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    Brandschutzbeschichtung für Stahlbauteile

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    Brandschutzbeschichtung für Stahlbauteile
    Type de Document
    Cas d'utilisation
    GUID
    EFAAC841-FA46-4E48-B116-0147A78ED420
    Identifiant
    -
    Phase du Cycle de Vie
    HOAI
    Révision
    0.1
    Statut du Projet
    En révision
    Niveau de Maturité
    Exemple
    Publié le
    6 déc. 2021
    Dernière Modification
    20 janv. 2023
    Éditeur
    buildingSMART Germany
    Auteurs
    • Daniel Rückwardt
    Accueil
    Cas d'utilisation
    Brandschutzbeschichtung für Stahlbauteile

    Cas d'utilisation Définition du Document

    Exigences d'échange

    Impression

    Groupe de Projet

    • Daniel Rückwardt (Rudolf Hensel GmbH)
    • Fachliche Prüfung durch buildingSMART / bauforumstahl - Fachgruppe "BIM im Stahlbau" und Fachgruppe "Brandschutz mit BIM"

    Partenaires

    <p>Focus: Brandschutz und Stahlbau</p>

    Droits d'auteur

    buildingSMART Deutschland e. V.

    Die Dokumente sind als «Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International Lizenz» als Namensnennung - nichtkommerziell Weitergabe - unter gleichen Bedingungen lizenziert.

    Weitere Informationen unter: creativecommons

    Manipulation

    Die Dokumente entsprechen der aktuellen Best Practice und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie sind auch nicht im Sinne einer aus rechtlicher Sicht allgemeingültigen Empfehlung oder Leitlinie zu verstehen, sondern soll Auftraggeber und Auftragnehmer bei der Anwendung der BIM Methode unterstützen. Die Use Cases müssen den jeweiligen spezifischen Projektanforderungen angepasst werden. Die hier aufgeführten Beispiele erheben keinen Anspruch an Vollständigkeit. Informationen beruhen auf Erkenntnissen aus der Praxis und sind dementsprechend als Best Practice und nicht allgemeingültig zu verstehen. Da wir uns in einer Phase befinden, in der Definitionen erst entstehen, kann der Herausgeber keine Gewährleistung für die Richtigkeit einzelner Inhalte übernehmen.

    Résumé de la Gestion

    Dieser Use Case zeigt auf, wie Planer/Architekten, Stahlbauer, Hersteller von Brandschutzbeschichtungen für Stahlbauteile und Verarbeiter die Anforderungen und Produkteigenschaften für ein Brandschutzbeschichtungssystem in BIM kommunizieren können.

    Objectif et Portée

    • Die Brandschutzbeschichtung hat ggf. Einfluss auf die Auswahl der Stahlprofile durch den Planer, da massivere Profile niedrigere Schichtdicken benötigen, die ggf. in weniger Arbeitsgängen aufgebracht werden können. Bei fehlenden Zulassungen für z.B. verwendete Sonderprofile oder Zuglieder kann ein Stahlbau ggf. gar nicht wie geplant realisiert werden.
    • Eine frühzeitige Prüfung reduziert spätere Änderungskosten und erlaubt die Optimierung der Materialkosten für Stahlbau vs. Brandschutzbeschichtung.
    • Vergleichbarkeit verschiedener Brandschutzbeschichtungen über standardisierte Parameter
    • As-built-Dokumentation und Überwachung der Schichtdicken über verlinkte Messprotokolle an den Instanzen wird ermöglicht.

    Description

    Brandschutzbeschichtungssysteme für Stahl werden für den Innen- und Außenbereich, je nach Einsatzort auf Wasser- oder Lösemittelbasis, für offene und geschlossene, korrosionsgeschützte und verzinkte Profile angeboten. Im Brandfall schäumt (intumesziert) der Dämmschichtbildner auf, die Feuerwiderstandsklasse wird erreicht, indem dieser Schaum den Wärmedurchgang verzögert. Die Produkte für den Beschichtungsaufbau, bestehend aus Korrosionsschutz (Grundierung), Brandschutzbeschichtung (Dämmschichtbildner) und Deckanstrich (Überzugslack), müssen entsprechend der Zulassung in Abhängigkeit des Profiltyps in unterschiedlichen Schichtdicken verarbeitet werden. Dieser UC zeigt auf, wie Planer/Architekten, Stahlbauer, Hersteller von Brandschutzbeschichtungen für Stahlbauteile und Verarbeiter die Anforderungen und Produkteigenschaften für ein Brandschutzbeschichtungssystem in BIM kommunizieren können.

