Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail: Band 3 · Umsetzung [2. Aufl. 2019] 978-3-662-57400-3, 978-3-662-57401-0

Table of contents :
Front Matter ....Pages I-XXXII
Flächenstösse (José Luis Moro)....Pages 2-45
Verbindungen (José Luis Moro)....Pages 46-340
Äussere Hüllen (José Luis Moro)....Pages 342-851
Innere Hüllen (José Luis Moro)....Pages 854-1086
Back Matter ....Pages 1088-1113

Citation preview

José Luis Moro

Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail Band 3 · Umsetzung 2. Auflage

Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail

José Luis Moro

Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail Band 3 · Umsetzung 2., überarbeitete und erweiterte Auflage Unter Mitarbeit von Matthias Weißbach Vorwort von Jörg Schlaich

José Luis Moro Institut für Entwerfen und Konstruieren Universität Stuttgart Stuttgart, Deutschland

ISBN 978-3-662-57400-3 ISBN 978-3-662-57401-0  (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National­ bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Vieweg © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009, 2019 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von allgemein beschreibenden Bezeichnungen, Marken, Unternehmensnamen etc. in diesem Werk bedeutet nicht, dass diese frei durch jedermann benutzt werden dürfen. Die Berechtigung zur Benutzung unterliegt, auch ohne gesonderten Hinweis hierzu, den Regeln des Markenrechts. Die Rechte des jeweiligen Zeicheninhabers sind zu beachten. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informa­ tionen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Lektorat: Frieder Kumm Springer Vieweg ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer-Verlag GmbH, DE und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany

V

meiner Ehefrau Maria Julia meinen Kindern Diana, Julia und Luis

VI

Vorwort

Das Planen, Entwerfen und Konstruieren, die eng miteinander verknüpften Themen dieser drei Bücher (oder dieses ersten von drei Bänden), sind im Prinzip äußerst komplexe Vorgänge, weil sie nicht linear sondern zyklisch/konzentrisch ablaufen. Sie verlaufen auf schrumpfenden Kreisen oder Schleifen, an deren Umfang bei jedem Umlauf erneut die Randbedingungen abgefragt werden, die es zu erfüllen gilt: Funktion, Standfestigkeit, Gestalt und Einfügung in das Umfeld, Wärme-, Schall- und Brandschutz, Dauerhaftigkeit, Fertigung, Montage, Wirtschaftlichkeit etc. So kommen sie schließlich auf „den Punkt“, also zu einer der vielen möglichen subjektiv befriedigenden Lösungen, aus denen dann in weiteren Iterationsschritten, vor und zurück, „die Lösung“ hervorgeht. Daraus folgt auch, dass es niemals die objektiv richtige oder gar die einzig beste Lösung gibt, sondern unzählige subjektive, weil man insbesondere das Entwerfen auch als gemischt deduktiven und induktiven Vorgang definieren kann, also einen logisch wissenschaftlichen „aus dem Kopf heraus“ und intuitiv / kreativen „aus dem Bauch heraus“. Sonst bräuchte es ja, um ein offensichtliches Beispiel zu nennen, für einen Wettbewerbsentscheid keine Jury sondern nur eine schlaue Excel-Tabelle. Daraus folgt, dass dieser komplexe Ablauf buchstäblich seines Charakters beraubt wird, wenn er in einem „seitenweisen“ Buch notwendigerweise linearisiert wird. So addieren in der Tat die meisten Autoren, die sich mit diesem Thema beschäftigen – und das sind in letzter Zeit wirklich so viele, dass sich die Begeisterung über noch ein solches Buch zunächst sehr in Grenzen hält – Titel an Titel oder Bauteil an Bauteil, also beispielsweise Deckenplatten, Unterzüge, Stützen, Fundamente. Danach überlassen sie es dem Leser, dies alles zu einem Ganzen zu fügen und zeigen bestenfalls noch Ausführungsbeispiele ohne zu erklären, warum die so sind oder wie sie sonst noch hätten sein können. Peinlich wird es, wenn diese Aneinanderreihung der typischen Bauteile auch noch fein säuberlich nach Werkstoffen sortiert dargeboten wird, als wolle ein Bauherr einen Beton-, Stahl- oder Holzbau. Nein, er will einen guten Bau und da bietet sich oft und heute zunehmend die Werkstoffmischung an, Misch-, Verbund- oder Schichtbauweisen. Diese leider häufige Verkürzung eines zwar schwierigen aber gerade deshalb kreativen und einfach schönen Vorgangs auf eine Addition ist gerade für ein Lehrbuch und da besonders für Ingenieure fatal, weil die so zum Statiker oder bestenfalls zum Konstrukteur erzogen und so des schönsten Teils ihres Berufs beraubt werden, eben des kreativen subjektiven Entwerfens, in dem sie mit Begeisterung ihr erlerntes Wissen und ihre angeborene Phantasie einbringen können und sollen. Klar worauf dies hinaus will! Die frohe Botschaft lautet, dass mit diesen Büchern, die der Leser dieser Zeilen in der Hand hat, der ausdrücklich bewusste und äußerst nachdrücklich verfolgte Versuch unternommen wurde, das

VII

Planen, Entwerfen und Konstruieren von Bauwerken in seiner Ganzheitlichkeit darzustellen, indem die einzelnen Kapitel nicht einfach addiert sondern durch ihre notwendigen Querverbindungen vielfältig und sachgerecht verknüpft werden, selbstverständlich werkstoffübergreifend und in ganzer Bandbreite. Man erfährt, warum was so ist und wie sich die verschiedenen Lösungsprinzipien aus den charakteristischen physikalischen Wirkprinzipien entwickeln. Andererseits wird nicht verschwiegen, dass die zunehmende Aufteilung des Planens auf Spezialisten konfliktträchtig und nicht unbedingt qualitätsfördernd ist, so dass ein wesentliches Ziel dieser Bücher der Blick über den Zaun ist. Eine Gruppe von Individualisten, die wir ja alle sein wollen, kann nur gemeinsam Qualität schaffen, wenn jeder auf das Wissen des anderen neugierig ist und es nicht um die Frage geht, was von wem kommt, sondern nur dass das Ganze gut ist. Möge die wohlformulierte, intensiv argumentierende und sehr anschaulich bebilderte Botschaft dieser Bücher nicht nur bei den jungen Architekten sondern ebenso bei den Ingenieuren gehört und beherzigt werden. Sie werden belohnt mit der beglückenden Erfahrung, dass wir Bauenden noch Generalisten sind. Wir können und dürfen ein Bauwerk vom ersten Bleistiftstrich bis zum letzten Nagel begleiten und sind für seine Qualität selbst verantwortlich. Dabei wollen wir uns nicht auf unseren Lorbeeren ausruhen, sondern das Erreichte, mit unserem nächsten Entwurf vor Augen, selbstkritisch prüfen. Jörg Schlaich

VIII

Einführung

Dieses Buch geht der Frage nach, weshalb Baukonstruktionen so sind wie sie sind. In einer hochkomplexen, fragmentierten und schwer überschaubaren Bauwelt verdient es der Bauschaffende, und hier insbesondere der junge Lernende, wieder an die Ursprünge des baukonstruktiven Umgangs mit Material heran-, man möchte sagen zurückgeführt zu werden, ohne deren Kenntnis jede Beschäftigung mit Bauen sinn- und ziellos, in letzter Konsequenz zur Erfolglosigkeit verurteilt ist. Gleichzeitig soll unser bilderversessener Berufsstand, die Architektenschaft, daran erinnert werden, dass unsere Arbeit ihre vielschichtigen geistigen Dimensionen nur deshalb entfalten kann, weil sie eine materielle Basis besitzt, nämlich die Baukonstruktion, welche – gleichgültig ob wir es anerkennen oder nicht – zu einem wesentlichen Teil von der Geometrie, der Schwerkraft und anderen physikalischen Phänomenen bestimmt ist. Es ist letzen Endes die Baustruktur, die wir wahrnehmen und auf unsere Sinne wirkt, welche Ausgangspunkt und Vehikel des künstlerischen Ausdrucks, in letzter Konsequenz der Baukunst, ist. Die gleichen Prinzipien der Baukonstruktion, die dieses Werk im Titel trägt, liegen unserer Arbeit wie auch derjenigen unserer Vorgänger und Vorfahren zugrunde, weil sie auf Gesetzen der Materie, auf physikalischen Wirkungen und auf geometrischen Beziehungen beruhen, die gestern wie heute gültig sind. Sie sind dem wachen Verstand ganz unmittelbar zugänglich, wenn man sich, von Neugier getrieben, bereitwillig auf das Thema einlässt. Sie müssen nur unter dem Schutt eines ausufernden Spezialwissens befreit werden, das unsere (nur in ausgesuchten Teilbereichen) hochentwickelte Bauwelt angesammelt hat, das einige Hohepriester des Spezialistentums eifersüchtig pflegen, das jedoch ohne Einbettung in einen Sinnzusammenhang unseren Verstand nur blendet und fehlleitet. Diesem Ziel habe ich mich mit diesem Werk verpflichtet. Mit dieser Zielsetzung galt es, für die einzelnen Teilgebiete des Konstruierens zunächst Funktionen oder Aufgaben herauszuarbeiten, dann verschiedene Lösungsprinzipien darzustellen, die zumeist auf charakteristischen physikalischen Wirkprinzipien und geometrischen Ordnungen beruhen, dann in einem letzten Schritt zur Materialisierung der Konstruktion überzugehen. Dieser Sequenz folgt im Wesentlichen auch die Struktur des dreibändigen Werks. Wenn es bereits innerhalb einer bestimmten Fachsparte eine Herausforderung darstellt, fundamentale Lösungsprinzipien zu abstrahieren, so ist es eine bedeutend größere, Bezüge und gegenseitige Abhängigkeiten zwischen den Disziplinen, die in der Baukonstruktion zusammentreffen, aufzuzeigen und in eine verständliche und fassbare Form zu bringen. Ich habe hierfür den Versuch unternommen, Sachverhalte aus den verschiedenen Fachbereichen in eine möglichst konsistente und durchgängige logische Struktur zu integrieren. Dafür waren einige Termini einzuführen, um Konzepte zu benennen, für die es meines Wissens bislang

IX

keine Fachbegriffe gab. Für diese Anmaßung bitte ich die Fachwelt bereits jetzt um wohlwollendes Verständnis. Einen sehr hohen Stellenwert hat der durchgängige, argumentierende Textfluss sowie die beigeordneten Querverweise, womit die vielfältigen Verknüpfungen und gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Teilbereichen und -disziplinen deutlich werden sollen. Auch wurde eine größtmögliche Anschaulichkeit der Abbildungen angestrebt, um ein unmittelbares Verstehen der Aussage zu erleichtern. Ich habe hierfür manchmal gegen (orthodoxe) Konventionen bewusst (oder auch ahnungslos), aber wie ich glaube stets mit gutem Grund verstoßen. Um die enorme Bandbreite der Thematik mit Konsistenz und einer adäquaten Durchdringungstiefe abzudecken, war es unumgänglich, in fremden Gefilden zu wildern. Für Ungenauigkeiten und Unschärfen bitte ich deshalb die Fachwelt bereits jetzt um Nachsicht. Mit ihrer Hilfe werde ich etwaige Unzulänglichkeiten hoffentlich nach und nach aus der Welt schaffen.



Ich wäre zufrieden, wenn andere an der Lektüre dieses Buchs die gleiche Freude fänden wie ich an seiner Ausarbeitung. Publikationen des Umfangs und der Bandbreite des vorliegenden Werks sind immer das Resultat einer Zusammenarbeit. Der Ursprung des Projekts liegt in unserem Vorlesungsmanuskript, das im Laufe mehrerer Jahre von Grund auf neu erarbeitet wurde. Neben den Mitautoren des vorliegenden Werks Matthias Rottner und Dr. Bernes Alihodzic, zu denen etwas später auch Dr. Matthias Weißbach stieß, ohne deren Beitrag an Geduld, Konstanz und Engagement dieses ehrgeizige Projekt nicht realisierbar gewesen wäre, sind weitere, zum Teil ehemalige Mitarbeiter zu nennen: unter ihnen insbesondere Dr. Peter Bonfig, der während der konzeptionellen Entstehungsphase unseres Vorlesungsmanuskripts wesentliche Ideen beigetragen hat, aber auch Christian Büchsenschütz, Christoph Echteler, Melanie Göggerle, Karin Jentner, Magdalene Jung, Stephanie Krüger, Lukas Kohler, Christopher Kuhn, Julian Lienhard, Manuela Langenegger, Gunnar Otto, Tilman Raff, Alexandra Schieker, Ying Shen, Brigitta Stöckl, Xu Wu, sowie nicht zuletzt Ole Teucher, auf den zahlreiche Zeichenarbeiten zurückgehen. Besonderer Dank gilt auch den Kollegen, die es auf sich genommen haben, zum Teil sehr umfangreiche Manuskriptabschnitte gegenzulesen wie Prof. K. Gertis, Prof. H. W. Reinhardt und Prof. S. R. Mehra sowie auch Prof. Jörg Schlaich für sein freundliches Vorwort. Verpflichtet bin ich auch Kollegen und Freunden wie Dr. Jenö Horváth für die geduldige Beantwortung meiner Fragen, Karl Humpf für seine sorgfältige Manuskriptkorrektur sowie auch Dr. Ch. Dehlinger. Großzügig haben uns umfangreiches Bildmaterial zur Verfügung gestellt Prof. K. Ackermann, Prof. P. C. v.

Danksagung

X

Stuttgart, im Juni 2008 J. L. Moro Vorwort zur zweiten Auflage

Seidlein, Prof. Th. Herzog, Prof. F. Haller, Prof. U. Nürnberger, Prof. P. Cheret und Prof. D. Herrmann. Herrn Lehnert vom Springer-Verlag danken wir für seine bedingungslose Unterstützung und für seine Geduld. Auch allen Freunden und Kollegen, die uns während der Ausarbeitung stets unterstützt und Mut zugesprochen haben, sei hiermit im Namen aller Autoren herzlich gedankt. Neuerungen in der Normung, die in den letzten zehn Jahren eingeführt wurden, sind in diese Neuauflage aufgenommen worden. Dies betrifft in erster Linie den Schallschutz, die Abdichtung von feuchtebelasteten Bauteilen sowie Entwurf und Konstruktion von Tragwerken. Die Änderungen waren zum Teil so grundlegend, dass einzelne Kapitel nahezu vollständig umgeschrieben wurden. Inhaltlich hat man ferner verschiedene Themen aufgegriffen, die in der 1. Auflage nicht vertiefend behandelt wurden, wie etwa feuchtebeanspruchte Fußböden oder kraftleitende Wärmedämmelemente an auskragenden Balkonplatten. Wie auch bei den bereits erschienenen Bänden 1 und 2 hat man sich bemüht, die Lesbarkeit des Texts sowie auch der Abbildungen zu verbessern. Im Text wurde deutlich sparsamerer Gebrauch von Hervorhebungen gemacht, um das Schriftbild insgesamt ruhiger und damit besser lesbar zu gestalten. Dennoch wurde an der Praxis festgehalten, die Schlüsselbegriffe in Absätzen fett darzustellen, um ein rasches Erfassen der Kernaussage zu ermöglichen. Die textliche Formatierung wurde strikt vereinheitlicht, was zusätzlich zur visuellen Beruhigung des Textes beigetragen hat. Die Grafik sämtlicher Abbildungen wurde überarbeitet und deutlich verbessert, um ihre Anschaulichkeit und Lesbarkeit zu erhöhen. Auch die grafischen Standards wurden streng vereinheitlicht, ebenfalls zum Zweck einer besseren Lesbarkeit und Vergleichbarkeit. Ein wichtiges Ziel dieser Neuauflage war, die Orientierung und Navigation innerhalb des Werks zu erleichtern. Dem Autor sind die Schwierigkeiten bewusst, die sich aus der eher ungewöhnlichen Strukturierung der Inhalte ergeben. Zwecks Erleichterung des Auffindens bestimmter Themen oder Konstruktionsarten innerhalb eines Kapitels wurde deshalb am Beginn des Kapitels eine Übersichtsseite eingeführt. In ihr sind die jeweils behandelten Themen anhand visuell leicht erfassbarer Logos gelistet. Vom Logo wird direkt auf die Buchseiten verwiesen, in denen das Thema behandelt wird. Für eine verbesserte Navigation zwischen den Kapiteln zur Gebäudehülle wurden ferner im Kapitel XIII-1 zwei Übersichten mit anschaulichen Bauwerkslogos eingeführt. Eine der Übersichten verweist auf die Hüllkonstruktionen nach ihrem strukturellen Aufbau (dem Ordnungskriterium, das der Buchgliederung zugrundeliegt), die andere nach der konventionellen Unterscheidung in Gebäudeteile wie Wand, Dach, Decke etc. Vom Logo wird wiederum direkt auf die Buchseite verwiesen, wo das Thema behandelt wird. Wir

XI

hoffen, dem Leser damit die Orientierung innerhalb des Werks deutlich erleichtert zu haben. Mein Dank gilt den zahlreichen Personen, die auch bei dieser zweiten Auflage viel zum guten Gelingen beigetragen haben. Besonders zu nennen sind wegen ihrer sorgfältigen und engagierten Zeichen- und Formatierungsarbeit unsere studentischen Hilfskräfte Uta Lambrette, Katrin Fessel, Johannes Rinderknecht, Eider Yarritu Inoriza, Martin Feustel, Nina Kurz, Susan auf der Mauer und Yigit Büyük. Ebenfalls bedanken möchte ich mich bei M. Arch. Franz Arlart für seine stetige und sorgfältige Organisationsarbeit. Dank gebührt auch den Herren Kumm und Harms vom Springer-Verlag.

Stuttgart, im September 2019 J. L. Moro

XII

INHALTSÜBERSICHT DES GESAMTWERKS BAND 1

GRUNDLAGEN

I Konstruieren II Struktur II-1 Ordnung und Gliederung II-2 Industrielles Bauen II-3 Maßordnung III Nachhaltigkeit III-1 Kontext III-2 Ökologie III-3 Ökonomie III-4 Soziales III-5 Ökobilanzen III-6 Recycling IV Stoffe IV-1 Materie IV-2 Werkstoff IV-3 Stein IV-4 Beton IV-5 Holz IV-6 Stahl IV-7 Bewehrter Beton IV-8 Glas IV-9 Kunststoff V Bauprodukte V-1 Künstliche Steine V-2 Holzprodukte V-3 Stahlprodukte V-4 Glasprodukte V-5 Kunststoffprodukte VI Funktionen VI-1 Spektrum VI-2 Kraftleiten (mit Dr. Matthias Weißbach) VI-3 Thermohygrische Funktionen VI-4 Schallschutz VI-5 Brandschutz VI-6 Dauerhaftigkeit

BAND 2

KONZEPTION

VII

Herstellung von Flächen

VIII

Aufbau von Hüllen

IX Primärtragwerke (mit Dr. Matthias Weißbach) IX-1 Grundlagen IX-2 Typen IX-3 Verformungen IX-4 Gründung

XIII

X Bauweisen X-1 Mauerwerksbau X-2 Holzbau X-3 Stahlbau X-4 Fertigteilbau X-5 Ortbetonbau XI Flächenstöße

BAND 3

UMSETZUNG

BAND 4

PRINZIPIEN

XII Verbindungen (mit Dr. Matthias Weißbach) XII-1 Grundlagen des Fügens XII-2 Kraftübertragung XII-3 Fügeverfahren XII-4 Zusammensetzen XII-5 An- und Einpressen XII-6 Fügen durch Urformen XII-7 Fügen durch Umformen XII-8 Fügen durch Stoffvereinigen XIII Äußere Hüllen XIII-1 Grundsätzliches XIII-2 Erdberührte Hüllen XIII-3 Schalensysteme XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme XIII-5 Rippensysteme XIII-6 Punktgehaltene Glashüllen XIII-7 Addierte Funktionselemente XIII-8 Membransysteme XIII-9 Öffnungen XIV Innere Hüllen XIV-1 Grundsätzliches XIV-2 Horizontale Raumabtrennungen XIV-3 Vertikale Raumabtrennungen XIV-4 Öffnungen 1 Maßstab 2 Nachhaltigkeit 3 Werkstoffe 4 Funktionen 5 Form 6 Flächen 7 Aufbau 8 Bauweisen 9 Verbinden 10 Konstruieren Die einzelnenen Kapitel wurden von Prof. José Luis Moro und dem in Klammern aufgeführten Mitautor erarbeitet. Dr. Bernes Alihodzic war für die Gesamtredaktion der 1. Auflage zuständig.

XIV

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Grundsätzliches.......................................................... 4 1.1 Funktionen.............................................................. 4 2. Bauteilfuge................................................................... 6 2.1 Erschwernisse bei der Fugengestaltung................ 6 2.2 Fugengestaltung an singulären Punkten................. 7 3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen.............. 12 4. Prinzipien der Stoßausbildung................................ 14 4.1 Offene Fuge.......................................................... 15 4.2 Kapillarfuge........................................................... 18 4.2.1 Physikalischer Kapillareffekt........................ 18 4.2.2 Kritische Kapillarbreite................................. 19 4.2.3 Baupraktische Verhältnisse.......................... 19 4.3 Geschlossene Fuge.............................................. 21 4.3.1 Pressfuge..................................................... 21 4.3.2 Fuge mit Stoffverbund................................. 22 4.3.3 Fuge mit Füllung und Flankenhaftung......... 22 4.3.4 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck............................................... 23 4.3.5 Fuge mit Füllung und Anpressdruck sowie zusätzlicher Flankenhaftung.............. 23 5. Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtheit einer Fuge................................................. 24 5.1 Verlängern des Fugenverlaufs – geometrische Maßnahmen................................... 24 5.2 Entspannungskammern........................................ 25 5.3 Hydrophobierung der Fugenflanken..................... 26 5.4 Ausnutzung der Schwerkraft................................ 26 5.5 Schaffung eines Druckgefälles............................. 26 5.6 Wassertemperatur................................................ 26 5.7 pH-Wert................................................................ 26 6. Fugengeometrie........................................................ 27 6.1 Gerade rechtwinklige Fuge................................... 27 6.2 Schräge Fuge........................................................ 30 6.3 Abgedeckte Fuge.................................................. 31 6.4 Hinterlegte Fuge...................................................34 6.5 Überlappende Fuge..............................................36 6.6 Gefalzte Fuge........................................................38 6.7 Nut-und-Feder-Fuge.............................................40 6.8 Fuge mit Aufkantung vorne.................................. 42 6.9 Fuge mit Aufkantung hinten..................................44 Anmerkungen...................................................................45 Normen und Richtlinien....................................................45

XV

XII VERBINDUNGEN (mit Dr. Matthias Weißbach) 1. Fügen – grundsätzliche Gesichtspunkte................ 48 2. Definition des Fügens............................................... 48 3. Klassifikation von Verbindungen............................ 50 3.1 Randbedingungen und Einflüsse auf eine Verbindung....................................................50 3.1.1 Statische Randbedingungen......................50 3.1.2 Geometrische Randbedingungen..............54 3.1.3 Räumliche Randbedingungen für Montage und Wartung..........................56 3.1.4 Witterungseinflüsse...................................58 3.1.5 Andersartige externe Einflüsse..................58 3.2 Funktionale Anforderungen an eine Verbindung....................................................59 3.2.1 Kraftleiten...................................................59 3.2.2 Aus der Hüllfunktion...................................60 3.2.3 Aus der Forderung nach dauerhafter Sicherung der Verbindung................. 62 3.2.4 Aus der Herstellung der Verbindung..........65 3.2.5 Aus der Forderung nach Veränderbarkeit oder Recyclingfähigkeit der Konstruktion.........................................66 3.3 Konstruktive Ausführung......................................68 3.3.1 Werkstoff...................................................68 3.3.2 Querschnittsgeometrie..............................68 3.3.3 Zusammenführung der Systemlinien......... 70 3.3.4 Technologie des Fügens............................ 71 3.3.5 Zusatzelemente.......................................... 71 3.3.6 Effektive Fugengeometrie.......................... 72 3.3.7 Schnittigkeit................................................ 73 3.3.8 Art der Kraftleitung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche................................... 73 3.3.9 Art der Dichtung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche................................... 76 3.3.10 Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche............................................... 76 4. Verbindungen für Primärtragwerke – einige Besonderheiten.........................................................84 5. Systematik von Verbindungen – grundlegende Erwägungen.....................................84 5.1 Ordnungsmerkmal: Werkstoff..............................85 5.2 Ordnungsmerkmal: Prinzip der Kraftübertragung...................................................86 5.3 Ordnungsmerkmal: Fertigungs verfahren Fügen....................................................86 5.4 Hierarchie der Ordnungsmerkmale....................... 87

XII-1 Grundlagen des Fügens

XVI

Anmerkungen................................................................... 92 Normen und Richtlinien....................................................93 XII-2 Kraftübertragung

1. Zielsetzung................................................................. 96 2. Feste und bewegliche Verbindungen..................... 96 3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berühr fläche – die Schlussarten und die schlusserzeu genden Kräfte............................................................ 98 3.1 Formschluss..........................................................98 3.2 Stoffschluss..........................................................98 3.3 Kraftschluss..........................................................99 3.3.1 Normaler Kraftschluss.................................99 3.3.2 Tangentialer Kraftschluss (Reibschluss).... 102 4. Die Kraftübertragung im Raum............................. 104 4.1 Erzeugung fester und beweglicher Verbindungen...................................................... 104 4.2 Schlussartenmatrix............................................. 104 5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung.................................................... 110 5.1 Werkstoff und Bauprinzip................................... 110 5.2 Werkstoff und Fügung........................................ 112 5.2.1 Druckstöße................................................ 112 5.2.2 Zugstöße.................................................... 112 5.2.3 Besonderheiten von Scher verbindungen im Holzbau.......................... 115 5.2.4 Anordnung von stiftförmigen Verbindungsmitteln im Holzbau................. 116 5.2.5 Knotenverstärkungen im Holzbau.............. 116 Anmerkungen................................................................. 120

XII-3 Fügeverfahren

1. Das Fertigungsverfahren Fügen............................ 124 2. Zusammensetzen.................................................... 126 2.1 Auflegen, Aufsetzen, Schichten.......................... 126 2.2 Einlegen, Einsetzen............................................. 126 2.3 Ineinanderschieben............................................. 126 2.4 Einhängen........................................................... 126 2.5 Einrenken............................................................ 126 2.6 Federnd Einspreizen........................................... 126 3. Füllen........................................................................ 128 3.1 Einfüllen.............................................................. 128 3.2 Tränken, Imprägnieren......................................... 128 4. An- und Einpressen................................................ 128 4.1 Schrauben........................................................... 128

XVII

4.2 Klemmen............................................................. 128 4.3 Klammern............................................................ 128 4.4 Fügen durch Pressverbindung............................ 128 4.4.1 Fügen durch Einpressen, Verstiften......... 128 4.4.2 Fügen durch Schrumpfen......................... 128 4.4.3 Fügen durch Dehnen................................ 128 4.5 Nageln, Einschlagen........................................... 130 4.6 Verkeilen............................................................. 130 4.7 Verspannen......................................................... 130 5.  Fügen durch Urformen........................................... 131 5.1 Ausgießen........................................................... 131 5.2 Einbetten............................................................. 132 5.2.1 Umspritzen............................................... 132 5.2.2 Eingießen (Umgießen).............................. 132 5.2.3 Einvulkanisieren........................................ 132 5.3 Vergießen............................................................ 132 5.4 Eingalvanisieren.................................................. 132 5.5 Ummanteln......................................................... 132 5.6 Kitten................................................................... 132 6. Fügen durch Umformen......................................... 134 6.1 Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper... 134 6.1.1 Drahtflechten............................................ 134 6.1.2 Gemeinsames Verdrehen......................... 134 6.1.3 Verseilen................................................... 134 6.1.4 Spleißen................................................... 134 6.1.5 Knoten...................................................... 134 6.1.6 Wickeln mit Draht..................................... 134 6.1.7 Drahtweben.............................................. 134 6.1.8 Heften...................................................... 134 6.2 Fügen d. Umformen bei Blech-, Rohr und Profilteilen.................................................... 134 6.2.1 Fügen durch Körnen oder Kerben............ 134 6.2.2 Gemeinsames Fließpressen..................... 136 6.2.3 Gemeinsames Ziehen (Ummanteln)........ 136 6.2.4 Fügen durch Weiten................................. 136 6.2.5 Fügen durch Engen.................................. 136 6.2.6 Fügen durch Bördeln................................ 138 6.2.7 Falzen....................................................... 138 6.2.8 Wickeln..................................................... 138 6.2.9 Verlappen................................................. 138 6.2.10 Umformendes Einspreizen....................... 138 6.2.11 Durchsetzfügen........................................ 138 6.2.12 Verpressen............................................... 138 6.2.13 Quetschen................................................ 138 6.3 Fügen durch Nietverfahren................................. 138 6.3.1 Nieten....................................................... 138 6.3.2 Hohlnieten................................................ 138 6.3.3 Zapfennieten............................................. 138 6.3.4 Hohlzapfennieten...................................... 138 6.3.5 Zwischenzapfennieten............................. 139 6.3.6 Stanznieten............................................... 139

XVIII

7. Fügen durch Schweißen........................................ 142 7.1 Schweißen von Metallen..................................... 144 7.1.1 Pressschweißen........................................ 144 7.1.2 Schmelzschweißen.................................... 144 7.2 Schweißen von Kunststoffen.............................. 144 8. Fügen durch Löten.................................................. 146 8.1 Verbindungs-Weichlöten..................................... 146 8.2 Verbindungs-Hartlöten........................................ 146 9. Kleben....................................................................... 148 9.1 Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen.................................... 148 9.1.1 Nasskleben................................................ 148 9.1.2 Kontaktkleben............................................ 148 9.1.3 Aktivierkleben............................................ 148 9.1.4 Haftkleben................................................. 150 9.2 Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionsklebstoffen)..................... 150 Anmerkungen................................................................. 152 Normen und Richtlinien.................................................. 153 XII-4 Zusammensetzen

1. Allgemeines............................................................. 156 1.1 Schlussarten....................................................... 156 1.2 Merkmale............................................................ 156 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................. 157 2. Zusammensetzen von Mauersteinen................... 158 3. Zusammensetzen von Holzbauteilen................... 160 3.1 Verbindungen längs anstoßender Stäbe............. 160 3.2 Verbindungen quer anstoßender Stäbe.............. 162 3.3 Verbindungen übereck anstoßender Stäbe........ 164 3.4 Verbindungen schräg anstoßender Stäbe........... 164 3.5 Mechanisches Wirkprinzip.................................. 166 3.6 Geometrische Vorgaben für Versätze................. 166 3.7 Moderne CNC-gefertigte formschlüssige Holzverbindungen............................................... 168 3.8 Konstruktive Standardlösungen für zusammengesetzte Verbindungen des ingenieurmäßigen Holzbaus......................... 169 4. Zusammensetzen von Stahlbauteilen.................. 171 4.1 Verbindungen durch Auflegen............................ 172 4.1.1 Träger auf Träger........................................ 172 4.1.2 Träger auf Stütze........................................ 172 4.1.3 Stützenanschlüsse..................................... 173 4.2 Verbindungen mit Gelenkbolzen......................... 176 5. Zusammensetzen von Stahlbetonfertigteilen.... 180 5.1 Ausführung......................................................... 180

XIX

5.2 Mechanisches Wirkprinzip.................................. 180 5.3 Formgebung........................................................ 182 Anmerkungen................................................................. 183 Normen und Richtlinien.................................................. 183 1. Allgemeines............................................................. 186 2. Schraubverbindungen............................................ 186 2.1 Mechanisches Wirkprinzip.................................. 187 2.2 Funktionselemente einer Schraube.................... 187 2.2.1 Gewinde..................................................... 187 2.2.2 Kopf............................................................ 190 2.2.3 Antrieb....................................................... 190 2.2.4 Schaft......................................................... 192 2.2.5 Schaftende................................................. 192 2.2.6 Mutter........................................................ 194 2.2.7 Normbezeichnung...................................... 194 2.3 Schraubensicherung........................................... 196 2.4 Merkmale einer Schraubverbindung...................202 2.5 Zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen....206 2.5.1 Stahl mit Stahl............................................ 207 2.5.2 Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche geschraubte Verbindungen im Stahlbau......................... 212 2.5.3 Holz mit Holz.............................................. 217 2.5.4 Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche geschraubte Verbindungen im Stahlbau......................... 221 2.6 Einseitig zugängliche Schraubverbindungen......222 2.6.1 Mit vorgeformtem Gegengewinde............ 224 2.6.2 Mit selbstgeformtem Gegengewinde.......230 3. Klemmen, Klammern..............................................236 3.1 Klammerverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Kl)...........................................236 3.1.1 Klammern...................................................236 4. Nageln......................................................................238 4.1 Nagelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Nä)..........................................238 4.1.1 Nägel..........................................................238 4.1.2 Mechanisches Wirkprinzip.........................238 4.1.3 Nagelgruppierungen.................................. 242 4.1.4 Verstärkung von Nagelverbindungen......... 242 4.2 Nagelplatten........................................................244 4.3 Verbindungen mit Stahlblechformteilen (Holzverbindern)..................................................244 5. Einpressen................................................................246 5.1 Stabdübelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen...........................................246

XII-5 An- und Einpressen

XX

5.1.1 Stabdübel...................................................246 5.1.2 Mechanisches Wirkprinzip.........................246 5.1.3 Einsatz........................................................246 5.1.4 Stabdübelgruppierungen...........................248 5.1.5 Konstruktive Standardlösungen für Stabdübelverbindungen im Holzbau..........248 5.2 Verbindungen aus Dübeln besonderer Bauart..............................................248 5.2.1 Dübelarten.................................................248 5.2.2 Mechanisches Wirkprinzip......................... 252 5.2.3 Einsatz........................................................254 5.2.4 Gruppierungen von Dübeln besonderer Bauart.....................................256 5.2.5 Konstruktive Standardlösungen für Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart im Holzbau...................................... 257 6. Verkeilen...................................................................258 6.1 Mechanisches Wirkprinzip..................................258 6.2 Keilverbindungen im Bauwesen.........................260 Anmerkungen.................................................................262 Normen und Richtlinien..................................................262 XII-6 Fügen durch Urformen

1. Allgemeines.............................................................268 1.1 Schlussarten.......................................................268 1.2 Merkmale............................................................ 270 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................. 271 2. Verbindungen durch Urformen im Stahlbetonbau................................................... 272 2.1 Arbeitsfugen....................................................... 272 2.2 Verbund zwischen Stahl und Beton.................... 272 2.3 Mechanisches Wirkprinzip.................................. 272 2.4 Verbindungen zur lokalen Krafteinleitung in Stahlbetonbauteile.............................................. 276 2.4.1 Anker.......................................................... 276 2.4.2 Verbund- oder Injektionsdübel................... 278 2.4.3 Kopfbolzendübelverankerungen................280 2.4.4 Ankerschienen...........................................280 2.4.5 Querkraftelemente.....................................280 2.5 Verbindungen zur Kraftübertragung zwischen Stahlbetonbauteilen............................ 281 2.5.1 Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen........................................ 281 2.5.2 Vergussfugen bei Stützen einspannungen...........................................284 3. Verbindungen durch Urformen im Verbundbau........................................................286 3.1 Stahl-Beton-Verbundbau.....................................286 3.2 Holz-Beton-Verbundbau......................................287

XXI

4. Verbindungen von Stahlbauteilen durch Urformen.......................................................288 5. Verbindungen zur Krafteinleitung in Holzbauteile.........................................................288 Anmerkungen................................................................. 291 Normen und Richtlinien.................................................. 291 1. Allgemeines.............................................................294 1.1 Schlussarten.......................................................294 1.2 Merkmale............................................................294 1.3 Fügeverfahren und Bauweise.............................294

XII-7 Fügen durch Umformen

2. Nieten.......................................................................296 2.1 Arten von Nietverbindungen...............................296 2.1.1 Vollniete.....................................................296 2.1.2 Hohlniete....................................................298 2.1.3 Schließringniete.........................................298 2.1.4 Blindniete...................................................298 2.2 Mechanisches Wirkprinzip..................................302 3. Falzen und Bördeln von Feinblech........................303 3.1 Mechanisches Wirkprinzip..................................303 4. Verpressen und Quetschen...................................305 Anmerkungen.................................................................306 Normen und Richtlinien..................................................306 1. Allgemeines............................................................. 310 1.1 Schlussarten....................................................... 310 1.2 Merkmale............................................................ 311 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................. 312 2. Schweißen von Stahlbauteilen............................. 312 2.1 Schweißverfahren............................................... 313 2.1.1 Schmelzschweißverfahren......................... 313 2.1.2 Pressschweißverfahren............................. 315 2.2 Schweißeignung von Stählen............................. 315 2.3 Schweißnähte..................................................... 316 2.3.1 Stoßarten................................................... 318 2.3.2 Schweißnahtarten...................................... 318 2.3.3 Schweißnahtvorbereitung.......................... 320 2.4 Einfluss der Wärme auf die Verbindung............. 321 2.5 Einfluss des Stoffgefüges auf die Verbindung....322 2.6 Sicherheit von Schweißverbindungen................322 2.7 Mechanisches Wirkprinzip..................................323 2.8 Konstruktive Standardlösungen des Stahlbaus...................................................... 324 2.9 Bolzenschweißverfahren.....................................328

XII-8 Fügen durch Stoffvereinigen

XXII

3. Kleben von Metallbauteilen...................................330 3.1 Mechanisches Wirkprinzip..................................330 3.2 Einsatz.................................................................330 3.3 Klebstoffe............................................................332 3.4 Konstruktive Gestaltung von Klebeverbindungen.............................................332 4. Kleben von Holzbauteilen......................................334 4.1 Mechanisches Wirkprinzip..................................334 4.2 Einsatz.................................................................334 4.3 Klebstoffe............................................................335 4.4 Voraussetzungen für die Klebung.......................335 4.5 Konstruktive Ausführung von Klebefugen..........336 4.5.1 Schäftungsverbindungen...........................336 4.5.2 Keilzinkenverbindungen.............................336 4.6 Konstruktive Standardlösungen für geklebte Verbindungen im Holzbau...................................338 4.7 Zusammengesetzte Bauteile..............................339 Anmerkungen.................................................................339 Normen und Richtlinien..................................................340 XIII

ÄUSSERE HÜLLEN

XIII-1 Grundsätzliches

1. Klassifikationen von äußeren Hüllen...................344 1.1 Unterscheidung zwischen massiver und leichter Hüllkonstruktion – eine hierarchisch lastbezogene Klassifikation.................................344 1.2 Klassifikation gemäß bauphysikalischer Beanspruchung aus der Lage am Gebäude........345 1.3 Klassifikation gemäß Werkstoff..........................346 1.4 Morphologisch-strukturelle Klassifikation........... 347 1.5 Gewählte Klassifikation von Gebäudehüllen....... 347 2. Baugeschichtliche Entwicklung von Gebäudehüllen.................................................355 3. Räumliche Koordination von Primärtragwerk und äußerer Hülle...................................................356 4. Dach und Wand.......................................................358 5. Dach..........................................................................360 5.1 Prinzipien der Abführung des Regenwassers.....360 5.2 Geneigtes Dach..................................................360 5.2.1 Ableitung des Regenwassers....................362 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte.............362 5.2.3 Entwurfliche Gesichtspunkte....................368 5.2.4 Dachdeckung............................................. 370 5.2.5 Primärtragwerk.......................................... 372 5.3 Flaches Dach....................................................... 374 5.3.1 Primärtragwerk.......................................... 376

XXIII

5.3.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte............. 376 Normen und Richtlinien.................................................. 378 1. Allgemeines.............................................................382 1.1 Einflussfaktoren..................................................382 1.2 Bauwerksnutzung...............................................383 1.3 Beanspruchung durch Boden-, Oberflächen- und Hochwasser...........................384 1.3.1 Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser (W1-E).......................384 1.3.2 Drückendes Wasser (W2-E)......................386 1.3.3 Nicht drückendes Wasser auf erdüberschütteten Decken (W3-E)............386 1.3.4 Spritzwasser am Wandsockel sowie Kapillarwasser in und unter erdberührten Wänden (W4-E)...................387 1.3.5 Oberflächenwasser....................................387 1.3.6 Andere Einwirkungen.................................387 2. Abdichtung – Grundlagen......................................388 2.1 Planerische Voraussetzungen.............................388 2.2 Durchgängigkeit der Dichtfläche.........................388 2.3 Übergang zu luftberührten Bauteilen..................389 2.4 Untergrund..........................................................390 2.5 Wärmeschutz......................................................390 2.6 Werkstoffe für Abdichtungen.............................393 3. Dränung....................................................................396 3.1 Bestandteile........................................................396 3.2 Einsatzfälle..........................................................396 3.3 Flächendränschichten.........................................398 3.4 Dränleitungen......................................................400 4. Schutzschichten......................................................402 5. Abdichtung gegen nicht drückendes Bodenwasser (W1-E)...............................................404 5.1 Idealtypischer Aufbau.........................................404 5.1.1 Außenwände..............................................405 5.1.2 Bodenplatten.............................................406 5.2 Vertikale Abdichtung an erdberührten Außenwänden.....................................................406 5.3 Horizontales Abdichten von Bodenplatten.........408 5.4 Erstellung eines Kellergeschosses vom Aushub bis zum Innenausbau............................. 411 6. Abdichten gegen Wasser unter hydrostatischem Druck (W2-E).............................. 416 6.1 Beanspruchungs- und Abdichtungsarten........... 416 6.2 Ausführungsprinzipien........................................ 416 6.3 Idealtypischer Aufbau......................................... 419

XIII-2 Erdberührte Hüllen

XXIV

6.3.1 Außenwand................................................ 419 6.3.2 Bodenplatte............................................... 420 6.4 Konstruktive Grundsätze der Ausführung von Außenhautabdichtungen.............................. 420 6.5 Abdichtungen gegen aufstauendes Sickerwasser und Grund- bzw. Hochwasser bis zu einer Eintauchtiefe von 3 m (W2.1-E)................................................. 422 6.6 Abdichtungen gegen drückendes Wasser bei einer Eintauchtiefe größer als 3 m (W2.2-E)....... 424 7. Abdichtungen von erdüberschütteten Decken (W3-E).........................................................424 8. Wandsockel- und Querschnitts abdichtungen (W4-E)..............................................425 8.1 Wandsockelabdichtung....................................... 425 8.2 Querschnittsabdichtung in oder unter erdberührten Außenwänden............................ 426 9. Konstruktionen aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton)...................................................428 Anmerkungen.................................................................430 Normen und Richtlinien..................................................430 XIII-3 Schalensysteme

1. Einfache Schalensysteme......................................434 1.1 Außenwände.......................................................434 1.1.1 Werkstoffe.................................................434 1.1.2 Idealtypischer Aufbau................................435 1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk............................436 1.1.4 Außenwände aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC)......................................444 1.1.5 Außenwände aus Massivholz....................456 1.1.6 Anschlüsse.................................................456 1.2 Flache und geneigte Dächer...............................457 2. Schalensysteme mit addiertem funktionalen Aufbau...............................................458 2.1 Außenwände.......................................................458 2.1.1 Außenwände mit Wärmedämm verbundsystem..........................................458 2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut.......464 2.2 Geneigte Dächer................................................. 470 2.2.1 Idealtypischer Aufbau................................ 470 2.2.2 Anschlüsse................................................. 470 2.3 Flache Dächer auf tragender Schale................... 476 2.3.1 Einwirkungen............................................. 476 2.3.2 Anwendung................................................ 477 2.3.3 Abführen von Niederschlagswasser.......... 478 2.3.4 Idealtypischer Aufbau................................ 479

XXV

2.3.5 Tragende Unterlage....................................480 2.3.6 Belüftung...................................................480 2.3.7 Nicht belüftetes Dach................................480 2.3.8 Belüftetes Dach.........................................493 2.3.9 Dachan- und -abschlüsse...........................494 2.3.10 Dachbegrünungen....................................498 2.3.11 Dächer mit nichtmassiven Tragschalen....498 3. Doppelte Schalensysteme.....................................500 3.1 Zweischalige Außenwände ohne Luftschicht .... 501 3.1.1 aus Mauersteinen...................................... 501 3.1.2 aus Stahlbeton...........................................507 3.2 Zweischalige Außenwände mit Luftschicht........ 516 3.2.1 aus Mauersteinen...................................... 516 3.2.2 aus Stahlbetonfertigteilen.......................... 518 Anmerkungen.................................................................522 Normen und Richtlinien..................................................522 1. Grundsätzliches......................................................528

XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme

2. Sandwichsysteme...................................................529 2.1 Herstellung..........................................................529 2.2 Formgebung und Elementierung........................532 2.3 Fugengestaltung und Befestigung......................532 2.4 Sandwichelemente aus Holz.............................. 541 3. Wabensysteme........................................................542 Anmerkungen.................................................................543 Normen und Richtlinien..................................................543 1. Allgemeines.............................................................546 1.1 Modulare Ordnung der Grundstruktur................546 1.1.1 Krafteinleitung............................................ 547 1.1.2 Ausschnitte und Öffnungen......................548 1.1.3 Bauphysikalische Aspekte.........................552 1.1.4 Gebäudeplanerische Aspekte....................552 1.2 Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme...................................................552 2. Rippensystem mit integriertem Hüllpaket..........554 2.1 Außenwände.......................................................554 2.1.1 Holzrahmenwände.....................................555 2.1.2 Holztafelwände..........................................566 2.1.3 Holzfachwerkwände..................................566 2.1.4 Stahlrahmenwände....................................566 2.1.5 Elementwände...........................................568 2.2 Geneigte Dächer................................................. 570 2.2.1 Tragwerk.................................................... 570 2.2.2 Idealtypischer Aufbau................................ 574

