Bei starker Hitze verformen sich Montageschienen, Gewindestangen und Rohrschellen. Sie verlieren an Tragekraft und versagen nach einer gewissen Zeit den Dienst. Bei einem Gebäudebrand wird bereits nach etwa 30 Minuten eine Temperatur von 800 °C erreicht. Bei dieser Temperatur verringert sich die Festigkeit und Elastizität von Stahl auf rund 10 % des Nennwertes. Ein Beispiel zur Veranschaulichung: Eine 1500 mm lange Schiene 45-45-2,5 mm wird mittig belastet. Beträgt die zulässige Belastung ohne Brandeinwirkung (mit RAL-Sicherheit) rund 160 kg, reduziert sie sich nach 30 Minuten Brandeinwirkung (vollplastisch) auf circa 20 kg. Damit Rettungswege im Brandfall begehbar bleiben, muss die Befestigungstechnik ihre Funktion auf jeden Fall eine bestimmte Zeit lang erfüllen – mindestens 30, 60 oder 90 min lang, je nachdem, welche Feuerwiderstandsdauer für das Gebäude bzw. den Gebäudeteil vorgeschrieben ist.
Sonderfall Rohrbefestigungen
DIN 4102 definiert den Brennbarkeitsgrad von Baustoffen und die Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen. Das Problem: Rohrbefestigungen gelten nicht als tragende Bauteile gemäß DIN 4102, sodass das Brandverhalten dieser Produkte von der Norm nicht geregelt wird. Eine Zulassung von Rohrschellen, Montageschienen etc. nach den in DIN 4102 festgelegten Feuerwiderstandsklassen (F30, F60, F90, F120) ist daher nicht möglich.
Die Hersteller von Befestigungstechnik stehen somit vor der Herausforderung, ihren Kunden auf andere Weise die Sicherheit zu geben, dass ihre Stahlschienen oder Schellen über die jeweils geforderte Feuerwiderstandsfähigkeit verfügen. Bevor die unterschiedlichen Vorgehensweisen der Hersteller beim Thema Brandschutz näher erläutert werden, ein kurzer Blick auf die gesetzlichen Grundlagen.
Brandschutzbestimmungen für Rettungswege
Von Bedeutung für das Thema Brandschutz im Rohrleitungsbau sind vor allem die Musterbauordnung (MBO) und die Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR). Die MBO stellt die Grundlage für die Bauordnungen der einzelnen Bundesländer dar. Sie wird regelmäßig von der Bauministerkonferenz (Argebau) aktualisiert. Als Ziele des Brandschutzes legt die MBO fest (§ 14):
- die Entstehung eines Brandes und die Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern
- die Rettung von Menschen und Tieren bei einem Brand zu ermöglichen
- wirksame Löscharbeiten zu ermöglichen
Daher unterteilt man Gebäude in Rauch- bzw. Brandabschnitte. Brandwände, feuerwiderstandsfähige Trennwände und Decken kommen zum Einsatz.
Leitungsanlagen sind laut MBO § 40 in notwendigen Treppenräumen nur dann zulässig, wenn sichergestellt ist, dass diese im Brandfall ausreichend lang als Rettungsweg genutzt werden können. Dasselbe gilt für notwendige Flure und für Räume zwischen notwendigen Treppenräumen und Ausgängen ins Freie.
Die Feuerwiderstandsfähigkeit aller tragenden Bauteile muss hier gewährleistet sein. Öffnungen sind in diesen Bauteilen nur zulässig, wenn sie beschränkt sind auf die für die Nutzung erforderliche Zahl und Größe. Sie müssen feuerbeständig und dicht sein und selbstschließende Abschlüsse haben. Bei Leitungsdurchführungen kommen geprüfte Abschottungen zum Einsatz.