    Fachliche Prüfung durch buildingSMART / bauforumstahl - Fachgruppe "BIM im Stahlbau" 

    Phases du Cycle de Vie

    HOAI

    Objectifs & Avantages du BIM

    • Automatische Erstellung einer Stahlbaustückliste aus dem BIM-Modell für die Kalkulation einer geeigneten Brandschutzbeschichtung
    • Kalkulationsbasis für den Verarbeiter für Arbeitszeiten/-gänge und Materialbedarf als Grundlage für die Angebotserstellung (ggf. im BIM-Modell) 

    Délimitation

    • Vollumfänglich nur für Brandschutzbeschichtungen für Stahlbauteile geeignet, d.h. nicht z.B. für Beton oder Holz
    • Die Hinterlegung der Kalkulation oder des Angebotes für das Aufbringen der Brandschutzbeschichtung durch den Verarbeiter wird im UC nicht konkret beschrieben 

    Description

    Tabelle 1: Fire Protection Coatings for Steel Structures / Scenarios, IFC Attributes and Allowed Range of Values (DE: Brandschutzbeschichtungen für Stahlkonstruktionen / Szenarien, IFC-Attribute und zulässiger Wertebereich)
    Quelle: Daniel Rückwardt  / Stand 16.12.2020

    No.
    In
    Out
    Parameter/attribute name [units] [type] Required for calculation Parameter input by Parameter level Comment Allowed values
    Scenario 1
    General check of construction and required fire rating against RH portfolio
    Scenario 2
    Complete assessment of construction and calculation of a suitable fire protection coating system 
    Scenario 3
    Complete assessment of construction and calculation of a suitable fire protection coating system, including quotation of workhours by applicator 
    1 (Required) Fire Rating / Fire Resistance Period [min] [number] or [text] Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Required final fire rating with coating applied. R0 R15 R30 R45 R60 R75 R90 R105 R120 R150 R180 R240        
    2 Fire protection standard [text] Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Project Related to location of construction site. Project or Instance parameter? EN13381-8 BS476 Part 20/21 ASTM-E119 UL263 UL1709                      
    3 Critical Steel temperature  [°C] [number] Optional Optional Optional Planner, Architect Instance Related to fire protection standard, but architect/planner may differ from it.                                
    4 ifcMaterial: Steel grade [text]

    Optional Optional Mandatory Planner, Architect Instance Lower quality steel grades are not approved, calculation may be based on assumption (comment required!). S235 S275 S355 S420 S460 S540                    
    5 ifcRoot/description : Profile name [text]

    (IFC Type name?)
    Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Name must comply with international standards. For hollow profiles, diameter and wall thickness must be stated in a fixed/aligned format. May be related to profile type/name and extracted automatically.                                
    6 ifcMaterial: Profile type 1 [text] Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Beam Column Plate Diagonal ?? Angle ??                      
    7 ifcMaterial: Profile type 2 [text] Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Open Closed, square Closed, round Solid, square Solid, round                      
    8 Fire exposure [number] or [text] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance How to derive from the model? May be mandatory in case of marginal cases. Alternatively, for calculation purpose, may be considered as a 4-sided fire exposure.  1-sided 2-sided 3-sided 4-sided                        
    9 Burden [text] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance For calculation purpose, a worst case scenario or given type may be assumed (comment required!). Compression Tension Tension & Compression                          
    10 Degree of utilization [%] [number] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance For calculation purpose, a worst case scenario or given type may be assumed (comment required!).                                
    11 Length [m] Not required Mandatory Mandatory Automatic Instance Length of the columns/beams used to calculate the surface area for coating. Automatically derived from the model.                                
    12 Number/Count [number] Not required Mandatory Mandatory Automatic Instance The number of identical structures with identical requirements in the model. Automatically derived from the model.                                
    13 Surface treatment [text] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance For calculation purpose, a given type may be assumed (comment required!). Blasted SA2.5 Primed Galvanized Untreated Old coating                      
    14 Corrosivity category DIN EN ISO 12944 [text]

