Brandschutz bei Treppenkonstruktionen

Der Autor Fürgen F. Pennings ist Mitarbeiter beim Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen

Zunächst geht es nun um die Grundbegriffe des baulichen Brandschutzes. Hier sind zu nennen: Bauaufsichtliche Nachweise, Forderungen der Landesbauordnungen zu Brandschutz sowie die Bauregellisten des DIBt und ihre Funktionen im Baurecht. Alle drei Bereiche werden nun einzeln beleuchtet.

Bauaufsichtliche Nachweise nach Landesbauordnung: In den Landesbauordnungen werden für nicht geregelte Bauprodukte (das sind Produkte, die nicht entsprechend einer technischen Regel wie z. B. einer Norm hergestellt werden) drei Möglichkeiten genannt, wie ein bauaufsichtlicher Nachweis u. a. bezüglich des Brandverhaltens für ein derartiges Bauprodukt oder eine Bauart geführt werden kann. In allen Nachweisen werden genaue Angaben zum Bauprodukt bzw. der Bauart aufgeführt:

• Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung. Diese wird vom Deutschen Institut für Bautechnik, Berlin, erteilt.

• Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis. Das Allgemeine Bauaufsichtliche Prüfzeugnis wird von hierzu autorisierten Stellen, beispielsweise dem Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen, erteilt.

• Zustimmung im Einzelfall. Wenn die Ausführung einer Konstruktion in der Praxis von den Vorgaben eines Allgemeinen Bauaufsichtlichen Prüfzeugnisses oder einer Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung erheblich abweicht, so ist in der Regel ein gesonderter Nachweis erforderlich. Dieser kann in Form einer Zustimmung im Einzelfall durch die für das Bauvorhaben zuständige oberste Bauaufsichtsbehörde erbracht werden.

Die Forderungen der Landesbauordnungen zum Brandschutz: Der Gesetzgeber in der Bundesrepublik Deutschland sieht es als seine Pflicht gegenüber seinen Bürgerinnen und Bürgern an, diese vor materiellem und gesundheitlichem Schaden in Form eines nicht bestimmungsgemäß entstehenden oder verlaufenden Brandes zu schützen.

Auszug aus §17 BauO NW:

(1) Bauliche Anlagen (…) müssen (…) so beschaffen sein, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind.

Ähnliche Formulierungen sind in den Landesbauordnungen aller Länder enthalten. Die Realisierung dieser grundlegenden Forderungen des § 17 BauO NRW erfolgt durch:

• Lage auf dem Grundstück (mindestens 3 Meter von der Grundstücksgrenze entfernt)

• Anlagen für die Wasserversorgung und Zufahrten für Lösch- und Rettungsfahrzeuge

• Einsatz von klassifizierten Baustoffen (Bauprodukten): Leichtentflammbare (B3-) Baustoffe dürfen in baulichen Anlagen nicht eingesetzt werden, wenn sie nicht so mit anderen Baustoffen verbunden sind, dass sie nicht mehr leichtentflammbar sind.

Gebäude werden grundsätzlich gemäß dem Abschottungsprinzip in Brandabschnitte eingeteilt, die durch klassifizierte Bauteile (Bauteile mit einer nach DIN 4102­2 ff. nachgewiesenen Feuerwiderstandsdauer) voneinander abgegrenzt werden. Wenn innerhalb eines solchen Brandabschnittes ein Brand ausbricht, so darf er nicht die Möglichkeit haben, sich innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer durch die begrenzenden Bauteile hindurch in den nächsten Brandabschnitt fortzupflanzen. Die vorgegebene Zeitdauer dient zur Evakuierung und danach für die Feuerwehr zur Feuerbekämpfung.

Wenn ein Bauteil eine F-Klassi-fizierung besitzt, bedeutet das, dass es bestimmte, in der DIN 4102­2 ff. festgelegte Anforderungen erfüllt. Dabei werden in der Regel die Anforderungen Tragfähigkeit, Raumabschluss und Isolierung als Basis der Klassifizierung herangezogen. Beispiel: Tragende raumabschließende Wände. Eine Forderung nach Erhalt des Raumabschlusses oder der isolierenden Wirkung ist jedoch bei manchen Bauteilen, z. B. Stützen, weder sinnvoll noch möglich. Hier wird nur der Erhalt der Tragfähigkeit im Brandfall beurteilt.