Anforderungen an brandgeschützte Leitungsanlagen
Die ebenfalls von der Bauministerkonferenz veröffentlichte Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR) regelt die detaillierten Anforderungen an brandgeschützte Leitungsanlagen in Rettungswegen (notwendige Treppenräumen und Flure sowie Räume zwischen notwendigen Treppenräumen und Ausgängen ins Freie) und an Leitungen, die durch Wände und Decken führen. Zudem regelt die Richtlinie den Funktionserhalt von elektrischen Leitungen im Brandfall. Sie gilt jedoch nicht für Lüftungs- und Warmluftheizungsanlagen – für diese gibt es eine gesonderte Muster-Richtlinie, die M-LüAR.
Laut MLAR müssen bei Leitungen für brennbare oder brandfördernde Medien sowohl das Rohr selber als auch die Rohrdämmung aus nichtbrennbarem Material bestehen. Die Rohrbeschichtung (bis 0,5 mm) hingegen darf brennbar sein, ebenso die Dichtungs- und Verbindungsmittel – also etwa SIMA-Verbinder mit Gummidichtung (Baustoffklasse B2 = normalentflammbar) oder auch Rohrschellen mit Einlagen aus Silikon oder dem synthetischen Kautschuk EPDM. Leitungen für brennbare Medien müssen verdeckt verlegt werden, also unter Putz, über Zwischendecken, in Installationsschächten, Unterflurkanälen oder geeigneten Systemböden. Offen verlegt werden darf nur, wenn die Dichtungen der Rohrverbinder hitzebeständig sind.
Bei Leitungen für nichtbrennbare Medien gilt: Sind die Rohre aus brennbaren Werkstoffen, müssen die Leitungen verdeckt verlegt werden. Wenn die Rohre einschließlich Dämmung hingegen aus nichtbrennbaren Materialien bestehen – mit Ausnahme wiederum der Dichtungs- und Verbindungmittel sowie der Rohrbeschichtung – dürfen sie auch offen verlegt werden. Bei offen verlegten Rohrleitungen rückt die Befestigungstechnik in den Fokus: Sie muss brandschutztechnisch geprüft oder ausgelegt sein. Dies gilt für Rohrschellen, Montageschienen und Dübel.
Brandgeprüfte Rohrschellen
Stahl ist ein guter Wärmeleiter, sodass sich im Brandfall die Temperatur der Rohrschellen rasch der Umgebungstemperatur anpasst. Mit steigender Temperatur büßen die Rohrträger an Tragfähigkeit ein und sie verformen sich. Die vertikale Längenänderung von Rohrschellen und Gewindestangen im Brandfall spielt in der Praxis etwa dann eine Rolle, wenn Rohre oberhalb von Brandschutzzwischendecken montiert sind. Es muss sichergestellt werden, dass die Rohrleitung sich im Brandfall nicht so tief absenkt, dass sie die Decke berührt.
Um zuverlässige Aussagen über die Veränderungen der Bauteile bei hohen Temperaturen treffen zu können, ist neben der rechnerischen Beurteilung auch eine Prüfung von Rohrschellen und Gewindestangen im Brandofen erforderlich (siehe Kasten „Rohrschellen im Brandversuch“). Materialprüfanstalten führen die Tests in Anlehnung an DIN 4102 im Auftrag der Hersteller durch und dokumentieren die Ergebnisse in Untersuchungsberichten.
Anhand des Versuchsablaufs zeigt sich, wie sich Rohrschelle und Abhängung vertikal verformen und welche Last das System nach einer bestimmten Zeit noch tragen kann. Die zulässige Last sinkt mit steigender Temperatur. Sie wird im Brandversuch bis zur jeweils definierten Feuerwiderstandsdauer (30, 60, 90 oder 120 min) ermittelt.
Daneben wird im Versuch auch die Last-Verformungskurve ermittelt. Anhand dieser Kurve können Planer passend zum konkreten Installationsfall die Befestigungsabstände zwischen den Rohrschellen festlegen – wenn beispielsweise eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten gefordert ist und die Leitung sich aufgrund der räumlich beengten Einbausituation nicht beliebig absenken darf. Die vertikale Längenänderung der Rohraufhängung bei einem Brand lässt sich durch Reduktion der Last – also durch kleinere Befestigungsabstände – verringern.
