Brandschutztechnische Analyse von Massiv- und Holzbauweisen

o.Univ. Prof. DDr. Ulrich SchneiderDipl.-Ing. Monika OswaldInstitut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, TU Wien

Brandschutz-Studie

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INHALTSVERZEICHNIS

1 Einleitung 3

2 Brandlasten in Wohngebäuden 4

3 Beurteilung unterschiedlicher Bauarten und Bauelemente 7

3.1 Wandbauteile in Massivbauweise 73.2 Wandbauteile in Holzbauweise 83.3 Deckenbauteile in Massivbauweise 123.4 Deckenbauteile in Holzbauweise 133.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Massivbauweise 163.6 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Holzbauweise 173.7 Fassaden in Massivbauweise 203.8 Fassaden in Holzbauweise 213.9 Öffnungen bei der Massivbauweise 233.10 Öffnungen bei der Holzbauweise 243.11 Installationen in der Massivbauweise 253.12 Installationen in der Holzbauweise 25

4 Brandrisiko unterschiedlicher Bauarten 27

4.1 Grundlagen 284.2 Brandrisikoberechnung 284.3 Berechnung der Brandeintrittswahrscheinlichkeit 294.4 Berechnung des Schadensausmaßes 31

5 Bewertung des Brandrisikos 35

6 Zusammenfassung 36

7 Literatur 38

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Einer Feuerwehr wird seitens eines Bauwerbersgerne scherzhaft unterstellt, dass sie maximaleingeschossige Gebäude, ausgestattet mit un-brennbaren Materialien, genehmigt. Tatsächlichzeigt aber die Praxis, wie aus dem Stadtbildersichtlich, dass es eine Vielzahl von Lösungenund Möglichkeiten gibt.

Prinzipiell kann praktisch jedes Gebäude, jedeWohn- oder Gewerbeimmobilie, in einer Weiseerrichtet werden, die sowohl den Bauwerber alsauch die für den Brandschutz verantwortlicheFeuerwehr zufrieden stellt. Bedeutend für dieSicherheit der Menschen in Gebäuden aller Artsind natürlich die bei der Errichtung verwendetenMaterialien. Je besser diese einem Brandereigniswiderstehen, desto einfacher ist ein hohesSicherheitsniveau zu erreichen.

Sicherheit ist zudem nicht eindimensional zusehen, sondern ist das Ergebnis vieler Einfluss-größen. Das beginnt bei einer einwandfreien Bau-ausführung und endet bei Notfallplänen. Voneiner Feuerwehr werden immer Grundsätze hin-sichtlich der Fluchtmöglichkeiten der Bewohnereines Gebäudes, der Angriffsmöglichkeiten für die Feuerwehr selbst und der Brandabschnitts-bildungen vertreten. Dazu kommen nochAlarmierungsmöglichkeiten im Gebäude sowieorganisatorische Maßnahmen. Zwar kannSicherheit prinzipiell mit jedem Baustoff erzieltwerden, massive Bauten haben aber hier sicher-lich einen Startvorteil.

Dipl.-Ing. Dr. Friedrich Perner, Branddirektor

Vorwort

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Jedes Gebäude ist dem Gefahrenfall „Brand“ aus-gesetzt. Der Verlauf von Bränden ist durch eineVielzahl von Einflussgrößen vorgegeben, die hem-mend oder begünstigend auf den Brandverlaufwirken bzw. die daraus resultierenden Schädenbeeinflussen. Aufgabe des Planers ist es, dieGrundsätze des Brandschutzes zu beachten, d. h. das Ereignis „Brand“ muss bereits im Ent-wurfsstadium als Lastfall berücksichtigt werden.Entsprechend ihrer Wirkung in Bezug auf dieBrandsicherheit eines Gebäudes unterscheidetman zwischen potenziellen Gefahren und Schutz-maßnahmen. Die vorzunehmenden Schutzmaß-nahmen sind wiederum abhängig vom Brandrisikound den Vorgaben in Bezug auf die angestrebtenSchutzziele.

Um ein bestimmtes Sicherheitsniveau im Brand-schutz zu erreichen, stellt der Gesetzgeber demPlaner in Form von Richtlinien und Bestimmun-gen Instrumentarien zur Seite, die dazu dienen,die grundlegenden Schutzziele im Brandschutz:

den Schutz von Leben und Gesundheit von Personen im betroffenen Gebäude und dessen Umgebung (Personenschutz) und

den Schutz von Eigentum und die Begrenzung finanzieller Schäden im betroffenen Gebäude und dessen Umgebung (Sachwertschutz),

zu erreichen. In Österreich und in der Bundes-republik Deutschland sind in jüngster Zeit in der

Entwicklung der baurechtlichen Bestimmungengravierende Änderungen in den Brandschutznor-men und Baugesetzen erkennbar, die z. B. Ab-minderungen bezüglich der Brennbarkeit vonBaustoffen und des Brandwiderstands bei denBauteilen im Wohngeschossbau zur Folge haben.Daraus resultiert offenbar eine Verringerung desbisher allgemein akzeptierten Sicherheitsniveaus.Aus diesem Grund wurde in Deutschland der Ent-wurf einer Technischen Richtlinie über brand-schutztechnische Anforderungen an Bauteile vonWohngebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbau-weise vorgelegt, mit dem Ziel, die Einhaltung desbisherigen Brandsicherheitsniveaus bis 13 m Geschosshöhe sicherzustellen. In Österreichwurde bislang keine vergleichbare Richtlinie fürden mehrgeschossigen Holzwohnbau entwickelt,d. h. es wird stillschweigend davon ausgegangen,dass sich z. B. die bei zweigeschossigen Wohn-gebäuden gesammelten Erfahrungen ohne weite-res auf viergeschossige Wohnhausanlagen über-tragen lassen. Im Folgenden wird diese Entwick-lung anhand neuester Forschungsergebnisse der TU Wien, welche im Rahmen mehrerer For-schungsprojekte in den zurückliegenden Jahrengewonnen wurden, im Detail dargelegt. Insbe-sondere werden vergleichende Risikobetrach-tungen an mehrgeschossigen Wohngebäuden (› zwei Geschosse) in Holzbau- und Massivbau-weise durchgeführt.

1 EINLEITUNG

o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider Dipl.-Ing. Monika Oswald

Brandschutztechnische Analyse von Massiv- und Holzbauweisen

Das Brandgeschehen in einer Wohnung entwickeltsich umso kritischer, je größer der Anteil anbrennbarem Inventar sowie an brennbaren undungeschützten Bauteilen im und am Gebäude ist.Die Abb. 1 stellt die grundsätzliche Gliederungder Gesamtbrandlast in einem Gebäude dar (nach[7] und [13)]. Danach setzt sich die Gesamtbrand-last aus den mobilen und den konstruktivenBrandlasten zusammen. Der Gebäudeinhalt stelltdabei die mobile Brandlast mit allen im Gebäudevorhandenen Einrichtungsgegenständen, den nut-zungsspezifischen Ausstattungen und dem Mobi-liar dar. Die mobile Brandlast beschreibt dabei im Wohnbau eine nur sehr schwer zu bestimmen-de Größe, die nicht allgemein gültig festgelegtwerden kann, weil sie auch abhängig ist von denpersönlichen Verhältnissen und Lebensgewohn-heiten, zeitlichen Modeerscheinungen, dem sozialen Umfeld sowie weiteren sozioökonomi-schen Faktoren.

Die konstruktive immobile Brandlast hingegensetzt sich aus der bauweisenspezifischen und denkonstruktionsneutralen Brandlasten zusammen,Größen, die für unterschiedliche Bauweisen ein-deutig festgelegt und bestimmt werden können.Die bauweisenspezifische Brandlast ist abhängigvon der Trag- und Ausbaukonstruktion und dendabei verwendeten Materialen. Die konstruktions-neutralen Brandlasten beziehen sich hingegen auf Einbauten im Gebäude, die sowohl bei Massiv-als auch bei Holzbauten Verwendung finden, wiez. B. Fenster, Türen, Installationen, sonstigeGebäudetechniken etc.

Die Abb. 2 zeigt, dass sich die Brandlasten ineinem mehrgeschossigen Wohnbau mit einerdurchschnittlichen Wohnnutzfläche von ca. 800 m2 bei den vier angegebenen Konstruktions-

arten insgesamt bis zu einem Faktor 4 unter-scheiden; d. h. in einem Holzwohnbau sind diezwei- bis vierfachen Mengen an brennbarenStoffen vorhanden wie in einem Massivwohnbau[1]. Dementsprechend ist naturgemäß mit einemdeutlich höheren Brandrisiko zu rechnen, wie in[7] eindeutig gezeigt ist und auch aufgrund einerüber zehn Jahre geführten Brandstatistik vonWohngebäuden [28] eindeutig belegt wurde.Darauf wird später noch eingegangen.

Der Vergleich der bauweisenspezifischen Brand-lasten für unterschiedliche Holzbauweisen mit

dem Massivbau in der Abb. 2 zeigtweiterhin, dass der Holzrippenbau imVergleich zum Massivbau in etwa die9,5fache Menge an konstruktivenBrandlasten aufweist. Der Skelettbauerreicht bereits die 21fache Menge ankonstruktiven brennbaren Bestandtei-len und die Brettstapelkonstruktion die31,5fache Menge an konstruktivenBrandlasten gegenüber dem Massiv-bau. Diese Gegenüberstellung zeigtdeutlich, dass die konstruktiven Brand-lasten bei Holzkonstruktionen in einemmaßgeblichen Verhältnis zu den Ge-samtbrandlasten stehen und deshalb

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2 BRANDLASTEN IN WOHNGEBÄUDEN

Abb. 2: Gegenüberstellung der konstruktiven undmobilen Brandlasten für unterschiedliche Bauweisenin einem viergeschossigen Wohnbau mit ca. 800 m2

Wohnnutzfläche nach [1]

Abb. 1: Zusammensetzung der Brandlastanteile in einem Gebäudenach [7]

naturgemäß im Brandfall durch die dem BaustoffHolz immanente Eigenschaft der Brennbarkeitwesentlichen Einfluss auf die Brandentstehungund -entwicklung nehmen (vgl. [1]).

Bauteilkonstruktionen, die brennbare Baustoffe z. B. in Form von Vollholz, Holzwerkstoffen oderorganischen Dämmstoffen enthalten, weisen nach[1] und [7] grundsätzlich folgende zusätzlicheoder erschwerende Gefahrenpotenziale gegen-über nichtbrennbaren Massivbauten auf:

1. Zusätzlicher Eintrag von Brandlasten2. Erhöhung der Rauchgasentwicklung und

Pyrolyseprodukte3. Zusätzliche Bildung und Ausbreitung von

Kohlenmonoxid4. Brandentstehung innerhalb der Konstruktion5. Brandeinleitung und Weiterleitung in

Konstruktionshohlräumen6. Gefahr von Nachentzündungen und Bildung

von Glutnestern7. Erhöhung der Flashover-Gefahr

Am bedenklichsten für das Brandgeschehen ist in dieser Auflistung der zusätzliche Eintrag vonkonstruktiven Brandlasten zu bewerten, da brenn-bare Baustoffe, wenn sie dem Feuer zugänglichsind, sich im Brandfall vergleichsweise schnellthermisch zersetzen und zusätzliche Energiesowie toxische Brandgase freisetzen.

Die Abb. 3 zeigt qualitativ die zu erwartendenTemperaturentwicklungen bei einem Brand ineinem Massivbau und in einem Holzbau. Es zeigtsich, dass bei Wohngebäuden aus nichtbrennba-ren Baustoffen (z. B. Mauerwerks- oder Stahl-betonbau) der Brand nach dem Verzehren dermobilen und konstruktionsneutralen Brandlastenim Brandfall schnell erlischt. Bei der Holzbau-weise hingegen beteiligen sich zusätzlich zu denmobilen Brandlasten die dem Feuer mittelbaroder unmittelbar zugänglichen Trag- und Beklei-dungskonstruktionen am Brandgeschehen. Es istdamit zu rechnen, dass während eines Brandesdie durch nichtbrennbare Bekleidungen bis zueinem gewissen Zeitpunkt geschützten immobilenBrandlasten (z. B. Wandständer, Holzbalken inDeckenkonstruktionen etc.) sich zeitlich verzögertebenfalls am Brandgeschehen beteiligen; d. h.Holzkonstruktionen weisen prinzipiell im Brand-fall einen höheren Energieeintrag, eine größereTemperatur- und Brandgasentwicklung und inweiterer Folge eine größeren Zerstörungsgrad am Gebäude auf als Massivbauten.

Im Hinblick auf die Brandgasentwicklung istanzumerken, dass über zwei Drittel der vorhergenannten Brandopfer an Rauchgasen, vor alleman Kohlenmonoxid (CO), sterben. Die nachstehen-den Abb. 4 und 5 zeigen die gemessene Entwick-lung von CO im Zuge von Brandversuchen nach[11]. Untersucht wurden Brände in einer Brand-kammer und die Entwicklung der CO-Konzent-rationen in bestimmten Entfernungen vom Kam-meraustritt. Die Brandkammer war entweder mitbrennbaren oder mit nichtbrennbaren Baustoffenausgekleidet. Die Abb. 4 zeigt die CO-Konzentra-tionen für einen Versuch ohne Holzverkleidung inder Kammer. Die Abb. 5 zeigt den gleichen Ver-such in einer mit Holz ausgekleideten Kammer.Man erkennt unmittelbar, dass die CO-Konzent-rationen im zweiten Fall teilweise um mehr alsdas Dreifache zunehmen, d. h. das Brandrisikosteigt auch außerhalb des Brandraumes erheblichan. Anzumerken wäre hier, dass bereits Einwir-kungen von CO-Konzentrationen oberhalb von 0,8Vol.-% in der Atemluft zum sofortigen Tod führen.

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Abb. 3: Einfluss der bauweisenspezifischenBrandlasten auf das Brandszenarium

Im Rahmen eines zweijährigen Forschungsprojek-tes hat sich das Institut für Baustofflehre, Bau-physik und Brandschutz der TU Wien mit Fragender Sicherheit und des Verhaltens von mehrge-schossigen Wohngebäuden im Falle von Brändenbeschäftigt. Dabei hat sich neben der detailliertenUntersuchung des Brandlasteinflusses ergeben,dass die derzeit übliche Brandschutzberechnungeinzelner Bauteile im Hinblick auf das Verhaltender Gesamtkonstruktion je nach Bauart zu Risikenführen kann, welche vor allem im Wohngeschoss-bau zu beachten sind, wenn überwiegend brenn-bare Baustoffe zur Anwendung kommen [13].

Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerksbzw. die Bewertung der Gesamtkonstruktionunter Brandeinwirkung erfordert einerseits dieBetrachtung einzelner Bauteile im Hinblick aufdie verwendeten Baustoffe und ihre Herstellungsowie der Bauteilfunktion und andererseits dieBeurteilung des Zusammenwirkens sämtlicherKonstruktionselemente als Ganzes. Es ist voll-kommen klar, dass der Brandwiderstand einzel-ner tragender Bauteile, z. B. von Stützen, denBrandwiderstand der Gesamtkonstruktion aus-

schlaggebend beeinflussenkann. Für den mehrge-schossigen Wohnbau ist der Einbau von tragendenEinzelstützen allerdingsnicht relevant. Hier über-wiegt das Zusammenwirkender einzelnen Bauteile unterBerücksichtigung des Ver-haltens von Unterstützun-gen, Anschlüssen und Ver-bindungen; wobei im Holz-bau zusätzlich die Wirksam-keit von Aussteifungen zurVermeidung eines Stabili-tätsversagens zu beachtenist. Die Standsicherheiteines Gebäudes unter denüblichen Gebrauchslastenist im Falle zusätzlicherBrandeinwirkungen insoweitsehr schwierig zu beurtei-len. Die Frage, ob die norm-gerechte brandschutztech-nische Bemessung vonEinzelbauteilen zur Erzie-lung eines adäquatenBrandverhaltens der Ge-samtkonstruktion führt, wird im Folgenden für dieMassiv- und Holzbauweiseanhand einzelner Bauele-

mente und deren Zusammenwirken untersucht.Im Detail werden folgende Bauelemente undKonstruktionen des Wohngeschossbaus unter-sucht und bewertet:

WandbauteileDeckenbauteileVerbindungen, Anschlüsse und FugenFassadenÖffnungenInstallationen

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Abb. 4: Messung der CO-Entwicklung außerhalb des Brandraumes nach [11]

Abb. 5: Messung der CO-Entwicklung außerhalb des Brandraumes nach [11]

Massive tragende Wände müssen bereits aus sta-tischen Gründen derart bemessen sein, dass dieKonstruktion in jedem Fall mindestens der Klas-sifikation F 90 (zukünftig REI 90 nach [27]) ent-spricht. Mauerwerks- oder Stahlbetonkonstruk-tionen besitzen somit im Gegensatz zu den Kons-truktionsweisen aus Holz im Wohnbau üblicher-weise „stille“ Reserven hinsichtlich ihrer Feuer-widerstandsdauer, welche dazu beigetragen ha-ben, dass die Brandsicherheit im Wohngeschoss-bau bei uns als vergleichsweise hoch eingestuftwurde. Man könnte auch umgekehrt sagen, dieübliche Massivbaukonstruktion im Wohnbau isthinsichtlich des Brandschutzes überbemessen.

In den nachstehenden Abb. 6, 7 und 8 sind einigeBeispiele für tragende Wände in ein- und zwei-schaliger Ausführung dargestellt. In Abhängigkeitvom Baumaterial und der Wandstärke wirdbereits bei typischen Wohnbaukonstruktioneneine Einreihung in die Feuerwiderstandsklassen

nach ÖNORM B 3800-4 mit einer F180 (REI 180)-Klassifikation erzielt, obwohl die baurechtlichenAnforderungen typischerweise die Klasse F90bzw. F60 nicht überschreiten. Für das einschaligeMauerwerk in Abb. 6 ist hierfür eine vollfugig ver-setzte Mauerziegelwand mit einer Mindestdickevon 25 cm und beidseitigem Verputz mit einerPutzdicke von mindestens 1,5 cm erforderlich.Eine einschalige tragende Wand aus Mantel-betonsteinen erreicht dieselbe brandschutztech-nische Klassifikation mit einer Mindestkern-dicke von 20 cm und beidseitigem Verputz (siehe Abb. 7).