Wenn die Tragfähigkeit eines Bauteils im Brandfall nicht mehr gegeben ist, so bricht es zusammen. Dabei können vor dem Brand fliehende Personen oder Feuerwehrleute, die einen Lösch-angriff durchführen, zu Schaden kommen sowie Rettungswege versperrt werden. In einer Brandprüfung werden tragende Bauteile unter Last geprüft. Diese Forderung ist auch diejenige, die für alle feuerwiderstandsfähigen Treppen zu erheben ist.

Wenn bei Verlust des Raumabschlusses Feuer oder Rauch durch ein Bauteil in den nächsten Brandabschnitt gelangen, ist weiterer Schaden von Mensch, Tier und Einrichtung zu erwarten. Bei Menschen und Tieren drohen Tod durch Verbrennen oder, was bei den meisten Brandopfern die Todesursache ist, durch Ersticken. Diese Forderung kann für feuerwiderstandsfähige Treppen erhoben werden.

Ein Verlust der Isolierung kann bewirken, dass eine Durchzündung des Feuers in den nächsten Brandabschnitt erfolgt, ohne dass Öffnungen im Bauteil vorhanden sein müssen. Diese Forderung kann für die feuerwiderstandsfähigen Treppen erhoben werden, die gleichzeitig die Bedingungen entsprechend dem Abschnitt ,Raumabschluss’ erfüllen müssen.

Darüber hinaus gibt es noch weitere Kriterien, auf die im Rahmen dieses Beitrags allerdings nicht weiter eingegangen werden soll.

Die Bauregellisten des DIBt und ihre Funktionen im Baurecht: Um zu ermitteln, mit welchem bauaufsichtlichen Nachweis ein Bauteil klassifiziert werden muss, ist ein Blick in die Bauregellisten des Deutschen Instituts für Bautechnik, Berlin, erforderlich. Diese Bauregellisten werden jährlich in den Mitteilungen des Deutschen Instituts für Bautechnik veröffentlicht.

Treppen sind in der Regel keine raumabschließenden Bauteile. Eine Klassifizierung einer handelsüblichen Treppe als F … kann zumeist erfolgen, wenn eine Treppe entsprechend der DIN 4102­2 geprüft wurde und die Anforderungen an tragende Bauteile bei dieser Brandprüfung erfüllt wurden.

Soweit eine Treppe auch als raumabschließendes Bauteil eingesetzt werden soll, sind darüber hinaus auch die in der DIN 4102­2 aufgeführten Anforderungen zum Raumabschluss sowie zur Isolierung zu erfüllen.

In der europäischen Normenreihe DIN EN 1363 ff. finden sich Treppen in der prEN 1366­6. Diese Norm ist zur Zeit jedoch noch in einem frühen Entwurfsstadium und kann nicht für eine Klassifizierungsprüfung herangezogen werden.

Die in der Musterbauordnung zu findenden Forderungen bezüglich des Brandschutzes bei Treppen mit direktem Bezug zur Feuerwiderstandsklasse sind im Folgenden zitiert:

§ 31 Absatz (4): Die tragenden Teile notwendiger Treppen müssen feuerbeständig sein. Bei Gebäuden geringer Höhe müssen sie aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen oder mindestens feuerhemmend sein; dies gilt nicht für Wohngebäude geringer Höhe mit nicht mehr als zwei Wohnungen.

Hier findet sich eine Anforderung an das Bauteil „Treppe“, die sich konkret auf die Feuerwiderstandsfähigkeit bezieht. Daneben werden alternativ Anforderungen an die Brennbarkeit der in der Treppenkonstruktion verwendeten Baustoffe gestellt.

Die oben zitierten Anforderungen aus der MBO finden sich in ähnlicher Form auch in den Bauordnungen der Länder wieder.

Was ein tragendes Teil einer notwendigen Treppe ist, darüber findet sich beispielsweise im Einführungserlass zur Hessischen Bauordnung aus dem Jahre 1993 eine konkrete Angabe. Dieser präzisiert im Abschnitt 33.4:

Die tragenden Teile notwendiger Treppen sind bei Treppen aus Holz die Tragholme (Wangen) und die Treppenstufen.

In der Bauregelliste Ausgabe 2001/1, veröffentlicht in dem Sonderheft Nr. 24 der DIBt-Mitteilungen vom 29. August 2001, finden sich zum bauaufsichtlichen Nachweis für Treppen Anforderungen in der Liste A Teil 2, lfd. Nr. 2.1 für Konstruktionen, die im Werk vorgefertigt werden und in der Liste A 3 Teil 3, lfd. Nr. 1 für Konstruktionen, die auf der Baustelle zusammengebaut werden. Treppenkonstruktionen werden wie Stützen oder wie tragende Decken mit einem Allgemeinen Bauaufsichtlichen Prüfzeugnis bauaufsichtlich nachgewiesen. Der Hersteller bzw. die ausführende Firma vor Ort (Anwender) müssen nach Einbau/ Errichtung eine Erklärung abgeben, dass die im Werk hergestellte oder vor Ort zusammengebaute Treppe mit den Vorgaben im Allgemeinen Bauaufsichtlichen Prüfzeugnis übereinstimmen (Übereinstimmungserklärung des Herstellers/Anwenders).

Einschiebbare Bodentreppen werden für die Brandprüfung in eine Decke mindestens der Feuerwiderstandsklasse, die für die Bodentreppe erzielt werden soll, eingebaut. Vor noch nicht allzu langer Zeit wurde nur für die Decke ein Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis ausgestellt, in der die Aussage getroffen wurde, dass die Feuerwiderstandsfähigkeit der Decke durch den Einbau der Bodentreppe nicht verschlechtert wird. Einschiebbare Bodentreppen sind jedoch inzwischen in der Bauregelliste A Teil 2 unter der Nummer 2.35 aufgeführt. Danach ist für einschiebbare Bodentreppen der bauaufsichtliche Verwendbarkeitsnachweis das Allgemeine Bauaufsicht-liche Prüfzeugnis, der Übereinstimmungsnachweis die Übereinstimmungs-erklärung des Herstellers.

Wie kann der Ausführende vor Ort den Forderungen an Treppen entsprechen? Zur Beantwortung dieser Frage ist ein grundlegendes Verständnis der verschiedenen Versagensmechanismen der unterschiedlichen Baustoffe notwendig. Hierauf wird in den Abschnitten der wichtigsten Baustoffe eingegangen.

Als Nachweisverfahren zur Erfüllung der Anforderungen bietet sich neben der direkten Brandprüfung nach DIN 4102­2 auch die DIN 4102­4 an. In diese Norm sind die Erfahrungen von unzähligen Brandprüfungen der letzten Jahrzehnte eingeflossen. Treppen, die keine raumabschließende Funktion besitzen müssen, sind brandschutztechnisch ähnlich wie Stützen oder Balken zu betrachten. Stützen und Balken sind keine raumabschließenden Bauteile. Sie können als F … klassifiziert werden, wenn sie bei einer mehrseitigen Einwirkung eines Feuers der Einheits-Temperatur-Zeitkurve nicht unter ihrer Gebrauchslast zusammengebrochen sind. Auch Treppen können drei- oder vierseitig mit Feuer beaufschlagt werden.

Treppen, an die Forderungen bezüglich ihrer raumabschließenden Funktion gestellt werden, sind brandschutztechnisch mit Decken vergleichbar. Die Brandbeanspruchung erfolgt nur von einer Seite her, wobei jedoch die Träger je nach Konstruktion auch dreiseitig beansprucht werden können.

Sowohl die nicht raumabschließenden Treppen als auch die raumabschließenden Treppen sind mittels Beplankungen, Bekleidungen oder Beschichtungen in ihrem Verhalten im Brandfalle verbesserbar.