XIII-5 Rippensysteme

XXVI

2.2.3 Luftdichtheit............................................... 575 2.2.4 Belüftung der Dachkonstruktion................ 575 2.2.5 Dachdeckung............................................. 576 2.2.6 Zusatzmaßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung....................................... 578 2.2.7 Dächer mit Deckung aus Dachziegeln oder Dachsteinen.......................................581 2.2.8 Dächer mit Deckung aus Faserzement-Wellplatten...........................598 2.2.9 Dächer mit Deckung aus ebenen Faserzementplatten......................606 2.2.10 Dächer mit Deckung aus Metall............... 610 2.3 Flache Dächer.....................................................622 2.3.1 Idealtypischer Aufbau................................622 2.3.2 Ausführungsvarianten................................623 3. Rippensystem mit Trennung von Hüllpaket und Rippung.............................................................626 3.1 Außenwände.......................................................626 3.1.1 Pfostenfassade..........................................628 3.1.2 Pfosten-Riegel-Fassade.............................629 3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural Glazing-Fassade)........................................662 3.2 Geneigte Dächer.................................................666 3.2.1 Idealtypischer Aufbau................................666 3.2.2 Ausführungsvarianten................................ 670 3.2.3 Anschlüsse.................................................673 3.3 Flache Dächer.....................................................680 3.3.1 Idealtypischer Aufbau................................680 3.3.2 Ausführungsvarianten................................681 4. Zweiachsig gespannte Rippensysteme...............688 4.1 Gitter- und Rahmenwände..................................688 4.2 Dächer und Decken aus Trägerrosten.................690 4.3 Überdeckungen aus Gitterschalen......................692 4.3.1 Konstruktive Ausbildung des Gitters.........692 4.3.2 Herstellung des gekrümmten Schalenstabwerks......................................694 4.3.3 Herstellung der gekrümmten flächenhaften Abdeckung..........................696 Anmerkungen.................................................................698 Normen und Richtlinien..................................................698 XIII-6 Punktgehaltene Glashüllen

1. Punktuelle Halterung............................................. 704 2. Sicherheit................................................................. 704 3. Konstruktives Grundprinzip.................................. 706 3.1 Befestigung der Glasscheiben............................ 707 3.2 Glassorten.......................................................... 707 3.3 Abdichtung der Glasscheibenstöße................... 710

XXVII

3.4 Lagerung des Glases.......................................... 712 3.5 Sekundärtragwerk.............................................. 715 3.5.1 Rippen aus Stahl........................................ 715 3.5.2 Rippen aus Glas........................................ 716 3.5.3 Seilbinder.................................................. 718 3.5.4 Seilverspannungen................................... 720 Anmerkungen ............................................................... 722 Normen und Richtlinien.................................................. 722 1. Allgemeines............................................................. 726

XIII-7 Addierte Funktionselemente

2. Blend-, Sonnenschutz und Lichtlenksysteme..... 728 2.1 Funktionen.......................................................... 728 2.1.1 Sonnenschutz............................................ 728 2.1.2 Blendschutz............................................... 728 2.1.3 Verteilung bzw. Steuerung von Licht.........730 3. Glasdoppelfassaden............................................... 732 3.1 Aufbau.................................................................732 3.2 Segmentierung des Zwischenraums..................734 3.3 Thermisches und lüftungstechnisches Verhalten.............................................................736 Anmerkungen................................................................. 741 Normen und Richtlinien.................................................. 741 1. Allgemeines............................................................. 744 2. Werkstoffe................................................................ 746 3. Herstellung.............................................................. 748 3.1 Formfindung........................................................ 748 3.2 Konfektion........................................................... 748 4. Bauphysikalische Gesichtspunkte........................ 750 4.1 Innenklima und Lüftung......................................750 4.2 Belichtung und Energiegewinne......................... 751 4.3 Kondensation...................................................... 751 4.4 Schallschutz........................................................ 752 4.5 Raumakustik....................................................... 752 4.6 Brandschutz........................................................754 5. Membranaufbauten................................................754 5.1 Einlagige Membranen.........................................754 5.2 Mehrlagige Membranen.....................................754 5.2.1 Ohne Wärmedämmung.............................754 5.2.2 Mit Wärmedämmung................................756 6. Anschlüsse............................................................... 758 6.1 Bahnenstöße.......................................................758

XIII-8 Membransysteme

XXVIII

6.2 Ränder.................................................................760 6.2.1 Frei spannende Ränder..............................760 6.2.2 Starr gehaltene Ränder.............................. 762 6.3 Punktuelle Verankerungen.................................. 762 6.4 Membranverstärkungen...................................... 762 6.5 Außenwandanschlüsse innerhalb von Membranfeldern..........................................766 6.6 Aubführung von Regenwasser...........................766 Anmerkungen.................................................................768 Normen und Richtlinien..................................................768 XIII-9 Ö ffnungen

1. Öffnungen................................................................ 772 2. Fenster...................................................................... 772 2.1 Entwicklungsgeschichte.....................................772 2.2 Funktionen.......................................................... 774 2.3 Fenstertypen....................................................... 774 2.4 Konstruktive Voraussetzungen........................... 776 2.5 Der Fensterrahmen.............................................778 2.6 Das Glas..............................................................778 2.7 Die wesentlichen konstruktiven Lösungen.........778 2.7.1 Der Anschlag Blend-/Flügelrahmen...........779 2.7.2 Die Einfassung und Abdichtung des Glases.................................................780 2.7.3 Der Anschluss an die Außenwand.............784 2.7.4 Die äußere Fensterbank, die Sohlbank......794 2.7.5 Beschläge..................................................796 2.8 Bauphysikalische Teilfunktionen.........................798 2.8.1 Luft- und Schlagregendichtheit..................798 2.8.2 Wärmedämmung des Rahmens................800 2.8.3 Schallschutz...............................................800 2.9 Besonderheiten des Holzfensters......................808 2.9.1 Werkstoffe und Herstellung.......................808 2.9.2 Dauerhaftigkeit........................................... 811 2.9.3 Wärmedurchgang am Rahmen.................. 817 2.9.4 Sonderform Holz-Aluminiumfenster.......... 818 2.10 Besonderheiten des Aluminiumfensters............ 821 2.10.1 Werkstoffe und Herstellung..................... 821 2.10.2 Dauerhaftigkeit.........................................822 2.10.3 Wärmedurchgang am Rahmen................822 2.11 Besonderheiten des Kunststofffensters.............828 2.11.1 Werkstoffe und Herstellung.......................828 2.11.2 Dauerhaftigkeit.........................................829 2.11.3 Wärmedurchgang am Rahmen................831 2.12 Besonderheiten des Stahlfensters......................834 2.12.1 Werkstoffe und Herstellung.....................834 2.12.2 Dauerhaftigkeit.........................................834 2.12.3 Wärmedurchgang am Rahmen................835 3. Außentüren..............................................................838 3.1 Allgemeine Merkmale.........................................838

XXIX

3.2 Feuchteschutz.....................................................838 3.3 Schallschutz........................................................840 Anmerkungen.................................................................849 Normen und Richtlinien..................................................849 XIV 1. Merkmale.................................................................862

INNERE HÜLLEN

XIV-1 Grundsätzliches

2. Konstruktiver Aufbau nach Funktionen...............862 2.1 Fußbodenaufbau (Paket 1)..................................862 2.2 Tragende Konstruktion (Paket 2).........................864 2.3 Unterdecke (Pakete 3 und 4)...............................866 3. Fußbodenaufbauten...............................................868 3.1 Bodenbeläge.......................................................868 3.2 Estriche............................................................... 870 3.2.1 Werkstoffe................................................. 870 3.2.2 Monolithischer Estrich............................... 870 3.2.3 Verbundestrich........................................... 871 3.2.4 Estrich auf Trennlage................................. 871 3.2.5 Schwimmender Estrich............................. 871 3.2.6 Heizestrich................................................. 874 3.3 Hohlraumböden.................................................. 874 3.4 Doppelböden...................................................... 876 3.5 Feuchteschutz in feuchtebelasteten Räumen.... 876 3.6 Schallschutz von Vorsatzkonstruktionen auf Decken..........................................................884 3.6.1 Nicht schwimmend gelagerter Estrich......884 3.6.2 Schwimmender Estrich.............................884 3.6.3 Hohlraumböden.........................................886 3.6.4 Doppelböden.............................................887 3.7 Brandschutz........................................................889 4. Unterdecken............................................................890 4.1 Werkstoffe..........................................................890 4.2 Ausführungsvarianten.........................................890 4.3 Rasterung............................................................894 4.4 Trennwandanschlüsse........................................895 4.4.1 Schalllängsleitung im Trennwandanschluss.................................895 4.4.2 Brandschutz im Trennwandanschluss.......900 4.5 Akustik................................................................900 4.5.1 Schalldämmung.........................................900 4.5.2 Schallabsorption.........................................902 4.6 Brandschutz........................................................903 5. Decken in Schalenbauweise..................................908 5.1 Ausführungsvarianten.........................................908 5.1.1 Ortbetondecke...........................................908

XIV-2 Horizontale Raumabtrennungen

XXX

5.1.2 Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton................ 910 5.1.3 Balkendecke mit Zwischenbauteilen......... 927 5.1.4 Holz-Beton-Verbunddecke.........................930 5.1.5 Massivholzdecke........................................938 5.1.6 Decke aus Holzbauelementen...................940 5.1.7 Thermische Trennung an Balkonplatten....940 5.2 Schallschutz........................................................943 5.2.1 Luftschalldämmung...................................943 5.2.2 Trittschalldämmung...................................949 5.3 Brandschutz .......................................................949 6. Decken in Rippenbauweise....................................952 6.1 Decken in Rippenbauweise aus Holz..................952 6.1.1 Konstruktiver Aufbau.................................952 6.1.2 Scheibenbildung........................................954 6.1.3 Holzbalkendecke........................................954 6.1.4 Holztafeldecke...........................................958 6.1.5 Decke aus Holzbauelementen...................959 6.1.6 Holz-Beton-Verbunddecke.........................968 6.2 Decken in Rippenbauweise aus Stahl................. 970 6.2.1 Trapezblechdecke...................................... 970 6.2.2 Stahl-Beton-Verbunddecke........................ 970 6.3 Decken in Rippenbauweise aus Stahlbeton....... 976 6.4 Schallschutz........................................................ 978 6.4.1 Holzbalken- und Holztafeldecken............... 978 6.4.2 Trägerdecken in Stahl.................................983 6.4.3 Trägerdecken in Massivbauweise..............983 6.5 Brandschutz........................................................983 6.5.1 Holzbalken- und Holztafeldecken...............983 6.5.2 Trägerdecken aus Stahl..............................984 6.5.3 Trägerdecken in Massivbauweise..............985 7. Treppen.....................................................................986 7.1 Planerische Grundsätze......................................986 7.2 Bauarten von Treppen.........................................986 7.3 Trittschallschutz von Treppen.............................987 Anmerkungen.................................................................994 Normen und Richtlinien..................................................995 XIV-3 Vertikale Raumabtrennungen

1. Allgemeines........................................................... 1002 1.1 Tragende und nicht tragende Innenwände.......1002 1.1.1 Tragende Innenwände.............................1003 1.1.2 Nichttragende Innenwände.....................1003 2. Einschalige Trennwände......................................1006 2.1 Trennwände aus mineralischen Werkstoffen...1006 2.1.1 Mauersteine und Wandbauplatten..........1006 2.1.2 Standfestigkeit......................................... 1007 2.1.3 Anschlüsse............................................... 1007 2.1.4 Schlitze..................................................... 1012

XXXI

2.2 Trennwände aus Massivholz............................. 1012 2.3 Schallschutz...................................................... 1013 2.3.1 Trennwände in Massivbauweise............. 1013 2.3.2 Trennwände aus Massivholz.................... 1016 2.4 Brandschutz...................................................... 1020 2.4.1 Brandschutz von Trennwänden in Massivbauweise.................................. 1020 2.4.2 Brandschutz von Trennwänden aus Massivholz......................................... 1020 3. Mehrschalige Trennwände.................................. 1023 3.1 Zweischalige Trennwände in Massivbauweise........................................... 1023 3.2 Zweischalige Trennwände aus Massivholz....... 1027 4. Trennwände in Rippenbauweise......................... 1029 4.1 Einfach- und Doppelständerwände.................. 1029 4.2 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Holzprofilen................................................ 1029 4.2.1 Werkstoffe...............................................1030 4.2.2 Abmessungen.......................................... 1031 4.2.3 Befestigung von Rippen und Bekleidung........................................1034 4.2.4 Anschlüsse...............................................1034 4.2.5 Schallschutz.............................................1034 4.2.6 Brandschutz.............................................1034 4.3 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen.............................................1036 4.3.1 Werkstoffe...............................................1036 4.3.2 Standardmaße..........................................1039 4.3.3 Befestigung.............................................. 1041 4.3.4 Anschlüsse...............................................1043 4.3.5 Schallschutz.............................................1043 4.3.6 Brandschutz.............................................1044 Anmerkungen...............................................................1050 Normen und Richtlinien................................................1050 1. Allgemeines...........................................................1054 2. Türen.......................................................................1054 2.1 Entwicklungsgeschichte...................................1054 2.2 Funktionen........................................................1056 2.3 Türarten............................................................. 1057 2.4 Konventionelle Festlegungen............................1059 2.5 Grundkomponenten und Grundmaße...............1060 2.5.1 Türblatt.....................................................1060 2.5.2 Zarge........................................................1068 2.5.3 Dämpfungsmittel.....................................1069 2.5.4 Türdrücker, Türschild, Türrosette.............1069 2.5.5 Türschloss................................................1069 2.5.6 Türband....................................................1069

XIV-4 Öffnungen

XXXII

2.5.7 Türschließer............................................. 1072 2.6 Befestigung....................................................... 1072 2.7 Schallschutz...................................................... 1075 2.7.1 Türblatt..................................................... 1075 2.7.2 Fugen....................................................... 1076 2.7.3 Bodenspalt............................................... 1076 2.8 Brand- und Rauchschutz................................... 1077 2.8.1 Rauchschutztüren....................................1080 2.8.2 Feuerschutztüren..................................... 1081 Anmerkungen...............................................................1085 Normen und Richtlinien................................................1085 ANHANG

Register.......................................................................1090 Literaturverzeichnis.................................................. 1104 Bildnachweis.............................................................. 1108 Danksagung.................................................................1112

XI FLÄCHENSTÖSSE

XI FLÄCHENSTÖSSE 1. Grundsätzliches.............................................................4 1.1 Funktionen..............................................................4 2. Bauteilfuge.....................................................................6 2.1 Erschwernisse bei der Fugengestaltung...............6 2.2 Fugengestaltung an singulären Punkten................7 3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen.....................12 4. Prinzipien der Stoßausbildung.....................................14 4.1 Offene Fuge.........................................................15 4.2 Kapillarfuge...........................................................18 4.2.1 Physikalischer Kapillareffekt........................18 4.2.2 Kritische Kapillarbreite................................19 4.2.3 Baupraktische Verhältnisse.........................19 4.3 Geschlossene Fuge..............................................21 4.3.1 Pressfuge...................................................21 4.3.2 Fuge mit Stoffverbund................................22 4.3.3 Fuge mit Füllung und Flankenhaftung.........22 4.3.4 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck..............................................23 4.3.5 Fuge mit Füllung und Anpressdruck sowie zusätzlicher Flankenhaftung.............23 5. Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtheit einer Fuge.....................................................24 5.1 Verlängern des Fugenverlaufs – geometrische Maßnahmen..................................24 5.2 Entspannungskammern.......................................25 5.3 Hydrophobierung der Fugenflanken.....................26 5.4 Ausnutzung der Schwerkraft...............................26 5.5 Schaffung eines Druckgefälles............................26 5.6 Wassertemperatur...............................................26 5.7 pH-Wert................................................................26 6. Fugengeometrie...........................................................27 6.1 Gerade rechtwinklige Fuge..................................27 6.2 Schräge Fuge...................................................... 30 6.3 Abgedeckte Fuge.................................................31 6.4 Hinterlegte Fuge.................................................. 34 6.5 Überlappende Fuge............................................. 36 6.6 Gefalzte Fuge...................................................... 38 6.7 Nut-und-Feder-Fuge............................................ 40 6.8 Fuge mit Aufkantung vorne..................................42 6.9 Fuge mit Aufkantung hinten................................ 44 Anmerkungen................................................................... 45 Normen und Richtlinien................................................... 45

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019 J. L. Moro, Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0_1

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE HÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

4

XI Flächenstöße

1. Grundsätzliches

Ein Gebäude besteht in den meisten baupraktisch relevanten Fällen aus einem oder mehreren flächigen Bauteilen, die einen umbauten Raum teilweise oder allseitig umschließen. Die bei der baulichen Schaffung von Flächen auftretenden geometrischen Fragen sind Gegenstand des Kapitels VII. Da eine Baustruktur – abgesehenen von seltenen Fällen besonders einfacher Gebäudekonstruktionen – stets aus verschiedenartigen Einzelabschnitten und -teilen zusammengesetzt werden muss, sind Stöße zwischen diesen erforderlich. Als Stöße sind im gegenwärtigen Zusammenhang die Anschlüsse zwischen Flächenbauteilen mit Hüllfunktion gemeint, weshalb unter diesem Begriff in diesem Kontext Flächenstöße zu verstehen sind. Es entstehen zwischen den Segmenten der Baustruktur also jeweils Fugen, die, neben der zumeist unabdingbaren Aufgabe, Kräfte zu übertragen, bei Bauteilstößen auch spezifische Dicht- und Schutzfunktionen erfüllen müssen. Verschiedene im Flächenstoß umzusetzende Funktionen stehen oftmals in komplexem Zusammenspiel miteinander. Dieses beeinflusst die Arbeit des Konstrukteurs nachhaltig. Die geometrischen, konstruktiven und bauphysikalischen Fragen, die sich stellen, wenn die Funktionalität eines Hüllbauteils über einen Stoß hinweg gewahrt bleiben soll, werden Gegenstand des vorliegenden Kapitels sein.

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 1.6 Die Elemente der baulichen Zelle, S. 184 ff ☞ Band 2, Kap. VII Herstellung von Flächen, S. 2 ff

☞ Band 1, Kap. II-1 Ordnung und Gliederung, S. 24 ff

✏ Wir sprechen in unserem Zusammenhang dann von ‚Verbindungen‘, vgl. Kap. XII Verbindungen, S. 48 ff.

1.1 Funktionen ☞ Band 1, Kap. VI Funktionen, S. 468 ff

Raumbegrenzende Flächen müssen, wie in Kapitel VI näher ausgeführt, bestimmte Anforderungen erfüllen. Sie leisten diese Aufgaben entweder aufgrund: • der Materialeigenschaften eines einzelnen Werkstoffs bei einschaligen Bauteilen oder • der physikalischen Eigenschaften der kombinierten Lagen einer mehrschaligen oder -schichtigen Baukonstruktion. Sowohl die besprochenen thermohygrischen als auch andersartige Funktionen der Gebäudehülle, wie beispielsweise auch bauakustische, werden zuvorderst durch spezifische Stoffeigenschaften des Materialkontinuums bestimmter Bauteile oder Bauteilschichten umgesetzt, bzw. durch eine Kombination derselben in einem Schichtenaufbau bzw. einer Gesamtkonstruktion. So beruht die Dichtfunktion einer Dampfsperre ursächlich auf dem hohen Diffusionswiderstand des Materials, aus dem sie besteht. Oder eine Dichtfunktion wird bei einer mehrstufigen Dichtung durch das Hintereinanderschalten mehrerer Abdichtungsbahnen erfüllt.

5

1 Die Schutzfunktion der beiden an diesem Stoß aufeinandertreffenden Glasscheiben ist an der Fuge durch die Dichtwirkung des Deckelements der Pressleiste und der elastischen Dichtprofile gewährleistet. Der hierfür nötige Anpressdruck wird von der Verschraubung aufgebracht.

2 Durch verschiedene übergreifende Stöße wird die sperrende Wirkung der Blecheindeckung über den Ebenenversprung hinweg bis zur Ziegeldeckung geführt. Dort erfolgt eine Übergreifung der beiden sowohl hinsichtlich Werkstoff wie auch Aufbauprinzip unterschiedlichen Funktionsschichten.

3 Hochführen der Sperrbahn einer Dachkonstruktion an einem Dachaufsatz: Die Bahn wird an einem überlappenden Bahnstreifen verklebt. An ihrem oberen Ende ist eine Weiterführung ihrer Sperrfunktion in Form eines andersartigen Flächenelements nötig. Auch die Bretter der tragenden Schalung sind zur Erfüllung ihrer Hauptaufgabe – die Flächenbildung – formschlüssig gestoßen

4 Blechlage für den Anschluss der Ziegeldeckung – unten im Bild – an einen Dachaufsatz. Die Sperrwirkung der Ziegel wird hier von der Blechverkleidung des Aufsatzes übernommen. Die Übergabe der Sperrfunktion erfolgt auch in diesem Fall durch eine – hier verhältnismäßig großflächige – Übergreifung.

6

XI Flächenstöße

2. Bauteilfuge

Die Anforderungen, die an die flächigen Bauteile gestellt werden, gelten naturgemäß in gleicher Weise auch für die Grenz- oder Stoßbereiche zwischen diesen, d. h., es ist sicherzustellen, dass die Fuge zwischen zwei Elementen in der Lage ist, die gleichen Funktionen • des Schutzes gegen Wind, Wasser, Sonnenstrahlung, Wärmefluss, Schall etc. sowie • der Kraftleitung zu erfüllen wie die an ihr angrenzenden Flächenbauteile.

2.1 Erschwernisse bei der Fugengestaltung

Diesen Anforderungen, die im Flächenbauteil selbst ohne besondere konstruktive Maßnahmen von einem Materialkontinuum erfüllt werden, ist an der Stoßfuge nunmehr gleichsam unter erschwerten Bedingungen Genüge zu tun. Denn es entstehen zusätzlich neue, besondere Anforderungen an die Fuge, wie beispielsweise: • die Notwendigkeit, gerade an dieser Stoßfuge Relativbewegungen der angrenzenden Flächenbauteile zueinander aus Verformungen infolge unterschiedlicher Einflüsse – Temperaturänderung, Schwinden, Quellen – zu neutralisieren;

☞ Band 1, Kap. II-3, Abschn. 4 Maßtoleranzen, S. 84 ff

☞ Band 1, Kap. II-2, Abschn. 4.4 Montage, S. 60, sowie in diesem Band das Kap. XII Verbindungen, S. 48 ff

• Ausgleich von Maßabweichungen der gegeneinander angrenzenden Flächenbauteile gegenüber ihrem Sollmaß (Toleranzen); es leuchtet ein, dass diese Anforderung bei fugenlosen Konstruktionen entfällt; • die Erfordernis, durch Geometrie, Größe und Ausformung der Anschlussfuge die Montage des Bauteils zu ermöglichen und ggf. zu erleichtern – der Montagevorgang spielt bei der konstruktiven Gestaltung einer Bauteilfuge eine entscheidende Rolle; • unter Umständen auch die Notwendigkeit, im Randbereich des Bauteils – der für die Fugenausbildung entscheidend ist – Verstärkungen, Versteifungen oder Schutzteile anzubringen, um Beschädigungen oder Verformungen während des Transports zu verhindern oder zu minimieren; • Abführen von Wasser, das in den Fugenraum ggf. eindringt, insbesondere bei mehrstufigen Dichtungen; • Entspannen von Winddruck in Fugenhohlräumen; • Demontierbarkeit und ggf. Wiedermontierbarkeit der Fuge;

☞ Kap. XII Verbindungen, S. 48 ff

und viele mehr.

7

Während im Kapitel VII zunächst von der abstrakten Betrachtung eines in der Fläche homogenen Schichtenaufbaus ausgegangen wird, ist in der Planungs- und Baupraxis hingegen mit vielfachen singulären Punkten zu rechnen, wie beispielsweise bei Übergängen zwischen verschiedenartigen konstruktiven Aufbauten. Gerade an diesen singulären Stellen befinden sich zumeist Stöße, bzw. diese singulären Punkte ergeben sich erst aus der Notwendigkeit eines Stoßes, sodass dort eine spezifische konstruktive Fugenausbildung erforderlich ist. Aufgrund der Besonderheiten dieser Detailpunkte treten zu den oben angesprochenen Erschwernissen der Fugendurchbildung noch weitere Schwierigkeiten hinzu. Einige beispielhafte Fälle: • Anschlüsse zwischen Bauteilen mit gleichartigem Schichtenaufbau, aber im Anschlussbereich verändertem Schichtenverlauf (2 5). Der veränderte Schichtenverlauf im Fugenbereich oder in Fugennähe ergibt sich oftmals gerade aus den spezifischen Bedingungen des Stoßes. • Anschlüsse zwischen Bauteilen mit verschiedenem Schichtenaufbau. Dies ergibt sich beispielsweise in einem Außenwandaufbau bei einem Wechsel zwischen unterschiedlich gestalteten Fassadenbereichen (2 7) oder immer dann, wenn Bereiche der Hülle mit unterschiedlichen Aufgaben aneinanderstoßen. Das einleuchtendste Beispiel für den letzten Fall ist eine Fuge zwischen einem Fenster und einer geschlossenen Wand (2 9). Zusätzlich zur oben genannten Problematik sind in diesem Fall zumeist •• geometrische Versprünge der Schichten (2 7, 8); •• Übergänge zwischen unterschiedlichen Materialien innerhalb einer Funktionsschicht (2 7, 8); •• Übergänge zwischen ein- und mehrstufigen Dichtprinzipien innerhalb einer Funktionsschicht (2 9, 10) am Übergang zu bewältigen. • Diskontinuierliche Änderungen der Hüllflächengeometrie. Diese führen – wie beispielsweise bei Ecken, Versprüngen oder Versätzen – oftmals zur Notwendigkeit, einen Anschluss einzuführen (2 11, 12). Damit verbindet sich ggf. auch eine • Veränderung der Beanspruchungsbedingungen, wie beispielsweise beim Übergang zwischen einem senk- und einem waagrechten Hüllbauteil hinsichtlich der Beanspruchung durch Niederschlag (2 6). Ein anschauliches Beispiel ist der Übergang zwischen einer Wand- und einer Dachfläche.

Fugengestaltung an singulären Punkten ☞ das Beispiel in Band 1, Kap. VI-3, Abschn. 4 Kontinuität der Funktionen, in  47, S. 681

2.2

8

XI Flächenstöße

• Durchdringungen der Funktionsschichten durch Fügeteile mit kraftleitender Funktion. Diese ergeben sich bei den meisten mehrschichtigen Aufbauten – die heute den Regelfall darstellen –, da die Einzelschichten oder -schalen entweder miteinander zu einem zusammenhängenden Bauteil zu verbinden oder an einer tragenden Primärkonstruktion rückzuverankern sind. Bestes Beispiel hierfür sind Wärmebrücken durch eine Dämmschicht hindurch, die durch Verbindungselemente hervorgerufen werden (2 7 bis 12). Sollen die fundamentalen bauphysikalischen Funktionen der Gebäudehülle im Ganzen gewährleistet sein, ist ihre Erfüllung selbstredend auch an diesen singulären Punkten zu sichern. Zu den angesprochenen spezifischen Verhältnissen bei Fugen gesellt sich noch die besondere Tatsache, dass Fugen notwendigerweise aus mehr oder weniger großen Hohlräumen bestehen oder alternativ mit Stoffen gefüllt werden, an die extreme Anforderungen gestellt werden – wie beispielsweise dauerelastische Dichtmassen. Aus diesen Gründen zählt das fachgerechte Durchbilden von Fugenkonstruktionen zu den wesentlichen und auch anspruchsvollsten Aufgaben eines Konstrukteurs.

M 1:5 50 mm

0

A

a

D z

z

y

5 Geometrischer Versatz der inneren Deckschale D eines Sandwichelements im Fugenbereich zur Schaffung eines Anschlussfalzes A in der für Pressleistenhalterung geeigneten Breite a. (Fa. Schüco).

x

6 Übergang zwischen einer senkrechten Fassadenfläche zu einer waagrechten Fläche einer Blechabdeckung. (Fabrikat Rheinzink®).

9

y

7 Wechsel in der Wetterhaut einer Außenwand mit vorgehängter Bekleidung aus Titanzinkblech (Fabrikat Rheinzink®).

x

FC

3 2 FB

a FA

1

b

8 Geometrischer Ebenenversprung an der Wetterhaut zwischen der Titanzinkverkleidung a und der Aluminiumverkleidung b. Gleichzeitig Materialwechsel zwischen a und b. a Titanzinkverkleidung FA Anschlussfuge A: formschlüssige Verbindung von Blechen 1 Übergangsstück aus Blech FB Anschlussfuge B: formschlüssige Verbindung von Blechen 2 Anschlussblech 3 federweiches Dichtprofil FC Anschlussfuge C: Verbindung zwischen Anschlussblech und Aluminiumverkleidung b Aluminiumverkleidung

10

XI Flächenstöße

y

9 Fensteranschluss an eine Außenwand (Fabrikat Rheinzink®).

x

FD

10 Übergang zwischen ein- und zweistufigem Dichtprinzip am Fensteranschluss. a Titanzinkverkleidung FA Anschlussfuge A: formschlüssige Verbindung zwischen Blechen 1 gekantentes Anschlussblech FB Anschlussfuge B: Verbindung zwischen Anschlussblech und Fensterrahmen (einstufig) federweiches Dichtprofil 2 3 Außenschale des Blendrahmens in Aluminium FC Anschlussfuge C: Anschlag zwischen den Außenschalen von Blend- und Flügelrahmen (zweistufig) K Entspannungs- und Entwässerungskammer 4 Außenschale des Flügelrahmens in Aluminium FD Anschlussfuge D: Verbindung zwischen Außenschale des Flügelrahmens und der Fensterscheibe (zweistufig) 5 federweiches Dichtprofil b Fensterscheibe

2

FC

FB

3 1

K

FA

a

b 4

K

5

11

c

2

11 Außenecke einer Wetterhaut aus Blech-Stulppaneelen (Fabrikat Rheinzink®).

1

☞  12 y

a

b

M 1:5

x

0

50 mm

a, b, c Verkleidung aus Blech-Stulppaneelen 1 Übergangsblech 2 Verankerung der Wetterhaut an der tragenden Wandschale

2

c

1 b

y

a

☞  11

x

M 1:5

0

50 mm

12 Innenecke einer Wetterhaut wie in  11 (Fabrikat Rheinzink®).

12

XI Flächenstöße

3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen

Wegen der grundsätzlich erhöhten Erschwernisse in Anschlusspunkten sind Strategien naheliegend, diese Anschlüsse

☞ Band 1, Kap. II-1, Abschn. 2.3 Gliederung nach konstruktiven Gesichtspunkten > 2.3.2 aus dem Bauprinzip, S. 34 ff

☞ Band 1, Kap. II-2 Abschn. 4.3 Transport, S. 59 ✏ Beispiel: ein Bullaugenfenster, bei dem es keine Eckstöße gibt; vgl. auch  13 und 14.

• soweit wie möglich zu vermeiden (vgl. Beispiele in 2 13– 14). Zumeist erfordert dies entsprechende planerische Weichenstellungen in einem frühen Ausarbeitungsstadium. Einen Schritt in diese Richtung stellt die Wahl des integralen Bauprinzips dar. Die reine Umsetzung dieses Prinzips gelingt im Bauwesen – zumindest in größeren Maßstäben oder Hierarchiestufen der Baustruktur – jedoch selten. Zielführend in diesem Sinn ist aber bereits die Wahl der größtmöglichen Bauteilgröße. Je größer das Einzelelement, desto geringer wird insgesamt der Fugenanteil sein. Insbesondere empfiehlt es sich, Montagestöße zu minimieren, also solche, die vor Ort auf der Baustelle realisiert werden, und dafür erforderlichenfalls mehr Werkstöße in Kauf zu nehmen. Die Grenzen hierfür sind zumeist durch die maximalen Transportgrößen vorgegeben. Aber auch die Wahl einer günstigen Bauteilgeometrie kann zu einer Reduktion der Fugenzahl führen. Beispielsweise bieten kontinuierlich geformte Flächenbauteile mit einem Minimum an Ecken und Kanten gute Voraussetzungen für die weitgehende Vermeidung von Fugen, oder zumindest für die Reduktion des Fugenanteils. • im Rahmen des Möglichen so anzuordnen, dass sie nicht in den gefährdetsten oder am stärksten beanspruchten Bereichen liegen; man ist beispielsweise gut beraten, wenn man Anschlüsse auf Dachflächen etwas höher legt als die wasserführende Ebene (vgl. Beispiel in 2 15).

☞ Kap. XIII-6, Abschn. 3. Konstruktives Grundprinzip, S. 706

• ggf. Maßnahmen zur Sicherstellung der Dichtfunktionen der Schichten im Fugenbereich örtlich getrennt von Befestigungspunkten zu legen. Wie bereits angesprochen, kann es im engen Fugenraum zu Konflikten zwischen diesen Teilfunktionen, also Dichten und Kraftleiten, kommen, sodass eine geometrische Entflechtung von Bauteilfuge und Befestigung manchmal empfehlenswert ist. Als Beispiel hierfür kann eine punktgehaltene Glasscheibe dienen, bei der die Flächenstöße, anders als bei linear gehaltenen Gläsern, keine Anforderungen aus der Kraftleitung erfüllen müssen.

13

13 Minimierung von Stößen durch ausgerundete Eckengeometrie und Anordnung der verbleibenden Fuge an möglichst günstiger Stelle: links: Anordnung von jeweils einer Fuge an den vier Ecken. rechts: Ausrundung der Ecken, fugenlose Fortführung des Profils über die Ecken hinweg: ein einziger Stoß in einem geradlinigen Abschnitt.

1 2 3 4

5

14 (Links) Eckdetail eines Fensterprofils mit ausgerundeter Ecke ohne Stoß. 1 Wärmedämmung 2 eloxierter Aluminiumrahmen 3 Blendrahmen, Aluminium 4 Aluminium-Glashalteleiste 5 Laibungsprofil mit Führungsschiene für Sonnenschutz 6 Aluminium-Flügelrahmen 7 Fensterbank mit Aluminiumoberfläche 8 Aluminium-Polyethylen-Paneelverkleidung

6 7

5 8

15 Der empfindliche Sperrbahnanschluss wird aus der Wasser führenden Ebene (OK Sperrschicht horizontal) emporgehoben. Die Ecke wird als fugenloser abgeschrägter Übergang ausgebildet.

14

XI Flächenstöße

Im Folgenden sollen verschiedene alternative Stoßausbildungen von Schichten flächiger Hüllbauteile hinsichtlich ihres Verhaltens gegenüber den verschiedenen Beanspruchungen und zugehörigen Teilfunktionen näher betrachtet werden. Dabei soll zunächst von drei wesentlichen Prinzipien der Stoßausbildung ausgegangen werden, die hinsichtlich ihrer Spaltgröße, und damit insbesondere hinsichtlich ihrer Dichtheit gegen das Medium Wasser, gegeneinander abzugrenzen sind (2 16):

4. Prinzipien der Stoßausbildung

☞ Vgl. zum Begriff „kritische Kapillarbreite“die Anmerkungen weiter unten in Abschn. 4.2.2.

• die offene Fuge: Spaltbreite größer als kritische Kapillarbreite; • die Kapillarfuge: Spaltbreite – zumindest teilweise – gleich oder kleiner als die kritische Kapillarbreite, sodass Wasser aktiv in die Fuge hineingezogen wird;

a

• die geschlossene Fuge: Je nach Ausführungsart wird diese Fugenausbildung entweder b

•• undicht sein. Wenn es sich um eine Kontakt- oder Pressfuge handelt, bei der zwei biegesteife Grenzflächen aneinanderstoßen, wird sich die Fuge infolge der bautechnisch unvermeidbaren Imperfektionen der sich berührenden Oberflächen analog zur Kapillarfuge verhalten; als physische Barriere beispielsweise für Wassermoleküle (ø ca. 1 nm = 10 –9 m) 1 kann nur eine Spaltbreite unterhalb dieses Maßes gelten; derartige Präzisionsgrade liegen jenseits des baulich Realisierbaren;

c

16 Fugenarten: a offene Fuge b Kapillarfuge c geschlossene Fuge

☞ Abschn. 4.3.2 bis 4.3.5, S. 22 f

•• oder dicht sein. Die große Mehrzahl der Konstruktionsfugen gehört in diese Kategorie. Voraussetzung hierfür ist, dass mindestens eines der weiter unten diskutierten Dichtprinzipien zur Wirkung kommt.

Schichtebene

schichtorthogonaler Fugenabschnitt

Fugenfüllung

17 (Links) Verwendete Terminologie. Beispiel: gerade durchgehende Fuge.

Fugenflanke

s

schichtparalleler Fugenabschnitt

Schicht

S1

a 18 (Rechts) Verwendete Terminologie. Beispiel Falzfuge. a b s1,2

Tiefe des schichtorthogona- len Fugenabschnitts (➝ y) Tiefe des schichtparal- lelen Fugenabschnitts (➝ x) Breite des schichtorthogonalen Fugenabschnitts

t

d

a

y x

s Fugenbreite t Fugentiefe d Schichtdicke

b

S2

y x

schichtorthogonaler Fugenabschnitt

15

Ausgehend von unserer Überlegung, dass Fugen in einer Baustruktur, was die wesentlichen Teilfunktionen der Gebäudehülle angeht, als konstruktive Schwach- und Problempunkte gelten müssen, lässt sich annehmen, dass zunächst kein Anlass besteht, Fugen offen, geschweige denn in Kapillarbreite auszuführen. Vordergründig im Hinblick auf die Dichtfunktionen beurteilt, schafft die geschlossene Fuge – bestimmte konstruktive Dichtmaßnahmen vorausgesetzt, die weiter unten detailliert besprochen werden – zweifellos den besten Ersatz für ein Materialkontinuum. Sie setzt dem Eindringen der verschiedenen Medien – Wasser, Dampf, Wind – oder auch dem Entweichen von Wärme durch Konvektion eine physikalische, materielle Barriere, und somit den bestmöglichen Widerstand entgegen. Dennoch kommen offene Fugen und Kapillarfugen häufig in der Baukonstruktion vor (2 19). Trotz ihres inhärenten Nachteils, für Medien grundsätzlich durchlässig zu sein (2 20 bis 26), weisen sie einige wesentliche Vorteile, insbesondere in ihrem Zusammenwirken mit dicht geschlossenen Fugen, auf: • Sie sind baulich mit einfachsten Mitteln herzustellen. In den meisten Fällen handelt es sich um einfache Kantenstöße, press oder auf Lücke ausgeführt. Die oftmals nicht profilierten Bauteilkanten lassen sich auf einfachste Weise, z. B. durch simplen Trennschnitt, ebene Abschalung etc., herstellen. Sie bieten, gemessen am baulichen Aufwand, eine zumeist tolerable Brems- oder Dichtwirkung, die sich insbesondere als erste Phase einer mehrstufigen Dichtung eignet. Sie treten folglich häufig als vorgeschaltete Ergänzung oder zusätzliche Sicherungsstufe für eine geschlossene Fuge auf. Geschlossene Fugen entsprechen für sich gesehen einem einstufigen Dichtprinzip und sind unter Umständen ohne Zusatzmaßnahme, über einen längeren Zeitraum betrachtet, akuter Versagensgefahr ausgesetzt.

Offene Fuge

y x

19 Offene Fuge, Spalt.

y x

20 Offene Fuge, Spalt unter Windbeanspruchung.

• Insbesondere offene Fugen mit ausreichender Spaltbreite erlauben Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander rechtwinklig zur Fugenebene. Dieser Anforderung, welche die meisten Fugen notwendigerweise zu erfüllen haben, lässt sich mit einer geschlossenen Fuge oftmals nur mithilfe von Zusatzmaßnahmen – wie federweiche Zwischenstücke etc. – entsprechen. • Auch Maßungenauigkeiten in der Herstellung und Montage der Teile lassen sich an der offenen Fuge deshalb problemlos aufnehmen. • Offene Fugen erlauben gleichzeitig eine – zumindest teilweise – Dichtwirkung und einen Luft- und Dampfdurchtritt – in diesem Kontext vorwiegend einen von innen nach außen gerichteten. Dies leistet keine andere

y x

21 Offene Fuge, Spalt unter Niederschlag und Winddruck.

4.1

16

XI Flächenstöße

☞ Siehe beispielsweise das Anschlussdetail in  6, S. 8.

der im Folgenden zu untersuchenden Fugenausbildungen. Insbesondere bei außenliegenden Wetterhäuten spielt dieser Vorzug eine bedeutende Rolle ( 27). Die Eignung der offenen Fuge hinsichtlich der baulichen Teilfunktionen lässt sich im Einzelnen wie folgt charakterisieren:

y x

22 Offene Fuge, für Dichtzwecke ungünstige Fugenproportionen.

☞ Abschnitt 5.1, S. 24 ff

☞ siehe  90, S. 39 ☞ Abschnitt 5.4, S. 26

• Schutz gegen Feuchte: Die offene Fuge bietet naturgemäß zwar keine Wasserdichtheit, da Wasser ja durch den Spalt ins Innere dringen kann (2 21). Dies wird durch zusätzlichen Staudruck infolge Winds verstärkt. Der Spalt führt allerdings – ein geeignetes Verhältnis zwischen Fugenbreite und -tiefe vorausgesetzt – zu einem starken Abbremsen des Schlagregens, der sich an dieser Stelle zumindest entspannt. Der Spaltraum lässt sich folglich als Entspannungskammer auffassen, in welcher der Staudruck des Winds abgebaut wird. Ein Teil des Wassers wird in dieser Fugenkammer nach unten abfließen – sofern der Fugenverlauf geneigt oder vertikal ist –, ein kleiner Teil je nach Bedingungen auch weiter in das Innere dringen. Wesentlich für eine Brems- oder – zumindest teilweise – Dichtwirkung einer offenen Fuge (2 19) ist die Proportion zwischen der Fugenbreite und der Fugentiefe (x : y). Breite Fugen mit geringer Tiefe lassen Wasser und Wind praktisch ungehindert hindurchtreten ( 22). Hingegen setzen Fugen mit geringer Breite und großer Tiefe dem Niederschlagswasser und dem Wind einen erkennbaren Widerstand entgegen ( 23). Die dichtwirksame Fugentiefe einer offenen Fuge lässt sich durch Schaffung einer Bauteilüberlappung deutlich vergrößern ( 24). Dies ist ein gutes Beispiel für eine Verbesserung der Dichtwirkung einer Fuge durch geometrische Maßnahmen, wie weiter unten näher diskutiert. Zusätzlich lässt sich die Wirkung der Schwerkraft ausnutzen, wenn die offene Überlappungsfuge mit lotrechtem Verlauf ausgeführt wird; wiederum ein Beispiel für eine Verbesserung der Dichtwirkung, in diesem Fall wie weiter unten ausführlich beschrieben. • Windschutz: Da der Staudruck sich im Fugenraum zumindest teilweise abbauen kann (2 20) – wiederum vorausgesetzt, es existiert eine günstige Proportion zwischen Fugenbreite und -tiefe –, ist zwar mit einem Hindurchtreten des Winds durch die Fuge zu rechnen, doch bei deutlicher Verringerung des Staudrucks und der Windgeschwindigkeit.

y x

23 Offene Fuge, für Dichtzwecke günstige Fugenproportionen.

• Wärmeschutz: Eine offene Fuge zwischen einzelnen Wärmedämmelementen kann zu einer deutlichen lokalen Verstärkung des Wärmedurchgangs, also zu einer Verschlechterung der Wärmedämmung führen (2 24). Dies steht jedoch in Abhängigkeit der Spaltbreite. Wird ein Maximalmaß von wenigen Zentimetern (ca. 1 bis 3)

17

nicht überschritten, bildet sich im Spaltraum eine weitgehend stehende Luftschicht, die einen noch tolerablen Dämmwert bietet (2 13). Wird der Spalt größer, kann es zu Bewegungen der Luft, also Konvektion, und folglich einer deutlichen Verschlechterung des Wärmeschutzes kommen.

24 (Links) Offene Fuge, Verbessern der Dichtwirkung durch Verlängern der Fugentiefe bei überlappender Fugenausbildung. 25 (Rechts) Offene Fuge, Verbessern der Dichtwirkung durch Überlappung und gleichzeitiges Ausnutzen der Schwerkraft bei lotrechter Anordnung der überlappenden Bauteile.

z

y

x

x

26 (Links) Offene Fugen in dampfbremsenden oder -sperrenden Schichten müssen als Fehlstellen gelten. 27 (Rechts) Beispiel für planmäßigen Dampfdurchtritt: Austrocknung einer leichten Außenwand in Holzrippenbauweise durch die offenen Fugen der Wetterhaut.

y x

28 (Links) Offene Fuge unter Wärmeeinfluss. Isothermen

y x

29 (Rechts) Kontinuität der Dämmebene über Hohlräume mit stehenden Luftschichten hinweg, am Beispiel eines Aluminiumfensters.

18

XI Flächenstöße

• Dampfkontrolle: Eine offene Fuge ist nicht imstande, Dampfdurchtritt zu bremsen oder zu sperren (2 26). In einer dampfbremsenden oder -sperrenden Schicht ist eine offene Fuge eindeutig als Fehlstelle zu werten. Dies kann unter bestimmten Voraussetzungen indessen ein Vorzug sein. • Diffusionsfähigkeit: Offene Fugen erlauben den freien Dampfdurchtritt, und sind infolgedessen für das Austrocknen der äußeren Schichten eines Wandaufbaus gut geeignet (2 27).



Auch wenn Kapillarfugen wegen ihrer wasseranziehenden Tendenz zunächst als unerwünscht gelten müssen, sind sie bei vertretbarem baulichen Aufwand dennoch kaum durchgängig zu vermeiden. Sie stellen sich immer dann ein, wenn zwei Bauteilflächen mit bauüblichen Imperfektionen press aneinanderliegen, weil dabei stets schmale Spalte entstehen, die das Wasser kapillar einziehen. Da ein Konstruieren ohne Anschlags- und Befestigungsflächen kaum vorstellbar ist, muss die Kapillarfuge – dort wo sie unvermeidbar ist – vom Konstrukteur im Grad ihrer Gefährlichkeit erkannt und mit geeigneten konstruktiven Mitteln entschärft werden.