Es zeigt sich somit eindeutig, dass massive Wände bereits aufgrund ihrer statischen Aus-bildung und den daraus resultierenden Quer-schnitten eine große Masse, Wärmespeicher-fähigkeit und Feuerwiderstandsdauer besitzen. Im mehrgeschossigen Wohnbau in Massivbau-weise ist davon auszugehen, dass die massivenWände während eines Raumbrandes nur einseitigbeflammt werden, da es sich in der Regel um dieAußenwände des Gebäudes oder Querschnittezwischen den Wohneinheiten handelt.

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Abb. 6: Ausführungsbeispiel einer tragenden Wandaus Mauerziegeln

Abb. 7: Ausführungsbeispiel einer tragenden Wandaus Mantelbeton

Abb. 8: Ausführungsbeispiel einer tragenden zweischaligen Wand aus Mauerwerk

3 BEURTEILUNG UNTERSCHIEDLICHER BAUARTEN UND BAUELEMENTE

3.1 Wandbauteile in Massivbauweise

Die Konstruktionen haben im Allgemeinen enor-me Reserven hinsichtlich ihres Feuerwiderstan-des, welche in der Vergangenheit aufgrund derbauaufsichtlichen Anforderung F90 (stillschwei-gend) in Anspruch genommen wurden, sodasssich im Wohnbau quasi automatisch ein hohesBrandsicherheitsniveau ergab. Die einseitigeBrandbelastung von tragenden Wänden kann zuden in der Abb. 9 dargestellten Spannungen imMauerwerk sowie zu Exzentrizitäten infolge vonMaterialzerstörungen führen. Obwohl sich mas-sive Bauteile im Brandfall nur langsam erwär-men, können sich an der Oberfläche der feuer-zugewandten Seite der Wand in Abhängigkeit vonder Branddauer Risse bilden und schalenförmigeAbplatzungen bis zu 2 cm entstehen. Im Hinblick

Ein Wandbauteil in Holzbauweise muss zahlreicheAnforderungen erfüllen, um die Entzündung derbrennbaren Tragkonstruktion zu verhindern. Einesder wesentlichen Kriterien im mehrgeschossigenWohnbau in Holzbauweise ist eine „brandschutz-technisch wirksame“ raumseitige Beplankung desWandbauteils. Sie muss derart ausgeführt wer-den, dass die Entzündung der brennbaren Trag-konstruktion sowohl während der Brandbelastungals auch in der Abkühlphase wirkungsvoll verhin-dert wird. Gravierende Beschädigungen, z. B. inForm von klaffenden durchgehenden Rissen bzw.ein Abfallen oder Ablösen der Beplankung, sindunter Brandbeanspruchung praktisch nicht zuvermeiden.

Eine wirksame Brandschutzbekleidung muss,wenn sie in baurechtlichen Vorschriften einenfesten Platz erhalten soll, brandschutztechnischgenau beurteilt werden. Die Festlegung des Zeit-raumes bis zum Versagen der Beplankungen

unter Brandbeanspruchung erfolgte deshalb erst-malig im Entwurf der deutschen Muster-Richtlinieüber brandschutztechnische Anforderungen vonGebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise[19] für eine Prüfung nach DIN 14135 (F 60) mitmindestens 60 Minuten. Die determiniertenLeistungskriterien sind dabei die Verhinderungder Entzündung bzw. Verkohlung des Holztragsys-tems unterhalb der Brandschutzbekleidung bei300 °C. Das Versagenskriterium ist in der Regelder Verlust des Raumabschlusses („E“-Kriterium)durch Versagen der Kapselung.

In den nachfolgenden Abb. 10 und 11 sind unter-schiedliche Lösungsvarianten eines Wandan-schlusses gegenübergestellt. Die Abb. 10 zeigt ein Anschlussbeispiel für eine Trennwand an eineAußenwand gemäß den Standardlösungen derPROHOLZ-Österreich „Mehrgeschossiger Holzbauin Österreich – Anforderungen, Standardlösungenund Qualitätssicherung. Version 01/99“ [24].

auf das Tragverhalten verhindert der Putzmörtelzunächst das Abplatzen, d. h. die Dicke der be-schädigten Mauerwerksschale, die maximal 2 cmbeträgt, kann durch den Innenputz verringertwerden.

Ein- und zweischalige Wände in Massivbauweisekönnen in der Realität, d. h. unter Berücksichti-gung der Brandwirkungen infolge der im Wohn-bau tatsächlich vorhandenen Brandlasten, grund-sätzlich nahezu beliebig lange dem Feuer Wider-stand leisten. Der Einfluss der Dämmstoffe imBrandfall kann dabei prinzipiell vernachlässigtwerden, da die Dämmmaterialen durch denVerputz, die Mauerwerkssteine bzw. den Stahl-beton hinreichend vor der Brandeinwirkung ge-schützt sind und bei einem Raumbrand in einemmassiven Wohngebäude üblicherweise keinennennenswerten Beitrag zur Brandlast leisten.Somit ist eine unmittelbare Beteiligung derDämmschichten an einer Brandübertragung mit großer Wahrscheinlichkeit auszuschließen. Es sind auch keine Schadensfälle bekannt, beidenen der Dämmstoff zwischen nichtbrennbarenWetterschutz- und Tragschichten zur Brand-weiterleitung beigetragen hätte [23].

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Abb. 9: Spannungsverteilung im Wandquerschnittunter Brandbelastung

3.2 Wandbauteile in Holzbauweise

Die innenseitige Brand-schutzbekleidung derAußenwand wird darinmit einer Lage Gips-faserplatte in 10 mmDicke als ausreichendangegeben. Eine einla-gige Gipskartonbeplan-kung hat sich jedochaus der Sicht desBrandschutzes gene-rell als ungenügendherausgestellt, d. h.eine derartige Ver-kleidung kann dieHolzkonstruktion nichtüber einen längerenZeitraum vor derBrandeinwirkungschützen. Des Weiterenwird im vorliegendenAusführungsbeispieldurch den fehlendenVersatz der Brandschutzbekleidungen imEckbereich eine vorzeitige Entzündung der Trag-konstruktion im Brandfall begünstigt.

Demgegenüber stellt die Abb. 11 eine Lösungs-variante gemäß den Anforderungen der inDeutschland entwickelten Muster-Holzbauricht-linie [19] dar. Für die Brandschutzbekleidung dür-fen hierbei nur nichtbrennbare Verkleidungs-materialien verwendet werden. Die Herstellungder Verkleidung der tragenden Konstruktion mussmindestens aus zwei Plattenlagen mit annäherndgleichem Temperatur- und Verformungsverhaltenerfolgen, wobei die Fugen bei allen Wand- undDeckenanschlüssen versetzt angeordnet sein

müssen. Des Weiteren werden die Holzsteher derbeiden Wandelemente im Stoßbereich miteinan-der verschraubt. Die Konstruktion hat zwar denNachteil, dass bei Wohngebäuden in Holzkons-truktion das Holz optisch verschwindet, sie hatjedoch den Vorteil einer vergleichsweise brand-sicheren Bauweise. In Österreich ist man derzeitnoch von der Realisierung derartiger Konstruk-tionen weit entfernt, d. h. es gibt keine Holzbau-richtlinie für den Brandschutz.

Auch bei einer zweilagigen Beplankung ist derBrandschutz des Holztragsystems nur unter derEinhaltung aller in weiterer Folge angeführtenKriterien gegeben. Wie sich bei Versuchen gezeigthat [18], reicht z. B. eine zweilagige Gipskarton-verkleidung mit je 15 mm Stärke möglicherweisenicht aus, um das Tragwerk wirksam vor einerBrandbelastung zu schützen. Selbst wenn dieGipskartonbeplankung unter Brandeinwirkungintakt bleibt bzw. nicht abfällt, kann es bei unzu-reichender Ausbildung der Plattenstöße zu einerthermischen Zersetzung der darunter liegendenHolzkonstruktion kommen.

In diesem Zusammenhang ist es auch nicht vertretbar, Feuermauern an den Grundstücks-grenzen bzw. Brandwände zwischen einzelnenNutzungseinheiten oder Brandabschnitten ausbrennbaren Baustoffen zuzulassen. Bauteile, welche Baugrenzen, Brandabschnitte und Nutzungseinheiten in ihrer Funktion als Feuer-mauern oder Brandwände begrenzen und für

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Abb. 10: Lösungsvariante eines Anschlusses Außenwand – Trennwand nach PROHOLZ-Österreich [24]

Abb. 11: Lösungsvariante eines Anschlusses tragen-der raumabschließender Wände nach Muster-Holzbaurichtlinie [19]

eine ausreichende bauliche Trennung sorgenmüssen, beugen nicht nur dem Übergreifen einesBrandes vor, sondern sie

sind standsicher und in der Regel als Tragkonstruktionen ausgeführt,verhindern den Feuer- und Rauchdurchtritt und widerstehen mechanischen – insbeson-dere auch horizontalen – Einwirkungen,

d. h. sie verhindern den Einsturz der Konstruktionim Falle eines Brandes für den vorgegebenenPrüfzeitraum.

Im Zuge der Forschungsarbeiten wurden auchVersuche zum Zündverhalten von Holzkonstruk-tionen am Institut für Baustofflehre, Bauphysikund Brandschutz der TU Wien durchgeführt [38].Ausgangspunkt der Überlegungen waren Brand-fälle aus der Praxis, bei denen Holzkonstruktio-nen durch einen Glimmbrand zerstört wurden.Diese Brände ereigneten sich, ohne dass dieWärmequelle die gemeinhin als zum Anzündenvon Holz genannten Zündtemperaturen erreichthatte und obwohl die vorgeschriebenen Brand-schutzverkleidungen in direkter Umgebung derWärmequellen vorgesehen waren. DiesesPhänomen wird in der Literatur als Holzselbst-entzündung bezeichnet. Dabei kann Holz unterbestimmten Bedingungen und bei einer Umge-bungstemperatur, die weit unter der Zündtem-peratur von Holz liegt, zünden und verglimmen.Ziel der darauf folgenden Untersuchungen war es,die Bedingungen, unter denen dieses Phänomenauftreten kann, festzustellen und einen Tempera-turbereich für diese Entwicklung einzugrenzen. Zu diesem Zweck wurden Holzproben in einemOfen über einen längeren Zeitraum von allenSeiten verschiedenen isothermen Temperaturenausgesetzt. Ziel war es, durch Untersuchung desTemperaturanstiegs im Inneren der Proben denBeginn einer exothermen Reaktion zu beweisenund den Ablauf eines Glimmvorganges zu defi-nieren.

Als Probekörper dienten Fichtenholzwürfel in der Größe 4 x 4 x 4 cm3. Die Proben waren vor den Versuchen mindestens sechs Monate beiRaumtemperatur gelagert worden. Die Tempera-turerfassung erfolgte mittels NiCr-Ni-Thermo-elemente an verschiedenen Stellen in und amProbekörper. Ein weiteres Thermoelement imLuftraum des Ofens diente der Regelung der Ver-suchstemperatur. Die Versuchstemperaturen wur-den über definierte Zeiträume beibehalten, und die

Aufzeichnung aller Temperaturen erfolgte mittelseines Datenloggers alle 30 Sekunden. Die Abb. 12zeigt den Versuchsaufbau mit dem allseitig in 2,5 cm Steinwolle eingepackten Versuchswürfel.Die nachfolgende Abb. 13 zeigt die beim Versuch

gemessenen Temperaturen im Kammerofen unddie Temperaturen innerhalb sowie an der Ober-fläche der Holzprobe. Im vorliegenden Beispielwurde die maximale Ofentemperatur für denGlimmbrandversuch mit 250 °C festgelegt.Hinsichtlich des Temperaturanstiegs erfolgt dieErwärmung der Probe in parallelem Verlauf zumAnstieg der Ofentemperatur. Aufgrund der Däm-mung des Fichtenwürfels (2,5 cm Steinwolle) wirddie Versuchstemperatur von 250 °C in der Probeselbst jedoch erst eine Stunde später als im Ofenerreicht. Wie auf der Abb. 13 erkennbar ist,nähern sich die Holztemperaturen jedoch nichtden Ofentemperaturen an, sondern steigen deut-lich über diese hinaus, d. h. etwa ab der 160. Minute des Brandversuches sind exotherme Vor-gänge zu verzeichnen, die darauf schließen las-sen, dass der Probekörper glimmt. Diese Annah-me wird dadurch untermauert, dass sogar einleichter Anstieg der Ofentemperatur infolge desGlimmvorganges am Holzwürfel und der darausresultierenden zusätzlichen Wärmequelle zu ver-zeichnen ist (siehe Abb. 13); d. h. die exothermenReaktionen sind dermaßen intensiv, dass sogarRückwirkungen auf die Ofentemperatur (sieheChannel 2 in der Abb. 13) ersichtlich sind. Diemaximal erreichten Temperaturen in der Holz-probe liegen bei ca. 500 °C.

Bei dem untersuchten Phänomen beginnt derGlimmbrand praktisch im Inneren des Probekör-pers, wie aus den gemessenen Temperaturverläu-fen hervorgeht. Durch die Hitze schrumpft dasHolz, es entstehen Verformungen und Risse. Daim Zentrum der Probe die Wärmeverluste amgeringsten sind, bildet sich dort ein Wärmestau.Die exothermen Reaktionen setzen Wärme frei,

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Abb. 12: Versuchsaufbau für Glimmbrandversuche mitin Steinwolle eingepackten Probekörpern

welche nicht rasch genug abgeführt werden kann,d. h. die Temperatur steigt. Dadurch werden dieReaktionen, gemäß Arrheniusgesetz, beschleu-nigt, sodass ein zusätzlicher Temperaturanstiegeintritt. So steigt die Temperatur im Innerenimmer weiter, bis ein Glimmbrand einsetzt. Nachinsgesamt 500 Minuten (8 Stunden und 20 Minu-ten) ist beinahe die gesamte Probe zu Aschezerfallen, es bleiben nur geringfügige Reste vonden Eckbereichen des Probewürfels übrig (sieheAbb. 14).

Die vorliegendenUntersuchungsergebnisse belegen somit eindeu-tig, dass die Möglichkeit der Selbstentzündungvon Holz bei niedrigen Temperaturbereichengegeben ist. Die äußere Dämmung desProbekörpers hat dabei einen erheblichenEinfluss auf diese Entwicklung. So konnte beieinem Versuchsaufbau ohne Dämmung erst ab270 °C Umgebungstemperatur ein Glimmbrandim Inneren von Holzproben eingeleitet werden.

Dieses Phänomen stellt ein bauweisenimmanen-tes Risiko dar, wobei sich erschwerend auswirkt,dass von außen kaum erkennbar ist, ob sich dasunter der Beplankung befindliche brennbareTragwerk entzündet hat. Die Holzelemente kön-nen glimmend abbrennen, was dann in weitererFolge zu einem Versagen der Konstruktion führen

kann. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen,dass das in der Holzbaurichtlinie [25] gewählte300 °C-Kriterium offenbar sehr empfindlich vondem konstruktiven Aufbau, der Aufheizgeschwin-digkeit und der Branddauer abhängt, wobei derWärmestau innerhalb der Konstruktion zu be-rücksichtigen ist. Es ist deshalb erforderlich, jede einzelne Konstruktion separat im Brandofenzu prüfen, um das Nachglimmen an der Trag-konstruktion sicher beurteilen zu können. Das 300 °C-Kriterium enthält nach den vorliegendenErgebnissen keinerlei Sicherheitsreserven.

Nur zweilagige Beplankungen tragender Holz-konstruktionen, praxisgerechte Ausführung undeine brandschutztechnisch wirksame Kombina-tion der Werkstoffe sind Voraussetzungen, um dieAnforderungen an den Brandschutz zu erfüllen.Eine solche Kombination von Werkstoffen stellt z. B. die bei Brandversuchen in Deutschland [18]getestete Bekleidung aus einer brandseitig lie-genden, 20 mm starken speziellen Gipskarton-Feuerschutzplatte in Kombination mit einer 15 mm starken speziellen Gipsfaserplatte dar. Das in der Feuerschutzplatte enthaltene Glasvliesverhindert eine frühzeitige Rissbildung, und somitkann während der gesamten Brandbeanspru-chungsdauer keine Entzündung der brennbarenTragkonstruktion stattfinden. Diese beiden ge-nannten Plattentypen weisen zudem ein ähnlichesDehnungsverhalten auf, um die Rissbildung nichtzusätzlich zu verstärken. Nach dem Entwurf derdeutschen „Muster-Richtlinie über brandschutz-technische Anforderungen von Gebäuden derGebäudeklasse 4 in Holzbauweise“ [25] müssendie Konstruktionshohlräume des Weiteren mitnichtbrennbarem Dämmmaterial (Schmelzpunkt › 1.000 °C) vollständig ausgefüllt werden. In Österreich sind derartige Lösungen nicht vor-geschrieben, weil es keine Holzbaurichtlinie gibt,d. h. es zählt nur das Ergebnis der Brandprü-fung einzelner Bauelemente, die Anschlüsse und Fugen zu anderen Elementen werden im All-gemeinen nicht geprüft. Es muss davon ausge-gangen werden, dass derartige Konstruktionen(selbst wenn sie nicht verbrannt sind) nach einemBrandfall nicht mehr tragfähig sind. In der Mas-sivbauweise kann ein Wandbauteil auch in Ver-bindung mit angrenzenden Wandbauteilen imGegensatz dazu grundsätzlich sehr viel längerdem Feuer Widerstand leisten, d. h. die Konstruk-tion ist auch nach einem Wohnungsbrand prak-tisch noch voll tragfähig.