Montageschienen für den Brandfall
Montageschienensysteme haben sich im Rohrleitungsbau bewährt; vor allem bei größeren Trassen mit mehreren Rohren neben- oder übereinander ist die Verwendung von Schienensystemen zeitsparend und wirtschaftlich. Bei Projekten mit erhöhten Brandschutzanforderungen müssen deutlich tragfähigere Schienen als im Normalfall zum Einsatz kommen.
Beim Nachweis des Verhaltens im Brandfall beschreiten Qualitätshersteller von Befestigungstechnik unterschiedliche Wege: Einige setzen analog dem Verfahren bei Rohrschellen auf praktische Brandversuche und Prüfberichte für ihre Produkte. Andere, wie die Firma Mefa, bieten ihren Kunden den Service der statischen Berechnung des Installationsfalles in Anlehnung an die europäische Stahlbaunorm DIN EN 1993-1-2 (Eurocode 3) an.
Hersteller, die den Weg der Einzelbrandnachweise für ihre Produkte gehen, lassen Schienen, Gewindestangen und Wandbefestigungspunkte im Labor einer Materialprüfanstalt unter Brandbedingungen prüfen und auswerten (auf der Grundlage der DIN 4102 und der MLAR). Die Prüfstelle fertigt danach einen Untersuchungsbericht an. Der Anwender hat auf diese Weise den Nachweis, dass die Montageschienen für Bereiche mit erhöhten Brandschutzanforderungen geeignet sind – allerdings nur unter Bedingungen, die dem Versuchsaufbau im Labor genau gleichen. Nur dann gelten die im Prüfbericht dokumentierten zulässigen Lasten.
Ausführende Betriebe müssen ihre Konstruktionen also genau so realisieren, wie es im Bericht dargestellt ist; etwa Schienen der entsprechenden Länge verwenden, bei Gewindestangen und Muttern die vorgegebene Mindestgröße und -festigkeit beachten sowie Aufhängepunkte mit beidseitigen Profilhaltern ausführen. Der Anwender muss sich also intensiv mit dem Prüfbericht auseinandersetzen, ihn mit der vorhandenen Bausituation vergleichen und nach dem passenden Anwendungsfall suchen. Dies bedeutet einen nicht geringen Aufwand und unter Umständen eine eingeschränkte Flexibilität bei der Wahl der Konstruktionslösung.
Hersteller wie Mefa gehen daher einen anderen Weg und berechnen für nahezu jeden individuellen Anwendungsfall ihrer Kunden, welche Schienen und Gewindestangen eingesetzt werden müssen, damit sie auch im Brandfall noch lange genug tragfähig sind. Basis hierfür ist die DIN EN 1993-1-2 (Eurocode 3). Der Kunde schildert den Montagefall, den er im Brandbereich realisieren möchte. Hierfür sendet er eine Skizze der Einbausituation an die Anwendungstechnik und bekommt sie anschließend mit den zur gewünschten Feuerwiderstandsklasse (30 bis 90 min) passenden Schienen sowie einer zur Montagesituation passenden Berechnung wieder.
Da gemäß der DIN EN 1993 hohe Abminderungsfaktoren einzurechnen sind, liegen die zulässigen Lastwerte bei diesem Verfahren in der Regel etwas niedriger, der Materialaufwand ist entsprechend etwas höher. Der Vorteil des Berechnungsverfahrens liegt darin, dass direkter auf den jeweiligen Anwendungsfall eingegangen werden kann. Der Installationsfall wird so berechnet, wie er später auch gebaut wird. Zudem ist die Flexibilität bei der Wahl der passenden Produktlösung größer: Es können unterschiedliche Schienensysteme und -abmessungen verwendet werden, je nachdem, welche Lösung die optimale ist.