4.2 Kapillarfuge

4.2.1 Physikalischer Kapillareffekt ☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 10 Grenzflächen, S. 220 ✏ lat. capillus = Haar

y



x

30 Kapillarfuge.

☞ Abschnitt 5.2, S. 25

Das physikalische Phänomen der Kapillarität ist im Detail an anderer Stelle beschrieben. Ist die Breite der Fuge sehr klein, sodass sich die Kanten der anstoßenden Teile oder Abschnitte ganzflächig oder teilweise berühren, so spricht man von einer Kapillarfuge oder Haarfuge (2 30). Gegenüber der offenen Fuge unterscheidet sich die Kapillarfuge durch einen spezifischen Wirkmechanismus, der dazu führt, dass Wasser in diesen Fugenraum nicht nur frei eindringen kann – wie bei einer offenen Fuge –, sondern infolge des physikalischen Kapillareffekts aktiv in diese hineingezogen wird (2 31). Hieraus erklärt sich auch die Gefährlichkeit dieses Fugentyps für Baukonstruktionen. Dieser Begriff wird ausschließlich im Zusammenhang mit der Beanspruchung einer Fuge unter Feuchte – und ggf. zusätzlich Staudruck – verwendet, weshalb hier lediglich diese Teilfunktion betrachtet werden soll. Die Kapillarwirkung ist von verschiedenen Faktoren abhängig, nicht nur von der Spaltbreite, welche sicherlich das wichtigste Kriterium ist, sondern auch von anderen Parametern. Sie beruht im Wesentlichen auf • der kritischen Fugenbreite (< ca. 1/10 mm); • der Benetzungsfähigkeit der Fugenflächen – je größer die Benetzungsfähigkeit, desto stärker wird das Wasser in den Spalt hineingezogen. Diese ist ihrerseits abhängig von:

19

•• dem Material der Fugenfläche. Hier ist zu unterscheiden zwischen hydrophilen (= wasseranziehenden) und hydrophoben (= wasserabstoßenden) Materialien. Im Wesentlichen sind die ersten schwerer als Wasser, die zweiten leichter. Voraussetzung für die Kapillarwirkung ist die Existenz zweier Fugenflächen aus hydrophilem Material; •• der Rauigkeit der Fugenflächen. Je rauer diese sind, desto größer die Benetzungsfähigkeit – und natürlich umgekehrt: je glatter die Fläche, desto kleiner die Benetzungsfähigkeit. y

Sind die genannten Voraussetzungen gegeben, entsteht Kapillarwirkung. Das Wasser wird aktiv, theoretisch über eine unbegrenzte Fugentiefe hinweg, transportiert. Bei größeren Fugenbreiten kann sich dieser Effekt nicht einstellen; wir sprechen dann von einer offenen Fuge.

x

31 Kapillarfuge unter Regen- und Staudruckbeanspruchung. Das Wasser wird infolge des physikalischen Kapillareffekts aktiv in den Fugenraum hineingezogen.

Die Abwägung dieser Parameter beim Konstruieren ist im Einzelfall schwierig und setzt physikalische Kenntnisse voraus, über die der Konstrukteur im Regelfall nicht verfügt. Als grobes Richtmaß kann dennoch gelten, dass sich bei den meisten bauüblichen Werkstoffen ein baulich kritischer Kapillareffekt ab einer Größenordnung der Spaltbreite kleiner als ca. 1/10 mm einstellt. Nur in dieser Hinsicht sprechen wir im Folgenden von einer – bauplanerisch handhabbaren – kritischen Kapillarbreite, obgleich dieser Begriff aus streng naturwissenschaftlicher Sicht die realen Verhältnisse nicht trifft, weil der Kapillareinzug sich mit stetig abnehmender Spaltbreite ebenfalls kontinuierlich verstärkt.

Kritische Kapillarbreite

4.2.2

Wir haben gesehen, dass der Kapillareffekt Wasser theoretisch unbegrenzt weit in einen Fugenraum einziehen kann. Dieser Fall existiert in der Baupraxis indessen kaum. Die vergleichsweise engen Voraussetzungen für das Entstehen einer endlosen Kapillarfuge finden sich im Regelfall nicht, weil

Baupraktische Verhältnisse

4.2.3

• konstante Fugenbreiten im Zehntel-Millimeterbereich über größere Längen im Bauwesen nicht vorkommen. Übliche Ungenauigkeiten führen dazu, dass einzelne Bereiche der Fugenfläche miteinander direkt in Berührung stehen (Fugenbreite = 0), während andere klaffen (Fugenbreite deutlich > 1/10 mm). In der Realität wird es eher lokale Kapillarpfade geben, auf denen Wasser über eine gewisse, maßlich jedoch begrenzte Strecke transportiert wird; • bereits kleine lokale Unebenheiten, Grate oder Partikel auf der Fugenfläche dazu führen, dass die Fuge nicht über eine Mindestspaltbreite hinaus zusammengeführt werden kann.

20

XI Flächenstöße

Diese liegt oftmals bereits oberhalb der kritischen Kapilarfugenbreite. Kontaktfugen zwischen Bauteilen sind, wie wir gesehen haben, in der Baupraxis kaum zu vermeiden, weil Anschlags- und Befestigungsflächen zwischen Bauteilen benötigt werden. In Kontaktfugen zwischen biegesteifen Bauteilen stellt sich zwar zumeist keine im physikalischen Sinn durchgängige Kapillarfuge ein, doch es kann zumindest auf begrenzten Kapillarpfaden Feuchte in die Tiefe der Fuge eingezogen werden und ggf. zu schwerwiegenden Schäden in der Konstruktion führen. Insbesondere dort, wo die Grenzflächen in einer Kapillarfuge von sich aus stark wassersaugend wirken, kann der Wassereinzug kritisch sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn zwei Hirnholzflächen zusammentreffen. Dabei wird das Wasser aus dem Fugenspalt über die Faserkanäle in die Holzstruktur eingezogen und kann zu Fäule führen. Innerhalb der Faserkanäle erfolgt der Wassertransport ebenfalls über Kapillarität. Beim konstruktiven Umgang mit dem Kapillareffekt trifft man auf ein Paradoxon: Während innerhalb gewisser Grenzen das stetige Verkleinern einer (offenen) Fuge es dem Wasser zunehmend schwieriger macht, in den Fugenraum oder durch diesen hindurchzudringen, stellt sich beim Erreichen einer bestimmten Kapillarbreite ein unerwünschter Sogeffekt ein, der das Wasser gleichsam in die Fuge hineinzieht. Je präziser die Kanten gearbeitet sind, d. h. je satter und großflächiger die sich berührenden Fugenflächen aufeinander aufliegen, desto stärker (!) ist der Kapillareffekt. Wie wir gesehen haben, wird die maßliche Schwelle zu einer wirklich wasserdichten Spaltbreite, also einer, die kleiner als ein Wassermolekül ist, im Rahmen bauüblicher Genauigkeit nie erreicht. Ungenauigkeiten der anstoßenden Teilekanten wirken sich hierbei – paradoxerweise – deshalb günstig aus, weil die Fugenflächen dann nur in Teilbereichen die kritische Kapillarfugenbreite erreichen, die Fuge ansonsten aber ähnlich wie eine offene Fuge wirkt. Es existieren hingegen auch Kapillarfugen, die zwangsläufig entstehen, wie beispielsweise: • in Rissen infolge Verformungen im Materialkontinuum selbst – ein Beispiel sind Feinrisse, sogenannte Kapillarrisse, im Beton infolge Schwindens – oder: • infolge des Herstellungsprinzips – ein Beispiel ist die Fuge zwischen Mörtelschicht und Ziegelstein.

y x

32 Pressfuge.

Es handelt sich dabei oft um mineralische Werkstoffe, bei denen sich die Kapillarwirkung aufgrund ihrer rauen Oberfläche und ihrer hydrophilen Materialcharakteristik vollständig entfalten kann. Dennoch können diese Materialien in dieser Hinsicht als vergleichsweise unkritisch gelten, da sie stark porös sind und

21

eingedrungenes Wasser während einer trockenen Periode leicht wieder ausdiffundieren lassen. Es sollen folgende Varianten der geschlossenen Fuge betrachtet werden:

Geschlossene Fuge

• die Pressfuge;

☞ Abschn. 4.3.1, S. 21

• die Fuge mit Stoffverbund;

☞ Abschn. 4.3.2, S. 22

• die Fuge mit Füllung und Flankenhaftung;

☞ Abschn. 4.3.3, S. 22

• die Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck

☞ Abschn. 4.3.4, S. 23

• sowie als Kombination der beiden letzten die Fuge mit federweicher Füllung, Anpressdruck und zusätzlicher Flankenhaftung.

☞ Abschn. 4.3.5, S. 23

Das Ziel dieser Art von Dichtung ist es, einen funktionsfähigen Ersatz für ein Materialkontinuum zu schaffen. Dies kann ohne oder mit Zugabe eines Füllmaterials oder Zwischenstücks geschehen. Das Zwischenelement sollte hinsichtlich der betrachteten Teilfunktion der Schicht möglichst ähnliche Materialeigenschaften wie die anstoßenden Teile selbst aufweisen. Zumeist eignen sich diese Art von Fugenausbildungen besonders gut für Dichtungen nach dem einstufigen Dichtprinzip bzw. als Endstufe einer mehrstufigen Dichtung. Eine Pressfuge ist eine Fuge, bei der die Teilekanten press bzw. auf Kontakt aufeinandersitzen und welche durch mechanische Krafteinwirkung zusammengedrückt oder zumindest zusammengehalten wird (2 32), sodass der Kontakt zwischen den Fugenflanken auch unter wechselnden Kraftverhältnissen gesichert ist. Je nachdem, ob nur biegesteife Materialien bzw. ein oder zwei federweiche Elemente beteiligt sind, werden unterschiedliche Verhältnisse herrschen: Wird die Fuge von einem oder zwei federweichen Teilen gebildet, kann man davon ausgehen, dass die Fuge effektiv geschlossen wird. Es ist dann nämlich zwischen federweichen Teilen, bzw. zwischen einem solchen und einer biegesteifen Bauteilkante, kein Raum für den Transport von Wasser vorhanden, da sich die Fuge vollständig schließt. Voraussetzung hierfür ist, dass zumindest ein Teil federweich ist, und dass ein Anpressdruck auf die Fuge ausgeübt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich die Oberfläche des federweichen Teils auf die Bauteilkante oder Fugenfläche – mit all ihren Unebenheiten – aufpresst und den Spalt zuverlässig vollständig schließt. Wassermolekülen wird in diesem Fall eine physikalische Barriere entgegengestellt. Die Verhältnisse sind vergleichbar mit denen bei einer Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck wie weiter

4.3

☞ ohne: Abschn. 4.3.1 bis 4.3.2 ☞ mit: Abschn. 4.3.3 bis 4.3.5

Pressfuge

y x

33 Fuge mit Stoffverbund.

4.3.1

22

XI Flächenstöße

☞ Abschn. 4.3.4, S. 23

☞ Abschn. 4.2, S. 18

☞ Abschn. 4.1, S. 15 ff

4.3.2 Fuge mit Stoffverbund ☞ Kap. XII-2, Abschn. 3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berührfläche – Die Schlussarten und die schlusserzeugenden Kräfte, S. 98 ff sowie Kap. XII-8 Fügen durch Stoffvereinigen, S. 310 ff

4.3.3 Fuge mit Füllung und Flankenhaftung

☞ Kap. XII-8 Fügen durch Stoffvereinigen, S. 310 ff

unten untersucht. Handelt es sich hingegen um biegesteife Elemente, die zusammengedrückt werden, besteht keine Garantie, dass eine dichte Schließung des Fugenraums erfolgt. Unter Berücksichtigung der im Bauwesen üblichen Ungenauigkeiten muss damit gerechnet werden, dass sich zwar lokal Kontakt zwischen den Teilen einstellt, dass aber ansonsten in Teilbereichen Spalte mit verschiedenen Breiten klaffen. Man muss davon ausgehen, dass sich unter diesen Spalten auch Kapillarpfade mit kritischer Kapillarfugenbreite ausbilden, die das Wasser aktiv in den Fugenraum hineinziehen. Als Folge davon stellen sich Verhältnisse wie bei einer Kapillarfuge ein. Man kann aus diesem Grund behaupten, dass derartige Pressfugen zwischen biegefesten Teilen für Dichtfunktionen ungeeignet sind, es sei denn man nimmt – beispielsweise bei der ersten Ebene einer mehrstufigen Dichtung – eine Kapillarwirkung lokal planmäßig inkauf. Bei einer Kontaktfuge ohne Presswirkung muss man von Verhältnissen wie bei einer offenen Fuge ausgehen, da ohne Kraftwirkung ein ständiger Kontakt zwischen den Fugenflanken nicht zu gewährleisten ist. Dies gilt für biegesteife wie grundsätzlich auch für federweiche Fügeteile. Die verbindende Kraft zwischen den Teileflanken entsteht aus den infolge der Ko- oder Adhäsion wirkenden elektromagnetischen Molekularkräfte (2 33). Sie sind die Folge einer chemischen Verbindung oder sonstiger Stoffverbindung der Teileflanken, erforderlichenfalls unter Mitwirkung eines Kleb- oder Lösestoffs. Die Stoffverbindung kann auch unter Energieeinwirkung – z. B. Wärme wie bei einer Metallschweißung – zustande kommen. Die Klebefuge stellt einen guten Ersatz für ein Materialkontinuum dar, das in seinen Eigenschaften diesem sehr nahekommt, sofern die Verbindung fachgerecht ausgeführt ist. Ist die Klebung oder Verschweißung vollflächig ohne Lücken, ist eine Dichtfunktion gegen Wasser und anderen Medien erfüllt. Im Gegensatz zu den meisten anderen Fugenausbildungen kann bei dieser Variante zumeist auch eine Kraftübertragung von einem Teil auf das benachbarte erfolgen. Eine Aufnahme von Relativbewegungen fester Teile zueinander ist bei dieser Ausführung ausgeschlossen. In diesem Fall beruht die Dichtwirkung auf der Haftung zwischen dem Füllmaterial und der Fugenflanke (2 34), sodass zum Teil vergleichbare Verhältnisse vorliegen wie bei der Fuge mit Stoffverbund wie oben diskutiert. Dabei entstehen Haftkräfte zwischen diesen, die keine mechanische, sondern chemische Ursache haben. Es müssen geeignete Voraussetzungen für die Schaffung des Haftverbunds zwischen Fugenmaterial und Fugenfläche existieren, die zuvorderst von der Materialcharakteristik der beteiligten

23

Elemente sowie ggf. eines Klebstoffs abhängig sind. Es kann erforderlich sein, die Fugenflanke vorzubehandeln, damit dieser Haftverbund zuverlässig und dauerhaft hergestellt werden kann – wie z. B. beim Einsatz von Primern auf mineralischen Werkstoffen vor der Versiegelung. Es ist grundsätzlich kein Anpressdruck notwendig, um die erwünschte Wirkung zu erzielen. Sofern es sich um einen federweichen Füllstoff handelt, können sogar Relativbewegungen der anstoßenden Elemente in der Fuge aufgenommen werden – wie bei Dichtstofffülllungen. Dies stellt einen großen Vorzug dieser Art der Abdichtung dar, da im Fugenraum in den meisten Fällen Verformungen aus unterschiedlichen Einflüssen (Temperatur, Feuchte) aufzunehmen sind. Das Wirkprinzip dieser Art Dichtung beruht auf dem Umstand, dass zwischen federweichem Füllelement und fester Bauteilkante eine vollständig geschlossene Fuge entsteht (2 35). Es ist mit dem der Pressfuge mit Beteiligung federweicher Elemente vergleichbar. Das satte Anschmiegen der Fugenflächen und das daraus entstehende Schließen der Fugen wird in diesem Fall nicht durch die Elastizität mindestens eines der anstoßenden Flächenelemente gewährleistet, die nur selten vollständig aus biegeweichem Material herstellbar sind, sondern durch die Elastizität eines zu Dichtzwecken eingeführten Füllstücks oder -materials in Kombination mit dem unabdingbaren Anpressdruck. Dank der Mitwirkung des federweichen Zwischenstücks lässt sich auch eine Fuge zwischen zwei biegesteifen Teilen dicht schließen. Bei dieser Art von Dichtung – anders als bei der Füllung mit Haftung – sind neben einer ausreichenden Elastizität des Füllmaterials keine besonderen Anforderungen an die Materialbeschaffenheit der zu stoßenden Teile zu stellen. An der Grenzfläche zwischen Füllteil und Fugenflanke entsteht keinerlei Stoff- oder Haftverbund – wie beispielsweise bei einer Klebung –, sondern nur eine geometrische Anpassung der federweichen Füllung an die feste Flanke unter mechanischer Krafteinwirkung. Grundsätzlich gilt, dass je größer der Anpressdruck, desto sicherer auch die Dichtwirkung der Fuge ist. Allerdings muss die Füllung hinsichtlich der zu erfüllenden bauphysikalischen Teilfunktion ähnliche Stoffeigenschaften haben wie die zu fügenden Teile. Dies gilt beispielsweise für die Dampfdurchlässigkeit und naturgemäß für die Wasserdichtheit. Bei dieser Variante addiert sich die Wirkung der Haftung mit der mechanischen Krafteinwirkung des Anpressdrucks. Das Resultat ist eine Verstärkung der Dichtwirkung bzw. eine Erhöhung der Sicherheit gegen Versagen.

y x

34 Fuge mit Füllung und Flankenhaftung.

Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck

4.3.4

☞ Abschn. 4.3.1, S. 21

y x

35 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck.

Fuge mit Füllung und Anpressdruck sowie zusätzlicher Flankenhaftung

4.3.5

24

5.

5.1

XI Flächenstöße

Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtheit einer Fuge

Im Sinn einer erhöhten Dichtheit gegenüber Wind und Regen lässt sich eine Fuge durch folgende Maßnahmen verbessern:

Verlängern des Fugenverlaufs – geometrische Maßnahmen

Eine Verbesserung ist zunächst durch Verlängern des Fugenverlaufs möglich. Diese Maßnahme vergrößert den Weg, den Feuchte zurücklegen muss, um in das Innere der Konstruktion zu gelangen. Das Resultat ist ein höheres Maß an Sicherheit. Einen ersten Schritt stellt bereits ein Schräglegen der Fuge gegen die Schichtebene dar. Auch ein Verwinkeln des Fugenverlaufs führt zu einer Verlängerung desselben. Gegenüber dem einfachen Schräglegen erlaubt das Verwinkeln eine deutliche Verlängerung des Fugenverlaufs auf minimalem Raum oder kleinstmöglicher Breite des Fugenbereichs. Einfache Beispiele sind eine Falzung oder eine Nut-und-Feder-Verbindung. Bei diesen Varianten ist bedeutsam, dass jeweils ein Richtungswechsel im Fugenverlauf stattfindet, sodass mindestens ein Fugenabschnitt parallel zur Schichtebene liegt (➝ x), andere orthogonal zu ihr (➝ y). Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn planmäßig Anpressdruck auf die Fuge ausgeübt wird, wie im Fall einer Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck. Dieser ist in der Regel orthogonal zur Schichtebene (➝ y) wesentlich einfacher herzustellen als parallel dazu (➝ x). Des weiteren können Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander möglicherweise besser bei zur Schichtebene parallelem, als bei orthogonalem Fugenverlauf aufgenommen werden. Bei letzterem muss ja die Breite der Fuge selbst variiert werden, um die Verformungen zu erlauben. Im äußersten Fall liegt eine sogenannte Labyrinthfuge vor (2 36). Dem Wasser wird durch die Fugenverlängerung das Eindringen in den Fugenraum zunehmend erschwert (2 37):

y x

36 Offene Labyrinthfuge.

y x

37 Offene Labyrinthfuge unter Regen und Staudruck (Schlagregen).

• Bei der offenen Fuge kann das Wandern der Feuchte auf den Fugenflanken infolge ihrer Benetzungsfähigkeit durch den verlängerten Transportweg unterbrochen werden. Ist einmal der Staudruck infolge Winds durch ein Verwinkeln des Fugenraums abgebaut, unterstützt einzig die Benetzungsfähigkeit der Fugenflächen das Ausbreiten des Wasserfilms. Der Staudruck entspannt sich weitgehend ab einer gewissen zurückgelegten Fugenlänge und das Wasser kann im Fugenraum kontrolliert senkrecht abfließen. • Bei der Kapillarfuge ist bei einer deutlichen Fugenverlängerung damit zu rechnen, dass mögliche Kapillarpfade in der vergrößerten Fugentiefe unterbrochen werden. Dies geschieht vorzugsweise an Knicken oder Winkeln im Fugenverlauf, wo sich die kritische Kapillarfugenbreite mit einiger Sicherheit vergrößert und ein offener Fugenabschnitt entsteht. Ein Beispiel hierfür findet sich in der

25

Labyrinthfuge. In mehrfachen Windungen wird dafür Sorge getragen, dass spätestens an den scharfen Wendungen des Fugenverlaufs Kapillarpfade abgeschnitten werden. Weitere Konstruktionslösungen werden weiter unten diskutiert.  Das Zwischenschalten von Entspannunskammern (2 38) kann die Dichtwirkung der Fuge ebenfalls verbessern. Diese wirken sowohl bei offenen als auch bei Kapillarfugen:



Entspannungskammern

• Bei der offenen Fuge verlängern sie infolge des vergrößerten Umfangs der Kammer den Transportweg des Wasserfilms, der über die Benetzung der Fugenflanken an diesen entlang wandert. Ferner kann sich in der Kammer auch der Staudruck des Winds abbauen. In der Entspannungskammer selbst findet auch zumeist ein kontrolliertes Abfließen des Wassers statt. • Zwischengeschaltete Kammern unterbrechen auch den Kapillareffekt (2 39–41). Kapillar eindringendes Wasser kann sich in ihnen – wie bei der offenen Fuge – nur noch aufgrund der Benetzungsfähigkeit der Fugenflächen in der Kammer weiter fortbewegen, ein Phänomen, das wesentlich schwächer als der Kapillareffekt ist. Der Großteil der Feuchte kann in der Kammer kontrolliert abfließen. Diese kapillarbrechenden Kammern können mehrmals hintereinandergeschaltet werden, um größere Sicherheit zu garantieren.

38 Kapillarfuge mit Entspannungskammern. y

y x

x

39 Kapillarfuge mit Entspannungskammern, die den Wassertransport im Fugenraum mehrfach unterbrechen. Das Wasser kann in der Kammer senkrecht abfließen.

40 Optimierte Fuge mit vergrößerten Entspannungskammern.

y

y x

x

41 Der vergrößerte Fugenraum verkürzt die kapillaren Abschnitte und erlaubt ein besseres Ableiten des entspannten Wassers.

5.2

26

XI Flächenstöße

5.3

Hydrophobierung der Fugenflanken

Die Hydrophobierung der Fugenflanken ist ein weiteres Mittel zur Verbesserung der Fugendichtheit. Dies kann durch das Material des Bauteils selbst erfolgen oder durch eine geeignete Behandlung der Fugenfläche. Der Transport des Wassers im Fugenraum kann durch diese Maßnahme deutlich reduziert werden. Dies gilt sowohl für offene als auch für Kapillarfugen.

5.4

Ausnutzung der Schwerkraft

Auch die Schwerkraft unterstützt ggf. die Dichtwirkung. Je nach Lage der Fuge kann die Schwerkraft den Wassertransport im Fugenraum jeweils unterstützen oder hemmen (2 42). Diesen Umstand kann der Konstrukteur unter geeigneten Voraussetzungen gezielt nutzen, um die Sicherheit einer Fugenkonstruktion zu erhöhen. Bereits ein leichtes Neigen der Fuge gegen die Fallrichtung erzeugt eine Kraft im Wasserfilm der Fuge, die der Benetzung der Fugenflanken oder der Kapillarwirkung entgegenarbeitet. Diese Gegenkraft erhöht sich proportional zur Neigung der Fuge gegenüber der Senkrechten. Am stärksten wirkt diese bremsende Kraft naturgemäß bei senkrechter Lage der Fuge und notwendiger Fließrichtung eindringenden Wassers von unten nach oben (2 42).

z x

5.5

Schaffung eines Druckgefälles 42 (Oben) An einer in Wasserabflussrichtung (bzw. gegen die Richtung aufsteigenden Wassers) geneigten Kapillarfuge baut sich infolge der Schwerkraft eine der Kapillarkraft gegensinnige Kraftkomponente auf.

Ein Druckgefälle von innen nach außen verbessert ebenfalls die Dichtheit. Erhöhter Innendruck kann das Eindringen von Wasser in einen Fugenraum erschweren oder ganz verhindern. Der Feuchtedruck von außen, der sich insbesondere durch den Staudruck des Winds aufbaut, lässt sich auf diese Weise neutralisieren. Zusätzlich kann sich der günstige Effekt einstellen, dass trockenere Luft aus dem Innenraum von innen nach außen strömt und Feuchte nach außen abführt.

5.6 Wassertemperatur

 Zumindest theoretisch kann ein Abkühlen des Wassers und die damit zusammenhängende Vergrößerung seiner Viskosität das Eindringen des Wassers durch schmale Fugenräume – offen oder kapillar – erschweren. Da der Partialdruck des Wassers von der Temperatur abhängt, lässt sich seine Oberflächenspannung auf diese Weise beeinflussen. Auch wenn derzeit diese Maßnahme im Bauwesen keine Anwendung findet, ist für den Konstrukteur zumindest das Wissen von Vorteil, dass Wasser im Sommer hinsichtlich der Dichtheit einer Konstruktion am gefährlichsten ist. Nicht zuletzt treten in unseren Breiten auch im Sommer die stärksten Niederschläge in Form häufiger Platzregen auf.

5.7

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch der pHWert des Wassers seine Viskosität beeinflusst. So weist saurer Regen (hoher pH-Wert) geringere Viskosität auf als Niederschlag mit durchschnittlichem Säuregehalt. Das saure Wasser hat eine niedrigere Oberflächenspannung und kann leichter durch Ritzen und Spalte hindurchdringen.

pH-Wert

27

Von den erwähnten Maßnahmen zur Verbesserung der Fugendichtheit ist die geometrische Gestaltung der Fuge die für den Konstrukteur wesentlichste und effizienteste und verdient deshalb, an erster Stelle in die konstruktiven Überlegungen einbezogen zu werden. Sie wird im Folgenden näher analysiert und anhand von Beispielen erläutert.

Fugengeometrie

6.

Ausgangspunkt unserer Betrachtungen ist die gerade durchlaufende Stoßfuge mit gegenüber der Schichtfläche rechtwinkligem Verlauf (2 43). Diese lässt sich am einfachsten z. B. mit Trennschnitt der Teilekanten herstellen. Beide entstehenden Kanten sind rechtwinklig und gegenüber Beschädigungen – verglichen mit dem scharfen Winkel, der bei schrägem Fugenverlauf entsteht – am robustesten (2 46).

Gerade rechtwinklige Fuge

6.1

L = 100 %

L = 450 %

L = 141 %

L

L

L y

y

y x

43 Rechtwinklig durchgehende Fuge.

x

44 Schräg durchgehende Fuge.

x

45 Schräg durchgehende Fuge, extremer Winkel.

Ferner bietet diese Art der Fugenausbildung die Möglichkeit, eine bündige, durchgehende Schichtfläche zu wahren. Dieser Umstand kann – beispielsweise bei einer sichtbaren Wetterhaut – formalästhetische, aber auch konstruktive Bedeutung besitzen: In einem Aufbau aus mehreren aufeinandergelegten Schichten lässt sich auf diese Weise verhindern, dass anstoßende Schichten in ihrer Dicke geschwächt bzw. in ihrem geometrischen Verlauf geändert werden müssen. Dem Vorteil der einfachen Herstellbarkeit stehen indessen wesentliche Nachteile gegenüber: • Die Fugentiefe ist identisch mit der Teile- oder Schichtdicke. Der daraus folgende kurze Fugenverlauf erschwert die Realisierung von Dichtfunktionen, die in diesem Fall auf kleinstem Raum bautechnisch umgesetzt werden müssen. • Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander, die im bautechnischen Anwendungsfall fast unvermeidbar sind, führen zwangsläufig zu einer Veränderung der Fu-

46 Gegenüber schrägen Kantenschnitten, bei denen zumindest eine Kante mehr oder weniger spitz zuläuft (Mitte, unten), bietet der orthogonale Schnitt (oben) zwei gleich robuste rechtwinklige Teilekanten.

28

XI Flächenstöße

y x

47 Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander (in ➝ x) verursachen bei dieser Fugengeometrie unterschiedliche Fugenbreiten.

a

y

b x

48 Federwirkung einer federweichen Füllung. Alternativ zu einem externen Anpressdruck auf die anstoßenden Bauteile lässt sich auch die Federwirkung (in ➝ x) der federweichen Füllung ausnutzen, die mit einem Übermaß eingebracht wird. Zwei Varianten des Einbaus: a seitliches Anpressen eines Teils während der Montage b Einpressen des Füllteils rechtwinklig zur Schichtebene

genbreite (2 47) und als Folge davon zu einer deutlichen Veränderung der Voraussetzungen zur Realisierung ihrer Dichtfunktion. Die Ausnahme bilden Fugen zwischen federweichen Teilen, die anfallende Verformungen im Bauteil selbst ausgleichen können. So entscheidet die vorhandene Fugenbreite darüber, ob es einen starken Durchtritt von Wasser gibt, ob die Fuge – bei schmaler Breite und großer Tiefe – Niederschlag abbremst, oder ob eine Kapillarfuge vorliegt. Die Fugenbreite – als wesentlicher Einflussparameter für die Dichtfunktionen – dem Zufall des jeweiligen Verformungszustands zu überlassen, ist planerisch nur unter bestimmten Voraussetzungen vertretbar, beispielsweise bei Füllung mit Flankenhaftung. • Der Einsatz von Dichtprinzipien, die auf das Wirken eines Anpressdrucks angewiesen sind, wird bei dieser Fugengeometrie deutlich erschwert (2 49 und 50). Soll der Anpressdruck dichttechnisch wirksam sein, muss er rechtwinklig zur Fugenfläche ansetzen, in diesem Fall folglich in Schichtebene (➝ x). Aus den eben genannten Gründen, nämlich dem Vorhandensein von Relativbewegungen zwischen den anstoßenden Teilen, müsste dieser Anpressdruck so dosierbar sein, dass sich diese Verformungen trotz seiner Wirkung frei entfalten können und der Druck dabei dennoch im erforderlichen Maß dauerhaft aufrechterhalten bleibt. Dies stellt bautechnisch eine Schwierigkeit dar, die man üblicherweise mit geeigneten Mitteln, wie beispielsweise Abdeckung oder Überlappung, umgeht. Ferner ist zu berücksichtigen, dass dieser Anpressdruck mithilfe von Verbindungsmitteln hergestellt werden müsste, die in der Schichtebene (➝ x) – anstatt rechtwinklig dazu – liegen. Dies stellt eine weitere Erschwernis dar. In der Variante als offene Fuge ist die gerade durchlaufende Fugengeometrie oft anzutreffen, zumeist als erste Phase einer mehrstufigen Dichtung. Hier gibt die Einfachheit ihrer Herstellung bei vergleichsweise niedrigem Anforderungsniveau den Ausschlag. Als Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck findet sie insbesondere in Varianten Einsatz, bei denen der erforderliche Anpressdruck auf die federweiche Füllung nicht durch externe Krafteinwirkung auf die zu verbindenden Teile entsteht, sondern dadurch, dass das federweiche Füllteil mit einem Übermaß in den Fugenraum eingebracht wird, sodass hierdurch der Anpressdruck entsteht. Die Anpresskraft zwischen Füllteil und Teilekante, die auf die Federwirkung des Füllteils zurückzuführen ist, muss ausreichend sein, um trotz der zu erwartenden Relativbewegungen der Bauteile zueinander die nötige Dichtfunktion zu garantieren. Gut geeignet ist diese Fugengeometrie für eine Dichtung mit federweichem Füllmaterial und Flankenhaftung

29

(2 51). Häufigster Einsatzfall ist die dauerelastische Versiegelung bzw. die Dichtstofffuge. Die Relativbewegungen der Teile werden hier durch die Elastizität des Füllmaterials aufgenommen. Die Flankenhaftung der Füllung an den beiden Teilekanten sorgt für Dichtheit gegen Wind, Wasser und im Regelfall auch Wasserdampf. Anpressdruck ist hierbei nicht erforderlich. Große Fugentiefen sind bei der Versiegelung auch nicht nötig, da infolge der angewandten Spritztechnik nur ein begrenzt tiefer Fugengrund ausgefüllt werden kann. Oftmals kommt eine doppelte, also innen- und außenseitige Versiegelung mit federweicher Füllung zum Einsatz, wobei die beiden Dichtstränge jeweils unterschiedliche Dichtfunktionen erfüllen: außenseitig im Wesentlichen gegen Regen und Wind, innenseitig in erster Linie gegen Wasserdampf (2 52).

49 (Links) Relativbewegungen der anschließenden Teile (in ➝ x) führen zu einer Veränderung des Anpressdrucks auf die federweiche Füllung.

y

50 (Rechts) Überschreitet die Relativbewegung (in ➝ x) eine kritische Fugenbreite a, so besteht Gefahr, dass der Anpressdruck vollständig abgebaut wird und eine klaffende Fuge entsteht.

y x

x

a

dauerelastische Dichtmasse elastisches Fugenband

51 (Links) Federweiche Füllung mit Flankenhaftung. Die Relativbewegungen der Teile (➝  x, ➝  y, ➝ z) werden durch die federweiche Verformungsfähigkeit der Füllung ermöglicht. y

y x

x

52 (Rechts) Innen- und außenseitige Versiegelung in Kombination mit federweichem Fugenband.

30

XI Flächenstöße

Als Fuge mit Stoffverbund ist diese Variante immer dann ausführbar, wenn • keine Relativbewegungen zwischen den verbundenen Teilen zu erwarten sind; • die Kontaktflächen für einen Stoffverbund groß genug sind – diese sind wiederum abhängig von der Materialdicke der Schicht und können bei dieser Fugengeometrie nicht beliebig vergrößert werden; • die Kontaktflächen in ihrer Oberflächenbeschaffenheit für einen Stoffverbund geeignet sind. Die beiden letzten Bedingungen sind beispielsweise oft dann nicht gegeben, wenn im Holzbau zwei Brettkanten (Größe der Kontaktfläche!) bzw. zwei Hirnholzflächen (Beschaffenheit der Oberflächen!) miteinander verleimt werden sollen. 6.2 Schräge Fuge ☞ die Gegenüberstellung in 2 43 bis 45, S. 27

y x

53 Schräg durchgehende Fuge.

Ein Schräglegen der Fuge (2 53) führt gegenüber der Schichtebene zu einer Verlängerung derselben. Je kleiner der Winkel der Schräge, desto länger der Fugenabschnitt. Der Abschrägungswinkel stößt allerdings schnell an Grenzen: Insbesondere die scharfwinklig auslaufenden Teilekanten, die sich aus kleinen Fugenwinkeln ergeben, sind extrem gegen Verletzungen empfindlich (2 46). Dieses Kriterium spielt vorwiegend während des Transports und der Montage der Einzelteile eine Rolle. Die Schräglegung der Fuge tritt insbesondere im Holzbau auf und wird dort als Schäftung bezeichnet. Dort werden die Verlängerung der Fuge, die Vergrößerung der Fugenfläche sowie der günstigere Fugenverlauf bezogen auf die Faserrichtung beispielsweise zur Verklebung zweier Teile genutzt. Bei diesem Beispiel steht die Kraftleitung zwischen den verbundenen Abschnitten im Vordergrund. Eine große Bedeutung hat ein schräger Fugenschnitt bei horizontalem Längenverlauf der Stoßfuge, also bei senkrecht stehenden Fügeteilen. Wird die Fugenneigung gegen die Witterungsrichtung gelegt, kommen zum verlängerten Fugenverlauf folgende günstige Effekte hinzu: • Bildung einer Abreißkante an der scharfen oberen Kante des Fugenraums – das an der äußeren Fläche herabfließende Wasser reißt an dieser Kante ab und es bilden sich Tropfen, die frei nach unten fallen (2 85); • Nutzung der Schwerkraft, die das Aufsteigen des Wassers gegen das Gefälle bremst oder gänzlich ausschaltet (2 42).

☞ Abschn. 6.1, S. 27

Gegenüber der gerade durchlaufenden rechtwinkligen Fuge sind bei der schrägen Geometrie einige nachteilige Effekte gemildert, insbesondere die kurze Fugentiefe. Allerdings

31

bleiben andere erhalten, wie die variable Fugenbreite bei Relativbewegungen oder die Schwierigkeit, einen geeigneten Anpressdruck rechtwinklig zur Fugenfläche herzustellen. Ein Anpressdruck orthogonal zur Schichtebene (➝ y) würde sogar zu einer Querkraft in der Fugenfläche und möglicherweise zu einem Verschieben der Teile aus der Schichtebene führen (2 55). Die Varianz in der Fugenbreite bei Relativbewegungen verringert sich zwar beim schrägen Fugenverlauf verglichen mit der senkrechten Fuge (2 56), doch müssen dann auch infolge der Schräglage zusätzlich Schubbewegungen der Fugenflanken zueinander – in der schrägen Fugenfläche betrachtet – aufgenommen werden (2 54). Ein weiteres einfaches Mittel, um die Fugentiefe zu vergrößern, stellt die Abdeckung der Fuge mit einem Zusatzelement dar (2 58). Der Fugenverlauf wird dabei um die Breite des abdeckenden Elements verlängert. Zusätzlich entsteht durch die T-förmige Fugengeometrie eine Verwinkelung desselben.

Abgedeckte Fuge

54 Infolge des schrägen Fugenverlaufs entsteht bei Relativbewegungen parallel zur Schichtebene (➝ x) eine Schubbewegung innerhalb der schrägen Fugenebene.

y

y x

x

55 Anpressdruck rechtwinklig zur Schichtebene (➝ y) kann zu einem Gleiten der Fugenflanken gegeneinander und zu einem Flächenversatz führen.

56 Auch bei der schrägen Fuge entstehen bei Relativbewegungen der Teile (➝ x) verschiedene Fugenbreiten.

y

z x

x

57 Beispiel für eine schräge Fugenausbildung: Sie erklärt sich bei dieser horizontalen Bretterlage durch die scharfe Abreißkante für das Regenwasser sowie durch die Behinderung des Wassereintritts durch Gegengefälle (siehe auch  85).

6.3

32

XI Flächenstöße

Üblicherweise wird die Stoßfuge der angrenzenden Teile als offene Fuge ausgebildet, die Relativbewegungen im erforderlichen Ausmaß zwischen diesen erlaubt. Der Fugenabschnitt zwischen der Schichtoberfläche und dem abdeckenden Element wird beispielsweise im Holzbau als Kontaktfuge realisiert: Sie dient als Anschlag und Befestigungsfläche für die Deckleiste. Winddruck wird an diesem Fugenabschnitt weitgehend abgebaut. Hinsichtlich der Feuchtebelastung kann sich dort zwar ein gewisser Kapillareffekt einstellen; der nachgeschaltete offene Fugenraum, bzw. eine Kammer in der Konstruktion, sorgt dann allerdings für den kontrollierten Ablauf eindringenden Wassers (2 60). Die Abdeckung der Fuge kann oftmals mit einem Streifen oder einer Leiste aus dem gleichen Material erfolgen – wie eine Holzleiste oder eine Stoffborte. Man kann sich bei sichtbaren Schichten – z. B. einer Wetterhaut – also auf ein einziges Material beschränken. Bei festen Teilen erlaubt diese Fugengeometrie große Relativbewegungen im Fugenraum, da die Breite des (zur Schichtebene) rechtwinkligen Fugenabschnitts (➝ y) fast beliebig groß gestaltet werden kann, ohne dass die Dichtheit wesentlich darunter leidet. Diese wird ja bereits im Fugenabschnitt zwischen Deckelement und Schicht hergestellt (➝ x). Ferner sind durch diese Fugengestaltung ggf. zu erwartende große Veränderungen in den Fugenbreiten nicht sichtbar, weil vom Deckelement verdeckt (2 59). Das Deckelement kann entweder an einem der beiden anstoßenden Teile befestigt sein, oder es kann auch mithilfe eines Verbindungselements durch den zur Schichtebene rechtwinkligen Fugenabschnitt hindurch (➝ y) an einer tragenden Konstruktion rückverankert werden (2 61, 62). Insbesondere diese Möglichkeit erlaubt es, einen gleichmäßigen Druck auf die zur Schichtebene parallelen Fugenabschnitte auszuüben, sodass dort ein Dichten nach dem Prinzip der federweichen Füllung mit Anpressdruck möglich ist (2 63). Gleichzeitig bietet diese Art der Dichtung mit Anpressdruck die Möglichkeit, die anstoßenden Teile durch ebendiesen Anpressdruck zu fixieren, ohne sie mit gesonderten Verbindungsmitteln durchstoßen zu müssen. Ferner ist durch diese Art der Fixierung der anstoßenden Teile auch grundsätzlich eine Gleitbewegung der zu fügenden Teile parallel zur Schichtfläche (➝ x) möglich, die es erlaubt, anfallende Verformungen aufzunehmen. Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander führen bei dieser Fugengeometrie nicht zu einer Veränderung der Breite des für die Dichtfunktion wesentlichen Fugenabschnitts, nämlich der Grenzfläche zwischen Deckelement und Schichtfläche (2 50). Diese liegt parallel zur Bewegungsrichtung und erfährt folglich nur eine Schubbewegung. Der Anpressdruck auf einem federweichen Dichtelement ist folglich bei dieser Geometrie (wie ebenfalls bei Falzung, Federung etc.) von den Relativbewegungen parallel zur Schichtebene (➝ x) unabhängig, weil orthogonal zu dieser

33

D

y

58 Abdecken der Fuge mithilfe eines davor liegenden Deckelements D. Die Fugenlänge wird insgesamt vergrößert. y x

x

59 Abgedeckte Fuge: es können große Veränderungen der Fugenbreite (in ➝ x) unsichtbar aufgenommen werden.

60 Fuge mit Deckelement. Über den Kapillareffekt kann Wasser teilweise ggf. lokal über Kapillarpfade bis zum inneren Fugenraum dringen. Dort kann die entspannte Feuchte kontrolliert abfließen.

y

y x

x

61 Deckelement an einem der anstoßenden Teile befestigt. Bewegungen (➝ x) führen zu außermittiger Lage der Abdeckung.

62 Deckelement durch die offene Fuge hindurch an einer Unterkonstruktion befestigt. Bewegungen (in ➝ x) verlagern die Abdeckung nicht aus ihrer Mittellage. y

y

x

x

y x

63 Abgedeckte Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck (in ➝ y) zwischen Deckelement und Schichtfläche.

64 Schubbewegung zwischen Deckelement und Stoß. Relativbewegungen der anstoßenden Teile (in ➝ x) führen bei der abgedeckten Fuge im Fugenabschnitt zwischen Deckelement und Schichtfläche lediglich zu Verschiebungen und nicht zu Änderungen der Fugenbreite.

34

XI Flächenstöße

gerichtet (➝ y). Es ist lediglich Sorge dafür zu tragen, dass der Fugenabschnitt zwischen Deckelement und Schichtfläche die auftretende Schubbewegung aufnehmen kann, was beispielsweise dazu führen kann, dass die Reibung in der Grenzfläche einzuschränken ist. Dies stellt einen wesentlichen konstruktiven Vorzug dieser Art Fugengeometrie dar. Das hervortretende Deckelement stellt gegenüber bündigen Lösungen – wie gerade rechtwinklige oder gerade schräge Fuge – unter Umständen einen Nachteil dar, insbesondere wenn sich die Schicht im Innern eines Aufbaus befindet (2 66, 67). Dieses Prinzip wird im Regelfall entweder außenseitig – an der Wetterhaut – oder bei vergleichsweise dünnen Membranen oder Folien eingesetzt, wo eine aufgeschweißte oder -genähte Borte kaum aufträgt. Auch hinsichtlich der raschen Ableitung von Wasser kann eine derartige Lösung je nach Einsatzsituation manchmal ungünstig sein. Vor allem dort, wo der Flächenversatz am Dichtelement auf einer bewitterten senkrechten oder geneigten Fläche auftritt, kann es zu schädlichen Wasseransammlungen kommen (2 68). Oftmals ist dies durch entsprechende Abschrägung oder Abfasung des Deckelements zu umgehen (2 69). 6.4 Hinterlegte Fuge

Ähnliche Verhältnisse wie beim Abdecken der Fuge herrschen auch beim Hinterlegen (2 65). Die meisten Überlegungen zur Fugenabdeckung sind auch auf diesen Fall übertragbar. Während die Deckleiste – sofern außenseitig an der äußersten Schicht aufgebracht – leicht nachträglich demontiert werden kann, ist das hinterlegte Element üblicherweise im Aufbau integriert. Eine etwaige Dichtfunktion wird auch bei der Hinterlegung der Fuge sinnvollerweise nicht im Fugenabschnitt rechtwinklig zur Schichtebene realisiert, sondern im Fugenabschnitt zwischen Hinterlegung und rückseitiger Schichtfläche, der parallel zu dieser verläuft (➝ x) (2 71). Die Stoßfuge selbst ist ja in ihrer Breite von Relativbewegungen abhängig und in diesem Fall frei der Witterung ausgesetzt. Dieser Fugenabschnitt lässt sich als einfache Kontaktfuge ausführen, was insbesondere im Holzbau häufig geschieht. Es entsteht dann zwar in Teilbereichen eine Kapillarfuge, doch sind dabei keinerlei sich berührende Hirnholzflächen im Spiel, da der Faserverlauf nie orthogonal zur Schichtfläche steht. Der Fugenabschnitt parallel zur Schicht (➝ x) ist bei Einsatz biegefester Teile auch mit federweicher Füllung und Anpressdruck ausführbar. Das Erzeugen des Anpressdrucks kann in diesem Fall nicht wie bei der außenliegenden Abdeckung durch Rückverankerung des Deckelements in der Unterkonstruktion erfolgen. Vielmehr müssen hier die anstoßenden Teile entweder lokal mit klammerartigen Hilfsteilen geklemmt (2 72) oder für Befestigungszwecke durchbohrt werden (2 73). Letzteres wirft wiederum die Frage nach der freien Relativbewegung der anstoßenden

35

y

y x

65 Hinterlegen der Fuge mit einem Deckelement. Wie beim vorigen Beispiel erfolgt auch hier eine Verlängerung des Fugenraums.

z

y

66 Über die Schichtfläche hinweg hervortretende Teile (wie beim hier gezeigten Deckelement) können in einem Schichtaufbau dazu führen, dass die benachbarte Schicht geometrisch verändert werden muss.

x

x

71 Ein ähnlicher Effekt wie bei der wetterseitig abgedeckten Fuge stellt sich bei der hinterlegten ein.

x

x

69 Abhilfe durch Abfasen der Seiten des Deckelements.

70 Beispiel einer gleichzeitig abgedeckten und hinterlegten Fuge (Pressleistenverglasung).

y

y

y

67 Alternativ muss in diesem Fall die Dicke der benachbarten Schicht im Fugenbereich variiert werden.

y

z

68 Der Flächenversatz am Deckelement kann bei vertikalen oder geneigten Flächen zu Wasseransammlung führen.

x

x

x

72 Erzeugen des erforderlichen Anpressdrucks (in ➝ y) bei Dichten mit federweicher Füllung mithilfe eines klammerartigen Hilfsteils.

x

73 Punktförmige Verbindungsmittel. Erzeugen des Anpressdrucks auf die federweiche Füllung (in ➝ y) mithilfe von punktförmigen Verbindungsmitteln, welche die anstoßenden Teile perforieren. Relativbewegungen (in ➝ x) sind nur eingeschränkt möglich.