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Abb. 13: Glimmbrandversuch an einer isoliertenHolzprobe bei einer isothermen Umgebungsbedingungvon 250 °C

Abb. 14: Probekörper nach dem Glimmbrand-versuch bei 250 °C Ofentemperatur

Aus statischen Gründen sind grundsätzlich beifast allen Gebäuden in Massivbauweise zusätzli-che Tragreserven der Geschossdecken vorhanden.Dies ist unter anderem dadurch zu erklären, dassim Gegensatz zu den statischen Annahmen dieQuerbewehrung im Brandfall mitträgt und außer-dem die brandschutztechnisch maßgeblichenStützweiten infolge der Randeinspannung kleinersind als die statischen (rechnerischen) Stützwei-ten. In der Praxis kommt es im Brandfall daherauch zu Umlagerungen in der Lastverteilung, sodass sich die Feuerwiderstandsdauer der Bauteilemehr als verdoppeln kann. Bei Geschossdecken inMassivbauweisen erfolgen die Lastabtragungendarüber hinaus meist linienförmig und zwei- bzw.vierseitig, d. h. ein Einsturz der Gesamtkonstruk-tion kann aufgrund der mehrseitigen Auflagerungausgeschlossen werden.

Die Durchwärmungsgeschwindigkeit bei den heute im Wohnbau üblicherweise verwendetenStahlbetondecken oder Ziegeldecken ist unterBrandeinwirkung relativ gering, d. h. Zerstörun-gen treten erst nach einer längeren Zeitspanneund zuerst in den äußeren Schichten auf. Dabeiwirkt sich der Innenwandverputz des Deckenbau-teils positiv auf die Durchwärmungsgeschwindig-keit des Stahlbetons aus. Versuchserfahrungenhaben gezeigt, dass ausreichend haftende Putz-verkleidungen in Verbindung mit Stahlbetonbau-teilen die Feuerwiderstandsdauer einer Stahl-betonplatte je nach Putzzusammensetzung bis zu 600 % vergrößern können [21].

Die Ergebnisse der Naturbrandversuche in Lehrte[15] haben in Bezug auf das Zusammenwirken derDecken- und Wandbauteile gezeigt, dass sich auf-grund der Dehnungen von Stahlbetondeckengeringfügige Verschiebungen im darüber und da-runter stehenden Mauerwerk ergeben können. Es wurde jedoch weder bei einer Brandbelastungder Stahlbetondecken nach der Einheitstempera-turkurve (ETK) von über 120 Minuten Dauer nochdurch einen Realbrand mit der sehr hoch ange-setzten mobilen Brandlast von 90 kg Holz/m2 (diemittleren mobilen Brandlasten im Wohnbau liegenzwischen 240 und 260 kWh/m2, d. h. im Mittel beietwa 52 kg Holz/m2) ein Tragfähigkeitsverlust derDecke festgestellt. Des Weiteren blieb die raum-abschließende Funktion in allen Fällen gänzlicherhalten, d. h. im derzeitig üblichen massiven

Geschosswohnbau ist aufgrund der ausreichen-den Sicherheit der Gesamtkonstruktion keinVersagen im Brandfall zu erwarten.

Anhand des folgenden Fallbeispiels kann derUnterschied zwischen Massiv- und Holzbauweisebesonders anschaulich dargestellt werden. Beidem untersuchten Objekt handelt es sich um einEinfamilienhaus in Massivbauweise, wobei diemassiv ausgebildeten Deckenbauteile im Wohn-bereich nachträglich mit einer Holzverkleidungversehen wurden. Die nachfolgenden Abb. 15 und16 zeigen die Auswirkungen eines Zimmerbran-des auf das Tragverhalten der Wände und Decken.

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3.3 Deckenbauteile in Massivbauweise

Abb. 15: Schadenbild eines Zimmerbrandes in einemMassivbau mit nachträglich angebrachter dekorativerHolzverkleidung [14]

Abb. 16: Detailaufnahme der massiv ausgeführtenDecke nach dem Verbrennen und Abfallen derHolzverkleidung [14]

Anhand des Schadensbildes lässt sich erkennen,dass sich die Holzverkleidung im Brandverlaufentzündete und mit zunehmender Brandintensitätund -dauer größtenteils abfiel. Die darunter lie-gende massive Ziegeldecke blieb hingegen so gutwie unversehrt und verlor ihre Tragfähigkeit nicht.Wenn unter der dekorativen Verkleidung einebrennbare Tragkonstruktion angebracht gewesenwäre, hätte ein derartiger Zimmerbrand vermut-lich den Einsturz der Deckenkonstruktion herbei-geführt, sodass das darüber liegende Geschossvom Brand erfasst worden wäre.

Tatsächlich blieb das Dachgeschoss vom Brandvollkommen unberührt. Die Abb. 17 zeigt Außen-ansichten des Einfamilienhauses nach dem Zimmerbrand. Trotz des relativ heftigen Brand-ereignisses im Inneren des Gebäudes sind diewahrnehmbaren Zerstörungen im Außenbereichmäßig. Auswirkungen auf die Tragfähigkeit derGesamtkonstruktion sind nicht zu verzeichnen.

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Abb. 17: Außenansichten des Brandobjektes nach dem Zimmerbrand

3.4 Deckenbauteile in Holzbauweise

Im Holzwohnbau werden heutzutage meist mas-sive Holzbauweisen in Form von Brettstapel-decken eingesetzt. Aus brandschutztechnischerSicht ist dieses System eher von Nachteil, weil dieverleimten Holzbauteile im Feuer auseinanderrei-ßen und eine Feuerausbreitung in der Konstruk-tion ermöglichen, d. h. Brettstapeldecken führenprinzipiell zu einer Erhöhung der Brandlast ausder Konstruktion selbst und verhalten sich imBrandfall wie Vollholz. Dieser Umstand erschwertauch das Ablöschen des Brandes (Glutnester).

Die Tragkonstruktion einer Brettstapeldecke be-steht aus Vollholzplatten, die als Brettstapel aus-geführt sind. Meist wird die Unterseite sichtbargelassen und an der Oberseite mit einem ent-sprechenden Deckenaufbau versehen, um denbauphysikalischen Anforderungen zu genügen.Die kostengünstigste Deckenvariante ergibt sich,wenn die Brettstapeldecken auch auf der Ober-seite sichtbar belassen und nach der Montage

abgeschliffen und versiegelt werden. In die einzel-nen Bretter kann beim Hobeln noch ein zusätzli-ches Profil eingefräst werden, sodass die Eigen-schaften einer Akustikdecke erreicht werden.Durch die Profilierung der Untersicht, welche eineVergrößerung der Oberfläche und somit einengrößeren Beitrag zum Brand und eine raschereBrandausbreitung mit sich bringt, verschlechternsich die brandschutztechnischen Eigenschaftendes Bauteils noch zusätzlich. Vorrangig ist hier-bei die erhöhte CO-Produktion im Brandfall zuerwähnen. Detaillierte Ausführungen über dieAuswirkungen von brennbaren Holzbauteilen aufdie CO-Konzentration in den Rauchgasen sinddem Abschnitt 2 zu entnehmen.

Während Geschossdecken in Massivbauweise ausstatischen Gründen bei fast allen Gebäuden zu-sätzliche Tragreserven beinhalten, d. h. dass einBrand in der Regel kein Versagen der Konstruk-tion zur Folge hat, kann eine Decke in Holzbau-

weise nur unter Einhaltung einer Reihe speziellerAnforderungen, wie z. B. durch eine zweilagigeBrandschutzbekleidung und die brandgeschützteVerschraubung der Deckenbalken mit den Holz-stehern, die geforderte Brandwiderstandsdauererreichen. Ein Deckenbauteil in Holzbauweisebeinhaltet üblicherweise keinerlei Tragreserven,d. h. es ist davon auszugehen, dass sie im Höchst-fall maximal die vorgegebene Klassifikation er-füllt. Da bei Wohnungsbränden bei Vernachlässi-gung von Löschmaßnahmen durchwegs Brand-wirkungen von über 30 Minuten Branddauer auf-treten, hat eine auf brandhemmend (F30) bemes-sene Decke praktisch keine Chance, die Brand-weiterleitung zu verhindern.

Bei Holzbauweisen kann im Falle eines nichtrechtzeitig gelöschten Brandes somit nicht davonausgegangen werden, dass der Raumabschlussüber einen längeren Zeitraum (z. B. › 30 Minuten)erhalten bleibt sowie wesentliche Teile des Trag-werks bzw. das gesamte Tragwerk tragfähig undstandsicher bleiben, weil die Elemente selbst bzw. deren Verbindungen und eventuell auchAnschlüsse zwischen den Elementen und denWandbauteilen versagen. Im Vergleich dazu istfestzustellen, dass Einzelbauteile und derenVerbindungen sowie Anschlüsse in der praktischmonolithischen Massivbauweise, bezogen auf denWohnbau, ohne zusätzliche Maßnahmen praktischimmer ausreichend feuerwiderstandsfähig ausge-bildet werden, um auch die an ein Gesamtsystemzu stellenden Brandschutzanforderungen zuerfüllen (siehe [12] und [13]).

Die nachfolgenden Abb. 18 und 19 zeigen An-schlussvarianten von Decken an Wände in Holz-bauweise, wie sie in Deutschland gemäß Muster-Holzbaurichtlinie und in Österreich nach Stan-dardlösungen der PROHOLZ [24] vorgeschlagenund auch ausgeführt werden.

Im deutschen Entwurf „Muster-Richtlinie überbrandschutztechnische Anforderungen an Bautei-le von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbau-weise“ [25] wird gefordert, dass die Brandschutz-bekleidungen im Anschlussbereich von Decken-an Wandbauteilen so auszuführen sind, dass keinedurchgehenden Fugen entstehen. Außerdem istauf eine Ausbildung der Anschlüsse zu achten, diegeeignet ist, das Aufreißen der Brandschutzbe-kleidung aufgrund von Verformungen im Brandfallzu verhindern. Dazu sind die tragenden Holzele-mente im Anschlussbereich mit Schrauben imBereich der Balken sowie in der Mitte durch Ver-blockung zu verbinden. Der Abstand der Verbin-

dungsmittel zueinander darf maximal 500 mmbetragen, wobei die Einschraubtiefe zur Herstel-lung einer zugfesten Verbindung mindestens dem

12fachen Schraubendurchmesser entsprechenmuss [19].

Die Abb. 18 zeigt eine aus brandschutztechnischerSicht korrekte Ausbildung eines Anschlusses derDecke an eine durchlaufende Wand gemäß derHolzbaurichtlinie, nach der eine Entzündung vontragenden und aussteifenden Teilen des Decken-bauteils, unentdeckte Brandherde, ein Nachbren-nen der Konstruktion mit der Gefahr des verzö-gerten Tragfähigkeitsverlustes oder die Brand-weiterleitung in benachbarte Nutzungseinheitenverhindert werden. Auf zerstörende Glimmphäno-mene durch exotherme Holzzersetzungen, welchebereits bei T ‹ 300 °C nachweisbar sind, wurdebereits in Abschnitt 3.2 hingewiesen.

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Abb. 18: Anschluss eines Deckenbauteils an einedurchlaufende, raumabschließende Wand nach [25]

Vergleichbare Forderungen an Holzkonstruktionengemäß diesen in Deutschland gestellten Anforde-rungen [25] fehlen in Österreich völlig. Die Abb. 19zeigt eine in der Informationsmappe „Mehrge-schossiger Holzbau in Österreich“ [24] vorge-schlagene Lösung für den Bauteilanschluss einerDecke an die Wand. Diese Mappe dient als Leit-faden für österreichische Architekten, Bauherrenund Bauträger, d.h. es wird nach diesen Detail-

lösungen (mehrgeschossig) gebaut.

Die Abb. 19 zeigt die derzeitigen Defizite dieserKonstruktion auf. Die Brandschutzbekleidungweist durchgehende Fugen auf, d. h. es ist imBrandfall im Anschlussbereich des Deckenbau-teils an das Wandbauteil mit einer Brandeinlei-tung in die Konstruktion zu rechnen. Des Weiterenist keine Verschraubung bzw. Verblockung der tragenden Holzelemente vorgeschrieben.

Solange ähnliche Forderungen, wie sie inDeutschland erhoben werden in Österreich nichtverpflichtend sind, wird die Verschraubung derElemente alleine aus Kostengründen vermutlichnicht durchgeführt werden. Somit kann im Brand-fall nicht verhindert werden, dass das Feuer infolge von Verformungen und Verschiebungender Holztragelemente durch aufreißende Fugen in die Konstruktion eindringt, diese entzündet und somit in weiterer Folge einen Einsturzwesentlicher Teile der Gesamtkonstruktion verursacht.

Der mögliche Einsturz der Gesamtkonstruktionwird in der Holzbauweise durch die punktförmigeEinleitung der Lasten aus der Geschossdeckeüber die tragenden vertikalen Holzsteher in dieWandkonstruktion noch begünstigt, da bereits dasVersagen eines einzelnen Holzstehers bzw. eineseinzigen Verbindungselements zwischen dem tra-genden Deckensystem und dem Holzsteher dasVersagen wesentlicher Teile der Gesamtkonstruk-tion zur Folge haben kann. Dies trifft insbesonde-re dann zu, wenn es sich bei diesem Knotenpunktum einen wesentlichen und kritischen Bestandteilder Holzkonstruktion in Bezug auf die Tragfähig-keit des Gesamtverbandes handelt.

Die enormen Tragreserven des Massivbaues, dieweit über die bauaufsichtlichen Anforderungenhinausgehen und welche in der Vergangenheit zudem hohen Sicherheitsniveau im Wohnungsbaugeführt haben, sind bei den zukünftig zu erwar-tenden mehrgeschossigen Holzbauten (still-schweigend) verschwunden. Der Architekt undauch der Nutzer merken dies naturgemäß nicht,weil es „selten“ brennt und der Planer im All-gemeinen nur geringe brandschutztechnischeKenntnisse hat, weil das Fachgebiet Brandschutzim Rahmen der Ausbildung praktisch nicht ver-treten ist.

Bei der Planung und dem Einbau von Tragele-menten aus Holzwerkstoffen ist darüber hinausbesonders auf die fachgemäße Planung und denentsprechenden Einbauzustand zu achten. Dassdavon nicht allgemein auszugehen ist, zeigt dienachstehende Abb. 20, welche eine exakte Ana-lyse der Fehlerquellen bei der Trockenbauweisenach [29] zeigt. Das Diagramm verdeutlicht, dasses sich bei den Mängeln in 60 % der Fälle umPlanungsfehler, in 30 % um Ausführungsfehlerund in 10 % um Produktfehler handelt.

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Abb. 20: Fehlerquellen bei der Trockenbauweise nach [29]

Abb. 19: Anschluss eines Deckenbauteils an eineraumabschließende Wand nach [24]

Der mit 60 % extrem große Anteil an Planungs-fehlern liegt in der Regel im Verantwortungs-bereich des Architekten, d. h. es fehlt in derArchitekturszene nach wie vor eine Bewusstseins-bildung bezüglich der bauweisenspezifischenRisiken und Gefahrenpotenziale in der Holzbau-weise. Angesichts der fehlenden Brandschutz-Ausbildung an fast allen Architekturfakultäten in Österreich und Deutschland ist dieses nicht

Grundsätzlich gilt für alle Gebäude, dass die tra-genden und nichttragenden Bauteile, einschließ-lich Anschlüsse, Auflager, Aussteifungen, Fugenetc., die gleiche Feuerwiderstandsdauer aufwei-sen müssen. Diese ganz allgemeine Anforderungergibt sich nicht nur aus der Logik der MBO, sondern auch aus den Prüfbedingungen nach DIN 4102-2 und -3. Somit sind auch bei Gebäudenin Massivbauweise hinsichtlich der Anschluss-und Fugenproblematik diesbezüglich gewisseRegeln und Vorschriften zu beachten. Die Detail-ausführungen bei monolithischen Bauweisen sindin Bezug auf das Brandverhalten allerdings weitweniger kritisch zu beurteilen als bei der Holz-bauweise und darüber hinaus relativ problemlosherstellbar. So werden z. B. im Wohnbau dieDeckenbauteile oft als Stahlbetonfertigteile odervor Ort betoniert ausgeführt, bei denen aufgrunddes hohen Eigengewichtes der Stahlbetonplattengrundsätzlich nur mit minimalen und aus derSicht des Brandschutzes risikolosen Fugen zurechnen ist.

Die Ableitung der Lasten der Geschossdecken indas tragende Mauerwerk erfolgt grundsätzlichlinienförmig sowie zwei- oder vierseitig. Die Abb.21 zeigt eine praxisübliche Ausbildung einesDeckenanschlusses an eine zweischalige massiveAußenwand. Dabei werden die Lasten aus derplattenförmigen Stahlbetongeschossdecke linien-förmig in die tragende Schale des Mauerwerksabgetragen. Die als Ausgleichsschicht verwendeteBitumenpappe ist brandschutztechnisch absolutunbedenklich, so dass im Brandfall der Raumab-schluss in diesem Bereich mit Sicherheit erhaltenbleibt.

Die Anschlusspunkte werden aufgrund dieserdurchgehenden Ausführung der Auflagerung imBrandfall nicht versagen. Eine partielle Zerstö-rung des Fugenmörtels kann infolge von Span-nungsverlagerungen zwar im schlimmsten Fall zueiner geringen Verformung einer Wand führen, einEinsturz der Deckenkonstruktion ist aufgrund dermehrseitigen Auflagerung jedoch praktisch aus-geschlossen.

weiter verwunderlich. Des Weiteren zeigen dieseUntersuchungen deutlich, dass die fachgerechteAusführung nicht vorausgesetzt werden kann,denn die durch Ausführungsfehler verursachtenMängel liegen in einer Größenordnung von 30 %.

Verhältnismäßig gering liegen im Vergleich zu denbeiden genannten Fehlerquellen die Produktfehlermit einem Anteil von nur 10 %.

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3.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Massivbauweise

Abb. 21: Möglichkeit eines Anschlusses derStahlbetondecke an eine zweischalige massiveAußenwand aus Ziegelmauerwerk nach [16]

Bei der Holzbauweise verhalten sich Verbindun-gen und Anschlüsse bezüglich ihrer Feuerwider-standsdauer im Vergleich zu den Bauteilkonstruk-tionen, d. h. zu Innen- und Außenwänden, Stützen,Balken und Decken, am kritischsten. Die Abb. 22zeigt den Einfluss der Detailausführung der An-schluss- und Verbindungsbereiche auf die Ge-samtkonstruktion nach [20]. In der dargestelltenUntersuchung wurde das Brandverhalten von 36verschiedenen Gebäudetypen analysiert, die zumGroßteil der Holztafelbauweise zuzuordnen sind.

