1. Rauchgassimulation,
Evakuierungsanalyse und
Bauteilbemessung für ein großes
Shopping Center
Centrum Galerie Dresden
Dr. Jochen Zehfuß
Niederlassungsleiter Hamburg
www.centrumgalerie.de
hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
1
vfdb-Jahresfachtagung, Berlin, 31.05.2011

2. Inhaltsübersicht
• Einführung
• Leistungsbasierte Brandschutznachweise
• Anwendung des vfdb-Leitfadens
• Beispiele
• Zusammenfassung und Ausblick
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3. Brandschutz-Nachweis
Bauaufsichtliche
Schutzziele
Leistungsbasierter Nachweis
Präskriptives Vorgehen
(schutzzielorientiert)
Vorgeschriebene
Anforderungen (LBO,
SonderbauVO) Nachweis
mit Ingenieurmethoden
Abweichung
Kompensation
Erfüllung der bauaufsichtlichen Schutzziele 3

4. Leistungsbasierter Nachweis mit
vfdb-Leitfaden
• Rettungswege
• Rauchableitung
• Brandausbreitung
• Bauteile und Tragwerk
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5. Beispiel Centrum Galerie Dresden
• 120 Geschäfte, Gastronomie, Kita, Garage
• 52.000 m² Verkaufsfläche (40.000 m² Bauteil 1)
• 290 Mio € Invest, Betreiber Multi Development
Lageplan einfügen
5 5

6. Beispiel Centrum Galerie Dresden
• Max. Ausdehnung 180 m x 125 m
• UG – 4. OG => GK 5, kein Hochhaus
• Nutzung Verkauf, Garage, Büro => Sonderbau
• Brandschutzkonzept von hhpberlin
6 6

7. Grundrisse
EG 1. OG
2. OG UG
7

8. Beispiel Nachweise Rettungswege
• Shops > 100 m² benötigen nach /SächsVerkBauR/ einen
Rettungsweg unabhängig von Ladenstraße
• Aus „kartoffelartige eingestellte Läden“ im 1. OG mit
Verkaufsfläche bis zu 140 m² führen beide Rettungswege
über Ladenstraße
• Flurbreiten 1,80 m
anstatt 2,0 m
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9. Beispiel Nachweise Rettungswege
• /SächsVerkBauR/ Ausgänge ins Freie oder in notw. TR
(für Vk-Räume > 500 m²): 0,3 m / 100 m² Vk-Fl.
erf. vfdb
erf. (VStättV: Fläche
Breite /SächsVerkBauR/ 1,20/200 P) Verkauf
Bereich Treppe vorhanden (0,30 m/100 m²) [m²]
BA3 5a 2.0 3500
5b 2.0
6a 2.4
6b 2.4
7a 2.4
11.2 10.50 6.60
BA2 4a 2.4 5000
4b 2.4
3a 2.4
3b 2.4
2a 2.4
12.0 15.00 9.00
BA1 2b 2.4 4000
7b 2.4
8 1.8
1 2.4
9.0 12.00 7.20 9

10. Leistungsbasierte Nachweise Rettungswege
• Leistungsbas. Nachweis, dass Rettungswegbreite und Anz.
Ausgänge ausreichend sind (1. UG, 1. und 2. OG
verringerte Ausgangsbreiten gegenüber /SächsVerkBauR/)
• Personenstromanalyse Verwendung von Building Exodus
(Individualmodell)
• Rauchgassimulation FDS
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11. Randbedingungen f. Personenstromanalyse
• Festlegung gemäß vfdb-Leitfaden Ziffer 9
• Personendichte
• Erdgeschoss 0,5 P/m²
• Sonstige Geschosse 0,3 P/m²
• Bürobereiche 0,2 P/m²
• Gesamtpersonenanzahl (ohne Garage) 14.510 Personen
• Ganzheitliche Betrachtung (Staubildungen,
Leerungszeiten)
• Vereinbartes Schutzziel: Anstehzeiten innerhalb der
Ladeneinheiten max. 3 Minuten
• Für Dauer Gesamtevakuierung muss raucharme Schicht
gewährleistet werden
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12. Ermittlung der Evakuierungszeit
• Gemäß Tabelle 9.3 des /vfdb Leitfadens/ ergibt sich eine
Reaktionszeit von 2 min bis 5 min
• Gehgeschwindigkeiten nach vfdb-Leitfaden Ziffer 9
• Es wurden 10 Simulationen durchgeführt
Räumzeit tRäumung =
Zeitraum vor Beginn der
Evakuierung (Pre
Movement Time) Evakuierungszeit
tDetektion+tAlarm + tReaktion + tFlucht
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13. Evakuierungszeiten Beispiel 1. OG
3,5 min 5 min
11 min
8 min
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14. Evakuierungszeiten in Ebenen
Evakuierungszeit aus den Ebenen
Minimum Maximum Mittelwert
[s] [s] [s]
Geschoss
UG 701 801
856
EG 480 504
550
1. OG 750 831
925
2. OG 405 598
709
3000
Anzahl der evakuierten Personen
2500
2000 UG
EG
1500 1. OG
2. OG
1000
500
0
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
14