Dübel mit bauaufsichtlicher Zulassung
Dübel für brandgeprüfte Befestigungen haben heutzutage alle eine bauaufsichtliche Zulassung, in der auch die zulässigen Lasten im Brandfall dargestellt sind. Neben den Feuerwiderstandsklassen 30, 60 und 90 Minuten ist hier oftmals sogar eine Branddauer bis 120 Minuten möglich. Die Beschaffenheit des Befestigungsuntergrunds entscheidet über die Wahl des passenden Produkts. Es gibt für Beton, Mauerwerk etc. optimierte Dübel.
Fazit
Abgesehen von Dübeln haben Produkte für die Rohrbefestigung keine Zulassung nach den in DIN 4102 geregelten Feuerwiderstandsklassen. Bei der Auswahl der Rohrschellen für brandschutzsensible Bereiche gibt das RAL-Gütezeichen „Brandgeprüfte Rohrbefestigung“ den Anwendern Orientierung. Generell ist die Einbeziehung des Herstellers in die Planung empfehlenswert. Auf Befestigungstechnik für die TGA spezialisierte Anbieter wie Mefa rechnen für ihre Kunden die tatsächliche Einbausituation gemäß DIN EN 1993 durch und können auf diese Weise zuverlässig ermitteln, welche Montageschienen auch im Brandfall bestmögliche Sicherheit bieten.
Info
Rohrschellen im Brandversuch
Bei einem Brandversuch in Anlehnung an DIN 4102 bzw. EN 1363-1 wird die zunehmende Hitze während der Dauer eines Gebäudebrandes simuliert. Zur Untersuchung des Verhaltens im Brandfall werden die Rohrschellen mit Gewindestangen an der Decke des Brandofens befestigt und mit Gewichten versehen, die die maximalen Rohrlasten simulieren. Ein Versuch läuft über mindestens 90 Minuten. Während dieser Zeit wird die Temperatur nach der sogenannten Einheitstemperaturkurve (ETK) nach DIN 4102 gesteigert. Gemäß der ETK herrschen folgende Temperaturen im Brandofen vor:
- Nach 30 min:  842 °C
- Nach 60 min:  945 °C
- Nach 90 min: 1006 °C
Spezielle Messgeber dokumentieren den Versuchsablauf und liefern die Ergebnisse für die zulässigen Lasten der Rohrschellen bis zur jeweiligen Feuerwiderstandsdauer.
Tipp
Brandgeprüfte Rohrbefestigung
Planern und Verarbeitern, die bei den brandschutztechnischen Eigenschaften der Rohrträger auf Nummer Sicher gehen möchten, sei empfohlen, auf Produkte von Befestigungstechnik-Herstellern zu setzen, die das RAL-Gütezeichen „Brandgeprüfte Rohrbefestigung“ tragen. Das Gütezeichen wird nur an Produkte verliehen, die die strengen, herstellerneutralen Kriterien der RAL-Gütegemeinschaft Rohrbefestigung erfüllen und die in Brandversuchen nach den Vorgaben des technischen Regelwerks RAL-GZ 656 geprüft wurden. Die RAL-GZ 656 schreibt eine unabhängige Bewertung der mechanischen Produkteigenschaften durch eine Materialprüfanstalt vor und enthält Regeln zur Durchführung und Auswertung von Brandversuchen.
Autor
Dipl.-Ing. (FH) Volker Weber ist Produktmanager bei der Mefa Befestigungs- und Montagesysteme GmbH, 74635 Kupferzell, Telefon (0 79 44) 64-0, Telefax (0 79 44) 64-37, www.mefa.de
Werden Leitungen in Rettungswegen verlegt, muss sichergestellt sein, dass bei einem Brand keine Rohre herabstürzen und den Weg ins Freie versperren.
Bei einer Versuchsdauer von bis zu 90 Minuten werden im Ofen Temperaturen über 1000 °C erreicht. Der Stahl fängt an zu glühen, wird weich und verformt sich.
Bei Projekten mit erhöhten Brandschutzanforderungen müssen deutlich tragfähigere Schienen als im Normalfall zum Einsatz kommen.