Anhand der Abbildung ist ersichtlich, dass dieFeuerwiderstandsdauern verschiedener Bauteilebei diesen Untersuchungen im Schnitt zwischen28 und 48 Minuten (Mittelwert 38 Minuten) lag,während bei Verbindungen und Anschlüssenbereits zwischen der 28. und 36. Minute (Mittel-wert 32 Minuten) das Versagen eintrat, d. h. dieGesamtkonstruktion kann die Qualifikation F 30(zukünftig REI 30 nach [27]) in vielen Fällen nichterreichen, weil die Verbindungen oder Anschlüssevorher versagen. Die Problematik der metalli-schen Verbindungsmittel liegt darin, dass sieunter Brandeinwirkung „weich“ werden und ihreFestigkeit verlieren. Im ungünstigsten Fall trittdas sofortige und plötzliche Versagen der Ge-samtkonstruktion ein.

Des Weiteren führt eine Erwärmung der metalli-schen Verbindungsmittel zur Weiterleitung derhohen Temperaturen in das Innere des Holzquer-schnittes. Daraus resultieren das Herausbrennenvon metallischen Verbindungsmitteln sowie der

Verlust der Zugkraft der Verbindung, was mögli-cherweise ein Versagen der Gesamtkonstruktionzur Folge hat. Das Versagen von Holzverbindun-gen mit stabförmigen Verbindungsmitteln wurdeerst kürzlich im Rahmen einer Dissertation an derTU Berlin untersucht [35]. Als maßgebende Ein-flüsse auf die im Brandfall auftretende Tragfähig-keitsreduzierung gegenüber der Tragfähigkeiteiner Verbindung bei Normaltemperatur wurdenneben der Branddauer die Seitenholzdicken sowiedie Stabdübellängen und Stabdübeldurchmesser

festgestellt. Die fol-gende Abb. 23 zeigtauszugsweise einErgebnis nach [35].

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3.6 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Holzbauweise

Abb. 22: Vergleich der tatsächlich erreichten Feuerwiderstandsdauer verschiedenerBauteile mit der geforderten Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach[27]) bei 36 unterschiedlichen Gebäudetypen nach [20]

Abb. 23: Vergleich der berechneten Gesamttragfähig-keit ∑ Rk, fi einer zweischnittigen Holz-Holz-Verbindungmit einem Bolzendurchmesser d = 12 mm mit franzö-sischen Versuchsergebnissen nach der Einheits-temperaturkurve (ETK)

Aus der Abb. 23 geht hervor, dass der Stabdübelin den Brandversuchen bereits nach 13 MinutenBranddauer (Belastung 91,5 kN) bzw. 22 MinutenBranddauer (Belastung 39 kN) versagt hat. Dierechnerischen Untersuchungen haben ergeben,dass die 5 %-Fraktile der Tragfähigkeit noch deut-lich unter den Messwerten liegt und ab 30 Minu-ten Branddauer die Tragfähigkeit sowohl für die 5 %-Fraktile als auch für eine 20 %-Fraktile prak-tisch null ist. Für einen Stabdübel mit d = 20 mmwurden in [35] vergleichbare Ergebnisse gefun-den, d. h. auch hier ist die Tragfähigkeit nach 30 Minuten erschöpft.

In Australien wurde bereits 1979 eine Testseriezur Überprüfung der Feuerwiderstandsdauernvon verschiedenen Verbindungsmitteln aus Metalldurchgeführt [30]. Die Abb. 24 zeigt die drei durchgenagelte bzw. geschraubte Zuglaschen verbun-denen Holzstäbe, die unter der zulässigen Belas-tung Brandversuchen nach der Einheitstempera-turkurve (ETK) ausgesetzt waren.

Die Abb. 25 zeigt das Verhalten der verschiedenenZuglaschen unter Brandbelastung nach der Ein-heitstemperaturkurve (ETK). Die Versuchsergeb-nisse belegen, dass die Nagelplattenverbindungdurch die rasche Erhitzung des Stahls bereitsnach fünf Minuten versagt. Das geschraubteStahlblech hält der Brandbeanspruchung etwa 17 Minuten, das genagelte Stahlblech ca. 38 Minu-ten lang stand. Die Tatsache, dass die Nagelplattebereits nach fünf Minuten versagt, ist hier alsbesonders negatives Versuchsergebnis hervor-zuheben, weil solche Nagelplatten in Holzver-bindungen eine übliche und generell auch gutgeeignete Verbindungsart darstellen.

Die Abb. 26 untermauert die allge-meine Erkenntnis, dass metalli-sche Verbindungsmittel unterBrandbeanspruchung „weich“ wer-den und so ein Versagen der Ge-samtkonstruktion zur Folge habenkönnen. Die Fotos zeigen jeweilseinen Balkenschuh zur Verbindungdes Trägers mit der Stütze. Daslinke Foto wurde dabei kurz vordem Versagen aufgenommen, unddas rechte Foto zeigt den infolgeder Temperaturbeanspruchungaufgerissenen Balkenschuh. Durchdie Verformung des Stahlteilsrutscht der Träger aus dem Bal-

kenschuh und das gesamte Tragsystem versagt,obwohl die Holzquerschnitte erst vergleichsweisegeringe Verkohlungstiefen zeigen, d. h. die in Dis-kussionen über die Brandsicherheit von Holzbau-ten häufig hervorgehobene und zweifellos auchvorhandene „Schutzwirkung“ der Holzkohle (imSinne eines Isolationsschutzes an der Holzober-fläche) trägt nicht wesentlich dazu bei, die gutwärmeleitenden Stahlverbindungen vor dem„Erweichen“ zu schützen.

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Abb. 24: Genagelte und geschraubte Zuglaschen nach [24]

Abb. 25: Verhalten der Zuglaschen bei Belastung nachder Einheitstemperaturkurve (ETK) nach [24]

Stahlverbindungsmittel können nur dann einenhohen Feuerwiderstand erreichen, wenn sie zu-sätzlich vor dem Feuer geschützt werden. Wenndies nicht gewährleistet ist, wird die Wärme überdie Verbindungsmittel rasch in das Bauteilinneregeleitet. Dies führt dazu, dass Nägel „weich“ wer-den und die Festigkeit verlieren oder kraftüber-tragende Bolzen oder Dübel rasch hohe Tempera-turen erreichen und versagen. Beispiele dazu sindin [20] zu finden.

Ein Bericht der United States Fire Administrationaus dem Jahr 1992 untermauert die aufgezeigteProblematik der Verbindungen bei Holzbaukons-truktionen. Das nachfolgende Fallbeispiel beziehtsich allerdings nicht auf einen Wohnbau, sondernauf eine Kirche. Es zeigt eindrucksvoll, wie dieZerstörung einer einzelnen Holzverbindung imBrand zum schlagartigen Versagen eines zusam-menwirkenden Holztragsystems und Einsturz derGesamtkonstruktion führen kann. Es handelt sichdabei um das plötzliche Versagen der Dachkons-truktion einer Kirche in Memphis, Tennessee,durch das zwei Feuerwehrmänner im Einsatz ums Leben kamen [26].

Die Kirche wurde nach den geltenden amerikani-schen Normen errichtet und als ein einzigerBrandabschnitt ausgebildet. Die Wände des Ge-bäudes waren innenseitig mit einer Holzbeklei-dung versehen, die am Anschlusspunkt zur Deckeeinen folgenschweren Beitrag zur weiterenBrandausbreitung lieferte. Das Dachtragwerkbzw. die Kirchendecke war unterseitig mit Gips-kartonplatten beplankt (siehe Abb. 27).

Die Abb. 27 zeigt einen Schnitt durch den Fach-werkbinder sowie ein Detail des Knotenpunktesder Obergurte und der Hängesäule. Die obereVerbindung der Dachsparren stellt grundsätzlichin jedem Dachtragwerk den kritischen Punkt dar,weil das Versagen dieses Knotenpunktes in jedemFall das Versagen des gesamten Tragwerkes zurFolge hat.

Der Brandherd lag in einem Nebenraum, wo sichdas Feuer nach Eintritt des Flashover, vorerstunbemerkt, über die Fugen im Anschlussbereichder Gipskartonverkleidung des Fachwerkbindersan der Außenwand in den Dachraum der Kirchefortsetzen konnte. Der Brand der Dachkonstruk-tion wurde erst durch herabfallende Teile derGipskartonbeplankung festgestellt, worauf dieFeuerwehrleute begannen, sich vom Brandobjektzurückzuziehen. Das Dach versagte allerdingsderart rasch, dass zwei Feuerwehrmänner unterden brennenden Teilen eingeschlossen wurdenund kurze Zeit später den Folgen ihrer Verbren-nungen erlagen. Das plötzliche Versagen desFachwerkbinders konnte nach einer Analyse der USFA in diesem Fall einzig und allein demVersagen der Nagelplatte im Firstbereich zuge-schrieben werden [26]. Anhand dieses Vorfalls ist erkennbar, dass ein Fachwerkbinder mitHängesäulen seine Tragfähigkeit im Brandfalleventuell nur sehr kurz aufrechterhalten und inFolge ohne jegliche Vorwarnung versagen kann.

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Abb. 26: Ingenieurmäßiges Verbindungsmittel in Form eines Balkenschuhs vor und nach dem Versagen [20]

Abb. 27: Schnitt durch das Fachwerk vor und nachdem Versagen nach [26]

Aus der Sicht des Brandschutzes stellt die Fas-sade eines Gebäudes immer dann ein Problemdar, wenn diese einen nennenswerten Beitrag zurBrandlast liefert bzw. wenn diese zur Brandwei-terleitung beiträgt. Fassaden in Massivbauweisesind daher grundsätzlich unbedenklich. Dabei istes nicht relevant, ob es sich um eine ein- oderzweischalige Wandkonstruktion handelt. Sowohldie Mauerziegel als auch der Außenputz liefernkeinen Beitrag zur Brandlast und tragen nicht zurBrandweiterleitung über die Fassade bei. Ein be-sonderes Gefahrenpotenzial bildet eine brennbareFassadenverkleidung, sobald sie im Brandfall ander Fassade verbleibt und nicht abfällt. Hierbei istneben der Befestigung der Verkleidung vor allemauch die Geometrie des Gebäudes relevant.

Die Brandvorgänge an der Fassade hängen in derRegel unmittelbar von der Entwicklung des Bran-des im Gebäudeinneren ab. Die höchsten Wärme-stromdichten vor der Fassade treten im Fall vonaus den Fensteröffnungen herausschlagendenFlammen etwas oberhalb des Fenstersturzes aufund sind somit für die Tragfähigkeit des Sturzesund die Brandweiterleitung zum nächsten Ge-schoss von großer Bedeutung. Die Abb. 28 zeigtdie im Heißgasstrom auftretenden Temperaturenvor der Fassade anhand von drei unterschied-lichen Versuchsanordnungen bei Realbrand-versuchen in Lehrte [15].

Die in der Abb. 28 dargestellten drei Isothermen-bilder zeigen, dass das Temperaturfeld eine Achse hat, welche ab einer gewissen Entfernungzum Sturz etwa parallel zur Außenwand verläuft.Maßgebend für die Ausdehnung des Heißgasstro-mes vor der Fassade ist die Horizontalgeschwin-digkeit, mit der die Rauchgase die Brandraum-öffnung verlassen. Diese bestimmt die Länge derhorizontalen Strecke, nach deren Durchlaufen dieRauchgase infolge des Auftriebs in eine vertikaleBahn umgelenkt werden. Die Höhe des Feuer-plumes vor der Fassade wird durch die Brand-leistung im Brandraum und die Brandleistung der Verbrennung vor der Fassade bestimmt.

Anhand der Abb. 28 ist ersichtlich, dass ohneWind vom Innenraum nach außen in etwa 1,5 mhorizontaler und 3,0 m vertikaler Entfernung vonder Fenstersturzunterkante eine Temperatur von200 °C gemessen werden konnte. Bei einer Wind-geschwindigkeit von 2 m/s stieg die horizontaleEntfernung auf ca. 2 m und der vertikale Weg aufetwas 4 m an. Die Temperatur von 200 °C wurdebei einer Geschwindigkeit von 4 m/s schließlich in ungefähr 3,0 m horizontalem und 5,0 m verti-kalem Abstand von der Fenstersturzunterkantegemessen. Mit zunehmendem Abstand von derBrandraumöffnung kühlen die Heißgase sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtungrasch ab, wobei die Gase in vertikaler Richtungeinen etwa doppelt so langen Weg benötigen, umauf die gleiche Temperatur zu kommen wie beieiner horizontalen Abkühlung.

Massivwohnbauten werden heute aus Gründendes Wärmeschutzes u. a. als einschaliges Mauer-werk mit Wärmedämmverbundsystemen ausge-führt. Dabei kommen in der Regel Wärmedämm-platten aus schwerbrennbarem Polystyrol-Hart-schaum (Baustoffklasse B1) zum Einsatz, die fas-sadenseitig auf die massive Wandkonstruktionaufgebracht werden. Diese Wärmedämmplattenerweichen bei einer Temperatur von etwa 110 °C,schrumpfen und schmelzen in weiterer Folge beieiner Temperatur von ca. 200 °C. Anhand dergezeigten Darstellung der Isothermenbilder desTemperaturfeldes an der Fassade (siehe Abb. 28)ist erkennbar, wie weit sich das Temperaturfeldvon 200 °C entlang der Fassade in vertikalerRichtung ausbreitet. Die Gefährlichkeit dieserReaktion ist in Summe stark von den jeweiligen

20

3.7 Fassaden in Massivbauweise

Abb. 28: Isothermenbild des Temperaturfeldes vor derFassade nach [15]

Randbedingungen wie z. B. der Gebäudegeome-trie, den Brandlasten, der Brandschutzausrüstungdes Polystyrols etc. abhängig. Wärmedämmver-bundsysteme sind unter anderem aus diesemGrunde zulassungspflichtige Bauprodukte.

Die Brandbelastung eines 10 cm dicken PS-Wärmedämmverbundsystems ergibt sich zu:

q = dPS · �PS · HuPS = 0,1 · 30,0 · 11,1 = 33,3 [kWh/m2]

Darin sind:

q Brandbelastung in [kWh/m2]dPS Dicke des PS-Wärmedämmverbund-

systems in [m]�PS Dichte für Polystyrol in [kg/m3]HuPS Heizwert für Polystyrol in [kWh/kg]

Die Fassade eines Gebäudes in Holzbauweisestellt im mehrgeschossigen Holzwohnbau auf-grund der Erhöhung der konstruktiven Brandlast,des direkten Feuerangriffs auf die darüber ange-ordnete Tragkonstruktion und der Brandweiter-leitung über die Fassade ein großes Gefahrenpo-tenzial dar. Eine besondere Problematik bildet dieFlammenausbreitung über den Luftraum von hin-terlüfteten Fassaden, die sehr rasch erfolgen unddie Entzündung der innenliegenden tragendenHolzkonstruktion beschleunigen kann. Insbeson-dere ist auch zu beachten, dass durch die Verwen-dung normalbrennbarer Baustoffe an der Fassadedie Anleiterbarkeit der Feuerwehr im Gefahren-fall nicht mehr gegeben ist, d. h. der notwendigezweite Rettungsweg über die Feuerwehrleiter istnicht mehr vorhanden. Wenn also ein mehrge-schossiges Gebäude mit einer normalbrennbarenFassade (Baustoffklasse B2) errichtet wird, wel-che in ihrer Höhe über die nach Baurecht bisherüblichen zwei Geschosse hinausgeht, dann gibt eskeinen zweiten Rettungsweg über die Feuerwehr-leiter, d. h. es müsste über Ersatzmaßnahmennachgedacht werden. In der Wiener Bauordnungist diesbezüglich eine generelle Forderung enthal-ten, dass ein zweiter baulicher Rettungsweg ver-langt werden kann, wenn dieser aufgrund der vor-liegenden Bauweise bzw. Bauausführung nichtanderweitig sichergestellt werden kann.

Der Aspekt der Brandweiterleitung wirkt sich so-mit besonders kritisch auf die Verschlechterungder Flucht- und Rettungssituation im Brandfallfür die Gebäudenutzer, aber auch in Bezug auf dieMöglichkeiten eines Angriffes durch die Feuer-wehr aus. Je nach Zeitpunkt des Beginns einesLöschangriffes kann bei Holzkonstruktionen dieSituation eintreten, dass aufgrund der Beteiligungder brennbaren Baustoffe das Brandgescheheneine so große Intensität erreicht, dass ein Innen-angriff für die Einsatzkräfte zu gefährlich ist undsomit ein Löscherfolg von innen nicht mehr er-zielt werden kann. Durch die Beteiligung brenn-barer Konstruktionsmaterialien am Brandgesche-hen stellen sich generell ungünstigere Verhält-nisse in Bezug auf die Kohlenmonoxidkonzentra-tion, CO-Ausbreitung und Temperaturentwicklungim Gebäude ein als bei nicht brennbaren Baustof-fen; das bedeutet im Einzelnen, dass einerseitseine relativ kurze Zeitspanne von Brandbeginn an für die Flucht und Rettung zur Verfügung stehtund andererseits nach kurzer Zeit das brand-schutztechnische Versagen von Gebäudeteilen zubeachten ist, d. h. auch dass die Benutzung derFluchtwege bedeutend erschwert wird.

Die hohen Temperaturen, die vor allem nacheinem Flashover bei Raumbränden auftreten, führen auch sehr rasch zum Versagen von

Dieser Wert von 33,3 kWh/m2 entspricht gemäßnachfolgender Berechnung einer 12 mm dickenHolzbekleidung aus Lärchenholz ohne Einrech-nung des zur Befestigung erforderlichen Latten-gerüsts.

dH = q/(�H · HuH) = 33,3/(590 · 4,8) = 0,012 [m]

Für Holzfassaden werden üblicherweise Beklei-dungsdicken von 18 bis 28 mm eingesetzt, d. h.derartige Fassaden (normalbrennbar, Baustoff-klasse B2) haben ein deutlich höheres Brand-potenzial als WDVS und nehmen aufgrund ihrerguten Brennbarkeit einen weitaus größerenEinfluss auf den Brandverlauf als die schwer-brennbaren WDVS (Baustoffklasse B1).