15. Evakuierungszeit Gebäude
14000
Anzahl der evakuierten Presonen
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
• Evakuierungszeit Gesamtgebäude: 17,3 min
• Raucharme Schicht von mind. 20 Minuten erforderlich
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16. Rauchgassimulation
• Leistungsbasierter Nachweis der Funktion der
Rettungswege
• Nachweis Erfüllung Schutzziel „Verhinderung
Rauchausbreitung“ und „Ermöglichung Menschenrettung“
• CFD-Simulation mit Fire Dynamic Simulator (FDS)
• Im Malldach (4. OG) 12 Abluftventilatoren mit 350.000 m³/h
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17. Mall 1. OG „Kartoffeln“
17

18. Nachströmung
• Seitenarm im UG mit
RSV abgetrennt
• UG freie Nachströmfläche
von 5 m² oberhalb der
Flurtüren, automatisch
über die BMA angesteuert
• EG 40 m² Nachströmung
im Zugangsbereich
• Seitenarme nicht durch
RSV abgetrennt
• 1. OG maschinelle Nach-
strömung 15 m³/(h * m²)
aus den Shops 18

19. Brandszenario / Wärmefreisetzungsrate
• Hochenergetischer Brände im UG unter Decke, Seitenarm
UG und EG
• Gesprinklerter Brand, Auslösezeit mit Ceiling Jet Modell
ermittelt
• Mischbrandlast von je 1/3 Holz, PU, PS; soot yield 0,09 g/g
• t = 300 s
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20. Erkennungsweite 1. OG nach 1800 s
• Nach 1800 s stationärer Zustand
• Erkennungsweiten bei H = 2,50 m zw. 10 m und 15 m, sehr
begrenzt lokal geringfügig unterhalb von 10 m
• Schutzziel Nachweis stationärer raucharmer Schicht erfüllt
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21. Beispiel Tragkonstruktion Überdachung
• Überdachung Trompetergasse zwischen Bauteil 1 und 2
• Rettungswege u. Fenster von TR zur Trompetergasse
• Feuerwehrzufahrt
• Nachweis Trompetergasse ist „wie das Freie“
H = 18,60 m
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22. Bemessung Tragwerk Überdachung
• Befahrung mit Fahrzeugen nicht auszuschließen
• Temporäre Nutzung möglich
• Festlegung maßgebliches Brandszenario: 15 MW-Brand
(Klein-LKW)
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23. Ventilationsöffnungen
• Im Anschluss des Daches an das Bauteil 2 wurde ein 20 cm
breiter, unverschlossener Spalt berücksichtigt,
• Stirnflächen des überdachten Bereichs
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24. Bemessung Tragwerk Trompetergasse
• Lokaler Brand Heskestad-Del.-Plume nach EC 1-1-2 und
Anhang Kap. 5 des vfdb-Leitfadens
• Höhe des Brandherdes über dem Boden: 2,50 m,
• Mind. Höhe des Dachtragwerks über dem Boden: 17,40 m,
• angesetzte Brandleistung: 15 MW.
1  2/3
r *Q
TP T 25,5
z5/3
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25. Bemessung Tragwerk Trompetergasse
• Plumemassenstrom bildet sich nicht ungehindert aus
• Einmischung auch von Heißgasen in den Plume
• vfdb-Leitfaden enthält Verfahren mit Plume-
Centerlinetemperatur
• Temperaturerhöhung wird auf die Heißgastemperatur
addiert
• Tplume,korr = 140 + 50,3 = 190,3 C.
• Tp = 155 C < Tplume,korr = 190,3 C < 500 C (krit.
Stahltemperatur) bei voller Lastausnutzung
• Dachtragwerk kann ungeschützt ausgeführt werden
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26. Zusammenfassung und Ausblick
• Centrum Galerie Dresden
• Anwendung vfdb-Leitfaden
• Leistungsbasierte Brandschutzbemessung
Rettungswege
Rauchableitung
Bauteile
• Danksagung an
Multi Development
26