36

XI Flächenstöße

Teile auf, die hierbei zunächst nicht ohne Weiteres gelöst ist. 6.5

Überlappende Fuge

y x

74 Überlappende Fuge mit Kontaktfläche.

y x

75 Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander (in Richtung ➝ x, ➝ z) lassen sich in fast beliebigem Ausmaß aufnehmen.

y x

76 Die Fugenlänge wird gegenüber der einfachen Kapillarfuge vergrößert. Ein Teil des Wassers kann ggf. über lokale Kapillarpfade zum Teil eindringen. Dort muss es dann kontrolliert (z. B. über einen Luftraum) abgeführt werden.

Fugenausbildungen aus überlappenden Teilen (2 62) weisen an den sich berührenden oder parallel zueinander verlaufenden Schichtflächen der anstoßenden Teile – hier der einzige Fugenabschnitt – eine vergrößerte Fugenlänge auf, die sich günstig auf die Dichtfunktion auswirkt (2 76). Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander lassen sich in Schichtebene (➝ x, ➝ z) in beliebigem Ausmaß durch einfaches Verschieben der Schichtflächen gegeneinander ausgleichen (2 75). Dieser Vorteil lässt sich allerdings nur dann nutzen, wenn die Befestigung der Teile miteinander oder an einer Unterkonstruktion diese Bewegungen erlaubt. Bei der Überlappung von Teilen entsteht ein geometrisches Problem: Die Schichtfläche springt pro Überlappung jeweils um die Dicke der Schicht hervor oder zurück. Bei gleichsinniger Überlappung addiert sich dieser Effekt (2 80). Abhilfe schafft hier das abwechselnde beidseitige Überlappen (2 81) oder das Schräglegen der Teile gegen die Flucht des Hüllbauteils (2 82). Diese geschieht beispielsweise bei einer geschuppten Dachdeckung (2 78). Besonders bei überlappenden Fugenausbildungen mit horizontal verlaufendem Fugenbild ist die Fließrichtung des Niederschlagswassers zu berücksichtigen. Selbstredend sind in solchen Fällen die Überlappungen jeweils in Fließrichtung (2 83), keinesfalls dagegen (2 84), auszuführen. Schräg angeschnittene Kanten begünstigen das Abreißen des Wasserfilms und das freie Abtropfen (2 85). Als Kontaktfuge ausgeführt findet sich diese Art der Fugenausbildung häufig im Holzbau, insbesondere bei sogenannten Stulpschalungen mit horizontal verlegten, mit der Fließrichtung des Regens überlappenden Brettern. Bei der Variante mit federweicher Füllung und Anpressdruck (2 77) stellt sich wiederum die Frage, wie eine geeignete Verbindung hergestellt werden kann, die gleichzeitig den Anpressdruck, die zu erwartenden Relativbewegungen der Teile zueinander sowie die nötige Dichtheit gewährleistet. Bei Ziegeldeckungen, die dichttechnisch durchweg nach dem Prinzip der Überlappung oder Schuppung gestaltet sind, wird dieses Problem durch das Eigengewicht des Ziegels gelöst, das die Fuge geschlossen hält (2 78). Bei im Gefälle verlegten Glasscheiben (Beispiel: StufenfalzIsolierglasscheiben) wird ein Durchbohren des Glases zwecks einer mechanischen Verbindung dadurch umgangen, dass die – vergleichsweise schmalformatigen – Scheiben nur seitlich mithilfe von Pressleisten fixiert werden, im Bereich der horizontalen Überlappungsfuge hingegen keine weitere Befestigung der anstoßenden Teile erfolgt (2 79). Relativbewegungen in der Schichtebene sind möglich.

37

P S

y

z

77 Überlappung mit federweicher Füllung und Anpressdruck.

z

x

x

78 Aufbauen des erforderlichen Anpressdrucks durch Eigengewicht des Ziegels. Keine Perforierung der Schicht für eine Verankerung nötig.

y

y

y x

x

80 Stufenweiser inkrementeller Versatz überlappender Teile.

81 Abwechselndes beidseitiges Überlappen erlaubt Einhaltung einer Flucht.

z

z x

83 Überlappung mit der Fließrichtung des Niederschlags bietet die günstigsten Bedingungen.

x

79 Erzeugung eines Anpressdrucks auf eine überlappende Fuge bei Stufenfalzgläsern S mithilfe seitlicher Fixierung durch Pressleisten P.

x

82 Desgleichen das Schräglegen der Teile.

z

x

84 Verlegen der Überlappung gegen die Fließrichtung des Niederschlags gefährdet die Dichtwirkung der Fuge unnötig.

x

85 Schräge Teilekanten schaffen eine Abreißkante, an welcher der an der Schichtfläche herabgleitende Wasserfilm abtropft.

38

6.6

XI Flächenstöße

Gefalzte Fuge



☞ ein Gegenbeispiel in 2 66 und 67, S. 35

Wie bei allen Lösungen mit einem Fugenanteil parallel zur Schichtebene (➝ x), vereinigt die gefalzte Fuge (2 86) den Vorteil der freien Relativbewegungen der anstoßenden Teile in Schichtebene (2 87) mit einer guten Dichtfähigkeit in eben diesem Fugenabschnitt (2 88). Im Gegensatz zur Überlappung, ist hier die maximale Verschiebung der anstoßenden Teile in ➝ x durch die Breite des Fugenabschnitts rechtwinklig zur Schichtfläche (➝ y) vorgegeben. In ➝ z bestehen keine Einschränkungen. Günstig kann sich bei dieser Lösung die Bündigkeit der beiden Schichtflächen – innen und außen – auswirken, sofern diese erwünscht ist. Insbesondere bei inneren Schichten, die in einem Paket integriert sind, kann dieser Aspekt bedeutsam sein. Hinsichtlich der Befestigung der Teile untereinander oder an einer Unterkonstruktion stellen sich die gleichen Fragen wie bei der Überlappung. Ein Durchbohren der beiden Falze zu Befestigungszwecken kann in der Regel nicht gleichzeitig Kraftschluss, Dichtheit und Bewegungsfreiheit in Schichtebene bieten. Als Fuge mit Kontaktfläche findet diese Lösung oftmals im Holzbau Verwendung. Es ist wie bei der Überlappung wiederum die Fließrichtung des Niederschlags zu berücksichtigen (2 89 und 90). Es empfiehlt sich, die mögliche Eintrittsfuge (außenseitig) für das Wasser tieferzulegen, damit die Schwerkraft im schichtparallelen Fugenabschnitt (➝ z) auf den Wasserfluss bremsend wirkt. Zur Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften der Konstruktion und Beschleunigung des Wasserabflusses lässt sich die wetterseitige Stoßfuge – also der zur Schicht orthogonale Fugenabschnitt (➝ x) – deutlich verbreitern, ohne den schichtparallelen Abschnitt zu verkürzen (2 91). Diese Verbreiterung gewährleistet, dass selbst bei ungünstiger Verformung (Ausdehnung der Teile, Verschmälerung des Spalts) dieser Fugenabschnitt nie komplett schließt und als Folge davon Kapillarwirkung erzeugt. Werden die beiden Fugenflanken in Fließrichtung des Wassers zusätzlich abgeschrägt, stellen sich zwei positive Effekte ein: • Die obere Flanke bildet eine scharfe Abreißkante, an welcher der an der Schicht heruntergleitende Wasserfilm abtropft. • Die untere Flanke erlaubt dank des Gefälles ein rasches Abfließen des in den Fugenraum eingedrungenen Wassers.

☞ Abschn. 6.5 Überlappende Fuge, S. 36

Diese Fugenausbildung findet häufig im Holzbau Verwendung. Als Fuge mit federweicher Füllung unter Anpressdruck unterliegt die Falzung ähnlichen Bedingungen wie die Überlappung (2 92 und 93). Es wird deshalb auf die entsprechenden Überlegungen hingewiesen.

39

y

y

y x

86 Falzfuge mit Kontaktfläche.

z

x

87 Freie Bewegungsmöglichkeit der Falzfuge parallel zur Schichtfläche (in ➝ x, ➝ z).

x

88 Falzfuge mit Kontaktfläche unter Regen und Staudruck. Ein Teil des Wassers kann ggf. hindurchdringen, kann aber kontrolliert in einer Luftschicht abgeführt werden.

z x

89 Anordnung der Falzung gegen die Fließrichtung des Niederschlags: Im schichtparallelen Fugenabschnitt (➝ z) findet eine Verstärkung des Wasserflusses infolge der Schwerkraft (und ggf. Kapillarität) statt.

x

90 Anordnung der Falzung mit der Fließrichtung des Niederschlags: Im schichtparallelen Fugenabschnitt (➝ z) wirkt die Schwerkraft auf den Wasserfluss bremsend.

y

y x

92 Gefalzte Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck.

x

93 Fensterrahmen als Beispiel für eine gefalzte Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck. Dieser wird vornehmlich durch die Federkraft der Mitteldichtung erzeugt.

91 Erschwerung des Eindringens von Wasser durch Verbreiterung des wetterseitigen Fugenabschnitts a, Abschrägung der Fugenflanken und Nutzung der Schwerkraft im schichtparallelen Fugenabschnitt (➝ z).

40

6.7 Nut-und-Feder-Fuge

XI Flächenstöße

Auch bei der Nut-und-Feder-Fuge (2 94) entstehen Teilbereiche im Fugenverlauf, die schichtparallel verlaufen (➝ x) und gleichzeitig Dichtfunktionen und Relativbewegungen in Schichtebene erlauben (2 95). Verglichen mit der einfachen Falzfugengeometrie entsteht in diesem Fall durch die doppelte Brechung des Fugenverlaufs eine verhältnismäßig größere Fugenlänge. Der schichtparallele Abschnitt ist doppelt so lang wie beim Falz und bietet schon allein aus diesem Grund bessere Voraussetzungen für die Dichtung. An der Wendung im Fugenverlauf im Bereich des Nutgrunds entsteht in der Regel ein größerer Hohlraum, der als Entspannungskammer wirkt (2 96). Dieser ergibt sich schon allein aus der Notwendigkeit, ausreichende Toleranz zwischen der Fläche des Nutgrunds und der Vorderkante der Feder zu belassen, da stets mit Relativbewegungen der Teile zueinander in ➝ x zu rechnen ist. In einigen Fällen, wie etwa bei tragenden Teilen im Holzbau, muss dieser Toleranzraum größer bemessen werden als die außenseitigen Fugenabschnitte rechtwinklig zur Schicht. Hiermit wird dafür gesorgt, dass beim etwaigen Schließen der Fuge nicht die – in der Regel kleinere – Fläche der Federvorderkante anliegt, sondern die – zumeist in der Summe größeren – Fugenflanken der äußeren schichtorthogonalen Fugenabschnitte. Dies kann für eine Kraftübertragung bedeutsam sein, oder auch zum Zweck des außenseitigen Schließens der Fuge. Diese Art der Fugenausbildung findet sich in den meisten Flächen in der Variante als Kontaktfuge (2 98), wobei die Toleranz zwischen der Feder- und der Nutbreite zumeist gerade so groß ist, dass ein Teil in das benachbarte eingeschoben werden kann. Größere Toleranzen, die zu einer nur lockeren Halterung rechtwinklig zur Schicht (➝ y) führen würden, sind im Regelfall unerwünscht. Im Gegensatz zur Falzung wird bei der Nut-und-Feder-Fuge die kraftschlüssige Verbindung rechtwinklig zur Schicht nicht durch ein Zusatzelement hergestellt, sondern durch die Fugengeometrie selbst – also durch einen Formschluss (2 97). In dichttechnischer Hinsicht entstehen dann im Wesentlichen zwei Kapillarfugenabschnitte parallel zur Schicht, die durch eine Entspannungs- und Entwässerungskammer voneinander getrennt sind. Die beiden außenseitigen Fugenabschnitte rechtwinklig zur Schicht sind wiederum in ihrer Breite von den Relativbewegungen der Teile abhängig und bieten je nach Proportionen des Fugenraums eine teilweise Dichtwirkung. Als Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck (2 99) ist diese geometrische Variante nur schwer zu realisieren. Dies hängt wie bei anderen gebrochenen Fugenverläufen (z. B. Falzung) einerseits damit zusammen, dass der Anpressdruck auf den schichtparallelen Fugenabschnitt kaum mithilfe hindurchgefädelter Verbindungsmittel herzustellen ist. Diese behindern entweder Relativbewegungen der Teile in Schichtebene oder beeinträchtigen die Dichtfunktion der Fuge. Ferner würde eine solche Verbindung

41

a

f3 y x

y

y

97 Übertragung einer Kraft rechtwinklig zur Schichtebene in beiden Richtungen (➝ +y und ➝ –y) durch Kontakt von Feder- und Nutflanke (Formschluss).

y

100 Gefederte Fuge mit gesondertem Federelement.

96 Gestaltung der Maße a und b derart, dass ein Schließen der Fuge durch Kontakt der beiden außenseitigen Fugenflanken (f1, f2) rechtwinklig zur Schichtebene (y) erfolgt. Die Kontaktfläche aus der Summe von f1 und f2 ist größer als die von f3, was beispielsweise für die Kraftübertragung Vorteile bietet.

y

x

98 Ausbildung als Kontaktfuge.

x

99 Ausbildung mit federweicher Füllung und Anpressdruck.

y

y x

f2

x

x

95 Nut-und-Feder-Fuge: Bewegungen in Schichtebene (in ➝ x). Es sind auch Bewegungen in ➝ z aufnehmbar.

x

f1

y

y

94 Nut-und-Feder-Fuge.

b

x

101 Gefederte Fuge mit Kontaktflächen.

x

102 Labyrinthfuge.

42

XI Flächenstöße

die beiden Zinken der Nut zusammenpressen, sodass der Anpressdruck nur durch eine mehr oder weniger starke Verformung derselben wirksam werden könnte. Andererseits könnte eine federweiche Füllung der schichtparallelen Fugenabschnitte – also der Feder- und Nutflanken – die Kraftübertragung rechtwinklig zur Schicht – wie angesprochen –, die in den meisten Fällen einer Nut-und-Feder-Verbindung abverlangt wird, mindern oder gänzlich ausschalten. Vergleichbare Verhältnisse herrschen auch bei Abwandlungen des Nut-und-Feder-Prinzips wie der • Nut-und-Feder-Fuge mit gesondertem Federelement (gefederte Fuge) (2 100 und 101); • gezinkten Fugenausbildung mit mehrfacher Verzahnung (2 102). 6.8

Fuge mit Aufkantung vorne

Durch das Abwinkeln der Randbereiche der anstoßenden Teile ergibt sich der günstige Effekt einer deutlichen Verlängerung der Fuge verglichen mit der einfachen gerade durchlaufenden Stoßfuge (2 103). Dichtfunktionen sind unter diesen Voraussetzungen einfacher zu verwirklichen (2 104). Da ein geradliniger Fugenverlauf rechtwinklig zur Schichtebene vorliegt, ist bei dieser Art der Fugenausbildung stets auf die Möglichkeit von Relativbewegungen der Teile zueinander in Schichtebene zu achten (➝ x). Hierbei liegen ähnlich ungünstige Voraussetzungen wie bei der geradlinig durchlaufenden rechtwinkligen Stoßfuge vor. Ein wesentlicher Vorzug gegenüber der rechtwinkligen Stoßfuge ist allerdings, dass die wetterseitige Fugenöffnung F (2 105) – also am Ende der aufgekanteten Schenkel – aus der Schichtebene heraus hervortritt und somit ggf. auch aus der wasserführenden Ebene. Dies ist dann der Fall, wenn die Schicht bewittert ist und eine Neigung aufweist oder sogar horizontal angeordnet ist. Diese empfindliche exponierte Fugenfläche (F) ist somit wesentlich weniger beansprucht, als wenn sie bündig mit der Schichtebene läge. Etwaige Relativbewegungen der anstoßenden Teile zueinander in ➝ x lassen sich bei dieser Fugenausbildung unter spezifischen Voraussetzungen durchaus gut aufnehmen: Besitzen die aufgekanteten Schenkel ausreichende Elastizität und erfolgt die Fugendichtung und Befestigung im oberen Randbereich, also am äußeren Schenkelende, kann die Fuge dort dicht schließen und gleichzeitig im unteren Bereich Relativbewegungen der anstoßenden Teile zulassen (2 106 und 107 sowie auch 110). Infrage kommt in einem solchen Fall im dichtschließenden Bereich an den Schenkelenden sowohl eine Kontaktfuge, zumeist als Labyrinthdichtung ausgeführt, als auch eine federweiche Füllung mit Anpressdruck. Ein weiterer Vorteil dieser Fugenausbildung ist, dass

43

103 Fuge mit Aufkantung vorne.

y

y

x

x

F

105 Fuge mit Aufkantung: Positiv hinsichtlich der Dichtfunktion gegen Wasser wirkt sich aus, dass die exponierte Fugenfläche F aus der wasserführenden Ebene (WE) empor- bzw. hervorgehoben ist.

WE

y

104 Fuge mit Aufkantung: federweiche Füllung und Anpressdruck. Relativbewegungen der Teile zueinander (in ➝ x) sind stark behindert.

y x

x

y x

106 Aufnahme der Relativbewegungen (in➝ x) durch Verformung der Fugenschenkel.

107 Weisen die aufgekanteten Schenkel eine ausreichende Elastizität auf, die eine Funktion des Materials, der Höhe der Schenkel sowie der Schichtdicke ist, und erfolgt die Dichtung am oberen Ende der Aufkantung, lassen sich in begrenztem Maß Relativbewegungen der Teile (in ➝ x) aufnehmen.

44

XI Flächenstöße

sich eine Verbindung zwischen den anstoßenden Teilen in Schichtebene herstellen lässt, ohne Verbindungsmittel durch diese hindurchführen zu müssen – wie beispielsweise bei einer Überlappung (2 108). Beide Enden des Verbindungsmittels sind von einer Seite – zumeist der Außenseite – frei zugänglich; die Innenseite der Schicht kann bündig bleiben. Als weiterer wesentlicher Vorteil dieser Fugengeometrie kann die Versteifungsfunktion der rechtwinklig zur Schicht hochgestellten Schenkel für die Schicht gelten. Gerade die angesprochene Elastizität der Fuge hinsichtlich Relativbewegungen setzt die Verwendung dünner Tafeln oder Bleche voraus, die aufgrund ihrer plastischen Verformungsfähigkeit ein Hochkanten oder Bördeln der Ränder erlauben (2 109). Eben diese dünnen Tafeln erfordern zumeist eine Versteifung, um möglichst eben zu bleiben. Diese Aufgabe leisten die Aufkantungen. Es leuchtet ein, dass eine derartige Stoßgeometrie wegen der hervortretenden Schenkel nicht für Schichten geeignet ist, die im Innern eines Aufbaus integriert sind. 6.9

Fuge mit Aufkantung hinten

Ähnliche Verhältnisse wie bei der Aufkantung vorne scheinen auf den ersten Blick auch bei der Aufkantung hinten, also zum Innern des Aufbaus hin, zu herrschen (2 111). Jedoch gehen bei Umkehrung der Aufkantung wesentliche Vorteile verloren: • Die exponierte Fugenfläche liegt wie bei einer durchgehenden geraden Stoßfuge bündig mit der Schichtebene, sodass sie ggf. nicht mehr aus einer wasserführenden Ebene hervorgehoben ist. • Eine eventuell vorhandene Verbindung zwischen beiden Schenkeln ist, insbesondere wenn sie wiederum im Bereich der Schenkelenden liegt, von außen nicht oder nur sehr schwer zugänglich. • Die nach innen ragenden Schenkel behindern grundsätzlich einen Schichtenaufbau. Da zumeist davon auszugehen ist, dass die Teile von außen, d. h. von der der Aufkantung abgewandten Seite, montiert werden, kommen in diesem Fall insbesondere solche Befestigungen infrage, die durch einfaches Einrasten oder Einrenken von außen zustande kommen. Auch in diesem Fall wirken die aufgekanteten Teileränder aussteifend auf die zumeist vergleichsweise dünne Schicht.

45

y x

108 Eine Verbindung an aufgekanteten Schenkeln erlaubt innenseitige Bündigkeit sowie freie Zugänglichkeit des Verbindungsmittels.

y

y x

110 Relativbewegungen der anstoßenden Teile in Schichtebene (in ➝ x) werden durch Verformungen der federweichen Aufkantungen aufgenommen. Bewegungen in ➝ z können sich ungehindert einstellen.

1

109 Stehfalz einer Blecheindeckung. Die Dichtung erfolgt im Endbereich der Aufkantung mittels mehrfachen Umlegens der weichen Blechbahnen. Es entsteht eine Kontaktfuge mit Labyrinthgeometrie.

x

111 Fuge mit Aufkantung hinten.

Jedoch lassen sich die im Bauwesen dominierenden makroskopischen Verhältnisse nicht einfach auf die Nanoskala übertragen. In dieser spielen anziehende und abstoßende elektromagnetische Kräfte eine ungleich größere Rolle.

DIN 18540: 2014-09 Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen

Anmerkungen

Normen und Richtlinien

XII VERBINDUNGEN

1. Fügen – grundsätzliche Gesichtspunkte..................... 48 2. Definition des Fügens................................................. 48 3. Klassifikation von Verbindungen................................. 50 3.1 Randbedingungen und Einflüsse auf eine Verbindung.................................................. 50 3.1.1 Statische Randbedingungen..................... 50 3.1.2 Geometrische Randbedingungen............. 54 3.1.3 Räumliche Randbedingungen für Montage und Wartung........................ 56 3.1.4 Witterungseinflüsse.................................. 58 3.1.5 Andersartige externe Einflüsse................ 58 3.2 Funktionale Anforderungen an eine Verbindung.................................................. 59 3.2.1 Kraftleiten.................................................. 59 3.2.2 Aus der Hüllfunktion................................. 60 3.2.3 Aus der Forderung nach dauerhafter Sicherung der Verbindung..........................62 3.2.4 Aus der Herstellung der Verbindung......... 65 3.2.5 Aus der Forderung nach Veränderbarkeit oder Recyclingfähigkeit der Konstruktion........................................ 66 3.3 Konstruktive Ausführung..................................... 68 3.3.1 Werkstoff.................................................. 68 3.3.2 Querschnittsgeometrie............................. 68 3.3.3 Zusammenführung der Systemlinien.........70 3.3.4 Technologie des Fügens............................71 3.3.5 Zusatzelemente..........................................71 3.3.6 Effektive Fugengeometrie.........................72 3.3.7 Schnittigkeit...............................................73 3.3.8 Art der Kraftleitung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche..................................73 3.3.9 Art der Dichtung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche..................................76 3.3.10 Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche...............................................76 4. Verbindungen für Primärtragwerke – einige Besonderheiten........................................................... 84 5. Systematik von Verbindungen – grundlegende Erwägungen........................................ 84 5.1 Ordnungsmerkmal: Werkstoff............................ 85 5.2 Ordnungsmerkmal: Prinzip der Kraftübertragung................................................. 86 5.3 Ordnungsmerkmal: Fertigungs verfahren Fügen.................................................. 86 5.4 Hierarchie der Ordnungsmerkmale......................87 Anmerkungen....................................................................92 Normen und Richtlinien................................................... 93

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019 J. L. Moro, Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0_2

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE HÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

48

1.

XII Verbindungen

Fügen – grundsätzliche Gesichtspunkte ☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 1. Die Ausbildung kontinuierlicher Schichtflächen aus Einzelbauteilen, S. 2 und Band 3, Kap. XII-4 Zusammensetzen ✏ Grundlegende Überlegungen zur Notwendigkeit des Fügens bzw. zu einzelnen Ausnahmen davon finden sich in Band 1, Kap. II-1, Abschn. 2 Gliederung einer Baustruktur, S. 29 ff, sowie ebd. auch in Kap. II-2, Abschn. 5. Montagefuge im industriellen Bauen, S. 60 f. & a DIN 8593 & b VDI 2232

2.

Definition des Fügens & DIN 8580

☞ Siehe auch die Definition des Begriffs „Verbindung“ im Abschn. 3.1.1 Statische Randbedingungen, S. 50.

Fast alle Bauwerke setzen sich aus einer Vielzahl einzelner Bestandteile zusammen, die zu einem funktionsfähigen Ganzen zusammengefügt bzw. verbunden sind. Sowohl die Differenzierung in funktional unterschiedlich belegte Teile – wie Fenster und Mauer – als auch die bei der Herstellung zumeist unumgängliche Unterteilung der Baustruktur in kleinere gleichartige Segmente setzt ein Fügen bzw. Verbinden von Einzelteilen voraus. a b Anforderungen, die an das Gesamtbauwerk gestellt werden, gelten dabei ggf. auch für die einzelne Verbindung. Dabei ist u. U. nicht nur die elementarste der Funktionen, nämlich das Kraftleiten, im Spiel, sondern auch andersartige, wie beispielsweise thermohygrische Dichtfunktionen. So ist eine Gebäudehülle nur dann als dicht gegen ein bestimmtes Medium anzusehen, wenn auch die in ihr enthaltenen Verbindungen dicht sind. Die notwendigen funktionalen Anforderungen zu erfüllen, erweist sich an Fugen, also dort wo das Materialkontinuum unterbrochen ist, in der Regel als besonders schwierig. Es kann z. B. bei punktuellen Verbindungen unter widrigen Voraussetzungen zu gefährlichen lokalen Lastkonzentrationen kommen. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, dass man Verbindungen oftmals unter ungünstigen, schwer kontrollierbaren Bedingungen herstellen muss, wie dies beispielsweise bei Baustellenverbindungen der Fall ist. Die fachgerechte Ausbildung von Verbindungen gilt deshalb als eine der schwierigsten und anspruchsvollsten Aufgaben des Konstrukteurs. Verbindungen lassen sich als regelrechte Schwachpunkte von Konstruktionen bezeichnen. Es hat sich im Lauf der Zeit vielfach erwiesen, dass, auch hinsichtlich der Dauerhaftigkeit, die meisten Verbindungen nicht mit kontinuierlichen Bauteilbereichen ver­ glichen werden können. Alle planerischen Bemühungen, Verbindungen von vornherein überflüssig zu machen, zahlen sich deshalb in den meisten Fällen durch eine verringerte Komplexität der Konstruktion und eine geringere Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen aus. Das Fügen wird in der DIN 8593 als eines unter sechs verschiedenen Fertigungsverfahren nach DIN 8580 eingestuft (2 1). Fügeverfahren sind infolgedessen als eine Untergruppe derjenigen technischen Prozesse aufzufassen, die den Zweck verfolgen, feste Körper mit geometrisch bestimmter Form zu erzeugen, die – zumindest in dem Zusammenhang, den wir hier betrachten – eine bestimmte bautechnische Funktion zu erfüllen haben. In diesem Zusammenhang ist der Begriff Fertigung, und damit auch die dafür notwendigen Fügungen, nicht nur ausschließlich im Sinn der Werksfertigung, sondern auch der Montage, d. h. der Herstellung eines Bauwerks insgesamt zu verstehen. In dieser Norm wird Fügen wie folgt definiert:

1 Grundlagen des Fügens

49

Fügen ist das auf Dauer angelegte Verbinden oder sonstige Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird jeweils der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt.

☞ DIN 8593-0

Unter Montieren ist hingegen Folgendes zu verstehen: Fügen ist nicht mit Montieren gleichzusetzen. Montieren wird zwar stets unter Anwendung von Fügeverfahren durchgeführt, es schließt jedoch zusätzlich auch alle Handhabungs- und Hilfsvorgänge einschließlich des Messens und Prüfens mit ein. Andererseits gehören zum Fügen auch Fertigungsverfahren, die nicht im Zusammenhang mit Montieren angewendet werden, z. B. Verseilen, Einvulkanisieren, Ummanteln.

Während die Begriffe Fügen und Verbinden in der Fachliteratur häufig gleichbedeutend angewendet werden, trifft die Norm eine deutliche Unterscheidung. Näheres dazu findet sich weiter unten.

 VDI 2232 ☞ Abschn. 3.1.1 Statische Randbedingungen > Knotenbindungen, S. 52

Hauptgruppen 1 Urformen 2 Umformen 3 Trennen Fertigungsverfahren 4 Fügen 5 Beschichten 6 Stoffeigenschaft ändern

1 Die sechs Fertigungsverfahren nach DIN 8580, unter ihnen das Fügen.

50

XII Verbindungen

3.

Klassifikation von Verbindungen

 Im Folgenden werden verschiedene Kriterien diskutiert, nach denen sich Verbindungen klassifizieren lassen. Dadurch soll ein Überblick über die komplexen Randbedingungen und Einflüsse sowie über die vielfältigen Funktionen gegeben werden, die – entweder als Einzelparameter oder in Kombination mit anderen – eine Verbindung je nach Fall beeinflussen.

3.1

Randbedingungen und Einflüsse auf eine Verbindung

Bevor die Anforderungen an eine Verbindung definiert werden und diese konstruktiv ausgearbeitet wird, sind die Randbedingungen und die äußeren Einflüsse zu klären, denen diese unterworfen ist. Sie beeinflussen die Wahl und konstruktive Ausbildung der Verbindung nachhaltig. Zumeist lassen sich die äußeren Bedingungen einer Verbindung planerisch steuern, sind also von Entscheidungen des Planers und Konstrukteurs abhängig. Unter bestimmten Voraussetzungen lassen sich schwer zu lösende technischkonstruktive Probleme beim Festlegen und Konstruieren von Verbindungen durch gezielte Steuerung der Randbedingungen, gewissermaßen im Vorfeld, entschärfen oder sogar gänzlich umgehen.

☞ Kap. XI, Abschn. 3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen, S. 12

3.1.1

Statische Randbedingungen

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 1.1 Kategorien von Tragwerken, S. 496

Kraftleitung ☞ Abschn. 3.2.1 Kraftleiten, S. 59

Man kann unter Berücksichtigung der Aufgabe, Kräfte zu leiten, zunächst statische Randbedingungen für eine Verbindung unterscheiden. Sie ergeben sich aus ihrer Einordnung im Kontext des Gesamttragwerks, wobei dieses im umfassenden Sinn, also entweder als Primär-, Sekundär- oder Tertiärtragwerk zu verstehen ist. Die Verbindung ist Bestandteil eines statischen Systems, kann also im Hinblick auf die statische Funktion nie isoliert betrachtet werden, sondern stets nur im Zusammenspiel mit benachbarten mitwirkenden Teilen. Folgende Randbedingungen, die sich aus der Einbettung der betrachteten Verbindung in einem statischen System herleiten, lassen sich definieren: Man kann unterscheiden, ob die Kraftleitung zwischen den zu verbindenden Teilen im Vordergrund steht, nur untergeordnete Bedeutung besitzt oder gar gezielt zu verhindern ist: • Kraftleiten ist eine Primärfunktion, die Verbindung wird als kraftleitend bezeichnet. • Kraftleiten ist keine Primärfunktion, aber dennoch zur Erfüllung andersartiger Funktionen notwendig. • Kraftleiten ist nicht gefordert, die Verbindung wird als nicht kraftleitend bezeichnet (2 8). Als Kraftleitung versteht man dabei die Übertragung von Kräften zwischen den Verbindungspartnern, d. h. von einem Partner auf den anderen. Selbst wenn dies nicht erfolgt, können Kräfte trotzdem innerhalb der Verbindung wirksam sein (2 8, 27).

1 Grundlagen des Fügens

51

2 Geschweißte Stahlverbindung. 3 Bewegliches Kipplager.

4 Holzrahmenfußgelenk. 5 Verbindung aus dem modernen ingenieurmäßigen Holzbau.

6 Formschlüssige Fertigteilverbindung. 7 Mauerverband.

a

K

y x

b

8 Nicht kraftleitende Verbindung zwischen den Teilen a und b mittels eines federnden Gummiprofils. Zwar sind Kräfte an den Klemmleisten K für den Zusammenhalt der Verbindung erforderlich, doch sind dies keine Kräfte, die zwischen a und b übertragen werden, und sind folglich für die Betrachtung (Verbindung a/b) irrelevant.

52

XII Verbindungen

Stets sind die unterschiedlichen zu betrachtenden Kraftrichtungen getrennt zu beurteilen. Es gibt zahlreiche Verbindungen, die in einer Richtung kraftleitend, in einer anderen hingegen nicht kraftleitend in Funktion treten (2 9, 10). Beanspruchung

Art der über die Fügung hinweg von Bauteil zu Bauteil zu übertragenden Beanspruchung: • Normalkraft (– Druck, + Zug); • Querkraft (+, –); • Moment;

☞ Abschn. 3.3.6 Effektive Fugengeometrie, S. 72

☞ Abschn. 3.3.8 Art der Kraftleitung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche, S. 73

☞ Kap. XII-2 Kraftübertragung, S. 96 ff

Knotenbindungen ☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 2.3 Lagerung, S. 499 ff

✏ Beispiel: Gleitlager wie in  11 rechts

✏ Beispiel: Gelenk wie in  11 links oder  3 bzw. 12

jeweils bezogen auf eine gedachte Bauteil- oder Systemachse bzw. auf ein festgelegtes Bezugs-Koordinatensystem. Es ist wichtig, zu beachten, dass eine auf die Bauteile – bzw. auf ihre Systemachse – bezogene Beanspruchung nicht identisch sein muss mit der Beanspruchung einer Fugenfläche oder Fugenteilfläche der Verbindung. Entscheidend ist die effektive Fugengeometrie. Man muss deshalb sorgfältig die jeweilige Betrachtungsbene unterscheiden: Eine axiale Druckkraft auf Bauteilebene kann sich auf der Betrachtungsebene der Fuge in eine Querkraft umwandeln bzw. auf der Betrachtungsebene des Verbindungsmittels wiederum in eine Kombination aus Querkraft und Druck. Auf diese Unterscheidung wird weiter unten näher eingegangen. Die Beanspruchung einer Fugen- oder Berührfläche zwischen zwei zu verbindenden Bauteilen ist ein wesentliches Kriterium für das Erfassen ihrer statisch-konstruktiven Wirkungsweise. Ein gleiches Verbindungselement kann unter verschiedenen Beanspruchungen jedoch gemäß unterschiedlichen Wirkprinzipien der Kraftübertragung in Funktion treten. Je nachdem, wie viele Kraftkomponenten oder Momente zu übertragen sind, unterscheidet man verschiedenwertige Knotenbindungen. Dabei steht jeweils eine festgehaltene Kraftkomponente oder ein Moment für eine Bindung. In der ebenen Statik ist beispielsweise bei einer einwertigen Bindung nur eine Komponente gehalten, die restlichen zwei sind frei beweglich. Eine zweiwertige Bindung bedeutet, dass zwei Komponenten – beispielsweise entlang ➝ x und ➝ y – gehalten werden, eine dritte – wie beispielsweise eine Drehung – sich hingegen frei entfalten kann, etc. In der räumlichen Betrachtung existieren eine bis sechs Wertigkeiten. Im Umkehrschluss leiten sich naturgemäß entsprechend die Bewegungsfreiheiten der Verbindung in verschiedenen Richtungen ab. Eine einwertige Knotenbindung erlaubt demnach, beispielsweise in der flächigen Betrachtung, die Bewegung in den zwei restlichen, nicht festgehaltenen Richtungen.

1 Grundlagen des Fügens

a

53

b

F t a

b

a

b

Kf a

F

b y

y x

x

9 Nicht kraftleitende gefalzte Verbindung zwischen den Teilen a und b für die Betrachtung der Kraftwirkung in ➝  x (auch anwendbar auf ➝ z). Es werden keine Kräfte zwischen a und b übertragen, solange die Toleranz t nicht ausgeschöpft ist. 10 Die gefalzte Verbindung der  9 zwischen den Teilen a und b ist für die Betrachtung der Querkraftwirkung F-F in ➝  y als kraftleitend einzustufen. Die Kraft wird durch formschlüssige Wirkung der Kontaktfläche Kf zwischen a und b übertragen.

11 Bewegliche Verbindung: Kugelgelenk. 12 Bewegliche Verbindungen: Kippund Gleitlager.

54

XII Verbindungen

Aus dieser Überlegung leitet sich eine allgemeine Untergliederung der Verbindungen in zwei große Gruppen ab, nämlich in: • feste Verbindungen, also solche, bei denen alle sechs Bewegungsrichtungen bzw. zwölf Bewegungssinne – jeweils positiv und negativ – im Raum festgehalten sind, bzw. kein Freiheitsgrad herrscht; • bewegliche Verbindungen, also solche, bei denen mindestens ein Bewegungssinn frei ist.

☞ Band 2, Kap. IX-3, Abschn. 1.3 Definition, S. 392 ff

Diese Betrachtung liegt auch folgender Definition des Begriffs Verbindung zugrunde, die deutlich macht, dass zwischen Bewegung und Verformung klar zu unterscheiden ist:

☞ VDI 2232, 2.

Verbindungen sind Zusammenschlüsse von zwei oder mehreren widerstandsfähigen Körpern (bzw. den beiden Enden eines Körpers), die eine Trennung der Körper auch unter Betriebskräften verhindern. Sie können in bewegliche und feste Verbindungen unterteilt werden, je nachdem, ob an der Verbindungsstelle eine Relativbewegung der Partner mindestens in einem Richtungssinn möglich ist oder nicht. Die Relativbewegung bezieht sich nicht auf eventuelle elastische Verformungen, Wärmedehnungen, Quellungen usw.

Aus diesen Überlegungen trifft die VDI-2232 die folgende begriffliche Abgrenzung von Fügen und Verbinden:

☞ VDI 2232, 2.2

☞ Kap. XII-3 Fügeverfahren, S. 124 ff & DIN 8593

3.1.2

Der Fertigungsvorgang, bei dem die beiden Verbindungspartner zusammengebracht werden, wird Fügen genannt [...]. Der Vorgang des Fügens ist nicht identisch mit dem des Verbindens, da zu Letzterem noch die Formgebung der Verbindung gehört, die den Zweck hat, dass alle zwölf Richtungssinne gesichert sind und nicht nur welche, die durch den Fügevorgang gesichert werden.

Aus diesem Satz geht hervor, dass eine feste oder auch bewegliche Verbindung im Regelfall aus mehr als einer Fügung besteht, damit die erforderlichen Kraftbindungen geschaffen werden.

Zustand

Es ist klar zu unterscheiden zwischen einer Fügung, die lediglich für einen temporären Bauzustand erforderlich ist, und einer solchen, die für einen Endzustand gedacht ist.

Geometrische Randbedingungen

Wesentlich für das Konstruieren einer Verbindung ist die Klärung bzw. Festlegung der geometrischen Verhältnisse, welche Lage und Form der anzuschließenden Bauteile definieren. Die Geometrie der umgebenden Konstruktion kann darüber entscheiden, ob: • Bauteile unterbrochen und gestoßen werden müssen, oder hingegen durchlaufend ausgebildet werden können (2 13, 14);

1 Grundlagen des Fügens

55

b

b’

b

13 Die geometrische Lage der beiden Bauteile a und b zueinander (einfache Stapelung) erlaubt eine Verbindung der beiden Teile bei zwei durchlaufenden Profilen. a y

14 Die geometrische Lage der beiden zu verbindenden Bauteile a und b zueinander (Oberkanten höhengleich) erfordert eine Unterbrechung mindestens eines der beiden Profile (b).

y

a

x

x

c

c

b

b

d

15 Zusammenführung der Systemachsen bei der Verbindung der Bauteile a, b und c in einem Punkt P.

P3 e

P

P2

P4 P1

a y

a

y

e’

e’

x

x

c

16 Verschneidung der Systemachsen bei der Verbindung der Bauteile a, b, c und d in mehreren Punkten P1 bis P4. Es entstehen Biegemomente aus der Exzentrizität e.

b

c

b

d a

β P

x

17 Der Winkel a bestimmt die Anschlussverhältnisse in der Verbindung der Bauteile a, b und c.

a

18 Kleine Winkel b und g führen zu schleifenden Anschnitten und ggf. zu erschwerten Anschlussbedingungen für die Bauteile b und d.

P a

y

γ

y x

56

XII Verbindungen

☞ Abschn. 3.3.3 Zusammenführung der Systemlinien, S. 70

1

2

3

• Systemachsen in einem Knoten anstoßender stabförmiger oder auch flächenhafter Bauteile in einem Punkt zusammengeführt werden können, sodass Versatzmomente verhindert oder minimiert werden (2 15, 16); • die Winkel der anstoßenden Bauteile günstig gestaltet sind, sodass beispielsweise schleifende Verschneidungen (2 17, 18), übergroße Zwischenelemente (2 19, 20) an Knoten, ungewollt große Kraftkomponenten (wie an Diagonalstäben von Fachwerken) oder unzureichende Montageräume vermieden werden (2 48, 49); • kraftleitende Hauptelemente oder Bauteilbereiche zusammengeführt werden können, sodass die Kraft möglichst direkt, ohne Versätze und Umlenkungen von einem Bauteil auf das andere übertragen werden kann (2 21 bis 24); • bei bewitterten Bauteilen sich ggf. Wasser in Hohlräumen oder Senken ansammeln kann;

4

und über vieles andere mehr. Nicht zuletzt entscheidet die Geometrie über die Frage, Bauteile welcher Art bzw. geometrischer Beschaffenheit in der Verbindung aufeinandertreffen, also darüber, ob: • Stab auf Stab in einem Punkt (1);

5

• Stab auf Stab in einer Linie (2); • Stab auf Fläche in einem Punkt (3); • Stab auf Fläche in einer Linie (4); • Fläche auf Fläche in einer Linie (5);

6

• Fläche auf Fläche in einer Fläche (6) aneinanderstoßen, sowie auch darüber, in welcher exakten Lagebeziehung zueinander dies stattfindet. Die Geometrie einer Konstruktion gehört zu den fundamentalen Entwurfsparametern des Bauschaffenden und sollte im Vorfeld der Detailausarbeitung sorgfältig durchdacht werden.

3.1.3

Räumliche Randbedingungen für Montage und Wartung ☞ Abschn. 3.2 Funktionale Anforderungen an eine Verbindung > 3.2.4 aus der Herstellung der Verbindung, S. 65

Die räumlichen Randbedingungen, unter welchen eine Verbindung hergestellt wird oder im fertigen Zustand verbleibt, sind unter anderem maßgeblich für • die Bewegungsabläufe der zu fügenden Teile bei der Positionierung und der Montage (2 25, 26); • die Bewegungsabläufe des montierenden Personals oder von ihm betätigter Maschinen – es muss ausreichender

1 Grundlagen des Fügens

c

57

c

b

b l’

l

d

a

1

c

1

b

P

P

a

a

y

y

e

e

f

x

f

x

20 Ein kleinerer Winkel b führt zu einer größeren Länge l‘ der Anschlusslasche. Wiederum werden die Stäbe so weit zurückversetzt wie zur Vermeidung des Kontakts am Punkt 1 erforderlich.

b

c

1

19 Der Winkel a bestimmt die Länge l der Anschlusslasche im Knoten, da die anzuschließenden Stäbe sich am Punkt 1 nicht berühren sollen.

b 1

21 Auf einem Rohrprofil a aufgesetzter Träger b: Die Kraft wird bei dieser geometrischen Lage (mittig) nur an den Kreuzungen der Rohrwandung und des Trägerstegs (Punkte 1 und 2) eingeleitet.

2

a y

y

2

x

b z

a

b

c z

a

x

b

a

x

x

1

23 Auf einem Rohrprofil a ansetzende Rippe b mit oberem und unterem Flansch: Die axiale Kraft im unteren Flansch wird bei dieser geometrischen Lage (auf die Rohrwandung zulaufend) weitgehend quer in die Rohrwand eingetragen, was zum Beulen führen kann (Punkte 1 und 2).

b

2

1 a

z x

22 Anschluss wie oben, jedoch zwei Träger b und c in tangentialer Lage. Die Kraft kann bei dieser Geometrie auf längere Rohr wandabschnitte (1 und 2) eingeleitet werden.

2 a

z x

24 Anschluss wie oben, der Flansch b trifft hier jedoch in tangentialer Lage auf das Rohr a. Die Kraft kann bei dieser Geometrie besser in die Rohrwandung (Punkte 1 und 2) eingeleitet werden.

58

XII Verbindungen

Raum nicht nur für das Bauteil selbst, sondern ggf. auch genügend Bewegungsraum für Hebezeug, einen Monteur oder für Montagewerkzeug vorhanden sein; ☞ Abschn. 3.2.3 aus der Forderung nach dauerhafter Sicherung der Verbindung, S. 62

3.1.4 Witterungseinflüsse

• die spätere Zugänglichkeit der Verbindung für Demontage oder Inspektions- und Wartungszwecke. Es ist für die Dauerhaftigkeit und Funktionsfähigkeit einer Verbindung von großer Bedeutung, ob sie der Witterung ausgesetzt ist, oder beispielsweise in einem Innenraum geschützt liegt. Als Witterungseinflüsse gelten: • Wasser in verschiedenen Druck- und Aggregatzuständen wie Regen, Schlagregen, nicht drückendes Bodenwasser, drückendes Bodenwasser, Tauwasser, Wasserdampf, Eis; • Luft, entweder

ruhend oder strömend infolge Druckunterschieden und in diversen Turbulenzzuständen; • Temperatur, im Zusammenhang mit der Witterung oder auch aus anderen externen Einflüssen, entweder konstant oder veränderlich. 3.1.5

Andersartige externe Einflüsse

Es können auch andersartige externe Einflüsse auf eine Verbindung wirken wie beispielsweise • Feuer, • UV-Strahlung, • chemischer Angriff, • mechanischer Abrieb, • Schallenergie.

1 Grundlagen des Fügens

59

1 1

a

a

2 z

2 z

x

26 Günstigere Raumverhältnisse für Montage und Verbindung als beim Fall in 2 25.

x

c

27 Die dargestellte Verbindung (federnde Gummidichtung D) zwischen den Bauteilen a und b ist nicht kraftleitend, da sie keine Kräfte zwischen a und b übertragen soll. Sie hat stattdessen eine Dichtfunktion. Dennoch wirkt zwischen der federnden Lippe L und der Fläche des Bauteils b eine Federkraft, welche für die Dichtwirkung erforderlich ist. Es handelt sich dabei jedoch um eine andere Betrachtungsebene.

a b

L D

K 1

a

28 Die Klebung K zwischen den Abdichtungsbahnen a und b (im Bereich 1) eines Flachdachaufbaus hat keine Kraftleitungs-, sondern Dichtfunktion gegen Wasser und Wind.

z

y x

25 Erschwerende Raumverhältnisse bei der Montage und der Befestigung des Elements a (an den Punkten 1 und 2). Die Art der Verbindung ist durch die räumlichen Gegebenheiten stark eingeschränkt.

x

Aus der jeweiligen Zweckbestimmung der Verbindung in einem baulichen Gesamtzusammenhang können sich, im Zusammenspiel mit den oben angesprochenen Randbedingungen und Einflüssen, die folgenden funktionalen Anforderungen ergeben.