21

3.8 Fassaden in Holzbauweise

Verglasungen. Das Anordnen von auskragendenBalkonen aus nichtbrennbaren Baustoffen bzw.die Ausbildung einer brandschutztechnisch ge-schützten Traufkante kann die Brandweiterleitungüber die Fassade und in weiterer Folge zum Dachdes Gebäudes zwar nicht verhindern, aber zumin-dest verzögern und somit die Personensicherheiterhöhen. Dabei ist allerdings die auf den Balko-nen eventuell gelagerte Brandlast von großerBedeutung. Prinzipiell können nur massive Bal-konplatten über dem Brandraum ohne daraufgelagerter Brandlast einen Feuerübersprung aufdas über dem Brandraum liegende Geschoss zeit-lich verzögern. Es ist jedoch grundsätzlich davonauszugehen, dass in der Praxis sowohl immobileBrandlasten, z. B. in Form von Geländern, alsauch mobile Brandlasten, d. h. Möbel, Wäsche-ständer etc., auf Balkonen vorzufinden sind. Somit ist eine Brandweiterleitung in die über demBrandraum situierten Bereiche auch in diesenFällen nicht prinzipiell auszuschließen.

Eine verzögernde Wirkung auf die Brandweiter-leitung über die Fassade wird ausschließlichdurch auskragende Balkone, nicht aber durchLoggien erreicht, die nur einseitig offen sind.Loggien sind zwar den Balkonen konstruktiv ver-wandt, sie liegen in der Regel jedoch innerhalbdes Baukörpers und bieten somit durch die feh-lende horizontale Barrierewirkung keinen Schutzgegen den raschen Feuerüberschlag. Der Brandder Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“ in der Schweiz [22] hat u. a. gezeigt, dass Loggiengrundsätzlich keine positive Wirkung auf dieBrandweiterleitung haben. Bei dieser Anlagesetzte sich der Brand über die fünfgeschossigeFassade binnen ca. 60 Sekunden ungehindert fort.

Abschließend soll der Einfluss von brennbarenbzw. nichtbrennbaren Materialien auf die Brand-entwicklung und -fortleitung im Fassadenbereichanhand eines Fallbeispiels qualitativ aufgezeigtwerden. Die Abb. 29 zeigt den Brand eines Zwei-familienhauses in Vorarlberg. Bei dem Gebäudehandelt es sich um einen Massivbau mit einemAnbau in Holzbauweise. Der Massivbau ist imangrenzenden Teil zum Holzbau mit einerHolzlattung verkleidet.

Die Abb. 29 zeigt deutlich das Verhalten der Kons-truktionen im fortgeschrittenen Brandstadium.Während die gesamte Holzkonstruktion schonvom Feuer erfasst ist, brennen am Massivbaulediglich die holzverkleidete Fassade sowie das an den Holzbau angrenzende Dachgeschoss. Am übrigen Gebäudeteil brennen zu diesem Zeit-punkt nur die dekorativen Elemente aus Holz, d. h. die Fensterläden und die hölzernen Gesimseoberhalb der Fenster brannten, während der inHolz ausge-führte Gebäudeteil vom Feuer bereitsvöllig zerstört war.

Bedingt durch den starken Föhn wurde derLöschangriff der Feuerwehr deutlich erschwert,und so konnte schlussendlich nicht verhindertwerden, dass das Feuer auch auf den Dachstuhldes Massivbauteiles übergriff und sich auf diesenausbreitete. Das Dachgeschoss des massivenGebäudeteils brannte in weiterer Folge zwar aus,der Massivbau blieb aber im Gegensatz zumHolzbau erhalten.

22

Abb. 29: Brand eines Zweifamilienhauses in Massiv-bauweise mit einem Anbau in Holzbauweise [17]

Bei Massivbauten ist grundsätzlich die Anwesen-heit zusätzlicher mobiler Brandlasten erforder-lich, um eine Brandweiterleitung über Öffnungenzu ermöglichen. Weiterhin sind für die Ausbildungder Öffnungen keine komplizierten Detaillösungenerforderlich, um eine Brandeinleitung in die Kons-truktion zu verhindern. In der Massivbauweisewird im Wesentlichen der Wandverputz bis zumTürstock geführt. Diese Anschlussausbildung istaus brandschutztechnischer Sicht ausreichend, da eine Entzündung der Tragkonstruktion keinebauweisenimmanente Problematik darstellt.

Ein Schwachpunkt im Geschossbau ist lediglichdie Wohnungseingangstür, welche im Falle einesBrandes gegebenenfalls von den flüchtenden Be-wohnern nicht verschlossen wird, sodass derangrenzende Treppenraum eventuell verraucht.Andere Bewohner müssen dann über die Feuer-wehrleiter gerettet werden.

Dasselbe Prinzip gilt auch für die Ausbildung derFensteröffnungen in der Massivbauweise. DerPutz endet beim Fensterstock, und die Fuge hin-ter dem Rahmen stellt somit keinen zusätzlichenSchwachpunkt dar. Problematisch wird in Bezugauf die Fensteröffnungen das Erreichen sehr hoher Temperaturen, bei denen mit einem Zer-springen der Scheiben zu rechnen ist. Dieses istbeim Massivbau etwas weniger kritisch als beimHolzbau, weil die Brandintensität beim Ersterenetwas geringer ist. Allerdings hat das Heraus-schlagen der Flammen aus der Fensteröffnung im Allgemeinen keine Auswirkungen im Hinblickauf die Brandweiterleitung über die nichtbrenn-bare Fassade.

Diese Feststellung wird durch den im Folgendenbeschriebene Brandversuch an einem Wohnobjekteindrucksvoll bestätigt. Es handelt sich dabei umeinen Realbrandversuch an einem Abrissobjekt ineiner Wohnsiedlung in Wimpassing, Niederöster-reich, der in Kooperation mit der BerufsfeuerwehrWien, der Freiwilligen Feuerwehr Wimpassing unddem Institut für Baustofflehre, Bauphysik undBrandschutz der TU Wien im Jahre 2001 durch-geführt wurde.

Die Abb. 30 zeigt die Entwicklung des Brand-geschehens außerhalb des Brandraumes, nach-dem infolge der hohen Temperatureinwirkungendie Fensterscheiben im Brandraum bereits ge-borsten sind. Auf der linken Darstellung ist ein-deutig zu erkennen, dass die Holzfensterrahmenbereits brennen und somit einen Beitrag zumBrandgeschehen und der Brandintensität leisten.Gleichzeitig sind an den die Öffnungen umschlie-ßenden Wänden, abgesehen von der Verrußung imBereich des Flammenkranzes, keinerlei Auswir-kungen auf das Wandbauteil vor allem in Bezugauf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktionauszumachen. Ebenso ist eindeutig erkennbar,dass trotz der mehrere Meter hohen Flammenkeine Brandweiterleitung über die Fassadeerfolgt.

23Abb. 30: Brandentwicklung an den Öffnungen bei einem Zimmerbrand in einem Massivhaus

3.9 Öffnungen bei der Massivbauweise

Öffnungen für Fenster, Türen und sonstige Ein-bauten stellen aus der Sicht des Brandschutzesbesondere Schwachpunkte in der Gesamtkons-truktion eines Holzbaues dar. Bei einem Holzbaukönnen die aus den Fenster- und Türöffnungentretenden Flammen rasch über die Fassade wei-tergeleitet werden, während bei Bränden naheden Öffnungen, wie im vorangegangenen Ab-schnitt gezeigt wurde, bei einem normalenMassivbau mit Außenputz zusätzliche mobileBrandlasten erforderlich sind, um eine Brand-weiterleitung über die Fassade zu ermöglichen.Es ist jedoch zu beachten, dass auch dort einBrandübertritt durch Fensteröffnungen theore-tisch möglich ist, d. h. es sind entsprechendeFeuerüberschlagswege durch nichtbrennbareBauteile sicherzustellen. Aus diesem Grund soll-ten brennbare Fassadenbaustoffe der Klasse B2nur bei maximal zweigeschossigen Bauwerkenzugelassen werden.

Eine im Brandfall offen gebliebene Wohnungstürim Geschossbau hat gegenüber den in Abschnitt3.9 bei Massivbauten dargestellten Schwachpunk-ten eventuell noch zusätzliche negative Auswir-kungen. Zunächst ist nicht auszuschließen, dassder gesamte Treppenraum zu brennen beginnt,wenn dieser vollständig aus B2-Baustoffen be-steht. Der Treppenraum ist insoweit selbst dannnicht mehr nutzbar, wenn der Feuerwehr eineEntrauchung gelingt, d. h. die Rettung muss indiesem Fall ausschließlich über die Fassade erfol-gen. Es stellt sich hier somit die Frage, ob imMehrgeschossbau eine Gleichzeitigkeit von brenn-barer Fassade und Treppenraum in der Klasse B2zulässig sein kann bzw. sollte. Unter Einbezie-hung bisheriger Bauvorschriften, die in Bezug aufFlucht und Rettung gelten, wäre die Frage zu ver-neinen, wenn der Personenschutz auf dem bishe-rigen Sicherheitsniveau beibehalten werden soll.

Zusätzlich stellen Öffnungen im Holzbau aberauch ein Gefährdungspotenzial hinsichtlich derEintragung des Brandes in die Konstruktion dar.Die Abb. 31 zeigt die nach [25] geforderte Ausfüh-rung von Öffnungen für Einbauten, wie Fenster,Türen, Verteiler, Lampenkästen etc., in hochfeuerhemmenden Bauteilen. Die Öffnungen derWandelemente werden umlaufend mit auf F 60(zukünftig REI 60 nach [27]) geprüften Brand-schutzbekleidungen verschlossen. Darüber hinaus

wird ein Fugenversatz in der Brandschutzbe-kleidung ausgebildet. Ziel dieser Maßnahmen istes, die Brandweiterleitung in Richtung der Trag-konstruktion (Riegel, Stützen im Öffnungsbereich)zu verzögern. Im derzeitigen Holzbau wird dieseMaßnahme nicht verlangt bzw. angewandt, d. h.die Öffnungen sind signifikante Schwachpunkteim Hinblick auf die Tragfähigkeit der Gesamt-konstruktion.

Das folgende Fallbeispiel in Abb. 32 zeigt denBrand eines Bauernhauses in St. Veit, Salzburg. Es handelt sich dabei um ein Gebäude in Block-bauweise.

24

3.10 Öffnungen bei der Holzbauweise

Abb. 31: Darstellung der Ausführung des Fugenver-satzes bei Öffnungen mit Brandschutzbekleidung nach [25]

Abb. 32: Brandweiterleitung über die Fassade beieinem Bauernhaus in Holzbauweise

Wie auf dem Foto ersichtlich, wurden die aus denFenster- und Türöffnungen tretenden Flammenaufgrund ihrer Höhe sehr rasch über die Fassadeweitergeleitet, griffen schließlich auf den Dach-stuhl über und entzündeten diesen. Die Feuer-wehr hatte einen sehr langen Anfahrtsweg zu

Aus brandschutztechnischer Sicht stellen Instal-lationen der Haustechnik bei Massivbauweisengrundsätzlich kein Problem dar. Bei Massivwän-den mit einer Gesamtdicke von mindestens 140 mm (einschließlich Putzbekleidung) dürfenSteckdosen, Schalterdosen, Verteilerdosen etc. an jeder beliebigen Stelle eingebaut werden. Die durch den Einbau der Installationen entste-henden Löcher oder Kabelfugen haben keinenEinfluss auf die Feuerwiderstandsdauer der F 90-Bauteile. Dieser Punkt stellt einen wesentlichenVorteil der Massivbauweise gegenüber der Holz-bauweise dar. Bei Wänden mit einer Wanddicke ‹ 140 mm ist darauf zu achten, dass die Einbau-ten nicht unmittelbar gegenüber angeordnet werden [21].

Weiters ist zu beachten, dass einseitig brandbe-anspruchte Wände das „E“-Kriterium, d. h. dieGewährleistung des Raumabschlusses, nur dannerfüllen, wenn alle elektrischen Leitungen undRohre in eigens hergestellten Aussparungen

Installationsführungen in Holzbauteilen stellenpotenzielle Schwachpunkte dar, sofern keine ge-eigneten Maßnahmen getroffen werden. Durch-dringungen für oder von Installationen können beider Holzbauweise zu einer raschen Feuerausbrei-tung im gesamten Gebäude führen. So implemen-tieren brennbare Leitungen eine Reihe von Brand-risiken, wozu insbesondere die Weiterleitung desBrandes über tragende Wände und Decken bzw.in Installationsschächte oder Kabelkanäle zählt.Vor allem Kabel und Kunststoffrohre tragen zurBrandweiterleitung bei, weil es keinerlei Schot-

tungen gibt. Die bisher zugelassenen Kabel- undRohrabschottungen sind grundsätzlich nur fürden Einbau in Wänden und Decken aus nicht-brennbaren Baustoffen zugelassen. Ein Brand in Holzbauteilen führt im Bereich von Durchfüh-rungen somit stets zum Verlust des Raumab-schlusses.

Aber auch nichtbrennbare Rohrdurchführungendurch Wand- und Deckenbauteile tragen zur Stei-gerung des Brandrisikos in Gebäuden in Holz-bauweise bei. Dabei ist vor allem die Gefahr der

geführt werden. Bei den Wohnbauten in Massiv-bauweise werden Vertikalleitungen der Haustech-nik häufig in ausgesparten Mauerwerksschlitzender tragenden Wände untergebracht. EinzelneKabel dürfen nach Eurocode 6, Teil 1–2 [5], durchLöcher geführt werden, wenn diese mit Mörtelverschlossen werden. Nichtbrennbare Rohre dürfen durch mit Mörtel verschlossene Löcherdurchgeführt werden, wenn die Wärmeleitung der Rohre nicht ausreicht, um das Temperatur-kriterium I nach Eurocode zu übertreten.

Grundsätzlich kann vorausgesetzt werden, dasses bei Wohngebäuden in Massivbauweise durchInstallationen zu keiner Entzündung innerhalb derKonstruktion kommen kann. Die Gefahr derBrandweiterleitung innerhalb der Konstruktion inRichtung anderer Wohneinheiten oder Geschossebesteht jedoch im Gegensatz zur Holzbauweisenicht, da sowohl die Wohnungstrennwände alsauch die Geschossdecken in Mauerwerk bzw.Stahlbeton ausgeführt sind.

dem in 1.100 m Seehöhe gelegene Bauernhauszurückzulegen. Somit war das Haus bereits vorEintreffen der Löschmannschaften vollständigausgebrannt, die in Massivholzbauweise errich-tete tragende Außenwandkonstruktion bliebjedoch bis zu diesem Zeitpunkt erhalten.

25

3.11 Installationen in der Massivbauweise

3.12 Installationen in der Holzbauweise

Brandübertragung durch Rohrleitungen zu beach-ten, wobei aufgrund mangelhafter oder fehlenderAbschottungen die Aufheizung bzw. die darausresultierende Wärmeabstrahlung der Rohre zueiner Entzündung der brennbaren Tragkonstruk-tion führen kann. Weiters kann die thermischeLängenänderung der Rohre zur Zerstörung derWand- und Deckenbauteile bzw. deren Anschlüssebeitragen.

Die Gefahr der elektrischen Leitungen bei Gebäu-den in Holzbauweise besteht jedoch nicht nur inder Brandweiterleitung, sondern auch in der Wärmeentwicklung im elektrischen Leiter selbstbzw. durch die Bildung von Zündquellen durch das Auftreten von elektrischen Lichtbögen. Diesekönnen in weiterer Folge zur Entzündung desHolztragsystems innerhalb der Konstruktion führen.

Wackelkontakte in Schaltern, Steckdosen, elektri-schen Verbrauchsmitteln etc. können prinzipiell injedem Stromkreis unzulässige Erwärmungen ver-ursachen, die in Gebäuden in Holzbauweise raschzur Entzündung der brennbaren Tragkonstruktionführen. Diese zusätzlichen Zündquellen zählensomit zu den bauweisenimmanenten Risiken.

Um zu gewährleisten, dass die Einleitung vonBränden in die Wand- und Deckenbauteile überInstallationen und eine Brandweiterleitung inner-halb der Bauteile verhindert wird, muss eineReihe von Anforderungen unbedingt eingehaltenwerden. Diese Anforderungen werden Bestandteilder zukünftigen „Muster-Richtlinie über brand-schutztechnische Anforderungen an Bauteile vonGebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise“[25] sein. In Österreich fehlen derartige Anforde-rungen bis dato jedoch gänzlich!

Alle Installationen sind grundsätzlich in Schäch-ten oder Kanälen, in Vorwandkonstruktionen oderDeckeninstallationsebenen zu führen. WährendKabelbündel innerhalb der Konstruktion unzuläs-sig sind, dürfen einzelne Kabel innerhalb derKonstruktion geführt werden. Unter dem Begriff„einzelne Kabel“ sind nach [24] bis zu drei Kabelzu verstehen, die durch geeignete konstruktiveMaßnahmen, d. h. beispielsweise durch Führungin einem nichtbrennbaren Rohr, von der brenn-baren Holzkonstruktion abgeschottet sind. Bei derDurchführung der Kabel durch die Brandschutz-bekleidung ist weiters darauf zu achten, dass dieverbleibenden Hohlräume mit nichtbrennbarenBaustoffen zu verspachteln sind.

Die Abb. 33 zeigt eine den brandschutztechni-schen Anforderungen entsprechende Führung derInstallationen in einer Vorwandkonstruktion bzw.in einer abgehängten Decke nach [25]. DerartigeBauweisen sind in Österreich nicht üblich, weil sie viel zu teuer sind, d. h. die derzeitigen mehr-geschossigen Holzkonstruktionen, welche ohnediese Maßnahmen ausgeführt sind, weisen erheb-liche brandschutztechnische Schwachstellen auf.