    ifcMaterial?
    Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Included in ifcMaterial? C2 low C2 medium C2 high C2 very high C3 low C3 medium C3 high C3 very high C4 low C4 medium C4 high C4 very high C5 low C5 medium C5 high C5 very high
    15 Weathering conditions [text] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect Instance Cannot be derived from the model, must be stated for each instance if variating or as project parameter. Z2 - inside T> 0 ° C, rel.H. <85% Z1 - inside T> 0 ° C, rel. ≥ 85% Y - Covered outdoor area without driving rain X - Outdoor area X - Swimming pool area X - Aggressive environmental conditions                    
    16 Place of application [text] Not required Optional Mandatory Planner, Architect Instance Must be stated for each instance if variating or as project parameter. At construction site Factory coating                            
    17 Surface quality - IGSB-Info 2 [text] Not required Optional Mandatory Planner, Architect Instance Requirements for surface texture and optical quality grade. Relevant for method of application (brush, roll, spray). Q1 - technical Q2 - standard Q3 - Decorative                          
    18 Green building requirements [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project May all be combined in one (project) parameter "Emission requirements" and values seperated with ";" or ":".  DGNB LEED BREEAM  AgBB Not specified                      
    19 Sustainability requirements [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project EPD Not specified                            
    20 Emissions requirements 1 [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project VOC <1g / l AgBB LEEDv4.0 LEEDv4.1 Indoor approval Not specified                    
    21 Emissions requirements 2 [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project VOC <1g / l AgBB LEEDv4.0 LEEDv4.1 Indoor approval Not specified                    
    22 Emissions requirements 3 [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project VOC <1g / l AgBB LEEDv4.0 LEEDv4.1 Indoor approval Not specified                    
    23 Emissions requirements 4 [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project VOC <1g / l AgBB LEEDv4.0 LEEDv4.1 Indoor approval Not specified                    
    24 Additional requirements [text] Optional Optional Optional Planner, Architect Project Any other instruction relevant for calculation or execution. Also required for single instances? Not specified                              
    25 Profile factor (U/A-Wert) [number] Mandatory Mandatory Mandatory Planner, Architect or Rudolf Hensel Instance Can be easiliy calculated for standard profiles, but what about welded non-standard parts? What about irregular geometries? Architect/planner should provide value.                                
    26 Profile weight [sqm/t] [number] Not required Mandatory Mandatory Planner, Architect or Rudolf Hensel Instance                                
    27 Profile surface area [sqm] [number] Optional Mandatory Mandatory Planner, Architect or Rudolf Hensel Instance                                
    28 Profile surface pre-treatment [text] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance Info/instruction to applicator regarding any required surface pre-treatment                                 
    29 Primer: product name [text] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance May all be combined in one parameter "ifcSteelCoating:Primer" with fixed/aligned structure and values seperated with ";" or ":".                                
    30 Primer: product number (EAN) [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    31 Primer: dry film thickness [µm] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    32 Primer: consumption [gr/sqm] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    33 Primer: manufacturer [text]   Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    34 Primer: total consumption [kg] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    35 Fire protection coating: product name [text] Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance May all be combined in one parameter "ifcSteelCoating: FireProtectionCoating" with fixed/aligned structure and values seperated with ";" or ":".                                
    36 Fire protection coating: product number (EAN) [number] Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    37 Fire protection coating: dry film thickness [µm] [number] Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    38 Fire protection coating: consumption [gr/sqm] [number] Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    39 Fire protection coating: manufacturer [text]   Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    40 Fire protection coating: type [text] Mandatory Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance 1K - water-based 1K - solvent based 2K - epoxy based                          
    41 Fire protection coating: total consumption [kg] [number] Not required Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    42 Fire protection coating: mode of application [text] Optional Optional Mandatory Rudolf Hensel Instance Airless spraying Brushing Rolling                          
    43 Top coat: product name [text] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance May all be combined in one parameter "ifcSteelCoating:TopCoat" with fixed/aligned structure and values seperated with ";" or ":".                                
    44 Top coat: product number (EAN) [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    45 Top coat: dry film thickness [µm] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    46 Top coat: manufacturer [text]  Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    47 Top coat: colour code [text]  Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    48 Top coat: consumption [gr/sqm] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                
    49 Top coat: total consumption [kg] [number] Optional Mandatory Mandatory Rudolf Hensel Instance                                

     

    Processus

    Diagramme de Processus

    Processus Global

    Description

    Modellelemente können in IFC-Schema  in einer räumlichen Hierarchie organisiert werden, die über die allgemeingültigen/globalen Parameter eines Projekts festgelegt werden können. Auf der untersten Ebene können einzelne Bauteile (Instanzen) mit Eigenschaften/Parametern versehen werden, die übergreifend über den Typ, z.B. ifcColumn oder ifcBeam, oder als zusammengefasste Baugruppe mittels „ifcElementAssembly“ addressiert werden können.