Funktionale Anforderungen an eine Verbindung

3.2

Eine elementare Aufgabe einer Verbindung ist das Kraftleiten zwischen den zu verbindenden Teilen, wenngleich – wie wir gesehen haben – Verbindungen existieren, bei denen diese Funktion nur eine untergeordnete Rolle spielt oder sogar überhaupt nicht existiert. Man spricht dann von nicht kraftleitenden Verbindungen (2 8-10). Streng genommen wirken dennoch – wenn auch noch so kleine – Kräfte, um eine bestimmte Funktion der Fügung sicherzustellen, beispielsweise eine Dichtfunktion. Es handelt sich dann aber um Kräfte, die erforderlich sind, um die Dichtfunktion selbst zu garantieren, aber keine Kräfte, die von Bauteil zu Bauteil geleitet werden. Ob eine Verbindung als kraftleitend zu gelten hat, entscheidet sich also anhand der Kriterien,

Kraftleiten

3.2.1

☞ Band 1, Kap. VI-2 Kraftleiten, S. 496 ff

60

XII Verbindungen

• welche Teile sie verbindet und • ob zwischen diesen Kräfte über die Verbindung hinweg geleitet werden. Es ist dabei jeweils immer sorgfältig die Hierarchieebene der Betrachtung zu berücksichtigen (2 27). Die Art der Kraftleitung in einer Verbindung ergibt sich aus verschiedenen Parametern wie: • der Art der Beanspruchung – diese kann je nach äußerer Belastung wechseln; • der Richtung der Beanspruchung – auch diese kann sich bei wechselnder Belastung verändern; ☞ Abschn. 3.3.6 Effektive Fugengeometrie, S. 72

3.2.2

Aus der Hüllfunktion

☞ Band 2, Kap. VII Herstellung von Flächen, S. 2 ff ✏ wie an der offenen Fuge einer halbdurchlässigen Wetterhaut

Wärmeschutz

• der effektiven Fugengeometrie. Stellt eine Verbindung den Zusammenhang und die Kontinuität eines umhüllenden Bauteils her, leiten sich spezifische Schutz- und Dichtfunktionen daraus ab. Dabei sind im Wesentlichen die gleichen Anforderungen an die Verbindung wie an das Hüllbauteil selbst zu stellen. Lokal und auf spezifische Schichten bezogen können sich hingegen durchaus auch unterschiedliche Anforderungen für Bauteilschicht und Verbindung ergeben. Im Einzelnen: Es sind entweder

☞ Band 1, Kap. VI-3 Thermohygrische Funktionen, S. 642 ff

• keinerlei Anforderungen hinsichtlich Wärmeschutz gestellt, wie dies bei Bauteilen unter konstanten Temperaturbedingungen der Fall ist (innen oder außen), oder:

☞ Vgl. auch Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.7 Thermische Trennung an Balkonplatten,  166 bis 169.

• der Wärmefluss durch die Verbindung hindurch ist zu bremsen, wie dies bei vielen Verbindungen in Gebäudehüllen erforderlich ist. Dabei kann nach unterschiedlichen Prinzipien vorgegangen werden (2 29–31): •• dämmendes Ummanteln der Verbindung; •• thermisches Trennen der Verbindung, oder alternativ •• Einsatz eines schlecht wärmeleitenden Werkstoffs.

Dichtheit

Die Dichtheit einer Verbindung gegenüber verschiedenen Medien wie oben angesprochen (z. B. Witterungseinflüsse) lässt sich in verschiedenen Abstufungen verwirklichen, wie beispielsweise durch: • vollständiges Abdichten oder Sperren gegenüber dem Angriff eines bestimmten Mediums – dies ist beispielsweise bei Dachabdichtungen der Fall (2 28);

1 Grundlagen des Fügens

61

innen

außen E G

K

B

29 Verbindung zwischen Geschossdecke G und auskragender Balkonplatte P mit thermischer Trennung unter Verwendung eines speziellen Bewehrungskorbs (Schöck Isokorb® Typ K-HV). Der Betonquerschnitt ist durch einen Dämmstreifen unterbrochen. Die Zugbewehrung besteht im Bereich der Dämmebene aus nichtrostendem Stahl (l = 15 W/mK). Das Drucklager besteht aus Feinbeton und weist eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit (l = 1,5 W/mK) auf als beispielsweise ein Stahlteil (zum Vergleich: Baustahl l = 70 W/mK).

K

P

S D

G Geschossdecke aus Stahlbeton P auskragende Balkonplatte D Dämmkörper aus Polystyrol-Hartschaum WLG 035 L Drucklager (HTE-Modul) aus microfaserbewehrtem Hochleistungsfeinbeton mit PE-HD Kunststoffummantelung S eingeschweißter Bewehrungsstababschnitt aus nichtrostendem Stahl B Bewehrung aus Betonstahl nach DIN 488 K vorgefertigter Bewehrungskorb E anschließende Dämmebene der Außenwand

L z

E x

innen

außen E

G

B

Sch

K Z D

30 Verbindung zwischen Geschossdecke G und auskragendem Balkonträger aus Holz mit thermischer Trennung unter Verwendung eines speziellen Bewehrungskorbs mit Anschlussschwert aus Stahl auf der Außenseite (Schöck Isokorb® Typ KSH).

St L

M

SD z x

G Geschossdecke aus Stahlbeton B auskragender Balkonträger aus Holz Sch in das Holzprofil B eingeschlitztes Stahlschwert, feuerverzinkt SD Stabdübel St Stirnplatte aus Stahl, feuerverzinkt D Dämmkörper aus Polystyrol-Hartschaum WLG 035 L Drucklager Z Zugbewehrung K vorgefertigter Bewehrungskorb E anschließende Dämmebene der Außenwand M Außenwand aus einschaligem Mauerwerk

62

XII Verbindungen

☞ Kap. XI, Abschn. 5.2 Entspannungskammern, S. 25

Schallschutz ☞ Band 1, Kap. VI-4 Schallschutz, S. 684 ff

• Abbremsen oder teilweises Sperren des Flusses eines bestimmten Mediums. Dies geschieht beispielsweise bei den ersten Stufen von mehrstufigen Dichtungen wie bei einer Verwirbelungskammer in einer Fassadendichtung, in welcher der Staudruck des Windes abgebaut, der Luftstrom allerdings nicht vollständig gesperrt wird (2 32). Insbesondere bei Verbindungen in Hüllbauteilen, sowohl äußere wie vor allem auch innere wie Trennwände, kann eine wichtige Anforderung das Unterbinden oder Abbremsen der Schallleitung sein (2 33). Geeignete konstruktive Prinzipien zur Umsetzung eines geeigneten Schallschutzes sind: • Entkoppeln mithilfe eines weichfedernden Zwischenteils; • Absorbieren mithilfe schallschluckender Oberflächen; • Reflektieren mithilfe entsprechend gerichteter schallharter Oberflächen.

3.2.3 Aus der Forderung nach dauerhafter Sicherung der Verbindung

Brandschutz ☞ Band 1, Kap. VI-5 Brandschutz, S. 716 ff

Um die Funktionstüchtigkeit der Verbindung unter bestimmten widrigen externen Bedingungen dauerhaft zu gewährleisten, sind je nach Voraussetzung folgende Anforderungen an sie zu stellen. Der Schutz vor Brandeinwirkung kann eine wichtige Voraussetzung für die Sicherheit eines Gebäudes sein. Der Grad des Brandschutzes eines Bauteils wird in der Regel anhand seiner Feuerwiderstandsdauer (F 0, F 30, F 60 ...) festgesetzt. Als konstruktive Prinzipien zur baulichen Umsetzung eines ausreichenden Brandschutzes kommen infrage (2 34, 35): • Verkleidung oder Ummantelung der Verbindung; • Überdimensionierung zur Schaffung einer zusätzlichen, schützenden Abbranddicke; • chemische Beschichtung zur Erzeugung eines im Brandfall aufschäumenden, schützenden Überzugs;

Korrosions- oder Fäuleschutz

• Kühlen durch Masse oder Wasser.    Schutz vor Korrosion oder Fäule ist eine wesentliche Aufgabe zur Sicherung der Dauerhaftigkeit und Funktionstüchtigkeit einer Verbindung (2 36–41). Geeignete Gegenmaßnahmen können:

1 Grundlagen des Fügens

63

innen

31 (Links oben) Verbindung zwischen Deckenträger T aus Stahl und auskragendem Balkonträger K aus Stahl mit thermischer Trennung unter Verwendung eines speziellen Anschlusselements (Schöck Isokorb® Typ KST).

außen E G

T

K

D

Deckenträger aus Stahl auskragender Balkonträger aus Stahl Stirnplatte aus Stahl Dämmkörper aus Polystyrol-Hartschaum WLG 035 mit integrierter Verbolzung G Gewindebolzen aus nichtrostendem Stahl H eingeschweißtes Hohlprofil aus nichtrostendem Stahl U Unterzug E anschließende Dämmebene der Außenwand St Stütze T K SP D

SP

H

32 (Links Mitte) Verbindung zwischen einer Isolierglasscheibe I und der Pfostenkonstruktion einer Pfosten-Riegel-Fassade mit vorwiegender Dichtfunktion. Die Dichtung gegen Wasser und Wind erfolgt durch die Lippendichtung D, welche mittels Pfostenprofil Pf und Pressleiste Pr durch Wirkung der Verschraubung S auf die Glasfläche (in Richtung ➝ y) gepresst wird. Eine thermische Trennung der Aluminiumkonstruktion erfolgt durch die Verschraubung im Kunststoffprofil K.

U

E z

St x

33 (Rechts) In akustischer Hinsicht federnde Verbindung zwischen einer Unterdecke aus Gipskarton (Knauf®) und einer Rohdecke, ein Beispiel für das schallschutztechnische Entkoppeln zweier Bauteile.

innen

Pf I

D

T

G

K

DN

D

A

K

D z

y x

S

Pr

Brandschutz- Verschraubung platte

außen

x

GK

Brandschutzplatte Knagge aus Plattenmaterial b > 100 mm

GK Gipskartonplatte T Tragprofil G Grundprofil K Kreuzverbinder A Abhänger D Massivdecke DN Deckennagel

Stoßhinterlegung aus Plattenmaterial b > 100 mm

34 (Links) Brandschutzummantelung von Stahlstützen. Die Verschraubung hat keinen Kontakt mit dem Stahlprofil der Stütze, sondern greift grundsätzlich nur in Brandschutzplatten ein. Es entsteht eine formschlüssige Umgreifung der Stütze ohne wärmeleitende Brücken. 35 (Rechts) Brandschutzummantelung von Stahlträgern. Auch hier werden wärmeleitende Brücken aus Stahl vermieden: Es erfolgt ein Formschluss zwischen Ummantelung und Stahlprofil unter Anwendung von streifenartigen Knaggen aus Brandschutzmaterial.

64

XII Verbindungen

• konstruktiver • chemischer • oder auch elektrochemischer ☞ Band 1, Kap. VI-6 Dauerhaftigkeit, S. 762  ff

Häufig sind bei Verbindungen Toleranzräume zur Aufnahme von Verformungen aus Temperaturänderungen, statischer Beanspruchung oder anderen Einflüssen freizuhalten (2 42). Sind diese Freiräume zur Ausdehnung angrenzender Bauteile nicht vorhanden, kann es zu Zwängungen und zur Zerstörung der Verbindung oder der verbundenen Bauteile kommen.

Toleranzräume

Es kann sich als notwendig erweisen, eine Verbindung für Wartungszwecke jederzeit zugänglich zu halten.

Zugänglichkeit für Wartung

S

S

z

Art sein.

z

y

S

z

y

36 Schweißverbindung zwischen zwei Blechen: An den Schweißlücken entstehen korrosionsanfällige Spalte.

y x

x

x

37 Eine durchgängige Schweißung schließt die kritischen Spalte und verbessert den Korrosionsschutz.

38 Der wetterseitig offene Spalt ist stark korrosionsgefährdet.

S

K

AK a

z

A y x

39 Eine durchgängige Schweißung auf der Wetterseite bietet besseren Korrosionsschutz.

z

z x

40 Nut-und-Feder-Verbindung zwischen zwei Schalbrettern: Die Kontaktfuge K (zwei Hirnholzflächen stoßen aufeinander) ist extrem fäulegefährdet.

x

41 Eine Abtropfkante AK, die schräge Fläche A zum raschen Ablauf des Wassers sowie der Abstand a zur Verhinderung eines Kapillareinzugs schützen die empfindlichen Hirnholzflächen vor Fäule.

1 Grundlagen des Fügens

65

Aus dem Prozess der Herstellung der Verbindung ergeben sich weitere Anforderungen:

Aus der Herstellung der Verbindung

so aus der Bewegungsbeziehung der zu verbindenden Teile beim Montagevorgang. In den seltensten Fällen können die Teile vollständig frei aufeinander zu bewegt werden, um die Verbindung herzustellen. Zumeist ist für diesen Zweck ein eingeschränkter Bewegungsablauf festgelegt, der sich aus der Fugengeometrie und den vorgegebenen räumlichen Verhältnissen ergibt (2 43, 44).

Bewegungsbeziehungen beim Montieren

den Montagebedingungen, die sich grundlegend unterscheiden, je nachdem, ob die Verbindung

Montagebedingungen

• im stationären Werk oder • vor Ort auf der Baustelle hergestellt wird. Im letzteren Fall ist mit wesentlich ungünstigeren Bedingungen zu rechnen, und es scheiden zumeist bestimmte Lösungsvarianten von vornherein aus.

H1

42 (Links) (In ➝  x) bewegliche Verbindung zwischen zwei Halbschalen (H1 und H2) eines Pfostens in einer Pfosten-Riegel-Fassade. Die Pressleiste P ist an Halbschale H2 befestigt und bewegt sich gemeinsam mit dieser. Es sollen insbesondere Verformungen aus Temperaturänderungen aufgenommen werden.

H2

z

y x

A

y

P

x

B

A

y

B

x

44 Fixierter Bewegungsablauf beim Montieren: Das Bauteil B (Holztafelelement) wird durch Bewegen in Richtung ➝ x in die Nut eingeführt.

B

43 (Rechts) Fixierter Bewegungsablauf beim Montieren: Das Bauteil B kann nur durch Bewegen in Richtung ➝ z in die Nut eingeführt werden.

3.2.4

66

XII Verbindungen

Zugänglichkeit beim Montieren

der Zugänglichkeit der Verbindung bzw. zugehöriger Verbindungsmittel zum Zweck der Herstellung der Verbindung. Oftmals ist ein Mindestbewegungsraum erforderlich, um beispielsweise die Verbindungsfuge mit einer Schweißelektrode zu erreichen (2 45, 46), Verbindungsmittel wie Schrauben oder Bolzen in eine Bohrung einzufädeln (2 47, 48), um mithilfe eines Werkzeugs das Verbindungsmittel anzuziehen, etc. Dabei kann es erforderlich sein, die Zugänglichkeit: • lediglich während des Montagevorgangs oder • immer zu gewährleisten, wie beispielsweise dann, wenn der spätere Austausch oder das Recycling eines Bauteils ermöglicht werden soll;

Maßtoleranzen ☞ Band 1, Kap. II-3, Abschn. 4. Maßtoleranzen – maßliche Koordination an Bauteilstößen, S. 84 ff ✏ beispielsweise die Montagesituation in 2 25, bei der entsprechende Mindesttoleranzen zwischen dem Wandelement und der Geschossdecke an den Punkten 1 und 2 erforderlich sind, um das Element positionieren zu können

3.2.5

Aus der Forderung nach Veränderbarkeit oder Recyclingfähigkeit der Konstruktion ☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 8. Recycling- und umweltgerechte Gestaltung von Baikonstruktionen, S. 178 ff

den Maßtoleranzen, die in einer Fuge aufgenommen werden müssen, damit die Verbindung hergestellt werden kann. Ähnlich wie bei der Sicherung der Funktionstüchtigkeit (s. o.), gilt es auch hierbei, Toleranzräume in der Verbindung freizuhalten. In diesem Fall sollen diese das Zusammenführen bzw. Positionieren der Bauteile während der Montage ermöglichen. Es sind ferner die Toleranzen oder Maßabweichungen aus der Herstellung zu berücksichtigen (2 49, 50).

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, ob die Verbindung • lösbar ist – lösbar ist eine Verbindung, wenn sie ohne plastische Verformung oder Zerstörung beliebig oft demontiert und wiederhergestellt werden kann (2 51); • bedingt lösbar ist – bedingt lösbar ist eine Verbindung, wenn die zu verbindenden Bauelemente nach der Demontage weiterhin bedingt brauchbar sind; dies ist dann der Fall, wenn •• eines der Bauelemente, oder beide plastisch verformt werden müssen, aber zurückverformt werden können; •• bei mittelbaren Verbindungen das Verbindungsmittel plastisch verformt werden muss (2 52); • oder unlösbar ist – unlösbar ist eine Verbindung, wenn eines oder beide der zu verbindenden Bauelemente zur Demontage zerstört werden müssen, eine nicht wieder rückgängig zu machende plastische Verformung oder eine Nacharbeit erforderlich ist (2 53).1

1 Grundlagen des Fügens

1

67

1 S

z

S

S S

z

46 Verbesserung beispielsweise durch Verlagerung des Rohrstücks nach oben.

x

x

1

1

y

y

x

x

S M G

S2

S1

F t

y x

45 Ungünstige räumliche Verhältnisse: kein ausreichender Arbeitsraum am unteren Ende des angeschweißten Rohrstücks (Punkt 1), um die Schweißnaht S auszuführen.

47 Ungünstige räumliche Verhältnisse: kein ausreichender Raum zwischen den Anschlusslaschen (Punkt 1), um die Schraube einzufädeln.

48 Verbesserung beispielsweise durch Verlagerung der Verschraubung und des Stabendes vom Mittelpunkt nach außen.

49 Verbindung zwischen einem Stützenfuß und dem Fundament: Es werden zwei Gewerke mit stark voneinander abweichenden Toleranzbereichen zusammengeführt. Es ist eine entsprechende Toleranz t einzuhalten. Der Stützenfuß S wird zunächst mittels der Schraubenmutter S1 auf den Gewindestangen G einjustiert und anschließend mit den Schraubenmuttern S2 fixiert. Abschließend wird der Toleranzraum M mit schwindarmem Mörtel bzw. Quellmörtel verfüllt, der sich in plastischem Zustand zum Zweck der Druckübertragung nach Aushärten an die Oberflächen des Betons und der Fußplatte F anpasst.

50 Selbsterklärende Veranschaulichung eines Toleranzproblems wie in 2 49 beschrieben.

68

XII Verbindungen

3.3

Folgende Parameter spielen hinsichtlich der konstruktiven Umsetzung der Verbindung eine wesentliche Rolle.

Konstruktive Ausführung

Neben der Wahl des zu verwendenden Werkstoffs im eigentlichen Sinn ist zu bedenken, ob bei der betrachteten Verbindung:

3.3.1 Werkstoff

• Bauteile des gleichen Materials – wie Stahl/Stahl, Holz/ Holz etc. (2 54); • oder solche unterschiedlicher Materialien – wie Beton/ Stahl, Stahl/Holz etc. (2 55) beteiligt sind, sowie auch ob Zusatzteile oder Verbindungsmittel: • aus dem gleichen Material wie die zu verbindenden Teile (Beispiel: Holznägel in einer Holzkonstruktion) (2 56) oder • aus einem anderen Material als die zu verbindenden Teile (Beispiel: Stahlnägel in einer Holzkonstruktion) (2 57) eingesetzt werden. Die Querschnittsgeometrie der anstoßenden Bauteile. Zunächst ist die Art selbst des Querschnitts für die Ausbildung der Verbindung von Bedeutung. Es können bei stabförmigen Bauteilen beispielsweise Rechteckquerschnitte, I-, L-, C-, U- oder auch Rohrquerschnitte zum Einsatz kommen. Auch bei flächigen Bauteilen müssen ggf. verschiedene Querschnittsausformungen berücksichtigt werden. Ferner spielt auch die Frage eine bedeutende Rolle, ob:

3.3.2 Querschnittsgeometrie

a

a

a

y

y x

S

b

b

S

b

y x

51 Lösbare Verbindung zwischen den Teilen 52 Bedingt lösbare Verbindung zwischen den a und b: Schraubverbindung. Teilen a und b: Nietverbindung. Sie kann nur demontiert werden, wenn die Niete (also die Verbindungsmittel) plastisch dauerhaft verformt werden. Die verbundenen Teile a und b bleiben hingegen unbeschädigt.

x

53 Nicht lösbare Verbindung zwischen den Teilen a und b: Schweißverbindung S. Sie lässt sich nur lösen, wenn die verbundenen Teile a und b beschädigt werden.

1 Grundlagen des Fügens

69

• Bauteile gleichen Querschnitts (2 58), oder: • Bauteile verschiedener Querschnitte (2 59, 60) zu verbinden sind. Im letzteren Fall sind meistens schwierigere geometrische Anschlussprobleme zu lösen. b

a

a

54 (Links) Verbindung zwischen Teilen aus gleichem Werkstoff (Anschlussplatte a und Lasche b).

S

b

K

y

y x

x

55 (Rechts) Verbindung zwischen Teilen aus unterschiedlichen Werkstoffen (Anschlussplatte a und Beton b) durch Eingießen der Anschlussplatte und der Kopfbolzendübel K in den Beton.

56 (Links) Verbindung zwischen Teilen aus gleichem Material – Holz – mithilfe metallischer Verbindungsmittel (Stabdübel und Gewindebolzen).

57 (Rechts) Nagelplatte als flächiges Zusatzelement für die Verbindung der Fachwerkstäbe, aus einem anderen Material als diese. d d

58 (Links) Verbindung zwischen Teilen mit gleichem Querschnitt (I-Profile a und b).

a

a b z

y x

z

y x

b

59 (Rechts) Verbindung zwischen Teilen aus unterschiedlichen, aber ähnlichen Querschnitten (breites I-Profil a und mittelbreites I-Profil b). Günstige Verhältnisse durch gleiche Profilbreiten d von a und b.

70

3.3.3

XII Verbindungen

Zusammenführung der Systemlinien

Die Art der Zusammenführung der Systemlinien angrenzender Bauteile. Entweder:

☞ Abschn. 3.1.2 Geometrische Randbedingungen, 2 15, S. 55

• schneiden sich die Systemlinien der Bauteile in einem Punkt – dies stellt den Idealfall dar, da keinerlei zusätzliche Momentenbeanspruchung infolge Exzentrizität auftritt (2 61),

☞ ebendort, 2 16

• oder sie schneiden sich nicht in einem Punkt, was, wie erwähnt, zu Versatzmomenten führt. Manchmal ist dieser Fall, zumeist aus geometrischen oder konstruktiven Gründen der Knotenausbildung, nicht zu vermeiden. Die auftretenden zusätzlichen Momente müssen beispielsweise durch ausreichende Steifigkeit der betroffenen Teile aufgenommen werden.

a

z

y

b

x

60 Verbindung zwischen Teilen aus unterschiedlichen Querschnitten (Rohrprofil a und mittelbreites I-Profil b).

61 Fachwerkknoten aus stumpf verschweißten Rundrohren: Zusammenführung der Systemachsen in einem Punkt im Raum.

62–64 Knotenstück als zusammengesetzt flächiges Zusatzelement für die Verbindung der Fachwerkstäbe (Konstr.: K. Wachsmann).

1 Grundlagen des Fügens

Das Tragwerksprinzip gemäß der Klassifikation der DIN 8593 Fertigungsverfahren Fügen, Teil 4. Sie richtet sich nach der Art der Erzeugung oder Herstellung der Verbindung (DIN 8593, Teil 0). Die Klassifikation der DIN -Norm berücksichtigt hingegen nicht das eigentliche Wirkprinzip der Verbindung im Endzustand im Hinblick auf die wichtige Funktion des Kraftleitens. Die Technologien des Fügens gliedern sich in 8 Hauptgruppen:

71

Technologie des Fügens

3.3.4

✏ Vgl. die Überlegungen in Abschn. 5.2 Ordnungsmerkmal Prinzip der Kraftübertragung, S. 86

• Zusammensetzen • Füllen • Anpressen, Einpressen • Fügen durch Urformen • Fügen durch Umformen • Fügen durch Schweißen • Fügen durch Löten • Kleben Die Einordnung einer Verbindung in diese Klassifikation erlaubt ein gutes Verständnis der Art, wie diese hergestellt oder ggf. wieder gelöst wird. Nicht alle erwähnten Gruppen finden gleich weit verbreitete Anwendung im Bauwesen. Ihre genaue Kenntnis eröffnet dem Bauschaffenden indessen ein breites Spektrum an Lösungsmöglichkeiten für Verbindungen, das in der herkömmlichen Planung oftmals nicht voll ausgeschöpft wird. Aus diesem Grund soll die Technologie des Fügens weiter unten wieder aufgegriffen und eingehender behandelt werden. Zusatzelemente können in einer Verbindung mit dem Zweck eingesetzt werden, eine Kraft oder ein Moment von einem Bauteil auf ein anderes oder mehrere andere Bauteile zu übertragen. Man kann sie unterscheiden je nachdem, ob ihre Geometrie • flächig ist – wie Laschen, Bleche, Futterstücke, etc. (2 59, 60); • zusammengesetzt flächig ist – wie Winkel, Konsolen, etc. (2 54); • stabförmig ist – wie ein Abstandshalter oder Distanzstück, oder • volumenförmig ist – wie eine Knotenkugel oder eine

☞ im Kapitel XII-3 Fügeverfahren, S. 124 ff

Zusatzelemente

3.3.5

72

XII Verbindungen

Gelenknabe in einem Fachwerk (2 62–64). Man spricht bei Verbindungen • von mittelbaren Verbindungen, wenn Zusatzelemente beteiligt sind, • oder unmittelbaren Verbindungen, wenn sie keine Zusatzelemente enthalten. 2 3.3.6 Effektive Fugengeometrie

☞ Kap. XI Flächenstöße, S. 4 ff

Als effektive Fugengeometrie soll in diesem Zusammenhang die zur Ausführung kommende, tatsächliche Geometrie des Anschlusses, bzw. des zugehörigen Bauteilrands gelten. So kann etwa der stirnseitige Stoß zweier Stäbe bei der konstruktiven Umsetzung verschiedene effektive Fugengeometrien annehmen ( 65): Stumpfstoß, Überlappung, Zapfenstoß, Schäftung etc. Diese Ausformung kann sich aus einer Kombination der verschiedenen bereits oben angesprochenen Anforderungen ableiten. Sie kann sich teilweise aus der Kraftleitung, aus der Dichtfunktion, aus der Montage etc. herleiten. Ihre Festlegung unter sorgfältiger Berücksichtigung der zahlreichen, möglicherweise komplexen und gegenseitig in Konflikt stehenden Anforderungen und Randbedingungen, wie sie weiter oben beschrieben wurden, ist eine wesentliche Aufgabe des Konstrukteurs. Die wichtigsten Varianten effektiver Fugengeometrien bei Flächenstößen unter Betrachtung verschiedener funktionaler Aspekte werden an anderer Stelle diskutiert. Die wesentlichen Einzelaspekte der Fugenausformung sollen nun im Folgenden näher betrachtet werden.

Stoßprinzip

effektive Fugengeometrie

1

A

B

C

D

65 Effektive Fugengeometrie; das Stoßprinzip zweier stirnseiig anstoßender Stäbe (oben) lässt sich in verschiedenen effektiven Fugengeometrien umsetzen: A Stumpfstoß; B Überlappung; C Zapfenstoß; D Schäftung. 66 Schnittigkeit: ein-, zwei- und dreischnittige Verbindung. Hinsichtlich der Kraftleitung in der Verbindung ist es bedeutsam, dass eine ungerade Anzahl von Schnittflächen (1, 3, 5 ...) Versatzmomente infolge Exzentrizität zur Folge hat. Am größten ist die Exzentrizität bei der einschnittigen Verbindung. Dies gilt sowohl für Zug- wie auch für Druckbeanspruchung.

y x

2

3

1 Grundlagen des Fügens

73

Je nachdem, wie viele Berührflächen (Schnitte) zwischen parallel zueinander verlaufenden stabförmigen oder flächigen Einzelteilen in der Verbindung aufeinandertreffen, spricht man von ein-, zwei-, dreischnittigen etc. Verbindungen (2 66).

Schnittigkeit

3.3.7

Das Ziel der Fugenkonstruktion ist es, die Verhältnisse im Materialkontinuum der zu fügenden Bauteile hinsichtlich einer festgelegten Funktion in der Verbindung möglichst zu reproduzieren, d. h. eine funktionale Kontinuität über den Elementstoß hinweg herzustellen, die ansonsten ohne die konstruktive Maßnahme der Verbindung gestört wäre. Dieser einfache, aber fundamentale Grundsatz gilt naturgemäß in erster Linie für die in den anstoßenden Bauteilen herrschenden Beanspruchungen durch Kraftwirkung, sofern es sich um eine kraftleitende Verbindung handelt. Es ist jeweils stets eine bestimmte Kraftrichtung zu betrachten; in einer anderen Richtung kann die Verbindung durchaus auch planmäßig Bewegungen ermöglichen, also keinerlei Kraft übertragen. Die in den Bauteilen infolge externer Kraftwirkung auftretenden Beanspruchungen oder Schnittkräfte müssen im Fall der kraftleitenden Verbindung zuverlässig von einem auf ein anderes Bauteil übertragen werden. In Ermangelung eines Materialkontinuums, das diese Aufgabe erfüllen könnte, muss dies am Stoß durch eine Ersatzkonstruktion geleistet werden. Je nach Beanspruchung sowie abhängig von der effektiven Fugengeometrie, die u. U. dazu führt, dass verschiedene Fugenteilflächen entstehen, kann es der Fall sein, dass die Beanspruchungen in den angrenzenden Bauteilen an der Fugenfläche oder an einzelnen Fugenteilflächen in eine andere Art der Beanspruchung überführt werden. Je nachdem, welche Fugenteilflächen für die Kraftleitung aktiviert werden, lassen sich

Art der Kraftleitung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche

3.3.8

☞ Abschn. 3.1.1 Statische Randbedingungen, S. 50 ff und 3.2.1 Kraftleiten, S. 59

• kraftwirksame Fugenteilflächen, also solche, an denen Druck-, Zug- oder Schubspannungen entstehen, und • nicht kraftwirksame Fugenteilflächen, also solche, an denen keine planmäßigen Beanspruchungen auftreten, unterscheiden. Die Beispiele in 2 67 bis 73 zeigen dies exemplarisch am Fall eines axial zugbeanspruchten Stoßes zweier linear angeordneter Stäbe. Andersartige externe Belastungen oder Stoßgeometrien lassen sich analog herleiten. Insbesondere die Lage oder Orientierung der kraftwirksamen Fugen- oder Fugenteilfläche bezüglich der in den Bauteilen herrschenden Beanspruchung ist bestimmend für die Kräfte, die an ihr entstehen. Die 2 69 und 70 (übergreifende Fuge) zeigen deutlich die Differenzierung zwischen kraftwirksamen und nicht kraftwirksamen Fugenteilflächen.

✏ hier als geschlossene Fugen dargestellt ✏ hier als offene Fugen dargestellt

74

XII Verbindungen

Fe Fe Ffz

Ffz Ff

+

Fe

Ff

Fe

Fe

Ffq

Ffq

Fe z

z

y x

y x

67 Rechtwinklige Stoßfuge. Die externen Zugkräfte Fe wirken sich als gleichartige Zugkräfte Ff auf der Fugenfläche aus.

68 Angeschrägte Stoßfuge. Die externen Zugkräfte Fe wirken sich als eine Kombination von (gegenüber dem Fall in  67 verringerter) rechtwinkliger Zugkraft Ffz auf der Fugenfläche sowie Querkraft Ffq in derselben aus.

Fe

Fe

Ffz Ffq Ffq

Ffz Fe

Fe

z

y x

69 Übergreifende Fuge mit Verbund in der längs orientierten Fugenteilfläche. Die externen Zugkräfte Fe werden in eine Querkraft Ffq in der Fugenteilfläche umgewandelt.

z

y x

70 Übergreifende Fuge mit Verbund in den quer orientierten Fugenteil-flächen. Die externen Zugkräfte Fe werden in Zugkräfte Ffz in den Fugenteilflächen umgewandelt.

1 Grundlagen des Fügens

75

Fe

Fe

Ffd Fe

Ffd Ffd

Ffd Fe

Ffd Ffd

z

z

y

71 Übergreifende Fuge mit Zapfensicherung. Die externen Zugkräfte Fe werden – unter Annahme eines Formschlusses – jeweils in Druckkräfte Ffd auf getrennte Seitenflächen des Zapfens umgewandelt. Der Zapfen selbst wird auf Querkraft in seinem mittleren Querschnitt beansprucht.

Fe

Ffq

Ffq Ffq

Fe

z

y x

x

Ffq

y x

73 Fuge mit doppelter Lasche. Die externen Zugkräfte Fe werden jeweils in Querkräfte Ffq an den Kontaktflächen zwischen Lasche und Stab umgewandelt.

72 Verbolzte oder verdübelte Fuge. Analog zum Zapfen (links) werden die externen Zugkräfte Fe jeweils in Druckkräfte Ffd auf getrennte Seitenflächen der Bolzen umgewandelt. Die Bolzen selbst werden wiederum auf Querkraft in ihren mittleren Querschnitten beansprucht.

76

3.3.9

XII Verbindungen

Art der Dichtung in der Fugenfläche oder Fugenteilfläche ☞ Band 2, Kap. VII Herstellung von Flächen, S. 2 ff

Analog zur Übertragung der statischen Beanspruchungen über die Verbindung hinweg, sind auch Dichtfunktionen, die ggf. von den anstoßenden Bauteilen übernommen werden, an der Fuge oder Verbindung zu erfüllen. Auch in diesem Fall muss die Dichtfähigkeit des Materialkontinuums im Bauteil im Fugenbereich reproduziert werden. Man kann in diesem Zusammenhang also ebenfalls: • dichtwirksame Fugenteilflächen, also solche, an denen eine Dichtwirkung gegen ein bestimmtes Medium realisiert wird, oder • nicht dichtwirksame Fugenteilflächen, als solche, die für Dichtzwecke nicht relevant sind,

☞ a wie beispielsweise elastisches Füllstück mit Anpressdruck, vgl. Kap. XI, Abschn. 4.3.4, S. 23 ☞ b wie beispielsweise elastische Füllung mit Flankenhaftung, vgl. gleiches Kapitel, Abschn. 4.3.3, S. 22

3.3.10

Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche

☞ Kap. XII-2, Abschn. 3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berührfläche – die Schlussarten und die schlusserzeugenden Kräfte, S. 98

identifizieren. Es ist wichtig, festzustellen, dass die Dichtfunktion an einer gleichen Fugen- oder Fugenteilfläche mit der Kraftleitungsfunktion zusammenfallen kann, aber nicht muss. Die Beispiele in 2 74 und 75 zeigen Fälle, die diesen Sachverhalt veranschaulichen. Dabei ist von Bedeutung, ob das Dichtprinzip, das an der jeweiligen Fugenfläche zum Einsatz kommt, auf einer Kraft- oder, etwas konkreter, Presswirkung beruht a oder u. U. im Gegenteil mit einer Kraftwirkung unvereinbar ist.b Die Art, wie die Kraft an zwei angrenzenden Berührflächen einer Verbindung zwischen den Fügeteilen übertragen wird, ist ein wesentlicher Parameter, der die Verbindung in ihrer konstruktiven Ausführung oftmals nachhaltig bestimmt. Man spricht dabei auch von der Art des Schlusses bzw. von der zur Wirkung kommenden Schlussart. Es herrscht in der Fachliteratur im Allgemeinen leider kein Konsens bezüglich der Definition und gegenseitigen Abgrenzung der verschiedenen Schlussarten. 3 Wir werden im Folgenden drei grundlegende Schlussarten unterscheiden: • Formschluss • Stoffschluss • Kraftschluss, jeweils in den zwei Erscheinungsformen des: •• normalen Kraftschlusses •• tangentialen Kraftschlusses oder Reibschlusses.

& a nach O. Ewald (1975) Lösungssammlungen für das mechanische Konstruieren, VDI-Verlag, Düsseldorf, S. 37 ff. ✏ b Eine im Sinn einer Verbindung funktionsfähige Wirkfläche muss nicht zwingend einer Berührung ausgesetzt sein (Beispiel: berührungslose magnetische Verbindung)

Im Einzelnen charakterisieren sich diese Prinzipien der Kraftübertragung durch die nachfolgenden Merkmale.a Bei ihrer Diskussion werden folgende Annahmen getroffen: Man betrachtet jeweils zwei Bauteile oder Werkstücke a und b, die sich an einer Fläche berühren, der Berührfläche, im übergeordneten Sinn auch als Wirkfläche bezeichnet.b

1 Grundlagen des Fügens

77

Fe

Fe

Ff Ff

kraft- und dichtwirksame Fugenfläche z

74 Beispiel für das Zusammenfallen der Kraftleitungs- und Dichtfunktion in einer einzigen Fugenfläche bzw. Fugenteilfläche: ein linearer einfacher Plattenstoß unter Druckkraft mit eingelegtem Dichtelement.

y x

kraftwirksame Fugenteilfläche

Fe

Fe

z

y x

Ff

dichtwirksame Fugenteilflächen

75 Beispiel für die Trennung zwischen der Kraftleitungs- und der Dichtfunktion auf verschiedene Fugenteilflächen: ein linearer gefalzter Plattenstoß unter Druckkraft. Die längs gerichtete Fugenteilfläche übernimmt die Kraftleitung, die beiden quer gerichteten, nicht unter Kraftwirkung stehenden, die Dichtungsfunktion.

78

XII Verbindungen

An ihr soll die Übertragung der Kraft F erfolgen, die als Belastung der Verbindung aufzufassen ist. Hierfür ist ggf. eine planmäßige Verbindungskraft N, eine Normalkraft zur Fläche, erforderlich. Die Schlussarten sind durch folgende Merkmale gekennzeichnet: • Formschluss: Die zu übertragende Kraft F greift rechtwinklig zur Berührfläche am Körper a an und ist auf diese Fläche gerichtet (2 76). Sie ruft in dieser Fläche Druckkräfte hervor und stellt infolgedessen die Verbindung zwischen beiden Körpern selbsttätig her. Eine planmäßige Kraft N ist in diesem Fall nicht erforderlich. Die Größe der übertragbaren Kraft F hängt von der Werkstofffestigkeit ab. Bei einer Überlastung entstehen bleibende Verformungen an einem oder beiden Werkstücken, oder sie werden vollständig zerstört. Im lastfreien Zustand wirken keinerlei Kräfte. • Stoffschluss: Zwischen den Körpern a und b wirken auch im lastfreien Zustand Kohäsionskräfte aus Stoffverbund, die es erlauben, Zug und Schubkräfte in der Berührfläche aufzunehmen (2 77). Es lassen sich Kräfte sowohl rechtwinklig zur Berührfläche und von dieser weg gerichtet (wie F1) als auch parallel zu ihr (wie F2 und F3 ) aufnehmen. Die Größe der übertragbaren Kraft F hängt von der Festigkeit der Werkstoffe a und b sowie von der zwischen diesen wirkenden Bindekraft ab. Bei einer Überlastung erfolgt die bleibende Verformung oder vollständige Zerstörung der beteiligten Werkstücke. Ein ähnlicher Mechanismus der Kraftübertragung wirkt auch beim adhäsiven Kraftschluss, welcher der Gruppe des normalen Kraftschlusses zugehörig ist. Es wirken in diesem Fall jedoch Adhäsions-, keine Kohäsionskräfte zwischen den Fügeteilen (2 78). • Normaler Kraftschluss: Die zu übertragende Kraft F greift normal zur Berührfläche an und ist von dieser weg gerichtet (2 79). Sie wird neutralisiert, bzw. im Gleichgewicht gehalten, mittels einer entgegengesetzt gerichteten Kraft N, deren Betrag größer oder gleich dem der Kraft F ist. Die Verbindung versagt, wenn F größer als N ist. In diesem Fall klafft die Fuge. • Tangentialer Kraftschluss bzw. Reibschluss: Die zu übertragende Kraft F greift parallel bzw. tangential zur Berührfläche am Körper a an (2 80). Dieser wird von einer Kraft N, die rechtwinklig auf die Berührfläche gerichtet ist, auf den Körper b gepresst. Infolge Reibung entsteht in der Kontaktfläche eine Reaktionskraft R, welche F in Gleichgewicht versetzt. Sie ist von der Rauigkeit der Ober-

1 Grundlagen des Fügens

79

F

F1 a

F2

a

F3

b

b R2

R

R1

R3

76 Schematische Darstellung einer formschlüssigen Verbindung.

y

y

77 Schematische Darstellung einer stoffschlüssigen Verbindung.

x

x

F1

F2

a

F3 N R2

R1

b R3

y

78 Schematische Darstellung einer adhäsiv kraftschlüssigen Verbindung.

x

a N=R

F

N

b

a

F

b

F’ R

y

y x

x

79 Schematische Darstellung einer normal kraftschlüssigen Verbindung. 80 Schematische Darstellung einer tangential kraftschlüssigen bzw. reibschlüssigen Verbindung.

80

XII Verbindungen

flächen abhängig, die mithilfe eines Reibungsbeiwerts m quantifiziert wird. Die Reaktionskraft ist: R=m·N Bei Überlastung, also wenn F > R, versagt die Verbindung durch Verschieben des Körpers a auf der Berührfläche. Die Art der Kraftübertragung ist ein wichtiges Merkmal für das Erfassen der statischen Wirkungsweise einer Verbindung und ist fundamental für das Verständnis der konstruktiven Logik der Verbindung insgesamt. Es ist bei der Feststellung der Art der Kraftübertragung stets sorgfältig vorzugehen, weil man auf vielfache Schwierigkeiten stoßen kann. So beispielsweise: • Es können in einer Verbindung und einer einzigen Kraftrichtung mehrere Arten der Kraftübertragung kombiniert auftreten, so beispielsweise an der unregelmäßigen Oberfläche einer Mörtelfuge in einem Mauerverband, wo hinsichtlich einer Schubbeanspruchung Form- und Reibschluss, ggf. auch in begrenztem Maße ein adhäsiver Kraftschluss (Adhäsion Mörtel/Stein) wirksam sind.

☞ a Dies ist bereits in Abschn. 3.1.1 Statische Randbedingungen > Knotenbindungen angesprochen worden. Eine detaillierte Betrachtung dieser Frage findet sich in Kap. XII-2, Abschn. 4. Die Kraftübertragung im Raum, S. 104 ff.

• Die Art der Kraftübertragung in einer Verbindung ist jeweils abhängig von der äußeren Belastung, also von ihrer Art und Ausrichtung. Es herrschen infolgedessen ganz unterschiedliche Verhältnisse je nachdem, welcher mögliche Bewegungssinn betrachtet wird, den es durch Kraftwirkung (Reaktionskraft) zu sperren gilt. Eine gleiche Verbindung kann je nach aufzunehmender äußerer Belastung einmal beispielsweise reibschlüssig, ein andermal kraftschlüssig wirkena (2 81, 82). • Je nach der Hierarchie der Betrachtung werden ggf. verschiedene Berührflächen untersucht und fallweise auch verschiedene Arten der Kraftübertragung festgestellt. So kann bei der Verbindung zwischen zwei Teilen a und b (2 84, 85) an der Berührfläche zwischen beiden Fügeteilen ein Reibschluss wirksam sein, an der Berührfläche zwischen dem Verbindungsmittel und einem Fügeteil (beispielsweise a) hingegen ein Formschluss. Kennzeichnend für die Verbindung insgesamt ist dann jedoch die Hauptwirkung – im gezeigten Fall also der Reibschluss – zwischen den zu fügenden Partnern (a und b), wobei die Schraube in unserem Beispiel eindeutig eine untergeordnete Aufgabe als Verbindungsmittel (c) erfüllt.

1 Grundlagen des Fügens

F

a

N

81

a

N

(N)

F

(N)

a

(N)

(N)

FS

F R

b

b

F b

N

(N)

N F

y

y x

Berührfläche a/b

F a

c

b

N

N

N

N

x

84 Unterschiedliche Betrachtungshierarchien führen zu unterschiedlichen Ergebnissen: Wir übernehmen das Belastungsbeispiel in  79 oben (Querkraft). Links wird die Verbindung zwischen den beiden Fügeteilen (Flanschen) a und b betrachtet. Die Schraube c ist in diesem Zusammenhang ein Verbindungsmittel. Die äußere Kraft F (Querkraft) wird durch tangentialen Kraftschluss TKS in der Berührfläche a/b übertragen. Dies ist die übliche Interpretation einer derartigen Verbindung.

(N)

x

82 Gleiche Schraubverbindung wie in  81 zwischen den Teilen a und b unter Zugbeanspruchung in der Berührfläche a/b. Die Kraft wird in diesem Fall durch normalen Kraftschluss (Ef) an der Berührfläche durch Wirkung des Verbindungsmittels (der Schraube) übertragen.

83 Modifizierte Schraubverbindung (Passschraubenverbindung) zwischen den Teilen a und b unter Querkraftbeanspruchung in der Berührfläche a/b wie in  79. Die Kraft wird in diesem Fall durch Formschluss FS an der Berührfläche zwischen dem Verbindungsmittel (dem Schraubenschaft) und der Lochwandung der jeweils beteiligten Fügeteile a und b übertragen. Eine Anpresskraft N ist zu diesem Zweck nicht notwendig.

Berührfläche a/b b

TKS

F

FS (N)

y

x

81 Schraubverbindung zwischen den Teilen a und b unter Querkraftbeanspruchung in der Berührfläche a/b. Die Kraft wird in diesem Fall durch Reib- bzw. tangentialen Kraftschluss infolge der Anpresskraft N übertragen (R Reibung).

y

F

(N)

y

a F

F

F

F

NKS

x

85 Gleiche Verbindung und gleiche Belastung (Querkraft) wie in  84, aber abweichende Betrachtung: Es wird nunmehr die Berührfläche zwischen den Fügeteilen a (Schraubenkopf) und b (oberer Flansch) betrachtet. Als äußere Kraft F ist unter diesem Blickwinkel die Anpresskraft auf der Schraube aufzufassen. Es wirkt folglich ein normaler Kraftschluss NKS in der Berührfläche a/b. Die Querkraft ist auf dieser Betrachtungshierarchie bedeutungslos. Diese Art der Betrachtung ist zwar theoretisch denkbar, entspricht jedoch nicht der anerkannten Fachpraxis.