Brandschutztechnische Probleme gibt es auch imBereich der Hohlwanddosen. Bei Brandversuchenim Realmaßstab traten in Wandbauteilen auf derRückseite von Hohlwanddosen Temperaturen vonbis zu 600 °C auf, so dass sich ein benachbartesHolztragglied entzündete [4]. Durch die Einhal-tung bestimmter Regeln bei der Herstellung vonInstallationsöffnungen bzw. Rohrdurchführungenkann jedoch eine Reduzierung des Brandrisikoserfolgen. Dazu zählt z. B. die Einhaltung der fest-gelegten Mindestabstände von den Holzstehern zu den Installationsöffnungen für Hohlwandsteck-dosen, Verteiler und Schalterdosen. Die Abb. 34zeigt den brandschutztechnisch korrekten Einbaueiner Hohlwanddose. Derartige Einbauvorschrif-ten sind in den österreichischen Holzbauvor-schriften nicht enthalten bzw. nicht gefordert.

Die Abb. 34 zeigt, dass Hohlwanddosen zum Ein-bau von Steckdosen etc. nur im Bereich des mittleren Drittels zwischen zwei Holzstehern ein-gebaut werden dürfen. Der Abstand zum nächstenHolzsteher muss dabei mindestens 15 cm betra-gen. Gegenüberliegende Hohlwanddosen müssen

26

Abb. 33: Installationsführung in einer Vorwandschalebzw. abgehängten Decke nach [25]

gefachversetzt eingebaut werden. Sie sind inner-halb des Wandhohlraumes vollständig mitFaserdämmstoff (Schmelzpunkt › 1.000 °C) zuumhüllen, wobei der Dämmstoff im Bereich derHohlwanddosen auf eine Mindestdicke von 30 mmgestaucht werden darf.

Ein besonderes Gefahrenpotenzial steckt in dennutzerspezifischen Eingriffen nach dem Einzug.Lösungsansätze stellen sich z. B. derart dar, dassdie Mieter von Holzwohnbauten eine Benutzungs-ordnung unterschreiben müssen, in der eine Be-schädigung der Innenwandverkleidung untersagt

Einen wesentlichen Aspekt der Untersuchung desBrandverhaltens unterschiedlicher Konstruktio-nen von mehrgeschossigen Wohnbauten stellt diezahlenmäßige Bewertung des Brandrisikos fürunterschiedliche Bauweisen dar.

Im Rahmen des zweijährigen Forschungsprojek-tes (siehe Seite 8) wurde daher ein Schwerpunkt„Brandrisiko – Einfluss der Bauweisen und Bau-arten“ [7] gesetzt, der im Vorfeld der Risikobe-wertung exakte Grundlagenrecherchen in Bezugauf die Ausgangsgrößen des Berechnungsvorgan-ges erforderlich machte. Im Folgenden wird an-hand von Grundlagenangaben in verkürzter Formein allgemeiner Einblick in den Berechnungs-vorgang und die erzielten Ergebnisse gegeben.

Des Weiteren wird in den nachstehenden Unter-suchungen auf eine detaillierte 10-Jahres Brand-statistik über Wohngebäude aus der Schweiz ein-gegangen, anhand derer ein signifikanter Einflussder Bauart auf das Brandrisiko nachweisbar ist.Da diese Statistik alle den Versicherungen gemel-deten Brände im Wohnbau enthält und damitexakter ist als das in Österreich und Deutschlanderfasste Datenmaterial, ist ein direkter Vergleichder Untersuchungsergebnisse mit dieser Schwei-zer Statistik nicht möglich. Wie in den nachfolgen-den Gegenüberstellungen jedoch gezeigt wird,kann durch die Bildung vergleichbarer Referenz-werte auch für diese österreichischen bzw. deut-schen Daten ein Zusammenhang zwischen derBauart und dem Brandrisiko nachgewiesen werden.

wird. Die Einhaltung dieser Vorschriften mussdurch regelmäßige Kontrollen des baulichenZustands überprüft werden. Allerdings ist dies keinesfalls als befriedigendeLösung anzusehen, weil die Kosten und der admi-nistrative Aufwand enorm sind. Des Weiteren wirdeine solche Vorgehensweise von einer Vielzahl der Mieter mit der Begründung, einen massivenEingriff in die Privatsphäre darzustellen, vehe-ment abgelehnt.

Änderungen an der Konstruktion sollten in jedemFall nur durch vom Bauherrn beauftragte Firmenerfolgen dürfen, die über die nötige Kenntnis derbauweisenimmanenten Gefahrenpotenziale unddie Baupläne verfügen und somit Fehler beimnachträglichen Einbau von Installationen vermei-den können. Zu diesem Punkt ist allerdings kri-tisch anzumerken, dass auch ein guter Installa-teur in der Regel nicht mit den brandschutztech-nischen Anforderungen des Holzbaus vertraut ist,d. h. die Konstruktion muss grundsätzlich derartausgeführt sein, dass sie keine zusätzlichen Risi-ken birgt. Da es in Österreich diesbezüglich keineentsprechende Technische Richtlinie für denBrandschutz im Holzbau gibt, muss gegenwärtigdavon ausgegangen werden, dass der mehrge-schossige Holzbau diesbezüglich potenzielleBrandrisiken mit sich bringt.

27

Abb. 34: Brandschutztechnisch korrekter Einbau einerHohlwanddose nach [4]

4 BRANDRISIKO UNTERSCHIEDLICHER BAUARTEN

Unter einer allgemeinen Risikobewertung bzw.einer wahrscheinlichkeitstheoretischen Risiko-analyse versteht man die Bewertung des Gefäh-rdungspotenzials, das von einem Objekt für denPersonen- und Sachschutz unter definierten undbewerteten Randbedingungen ausgeht; d. h. überdie Bestimmung des Brandrisikos kann die füreine bestimmte Gebäudeart zu erwartendeSchadenshöhe und -häufigkeit und der darausresultierende Schaden und seine volkswirtschaft-liche Relevanz durch das Ereignis „Brand“ er-mittelt werden. Das Gesamtrisiko wird dabei ver-einfacht durch drei voneinander unabhängigeFaktoren bestimmt. Zu untersuchen sind dazu diefolgenden Fragestellungen in Abhängigkeit vonder Bauweise und Gebäudenutzung:

1. Wie hoch ist die Entrittswahrscheinlichkeit der Entstehung und der Ausbreitung eines Brandes im Wohnbau?

2. Wie groß ist der materielle (wirtschaftliche) Schaden, und wie hoch sind die Instandset-zungs- und Folgekosten im Wohnbau?

3. Wie hoch ist der immaterielle Schaden, d. h. welche Schäden ergeben sich infolge eines Brandfalles für Leben, Gesundheit und Umwelt?

In Bezug auf die in Österreich momentan vorlie-gende Bauweisenverteilung im Wohnbau von ca. 90 % Massivbauten zu 10 % Holzbauten [2]wird darüber hinaus die Frage aufgeworfen:

4. Wie sieht die Entwicklung des derzeit in Österreich verzeichneten Brandrisikos bei einer Verlagerung weg vom Massivbau und hin zum Holzbau für den zivilen Bereich (Wohnbau) aus?

Das bauartspezifische Brandrisiko für eine be-stimmte Gebäudeart in Abhängigkeit von derBrandlast (Q) wird mit der nachstehenden FormelGl. (1) beschrieben:

R(Q) = E(Q) · S(Q) Gl. (1)

Darin sind:R Brandrisiko E Eintrittshäufigkeit des Brandes in

Abhängigkeit von der Brandlast (Q)S Schadensausmaß des Brandes in Abhängigkeit

von der Brandlast (Q)

Für den Wohnbau sind die in Gl. (1) enthaltenenAbhängigkeiten der Brandhäufigkeiten undBrandschäden von der Brandlast Q eindeutigbelegt [28]. Die nachstehende Tab. 1 zeigt dieErgebnisse einer 10-Jahres Wohnbaustatistik ausder Schweiz über die Brandhäufigkeit, Brandtotenund Gebäudeschäden in Abhängigkeit von derBauart. In dieser Statistik sind alle der kantonalen

Versicherung gemeldeten Brände im Wohnbauenthalten. Stellt man die Versicherungsdaten die-ser Statistik für den Massivbau und den Holzbaugegenüber (siehe Tab. 1), so zeigt sich, dass inAbhängigkeit von der Bauart ein Zuwachsfaktorvon

1,6 für die Eintrittshäufigkeit2,47 für das Schadensausmaß2,82 für die Anzahl der Brandopfer

gegeben ist. Die hier interessierenden Zahlen für den Wohnbau belegen somit, dass die Bauarteinen signifikanten Einfluss auf das Brandrisikohat. Da nun die Brandlast und die Konstruktions-art die einzigen brandschutztechnisch wesent-lichen Merkmalsunterschiede zwischen einemMassivbau und einem Holzbau sind, können dieseParameter in Gl. (1) zur Anwendung kommen. Die Zahlen werden im Folgenden für Österreichberechnet.

28

4.1 Grundlagen

4.2 Brandrisikoberechnung

Brände pro m2 Wohnfläche und Jahr. Die mittlereEintrittshäufigkeit insgesamt setzt sich naturge-mäß aus einem Anteil an Brandereignissen in-folge der mobilen Brandlasten (Nutzung) und auseinem Anteil an Brandereignissen infolge derkonstruktiven Brandlasten (Bauweise) zusammen;wobei der Anteil infolge der mobilen Brandlastenauf das Nutzerverhalten zurückgeht und die Bau-weise daran im Wesentlichen nicht von Einflussist. Der Anteil infolge der konstruktiven Brandlas-ten ist jedoch stark veränderlich und in Abhängig-keit von der Bauart bzw. Höhe der brennbarenBestandteile zu berechnen. Als Ausgangsgrößedient hierbei die momentane Bauweisenverteilungvon rund 90 % Massivbauten zu 10 % Holzbautenim Wohnbaubereich gemäß [2].

Für die weiteren Berechnungen wird die Eintritts-häufigkeit eines Brandes durch die mobile Brand-last als konstant (statistischer Festwert für Wohn-baunutzung) angesehen. Für die Eintrittshäufig-keit infolge der konstruktiven Brandlast gilt hin-gegen, dass sie direkt proportional dem Anteil derkonstruktiven Brandlast ist. Für die in der Abb. 2(Seite 4) gezeigten unterschiedlichen Bauweisenim Wohnbau mit den Anteilsgrößen der konstruk-tiven und mobilen Brandlasten ergeben sich dem-nach die in der nachfolgenden Abb. 35 dargestell-ten Eintrittswahrscheinlichkeiten für Brände. Aufder Abszisse ist der Anteil der jeweiligenHolzbauweise im Wohnbau in Prozent dargestellt.Auf der linken Seite der Abb. 35 sind demgemäßdie Werte der Massivbauweise dargestellt, und

Die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Schaden-feuers stellt in der Gl. (1) eine schwer messbareGröße dar, zu deren Festlegung aktuelles statisti-sches Datenmaterial erforderlich ist. Für die Berechnung der Eintrittshäufigkeit von Bränden im zivilen Bereich in Österreich in Abhängigkeitvon der Bauweise gibt es folgende Daten als Ausgangsgrößen:

In Österreich werden jährlich durchschnittlich6.180 Gebäudebrände durch die Feuerwehren und Versicherungen verzeichnet [3]. Diese Daten beziehen sich auf Angaben aus den Jahren 1995 bis 1998 und beinhalten Brand-fälle mit Schäden über € 1.450,– Schadens-summe.Von diesen 6.180 Brandfällen treten im Durch-schnitt 3.330 Brände im zivilen Bereich und in privaten Haushalten auf [3]. Dies entspricht in etwa 54 % der durchschnittlich in den Jahren 1995 bis 1998 verzeichneten Brandvorfälle. Die Gesamtwohnfläche in Österreich liegt bei 270,000.000 m2 Wohnnutzfläche (Stand 2000, laut Auskunft Österreichisches StatistischesZentralamt).

Gemäß den oben genannten Angaben lässt sichdie derzeitige mittlere Eintrittshäufigkeit vonBränden für den zivilen Bereich in Österreich ausder jährlichen Anzahl an signifikanten Brandfällenbezogen auf die Gesamtwohnfläche bestimmen,sie beträgt nach den obigen Daten 1,23 · 10-5

Risikodaten Schweiz Prozentueller Vergleich Bauart

Eintrittshäufigkeit 2,780 100 % Massivbau[Brände/m2 a 105] 4,465 160 % Holzbau

Schadensausmaß*) 0,114 100 % Massivbau[€/m2 a] 0,281 247 % Holzbau

Brandopfer 0,028 100 % Massivbau[1/106 m2 a] 0,079 282 % Holzbau

*) Schäden, die infolge Brand am Gebäude auftreten

29

Tab. 1: Statistische Daten über Brandhäufigkeiten, Brandtote und Gebäudeschäden im Wohnbau nach [28]

4.3 Berechnung der Brandeintrittswahrscheinlichkeit

ganz rechts liegt der Holzbau. Für die Holzbau-weise werden die Holzrippen-, die Skelett- undBrettstapelkonstruktionen betrachtet. DieOrdinate zeigt die Eintrittshäufigkeit einesBrandes bezogen auf 1 m2 Wohnnutzfläche imzivilen Bereich für ein Jahr.

Die grüne Markierung im linken unteren Bereichdes Diagramms in Abb. 35 stellt die derzeitigeEintrittshäufigkeit eines Brandes mit einer Größevon 1,23 · 10-5 Bränden/m2 Jahr dar, wobei voneiner momentanen Bauweisenverteilung von 10 %Holzrippen- und 90 % Massivbau ausgegangenwird. Die in diesem Wert für die Eintrittshäufigkeitberücksichtigte Anzahl von Bränden bezieht sichdabei auf jene Brandereignisse, die ein Schadens-ausmaß von mindesten € 1.500,– verursachen.Gemäß den statistischen Daten der VereinigungKantonaler Feuerversicherungen [39] liegt dieEintrittshäufigkeit von Bränden, die dem Wohnbauzuzuordnen sind und einen Sachschaden von min-destens € 1.325,– (entspricht ca. sfr 20.000,–) ver-ursachen, bei 0,922 Bränden/m2 Jahr. Der Ver-gleich dieser Größe mit den in Tab. 2 dargestelltenWerten zeigt, dass eine gute Übereinstimmungzwischen den in der Untersuchung [7, 34] ermit-telten Größen und den statistischen Zahlen derVereinigung Kantonaler Feuerversicherungen [39]erzielt wird.

Der Vergleichswert für den reinen Massivbau (100 % Massivbau) liegt bei 1,19 · 10-5 Bränden/m2

Jahr und für den Holzbau zwischen 1,66 · 10-5

Bränden/m2 Jahr (100 % Holzrippenbauweise) und 2,00 · 10-5 Bränden/m2 Jahr (100 % Brett-stapelbauweise) (s. Tab. 2). Eine analoge Auswer-tung von vorliegenden Brandhäufigkeitsdaten inDeutschland mit 13 % Holzbau (Holzrippenbau-weise) und 87 % Massivbau hat zu folgendenWerten geführt:

Die aktuell in Deutschland vorliegende Eintritts-häufigkeit von Bränden im Wohnbau führt zueinem Referenzwert von 1,05 · 10-5 Bränden/m2

Jahr. Für den reinen Massivbau liegt die Ein-trittshäufigkeit von Bränden bei 0,99 · 10-5 Brän-den/m2 Jahr. Bei einem Holzbau können in Ab-hängigkeit von der Holzbauweise Werte zwischen1,39 · 10-5 Bränden/m2 Jahr (100 % Holzrippen-bauweise) und 1,68 · 10-5 Bränden/m2 Jahr (100 %Brettstapelbauweise) für die Eintrittshäufigkeiterreicht werden (s. Tab. 2).

Vergleicht man die Eintrittshäufigkeit eines Bran-des für einen reinen Massivbau (100 % Massivbau)mit der Eintrittshäufigkeit für einen Holzbau inSkelettbauweise (100 % Skelettbau), so ergibt sichgemäß den Berechnungen am Institut für Bau-stofflehre ein prozentueller Zuwachs für die Ein-trittshäufigkeit eines Brandes von 100 % auf 159 % für Österreich und von 100 % auf 161 % für Deutschland (siehe Abb. 36). Der Skelettbauwurde in diesem Zusammenhang als Richtgrößegewählt, da er einen möglichen „Durchschnitts-wert“ zwischen der Brettstapel- und Holzrippen-bauweise ebenfalls erfasst.

30

Abb. 35: Eintrittshäufigkeit E von Bränden pro m2

Wohnfläche und Jahr in Abhängigkeit von derBauweise im Wohnbau in Österreich

Tab. 2: Daten über Brandhäufigkeiten im Wohnbau in Österreich und Deutschland nach [7] und [34]

Risikodaten Österreich Deutschland Bauart

Eintrittshäufigkeit 1,19 0,99 Massivbau*)[Brände/m2 a 105] 1,66 1,39 Holzrippenbau*)

2,00 1,68 Brettstapelbau*)

Momentane Bauweisen- 90 87 Massivbauverteilung in [%] 10 13 Holzbau

*) jeweils 100%

Zur Überprüfung der in der Berechnung ermittel-ten Zahlen wurden im Zuge der Untersuchung u. a. die statistischen Daten der 1. VereinigungKantonaler Feuerversicherungen (CH) ausgewer-tet, welche sehr gute Übereinstimmungen zu demvom Institut ursprünglich prognostizierten Zu-wachs der Eintrittshäufigkeit von Bränden inAbhängigkeit von der Bauweise ergaben (sieheAbschnitt 4.2). Diese Daten belegen anhand vontatsächlich eingetretenen Brandereignissen anWohnbauten in Massiv- und Holzbauweise imKanton Bern für den Zeitraum 1986 bis 1995 [28],dass bei Holzbauten die Gefahr eines Brandes um60,6 % höher liegt als bei Massivbauten (sieheAbb. 36), wobei sich die ermittelte Eintrittshäu-figkeit auf alle der kantonalen Versicherunggemeldeten Brandschäden im Wohnbau bezieht.

Das Schadensausmaß wird im Wesentlichen vonder Anzahl der Brandtoten und -verletzten undder Höhe der im (mobile Brandlasten) und am(konstruktive Brandlasten) Gebäude verursachtenZerstörungen und Schäden durch den Brandbestimmt.

Im Hinblick auf das Schadensausmaß durch Toteund Verletzte ist in der Studie [7] bereits ein Ein-fluss der Bauart auf die Anzahl der Todesopferund Verletzten berücksichtigt. Für den Sachscha-den gilt, ebenso wie für die Eintrittshäufigkeit,dass der Schadensanteil infolge der mobilenBrandlasten bezogen auf das Nutzerverhalten unddie Bauweise etwa als konstant angesetzt werdenkann, wohingegen der Anteil infolge der konstruk-tiven Brandlasten stark veränderlich ist und vonder Bauweise bzw. von der Höhe der brennbarenBaustoffe abhängt.

