Oberösterreich; Abbildungen 7 und 8
[3]	Hosser, D.; Wesche, J., Dehne, M.; Becker, K., Tichelmann, K.: Theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum Brandschutz bei Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise. Abschlussbericht. Forschungsauftrag des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) über die deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) / (DIBt-Nr.IV 12-5-4.111.1-896/98, DGfH-Nr.F-98/29), IBMB Darmstadt/TU Braunschweig, Februar 2001
[4]	Kordina, K.; Meyer-Ottens, C.: Holz-Brandschutz-Handbuch. Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V. (Hrsg.), Verlag Ernst & Sohn, München, 1994
[5]	Moschnitschka G.: Das Verhalten von Holzkonstruktionen unter Brandeinwirkung. Diplomarbeit, ausgeführt am Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz an der Technischen Universität Wien, Wien, 2001 (unveröffentlicht)
[6]	ÖNORM B 3807: Äquivalenztabellen – Übersetzung europäischer Klassen des Feuerwiderstandes von Bauprodukten (Bauteilen) in österreichische Brandwiderstandsklassen; Bauteil-Äquivalenztabellen, Tabelle 1 Seite 5; Entwurf Vornorm 01.03.2002, Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 2002
[7]	PROHOLZ-Österreich: Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich – Anforderungen, Standardlösungen und Qualitätssicherung. Version 01/99. Wien, 1999
[8]	Projektgruppe Brandschutz der Fachkommission Bauaufsicht: Entwurf der Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise (Muster-Holzbaurichtlinie – M-HbauRL). Fassung Oktober 2001
[9]	Schneider, U. et al.: Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz. Schriftenreihe Kontakt & Studium, Bd. 531, 2. Auflage, Expert-Verlag GmbH, Renningen, Febr. 2002.
[10]	Schneider, U.: Grundlagen der Ingenieurmethoden im Brandschutz. Werner Verlag GmbH, Düsseldorf, April 2002.
[11]	Schneider, U.; Lebeda, C.: Baulicher Brandschutz. 1. Auflage, Kohlhammer Verlag, Stuttgart, Januar 2000.
[12]	Schneider, U.; Moschnitschka G.; Oswald M.; Lebeda, C.: Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbauweise unter Brandeinwirkung. 5. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien, Wien, August 2002 (unveröffentlicht)
[13]	Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Einfluss der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko. 4. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien, Wien, Februar 2002
[14]	Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Entwicklung und Stand der österreichischen Bauvorschriften und Normen in Bezug auf die Brennbarkeit und den Feuerwiderstand von Bauteilen, Baustoffen und Konstruktionen. 3. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien, Wien, Oktober 2001
[15]	Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Festlegung des Untersuchungsumfanges auf der Basis der vertretenen Bauprodukte, Auswertung des Fragebogen. 1. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien, Wien, Nov. 2000
[16]	Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Sammlung und Auswertung statistischer Daten. 2. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien, Wien, Juli 2001