86, 87 (Umseitig) Einordnung einer Stahlverbindung in eine allgemeine Morphologie von Verbindungen. Die grau dargestellten Schriftzüge sind in der Morphologie als Optionen vorgesehen, sind jedoch nicht auf dieses Beispiel anwendbar. Die Parameter der Morphologie entsprechen im Wesentlichen den Abschnitten dieses Kapitels.4

82

geometrische Randbedingungen

XII Verbindungen

Elementart

linienförmige Bauteile flächige Bauteile

Lagebeziehung der Elemente

Anzahl Dimension

2 2

Winkelbezug statische Randbedingungen

nicht statische Randbedingungen

Anforderungen an den Knoten

Aufgabe der Verbindung

kraftleitend nicht kraftleitend

zu übertragende Beanspruchung

Normalkraft Querkraft pos./neg. Moment

90 °

Zug/Druck y-z x-y-z

Knotenbindungen

3-wertig

Zustand

Bauzustand Endzustand

Umgebungsbedingung

bewittert unbewittert

Wasser

nicht drückendes Wasser drückendes Wasser Regen Schlagregen Tauwasser Eisbildung

Luftstrom

ruhend in Bewegung

Temperatur

konstant veränderlich

weitere Einflüsse

chemischer Angriff mechanischer Abrieb Feuer Sonneneinstrahlung Schall

Wärmeschutz

dämmend ummanteln thermisch trennen

Dichtheit

Abdecken Passgenauigkeit Verbund Ausfüllung (Fugenmasse)

Schallschutz

entkoppeln absorbieren reflektieren

Brandschutz

Verkleidung Überdimensionierung chemische Beschichtung Kühlen durch Masse/Wasser

Korrosions-/Feuchteschutz

konstruktiv chemisch elektrochemisch

statisches System

Parallelperspektive

Explosionszeichnung

1 Grundlagen des Fügens

83

Bewegungsbeziehung beim Montagevorgang

frei eingeschränkt

Montagebedingung

Werksfertigung Baustellenfertigung

Zugänglichkeit

immer gewährleistet nur im Bauzustand

Maßtoleranzen

der Fertigung der Montage durch Formänderung am Gesamttragwerk

Lösbarkeit

lösbar nicht lösbar bedingt lösbar

Konstruktive Ausführung Material

Querschnittsaufbau

Stahl Stahlbeton Holz Holzwerkstoffe Mauerwerk Glas Kunststoffe Sonstiges Kombination

Querschnitt

Anzahl der Stoßflächen

1

Lage der ideellen Stoßflächen zur Systemlinie

orthogonal parallel Winkel

effektive Fugengeometrie

Fugenflächengeometrie

Sonder

Verschneidung der Systemlinien

in einem Punkt nicht in einem Punkt

Technologie des Fügens nach DIN 8593 Teil 4

3.1. Schrauben

Zusatzelement

Kraftleitung in der Fugen(teil)fläche der Verbindung

Zug Druck Schub

Kraftübertragung von Bauteil zu Bauteil

Reibschluss Kraftschluss Formschluss Kraftfluss

84

XII Verbindungen

4. Verbindungen für Primärtragwerke – einige Besonderheiten

Aus der Vielzahl der für Baukonstruktionen verwendbaren Verbindungen sollen in den folgenden Teilkapiteln diejenigen näher betrachtet werden, die üblicherweise in Primärtragwerken eingesetzt werden. Aus dem Fundus der heute verfügbaren Fügetechnologien stellen die bauüblichen Verbindungen bereits eine Auswahl dar, die sich aus den spezifischen Charakteristika des Baugewerbes oder der Bauindustrie sowie möglicherweise auch aus Gewohnheit und Überlieferung herausgebildet hat. Innerhalb der bei Bauwerken heute vorkommenden Verbindungen zeichnet sich die Untergruppe der für Primärtragwerke einsetzbaren dadurch aus, dass sie bestimmte spezifische Anforderungen erfüllen, wie etwa • Kräfte in der für Primärtragwerke kennzeichnenden Größenordnung zu übertragen; • ggf. unter den auf der Baustelle herrschenden Bedingungen möglichst schnell, ohne erhöhten Arbeitsaufwand – und folglich mit möglichst niedrigen Lohnkosten – sowie nach Möglichkeit ohne aufwendiges Gerät herstellbar zu sein – dies gilt für Montageverbindungen, die infolge der eingeschränkten Transportmöglichkeiten einen bedeutenden Anteil ausmachen; • ggf. durch nicht oder nur teilweise spezialisiertes Personal ausführbar zu sein, sowie andere, die dazu führen, dass Verbindungen für Primärtragwerke oftmals eine hohe Robustheit aufweisen, also eine gewisse Unempfindlichkeit gegen Ausführungsfehlern, die indessen zumeist durch eine deutliche Überdimensionierung, also einen Mangel an Effizienz, erkauft wird. Zahlreiche potenziell anwendbare Fügetechnologien, wie sie in anderen Industrie- und Gewerbesparten zum Stand der Technik gehören, finden aus diesen Gründen nur eher selten Eingang in das Bauwesen. Aus dieser Sicht erscheint Bautechnik, gemessen an anderen Techniksparten wie dem Flugzeugoder dem Maschinenbau, zum Teil noch als technologisch deutlich rückständig.

5. Systematik von Verbindungen – grundlegende Erwägungen

☞ Abschn. 3.3.1 Werkstoff, S. 68 ☞ Abschn. 3.3.10 Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche, S. 76 ff

Die folgenden Kapitel XII-4 bis XII-8 geben einen Überblick über die wichtigsten Bauverbindungen. Unter Vorgabe einer möglichst umfassenden und für die Konstruktionsarbeit brauchbaren Behandlung der wesentlichen Parameter bieten sich zunächst die folgenden Hauptordnungskriterien der Systematik von Verbindungen an: • Werkstoff der zu fügenden Elemente; • Prinzip der Kraftübertragung an der Fügefläche (Schlussart);

1 Grundlagen des Fügens

• Fertigungsverfahren der Verbindung.

85

☞ Abschn. 3.3.4 Technologie des Fügens, S. 71

Alle diese Merkmale eignen sich grundsätzlich als ordnende Gesichtspunkte in einer Systematik. Sie sind im Hinblick auf die Didaktik dieses Werks indessen mit spezifischen Vor- und Nachteilen verknüpft, die wegen ihrer Relevanz im Folgenden diskutiert werden sollen.  In der Baufachliteratur ist die Praxis sehr verbreitet, Verbindungen werkstoffspezifisch zu klassifizieren, also beispielsweise Verbindungen für den Holzbau grundsätzlich von Verbindungen für den Stahlbau zu unterscheiden. Zunächst ist festzuhalten, dass dabei stillschweigend nur Verbindungen für Primärtragwerke vorausgesetzt werden. Darüber hinaus kommen für kleinere Größenordnung der Kraft – beispielsweise in Sekundärtragwerken wie der Fassade – für die einzelnen Werkstoffe aber auch zahlreiche andere Verbindungen infrage, die sich in dieser Art werkstoffbezogener Klassifikation nicht finden. Das Kapitel XII-3 Fügeverfahren gibt einen Überblick über alle verfügbaren Technologien des Fügens. Ferner gilt, dass wenngleich die Eigenschaften der beteiligten Werkstoffe – wie weiter unten diskutiert – unbestreitbar die Art der Fügung beeinflussen, sodass z. B. eine Verschraubung im Stahlbau u. U. Erscheinungsformen und Einsatzmöglichkeiten aufweist, die von denen einer Schraube im Holzbau abweichen, Verbindungen dennoch auf fundamentalen physikalischen Wirkprinzipien, bzw. ihnen zugrundeliegenden physikalischen Effekten basieren, die bei allen Werkstoffen wirksam sind, sofern diese sich für die jeweilige Verbindung grundsätzlich eignen. Im Sinn einer Erweiterung des Verfügungsrepertoires des Konstrukteurs sowie einer zielgerichteteren Vorgehensweise erscheint deshalb auch in diesem Bereich die Einführung einer werkstoffübergreifenden Systematik – zumindest was die übergeordneten Ordnungskriterien angeht – angebracht. In letzter Zeit wurden zahlreiche neue Fügetechnologien in das Bauwesen eingeführt, die früher nur für besondere Werkstoffe eingesetzt wurden, nunmehr aber auf mehrere Werkstoffe anwendbar sind. Während beispielsweise Klebungen ehemals fast ausschließlich als Leimungen im Holzbau auftraten, können gegenwärtig auch Stahlteile, Stahlbetonfertigteile und andere geklebt werden. Eine Abkehr von der rein materialbezogenen Klassifikation legt auch die Tatsache nahe, dass immer häufiger Materialkombinationen, wie bei Verbundkonstruktionen, verbunden werden und folglich die Regeln des werkstoffspezifischen Fügens nicht in Reinform anwendbar sind. Ein eher funktionaler Ansatz, also auf die Frage zielend, welche Aufgaben unter bestimmten Bedingungen eine Verbindung zu erfüllen hat, und dann daraus folgernd, welche technischen Lösungsprinzipien hierfür zur Verfügung stehen, war die methodische Grundlage für diese Art von Neuerungen. Dieser funktionale

Ordnungsmerkmal: Werkstoff

5.1

86

XII Verbindungen

Ansatz unterscheidet sich deutlich von einem gleichsam instrumentellen, der sich zunächst fragt, welches Repertoire an überlieferten Verbindungen für eine spezifische Aufgabe – und einen spezifischen Werkstoff – zur Verfügung steht und nur auf überlieferte bzw. genormte Lösungen zugreift. 5.2

Ordnungsmerkmal: Prinzip der Kraftübertragung ☞ 3.3.10 Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche, S. 76 ff

✏ 6 Orientierungen oder Umdrehungen jeweils mit positivem und negativem Vorzeichen ergeben insgesamt 12 Bewegungssinne.

☞ Kap. XII-2 Kraftübertragung, S. 96 ff

5.3

Ordnungsmerkmal: Fertigungsverfahren Fügen

☞ DIN 8593-0, 4.; Verweis auf DIN 8580 Begriffe, Einteilung; siehe auch Kap. XII-3, Abschn. 1. Das Fertigungsverfahren Fügen, S. 124 f

Die Betrachtung des Prinzips der Kraftübertragung als ordnenden Gesichtspunkt stellt im angesprochenen Sinn einen funktionalen Ansatz dar, und zwar bezogen auf die Teilfunktion des Kraftleitens. Da es sich bei dieser Funktion unbestreitbar um eine fundamentale Aufgabe einer Verbindung handelt, erscheint dieses Kriterium für eine übergeordnete Kategorisierung zunächst gut geeignet. Nachteilig wirken sich hingegen zwei Aspekte aus: Eine Verbindung ist im Regelfall gekennzeichnet durch das Zusammenwirken verschiedener Prinzipien der Kraftübertragung, und zwar je nach betrachteter Belastungsrichtung unterschiedliche. Insgesamt sind 12 Kraftrichtungen oder -sinne im Raum im Spiel. Trotzdem lässt sich in den meisten Fällen eine Hauptlastrichtung feststellen, welche für die Verbindung kennzeichnend ist. Eine Klassifikation der Verbindungen nach Hauptlastrichtungen ist zwar möglich, führt aber dazu, dass eine gleiche Verbindungsart grundsätzlich in verschiedenen Kategorien der Kraftübertragung, also mehrfach, aufzutauchen hätte. Ferner ist zu berücksichtigen, dass das Prinzip der Kraftübertragung nur wenig Information zur materiellen Beschaffenheit einer Verbindung vermittelt. Verschiedene Varianten sehr unterschiedlicher Ausführung können Kraft nach einem gleichen Übertragungsprinzip an der Berührfläche weiterleiten. Ein Beispiel hierfür ist eine Mauerfuge und eine HV-Schraubverbindung im Stahlbau – beide arbeiten tangential kraftschlüssig. Wegen seiner Bedeutung soll das Merkmal des Prinzips der Kraftübertragung im Kapitel XII-2 gesondert behandelt werden. Das Merkmal des Fertigungsverfahrens macht primär Angaben über die Art, wie eine Fügung hergestellt wird. Im Vordergrund steht also die erste Phase der Lebensdauer einer Verbindung, nämlich die Fertigung und die Montage. Bei lösbaren und bedingt lösbaren Verbindungen beeinflusst das Fertigungsverfahren auch die letzte Phase, nämlich die Demontage oder das Recycling. Hingegen wird der wichtigste Lebensabschnitt einer Verbindung, nämlich der laufende Betrieb, durch diese Klassifikation in seinen Merkmalen nicht vollständig erfasst, obgleich die Norm bei der Gliederung der Fügeverfahren durchaus auch die Art des Zusammenhalts der Fügung in den Vordergrund stellt. Insbesondere hinsichtlich der wichtigsten Aufgabe, der Kraftleitung, ergeben sich Fälle, bei denen eine – aus Sicht der Fertigung – gleiche Verbindungsklasse nach verschiedenen Prinzipien der Kraftübertragung arbeitet. Ein gutes Beispiel

1 Grundlagen des Fügens

ist die Verschraubung, welche alternativ normal kraftschlüssig, tangential kraftschlüssig oder auch formschlüssig wirken kann. Es lassen sich aber – neben der Art der Erzeugung der Verbindung – dennoch orientierende Aussagen zur jeweils wirkenden Hauptschlussart machen. Trotz dieser Einschränkungen bietet das Fertigungsverfahren ein brauchbares Unterscheidungs- und Ordnungskriterium, da es sowohl die Art der Erzeugung der Verbindung als auch die Art des Zusammenhalts berücksichtigt und somit für die Erfassung der materiellen und technischen Ausführung der Verbindung insgesamt die meiste Information liefert. Es erlaubt ferner eine sehr anschauliche, gut und schnell erfassbare Klassifikation von Verbindungen. Das Merkmal des Fertigungsverfahrens Fügen wird im Kapitel XII-3 eingehend diskutiert. Die Gliederungen in 2 88 und 89 entsprechen der bislang herkömmlichen Praxis der Klassifikation von Verbindungen in Funktion des zu fügenden Werkstoffs als primärem Ordnungsmerkmal und sollen an dieser Stelle nur zur ergänzenden Hilfestellung des an diese Konvention gewöhnten Lesers dienen. Die folgenden Kapitel sind bewusst – und aus Sicht der Verfasser aus gutem Grund – nicht auf ihrer Grundlage aufgebaut – wenngleich die Bedeutung des Materials deshalb nicht in Abrede gestellt wird. Diese werkstoffbezogene Gliederungen leiten aus dem Werkstoff direkt ein fixiertes, auf Erfahrungen beruhendes Verbindungsrepertoire ab. Eine derartige Spezialisierung, welche insbesondere im konstruktiven Ingenieurbau häufig anzutreffen ist, steht einem werkstoffgerechten Konzipieren von Konstruktionen und von deren Verbindungen in vielen Fällen im Weg. Funktion und Fügeverfahren werden dabei aus der – vorab – gewählten Verbindung abgeleitet und führen nicht selten im Abgleich mit den Bauteilanforderungen zu konstruktiven oder fertigungstechnischen Konflikten. Häufig werden diese durch Zusatzelemente eher notdürftig gelöst. Die bisherigen Überlegungen und besonders die Betrachtungen im Kapitel XII-2 zeigen, dass der Werkstoff der zu verbindenden Bauteile zweifelsohne einen wesentlichen Einfluss auf die Anforderungen an eine Verbindung und die Ausführungsform der Verbindungen hat. Die für den Entwurf einer solchen Verbindung maßgebenden Funktionen resultieren indessen – wie wir gesehen haben – vielmehr aus den Anforderungen an die anzuschließenden Bauteile und sind infolgedessen grundsätzlich nicht werkstoffspezifisch. In Abwandlung der konventionellen Praxis ist auch eine Methode denkbar, bei der alle Schlussarten und zugehörig geeigneten Fügeprinzipien unter funktionalen und fertigungstechnischen Kriterien gewählt werden, welche am Ende des Konzeptionsprozesses in die Entwicklung einer konkreter definierten Verbindungskonstruktion münden. Diese aus dem Entwicklungsprozess hervorgegangene Verbindungskonstruktion lässt sich dann zu einer vorteil-

87

☞ Kap. XII-3 Fügeverfahren, S. 124 ff

Hierarchie der Ordnungsmerkmale

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung, S. 110 ff

☞ Kap. XII-2 Kraftübertragung, S. 96 ff

5.4

88

XII Verbindungen

Verbindungen im Holzbau mit Kleber (starre Verbindungen) (integrierend) Schraubenpressklebung (S, A u E) Verbindungen mit eingeklebten Stahlstäben (S, Urf) geklebte Tafelelemente (S)

☞ XII-6, 5. ☞ XII-8, 4.7

Keilzinkenverbindungen (S)

☞ XII-8, 4.5.2

Schäftungsverbindungen (S)

☞ XII-8, 4.5.1

Verbundbauteile aus BSH (S)

nachgiebige Verbindungen (differenzial) mit mechanischen Verbindungsmitteln Verbindungen mit metallischen Stiften Stabdübel (SDü) und Passbolzen (PB) (A u E)

☞ XII-5, 5.1

Bolzen (Bo) und Gewindestangen (A u E)

☞ XII-5, 2.5.3

Nägel (Nä) und Sondernägel (SNä, RNä) (A u E)

☞ XII-5, 4.1 ☞ XII-5, 2.6.2

Holzschrauben (Sr) (A u E) Klammern (Kl) (A u E)

☞ XII-5, 3.1

Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart Verbindungen mit Ring- und Scheibendübeln (Z)

☞ XII-5, 5.2

Verb. mit Scheibendübeln mit Zähnen oder Dornen (A u E, Z)

☞ XII-5, 5.2

Verbindungen mit Dübeln b. B. in Hirnholzflächen (A u E)

☞ XII-5, 5.2

Verbindungen mit Nagelplatten (A u E)

☞ XII-5, 4.2

zimmermannsmäßige Verbindungen Versätze (Z)

☞ XII-4, 3.4

Zapfenverbindungen (Z)

☞ XII-4, 3.2

Holznagelverbindungen (A u E)

88 Herkömmliche, werkstoffbezogene Gliederung der in Anwendung befindlichen Verbindungen im Holzbau mit Hinweis auf die Kapitel und Abschnitte, in denen sie in diesem Werk näher behandelt werden.

1 Grundlagen des Fügens

89

Verbindungen im Stahlbau durch Stoffvereinigen (integrierend) Schweißen (S, A u E)

☞ XII-8, 2.

Löten (S, A u E) ☞ XII-8, 3.

Kleben (S)

mit mechanischen Verbindungsmitteln (differenzial) Schrauben vorgeformt SL, SLP-Verbindungen (A u E)

☞ XII-5, 2.5.1

SLV, SLVP-Verbindungen (A u E)

☞ XII-5, 2.5.1

GV-Verbindungen (A u E)

☞ XII-5, 2.5.1

GVP-Verbindungen (A u E)

☞ XII-5, 2.5.1

selbstformend gewindeformend (A u E)

☞ XII-5, 2.6.2

selbstschneidend (A u E)

☞ XII-5, 2.6.2

Nieten Vollniete (Umf)

☞ XII-7, 2.1.1

Hohlniete (Umf)

☞ XII-7, 2.1.2

Schließringniete (Umf)

☞ XII-7, 2.1.3

Verstiften (Z, A u E) Verkeilen (A u E)

☞ XII-4, 4. ☞ XII-5, 6.2

89 Herkömmliche, werkstoffbezogene Gliederung der in Anwendung befindlichen Verbindungen im Stahlbau mit Hinweis auf die Kapitel und Abschnitte, in denen sie in diesem Werk näher behandelt werden.

90

XII Verbindungen

☞ Band 1, Kap. I, Abschn. 2.2 Phasen des Konstruktionsprozesses, S. 6 ff, insbesondere das Flussdiagramm in  3

☞ Die übergreifenden Informationen aus der DIN 8583-0 zu Art der Erzeugung, Art des Zusammenhalts sowie Lösbarkeit der Verbindung sind in Kap. XII-3,  71, S. 151, in einem Überblick zusammengetragen.

haften Materialisierung in einem spezifischen Werkstoff im Zusammenhang mit der Werkstoffwahl der anzuschließenden Bauteile führen. Dabei kann in Umkehrung des herkömmlichen Vorgehens im Einzelfall auch die Verbindung für die Werkstoffwahl der Bauteile bzw. für die Werkstoffkonfiguration der Verbindungsfuge entscheidend sein – und nicht umgekehrt. Eine primär werkstofforientierte Methode des Konzipierens von Verbindungen impliziert eine induktive, auf fortschreitende Spezialisierung ausgerichtete Weiterentwicklung bereits bekannter Verbindungen. Man überspringt durch diese Methodik einen wichtige Phase im technischen Entwicklungsprozess wie in Kapitel I beschrieben, nämlich das Entwickeln einer prinzipiellen Lösung auf der Grundlage der vorangegangenen Phase der Erarbeitung eines Anforderungsspektrums, und setzt allzu frühzeitig an der materiellen Entwicklung der Baustruktur an. Dieser Vorgang behindert jedoch die Entwicklung neuer Verbindungen und innovativer Fügetechniken. Nur ein funktional-deduktiver Entwicklungsbzw. Entwurfsansatz führt zu einer wirklichen Einheit von Konstruktion und Verbindung. Mit der Gliederung und dem Aufbau der folgenden Kapitel wird beabsichtigt, abstrakte – und damit allgemeingültige – Wirkprinzipien und Wirkstrukturen von Verbindungen stärker in das Bewusstsein des Konstrukteurs zu rücken, dadurch ein breites Lösungsrepertoire für die gestellten Anforderungen zu eröffnen und auf diesem Weg einen Beitrag zu einer effizienteren Methodik zu leisten. Dieser Weg deckt sich auch mit der allgemeinen Zielsetzung dieses Werks, das Arbeiten mit Prinzipien des Konstruierens zu unterstützen. Aus diesen Überlegungen heraus schlagen wir eine Gliederung der Verbindungen für Primärtragwerke nach dem Fertigungsverfahren Fügen vor, wie es der DIN 8593 zugrundeliegt und in Kapitel XII-3 näher betrachtet wird. Insgesamt bietet dieses primäre Ordnungsmerkmal aus Sicht der Autoren die für unsere Zwecke methodisch effizienteste Information zum Wirkprinzip einer Verbindung.

90 Auf dem Fügeverfahren als primärem Ordnungsmerkmal aufbauende Gliederung der wichtigsten hochbauüblichen Verbindungen, wie sie den folgenden Kapiteln zugrundegelegt wird. Die grauen Balken zeigen Gemeinsamkeiten von Verbindungsklassen über die Werkstoffgrenzen hinweg auf. Warnkreuze weisen auf Unverträglichkeiten hin. Neben der Verbindung findet sich der Verweis auf das Kapitel und den Abschnitt, in welchem sie vertiefend behandelt wird.

1 Grundlagen des Fügens

Holz

91

Stahl

Beton

Mauerwerk

Zusammensetzen ☞ XII-4 Verbindungen mit Ringund Scheibendübeln

☞ XII-5, 2.5.3

Gelenkbolzen

☞ 4.2

Dornsicherung von Fertigteilen

☞ 5.

Aufsetzen von Stahlteilen

☞ 4.1

Aufsetzen von Fertigteilen

☞ 5.

Aufsetzen von Betonsteinen

☞ 2.

Verbindungen mit Dübeln ☞ XII-5, 2.5.3 b. B. in Hirnholzflächen Versätze Zapfenverbindungen ☞ 3.

Aufsetzen von Holzteilen

Aufsetzen von Mauersteinen

☞ 2.

An- und Einpressen ☞ XII-5 Verb. mit Scheibendübeln ☞ 5.2.5 mit Zähnen oder Dornen Schrauben

Schrauben

vorgeformt

Schrauben vorgeformt

vorgeformt ☞ 2.5.3

Bolzen (Bo) und Gewindestangen

selbstformend

SL, SLP-Verbindungen

☞ 2.5.1

SLV, SLVP-Verbindungen

☞ 2.5.1

GV-Verbindungen

☞ 2.5.1

GVP-Verbindungen

☞ 2.5.1

selbstformend

Holzschrauben (Sr)

☞ 2.6.2

Stabdübel (SDü) und Passbolzen (PB)

☞ 5.1

Nägel (Nä) und Sondernägel (SNä, RNä)

☞ 4.1

Verbindungen mit Nagelplatten

☞ 4.2

Schrauben von Fertigteilverbindungen

selbstformend

gewindeformend

☞ 2.6.2

Betonschrauben

☞ 2.6.2

selbstschneidend

☞ 2.6.2

Anker

☞ 2.6.1

Verstiften

Holznagelverbindungen Klammern (Kl)

☞ 3.1 ☞ 6.

Verkeilen Fügen durch Urformen

Verkeilen

☞ 6.

☞ XII-6 ☞ 5.

Verbindungen mit eingeklebten Stahlstäben

Gießen von Beton

☞ 2.1-2.3

Verguss von Fertigteilverbindungen

☞ 2.5

Verguss von Verankerg.

☞ 2.4

Fügen durch Umformen ☞ XII-7 Nieten Voll-, Hohlniete Werkstoff zu spröde

Stoffvereinigen

☞ 2.1.1, 2.1.2

Schließringniete

☞ 2.1.3

Blindniete

☞ 2.1.4

Falzen von Feinblech

☞ 3.

Kleben von Stahlteilen

☞ 3.

Werkstoff zu spröde

Werkstoff zu spröde

☞ XII-8

Schraubenpressklebung

☞ 4.5

geklebte Tafelelemente

☞ 4.7

Keilzinkenverbindungen

Kleben von Fertigteilen

☞ 4.5.2

Schäftungsverbindungen ☞ 4.5.1 Verbundbauteile aus BSH

☞ 4.7 Löten

nicht schmelzbar

Schweißen

☞ 2.

Schmelzpunkt zu hoch

Schmelzpunkt zu hoch

92

XII Verbindungen

Anmerkungen

1 2 3









4

Ewald O (1975) Lösungssammlungen für das methodische Konstruieren, S. 63 Ebda. S. 62 In der Fachliteratur herrscht leider keine einheitliche Auffassung der Schlussarten. So wird manchmal beim Kraftschluss die planmäßig wirkende Kraft N nicht als eine durch feste Körper übertragene Kraft aufgefasst, sondern als Gas- oder Flüssigkeitsdruck, Magnetkraft etc. (Beispielsweise in Ewald O (1975) Tabelle A 10 Tabellarische Lösungssammlung „Verbindungen“). Da diese Kraftwirkung im Bauwesen vergleichsweise selten ist, werden bei bauspezifischen Verbindungen manchmal nur drei Arten der Kraftübertragung Reibschluss, Formschluss und Stoffschluss in Betracht gezogen. Da bei Anwendung dieser Kategorisierung einige methodische Probleme ungelöst bleiben, soll abweichend von dieser Praxis im Folgenden die Auffassung der Quellen: VDI 2232 sowie VDI-Berichte 493 (1983), Spektrum der Verbindungstechnik – Auswählen der besten Verbindungen mit neuen Konstruktionskatalogen sowie Roth K (1996, 2001) Konstruieren mit Konstruktionskatalogen, Springer, New York übernommen werden, die auch in den Unterkapiteln XII-2 bis XII-8 angewendet wird. Es werden fortan im Wesentlichen die drei Hauptschlussarten • Formschluss, • Stoffschluss, • Kraftschluss unterschieden. Abweichend von der oben angesprochenen Klassifikation – die in ihren wesentlichen Aussagen ihre Gültigkeit bewahrt – wird der Reibschluss als eine Unterkategorie bzw. als ein Spezialfall des Kraftschlusses behandelt. Ein Reibschluss ist nach dieser Auffassung ein Kraftschluss, bei dem die Kraft (F) nicht normal, sondern tangential zur Berühroder Wirkfläche ausgerichtet ist. Dies hat eine Straffung und Vereinheitlichung der Klassifikation zur Folge. Die Thematik wird in Kap. XII-2 Kraftübertragung vertieft. Auszug aus der Diplomarbeit von B. Schaffarra: Morphologie über das Fügen und Verbinden, angefertigt am Institut für Entwerfen und Konstruieren, Fachgebiet für Grundlagen der Planung und Konstruktion, Prof. J. L. Moro.

1 Grundlagen des Fügens

DIN 8580: 2003-09 Fertigungsverfahren – Begriffe, Einteilung DIN 8593: 2003-09 Fertigungsverfahren Fügen VDI 2232: 2004-01 Methodische Auswahl fester Verbindungen – Systematik, Konstruktionskataloge, Arbeitshilfen

93

Normen und Richtlinien

XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Zielsetzung.................................................................. 96 2. Feste und bewegliche Verbindungen......................... 96 3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berühr fläche – die Schlussarten und die schlusserzeu genden Kräfte...............................................................98 3.1 Formschluss........................................................ 98 3.2 Stoffschluss......................................................... 98 3.3 Kraftschluss......................................................... 99 3.3.1 Normaler Kraftschluss.................................99 3.3.2 Tangentialer Kraftschluss (Reibschluss)....102 4. Die Kraftübertragung im Raum..................................104 4.1 Erzeugung fester und beweglicher Verbindungen.....................................................104 4.2 Schlussartenmatrix.............................................104 5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung........................................................ 110 5.1 Werkstoff und Bauprinzip................................... 110 5.2 Werkstoff und Fügung....................................... 112 5.2.1 Druckstöße............................................... 112 5.2.2 Zugstöße.................................................. 112 5.2.3 Besonderheiten von Scher verbindungen im Holzbau......................... 115 5.2.4 Anordnung von stiftförmigen Verbindungsmitteln im Holzbau................ 116 5.2.5 Knotenverstärkungen im Holzbau............. 116 Anmerkungen..................................................................120

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE HÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

96

XII Verbindungen

1. Zielsetzung

In Vorbereitung der Diskussion bauüblicher Verbindungen in den Kapiteln XII-4 bis XII-8 soll in diesem Kapitel die Funktion der Kraftübertragung an der Berührstelle zweier Wirkflächen in einer Verbindung näher untersucht werden. Wichtiges Ziel der folgenden Überlegungen ist, die Kraftleitung innerhalb einer Verbindung in allen möglichen Richtungen im Raum zu beschreiben sowie das physikalische Prinzip zu benennen, nach dem der Last eine geeignete Reaktionskraft entgegengesetzt wird, die ein Kräftegleichgewicht herstellt. Im Wesentlichen stützen sich die folgenden Ausführungen auf die Richtlinie VDI 2232.

& VDI 2232

2.

Feste und bewegliche Verbindungen ☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 2.3 Lagerung, S. 504 ff ☞ Kap. XII-1, Abschn. 3.1.1 Statische Randbedingungen > Knotenbindungen, S. 50 ff

Verbindungen sind im Zusammenhang einer Konstruktion stets in einem statischen System eingebunden, in dessen Kontext ihnen spezifische Aufgaben der Kraftübertragung zugewiesen werden. Dies äußert sich vordergründig in der Anzahl der Bindungen bzw. der Freiheitsgrade, die eine Verbindung aufweist. Wir unterscheiden in diesem Sinn – wie angesprochen – zwischen festen Verbindungen, die auf Fügungen (keine Freiheitsgrade) zurückzuführen sind, und beweglichen Verbindungen, die mindestens eine Führung (mindestens einen Freiheitsgrad) enthalten (2 1). Durch die geeignete Kombination von festen und beweglichen Verbindungen lassen sich zwei fundamentale Zielsetzungen der Statik verwirklichen, nämlich • Gleichgewicht der Kräfte im statischen System zu schaffen

1 rein formschlüssig

feste Verbindungen (Fügungen)

2 stoffschlüssig

Zahl der Freiheitssinne = 0 3 kraftschlüssig

Verbindungen 1 Translationsführung

2 Rotationsführung bewegliche Verbindungen (Führungen) Zahl der Freiheitssinne > 0

3 Schraubenführung

4 sonstige Führungen

1 Klassifikation der Verbindungen in feste und bewegliche (gemäß Quelle 1).

siehe Tabelle in  14

• und gleichzeitig bauübliche Verformungen der zu fügenden Bauteile aus verschiedenen Ursachen schadensfrei und innerhalb der durch die Forderung nach Gebrauchstauglichkeit vorgegebenen Grenzen zuzulassen.

2 Kraftübertragung

97

a

b Spiel

Spiel

keine Belastung a

b Spiel

Berührung

F

y

Belastung durch Kraft F

x

2 Reiner Formschluss: Im unbelasteten Zustand (oben) wirkt keinerlei Kraft, zwischen allen Wirkflächen herrscht loses Spiel. Durch Wirkung der Belastung F entsteht Kontakt zwischen Wirkflächen (unten). Die Verbindung, die durch Einführen des Stiftes in Richtung ➝ y hergestellt wird, kann in dieser Richtung grundsätzlich auch gelöst werden. Um eine feste Verbindung zu schaffen, ist diese Richtung (➝ y) mittels einer zusätzlichen Maßnahme zu sichern (z.B. durch einen Splint). Auch dieses Merkmal ist typisch für formschlüssige Verbindungen (Verbindungspartner a gestellfest angenommen).

L

a

B

Spiel

D

b

y x

3 Reiner Formschluss: Zapfenverbindung im Holzbau, Kraftübertragung zwischen a und b durch Kontakt an der Berührfläche B. Die Demontage D (rechts) erfolgt in umgekehrter Richtung (➝ y) zur Wirkrichtung der Belastung L (➝ – y). Wie für reinen Formschluss kennzeichnend, herrscht ein loses Spiel zwischen a und b.

98

XII Verbindungen

3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berührfläche – die Schlussarten und die schlusserzeugenden Kräfte

Wie bereits in Kapitel XII-1 dargelegt, gehen wir im Folgenden von drei Hauptschlussarten aus:

☞ Kap. XII-1, Abschn. 3.3.10 Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche, S. 76  ff

• Formschluss • Stoffschluss • Kraftschluss Über die dort formulierte Definition hinaus stellen sich bei der Abgrenzung der Schlussarten einige wichtige Fragen, die im Folgenden näher diskutiert werden sollen.

3.1 Formschluss (Kürzel f) ✏ Diese wird in der Fachliteratur oft nicht klar vollzogen, sodass oftmals eine gewisse Undeutlichkeit bei der Anwendung der Begriffe herrscht.

3.2 Stoffschluss (Kürzel s)

✏ Dies bedeutet nicht, dass keine stoffschlüssigen festen Einzelverbindungen an insgesamt beweglichen Gesamtkonstruktionen beteiligt sein können. ☞ VDI 2232, Abschn. 5.2, Konstruktionskatalog 1. Im gleichen Dokument wird das Kleben und das Löten indessen dem Stoffschluss zugeordnet (Abschn. 2.1, Bild 1).

Der Begriff des Formschlusses findet sich auch in den deutlicher präzisierenden Abwandlungen reiner Formschluss und Berührungsschluss. Damit soll eine klare Abgrenzung zum Kraftschluss gezogen werden. Kennzeichnend für den Berührungs- oder reinen Formschluss ist das Vorhandensein eines losen Spiels (2 2). Die betrachteten Wirkflächen stehen infolgedessen nicht unter elastischer Vorspannung – wie es beim Kraftschluss der Fall ist. Erst die Belastung (Kraft F) normal zum Wirkflächenpaar führt diese aneinander und löst die Kraftübertragung aus. Das stets vorhandene Spiel zwischen den formschlüssig verbundenen Verbindungspartnern ist auch die Voraussetzung für die Montage der Teile, die durch Bewegung in einer festgelegten Positionierungsrichtung erfolgt. Oftmals ist hierfür nur eine Richtung zulässig. In gleicher Weise muss die formschlüssige Fügung folgerichtig in der gleichen Richtung – nunmehr gegensinnig – wieder demontabel sein (2 3). Es ist kennzeichnend für formschlüssige Fügungen, dass sie gegen Demontage in ebendieser Richtung zusätzlich zu sichern sind, beispielsweise durch nachträglich eingeführte Zusatzelemente (Beispiel: Splint), oder durch nachträgliches Umformen (Beispiel: Verlappen von Blechen) (2 4), oder auch durch ausreichend große Gravitationskraft. Für eine Sicherung des Formschlusses kommen wiederum ein Formschluss sowie auch die anderen Schlussarten infrage. Der Stoffschluss zwischen zwei Verbindungspartnern entsteht durch die Stoffvereinigung an ihren Grenzflächen. Die Verbundwirkung entsteht folglich durch die gleiche elektromagnetische Molekularkraft (= schlusserzeugende Kraft), die auch den Stoffzusammenhalt im Werkstoff der zu fügenden Teile (Kohäsion) hervorruft. Das Resultat ist vergleichbar mit einem Stoffkontinuum. Es werden immer Kräfte in allen denkbaren Richtungen aufgenommen, und zwar spielfrei. Stoffschlüssige Verbindungen sind folglich nie beweglich. Die Aktivierung der molekularen Bindekräfte zu Verbindungszwecken im Stoffschluss setzt voraus, dass Moleküle des gleichen Werkstoffs gefügt werden. Auch wenn in der Fachliteratur nicht allgemein verbreitet, zieht die

2 Kraftübertragung

Norm eine Abgrenzung stoffschlüssiger Verbindungen gegenüber solchen, welche auf der Kraftwirkung zwischen Wirkflächen von Teilen unterschiedlicher Werkstoffe beruhen (Adhäsion). Hierzu zählen beispielsweise Kleb- und Lötverbindungen. Diese werden als adhäsionsschlüssige Verbindungen dem Kraftschluss zugeordnet. Diese Praxis soll in diesem Werk übernommen werden. Wirkflächenpaarungen, an denen Belastungen durch Kraftschluss übertragen werden, stehen – im Gegensatz zum Formschluss – unter Vorspannung, berühren sich infolgedessen, und zwar planmäßig über die gesamte Lebensdauer der Verbindung. Kraftschlüssige Verbindungen haben kein Spiel. Die Vorspannkräfte verformen die festen Fügeteile elastisch. Die schlusserzeugende Kraft kann dynamisch oder statisch sein, wobei in unserem Zusammenhang letztere von Bedeutung sind (2 5). Ferner kann die (statische) Kraft normal oder tangential an der Wirkfläche angreifen. Dies führt zur wichtigen Unterscheidung zwischen

99

☞ Dies wird im folgenden Abschn. 3.3 Kraftschluss diskutiert.

Kraftschluss

3.3

Normaler Kraftschluss

3.3.1

• normalem Kraftschluss und • tangentialem Kraftschluss, auch als Reibschluss bezeichnet. Er wirkt über den Kontakt zwischen zwei Wirkflächen – in diesem Aspekt vergleichbar mit dem Formschluss –, die Wirkflächen stehen aber unter planmäßiger Pressung – im Gegensatz zum Formschluss – und haben kein Spiel. In Abhängigkeit der Art der schlusserzeugenden Kraftwirkung, die ja charakteristisch ist für den Kraftschluss, wird unterschieden zwischen: • Elastisch wirkenden Kräften: Dies umfasst die Mehrzahl der bauüblichen Verbindungen. Bei ihnen wirken Kräfte durch Berührung auf elastisch verformbare, feste Körper. Je nachdem, in welcher Größenordnung sich die elastischen Verformungen der beteiligten Elemente vollziehen, wird ferner unterschieden zwischen: 2 •• Kraftschlüssig nachgiebigen Verbindungen: Die Verformungen spielen sich in der Größenordnung der Abmessungen der zu fügenden Teile ab. Man kann in diesem Fall statt von Verformungen treffender von Formänderungen reden. Dies gilt insbesondere für federnde Bau- oder Verbindungsteile. Typische Vertreter dieser Kategorie sind Sicherungsringe, Klammern oder Schnappverbindungen. Kraftschlüssig nachgiebige Verbindungen sind in Wirkrichtung der Schlusskraft stets demontierbar (2 5).

kraftschlüssig nachgiebige Verbindungen (Kürzel E)

100

XII Verbindungen

Kraftschlüssig steife Verbindungen (quasi-formschlüssige Verbindungen) (Kürzel Ef)

☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 7.4 Nebenvalenzbindungen, S. 197

Gravitationsschlüssige Verbindungen (Kürzel g)

•• Kraftschlüssig steifen Verbindungen: Die Verformungen sind wesentlich kleiner und vollziehen sich in der Größenordnung von Toleranzen der zu fügenden Teile. Dies gilt für starre Körper unter Spannung, die eine elastische Dehnung erfahren. Kraftschlüssig steife Verbindungen werden wegen ihrer Verwandtschaft mit rein formschlüssigen auch als quasi formschlüssige Verbindungen bezeichnet. Charakteristische Beispiele für quasi formschlüssige Verbindungen sind Schrauben-, Niet- und Pressfügungen mit nur geringer Anziehvorspannung. Kraftschlüssig steife Verbindungen sind – analog zu formschlüssigen – in Wirkrichtung der Schlusskraft nicht demontierbar (2 6). • Feldkräfte: Schlusserzeugende Feldkräfte können magnetische, elektromagnetische, molekular elektromagnetische (Van-der-Waals-Kräfte) und insbesondere Schwerkräfte (Gravitation) sein. •• Sehr bedeutsam für das Bauwesen sind die Verbindungen, bei denen als schlusserzeugende Kraft die Gravitation oder Schwerkraft wirkt (2 9). Zahlreiche Verbindungen im Bauwesen zählen zu dieser Gruppe, wie alle Kontaktfugen zwischen aufgesetzten, gestapelten oder geschichteten Bauteilen, beispielsweise Fundamentsohlen, Mauerwerksfugen, Lager etc. Da der Kraftschluss nur Kräfte normal zur Wirkfläche aufnimmt, muss er, um eine feste Verbindung – also eine in allen Richtungen festgehaltene – zu schaffen, tangential zur Wirkfläche – in diesem Fall also horizontal – zusätzlich gesichert sein. Infrage kommen für diesen Zweck wiederum alle Schlussarten; häufig ist für diese Aufgabe der Reibschluss verantwortlich, insbesondere bei großen Reibbeiwerten und großen Lasten wie beispielsweise bei einer Fundamentsohle. •• Magnetische Kräfte kommen im Bauwesen bei nicht dauerhaften Verbindungen zwar gelegentlich vor, sind aber als marginal anzusehen und sollen an dieser Stelle nicht näher behandelt werden.

Adhäsionsschlüssige Verbindungen (Kürzel m)

•• Als Verbindungen mit molekular elektromagnetischen Kräften, also Adhäsionskräften, als schlusserzeugende Kraftwirkung lassen sich – wie oben angesprochen – Klebungen und Lötungen zwischen Teilen aus zumeist unterschiedlichen Werkstoffen auffassen. Es wird – im Gegensatz zum Stoffschluss s – kein Stoffkontinuum geschaffen.

2 Kraftübertragung

b

101

Spiel

a

F

b

F

L

a

Splint y

y

x

D x

4 Formschlüssige Verbindung zwischen den Teilen a und b für Kraftwirkung in ➝ x mit Steckbolzen als Verbindungsmittel. Der Bolzen wird in Richtung ➝ – y eingeführt, und lässt sich ohne Sicherung wieder in Richtung ➝ y herausziehen oder kann herausfallen. Dies wird durch einen Sicherungssplint verhindert, der nachträglich eingeführt und seinerseits wieder durch Umformung (Umbiegen der Enden) gegen Herausfallen gesichert wird.

L D

b a

y x

6 Schraubverbindung zwischen den Elementen a und b: Die kraftschlüssig steife oder quasi-formschlüssige Verbindung (Schluss erzeugende Kraft Ef) kann nicht in Wirkrichtung der Belastung L demontiert werden, sondern nur durch die Schraubbewegung D.

5 Schnappverbindung zwischen den Elementen a und b: Abdeckung a einer Pressleiste b an einer Pfosten-Riegel-Fassadenkonstruktion. Die kraftschlüssig nachgiebige Verbindung (schlusserzeugende Kraft E) lässt sich in Wirkrichtung der Belastung L demontieren (D Demontage).

102

XII Verbindungen

3.3.2 Tangentialer Kraftschluss (Reibschluss)

Haftreibschlüssige Verbindungen (Kürzel r)

Die der Belastung entgegenwirkende Reaktionskraft entsteht tangential zum Wirkflächenpaar. Es ist eine Berührung der Flächen erforderlich, um die Reibwirkung zu aktivieren, sowie auch ein normaler Kraftschluss, der die Vorspannkraft für den tangentialen Reibschluss bereitstellt. Es können Kräfte in allen Tangentialrichtungen bezogen auf die Wirkflächenpaarung übertragen werden. Innerhalb des tangentialen Kraftschlusses (Reibschluss) ist zu unterscheiden zwischen: • Gleit- und Haftreibschluss: Relevant für statische Konstruktionen ist der Haftreibschluss, bei dem die Reibflächen sich relativ zueinander nicht bewegen. In Richtung der Belastung ist diese Schlussart – insbesondere im Vergleich zum Klemmreibschluss unten – als verhältnismäßig nachgiebig zu bezeichnen. Das Reibsystem wirkt in beiden Richtungssinnen auf gleiche Weise. Je nach Größe der Reibkraft unterscheidet man: •• Leicht nachgiebige reibschlüssige Verbindungen: die Verbindung ist durch mäßige Kraftanwendung im Betrieb lösbar (2 7). •• Schwer nachgiebige reibschlüssige Verbindungen: die Verbindung lässt sich nur schwer lösen. Dies ist im Betrieb – anders als bei leicht nachgiebigen Verbindungen – hingegen nicht vorgesehen (2 8).

Klemmreibschlüssige Verbindungen (Kürzel r f)

• Klemmreibschluss oder nicht nachgiebiger Reibschluss: kombiniert die Reibschlusswirkung mit einer Klemmwirkung (nichtlineares Reibsystem, klemmt in einem Richtungssinn 3), die dem steifen Kraftschluss sehr ähnlich ist (2 10). In Wirkungsrichtung der Kraft ist diese Schlussart nicht nachgiebig.