    Abb. 1: ifcBuildingElement von IFC4 Add TC1 Schema (Quelle: buildingSMART International)

    Mehr Details zum aktuellen IFC4-Schema (ISO) kann man unter diesem Link erfahren.

    Eine Vielzahl der Exchange Requirements im Stahlbau ist bauteilbezogen, d.h. nur für eine bestimmte Instanz gültig. Übergreifend sind auch allgemeingültige Projektparameter denkbar, wie z.B. der Normenbezug für den Brandschutz je nach Standort/Land des Bauvorhabens (FireProtectionStandard), oder eine etwaige Anforderung an einen Nachhaltigkeitsstandard (GreenBuildingStandard). Emissionsanforderungen, die nur für spezielle Räume innerhalb des Gebäudes gelten, z.B. für eine Kantine, können über einen ifcSpace festgelegt werden.

    Alternativ kann der Auftraggeber übergeordnete Anforderungen auch außerhalb des Modells kommunizieren. 

    Welche Ebenen sich zur Strukturierung der Modellelemente eines Projekts eignen und ob die Anforderungen des Auftraggebers über ifc-Parameter innerhalb des Modells kommuniziert werden, ist projektspezifisch vom Auftraggeber zu bewerten und in den sogenannten Auftraggeberinformationsanforderungen (AIA) zu berücksichtigen.

     

    Erforderliche und optionale Parameter:

    Dieser UC führt auch Parameter auf, die abhängig vom LOD bzw. Praxisfall als „nicht erforderlich“, „optional“ oder „erforderlich“ gekennzeichnet und vom Auftraggeber entsprechend zu kommunizieren sind.

     

    Anforderungen an ein Brandschutzbeschichtungssystem in BIM kommunizieren:

    Dämmschichtbildner, genauer dämmschichtbildende Brandschutzanstriche, sorgen als reaktive Brandschutzmaßnahme dafür, dass Stahlkonstruktionen im Brandfall geschützt werden, indem sie durch Aufschäumen (Intumeszieren) das Bauteil vom Feuer abschirmen und die Zeit bis zum Erreichen der kritischen Temperatur (Tkrit) verlängern. Die kritische Temperatur des Stahls ist die Temperatur, bei der die Streckgrenze des Stahls auf die im Bauteil vorhandene Stahlspannung absinkt.

    Brandschutzbeschichtungen bestehen aus mindestens zwei aufeinander abgestimmten Schichten: Der Grundbeschichtung/Grundierung, die dem Korrosionsschutz und als Haftgrund für die dämmschichtbildende Schicht dient, dem Dämmschichtbildner sowie ggf. einem zum System passenden Decklack.

    Da Brandschutzbeschichtungen nur wenige Millimeter dick und profilfolgend aufgebracht werden, kann im Standardfall auf eine Anpassung der Geometrie/Darstellung beschichteter Bauteile verzichtet werden.

    In der Praxis werden drei Szenarien unterschieden, die zukünftig mit BIM abgebildet werden müssen:

    Szenario 1: Anfrage eines Architekten oder Stahlbauers bei einem Hersteller von Brandschutzbeschichtungssystemen und Beurteilung, ob grundsätzlich ein Produktsystem mit Zulassung für die verwendeten Bauteile, die angestrebte Feuerwiderstandsklasse und ggf. weitere optionale Vorgaben vorliegt.

    Szenario 2: Vollständige Kalkulation der für eine angestrebte Feuerwiderstandsklasse benötigten Schichtstärken des Brandschutzsystems (Grundierung, Brandschutzbeschichtung, Decklack) für alle Bauteile inkl. Verbrauchsmengen.

    Szenario 3: Ein Verarbeiter kalkuliert die benötigten Arbeitsgänge/Stunden und Materialbedarf (individuelle Verbrauchsmengen abhängig von der gewählten Aufbringungsart) auf Basis der im Szenario 2 hinterlegten Werte und erstellt ein Angebot.  

    Für die Kommunikation/Identifikation der Bauteile, die mit einer Brandschutzbeschichtung versehen werden sollen, empfiehlt sich zunächst die Verwendung eines dedizierten Parameters ifcFireRatingCoating.