27. Kontaktinformationen
hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH
Rotherstraße 19 Geschäftsführer:
10245 Berlin Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher Amtsgericht
Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän Berlin Charlottenburg
Rosental 5 Dipl.-Ing. Karsten Foth HRB 78 927
80331 München
Prokurist: Deutsche Bank P+G AG
Kurze Mühren 20 Dipl.-Ing. Harald Niemöller BLZ 100 700 24
20095 Hamburg Konto-Nr. 1419100
Beirat: IBAN-Nr. DE52100700240141910000
Wilhelm-Leuschner-Straße 41 Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser Swift-Code: DEUTDEDBBER
60329 Frankfurt am Main Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Ust-IdNr. DE217656065
Frankfurter Straße 2 email@hhpberlin.de Phone: +49 (30) 89 59 55 0
38122 Braunschweig www.hhpberlin.de Fax: +49 (30) 89 59 55 9 101
27

28. Brandschutztechn. Auslegung in der Praxis
Regelungen im Baurecht (LBauO, SonderbauVO,…)
Schutzziele des Brandschutzes
Übliche Vorgehensweise: Erfüllung Schutzziele präskriptiv
Traditionelle (präskriptive) Brandschutztechn. Auslegung
Konkrete materielle Anforderungen in den BauO bzw. SonderbauVO
Bemessung der Bauteile für ETK nach DIN 4102-4/DIN 4102-22
VORTEIL: Einfache Bemessung (Bemessungstabellen)
NACHTEIL: Häufig konservativer Nachweis
28

29. Leistungsorientierte Brandschutzbemessung
Nach MIndBauRL Ziffer 4.3 ist Nachweis mit Ingenieurmethoden zulässig
(leistungsorientierte Brandschutzbemessung)
MBO 3 lässt alternative Nachweise zu:
29

30. Alternative Bemessungsverfahren
Präskriptive Bemessung
Vorgeschriebene Anforderungen
(Bauordnung, Sonderbauvorschrift)
Nominelle Temperaturzeitkurven
Vollbrand – Einheitstemperaturzeitkurve (ETK)
Mechanische Einwirkungen
realistische Randbedingungen, reale Belastung
Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk
Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3
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31. Alternative Bemessungsverfahren
Leistungsorientierte Bemessung
(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)
Natürliche Brandszenarien
Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage
1200
natürliche Brände
1000
[ C]
800 Einheitstemperaturzeitkurve
ETK
600
Temperatur
400
200
0
0 15 30 45 60 75 90
Branddauer t [min]
31

32. Alternative Bemessungsverfahren
Leistungsorientierte Anforderungen
(Brandschutzkonzept/Brandschutznachweis)
Natürliche Brandszenarien
Brandeinwirkung auf physikalischer Grundlage
Mechanische Einwirkungen
realistische Randbedingungen, reale Belastung
Bauteil Teiltragwerk Gesamttragwerk
Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 3
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33. Ebene 0 (EG)
33

34. Ebene 1
34

35. Ebene 2
35

36. Ebene 3
36

37. Ebene 4
37

38. Ebene UG
38

39. Modellierung der Ausgänge
• Abmessungen
• Öffnungs- und Schließzeiten
• Durchflussrate [m³/s]
• Attraktivität (Haupt- oder Nebenausgang)
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40. Personenstromanalyse mit BuildingExodus
• Software zum von Personenströmen
• Individualmodell: Individuelle Bewegung von
Einzelpersonen werden berücksichtigt
• Dichte ist keine Eingangsgröße,
sondern Teil der Berechnung
• persönliche Parameter und Entscheidungen
können berücksichtigt werden
• Räumlich diskreter Ansatz: Bewegungsflächen werden als
diskrete Elemente dargestellt
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41. Ergebnis Evakuierungsberechnung
• Die Evakuierung der Ebenen verläuft über den gesamten
Zeitraum flüssig ohne größere Rückstauungen
• Das vereinbarte Schutzziel, Anstehzeiten innerhalb der
Ladeneinheiten von > 3 Minuten zu vermeiden, wird
erreicht
• Die Verkaufsbereiche sind nach spätestens 13,9 Minuten
evakuiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich alle
Personen im Treppenraum. Das Gesamtgebäude ist nach
17,3 Minuten evakuiert
• Die Verringerung der Ausgangsbreiten gegenüber
/SächsVerkbauR/ ist unkritisch, wenn raucharme Schicht
nachgewiesen
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