Holztreppen: In der DIN 4102­4 befinden sich Tabellen (Tabellen 74 bis 83), in der die Dimensionen von unbekleideten Stützen und Balken aus Holz mit verschiedenen Seitenverhältnissen und drei- oder vierseitiger Brandbeanspruchung für die Feuerwiderstandsklassen F 30­B (für Vollholz und Brettschichtholz) bis F 60­B (nur für Brettschichtholz) aufgelistet sind. Diese basieren unter anderem auf der Beobachtung, dass Holz in einer Brandprüfung entsprechend der DIN 4102­2 mit Abbrandgeschwindigkeiten von 0,7 bis 1,0 mm/Minute abbrennt. Das Holz schützt sich im Brandfall selbst durch Bildung einer Verkohlungsschicht vor schnellem Abbrennen. Der Versagensmechanismus ist die Reduzierung des tragenden Querschnitts, weniger eine Reduzierung der mechanischen Eigenschaften des Holzes bei erhöhter Temperatur. Anhand des soeben Gesagten ist leicht nachvollziehbar, dass beispielsweise eine aufgesattelte Treppe mit Setzstufen ein erheblich anderes Verhalten im Brandfall zeigt, als eine halbgestemmte Konstruktion.

Der § 31 Absatz 4 der Musterbauordnung verlangt bei Gebäuden geringer Höhe mit mehr als zwei Wohneinheiten entweder, dass die Treppen aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen (trifft für Holz nicht zu) oder aber mindestens feuerhemmend (F 30) sind.

Diese Forderung kann durch die Wahl entsprechend großer Holzquerschnitte erfüllt werden, was allerdings nicht selten zu architektonisch unästhetischen Dicken der tragenden Teile führt.

Auch die Beschichtung mit im Brandfall aufschäumendem Material (hierfür ist die jeweilige Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung der Beschichtung zu beachten) kann zu einer Verbesserung des Brandverhaltens einer Holztreppe führen.

Eine weitere Möglichkeit der Erfüllung der Forderungen besteht darin, die tragenden Holzteile einer Treppenkonstruktion mit einer Bekleidung, beispielsweise aus Gipskarton-Feuerschutzplatten nach DIN 18180, zu versehen.

In NRW sind derartige Treppen aus Holzbaustoffen, soweit sie als notwendige Treppen Verwendung finden sollen, aufgrund des generellen Verbotes brennbarer Baustoffe für notwendige Treppen nicht zulässig.

Stahltreppen: Die im §31 Absatz 4 der Musterbauordnung bei Gebäuden geringer Höhe mit mehr als zwei Wohneinheiten gestellte Forderung, dass die Treppen aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen, werden im Allgemeinen von Stahltreppen erfüllt, soweit nicht zusätzlich brennbare Baustoffe die Konstruktion vervollständigen. In diesem Bereich sind demzufolge keine weiteren brandschutztechnischen Maßnahmen erforderlich. Es muss jedoch davon ausgegangen werden, dass die Tragfähigkeit einer derartigen Stahltreppe im Brandfall bereits nach wenigen Minuten nicht mehr ausreichend groß ist. Der Verlauf der Streckgrenze von Baustahl in Abhängigkeit von der Temperatur ist im Bild 68 der DIN 4102­4 dargestellt. Dort kann abgelesen werden, dass bereits bei einer Temperatur von ca. 530 °C die Festigkeit auf 50 % der Ausgangsfestigkeit abgenommen hat. Wurde die statische Berechnung eines Stahlbauteils mit einem Sicherheitsfaktor von 2,0 durchgeführt, ist das Bauteil bei der Temperatur von 530 °C so eben noch in der Lage, die rechnerisch zulässige Last zu tragen. Weitere Temperaturerhöhung führt rasch zum Zusammenbrechen der Konstruktion unter Last. Der Versagensmechanismus bei Stahl ist also – anders als bei Holz – nicht die Reduzierung des Tragequerschnitts, sondern der Abfall der Festigkeit des Stahls bei höheren Temperaturen.