2 Kraftübertragung

103

L

L

b

r

a

r

r

F

y

a

b

r

y x

x

7 Leicht nachgiebige tangential kraftschlüssige Verbindung: Die Feder F erzeugt einen Anpressdruck auf die Lochwandungen und ruft einen Reibschluss r hervor. Die Verbindung ist nur lose und lässt sich in Wirkrichtung der Belastung L (➝ y) leicht lösen.3

8 Schwer nachgiebige tangential kraftschlüssige Verbindung (Pressverbindung): die Vorspannkraft der Verbindung erzeugt einen Anpressdruck auf die Lochwandungen und ruft einen tangentialen Kraftschluss bzw. Reibschluss r hervor. Die Verbindung ist nur schwer in Wirkrichtung der Belastung L (➝ y) zu lösen, im Betriebszustand ist sie planmäßig nicht lösbar.3

a

b L a

b

rf

rf

G

y

y x

9 Gravitationsschlüssige Verbindung zwischen den Elementen a und b: Köcherfundament auf Gelände. Die Schluss erzeugende Kraft der Gravitation (G) erhöht sich mit der Auflast der Tragkonstruktion im Betriebszustand.

x

10 Klemmreibschlüssige oder nicht nachgiebige tangential kraftschlüssige Verbindung: der Klemmreibschluss rf verhindert, dass das Element a in Wirkrichtung der Belastung L (➝ y) herausgezogen wird, wirkt also selbsthemmend. In der Gegenrichtung (➝ – y) wirkt sie hingegen wie eine leicht nachgiebige Verbindung gemäß 2 7.3

104

XII Verbindungen

4. Die Kraftübertragung im Raum

Die im vorigen Kapitel diskutierten Schlussarten sind dazu geeignet, während des Betriebs einer Verbindung Kraftwirkungen in verschiedenen Richtungssinnen aufzunehmen: • Formschluss: sperrt Bewegungen nur in einem Richtungssinn; • Stoffschluss: sperrt Bewegungen in allen denkbaren Richtungssinnen; • Kraftschluss: sperrt Bewegungen in einem Richtungssinn oder auch in mehreren, in einer Ebene enthaltenen Richtungssinnen (Beispiel: Reibschluss oder tangentialer Kraftschluss).

4.1 Erzeugung fester und beweglicher Verbindungen

Nur ein Stoffschluss schafft infolgedessen ohne weitere Sicherungsmaßnahmen eine feste Verbindung, also eine Verbindung, die in allen denkbaren 12 Richtungssinnen im Raum festgehalten ist. Alle anderen Schlussarten • lassen entweder mindestens einen Richtungssinn im Raum frei und erzeugen damit eine bewegliche Verbindung • oder erfordern eine zusätzliche Sicherung, also eine weitere Schlussart, um eine feste Verbindung zu schaffen. Zwei alternative Ausführungen eines Verbindungsdetails in 2 13 zeigen, wie es im Ermessen des Konstrukteurs steht, durch Einführung oder Auslassen einer Sicherung eine feste oder bewegliche Verbindung herzustellen.

4.2

Schlussartenmatrix

& VDI 2232 sowie Roth K (1994), S. 387 ff ✏ Da es sich um gedachte oder virtuelle Bewegungen entlang der oder um die Koordinatenachsen handelt, die physikalisch nicht erfolgen dürfen, werden sie in der Fachliteratur üblicherweise als differenzielle Änderungen dx, dy etc. angegeben. Der Einfachheit halber verwenden wir diese Notation nicht. ☞ Vgl. hierzu die Definitionen der schlusserzeugenden Kräfte sowie ihre Kürzel im Abschn. 3. Prinzipien der Kraftübertragung an der Berührfläche – die Schlussarten und die schlusserzeugenden Kräfte, S. 98 ff.

Da eine Verbindung während ihres Betriebs Belastungen aus allen denkbaren Richtungssinnen im Raum erfahren kann, ist für die korrekte Erfassung ihrer statischen bzw. mechanischen Wirkungsweise stets zu berücksichtigen, welche Schlussart in welchem Richtungssinn wirksam ist. Eine einfache und übersichtliche Darstellungsweise für diesen Zweck ist die Schlussartenmatrix (2 11). Anhand eines kartesischen Koordinatensystems werden die zwölf denkbaren Richtungssinne – drei Translationssinne, drei Rotationssinne sowie ihre Umkehrungen – benannt und in einer Matrix dargestellt. Wird also eine Verbindung zwischen den beteiligten Elementen a und b mit Betriebskräften belastet, wobei b als gestellfest und a als beweglich angenommen wird, so werden die Schlussarten, bezeichnet durch die jeweils wirkenden schlusserzeugenden Kräfte, in die Matrix eingetragen. Im Regelfall wird eine Hauptbelastungsrichtung grafisch hervorgehoben, zumeist die Richtung ➝ y, bzw. die Verbindung wird bevorzugt so dargestellt, dass die Hauptbelastungsrichtung mit ➝ y übereinstimmt. Alternativ lässt sich auch eine einfachere digitalisierte Schlussmatrix verwenden (2 13), bei der Aussagen ledig-

2 Kraftübertragung

105

y yz

– xy

–x

–z – zx

zx z

x

xy

– yz

S a,b =

(

x y z

–x –y –z

yz – yz zx – zx xy – xy

) 11 Kartesisches Koordinatensystem und Schlussmatrix S a,b zur Erfassung aller 12 Richtungssinne im Raum.

–y

y

0

A= z

–x

yz – yz

y

–y

zx – zx

z

–z

xy – xy

(

x

–x

yz – yz

)

0 Ausgangslage

x

1 y

x

rot x (A) =

z

y

2

(

x

x

rot y (A) =

–z

(

z – xy

xy

y

–y

z

– z xy – xy

y

–y

–x

zx – zx

zx – zx

x – yz

yz

y – zx

zx

) )

1 Rotation um + 90° um die x-Achse

2 Rotation um + 90° um die y-Achse

z

3

x

rot z (A) =

y

(

–y x

–x

yz – yz

z

–z

xy – xy

)

3 Rotation um + 90° um die z-Achse

z

4

y z

spg xy (A) =

(

x

– x – yz

y

–y

zx – zx

yz

–z

z

xy – xy

x

–x

yz – yz

z

– z xy – xy

)

4 Spiegelung an der xy-Ebene

x

5

5 Rotation um – 90° um die x-Achse

z y

x

rot' x (A) =

(

–y

y – zx

zx

)

12 Verschiedene exemplarische Transformationen des Referenz-Koordinatensystems mit zugehörigen Änderungen der Schlussmatrizen. Die Transformation 5 führt zum ansonsten in diesem Werk üblichen ReferenzAchsensystem.

106

XII Verbindungen

lich dazu getroffen werden, welche Richtungssinne gesperrt (dargestellt durch die Ziffer 1) und welche frei (dargestellt durch die Ziffer 0) sind, ohne Angaben zur Schlussart oder schlusserzeugenden Kraft zu machen. Es versteht sich von selbst, dass die gewählte Lage der Verbindung bezüglich des Koordinatensystems eine reine Frage der Darstellung ist und keine Auswirkungen auf die Kraftverhältnisse hat. Matrizen mit verschiedenen Koordinatenbezügen lassen sich naturgemäß durch entsprechende Operationen ineinander überführen. Einige sind in 2 12 zusammengestellt. Die Umkehrung der Schlussmatrix (freie Bewegungen statt Schlüssen oder Bewegungssperren) ist die Freiheitsmatrix. Nicht alle Schlussarten, die jeweils in einem Richtungssinn wirken, besitzen im Allgemeinen die gleiche Bedeutung für eine Verbindung. Es können Schlussarten an der Verbindung beteiligt sein, die zwar effektiv wirksam sind, aber bezüglich der Größenordnung der aufnehmbaren Kräfte einer anderen Schlussart, einer Hauptschlussart, untergeordnet sind. Diese lassen sich als Nebenschlussart bezeichnen. Ferner existieren ggf. Schlussarten in einer Verbindung, die mechanisch zwar effektiv vorhanden sind, aber Kräfte nur in einer baustatisch nicht ansetzbaren Größenordnung sperren. Diese drei Kategorien von Schlussarten sollen bei der folgenden näheren Betrachtung von Verbindungen in den Kapiteln XII-4 bis XII-8 in der zugehörigen Schlussartenmatrix gemäß folgender Konvention – am Beispiel des Formschlusses f dargestellt – grafisch gekennzeichnet werden:

f

Hauptschluss

f

Nebenschluss

(f)

statisch nicht ansetzbarer Schluss

f/Ef

gleichzeitig wirkende Schlussarten

2 Kraftübertragung

107

Schlussartenmatrix

geometrische Endform

Ausgangsform

Schlussartenmatrix

digitalisiert

(ohne Spiel)

(mit Spiel)

(ohne Spiel)

(ohne Spiel)

geometrische

( b

S Aa,b = Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

)(

S Da,b = 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

)

rbetr > Mw

a

Nietverbindung

(

S Aa,b = Ef

Ef

g

g

Ef

r

r

Ef

Ef

g

g

g

) (

S Da,b = 1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

)

rbetr < Mw

y x

13 Aus einer gleichen geometrischen Ausgangsform einer Verbindung zwischen den Elementen a und b können durch quantitative Veränderung des tangentialen Kraftschlusses bzw. Reibschlusses r im Betrieb zwei grundsätzlich verschiedene Verbindungen mit unterschiedlichen Funktionen abgeleitet werden: eine Niet-

Spurlager verbindung (feste Verbindung)  4 und ein Spurlager (bewegliche Verbindung, drehbar um die Achse ➝ y). Ausschlaggebend ist nur, ob der Reibschluss rbetr größer oder kleiner ist als das im Betriebszustand als äußere Belastung wirkende Drehmoment Mw um ➝ y.

108

XII Verbindungen

Schlussart

schlusserzeugende Kraftwirkung und -richtung

feste Körper (loses Spiel)

reiner Formschluss (keine Kraftübertragung)

(inkompressible Fluide)

Stoffschluss

Schweißen

(kein Spiel)

kraftschlüssig nachgiebig

elastische Verbindungen

(dynamische Kräfte)

quasi formschlüssig

Kraftschluss

normal kraftschlüssig

(kein loses Spiel)

Schwerekräfte

feldschlüssig statische Kräfte

(magnetische Kräfte) elektromagnet. Kräfte (elektrostatische Kräfte)

haftreib- gleitreibschlüss.

leicht nachgiebig

y yz

– xy

–x

– zx zx z

S a,b = xy

– yz

x

schwer nachgiebig

tangential kraftschlüssig

–z

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

klemmschlüssig

–y

14 Baubezogene Klassifikation von Verbindungen nach dem Prinzip der Kraftübertragung und der schlusserzeugenden Kraft (in Anlehnung an Quelle 5)

2 Kraftübertragung

schlusserzeuNr. gende Kraft

109

Mittelbarkeit

Beispiel

keine Kraft

a 1

unmittelbar

y

b x

f 2

mittelbar

a

c b

molekulare elektromagn. Kräfte

a 3

unmittelbar

4

mittelbar

b

s

Kohäsion elastische Kräfte

a c b a 5

unmittelbar

6

mittelbar

7

unmittelbar

8

mittelbar

9

unmittelbar

b

E

c a b

nachgiebig elastische Kräfte

a b

Ef

c a b

steif Gravitation

a m b

g

a 10

mittelbar

m

c b

molekulare elektromagn. Kräfte

11

unmittelbar

12

mittelbar

a b

m a c

Adhäsion Reibungskräfte

b a 13

unmittelbar

r

Reibklemmkräfte

b c

14

mittelbar

15

unmittelbar

a b a

rf

b a

16

mittelbar

b c

Schlussartenmatrix für Gesamtkette

geometrische Bedingungen an die Fügeteile

( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (

Wirkflächenpaar nicht parallel zur Belastungsrichtung

) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )

f f f

f f f

f f f

f f f

f f f

f f f

f f f

f f f

s s s

s s s

s s s

s s s

s s s

s s s

s s s

s s s

r E r

r E r

E r E

E r E

r E r

r Ef r

E r E

E r E

Ef Ef Ef

Ef Ef Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaare rechtwinklig zur Belastungsrichtung

r Ef r

r Ef r

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaare rechtwinklig zur Belastungsrichtung

r g r

r Ef r

g r g

g r g

Wirkflächenpaar rechtwinklig zur Gravitation

r g r

r Ef r

g r g

g r g

r m r

r Ef r

m r m

m r m

Glatte Wirkflächen mit geringem Abstand; vorwiegend großflächige, deckungsgleiche Wirkflächen

r m r

r Ef r

m r m

m r m

Glatte Wirkflächen mit geringem Abstand; vorwiegend großflächige, deckungsgleiche Wirkflächen

Ef r Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaar parallel zur Belastungsrichtung, Rauigkeit der Wirkflächen

Ef r Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaar parallel zur Belastungsrichtung, Rauigkeit der Wirkflächen

Ef rf Ef

Ef Ef Ef

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaar parallel zur Belastungsrichtung, Rauigkeit der Wirkflächen

r rf r

r Ef r

Ef r Ef

Ef r Ef

Wirkflächenpaar parallel zur Belastungsrichtung, Rauigkeit der Wirkflächen

Verbindungselement rechtwinklig zur Belastungsrichtung Hinweise durch Gestaltungsrichtlinien

Hinweise durch Gestaltungsrichtlinien

Wirkflächenpaare rechtwinklig zur Belastungsrichtung

Bemerkungen Verbindung im unbelasteten Zustand nicht verspannt (Spiel vorhanden), ansonsten Überführung in 7 oder 8; eckige Geometrie der Verbindung in den Beispielen vorausgesetzt Auflösung der Fügeteil-Wirkflächen, meist in Verbindung mit Adhäsionseffekten (siehe 15, 16)

Schaffung eines Spannungsrings erforderlich (geschlossene Gliederkette)

Wirkflächenpaare rechtwinklig zur Belastungsrichtung

Nur im Schwerefeld wirksam

Wirkflächenpaar rechtwinklig zur Gravitation

Sehr geringe Abstände der Fügeteile oder Zusatzwerkstoffe (flüssige, pastose); häufig in Verbindung mit Kohäsionseffekten (siehe 3, 4)

Primärkräfte unterschiedlichster Art: oft nur in wenigen Richtungssinnen (Schlussmatrix)

Betrachtete Schlussstelle

110

XII Verbindungen

5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung

Abweichend von einer weitverbreiteten Praxis in der Fachwelt werden Verbindungen in diesem Werk nicht primär werkstoffspezifisch geordnet, also beispielsweise in Stahl- und Holzbauverbindungen gegliedert, sondern in der obersten Hierarchiebene nach ihrem Herstellungsprinzip, und eng damit verknüpft auch mit ihrem Wirkprinzip. Dies leitet sich von der Überzeugung ab, dass Verbindungen spezifischen Prinzipien des Fügens folgen, die auf alle Werkstoffe anwendbar sind, welche sich grundsätzlich für die jeweilige Verbindungsart eignen. Dass nicht alle Werkstoffe für bestimmte Bauprinzipien, und in weiterer Konsequenz für bestimmte Fügeprinzipien, geeignet sind, macht die Übersicht in 2 15 deutlich. Dies hängt zum Teil mit der Werkstoffcharakteristik zusammen, aber auch mit der Art, wie man diese Werkstoffe verarbeitet. Etwaiges unterschiedliches Verhalten einer Verbindungsart in Abhängigkeit des beteiligten Grundwerkstoffs – oder beteiligter Grundwerkstoffe – hängt demnach ursächlich nicht mit der Verbindung selbst, sondern mit den verschiedenen Werkstoffeigenschaften der beteiligten Verbindungspartner (a, b) und ggf. auch des beteiligten Verbindungsmittels (c) zusammen. Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Werkstoffe beim Fügen sollen mithilfe einiger ausgewählter Beispiele im Folgenden veranschaulicht werden. Die nachfolgenden Überlegungen sollen das Verständnis der weiterführenden Diskussion der Verbindungen in den Kapiteln XII-4 bis XII-8 erleichtern.

☞ Kap. XII-1, Abschn. 5. Systematik von Verbindungen – grundsätzliche Erwägungen, S. 84 ff

5.1 Werkstoff und Bauprinzip ☞ Band 1, Kap. II-1, Abschn. 2.3 Gliederung nach konstruktiven Gesichtspunkten > 2.3.2 aus dem Bauprinzip, S. 34 ff

✏ Es existieren vereinzelte Ausnahmen zu dieser Aussage, wie beispielsweise das Punktschweißen, das zwar ein Stoffvereinigen ist, die Kräfte aber lokal, d. h. differenzial überträgt.

 Im Zusammenhang mit Verbindungen sind das integrierende und das differenziale Bauprinzip von Bedeutung, da das integrale auf der Nichtexistenz von Verbindungen, d. h. der fugenlosen Herstellung aus einem Stück oder in einem Guss, beruht. Im Wesentlichen umfassen diese Bauprinzipien die folgenden großen Gruppen von Fügetechniken: • integrierend: Stoffvereinigen wie Kleben oder Schweißen; • differenzial: form- oder kraftschlüssige Verbindungen oder Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln. Besondere Bedeutung für Fragen des Fügens und Verbindens haben diese beiden Bauprinzipien und fundamentalen Verbindungsklassen in ihrer Anwendung auf die beiden Werkstoffe Holz und Stahl (2 15), teilweise auf Betonfertigteile sowie eingeschränkt – weil mit reduzierter Komplexität – auch auf Mauerwerk. Das hierarchische, in herkömmlicher Weise zunächst werkstofforientierte Baumdiagramm, das auf die zugehörigen Verbindungen im Konkreten hinweist und auf die entsprechenden Kapitel verweist, in denen diese behandelt werden, zeigen für den Stahl- und den Holzbau 2 20 und 21.

2 Kraftübertragung

111

Bauprinzip integral Mauerwerk

integrierend

differenzial X

X

Beton

Holz

Klebung von Fertigteilen

Verbindung von Fertigteilen

Klebung, nur werkseitig

formschlüssig oder mit mech. VM

X

Stahl Guss X nicht anwendbar

Schweißung, bevorzugt werkseitig

begrenzte Bedeutung

mechanische VM, bevorzugt bauseitig

große Bedeutung 15 Anwendbarkeit und Bedeutung der drei wesentlichen Bauprinzipien auf die vier bedeutendsten Werkstoffe für Primärtragwerke im Bereich des Hochbaus. Die für die Fügetechnik relevanten Kategorien sind grau hervorgehoben, dunkelgrau die bedeutenderen.

einfache Überlappung

16 (Links) Überlappungsknoten für Zugstöße. Alle Überlappungen sind mit Kraftumlenkungen verbunden, die zusätzliche Beanspruchungen hervorrufen. Eine einfache Überlappung erzeugt Exzentrizitäten, was mit einem Zangenstoß umgangen werden kann. Laschenstöße (innen- oder außenliegend) erfordern doppelte Verbindung.

Zangenstoß

17 (Unten) Schematische Darstellung der Adhäsionsbindung bei einer Holzleimung (Schäftung, oben) und der Kohäsionsbindung bei einer Stahlschweißung (durchgehende Schweißnaht, unten). Die Bindekräfte sind bei der Adhäsionsbindung der Leimung schwächer als bei der kohäsiven kovalenten Bindung des Stahlkristalls.

Cellulosestrang

Laschenstoß (außenliegend) Kleber

Nebenvalenzbindung (Adhäsion)

kovalente Bindung (Kohäsion)

Laschenstoß (innenliegend) Kristallit Schweißnaht

Kristallit Grundmaterial

112

XII Verbindungen

Die Besonderheiten der beiden Werkstoffe Holz und Stahl in Bezug auf das Verbinden sollen im Folgenden weiter ausgeführt werden. 5.2

Werkstoff und Fügung ☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 9.2 Metallische Stoffe, S. 214 f, und 9.3 Organische Stoffe, S. 216 ff, sowie Kap. IV-5 Holz und IV-6 Stahl

Das jeweilige charakteristische Stoffgefüge der beiden Werkstoffe Holz und Stahl wird an anderer Stelle ausführlich behandelt. Daraus ergeben sich für die Fügung von Teilen gleichen Werkstoffs die folgenden Konsequenzen (vgl. hierzu 2 18): Druckstöße lassen sich bei beiden Werkstoffen Holz und Stahl gut als Kontaktstöße ausführen. Beim isotropen Werkstoff Stahl spielt die Kraftangriffsrichtung keine Rolle. Beim anisotropen Werkstoff Holz ist die Faserrichtung zu berücksichtigen:

5.2.1 Druckstöße

☞ 2 18, Zeile 1.1

• Bei axialen Stößen werden die Fasern beider Fügeteile in Faserrichtung beansprucht, in welcher Holz die besseren mechanischen Eigenschaften besitzt.

☞ 2 18, Zeile 1.2

• Bei Querstößen, orthogonal oder schräg, schwächt die mangelnde Querfestigkeit des Holzes die Tragfähigkeit der Verbindung. Schräge Anschlüsse (Versätze) führen zu einer längs und einer quer zur Faser gerichteten Kraftkomponente, deren Größe in Abhängigkeit des Kraftangriffwinkels steht. Flache Versätze halten die Querpressung gering, benötigen aber eine ausreichende Vorholzlänge, um ein Abscheren entlang der Faser zu verhindern.

5.2.2 Zugstöße



integrierendes Fügen

Zugstöße sind wesentlich schwieriger herzustellen als Druckstöße, da die Kraft nicht mehr durch vollflächigen Kontakt übertragen werden kann. Bild 2 18 gibt eine Übersicht über mögliche Zugstoßausführungen und beschreibt die jeweils relevanten Eigenheiten der Werkstoffe. Grundsätzlich wirken sich die werkstoffspezifischen Differenzen insbesondere auf die integrierenden Fügevarianten aus. Holzteile lassen sich miteinander geklebt, also mit Leimung verbinden. Stahlteile lassen sich zwar ebenfalls kleben, wesentlich größere bauliche Bedeutung hat indessen die deutlich festere Verbindungsart des Schweißens. Trotz ihrer Ähnlichkeit führen die Werkstoffeigenarten zu wesentlichen Unterschieden ( 17): 18 (Rechts) Übersicht der wichtigsten Klassen von Verbindungen mit exemplarischen Umsetzungen in den beiden Werkstoffen Holz und Stahl in denjenigen Fällen, bei denen aufgrund der Werkstoffcharakteristik Besonderheiten zu berücksichtigen sind. Es werden einige zu erwartende Versagensmechanis6 men aufgezeigt. a Abscheren entlang Tangentialflächen am Verbindungsmittel (im Holzbau: Vorholz) b Zugbruch im geschwächten Querschnittsbereich c Plastifizieren des Grundmaterials d Plastifizieren des Verbindungsmittels

2 Kraftübertragung

113

St.

Holz

Druckstoß axial

gute Druckübertragung, abhängig vom Querschnitt kein durchgehendes Stoffgefüge; Fugenfläche orthogonal zur Faser: Fasern können nicht geklebt werden; Fugenfläche schräg zur Faser: Schäftung oder Keilzinkung möglich nahezu durchgehendes Stoffgefüge; durchgängiger Querschnitt ohne Schwächung möglich

Versagen

Ausführung in Holz

Ausführung in Stahl

Versagen

2.1 Überlappungsstoß

Versagen

Stahl Holz

starke Querschnittsschwächung: Gefahr des Abscherens des Vorholzes

St.

möglich, aber selten

Holz

Versagen

Stiftverbindung mit Tiefenwirkung; Versagensmech. a–d

Stahl

Ausführung in Holz

SL-, SLP-Bolzenverbindungen; Versagensmech. a–d

Holz

Versagen

Stoffvereinigen nicht in Überlappungsfläche, nur in Randnähten möglich; Versagen an der Schweißnaht wegen Störung des Stoffgefüges

Dübelverbindung mit Flächenwirkung; Versagensmechanismen a–d

Stahl

Ausführung in Stahl

3. Formschl.

Verzahnung

3. Überlappungsstoß-Stift

Versagen (Holz und Stahl)

4.1 Überlappungsstoß-Dübel

a

b

c

d

Versagen (Holz und Stahl)

4.2 Überlappungsstoßvorgespannt

a Ausführung in Stahl

4.3

b

c

d

Versagen: nach Überwindung des Reibschlusses, wie 4.1

vollflächige Klebung der Überlappungsfläche, aber: schwache Verbindung wegen Abscherens einer fugennahen Faserlage

möglich, aber nicht werkstofftypisch

Holz

Holz

Ausführung in Holz

keine reibschlüssigen Verbindungen wegen mangelnder Querdruckfestigkeit des Holzes GV-, GVP-Verbindungen, z. T. auch Nietverbindungen

2.2

4. Mechansiche Verbindungsmittel (differenzial)

Zug (und Druck)

2. Stoffvereinigen (integrierend)

Längsstoß

Holz 1.2

empfindlich gegenüber Querpressung – limitierte Kräfte; schräge Einleitung: Abscheren des Vorholzes

Stahl

Versagen

Holz

Ausführung in Holz

Versagen

Stahl

Ausführung in Holz

Druckstoß quer

gute Druckübertragung

Stahl

Druck

1. Kontakt

1.1

gute Druckübertragung bei Kontaktfläche quer zur Faser

114

XII Verbindungen

☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 7.4 Nebenvalenzbindungen, S. 197

☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 7.1 Atombindung, S. 194

☞ 2 18, Zeile 2.1

☞ 2 18, Zeile 2.2

Differenziales Fügen ☞ 2 18, Zeile 3.

☞ 2 18, Zeilen 4.1 bis 4.3

☞ 2 18, Versagensmechanismus in Zeile 3. sowie Variante a in Zeilen 4.1 und 4.2

• Holzfasern lassen sich an einer orthogonal zur Faserachse geschnitteten Fläche nicht Stirn an Stirn verleimen. Die Bindekraft dieser Art Leimung ist sehr begrenzt und reicht für die Zwecke des Holzbaus nicht aus. Sie beruht auf der Adhäsionswirkung (Wasserstoffbindung). Verbessert werden kann die Bindekraft durch schräge Verleimung (Schäftung), wodurch sich eine größere Leimfläche ergibt. Faserparallele Leimflächen sind hingegen der Gefahr des Abscherens fugennaher Faserlagen ausgesetzt. • Die Schweißung des kristallinen Werkstoffs Stahl basiert auf den kovalenten Bindungen zwischen den Kristallgittern benachbarter Kristallite (Kohäsion). Es entsteht eine QuasiKontinuität des Stoffgefüges mit starken Bindungskräften. Dennoch versagt im Allgemeinen ein geschweißtes Bauteil an der Naht, nicht im Grundwerkstoff, weil Gefügestörungen dort trotz allem unvermeidbar sind. Wir haben gesehen, dass orthogonale Stirnverleimungen im Holzbau nicht realisierbar sind. Hier muss auf Schäftungen oder Keilzinkungen ausgewichen werden, bei denen die Klebung im Vergleich zur – vergleichsweise schwachen – Stirnflächenleimung flächenmäßig deutlich vergrößert ist. Auch Überlappungen vergrößern die Leimfläche. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass Leimungen stets Werksverbindungen sind, d. h., diese Verbindungsart ist bauseitig nicht einsetzbar. Aus diesem Grund sind Montageverbindungen im Holzbau stets differenziale Verbindungen. Orthogonale, vollflächige stirnseitige Fügungen lassen sich im Stahlbau mittels (durchgehender) Schweißung ausführen. Um Zugverbindungen differenzial auszuführen, muss im Holzbau auf Verzahnungen oder insbesondere Überlappungen ausgewichen werden (2 16). Verzahnungen sind typische Verbindungen des zimmermannsmäßigen Holzbaus. Sie führen zu stark geschwächten Querschnitten und sind heute eher unüblich. Überlappungen sind typische Knotenausbildungen des Holzbaus, kommen bei flachen Querschnitten jedoch auch im Stahlbau vor. Sie beruhen auf der Umwandlung der Zugkraft in Querkraft, die von Stiften oder Dübeln durch Scher-Lochleibungsbeanspruchung (Holz, Stahl) oder tangentialen Kraftschluss (nur Stahl) übertragen wird. Kraftumlenkungen mit daraus folgenden Zusatzbeanspruchungen sind dabei unvermeidbar. Im Wesentlichen verhalten sich die Werkstoffe Holz und Stahl bei dieser Art der Verbindung annähernd gleich, wenn man von ihren stark abweichenden Festigkeiten absieht. Dennoch ist stets die materialtypische Schwäche des Holzes gegenüber Abscheren (des Vorholzes) in Faserrichtung zu berücksichtigen sowie seine Neigung zum Aufspalten, beispielsweise bei nicht vorgebohrten Nagelverbindungen. Bedeutsam für differenziale Holzverbindungen mit me-

2 Kraftübertragung

chanischen Verbindungsmitteln aus Stahl – dies entspricht dem Stand des modernen ingenieurmäßigen Holzbaus – ist die starke Abweichung zwischen der Steifigkeit und Festigkeit des Grundwerkstoffs Holz und der des Materials des Verbindungsmittels, also Stahl. Hieraus erklärt sich die Bezeichnung dieser Verbindungen als nachgiebige Verbindungen (2 20), da der Grundwerkstoff dem festeren und steiferen Verbindungsmittel stets nachgibt. Sie versagen nach starken plastischen Verformungen. Hingegen werden integrierende Leimverbindungen im Holzbau zu den starren Verbindungen gerechnet. Diese versagen plötzlich, ohne erkennbare Ankündigung (spröder Holzbruch). Dieser Umstand gilt nicht für den Stahlbau, wo in Grundmaterial und Verbindungsmittel Teile des gleichen Werkstoffs mit gleichen oder sehr ähnlichen Materialwerten aufeinandertreffen. Differenziale Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln, die vorwiegend auf Abscheren beansprucht werden, sind typische Ausführungsvarianten von überlappenden Zugverbindungen des Stahl- und Holzbaus. Dabei wird die auf die Fügeteile wirkende Zugkraft in Form von Querkraftbeanspruchung auf durchgesteckte Stifte eingetragen. Diese ruft in den beteiligten Elementen, je nach beteiligten Werkstoffen und spezifischer Beschaffenheit der Verbindung, folgende Beanspruchungen hervor:

115

✏ Das Verformungsverhalten der Verbindung wird anhand des Kraft-Verschiebungsdiagramms dargestellt.

Besonderheiten von Scherverbindungen im Holzbau

• Scherbeanspruchung am Stift im Bereich der Schnittfläche; • Lochleibungsbeanspruchung an der Lochwandung des Grundmaterials; • Biegebeanspruchung von schlanken Stiften, insbesondere bei großem Lochspiel oder bei sehr nachgiebigem, verformungsanfälligem Grundwerkstoff – wie beispielsweise Holz; • ggf. Scherbeanspruchung einer tangential kraftschlüssigen Schnittfläche wie bei GV-Schraubverbindungen im Stahlbau – diese Variante ist nicht auf den Holzbau anwendbar; • Biegebeanspruchung der beteiligten Fügeteile infolge Kraftumlenkung bei asymmetrischen Überlappungen. Aufgrund der besonderen Verhältnisse bei Holzverbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln, bei denen – wie oben angesprochen – steife Verbindungsmittel aus Stahl mit dem nachgiebigen Grundwerkstoff Holz mechanisch in einer Verbindung zusammenwirken, sind im Holzbau, in Abhängigkeit von Anschlussgeometrie und Festigkeitsklasse des Werkstoffs von Verbindungsmittel und Fügeteil, charakteristische

☞ 2 18, Zeile 4.3

5.2.3

116

XII Verbindungen

☞ DIN EN 1995-1-1, 8.2.2 für Holz-Holz- und HolzwerkstoffHolz-Verbindungen, 8.2.3 für Stahl-HolzVerbindungen

☞ DIN EN 1995-1-1, 8.2.2 für Holz-Holzund Holzwerkstoff-Holz-Verbindungen

5.2.4

Anordnung von stiftförmigen Verbindungsmitteln im Holzbau ☞ DIN EN 1995-1-1, 8.3.1

5.2.5

Knotenverstärkungen im Holzbau

☞ 2 18, Zeile 1.2

☞ Kap. XII-5, Abschn. 4.1 Nagelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen, 4.1.2 Mechanisches Wirkprinzip, S. 238 ff

Verformungsbilder der Verbindung zu berücksichtigen, die für ihre Bemessung nach Norm maßgeblich sind. Sie sind darüber hinaus für das Verständnis des Tragverhaltens von differenzialen Holzverbindungen hilfreich. Die wesentlichen Varianten sind in 2 19 zusammengestellt. Als stiftförmige Verbindungsmittel des Holzbaus gelten nach Norm Stabdübel, Passbolzen, Schraubbolzen, Gewindestangen, Nägel, Schrauben und Klammern. Um die Spaltgefahr des anisotropen Werkstoffs Holz zu verringern, können stiftförmige Verbindungsmittel gegenüber einer theoretischen Risslinie in Faserrichtung um ihre halbe Nenndicke d/2 wechselseitig versetzt angeordnet werden. Die Norm geht indessen davon aus, dass dies bei Einhaltung der jeweils vorgeschriebenen Achs- und Randabstände nicht erforderlich ist. Insbesondere nicht vorgebohrte Nagelverbindungen mit der entsprechenden erhöhten Spreizwirkung des eingetriebenen Nagelschafts wurden – und werden – üblicherweise in versetzter Anordnung gruppiert. Zur adäquaten Berücksichtigung der Spaltgefahr des Holzes wird in der Norm zusätzlich eine (verringerte) wirksame Anzahl nef von hintereinander angeordneten stiftförmigen Verbindungsmitteln definiert. Es stehen dem Konstrukteur verschiedene konstruktive Maßnahmen zur Verfügung, um das Verformungsverhalten einer Holzverbindung unter Belastung zu begrenzen. Dies erfolgt im Regelfall über diverse Knotenelemente aus festeren Materialien als Bauholz, wie beispielsweise Hartholz, Holzwerkstoffen oder Stahl. Dies sind: • bei Druckstößen über Kontakt: Knotenelemente aus Hartholz, welche die Querpressung des Holzes bei Kraftangriff quer zur Faser durch Flächenvergrößerung verringern (z. B. Futterholz zwischen Stütze und aufliegendem Balken) oder angeklebte Zwischenstücke aus geschichteten, zusammengeklebten Furnierschichthölzern mit wechselweise ausgerichteten Faserverläufen, sodass die Stoßflächen stets rechtwinklig zur Faser liegen; • bei überlappenden Scherverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln: flächige Zusatzteile wie Laschen aus festeren Materialien (Knotenplatten aus Holzwerkstoff oder Stahlblech), welche die Lochleibungsfestigkeit der Verbindung insgesamt erhöhen oder die Stiftköpfe einspannen und dadurch ihre Biegung herabsetzen. Aus den in 2 19 dargestellten Verformungsbildern wird die versteifende Wirkung von Laschen aus höherwertigem Holzwerkstoff oder Stahlblech deutlich. Möglich sind auch Maßnahmen, die ein Verstärken des Holzes im Bereich der Lasteintragung beim Loch zur Folge haben: z. B. das Ausgießen von Nagellöchern mit Leim; auch das Vorbohren einer Nagelverbindung stellt

2 Kraftübertragung

Stahl-Holz--Verbindungen

Holz- und Holzwerkstoff-Verbindungen

Verb.Partner

Bez. nach Norm

einschnittige Verbindungen

117

Bez. nach zweischnittige Verbindungen Norm

a

Lochleibung am Fügeteil mit kleinerem Querschnitt. Stifteinspannung im Fügeteil mit größerem Querschnitt

g

Lochleibung in den beiden Fügeteilen mit kleinerem Querschnitt

b

Lochleibung am schwächeren Fügeteil. Stifteinspannung im steiferen Fügeteil.

h

Lochleibung im mittleren Fügeteil (insgesamt schwächerer Querschnitt)

c

plastische Verformungen in beiden Löchern. Schräge Lage des Stifts

j

plastische Verformung in den drei Fügeteilen. Ausbildung zweier plastischer Gelenke in den Schnittebenen

d

plastische Verformungen am Fügeteil mit kleinerem Querschnitt. Stiftbiegung. Stifteinspannung im Fügeteil mit größerem Querschnitt

k

plastische Gelenke in beiden Schnittebenen. Stifteinspannung durch größeren Querschnitt

e

Lochleibung am Fügeteil mit kleinerem Querschnitt. Stiftbiegung. Stifteinspannung im Fügeteil mit größerem Querschnitt

f

plastische Verformung an beiden Fügeteilen. Stiftbiegung

a

plastische Verformung des Lochs im Holz. Schräge Lage des Stifts

f

Lochleibung in beiden Holzteilen

b

Stiftbiegung. Einspannung im Holz durch größeren Querschnitt

g

plastische Verformung in beiden Holzteilen. Stifteinspannung in der Lasche

c

Lochleibung im Holz. Stifteinspannung in der steiferen Lasche

h

plastische Verformung in beiden Holzteilen. Stifteinspannung in der Lasche und in beiden Hölzern (größerer Querschnitt)

d

plastische Verformung im Holz. Stiftbiegung bei Stifteinspannung in der steiferen Lasche

j/l

Lochleibung im Holz

e

plastische Verformung im Holz. Stiftbiegung bei Stifteinspannung in der Lasche und im Holz (größerer Querschnitt)

j/l

Lochleibung im Holz. Stifteinspannung in den steiferen Laschen

k

plastische Verformung im holz. Stiftbiegung an beiden Schnittebenen. Keine Stifteinspannung in den dünnen Laschen

m

plastische Verformung im Holz. Stiftbiegung an beiden Schnittebenen. Stifteinspannung in den steiferen Laschen

19 Übersicht der wichtigsten Versagensmechanismen üblicher differenzialer Holzverbindungen, Holz-Holzwerkstoff- sowie Holz-StahlblechVerbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln (gemäß DIN EN 1995-1-1, 8.2.2 und 8.2.3).

118

XII Verbindungen

eine Maßnahme zur Verbesserung der Lasteintragung in Faserrichtung dar.7

Knotenplatten aus Holzwerkstoff oder Stahlblech ☞ DIN EN 1995-1-1, 8.2.2 für Holz-Holzund Holzwerkstoff-Holz-Verbindungen ☞ DIN EN 1995-1-1, 8.2.3 für Stahl-HolzVerbindungen

Knotenplatten aus Holzwerkstoff (2 20) oder ebenen Stahlblechen (2 21) lassen sich außen- oder in Schlitzen innenliegend anbringen. Innenliegende Knotenplatten, die seitlich durch die Schlitzwandungen gehalten sind und folglich nicht ausknicken können, sind in der Lage, auch größere Belastungen zu übertragen (2 22). Ferner erfordern sie, anders als außenliegende, keine bündig aufeinandertreffenden Bauteilaußenflächen, was die Abstufung von Stabquerschnitten entsprechend ihrer Beanspruchung erleichtert. Innenliegende Knotenplatten werden häufig aus Stahlblech hergestellt und in schmalen Schlitzen in den Fügeteilen eingelegt. Bei kleineren Blechdicken (1 bis 1,75 mm) lassen sie sich in einem Arbeitsgang ohne Vorbohren durchnageln. Bei größeren Dicken ab 2 mm können sie entweder gelocht hergestellt oder bei der Herstellung der Nagel- oder Stabdübelverbindung vorgebohrt werden. Sie lassen sich oftmals vollständig im Holzquerschnitt eingebettet ausführen, sodass sie gut gegen Brand und Korrosion geschützt sind.8 Bei Einsatz mehrerer paralleler Stahlbleche lässt sich die Kraftübertragung der Verbindung über mehrere Scherfugen durch Mehrschnittigkeit deutlich verbessern (2 22). Für größere zu übertragende Kräfte kommen auch Gelenkwellen infrage, bei denen mehrere Knotenbleche auf der Holzseite vernagelt und ihrerseits an einer zentralen Nabe mit einem Stift angeschlossen werden (2 23).9

2 Kraftübertragung

119

20 Knotenplatte aus Holzwerkstoff.

21 Außenliegende Knotenplatte aus Stahlguss.

22 Mehrfache eingeschlitzte Knotenplatten aus Stahlblech.

23 Gelenkwellenverbindung.

120

XII Verbindungen

Anmerkungen

1

2 3 4

5

6

7 8

9

Roth K (1983) Einheitliche Systematik der Verbindungen, in VDI-Berichte 493, Spektrum der Verbindungstechnik – Auswählen der besten Verbindungen mit neuen Konstruktionskatalogen, Düsseldorf, S. 2 Roth K (1983) Mechanismus der kraftschlüssigen festen Verbindungen, in VDI-Berichte 493, Düsseldorf Gemäß Roth K (1983), S. 110 Diese Verbindung gilt indessen im Bauwesen aufgrund der Größenordnung der anfallenden Lasten als nicht ansetzbar. Drehbewegungen werden stets durch mehrfache Stiftverbindung gesperrt. Sie soll hier nur zu exemplarischen Zwecken herangezogen werden. VDI 2232, Methodische Auswahl fester Verbindungen – Systematik, Konstruktionskataloge, Arbeitshilfen, Januar 2004. Übereinstimmend mit der tabellarischen Aufstellung auf S. 26 dieser Quelle, die wegen der baubezogenen Orientierung des vorliegenden Werks abgeändert wurde, wird die Adhäsion als Kraftschluss, nicht wie oft in der Fachliteratur, als Stoffschluss klassifiziert. Schaubild teilweise in Anlehnung an Natterer J, Winter W Entwurf von Holzkonstruktionen, in von Halász R, Scheer C (Hg) (1986) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1, S. 237 Ebda. S. 238 Ehlbeck J, Hättich R Ingenieur-Holzverbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln, in von Halász R, Scheer C (Hg) (1986) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1, S. 114 Natterer J, Winter W (1986), S. 241 f

2 Kraftübertragung

DIN EN 1995 Eurocode 5 – Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: 2014-07 Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau VDI 2232: 2004-01 Methodische Auswahl fester Verbindungen – Systematik, Konstruktionskataloge, Arbeitshilfen

121

XII-3 FÜGEVERFAHREN

1. Das Fertigungsverfahren Fügen................................124 2. Zusammensetzen......................................................126 2.1 Auflegen, Aufsetzen, Schichten.........................126 2.2 Einlegen, Einsetzen............................................126 2.3 Ineinanderschieben............................................126 2.4 Einhängen...........................................................126 2.5 Einrenken............................................................126 2.6 Federnd Einspreizen...........................................126 3. Füllen..........................................................................128 3.1 Einfüllen..............................................................128 3.2 Tränken, Imprägnieren........................................128 4. An- und Einpressen....................................................128 4.1 Schrauben .........................................................128 4.2 Klemmen ...........................................................128 4.3 Klammern...........................................................128 4.4 Fügen durch Pressverbindung...........................128 4.5 Nageln, Einschlagen...........................................130 4.6 Verkeilen.............................................................130 4.7 Verspannen.........................................................130 5. Fügen durch Urformen..............................................131 5.1 Ausgießen..........................................................131 5.2 Einbetten............................................................132 5.3 Vergießen...........................................................132 5.4 Eingalvanisieren..................................................132 5.5 Ummanteln.........................................................132 5.6 Kitten..................................................................132 6. Fügen durch Umformen.............................................134 6.1 Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper..........................................134 6.2 Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr und Profilteilen...................................................134 6.3 Fügen durch Nietverfahren................................138 7. Fügen durch Schweißen............................................142 7.1 Schweißen von Metallen...................................144 7.2 Schweißen von Kunststoffen.............................144 8. Fügen durch Löten.....................................................146 8.1 Verbindungs-Weichlöten....................................146 8.2 Verbindungs-Hartlöten.......................................146 9. Kleben........................................................................148 9.1 Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen.........................................................148 9.2 Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionsklebstoffen)....................150 Anmerkungen..................................................................152 Normen und Richtlinien..................................................153

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE HÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

124

XII Verbindungen

1. Das Fertigungsverfahren Fügen (ON 4) 1

Im Folgenden werden die verschiedenen Verfahren des Fügens näher betrachtet (2 1), und zwar unter dem Hauptordnungsgesichtspunkt der

☞ Vgl. die Definition des Fügens in Kap. XII- 1, Abschn. 2. Definition des Fügens, S. 48 f.

Art des Zusammenhalts unter Berücksichtigung der Art der Erzeugung. 2

☞ DIN 8593-0, 4.



☞ wie beispielsweise in DIN 8593-0, Tab. 2 Charakterisierung der Gruppen ✏ Sie werden deshalb in den Unterkapiteln XII-4 bis XII-8 bevorzugt betrachtet.

Damit ist die Feststellung getroffen, dass nicht die Kraftübertragung während des Betriebs oder andere Funktionen bzw. Merkmale im Vordergrund stehen. Die Einordnung einer Verbindung in eine bestimmte Ordnungsgruppe dieser Klassifikation sagt also zunächst einmal nichts darüber aus, welche Schlussart in welcher Richtung wirkt, wenngleich manchmal eingeschränkte Aussagen dennoch möglich sind. Neben bauüblichen Verbindungen, die insbesondere für Primärtragwerke eingesetzt werden und deshalb im Bewusstsein des Bauschaffenden besonders präsent sind, werden auch andere Fügeverfahren behandelt, die im Bauwesen vermutlich ebensooft vorkommen wie die klassischen Bauverbindungen, aber weniger bekannt sind, weil sie häufig nicht vom Bauplaner, sondern von einem Hersteller für eine industrielle Fertigung geplant werden und eher als maschinenbautypisch gelten. Da sie sehr häufig bei industriellen Baukomponenten vorkommen, sollten sie jedoch ebenso zum Repertoire des Planers und Konstrukteurs zählen.

3 Fügeverfahren

Hauptgruppe 4. Fertigungsverfahren Fügen

125

Gruppen 4.1 Zusammensetzen

Untergruppen DIN 8593-1

4.1.1 Auflegen, Aufsetzen, Schichten 4.1.2 Einlegen, Einsetzen 4.1.3 Ineinanderschieben 4.1.4 Einhängen 4.1.5 Einrenken 4.1.6 Federnd Einspreizen

4.2 Füllen

DIN 8593-2

4.2.1 Einfüllen 4.2.2 Tränken, Imprägnieren

4.3 An- und Einpressen

DIN 8593-3

4.3.1 Schrauben 4.3.2 Klemmen 4.3.3 Klammern 4.3.4 Fügen durch Presspassung 4.3.5 Nageln, Verstiften, Einschlagen 4.3.6 Verkeilen 4.3.7 Verspannen

4.4 Fügen durch Urformen DIN 8593-4

4.4.1 Ausgießen 4.4.2 Einbetten 4.4.3 Vergießen 4.4.4 Eingalvanisieren 4.4.5 Ummanteln 4.4.6 Kitten

4.5 Fügen durch Umformen DIN 8593-5

4.5.1 Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper 4.5.2 Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr- und Profilteilen 4.5.3 Fügen durch Nietverfahren

4.6 Fügen durch Schweißen DIN 8593-6

4.6.1 Pressverbindungsschweißen 4.6.2 Schmelzverbindungsschweißen

4.7 Fügen durch Löten

DIN 8593-7

4.7.1 Verbindungsweichlöten 4.7.2 Verbindungshartlöten

4.8 Kleben

DIN 8593-8

4.8.1 Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen 4.8.2 Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionsklebstoffen)

1 Übersicht der in diesem Kapitel behandelten Fügeverfahren mit den zugehörigen Ordnungsnummern (ON) gemäß DIN 8593. 3

126

2.

XII Verbindungen

Zusammensetzen (ON 4.1) & DIN 8593-1

Zusammensetzen ist eine Sammelbenennung für das Zusammenbringen (Fügen) von Werkstücken, z. B. durch Auflegen, Einlegen, Ineinanderschieben, Einhängen, Einrenken (2 2). Das Verbleiben im gefügten Zustand wird im Allgemeinen durch Schwerkraft (tangentialer Kraft- bzw. Reibschluss), Formschluss bzw. Kombinationen davon bewirkt. Bei manchen Verfahren wird die Federung des Werkstücks oder eines Hilfsteiles benutzt.

