Mehr lesen
Der vorliegende Forschungsbericht beschäftigt sich mit der Problematik von Gasexplosionen im Hochbau. Neben der Entwicklung eines Bemessungsansatzes auf stochastischer Basis werden konstruktive Regeln erarbeitet, um das Risiko eines Einsturzes von Gebäuden oder tragenden Gebäudeteilen infolge einer internen Gasexplosion zu reduzieren. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Bemessungsansatz lässt sich eine statische Ersatzdruckbeanspruchung in Abhängigkeit des Druckentlastungskoeffizienten Av/V (Fläche der Druckentlastungsfläche/Raumvolumen) bestimmen. Die durchgeführten Vergleichsrechnungen haben gezeigt, dass bei üblichen Wandelementen die Eigenfrequenz der Bauteile weit genug von der Erregerfrequenz der Explosionseinwirkung entfernt liegt, so dass man von einer quasistatischen Beanspruchung ausgehen kann. Die resultierenden Bemessungswerte erfüllen die Anforderungen an die Tragwerkszuverlässigkeit gemäß DIN 1055-100 (2001), unter Berücksichtigung der geringen Auftretenswahrscheinlichkeit eines Gasexplosionsereignisses. Hierbei ist festzustellen, dass der eigene Ansatz zu höheren Ersatzdruckbeanspruchungen führt, als der derzeit gültige normative Vorschlag in DIN 1055-9 (2003).
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Notwendigkeit des Forschungsvorhabens 1
1.2 Ziel und Zweck des Forschungsvorhabens 2
2 Ausgangssituation und Stand der Technik 3
2.1 Einführung 3
2.2 Zusammensetzung von Erdgas 4
2.3 Gasexplosionen in Wohngebäuden 5
2.3.1 Entwicklungstendenzen 5
2.3.2 Schadens- und Unfallstatistik 6
2.3.3 Normative Regelungen 8
2.4 Konstruktive Regelungen11
2.4.1 DIN 104511
2.4.2 DIN V ENV 1992 11
2.4.3 DIN 1045-1 12
2.4.4 DIN 1053-1 13
2.4.5 British Standard 13
2.4.6 Ehemalige DDR-Norm 13
2.5 Zusammenfassende Darstellung 14
3 Tragwerkszuverlässigkeit und Sicherheitskonzept 16
3.1 Einführung 16
3.2 Mathematische Formulierung des Zuverlässigkeitsproblems 16
3.3 Klassifizierung zuverlässigkeitstheoretischer Methoden 19
4 Grundlagen der Explosionstheorie 20
4.1 Einführung 20
4.2 Explosionsgrenzen 21
4.3 Entzündung 22
4.4 Druckentwicklung in geschlossenen Behältern 23
4.4.1 Allgemeines 23
4.4.2 Maximaler Explosionsdruck 24
4.4.3 Maximale Druckanstiegsrate 26
4.4.4 Einfluss von Turbulenzen 31
4.5 Druckentlastete Deflagrationen 32
4.5.1 Allgemeines 32
4.5.2 Idealisierte Phasen der Druckentlastung 32
5 Untersuchungen zur Schadensbegrenzung bei Gasexplosionen im Hochbau 35
5.1 Vorbemerkungen 35
5.2 Statischer Ersatzdruck 37
5.3 Stochastische Verteilung der Ersatzdruckbelastung 46
5.3.1 Grundlagen der numerischen Simulation 46
5.3.2 Definition der Randbedingungen 48
5.3.3 Statistische Momente 54
5.4 Bestimmung des Bemessungswertes des Gasexplosionsdruckes 61
5.5 Zusammenfassende Darstellung 65
6 Konstruktionsregeln für Tragstrukturen 68
6.1 Vorbemerkungen 68
6.2 Regeln zur Senkung des auftretenden Explosionsdruckes 68
6.3 Regeln zur Steigerung der Belastbarkeit von Tragstrukturen 70
6.4 Anordnung von gefährdeten Räumen im Gebäude 74
7 Zusammenfassung und Ausblick 75
8 Literaturverzeichnis 79
9 ANHANG 82
9.1 Anhang 1: Beispiele von Schadensfällen 82
9.1.1 Explosion in einem Einfamilienhaus 82
9.1.2 Propangasexplosion in einem Reihenhaus 84
9.1.3 Explosion in einem Mehrfamilienhaus 86
9.1.4 Explosion in dem Gebäude Ronan Point 90
Über den Autor / die Autorin
Professor Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner ist Universitätsprofessor für Massivbau an der TU Darmstadt und Partner im Ingenieurbüro König, Heunisch und Partner (KHP) in Frankfurt/Main.