Zur Ermittlung der Bezugsgrößen, d. h. des mo-mentan in Österreich vorliegenden Schadensaus-maßes durch Brandereignisse in Wohnbauten,dient Datenmaterial des Österreichischen Statisti-schen Zentralamtes [3] als Grundlage. Die Be-rechnung der Personenschäden stützt sich u. a.auf Angaben des österreichischen Kuratoriumsfür Verkehrssicherheit.

Basierend auf dem Datenmaterial der ÖSTAT ergibt sich für 1998 eine durchschnittliche jährliche Sachschadenssumme durch Brandereignisse in der Höhe von 379,35 Mio. €.Der Anteil im zivilen Bereich (Wohnbau) mit Versicherungsansprüche über € 1.453,– liegt nach Angaben der ÖSTAT [3] bei ca. 23,8 % und ergibt somit eine Sachschadenssumme von 90,29 Mio. €. Als Berechnungsgrundlagen für die Personen-schäden dienen Angaben des Kuratoriums für Verkehrssicherheit in Österreich, die besagen, dass die Schadenssummen pro Todesfall mit mit 1,09 Mio. € und pro Verletzten mit etwa € 50.000,– anzusetzen sind.Im Jahr 1998 wurden 63 Todesopfer durch Exposition gegenüber Feuer, Rauch und Flammen in Österreich verzeichnet [3]. Davon gab es 57 Brandopfer in privaten Haushalten.Ausgehend von Statistiken der US-Fire Administration ist bei Bränden pro einen Todesfall durchschnittlich mit sechs Verletz-ten zu rechnen. Auf dieser Basis ergibt sich durchschnittlich eine jährliche Anzahl von 340 Verletzten.

Demgemäß setzt sich der jährliche volkswirt-schaftliche Gesamtschaden, der durch Brände imzivilen Bereich (Wohnbau) bei einer momentanen

31

4.4 Berechnung des Schadensausmaßes

Abb. 36: Gegenüberstellung der Eintrittshäufigkeit von Bränden im Wohnbau in Abhängigkeit von derBauweise nach [7], [34] und [28]

Bauweisenverteilung von 90 % Massivbau zu 10 %Holzbau verursacht wird, aus Sachschäden in derHöhe von 90,29 Mio. € und Personenschäden inder Größenordnungen von 78,74 Mio. € zusam-men und beträgt in Summe 169,03 Mio. €.

Ausgehend von diesen Werten nach ÖSTAT [3]wird im Folgenden die Entwicklung der Schadens-summe bei einer angedachten Anteilsverlagerungvom Massivbau hin zum Holzbau berechnet. DieSach- und Personenschäden, verursacht durchdie konstruktiven Brandlasten, werden dabeidirekt proportional der Brandlast angenommenund die Sach- und Personenschäden durch diemobilen Brandlasten als konstant angesehen(siehe Gl. (2), (3) und (4)). Eine detaillierte Aufstel-lung der Grundannahmen und der Berechnungs-vorgänge ist den Angaben in [7] zu finden.

S(Q) = SPers(Q) + SSach(Q) Gl. (2)

Darin sind:S Schadensausmaß des Brandes in

Abhängigkeit von der Brandlast (Q)SPers Schadensausmaß der Personenschäden

infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

SSach Schadensausmaß der Sachschäden infolgeBrand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

Die Gesamtschadenssumme setzt sich somit ausdem Schadensanteil durch die Personen- undSachschäden in Abhängigkeit von der Brandlastzusammen. Die folgenden Gleichungen Gl. (3) undGl. (4) beschreiben die einzelnen Einflussterme,die in die Berechnung des Schadensausmaßeseinfließen, im Detail:

SPers(Q) = STote(Q) + SVerletzte(Q) Gl. (3)SSach(Q) = Smobil(Q) + Skonstruktiv(Q) Gl. (4)

Darin sind:SPers Schadensausmaß der Personenschäden

infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

STote Schadensausmaß der Todesfälle infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

SVerletzte Schadensausmaß der Verletzten infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

SSach Schadensausmaß der Sachschäden infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q)

Smobil Schadensausmaß der Sachschäden infolge Brand in Abhängigkeit von der

mobilen Brandlast (Q)Skonstruktiv Schadensausmaß der Sachschäden

infolge Brand in Abhängigkeit von der konstruktiven Brandlast (Q)

Für die Bewertung des Zuwachses der Personen-schäden in Abhängigkeit von der Bauweise wirdauf die Verteilung der Holz- bzw. Massivbauweisein Österreich und Deutschland im Vergleich zudrei weiteren Industrieländern mit relativ hohenHolzbauanteilen im Wohnbau Bezug genommen(siehe Abb. 37). Österreich und Deutschland wei-sen eine Bauweisenverteilung von etwa 90 %Massivbauten zu 10 % Holzbauten auf. In Japanliegt der Anteil der Holzbauten im Wohnbau mitca. 41% bereits bedeutend höher als in Öster-reich; die Massivbauten nehmen eine Größenord-nung von 59 % ein. In den USA sind Anteilsgrößenvon 80 % für die Holzbauweise und 20 % für dieMassivbauweise zu verzeichnen. Die finnischenDaten stammen aus dem statistischen Zentralamtin Finnland und belegen eine Bauweisenvertei-lung von ca. 85 % Holzbauten und 15 % Massiv-bauten im Wohnbau.

Die Überlagerung der o. g. Bauweisenverteilun-gen mit der Anzahl der Brandtoten je eine Mil-lion Einwohner zeigt, dass jene Länder mit einemrelativ hohen Holzbauanteil im Durchschnitt einegroße Anzahl an Brandopfern aufweisen. Finn-land erreicht in diesem Vergleich mit einemHolzbauanteil von 85 % und 21,2 toten Brand-opfern je eine Million Einwohner sowohl den größten Anteil an Holzbauten als auch die größteAnzahl an Brandopfern. In den USA liegt derAnteil der Holzbauten bei ca. 80 % und die Zahlder Brandopfer bei 19 Personen je eine MillionEinwohner.

Die obigen Zahlen beziehen sich jeweils auf Industrienationen mit einem hohen technischenStandard und entsprechend gut entwickelten bautechnischen Bestimmungen, sodass diesbe-züglich von einer vergleichbaren Bewertungs-grundlage auszugehen ist. Die Daten sind inso-weit grundsätzlich untereinander vergleichbar. Sie zeigen einen unmittelbaren Zusammenhangzwischen der Bauweise und dem Brandrisiko inBezug auf die Personenschäden auf, d. h. derEinfluss der Bauweise auf den Brandverlauf alsRisikofaktor ist relevant. Daneben haben u. a.gesellschaftliche und sozioökonomische Bedin-gungen – wie z. B. Nutzungsgewohnheiten, bau-ordnungsrechtliche Vorschriften – ebenfalls einenEinfluss auf das Brandrisiko. Eine differenzierteBewertung dieser Faktoren ist aufgrund fehlender

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Daten derzeit allerdings nicht möglich.

Die Quantifizierung der obigen Daten, d. h. die Berechnung der Brandopfer (y) pro 106 Einwohnerund Jahr in Abhängigkeit vom relativen Anteil derHolzbauweise (x) am Gesamtwohnbau, erfolgtüber eine lineare Regression nach folgenderGleichung:

y = 7,786 + 0,156 · x Gl. (5)

Der Korrelationskoeffizient für die Gl. (5) weist mit0,96 eine vergleichsweise gute Korrelation zwi-schen den verwendeten Daten auf. Die Abb. 38zeigt, dass für den reinen Massivbau (100 % Mas-sivbau) mit 7,79 Brandopfern pro Million Einwoh-ner zu rechnen ist und für den reinen Holzbau(100 % Holzbau) mit 23,39 Brandopfern pro MillionEinwohner. Unter dieser Betrachtungsweise istdie Anzahl der Todesopfer beim Holzbau (rechteSeite der Abb. 38) bezogen auf den reinen Massiv-bau (linke Seite der Abb. 38) um 200 % höher alsbeim reinen Massivbau. In diesem Wert ist dieAnnahme enthalten, dass bei einer Zunahme derkonstruktiven Brandlasten im Wohnbau mit einererhöhten Brandhäufigkeit und einem höherenTodesfallrisiko zu rechnen ist. Aus den schweize-rischen Daten nach Tab. 1 ist ersichtlich, dass derhier abgeleitete Zuwachs von 200 % mit den tat-sächlich beobachteten Werten (182 %) eine guteÜbereinstimmung aufweist.

Die rot schraffierte Fläche aus der Abb. 38, dievon der linearen Regressionsgeraden und derkonstanten Geraden für die Anzahl der Brandop-fer ohne Brandlasteinfluss eingegrenzt wird,deckt somit das gesamte Spektrum der mög-lichen Einflussfaktoren auf die Schwere desBrandverlaufes und die daraus resultierende

Anzahl an Brandopfern ab; wobei die untere hori-zontale Grundlinie jene Risikosituation beschreibt,welche davon ausgeht, dass die Bauweise keiner-lei Einfluss auf das Personenrisiko hat. Werdenumfassende brandschutztechnische Verbes-serungen am Holzbau bzw. an dem Bewusstseinder Bewohner von Holzbauten in Form von anla-gentechnischen, bewusstseinsbildenden, ent-wurfsspezifischen Maßnahmen etc. vorgenom-men, könnte die Entwicklung der Todesopfereventuell noch wesentlich günstiger ausfallen, als mittels der linearen Regressionsgeraden auf-gezeigt wird. Für eine Senkung der Anzahl derBrandopfer in Holzbauten im Wohnbau sind aller-dings umfassende Maßnahmen zur Verbesserungdes Brandschutzes erforderlich, wie sie z. B.bereits in den USA für die neu errichteten Wohn-bauten teilweise gesetzlich gefordert werden.

Die Abb. 39 zeigt den theoretisch ermittelten An-stieg des Schadensausmaßes nach Gl. (2), dergemäß den obigen Grundannahmen bei einerVerlagerung vom Massiv- hin zum Holzbau zuerwarten ist. Dabei ist unterstellt, dass die bisherüblichen Bauweisen in ihrer konstruktiven Ausbil-dung unverändert beibehalten werden. Auf derAbszisse ist der Anteil der jeweiligen Holzbau-weise im Wohnbau in Prozent dargestellt. Auf der linken Seite der Abb. 39 sind demgemäss dieWerte der Massivbauweise dargestellt und ganzrechts liegt der Holzbau. Für die Holzbauweise

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Abb. 37: Prozentuale Gegenüberstellung der Holz-bzw. Massivbauanteile in fünf Industriebauländerninklusive Österreich für das Jahr 1998 und die Anzahlder Brandtoten je Million Einwohner und Jahr nachder WWFS [10]

Abb. 38: Ermittlung des Einflusses der Bauweise aufdie Anzahl der Todesopfer gemäß einer linearenRegression

Holzbauanteil [%]0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Brandopfer je Million Einwohner gemäß linearer Regression7,79 9,35 10,91 12,47 14,03 15,59 17,15 18,71 20,27 21,83 23,39Brandopfer je Million Einwohner ohne Brandlasteinfluss7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9 7,9

werden die Holzrippen-, die Skelett- und Brettsta-pelkonstruktionen betrachtet. Die Ordinate zeigtdas Schadensausmaß von Bränden im zivilenBereich für ein Jahr.

Vergleicht man das Schadensausmaß eines Bran-des für einen reinen Massivbau (100 % Massivbau)mit dem Schadensausmaß für einen Holzbau inSkelettbauweise (100 % Skelettbau), so ergibt sichgemäß den Berechnungen ein prozentueller Zu-wachs für die Schadenshöhe von 100 % auf 226 %(siehe Abb. 39); d. h. das Schadensausmaß beieinem Holzbau in Skelettbauweise (rechte Seiteder Abb. 39) ist bezogen auf den reinen Massivbau(linke Seite der Abb. 39) um 126 % höher als beieinem reinen Massivbau (siehe auch Abb. 40).

In der Abb. 40 ist eine Gegenüberstellung der Un-tersuchungsergebnisse des Instituts für Baustoff-lehre, Bauphysik und Brandschutz zu statisti-schen Zahlen von tatsächlichen Brandereignissenim Wohnbau, die von den Schweizer Versicherun-gen [28] über einen Zeitraum von zehn Jahren er-fasst wurden, dargestellt. Die Daten der 1. Verei-nigung Kantonaler Feuerversicherungen (CH) fürden Kanton Bern belegen, dass die Bauweise so-gar noch einen größeren Einfluss auf die Scha-denshöhe nimmt, als die an unserem Institutdurchgeführte Untersuchung prognostiziert.Demgemäß ist mit einem Anstieg des Schadens-ausmaßes von 100 % auf 247 % zu rechnen, wennes sich bei dem Brandobjekt um einen brennba-

ren Holzbau im Vergleich zu einem nichtbrenn-baren Massivbau handelt (siehe Abb. 40).

Die geringere Bewertung des Schadensausmaßesin den Untersuchungsergebnissen des Instituts

für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz istnach unsere Bewertung zum Teil darauf zurück-zuführen, dass in der Berechnung nur jener Anteilder Versicherungsansprüche berücksichtigt wird,bei dem der infolge Brand verursachte Schadenüber einem Versicherungswert von € 1.453,–liegt, wohingegen in der Untersuchung nach [28]alle den Versicherungen gemeldeten Brand-schäden im Wohnbau enthalten sind. Des Weite-ren ist zu beachten, dass in den Zahlen der TUWien auch Personenschäden eingerechnet sind, d. h. die Erhöhung der Sachschäden für denHolzwohnbau ist nach dem TU-Modell eher zu

günstig (zu niedrig) berechnet worden.

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Abb. 39: Schadensausmaß von Bränden im Wohnbauin Österreich in Abhängigkeit von der Bauweise undunter Berücksichtigung eines Zuwachses derPersonenschäden gemäß linearer Regression(Basiswerte: bezogen auf ÖSTAT [3])

Abb. 40: Gegenüberstellung des Schadensausmaßesvon Bränden im Wohnbau in Abhängigkeit von derBauweise nach [28] und [7]

Ausgehend von den ermittelten Schadensaus-maßen und den Eintrittshäufigkeiten von Brändenzeigt die Abb. 41 die Ergebnisse der Berechnun-gen für das Brandrisiko nach Gl. (1) in Abhängig-keit von der Verteilung der Bauweisen. Auf derAbszisse ist der Anteil der jeweiligen Holzbau-weise im Wohnbau in Prozent dargestellt. Auf derlinken Seite der Abb. 41 sind demgemäß die Werteder Massivbauweise dargestellt, und ganz rechtsliegt der Holzbau. Für die Holzbauweisen werdendie Holzrippen-, die Skelett- und Brettstapelkons-truktionen betrachtet. Die Ordinate zeigt dasmonetär bewertete Risiko eines Brandes bezogenauf 1 m2 Wohnnutzfläche im zivilen Bereich [7].

Im linken unteren Bereich der Grafik ist bei 10 %Holzbau das momentan in Österreich über alleGebäude gemittelte monetäre Brandrisiko imWohnbau mit € 2.085,–/m2 eingetragen. Als Aus-gangsgröße gilt hierfür die derzeitige Bauweisen-verteilung von ca. 90 % Massiv- zu 10 % Holzrip-penbauten im Wohnbau.

Die Abb. 41 zeigt somit eindeutig, dass bei einerErhöhung des Anteils an Holzkonstruktionen imWohnbau in Abhängigkeit vom Konstruktionstypmit einer überproportionalen Zunahme des Risi-kos zu rechnen ist. Die Zunahme des Brandrisikosist naturgemäß umso größer, je höher der Anteilan bauweisenspezifischen brennbaren Baustoffenist. Anhand eines direkten Vergleichs zwischen

der Massiv- und Skelettbauweise kann die Verän-derung des Risikos durch die Bauweise konkreti-siert werden. Demgemäß liegt das rechnerischeBrandrisiko bei einer Ausführung eines Gebäudesin Massivbauweise bei € 1.950,–/m2 pro Jahr. Für dasselbe Bauwerk erreicht das Brandrisikobei Verwendung von brennbaren Holzbaustoffen in der Konstruktion – im konkreten Fall wurde dieSkelettbauweise gewählt – eine Größenordnungvon € 7.059,–/m2 pro Jahr.