Gruppe 4.1 Zusammensetzen

Untergruppen DIN 8593-1

4.1.1 Auflegen, Aufsetzen, Schichten 4.1.2 Einlegen, Einsetzen 4.1.3 Ineinanderschieben 4.1.4 Einhängen 4.1.5 Einrenken

4.1.6 Federnd Einspreizen 2 Fertigungsverfahren der Gruppe Zusammensetzen

2.1

Auflegen, Aufsetzen, Schichten (ON 4.1.1)

Fügen zusammenpassender Teile unter Nutzung der Schwerkraft, im Allgemeinen in Verbindung mit Formschluss (2 3).

2.2

Einlegen, Einsetzen (ON 4.1.2)

Fügen, bei dem das eine Fügeteil in ein Formelement des anderen Fügeteils eingelegt wird (2 4).

2.3

Ineinanderschieben (ON 4.1.3)

Fügen, bei dem das eine Fügeteil in das andere oder über das andere geschoben wird (2 5): • Aufschieben (Aufziehen) eines Außenteils auf ein Innenteil; • Einschieben (Einführen) eines Innenteils in ein Außenteil.

2.4

Einhängen (ON 4.1.4)

Fügen, bei dem das eine Fügeteil in das andere eingehängt wird, wobei die Fügeverbindung durch eine Zugkraft (Federkraft, Schwerkraft) gesichert wird (2 6).

2.5

Einrenken (ON 4.1.5)

Fügen durch Ineinanderschieben zweier Fügeteile, wobei die Fügeverbindung durch eine Druckkraft gesichert wird (2 7).

2.6

Federnd Einspreizen (ON 4.1.6)

Fügen durch vorheriges elastisches Verformen, damit das Fügeteil nach dem Einlegen oder Aufschieben und anschließenden Rückfedern durch Formschluss gehalten wird (2 8).

3 Fügeverfahren

127

3 Auflegen von Dachziegeln unter Ausnutzung der Schwerkraft, Beispiel für die Untergruppe 4.1.1 Auflegen, Aufsetzen, Schichten. 4 Einlegen einer Dämmplatte in den Balkenzwischenraum, Beispiel für die Untergruppe 4.1.2 Einlegen, Einsetzen.

5 Einschieben eines Bolzens in eine Gelenkbolzenverbindung als Beispiel für die Untergruppe 4.1.3 Ineinanderschieben. 6 Einhängen einer Feder als Beispiel für die Untergruppe 4.1.4 Einhängen.

F

F

7 Bajonettverschluss als Beispiel für die Untergruppe 4.1.5 Einrenken. 8 Einschnappen der Deckleiste einer Pfosten-Riegel-Fassade mit Federkraft F als Beispiel für die Untergruppe 4.1.6 Federnd Einspreizen.

128

XII Verbindungen

Füllen (ON 4.2) 3. & DIN 8593-2

Einfüllen (ON 4.2.1) 3.1 3.2

4.

Füllen ist eine Sammelbenennung für das Einbringen von gas- oder dampfförmigen, flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Stoffen, ferner von pulverigen oder körnigen Stoffen oder kleinen Körpern in hohle oder poröse Körper (2 9). Das Einbringen von gas- bzw. dampfförmigem, flüssigem oder festem Stoff in hohle Körper.

Tränken, Imprägnieren (ON 4.2.2)

Das Ausfüllen eines porenhaltigen oder eines aus faserigem Stoff bestehenden Körpers mit einem flüssigen Stoff. Imprägnieren: Tränken eines Gewebes mit einem flüssigen Stoff zur Erzeugung einer wasserabstoßenden Oberfläche.

An- und Einpressen (ON 4.3)

Eine Sammelbezeichnung für die Verfahren, bei denen beim Fügen die Fügeteile sowie etwaige Hilfsfügeteile im Wesentlichen nur elastisch verformt werden und ungewolltes Lösen durch Kraftschluss verhindert wird (2 10).

& DIN 8593-3

4.1

Schrauben (ON 4.3.1)

Schrauben, also An-, Ein-, Ver- oder Festschrauben, ist Fügen durch Anpressen mittels selbsthemmenden Gewindes (2 11).

4.2

Klemmen (ON 4.3.2)

Fügen durch Anpressen mittels Hilfsteilen (Klemmen), wobei die Fügeteile elastisch oder plastisch verformt werden, während die Hilfsteile starr sind (2 12).

4.3

Klammern (ON 4.3.3)

Fügen mittels federnder Hilfsteile (Klammern), welche die überwiegend starren Fügeteile aneinanderpressen (2 13).

4.4

Fügen durch Pressverbindung (ON 4.3.4)

Fügen des Innenteils mit einem Außenteil, wobei zwischen beiden ein Übermaß besteht.

4.4.1

Fügen durch Einpressen, Verstiften (ON 4.3.4.1)

Fügen durch Ineinanderschieben eines Innenteils und eines Außenteils, wobei zwischen beiden ein Übermaß besteht (2 14). Verstiften: Fügen durch Einpressen von Hilfsfügeteilen.

4.4.2

Fügen durch Schrumpfen (ON 4.3.4.2)

Fügen durch Schrumpfen, auch als Aufschrumpfen bezeichnet, ist Fügen durch loses Ineinanderschieben eines Innenteils und eines vorher erwärmten Außenteils (2 15). Der Kraftschluss wird durch Abkühlen des Außenteils auf Raumtemperatur aufgrund des zwischen beiden Fügeteilen bestehenden Übermaßes erzielt.

4.4.3

Fügen durch Dehnen (ON 4.3.4.3)

Fügen durch loses Ineinanderschieben eines vorher unterkühlten Innenteils und eines Außenteils (2 16). Der Kraftschluss wird durch das Erwärmen des Innenteils auf Raumtemperatur aufgrund des zwischen beiden Fügeteilen bestehenden Übermaßes erzielt. Bisweilen werden Schrumpfen und Dehnen kombiniert.

3 Fügeverfahren

Gruppe 4.2 Füllen

129

Untergruppen DIN 8593-2

4.2.1 Einfüllen 4.2.2 Tränken, Imprägnieren

9 Fertigungsverfahren der Gruppe Füllen

Gruppen

Untergruppen

4.3 An- und Einpressen DIN 8593-3

4.3.1 Schrauben

Unterteilung

4.3.2 Klemmen 4.3.3 Klammern 4.3.4 Fügen durch Presspassung

4.3.4.1 Fügen durch Einpressen 4.3.4.2 Fügen durch Schrumpfen 4.3.4.3 Fügen durch Dehnen

4.3.5 Nageln, Verstiften, Einschlagen 4.3.6 Verkeilen 4.3.7 Verspannen

10 Fertigungsverfahren der Gruppe An- und Einpressen.

11 Verschraubung zweier Stahlbleche als Bei- 12 Seilklemme als Beispiel für die Untergruppe 13 4.3.3 Klammern. spiel für die Untergruppe 4.3.1 Schrauben. 4.3.2 Klemmen.

130

XII Verbindungen

4.5

Nageln, Einschlagen (ON 4.3.5)

Fügen durch Einschlagen oder Einpressen von Nägeln (Drahtstiften) als Hilfsteile ins volle Material (2 17). Hierbei werden mehrere Fügeteile durch Aneinanderpressen miteinander verbunden. Das Eintreiben der Nägel kann auch durch Explosivkraft geschehen (Bolzensetzen). Einschlagen: Beim Einschlagen ist das eingeschlagene Teil selbst ein Fügeteil, z. B. beim Einschlagen eines Hakens.

4.6

Verkeilen (ON 4.3.6)

Das Anpressen zweier Fügeteile mithilfe selbsthemmender keilförmiger Hilfsteile (2 18).

4.7

Verspannen (ON 4.3.7)

Kraftschlüssiges Fügen einer Nabe mit einer Welle mithilfe eines Konus oder mithilfe ringförmiger, geschlitzter Keile (Spann­elemente), wobei die erforderliche Axialkraft über Gewinde aufgebracht wird (2 19).

F

vorab erwärmt > dann abgekühlt

vorab unterkühlt > dann auf Gebrauchstemperatur

14 4.3.4.1 Fügen durch Einpressen.

15 4.3.4.2 Fügen durch Schrumpfen des Au- 16 4.3.4.2 Fügen durch Dehnen des Stifts ßenteils auf den Stift. (Innenteils) gegen die Lochwandung des Außenteils.

17 4.3.5 Nageln.

18 4.3.6 Verkeilen einer Fertigteilstütze in einem 19 4.3.7 Verspannen. Köcherfundament (provisorisch) mithilfe von Holzkeilen.

3 Fügeverfahren

131

Eine Sammelbezeichnung für die Verfahren, bei denen entweder zu einem Werkstück ein Ergänzungsstück aus formlosem Stoff gebildet wird oder bei denen mehrere Fügeteile durch dazwischengebrachten formlosen Stoff verbunden oder bei denen in den formlosen Stoff Metallteile o. Ä., z. B. zur Erhöhung der Festigkeit, eingelegt werden (2 20).

Fügen durch Urformen (ON 4.4)

Fügen durch Urformen derart, dass zu einem Werkstück durch Ausgießen mit formlosem Stoff ein Ergänzungsstück erzeugt wird (2 21).

Ausgießen (ON 4.4.1)

Gruppen

Untergruppen

4.4 Fügen durch Urformen DIN 8593-4

4.4.1 Ausgießen 4.4.2 Einbetten

& DIN 8593-4

Unterteilung

4.4.2.1 Umspritzen 4.4.2.2 Eingießen, Umgießen 4.4.2.3 Einvulkanisieren

4.4.3 Vergießen 4.4.4 Eingalvanisieren 4.4.5 Ummanteln 4.4.6 Kitten 20 Fertigungsverfahren der Gruppe Fügen durch Urformen.

Gehäuse

Lagerbuchse gegossen

21 Ausgießen einer Lagerschale in einem Gehäuse als Beispiel für 4.4.1 Ausgießen.

5.

5.1

132

5.2

XII Verbindungen

Einbetten (ON 4.4.2)

Fügen, wobei beim Herstellen eines Bauteils aus formlosem Stoff ein Ergänzungsstück mit eingebunden wird. Innerhalb dieses Fügeverfahrens werden folgende Verfahrensbegriffe verwendet:

5.2.1 Umspritzen (ON 4.4.2.1) 5.2.2

Einbetten, wobei ein festes Innenteil mit einem Außenteil aus Kunststoff durch Spritzgießen gefügt wird (2 22).

Eingießen (Umgießen) (ON 4.4.2.2)

5.2.3 Einvulkanisieren (ON 4.4.2.3)

Einbetten, wobei ein festes Innenteil mit einem Außenteil durch Gießen gefügt wird (2 23). Einbetten, wobei der formlose Stoff ein gummiartiger Werkstoff ist, der durch Vernetzen (Vulkanisieren) fest wird (2 24).

5.3 Vergießen (ON 4.4.3)

Fügen zweier Teile mithilfe eines flüssigen, später fest werdenden Hilfsstoffes (2 25).

5.4 Eingalvanisieren (ON 4.4.4)

Fügen, wobei die Fügeteile durch galvanisch erzeugte Hilfsteile formschlüssig verbunden werden (2 26).

5.5 Ummanteln (ON 4.4.5)

Fügen durch Urformen einer Umhüllung aus formlosem Stoff mit einem draht-, band-, seil- oder rohrförmigen Fügeteil unter Verwendung eines formgebenden Werkzeugs (2 27). Das Verfahren wird meist kontinuierlich mithilfe eines Extruders durchgeführt. Im Gegensatz zum Ummanteln werden beim Beschichten keine formgebenden Werkzeuge, sondern andere Mittel zur Erzielung einer bestimmten Beschichtungsdicke verwendet.

5.6 Kitten (ON 4.4.6)

Fügen von meist verschiedenartigen Werkstoffen mithilfe von Kitt, wobei häufig größere Zwischenräume gefüllt, verschieden große Dehnungskoeffizienten überbrückt und häufig auch die Dichtung der gekitteten oder verkitteten Fugen bewirkt werden muss (2 28).

Lagerbuchse

Zahnrad durch Gießen gefertigt

22 Umspritzen einer Lagerbuchse zur Erzeu- 23 Eingießen einer Stahl-Anschlussplatte gung eines Zahnrads als Beispiel für 4.4.2.1 mit angeschweißten Kopfbolzendübeln in Umspritzen. einer Stahlbetonmauer als Beispiel für 4.4.2.2 Eingießen.

3 Fügeverfahren

133

Förderband aus Gummi

Drahtlitzen

24 Einvulkanisieren von Drahtlitzen ein einem Gummi-Förderband als Beispiel für 4.4.2.3 Einvulkanisieren. 25 Vergießen eines Seilendes in einer Seilhülse als Beispiel für die Untergruppe 4.4.3 Vergießen.

Hilfsteile galvanisch erzeugt

26 Verbinden von Fügeteilen mittels galvanisch erzeugter Hilfsteile als Beispiel für 4.4.4 Eingalvanisieren. 27 Ummanteln eines Kabels mit Isolierung als Beispiel für 4.4.6 Ummanteln.

Kitt

28 Kitten einer Glasscheibe in einem Rahmen als Beispiel für 4.4.6 Kitten.

134

6.

XII Verbindungen

Fügen durch Umformen (ON 4.5) & DIN 8593-5

Eine Sammelbenennung für die Verfahren, bei denen entweder die Fügeteile oder Hilfsfügeteile örtlich – bisweilen auch ganz – umgeformt werden (2 29). Die Umformkräfte können mechanischer, hydraulischer, elektromagnetischer oder anderer Art sein. Die Verbindung ist im Allgemeinen durch Formschluss gegen ungewolltes Lösen gesichert.

Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper (ON 4.5.1)

Folgende Varianten dieses Fügeverfahrens können unterschieden werden:

6.1.1

Drahtflechten (ON 4.5.1.1)

Fügen von Drähten durch gegenseitiges Umschlingen oder Verdrillen zur Herstellung von flächenhaften oder räumlichen Drahtgeflechten (2 30).

6.1.2

Gemeinsames Verdrehen (ON 4.5.1.2)

Fügen durch schraubenförmiges Umeinanderbiegen zweier drahtförmiger Fügeteile (2 31).

6.1.3

Verseilen (ON 4.5.1.3)

Fügen durch Umformen von Drähten, Litzen und Seilen, die in Form einer Schraubenlinie umeinandergelegt werden (2 32).

6.1.4

Spleißen (ON 4.5.1.4)

Fügen durch Umformen von Seilenden miteinander oder eines Seilendes mit demselben Seil zur Bildung einer Schlaufe derart, dass entsprechende Litzen kraftschlüssig und formschlüssig über- und untereinander geführt werden (2 33).

6.1.5

Knoten (ON 4.5.1.5)

Fügen durch Umformen derart, dass zwei Drähte und Ähnliches formschlüssig oder kraftschlüssig umeinander gebogen werden (2 34).

6.1.6

Wickeln mit Draht (ON 4.5.1.6)

Fügen eines Innenteils mit einem Draht durch dessen fortlaufendes Biegen um das Innenteil.

6.1.7

Drahtweben (ON 4.5.1.7)

Das Verkreuzen von Drähten nach einer bestimmten Ordnung, wobei ein Drahtgewebe entsteht.

6.1.8

Heften (ON 4.5.1.8)

Fügen durch Umbiegen von drahtförmigen Hilfsfügeteilen (2 35).

Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr- und Profilteilen (ON 4.5.2)

 Folgende Varianten dieses Fügeverfahrens können unterschieden werden:

Fügen durch Körnen oder Kerben (ON 4.5.2.1)

Fügen durch Umformen derart, dass das freie Ende eines durch ein Werkstück gesteckten Teils oder ein dünnwandiges Werkstück in eine freie Stelle des Gegenstücks punkt- oder linienförmig eingedrückt wird (2 36). Es können auch mehrere ineinandergeschobene Fügeteile durch Körnen gefügt werden.

6.1

6.2 6.2.1

29 (Rechts) Fertigungsverfahren der Gruppe Fügen durch Umformen.

3 Fügeverfahren

135

Gruppen 4.5 Fügen durch Umformen

Untergruppen und zugehörige Unterteilungen DIN 8593-5

4.5.1 Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper 4.5.1.1 Drahtflechten 4.5.1.2 Gemeinsames Verdrehen 4.5.1.3 Verseilen 4.5.1.4 Spleißen 4.5.1.5 Knoten 4.5.1.6 Wickeln mit Draht 4.5.1.7 Drahtweben 4.5.1.8 Heften 4.5.2 Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr- und Profilteilen

4.5.2.1 Fügen durch Körnen oder Kerben 4.5.2.2 Gemeinsames Fließpressen 4.5.2.3 Gemeinsam Ziehen, Ummanteln 4.5.2.4 Fügen durch Weiten 4.5.2.4.1 Rohreinwalzen 4.5.2.4.2 Fügen durch Weiten mit Innendruck 4.5.2.5 Fügen durch Engen 4.5.2.5.1 Fügen durch Rundkneten 4.5.2.5.2 Fügen durch Einhalsen 4.5.2.5.3 Fügen durch Sicken 4.5.2.6 Fügen durch Bördeln 4.5.2.7 Fügen durch Falzen 4.5.2.8 Wickeln, Umwickeln, Bewickeln 4.5.2.9 Verlappen 4.5.2.10 Umformendes Einspreizen 4.5.2.11 Durchsetzfügen 4.5.2.12 Verpressen 4.5.2.13 Quetschen 4.5.3 Fügen durch Nietverfahren 4.5.3.1 Nieten 4.5.3.2 Hohlnieten 4.5.3.3 Zapfennieten 4.5.3.4 Hohlzapfennieten 4.5.3.5 Zwischenzapfennieten 4.5.3.6 Stanznieten

136

XII Verbindungen

6.2.2

Gemeinsames Fließpressen (ON 4.5.2.2)

Fügen durch gemeinsames Fließpressen zweier auf- oder ineinandergelegter Ausgangsformen durch einen Formgebungsspalt (2 37).

6.2.3

Gemeinsam Ziehen (Ummanteln) (ON 4.5.2.3)

Fügen durch Umformen derart, dass durch gemeinsames Ziehen zweier ineinandergeschobener rohrförmiger Teile durch einen Ziehring eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird (2 38).

6.2.4

Fügen durch Weiten (ON 4.5.2.4)

Fügen durch Umformen derart, dass ein hohles Innenteil durch Umformen geweitet oder gebaucht wird, sodass es kraft- oder formschlüssig mit dem Außenteil verbunden bleibt.

Rohreinwalzen (ON 4.5.2.4.1)

Fügen durch Weiten derart, dass ein in ein Außenteil, z. B. Kesselwand, eingeführter Rohrabschnitt oder Ring, durch Walzen geweitet wird, bis er fest anliegt (2 39).



Fügen durch Weiten mit Innendruck (ON 4.5.2.4.2)

Fügen durch Weiten derart, dass ein durch das Loch eines oder mehrerer Fügeteile durchgestecktes Rohr außerhalb der Fuge durch Innendruck, z. B. durch ein nachgiebiges Werkzeug oder Druckflüssigkeit oder Knickbauchen, aufgeweitet wird (2 40, 41). Diese Vorgänge können durch Werkzeuge oder auch mithilfe von Wirkmedien mit kraft- oder energiegebundener Wirkung, z. B. Explosion eines Sprengstoffs, Funkentladung, oder von Wirkenergie, z. B. ein Magnetfeld, durchgeführt werden.

Fügen durch Engen (ON 4.5.2.5)

Fügen durch Umformen, wobei ein hohles Außenteil derart durch Umformen verengt, eingehalst oder eingesickt wird, dass es kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem Innenteil verbunden bleibt. Folgende Varianten können unterschieden werden:



Fügen durch Rundkneten (ON 4.5.2.5.1)

Fügen durch Engen derart, dass ein rohrförmiges Außenteil über den Umfang in Vertiefungen am Innenteil eingedrückt wird und somit einen Formschluss erhält (2 42); es können auch mehrere ineinandergeschobene dünnwandige Werkstücke gemeinsam rundgeknetet werden; der Zusammenhalt kann auch in einem Kraftschluss bestehen.



Fügen durch Einhalsen (ON 4.5.2.5.2)

Fügen durch Engen derart, dass ein über ein Innenteil geschobenes Außenteil am Ende verengt wird (2 43).



Fügen durch Sicken (ON 4.5.2.5.3)

Fügen durch Engen derart, dass ein Werkstück eine Sicke erhält, die in eine vorgesehene Vertiefung am zu fügenden Werkstück eingreift (2 44). Es können auch ineinandergeschobene dünnwandige Werkstücke eine gemeinsame Sicke erhalten (Versicken). Die Vorgänge können durch Werkzeuge oder auch mithilfe von Wirkmedien mit energiegebundener Wirkung, z. B. Explosion eines Sprengstoffs, Funkentladung, oder von Wirkenergie, z. B. ein Magentfeld, durchgeführt werden.

6.2.5

3 Fügeverfahren

137

30 Maschendraht als Beispiel für 4.5.1.1 Draht- 31 4.5.1.2 Gemeinsames Verdrehen. flechten.

32 Stahlseil als Beispiel für 4.5.1.3 Verseilen.

33 Verzwirbeln der Litzen zweier Seilenden als 34 4.5.1.5 Knoten. Beispiel für 4.5.1.4 Spleißen.

35 4.5.1.8 Heften.

F

F

36 Verbindung zweier Rohre durch Körnen 37 Verbindung zweier ineinander gelegter 38 Verbindung zweier Rohre durch Pressen als Beispiel für 4.5.2.1 Fügen durch Körnen Ausgangsformen durch Pressen ein einen durch einen Ziehring als Beispiel für 4.5.2.3 oder Kerben. Formgebungsspalt als Beispiel für 4.5.2.2 Gemeinsam Ziehen (Ummanteln). Gemeinsam Fließpressen.

138

XII Verbindungen

6.2.6

Fügen durch Bördeln (ON 4.5.2.6)

Fügen durch Umformen derart, dass ein Ende eines rohrförmigen Werkstücks durch Borde mit dem zu fügenden Werkstück formschlüssig verbunden wird (2 45, 46). Es können auch an zwei ineinandergeschobenen Fügeteilen Borde gemeinsam hergestellt werden.

6.2.7

Falzen (ON 4.5.2.7)

Fügen durch Umformen derart, dass an ihren Rändern vorbereitete Blechteile ineinandergelegt oder ineinandergeschoben werden und durch Umlegen der Ränder einen Formschluss erhalten (2 47).

6.2.8

Wickeln (ON 4.5.2.8)

Wickeln, also Umwickeln oder Bewickeln, ist Fügen eines Innenteils mit Band durch dessen fortlaufendes Biegen um das Werkstück (2 48).

6.2.9

Verlappen (ON 4.5.2.9)

Fügen durch Umformen derart, dass das freie Ende eines durch ein Werkstück gesteckten flachen Teils oder überstehenden Lappens gebogen, z. B. Biegeverlappen, oder aus einer Ebene herausgedreht wird, z. B. Drehverlappen, sodass ein Formschluss entsteht (2 49).

6.2.10

Umformendes Einspreizen (ON 4.5.2.1.0)

Fügen durch Umformen derart, dass durch Einpressen oder Einwalzen eines Werkstücks dieses in einen Hohlraum des Gegenstücks verdrängt wird (2 50).

6.2.11

Durchsetzfügen (ON 4.5.2.1.1)

Fügen von Werkstücken aus Blech-, Rohr- oder Profilteilen durch gemeinsames Durchsetzen in Verbindung mit Einschneiden und nachfolgendem Stauchen (2 51).

6.2.12

Verpressen (ON 4.5.2.1.2)

Das Fügen zweier Seilenden oder einer Seilschlaufe mithilfe einer Presshülse, die beide Stränge umschließt und nach dem Verformen in einer Presse eine kraft- und formschlüssige Verbindung herstellt (2 52).

6.2.13

Quetschen (ON 4.5.2.1.3)

Das Fügen eines Seiles oder einer Litze mit einem Endstück, z. B. Seilschuh, Kabelschuh, Crimphülse usw., welches das Seil oder die Litze umschließt und durch Verformen kraft- und formschlüssig mit diesem verbunden wird (2 53).

6.3 6.3.1

Fügen durch Nietverfahren (ON 4.5.3) Nieten (ON 4.5.3.1)

6.3.2 Hohlnieten (ON 4.5.3.2)

Folgende Varianten können unterschieden werden: Fügen durch Stauchen eines bolzenförmigen Hilfsfügeteils (Niet) (2 54). Fügen durch Umlegen überstehender Teile eines Hohlniets (2 55).

6.3.3

Zapfennieten (ON 4.5.3.3)

Fügen durch Stauchen des zapfenförmigen Endes an einem der beiden Fügeteile (2 56).

6.3.4

Hohlzapfennieten (ON 4.5.3.4)

Fügen durch Umlegen überstehender Teile des hohlzapfenförmigen Endes an einem der beiden Fügeteile (2 57).

3 Fügeverfahren

139

Fügen durch Stauchen eines Zwischenzapfens an einem der beiden Fügeteile (2 58).

Zwischenzapfennieten (ON 4.5.3.5)

6.3.5

Fügen durch Einspreizen eines Hilfsfügeteils (z.B. Halbhohl- oder Vollstanzniet) (2 59).

Stanznieten (ON 4.5.3.6)

6.3.6

F

39 Verbinden eines Rohrs mit einer Platte durch einen Walzvorgang mit konischem Werkstück als Beispiel für 4.5.2.4.1 Fügen durch Rohreinwalzen. 40 Verbinden eines Rohrs mit einer Platte mithilfe einer Druckflüssigkeit als Beispiel für 4.5.2.4.2 Fügen durch Weiten mit Innendruck.

41 Verbinden eines Rohrs mit einer Platte durch Knickbauchen als Beispiel für 4.5.2.4.2 Fügen durch Weiten mit Innendruck. F

42 Gemeinsames Rundkneten zweier Rohre als Beispiel für 4.5.2.5.1 Fügen durch Rundkneten.

43 Fügen eines Außenteils durch Engen am Ende als Beispiel für 4.5.2.5.2 Fügen durch Einhalsen. 44 Verbinden zweier Rohrstücke als Beispiel für 4.5.2.5.3 Fügen durch Sicken.

140

XII Verbindungen

45 Bördeln zweier Aluminium-Klemmrippen- 46 Handgerät zur Herstellung der Bördelung 47 Falzen dünner Bleche für Stehfalzblechdeprofilbleche als Beispiel für 4.5.2.6 Fügen auf 2 45. ckungen als Beispiel für 4.5.2.7 Falzen. durch Bördeln.

F

48 4.5.2.8 Wickeln (Umwickeln, Bewickeln).

49 Biegeverlappen dünner Bleche als Beispiel 50 4.5.2.10 Umformendes Einspreizen. für 4.5.2.9 Verlappen.

A-A

C

S

F

S

C

D S

D

S A-A

51 Gemeinsames Durchsetzen von Blechteilen 52 Fügen zweier Rohre mithilfe eines Press- 53 Fügen eines Seils mit einer Crimphülse als mit nachfolgendem Stauchen (4.5.2.11 Durch- fittings als Beispiel für 4.5.2.12 Verpressen. Beispiel für 4.5.2.13 Quetschen. S: Seil, C: setzfügen). S: Stauchen, D: Dehnen. Crimphülse.

3 Fügeverfahren

141

54 4.5.3.1 Nieten.

55 4.5.3.2 Hohlnieten.

57 4.5.3.4 Hohlzapfennieten.

58 4.5.3.5 Zwischenzapfennieten.

N Nh W

St

M

F

F

1

2

59 4.5.3.6 Stanznieten. Arbeitsgänge 1 bis 4. 3

4

St Nietstempel N Niet Nh Niethüse W zu fügende Werkstücke M Matrize

56 4.5.3.3 Zapfennieten.

142

7.

XII Verbindungen

Fügen durch Schweißen (ON 4.6) & DIN 8593-6

Schweißverfahren sind für die Fügung sowohl von Metallteilen als auch von Kunststoffteilen anwendbar. Die in der Übersicht rechts (2 60) aufgelisteten Schweißverfahren sind – neben der grundsätzlichen Unterscheidung nach physikalischem Vorgang in Press- und Schmelzschweißverfahren – nach DIN 8593-6 gemäß den verschiedenen Energieträgern untergliedert und hinsichtlich ihrer Eignung für Metall- bzw. Kunststoffschweißen gekennzeichnet (2 61, 62). Die verschiedenen Energieträger stellen die zum Schweißen erforderliche Energie entweder durch Übertragen auf das (die) Werkstück(e) oder durch Umsetzen im (in den) Werkstück(en) bereit. Sie werden in der Norm – unabhängig davon, ob es sich um Metall- oder Kunststoffschweißung handelt – jeweils einer Ordnungsnummer zugewiesen: 1 Fester Körper 2 Flüssigkeit 3 Gas 4 Elektrische Gasentladung 5 Strahlung 6 Bewegung von Masse 7 Elektrischer Strom 8 Unbestimmt Beim Schweißen mit festem Körper, Flüssigkeit, Gas oder elektrischer Gasentladung wird die zum Schweißen erforderliche Energie dem (den) Werkstück(en) (von außen) zugeführt; beim Schweißen durch Strahlung, Bewegung von Masse oder elektrischen Strom entsteht dagegen die Wärmeenergie – bzw. mechanische Energie beim Kaltpressschweißen – durch Energieumsetzung innerhalb des Werkstücks.

3 Fügeverfahren

143

Gruppen

Untergruppen und zugehörige Unterteilungen

4.6 Fügen durch Schweißen DIN 8593-6

4.6.1 Pressschweißen 4.6.1.1 Pressschweißen durch festen Körper 4.6.1.2 Pressschweißen durch Flüssigkeit 4.6.1.3 Pressschweißen durch Gas 4.6.1.4 Pressschweißen durch elektrische Gasentladung 4.6.1.5 Pressschweißen durch Strahlung 4.6.1.6 Pressschweißen durch Bewegung von Masse 4.6.1.7 Pressschweißen durch elektrischen Strom 4.6.2 Schmelzschweißen 4.6.2.2 Schmelzschweißen durch Flüssigkeit 4.6.2.3 Schmelzschweißen durch Gas 4.6.2.4 Schmelzschweißen durch elektr. Gasentladung 4.6.2.5 Schmelzschweißen durch Strahlung 4.6.2.7 Schmelzschweißen durch elektrischen Strom Schweißverfahren für Kunststoffe Schweißverfahren für Metalle

unbeeinflusster Grundwerkstoff

Wärmeeinflusszone

unbeeinflusster Grundwerkstoff

Wärmeeinflusszone

Schweißnaht

60 Fertigungsverfahren der Gruppe Fügen durch Schweißen.

61 Schematische Darstellung einer Schmelzschweißverbindung nach DIN 1910-11. Schmelzlinie, Bindezone

Schweißnaht, Bindezone (Bindefläche)

62 Schematische Darstellung einer Pressschweißverbindung nach DIN 1910-11.

144

7.1

XII Verbindungen

Schweißen von Metallen (ON 4.6.1)

& DIN 1910-100

 Vorgang, der Metall(e) unter Aufwand von Wärme und/ oder Druck derart verbindet, dass sich ein kontinuierlicher innerer Aufbau [hier und im Folgenden: Hervorhebungen der Autoren] des verbundenen Metalles bzw. der verbundenen Metalle ergibt. Schweißzusatz, dessen Schmelztemperatur von gleicher Größenordnung ist wie die der (des) verbundenen Grundwerkstoffe(s), kann zugeführt werden. Das Ergebnis des Schweißens ist die Schweißnaht. Diese Definition schließt Beschichten ein. Es wird grundsätzlich zwischen zwei physikalischen Verfahren unterschieden:

7.1.1 Pressschweißen (ON 4.6.1.1)

• Pressschweißen: Schweißen, wobei ausreichend äußere Kraft aufgewendet wird, um an beiden Fügeflächen eine mehr oder weniger starke plastische Verformung zu bewirken, im Allgemeinen ohne Zugabe von Schweißzusatz. Gewöhnlich – jedoch nicht notwendigerweise – werden die Werkstücke an den Fügeflächen erwärmt, um das Verbinden zu ermöglichen oder zu erleichtern.

7.1.2 Schmelzschweißen (ON 4.6.1.2)

• Schmelzschweißen: Schweißen ohne Aufwenden äußerer Kraft, wobei die Fügefläche(n) angeschmolzen werden muss (müssen); gewöhnlich – jedoch nicht notwendigerweise – wird geschmolzener Schweißzusatz zugeführt (2 63–65).

7.2

Schweißen von Kunststoffen (ON 4.6.2)

Das Schweißen von Kunststoffen erfolgt auf dem Wege des Pressschweißens. Folgende Verfahren sind je nach Energieträger zum Schweißen von Kunststoffen einsetzbar:

& DIN 1910-3

• fester Körper: Heizelementschweißen; • Gas: Warmgasschweißen; • Strahl: Lichtstrahl-Extrusionsschweißen; • Bewegung: Ultraschallschweißen und Reibschweißen; • elektrischer Strom: Hochfrequenzschweißen. Die restlichen Energieträger sind für Kunststoffschweißen nicht einsetzbar.

3 Fügeverfahren

145

5 6 63 Schematische Darstellung des Lichtbogenhandschweißens nach DIN EN 14610 (Schmelzschweißverfahren).

3

7

4

8

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8

Werkstück Schweißfuge umhüllte Stabelektrode Lichtbogen Stabelektrodenhalter Schweißnaht Schlacke Energiequelle

K 3 1 3

4

64 Schematische Darstellung des zweiseitigen Punktschweißens nach DIN EN 14610 (Pressschweißverfahren). 1 2 3 4 K

2 K

Werkstück Schweißpunkt Punktschweißelektrode Energiequelle Kraftwirkung

K

3 65 Schematische Darstellung des Rollennahtschweißens nach EN 14610 (Pressschweißverfahren).

2

B 4

K

3

1

1 2 3 4 B K

Werkstück Schweißnaht Rollenelektrode Energiequelle Bewegung Werkstück Kraftwirkung

146

8.

XII Verbindungen

Fügen durch Löten (ON 4.7) & DIN 8593-7 & DIN ISO 857-2

Löten ist ein thermisches Verfahren zum Stoffvereinigen und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht (2 66). Die Solidustemperatur (Schmelztemperatur) der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht. Dies bedeutet, dass – anders als beim Schweißen – kein kontinuierliches Stoffgefüge über den Lötstoß hinweg hergestellt wird. Stattdessen entsteht infolge der Benetzung der Werkstückoberfläche durch die Lötphase, also durch das flüssige Lötmetall, und das anschließende Abbinden derselben eine kraftschlüssige Verbindung an der Lötnaht. Analog zum Schweißverfahren können auch beim Löten verschiedene Energieträger unterschieden werden, wie aus der Übersicht in  66 hervorgeht.

8.1

Verbindungs-Weichlöten (ON 4.7.1)

Fügen durch Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur unterhalb 450 ° C liegt. Die überwiegende Anzahl der Weichlote ist auf Zinn- und/oder Bleibasis aufgebaut.

8.2

Verbindungs-Hartlöten (ON 4.7.2)

 Fügen durch Löten mit Loten, deren Liquidustemperatur oberhalb 450 ° C liegt. Die Hartlote für Schwermetalle sind überwiegend kupferhaltige, oft auch edelmetallhaltige Nichteisenmetall-Legierungen. Für Leichtmetalle stehen Aluminium/Silicium-Hartlote zur Verfügung.

3 Fügeverfahren

147

Gruppen

Untergruppen und zugehörige Unterteilungen

4.7 Fügen durch Löten

4.7.1 Verbindungs-Weichlöten

DIN 8593-7

DIN 8505-3

4.7.1.1 Verbindungs-Weichlöten durch feste Körper 4.7.1.2 Verbindungs-Weichlöten durch Flüssigkeit 4.7.1.3 Verbindungs-Weichlöten durch Gas 4.7.1.5 Verbindungs-Weichlöten durch Strahlung 4.7.1.7 Verbindungs-Weichlöten durch elektrischen Strom 4.7.1.8 Ofen-Weichlöten 4.7.2 Verbindungs-Hartlöten

DIN 8505-3

4.7.2.2 Verbindungs-Hartlöten durch Flüssigkeit 4.7.2.3 Verbindungs-Hartlöten durch Gas 4.7.2.4 Verbindungs-Hartlöten durch elektr. Gasentladung 4.7.2.5 Verbindungs-Hartlöten durch Strahlung 4.7.2.7 Verbindungs-Hartlöten durch elektrischen Strom 4.7.2.8 Verbindungs-Hochtemperaturlöten

66 Fertigungsverfahren der Gruppe Fügen durch Schweißen.

5 5 6

6 3 7

7

4

3 4

2

2 1

1 67 Schematische Darstellung einer Spaltlötvorgangs mit Einzelbrenner (Brenner bewegt, Werkstück fest). 1 2 3 4 5 6 7

Werkstück Lötspalt Brenner breite Flamme Brenngasgemisch Lot Lötnaht

68 Schematische Darstellung eines Fugenlötvorgangs mit Einzelbrenner. 1 2 3 4 5 6 7

Werkstück Lötfuge Brenner spitze Flamme Acetylen und Sauerstoff Lot Lötnaht

148

XII Verbindungen

9. Kleben (ON 4.8)

Fügen unter Verwendung eines Klebstoffs, d. h. eines nichtmetallischen Werkstoffs, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann. Kleben ist der Oberbegriff und schließt alle Klebverfahren, auch solche mit speziellen Klebstoffen, z. B. Leim (= Klebstoff aus tierischen, pflanzlichen oder synthetischen Stoffen und Wasser), oder speziell geformten Werkstoffen, z. B. Kaschieren (= Kleben von Werkstofffolien), ein. Um eine optimale Adhäsion zu erreichen, muss der Klebstoff die Klebflächen wie eine Flüssigkeit benetzen. Zu diesem Zweck enthält er entweder Lösungs- oder Dispersionsmittel (Lösungsmittel bzw. Dispersions-Klebstoffe), oder er wird als Schmelze (Schmelz-Klebstoffe) bzw. als Gemisch reaktionsfähiger Stoffe (Reaktions-Klebstoffe) auf die zu klebenden Flächen aufgetragen. Das Abbinden (Verfestigen) der Klebschichten kann physikalisch (Verdunsten, Abkühlen) oder/und chemisch (Reaktion der Klebstoffkomponenten) erfolgen. Während ihres Abbindens sind alle Klebungen bis zum Erreichen der angestrebten Festigkeit unter ausreichendem Pressdruck in der gewünschten Fügelage zu fixieren. Das Abbinden vieler Klebstoffe, vor allem das der Reaktionsklebstoffe, vollzieht sich beschleunigt unter Wärmeeinwirkung.

& DIN 8593-8

Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen (ON 4.8.1)

Kleben mit Klebstoffen, die durch Abkühlen oder Verdunsten von Lösungs- oder Dispersionsmitteln abbinden. Folgende Verfahren sind zu unterscheiden:

9.1.1

Nasskleben (ON 4.8.1.1)

Kleben, bei dem die Klebstofffilme bei Vereinigung noch wesentliche Anteile Lösungs- oder Dispersionsmittel enthalten.

9.1.2

Kontaktkleben (ON 4.8.1.2)

Kleben, bei dem beim Berühren scheinbar trockene Klebstofffilme unter Druckeinwirkung vereinigt werden. Beim Kontaktkleben ist die Klebfähigkeit der Klebstofffilme nur eine begrenzte Zeit gegeben (Kontaktklebzeit).

9.1.3

Aktivierkleben (ON 4.8.1.3)

 Kleben, bei dem Klebstofffilme durch äußere Einwirkung klebfähig gemacht (aktiviert) werden. Beim Lösungsmittelaktivierkleben werden Klebstofffilme durch organische Lösungsmittel klebfähig gemacht. Am weitaus häufigsten sind Wärmeaktivierverfahren in der Praxis anzutreffen, und zwar in sehr unterschiedlichen Varianten. Beim Schmelzkleben, bei dem ein bei Raumtemperatur fester und lösungsmittelfreier Klebstoff als Schmelze aufgetragen wird, liegt unmittelbar nach dem Auftragen ein bereits wärmeaktivierter Klebstofffilm vor. Ein fester Klebstofffilm kann einer Verfahrensvariante entsprechend unmittelbar vor dem Vereinigen der Klebung, z. B. durch Strahlung, erwärmt werden. Ebenso kann die Wärme unmittelbar über die Füge-

9.1

3 Fügeverfahren

149

Gruppen 4.8 Kleben

Untergruppen und zugehörige Unterteilungen DIN 8593-8

4.8.1 Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen 4.8.1.1 Nasskleben 4.8.1.2 Kontaktkleben 4.8.1.3 Aktivierkleben 4.8.1.4 Haftkleben 4.8.2 Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen

69 Fertigungsverfahren der Gruppe Fügen durch Kleben.

70 Klebung von Holzlamellen zu einem Brettschichtholz im Pressbett.

150

XII Verbindungen

teile auf Klebstoffe, z. B. Pulverklebstoffe, Klebfolien (ohne Trägermaterial) bzw. Klebfilme (mit Trägermaterial), oder auf Klebstofffilme (Heißsiegeln), die sich bereits zwischen den Klebflächen befinden, wirken. 9.1.4

9.2

Haftkleben (ON 4.8.1.4)

Kleben, bei dem Klebstofffilme nach beliebiger Zeit schon unter geringem Druck haften. Während sich bei den anderen aufgeführten Klebverfahren Klebungen hoher Kohäsionsfestigkeit herstellen lassen, wird Haftkleben im Allgemeinen angewandt, wenn Klebungen geringerer Festigkeit ausreichen oder ein späteres Trennen der Klebungen ohne Materialbeschädigung angestrebt wird.

Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen (Reaktionskleben) (ON 4.8.2)

Kleben mit Klebstoffen, die durch chemische Reaktion, z. B. durch Vernetzen, abbinden (Reaktionsklebstoff).

3 Fügeverfahren

151

ON

Titel der Gruppe

Art des Zusammenhalts Lösbarkeit

4.1

Zusammensetzen

Schwerkraft (Reiben), Formschluss oder Federkraft

ohne Schädigung der Fügeteile lösbar

•

4.2

Füllen

Einschluss

ohne Schädigung der Fügeteile lösbar

•

4.3

An-, Einpressen

Kraftschluss

im Allgemeinen ohne Schädigung der Fügeteile lösbar

•

XII-5

4.4

Fügen durch Urformen

Formschluss, hervorgeru- im Allgemeinen ohne fen durch Urformen Schädigungoder Zerstörung der Fügeteile lösbar

•

XII-6

4.5

Fügen durch Umformen

Formschluss, hervorgeru- im Allgemeinen nur mit fen durch Umformen Schädigung oder Zerstörung der Fügeteile lösbar

•

XII-7

4.6

Fügen durch Schweißen

Stoffverbindung

nur durch Schädigung oder Zerstörung der Fügeteile lösbar

•

XII-8

4.7

Fügen durch Löten

Stoffverbindung

im Allgemeinen nur mit, teils jedoch auch ohne Schädigung oder Zerstörung der Fügeteile lösbar

–

4.8

Kleben

Adhäsion

im Allgemeinen nur mit Schädigung oder Zerstörung der Fügeteile lösbar; in Soderfällen ist ein Lösen nach dem Kleben ohne Schädigung möglich

•

71 Übersicht über die Fügeverfahren in Anlehnung an DIN 8593-0. Die Ordnungsnummer (ON) entspricht der Klassifikation der Norm und wird in der Untergliederung der Fertigungsverfahren Fügen im Text jeweils hinter der Verfahrensbezeichnung angegeben. Die Angaben der Spalte Art des Zusammenhalts sind lediglich als Orientierung

Einsatz in Primärtragwerken

siehe Teilkapitel

XII-4

XII-8

gedacht und können keinen Anspruch auf Allgemeingültigkeit erheben. Die Fügeverfahren in den kursiv dargestellten Gruppen besitzen für Verbindungen in Primärtragwerken, wie sie in den Unterkapiteln XII-4 bis XII-8 diskutiert werden, – mit einzelnen Ausnahmen – keine wesentliche Bedeutung und sind dort deshalb nicht enthalten.

152

XII Verbindungen

Anmerkungen

1

2 3

Im Folgenden werden für die aufgeführten Fügeverfahren die zugehörigen Ordnungsnummern (ON) gemäß DIN 8593 genannt. Der Text sowie die meisten Beispiele, die in diesem Kapitel enthalten sind, stammen aus der DIN 8593. Das zwischenzeitlich als Gruppe 4.9 eingeführte Textile Fügen wurde im Februar 1990 wieder aus der DIN-Norm zurückgezogen. Die beim Fügen von Textilien eingesetzten Fügeverfahren lassen sich im Wesentlichen auch in den anderen Gruppen der Norm einordnen.

3 Fügeverfahren

DIN 1910: Schweißen und verwandte Prozesse Teil 3: 1977-09 Schweißen von Kunststoffen, Verfahren Teil 11: 1979-02 Werkstoffbedingte Begriffe für Metallschweißen Teil 100: 2008-02 Metallschweißprozesse mit Ergänzungen zu DIN EN 14610:2005 DIN 8593: Fertigungsverfahren Fügen Teil 0: 2003-09 Allgemeines; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 1: 2003-09 Zusammensetzen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 2: 2003-09 Füllen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 3: 2003-09 Anpressen, Einpressen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 4: 2003-09 Fügen durch Urformen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 5: 2003-09 Fügen durch Umformen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 6: 2003-09 Fügen durch Schweißen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 7: 2003-09 Fügen durch Löten; Einordnung, Unterteilung, Begriffe Teil 8: 2003-09 Kleben; Einordnung, Unterteilung, Begriffe DIN ISO 857: Schweißen und verwandte Prozesse – Begriffe Teil 2: 2007-03 Weichlöten, Hartlöten und verwandte Begriffe

153

Normen und Richtlinien

XII-4 ZUSAMMENSETZEN ZUSAMMENSETZEN VON MAUERSTEINEN

Zusammensetzen von Mauersteinen ☞ 2., S. 158

ZUSAMMENSETZEN VON HOLZBAUTEILEN

längs anstoßende Stäbe

quer anstoßende Stäbe

übereck anstoßende Stäbe

schräg anstoßende Stäbe

☞ 3.1, S. 160

☞ 3.2, S. 162

☞ 3.3, S. 164

☞ 3.4, S. 164

ZUSAMMENSETZEN VON STAHLBAUTEILEN

Auflegen – