Baubedenken: Ausbau der Metalle

Artikel und Fotos von Gregory Havel

„Stahl dehnt sich bei jedem Temperaturanstieg um 100 °F um 0,06 Prozent auf 0,07 Prozent in der Länge aus B. durch eine Mauerwerksstruktur, zurückgehalten werden und die Temperatur des Feuers bei etwa 1.000 °F aufrechterhalten wird, kann die Ausdehnung des Stahls zu einer Verschiebung des Mauerwerks führen, was zu einem teilweisen oder vollständigen Einsturz führt.“ (Brannigan's Building Construction for the Fire Service, 4. Auflage, Seite 206) Wenn die Mauerwerks- oder Betonwände, die den Balken halten, so massiv sind, dass sie sich nicht verschieben, führt die zunehmende Länge des Balkens und seine Schwächung durch die Hitze dazu, dass er sich verbiegt und scheitern in der Mitte der Spanne. Diese Informationen wurden uns ab den Kursen „Feuerwehrmann I“ und „Feuerwehrmann II“ weitergegeben.

Foto 1 zeigt eine Anordnung aus Mauerwerk und Betonwänden, Stahlstützen, Stahlträgerbindern und Balkenträgern. Die Trägerbinder und Balkenträger werden entweder durch eine Verbindung mit den Wänden oder durch Schweißnähte und Bolzen aneinander gehalten. Die Ausdehnung des Baustahls ist bei der Bemessung nicht berücksichtigt, da der Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht bzw. Winter und Sommer als unbedeutend angesehen wird. In einem klimatisierten Gebäude kann der normale Temperaturbereich unter 20 °F liegen. In einem unbeheizten Gebäude in einem kalten Klima liegt der Temperaturbereich wahrscheinlich unter 100 °F. Die Ausdehnung und Kontraktion des Stahls kann bei einem Brand im Inneren des Gebäudes zu einem Problem werden.

In jedem großen Gebäude können die von Baustahl getragenen Metallrohre mehrere hundert Meter lang sein. Wenn diese Rohre erwärmtes oder gekühltes Wasser zum Heizen und Klimatisieren transportieren, können ihre Innentemperaturen zwischen 40 °F und 200 °F liegen. Wenn sie Dampf transportieren, können ihre Innentemperaturen zwischen Raumtemperatur und über 300 °F liegen. Wenn sie Warm- und Kaltwasser transportieren, können ihre Innentemperaturen zwischen 40 °F und 150 °F liegen. Bau- und andere Vorschriften verlangen, dass diese Rohre isoliert werden, um Energie zu sparen.

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Stahlrohre dehnen sich bei Erwärmung im gleichen Maße aus wie Baustahl. Kupferrohre dehnen sich bei Erwärmung etwa 40 Prozent schneller aus als Stahlrohre. Obwohl die Ausdehnung und Kontraktion innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs des Rohrs möglicherweise nicht hoch genug ist, um zum Versagen der Wände oder zum Einknicken des Rohrs zu führen, kann es zu Geräuschen kommen und schließlich zu Undichtigkeiten an den Rohrverbindungen führen, wenn es nicht kontrolliert wird.

Eine Möglichkeit, die Ausdehnung von Rohren zu kontrollieren, ist der Einsatz von Kompensatoren. Bei einem Typ werden in Abständen entlang der langen Rohrstrecke Abschnitte aus flexiblen Wellblechrohren oder Gummischläuchen verwendet. Ein anderer Typ ist ein Slip-Joint-Anschluss mit Gleitringdichtung oder O-Ringen. Beide funktionieren gut, wenn sie neu sind, aber irgendwann werden beide undicht sein und müssen ersetzt werden.

Eine weitere Methode ist der Einsatz von Dehnungsschleifen, die bereits seit über 100 Jahren im Einsatz sind. Foto 2 zeigt Ausdehnungsschleifen in zwei Stahlrohren, die im Winter Warmwasser für die Heizung und im Sommer Kaltwasser für die Klimatisierung transportieren. Bei dieser Installation werden Victaulic®-Armaturen mit Dichtungen aus einem Gummi verwendet, der eine höhere Temperatur aufweist als die, die in automatischen Feuerlöschsprinklersystemen verwendet werden. In diesem Gebäude werden die Rohrstränge in der Mitte des Verlaufs zwischen den Dehnungsschleifen eingespannt.

(2) Zum Vergrößern anklicken

Foto 3 zeigt Ausdehnungsschleifen in einer Gruppe isolierter Rohre, die heißes und kaltes Brauchwasser, Warmwasser zum Heizen und Dampf transportieren. Bei diesem System befinden sich die Halterungen in der Mitte der Dehnungsschleifen und nicht in der Mitte der Rohrstränge.

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Dehnungsfugen werden heute meist dort eingesetzt, wo kein Platz für Dehnungsschlaufen ist. Obwohl die Installation weniger Arbeit erfordert als Erweiterungsschleifen, kosten sie oft mehr als die Materialien für Erweiterungsschleifen. Darüber hinaus müssen sie regelmäßig ausgetauscht werden.

Dehnungsschleifen sind aufgrund des Arbeitsaufwands teurer in der Installation als Dehnungsfugen, haben aber in der Regel eine wesentlich längere Lebensdauer bis zum Ausfall. Wenn Reparaturen erforderlich sind, erfordern sie weniger Arbeitsaufwand und kostengünstigere Materialien als der Austausch von Dehnungsfugen, insbesondere wenn die Dehnungsschleifen Victaulic®-Fittings verwenden.

Ein mit Wasser gefülltes Rohr kann eine erhebliche Belastung für die Gebäudestruktur darstellen.

Eine Gruppe von Dehnungsschleifen wie die in Foto 3 gezeigten können eine Struktur wie eine Dachklimaanlage belasten, insbesondere wenn die Rohre so groß sind wie die in Foto 2 gezeigten. Wir müssen bedenken, dass Baustahl, der eine schwerere Last trägt, früher versagt Brandbedingungen als ein ähnliches Bauteil mit einer geringeren Belastung.

Themen: Ausbau von Baumetallen, Gebäudekonstruktion für Feuerwehreinsätze, Baugefahren