In der Abb. 42 sind diese Ergebnisse in einem pro-zentuellen Vergleich gegenübergestellt. Das Dia-gramm beinhaltet darüber hinaus statistischeDaten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerver-sicherungen (CH), anhand derer das tatsächlicheBrandrisiko basierend auf Brandereignissen anWohnbauten im Kanton Bern über den Zeitraum1986 bis 1995 für Massiv- und Holzbauten [28]ermittelt wurde. Es zeigt sich, dass gegenüberden Untersuchungsergebnissen der TU Wien, dieeinen Anstieg von 100 % auf 362 % prognostizie-ren, in der Realität mit einem weit höheren Ein-fluss der Bauweise zu rechnen ist, der bis zueinem Zuwachs des Brandrisikos von 100 % (100 % Massivbau) auf 396 % (100% Holzbau) führen kann (siehe Abb. 42). Mit den Daten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen(CH) wird somit bestätigt, dass die Bauweiseeinen signifikanten Einfluss auf das Brandrisikonimmt. Des Weiteren wird durch den Vergleich inAbb. 42 belegt, dass die Verwendung brennbarerBaustoffe für Tragsysteme im Wohnbau zu einer

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Abb. 41: Anstieg des Brandrisikos in Abhängigkeit von der Verteilung der Bauweisen im Wohnbau inÖsterreich im Jahr 1998

5 BEWERTUNG DES BRANDRISIKOS

Abb. 42: Gegenüberstellung der berechneten und statistischen Risikogrößen für unterschiedlicheBauweisen im Wohnbau nach [28] und [7]

Erhöhung des Brandrisikos um den Faktor 3,6 bis4,0 führen kann. Die hier dargestellten Ergebnisseund Prognosen beziehen sich naturgemäß auf diebestehende Bausubstanz. Wenn es also gelänge,die Brandsicherheit von Holzkonstruktionen hin-sichtlich des Personenschutzes (z. B. durch auto-matische Brandmelder) und des Sachschutzes (z.B. durch automatische Löschanlagen oder durchandere bauliche Brandschutzmaßnahmen) signifi-kant zu verbessern, dann würden sich deutlich

Die Untersuchungsergebnisse zeigen eindeutig,dass das Risikopotenzial durch das Ereignis„Brand“ im Wohnbau in starker Wechselbezie-hung und Abhängigkeit von der Art der Bauweisesteht. In diesem Zusammenhang ist daher derverantwortungsvolle Umgang der Planer mit demGebäudedesign gefordert. Die Möglichkeit der ge-stalterischen Freiheit und Freizügigkeit im Ge-bäudedesign, die den Planern und Bauherrendurch die neueren Entwicklungen in den Rechts-grundlagen geboten wird, darf nicht zu einem Absinken des Sicherheitsniveaus führen. Zu die-sem Zweck müssen die Risiken, die durch dieVerwendung von brennbaren Stoffen in einermehrgeschossigen tragenden Gebäudekonstruk-tion entstehen, sowohl dem Planer, Bauherrn und Gebäudenutzer rechtzeitig vor Augen geführtwerden. Dabei ist grundsätzlich zu beachten, dassin der Regel die Brandwiderstandsdauer jedeseinzelnen Bauteils für den Brandwiderstand derGesamtkonstruktion nicht ausschlaggebend ist,sondern die Tragfähigkeit des Gesamtsystemsbeurteilungsrelevant ist. Dies betrifft vor allemden Mehrgeschossbau, d. h. das Versagen einzel-ner Bauelemente und deren Verbindungen hatunter Umständen katastrophale Folgen für dasgesamte Gebäude.

Die gültigen Normen Önorm B 3800 und DIN 4102sowie die betreffenden Eurocodes berücksichtigenbereits weitgehend, dass Bauteile nicht isoliertbetrachtet werden dürfen. Sie gehen aber nichtexpressis verbis auf die Wirkung von Bauteil-interaktionen bei einer Brandbeanspruchung ein,d. h. welche konstruktiven Maßnahmen zu treffen

sind, um solche Systeme den vorliegendenBrandeinwirkungen anzupassen, bleibt im All-gemeinen dem Planer vorbehalten. Dazu sindgrundlegende Kenntnisse über den Brandschutzerforderlich, insbesondere sind die konstruktivenSchwachpunkte wie Anschlüsse und Verbindun-gen zu beachten und zu bewerten.

Bei der Betrachtung des Temperaturverhaltensder Baustoffe ist zu beachten, dass die massivenBaustoffe Beton bzw. Stahlbeton und Mauerwerknicht brennbar sind, d. h. die Geometrie und dieForm der nahezu monolithischen Konstruktionbleibt im Brandfall im Wesentlichen erhalten. BeiHolz handelt es sich im Gegensatz dazu um einenbrennbaren Baustoff, d. h. die Brandeinwirkungführt bei der Holzbauweise zu Geometrieände-rungen bzw. einer Reduktion der tragenden Quer-schnitte unter Zunahme der inneren Spannungen,wobei die überwiegend metallischen Verbindun-gen der Einzelbauteile bei der Erwärmung schnellihre Tragfähigkeit verlieren. Jeder Planer musssich die Wirkung des Feuers auf die unterschied-lichen Konstruktionsweisen qualitativ klarma-chen, d. h. das Gesamtsystem aus massiven Bau-stoffen oder Holz brandschutztechnisch analysie-ren und optimieren. Dabei ergeben sich grund-legende Unterschiede hinsichtlich der Brand-sicherheit der Bauweisen.

Der Massivbau kann konstruktive Reserven nut-zen, die das Bauwerk bietet, und damit das Ver-halten günstig beeinflussen, d.h. Schwachstellenkönnen leicht vermieden bzw. ausgeglichen wer-den. In der Holzbauweise gibt es grundsätzlich

günstigere Verhältnisse ergeben. Die neue Holz-baurichtlinie ist sicherlich ein deutlicher Schritt indiese Richtung. Vergleichbare Vorhaben sind inÖsterreich (leider) noch nicht in Arbeit, d. h. immehrgeschossigen Wohnbau sind die aufgezeig-ten Risiken nicht wegzudiskutieren, wenn nicht im Einzelfall zusätzliche Brandschutzmaßnahmenvom Bauherrn verlangt oder behördlicherseitsvorgeschrieben werden.

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6 ZUSAMMENFASSUNG

eine Vielzahl brandschutztechnischer Schwach-stellen, und es existieren im Vergleich zur Massiv-bauweise praktisch keinerlei Reserven, d. h. dasGesamtsystem verzeiht aus brandschutztechni-scher Sicht keine konstruktiven Fehler. Aus die-sem Grund wurde in Deutschland eine brand-schutztechnische Muster-Richtlinie für denHolzbau erarbeitet, sodass im Geschossbau zu-künftig gravierende Konstruktionsmängel vermie-den werden können. Durch den immer weiter stei-genden Kosten- und Termindruck auf den Bau-stellen ist es jedoch auch bei einer aus brand-schutztechnischer Sicht akzeptablen Planung imHolzbau kaum möglich, dass die Ausführung derkonstruktiven Details für den Brandschutz in allenFällen die nötige Beachtung findet. Das beginntmit der Verlegung von Versorgungsrohren in denHohlräumen von Wänden und Decken und endetbei dem Verlegen von Kabeln und dem Einbau vonSteckdosen. Selbst die Mitarbeiter von Fachfirmen(z. B. Installateure, Elektriker etc.) haben bezüg-lich Brandschutz üblicherweise keine spezifischenKenntnisse oder Erfahrungen. Wohngebäude ausmassiven Baustoffen weisen demgegenüber einesehr hohe Nutzungstoleranz auf, die darauf ba-siert, dass selbst bei unsachgemäßer Ausführungvon elektrischen Leitungen etc. in einem Wand-oder Deckensystem keine Brandinitiierung bzw. -weiterleitung in der Konstruktion erfolgen kann.

Im Gegensatz zu den massiven Bauweisen ausZiegel oder Stahlbeton gibt es bei der Holzbau-weise neben der äußeren Brandeinwirkung dieMöglichkeit einer Brandentstehung innerhalb derKonstruktion, die zur Entzündung der Tragstruk-tur führen kann. Die Wahl entsprechender Bau-stoffe, d. h. eine geeignete Werkstoffkombinationfür die Verkleidungslagen, zweckmäßige Bauteil-aufbauten, günstige Gebäudegeometrien und vorallem die aus brandschutztechnischer Sicht ein-wandfreie und fehlerlose Ausführung sämtlicherKonstruktionsdetails, wie z. B. Verbindungen, Fu-gen- und Anschlussdetails und Durchdringungenfür Installationen, bilden die Voraussetzungen da-für, dass die Entstehung, Ausbreitung und Aus-wirkung von Feuer und Rauch verhindert wird.Dieses ist in der Praxis jedoch nicht erreichbar.Allein die Vielzahl von Bränden im Bereich vonKaminen und Kachelöfen zeigt, dass Entzündun-gen innerhalb von Holzkonstruktionen mit zu denhäufigsten Brandursachen gehören.

Zum Nutzerverhalten zählt unter anderem auchFehlverhalten während der Nutzung eines Holz-baues, wie z. B. ein nachlässiger Umgang mitelektrischen Heizgeräten, offenen Kaminen etc.

Im Massivbau haben solche Verhaltensweisenkeinerlei gefährliche Auswirkungen auf die nicht-brennbaren Bestandteile der Konstruktion, vor-ausgesetzt, es kommen keine brennbarenBeplankungen zum Einsatz.

Der Vergleich von massiven, nichtbrennbarenmehrgeschossigen Wohngebäuden mit entspre-chenden brennbaren Holzkonstruktionen hatergeben, dass Massivbauweisen durch ihr ausbrandschutztechnischer Sicht günstigeres Verhal-ten der Gesamtkonstruktion ein erheblich höhe-res Sicherheitsniveau besitzen als brennbareHolzkonstruktionen. Die Sicherheit von Holzkons-truktionen kann prinzipiell nur durch automati-sche Brandlöschung oder brandsichere Verklei-dung sämtlicher brennbarer Oberflächen mitnichtbrennbaren Baustoffen erfolgen, wie diesesgemäß der neuen Muster-Holzbaurichtlinie vor-gesehen ist.

Um nur annähernd ein ähnlich sicheres brand-schutztechnisches Niveau zu erreichen, wie esderzeit im Massivbau gegeben ist, sind im mehr-geschossigen Holzbau neben komplizierten kons-truktiven Maßnahmen (z. B. Vermeidung brenn-barer Oberflächen, Brandschutz der Anschlüsseund Verbindungen) eventuell auch aktive, d. h.anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen(kombinierte Brandmelde- und Sprinkleranlagen-systeme) zwingend erforderlich. Dies würde inletzter Konsequenz auch zu einem Umdenken beider Entwicklung und Ausführung von Holzbauwei-sen führen, wie dies bereits in anderen Ländern(wie z. B. Neuseeland, Australien, USA) zu beob-achten ist.

Der mehrgeschossige Holzbau wird in Österreichzukünftig in seinen brandschutztechnischenEigenschaften dem Geschossbau in Massivbau-weise in rechtlicher Hinsicht nahezu gleichge-stellt. Oberflächlich betrachtet findet nur eineMaterialsubstitution von nichtbrennbaren Bau-materialien durch brennbare Holzwerkstoffe unterscheinbarer Beibehaltung der normativen brand-schutztechnischen Erfordernisse einzelner Bau-teile des Bauwerks statt. Dieses ist aufgrund desmaterialtechnologischen und statischen Verhal-tens der unterschiedlichen Konstruktionen imBrandfall äußerst bedenklich.

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[1] Becker, K.; Tichelmann, K.; Hosser, D.; El-Hariri, M.; Wesche, J.: Theoretische und experimentelle Grund-lagenuntersuchungen zum Brandschutz mehrgeschossiger Gebäude in Holzbauweise. Untersuchungsbericht Teil 1; zum DGfH-Forschungsvorhaben F-96/10 im Auftrag des Deutschen Instituts für Bau-technik, VHT, iBMB, TU-Braunschweig, Juli 1997

[2] Winter, W.: Informationen laut informellem Gespräch mit o. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Wolfgang Winter vom 14.12.2000 am Institut für Tragwerkslehre und Ingenieurholzbau an der Technischen Universität, Wien

[3] Österreichisches Statistisches Zentralamt:Brandschadenstatistik, 1981–1998, Statistische Handbücher, 1981–1998, Wien

[4] Hosser, D.; Wesche, J., Dehne, M.; Becker,K., Tichelmann, K.: Theoretische und experimentelle Grund-lagenuntersuchungen zum Brandschutz bei Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise. Abschlussbericht. Forschungsauftrag des Deutschen Insti-tuts 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

[5] ÖNORM ENV 1996-1-2:Eurocode 6 – Bemessung und Konstruk-tion von Mauerwerksbauten. Teil 1–2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemes-sung für den Brandfall - Vornorm 01.05.1997, Österreichisches Normungs-institut, Wien, 1997

[6] Schneider, U.; Oswald, M.:Sammlung und Auswertung statistischer Daten. 2. Teilbericht des Forschungspro-jektes BAU! MASSIV!, Technische Univer-sität Wien, 2001 (unveröffentlicht)

[7] Schneider, U.; Oswald, M.:Untersuchung des Einflusses der Bauwei-sen und Bauarten auf das Brandrisiko. 4. Teilbericht des Forschungsprojektes BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, 2001 (unveröffentlicht)

[8] Angaben gemäß Ltd. Branddirektor Dipl.-Ing. Werner Thon, Feuerwehr Hamburg, Vorbeugender Brand- und Gefahren-schutz, Hamburg, März 2001

[9] Schneider, U.; et. al.:Ingenieurmethoden im Baulichen Brand-schutz. 2. Auflage, Kontakt & Studium, Band 531. Expert Verlag, Renningen, 2001

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[11] Lattimer et al.:Carbon Monoxide Levels in Structure Fires: Effects of Wood in the Upper Layer of a Post-Flashover Compartment Fire; Fire Technology, Vol. 34, No. 4, 1998

[12] 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)

[13] Schneider, U.; Moschnitschka G.; Oswald M.; Lebeda, C.:Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbau-weise unter Brandeinwirkung. 5. Teilbe-richt des Forschungsprojektes Brand-schutz BAU! MASSIV!, Technische Univer-sität Wien, August 2002 (unveröffentlicht)

[14] Brandverhütungsstelle Oberösterreich:Bildmaterial, Dez. 2001 (unveröffentlicht)

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7 LITERATUR

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[17] Hofmeister, B:Fotos in der Tageszeitung Vorarlberger Nachrichten. Bregenz, Februar 2001

[18] Hosser, D.; Dehne, M.; Zehfuss, J.: Theoretische und experimentelle Grund-lagenuntersuchungen zum Brandschutz mehrgeschossiger Gebäude in Holzbau-weise, Stufe 2 (Bauteilversuche) und Stufe 3 (Empfehlungen). Forschungsauftrag des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) über die deutsche Gesellschaft für Holz-forschung (DGfH) / (DIBt-Nr.IV 12-5-4.111.1-896/98, DGfH-Nr.F-98/29), IBMB Darmstadt/ TU Braunschweig, März 2000

[19] Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (IBMB) der TU Braun--schweig: Braunschweiger Brandschutz-Tage ’01 – Kurzreferate. 9. Fachseminar Brandschutz– Forschung und Praxis, Heft 158, Braun-schweig, 2001

[20] Kordina, K.; Meyer-Ottens, C.:Holz-Brandschutz-Handbuch. Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V. (Hrsg.), Verlag Ernst & Sohn, München, 1994

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[22] Magistrat der Stadt Wien, MA 35-B.:Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“,, evey (Schweiz), mit Tragkonstruktion aus Holz; Brand am 23. Februar 1999. Wien, 1999

[23] Rönn, U.; Maske, J.:Sanierungsgrundlagen Plattenbau – Brandschutz, Kapitel 6: Brandverhalten der Bauteile und Baustoffe von Platten-bauten. Institut für Erhaltung und Moder-nisierung von Bauwerken e.V. (IEMB) (Hrsg.), Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 1999

[24] PROHOLZ-Österreich:Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich –Anforderungen, Standardlösungen und Qualitätssicherung. Version 01/99. Wien, 1999

[25] Projektgruppe Brandschutz der Fachkommission Bauaufsicht:Entwurf der Muster-Richtlinie über brand-schutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse4 in Holzbauweise (Muster-Holzbauricht-linie – M-HbauRL). Fassung Oktober 2001

[26] Routley, J. G.:Wood Truss Roof Collapse Claims Two Firefighters. United States Fire Adminis-tration, Technical Reports Series, Report 069, 1993

[27] ÖNORM B 3807:Äquivalenztabellen – Übersetzung euro-päischer Klassen des Feuerwiderstandes von Bauprodukten (Bauteilen) in österrei-chische Brandwiderstandsklassen; Bau-teil-Äquivalenztabellen, Tabelle 1, Seite 5 –Entwurf Vornorm 01.03.2002, Österreichi-sches Normungsinstitut, Wien, 2002

[28] Fontana, M.; Lienert, C.; Favre, J.-P.; Maag, T. :Statistische Untersuchungen zu Gebäu-debränden. S+s report, S. 18–23, Ausgabe 1/2002, Schweiz 2002

[29] Wesche, J.:Brandschutz: großes Wissen erforderlich. Bericht über den Darmstädter Trocken-bautag. Bauen mit Holz, Nr. 4, Seite 344–345, 1994

[30] Leicester, R.H.; Seath, C.; Pham, L.:The Fire Resistance of Metal Connectors. Proceedings, 19th Forest Products Research Conference, Melbourne, 1979

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[31] Schneider, U.; Lebeda, C.:Baulicher Brandschutz. Verlag Kohlhammer Stuttgart, 2000

[32] Schneider, U.; et. al.:Grundlagen der Ingenieurmethoden im Brandschutz. Werner Verlag GmbH, Düsseldorf, 2002

[33] Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Wohnbau: Holz oder Massiv?. technopress BauMagazin, Ausgabe Nr. 6/02, S. 16–22, Klosterneuburg, 2002

[34] Schneider, U.; Oswald, M.: Brandrisiko in Wohngebäuden unter-schiedlicher Bauart, Teil 1 und 2, Zeitschrift Bauphysik, 25. Jahrgang, Ausgaben Nr. 3 u. 4/03, Teil 1, S. 122–130, Teil 2, S. 177–186, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2003

[35] Povel, D.: Tragfähigkeit von Holzverbindungen mit stabförmigen Verbindungsmitteln im Brandfall. Dissertation, TU Berlin, Mai 2002

[36] Deutscher Feuerwehrverband e.V. Bonn: Feuerwehr-Jahrbuch 2000, DFV Medien GmbH, Bonn, 1999

[37] Schneider, U.; Lebeda, C.; Oswald, M.: Entwicklung und Stand der Österreichi-schen Bauvorschriften und Normen in Bezug auf die Brennbarkeit und den Feuerwiderstand von Bauteilen, Baustof-fen und Konstruktionen. 3. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, Oktober 2001 (unveröffentlicht)

[38] Schneider, U.; Schjerve, N.; Lebeda, C.:Zündphänomene unter Berücksichtigung der Bauweisen. 6. Teilbericht des For-schungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, Jänner 2003 (unveröffentlicht)

[39] Fontana, M.; Favre, J. P.; Fetz, C.:A Survey of 40.000 Building Fires in Switzerland. Fire Safety Journal, Vol. No. 32, P. 137–158, Elsevier Science, New York 1999

[40] Schneider, U.; Oswald, M.: Brandschutztechnische Analyse von Massiv- und Holzbauweisen. Massiv-FocusNr. 4, S. 23–57, Forum MassivBau, Zürich, 2003

[41] Schneider, U.; Oswald, M.:Brandschutz – Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten. Tagungsband der Porenbeton Fachtagung 2003, S. 24–43, Bundesverband Porenbeton, Wiesbaden, April 2003

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