Wenn dennoch eine länger andauernde Tragfähigkeit einer Stahltreppe bei einem Brand gefordert wird, so können Beschichtungen mit im Brandfall aufschäumendem Material (auch hier ist wiederum die jeweilige Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung der Beschichtung zu beachten) den Temperatureintrag in das Stahlbauteil so weit verzögern, dass ein Stahlversagen nicht vor der 30. Minute oder der 60. Minute auftritt. Diese haben den Vorteil, dass sie wie eine Lackierung auf die Oberfläche des Stahlbauteils aufgebracht werden und die Dicke des Bauteils nicht sichtbar vergrößern, da sie erst bei Feuereinwirkung eine dickere, isolierende Schicht bilden.

Eine weitere Möglichkeit ist, wie auch bei der Holztreppe, das Aufbringen einer Bekleidung beispielsweise aus Gipskarton-Feuerschutzplatten nach DIN 18180 oder aus Putz auf Rippenstreckmetall. Die Dicke einer profilfolgenden oder kastenförmigen Bekleidung ist entsprechend dem Verhältnis des beflammten Umfangs zum Querschnitt des Bauteils zu bemessen. Dieser Verhältniswert U/A ist entsprechend der Form des Stahlprofils, das geschützt werden soll, nach Tabelle 89 der DIN 4102­4 zu berechnen. Durch diese Maßnahme sind bei tragenden Stahlbauteilen Feuerwiderstandsklassen von bis zu F 180­A erreichbar. Wenn die Bekleidung nicht profilfolgend oder kastenförmig ist, sondern beispielsweise wie eine Unterdecke unterhalb der tragenden Konstruktion angebracht ist, so müssen andere Analogschlüsse die Feuerwiderstandsklasse nachweisen. Bei derartigen Analogschlüssen ist aber immer die Art des Feuerangriffs zu berücksichtigen.

Betontreppen: Auch Betontreppen erfüllen genau wie Stahltreppen die Anforderung „nichtbrennbar“. Daneben können sie brandschutztechnisch wie Deck-en betrachtet werden, mit dem einen Unterschied, dass die obere Seite nicht eben ist, sondern die Treppenstufen enthält und dem zweiten Unterschied, dass die Einbauneigung nicht parallel zur Waagerechten verläuft. Der Versagensmechanismus bei Betontreppen ist auf den Versagensmechanismus bei Stahlbauteilen zurückzuführen. Die Betonüberdeckung der tragenden Stahlarmierung hat einen direkten Einfluss auf die Feuerwiderstandsfähigkeit des Bauteils. Je dicker die Betonüberdeckung ist, desto länger dauert es, bis die Temperatur der Armierung den kritischen Punkt überschreitet. Wiederum die DIN 4102­4 gibt für stahlarmierte, 1-achsig gespannte, unbekleidete Stahlbetonplatten in der Tabelle 11 für die Feuerwiderstandsklassen F 30 bis F 180 einen Mindestachsabstand u der Armierung von der Betonoberfläche an. Diese betragen für F 30-Konstruktionen u $ 10 mm sowie für F 90-Konstruktionen u $ 35 mm. Beton selbst verliert auch bei höheren Temperaturen seine Festigkeit, jedoch überwiegt auf Grund der geringen Wanderungsgeschwindigkeit der Temperatur in den Beton im Allgemeinen der Versagensmechanismus der Stahlarmierung. Interessant ist bei Betontreppen, dass der Feuerangriff, ob er nur von der Unterseite oder allseitig stattfindet, kaum einen Unterschied in der Feuerwiderstandsdauer bewirkt.

Wenn durch entsprechende Untersuchungen bei einer Betontreppe festgestellt wird, dass der Mindestachsabstand der Armierung für die geforderte Feuerwiderstandsklasse nicht ausreicht, so kann auch in diesem Falle eine zusätzliche Bekleidung der Fläche, beispielsweise mit Gipskarton-Feuerschutzplatten nach DIN 18180, zum Ziel führen. o