    Der Planer kann dann alle Bauteile/Instanzen mit Brandschutzanforderung, die beschichtet werden sollen, mit diesem Parameter versehen und den benötigten „Zielwert“ (R>0) hinterlegen. Hersteller/Anbieter von Brandschutzbeschichtungen oder Verarbeiter lesen dann Instanzen mit diesem Parameter im BIM-Modell aus und bearbeiten/berücksichtigen nur diese.

    Sofern alle drei Szenarien zukünftig mit BIM abgebildet werden sollen, werden sehr viele Attribute benötigt (s. nachfolgende Tabelle „Vorschlag ifc-Paramter zur Kommunikation der Brandschutzbeschichtung“).

    Es wird unterschieden zwischen Input- und Output-Parametern (Tabellenspalte „In/Out“) für Werte/Informationen, die ein Hersteller/Anbieter von Brandschutzbeschichtungen für eine Beurteilung und Kalkulation benötigt (Nr. 1 bis 20 bzw. 23), und solchen, die in das Modell zurückgeschrieben werden, um das Brandschutzsystem vollständig zu spezifizieren (Nr. 24. bis 49). Je nach Szenario gibt es zwingend benötigte oder optionale Informationen. Für einige Parameter sollte ein Wertebereich vorgegeben werden bzw. die Schreibweise/Reihenfolge vereinheitlicht werden.

    Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Parameter Nr. 21 bis 23 zu richten.

    Die Kalkulation der benötigten Schichtdicken in einem Brandschutzsystem richtet sich nach dem Verhältniswert U = Umfang Stahlprofil in cm zu A = Querschnittfläche Stahlprofil in cm2 (U/A-Wert). Der U/A-Wert kann aus der Geometrie des Bauteils abgeleitet bzw. automatisch errechnet werden, insbesondere bei genormten Profilen, sodass Hersteller/Anbieter von Brandschutzbeschichtungen diesen Wert selbst ermitteln können (s. folgendes Beispiel eines IPE-Standardprofils).

    Bei Sonder- und Schweißprofilen muss der U/A-Wert jedoch zwingend vom Autorensystem ermittelt und für die Kalkulation vorgegeben werden.

    Zusätzlich ist für die Erwärmung einer Stahlkonstruktion, die dem Feuer ausgesetzt ist, und Berechnung der Zeit bis zum Erreichen der kritischen Temperatur (Tkrit) der Profilfaktor (Nr. 21) von großer Bedeutung. Der Profilfaktor ist nach EC3-1-2 als Verhältnis von Am = brandbeanspruchter Oberfläche zu V = Volumen des Stahlbauteiles definiert. Für Bauteile mit über die Länge gleichbleibendem Querschnitt ist der Profilfaktor identisch mit dem U/A-Wert nach DIN 4102 Teil 4, bei Sonder- und Schweißprofilen ist er das u. U. nicht.

    Entweder ist die zu beschichtende Oberfläche des Profils (Nr. 23) bei Sonder- und Schweißprofilen direkt als brandbeanspruchte Oberfläche Am oder aber bei Standardprofilen als Umfang und Anzahl der Seiten, die dem Feuer ausgesetzt sind, vorzugeben und i. V. m. der Länge des Profils daraus die zu beschichtende Oberfläche vom Hersteller/Anbieter abzuleiten.

    Anschlussbauteile werden ohne abweichende Vorgabe immer beschichtet wie das Hauptprofil. Dafür wird dann für ein Projekt pauschal einen Mehrverbrauch von z.B. 10% für alle Anschlussbauteile angesetzt. Alternativ können Anschlussbauteile im BIM-Modell mit eigenen ifcFireRatingCoating versehen und die zu beschichtende Oberfläche (Nr. 23) vorgegeben werden.

    Für die genaue Spezifikation des Brandschutzsystems durch den Hersteller/Anbieter wurden 21 Parameter (Nr. 25 bis 49) vorgesehen, die ggf. zu drei Parametern zusammengefasst werden können, sofern diese hinreichend standardisiert werden (Reihenfolge, Schreibweise, Einheiten).

    Ein Vorschlag für ein BPM-Diagramm der Abstimmungsprozesse zwischen den Beteiligten liegt ebenfalls vor:

    Abb. 3: Prozess Teil 1 (Quelle: Rudolf Hensel GmbH)

    Abb. 4: Prozess Teil 2 (Quelle: Rudolf Hensel GmbH)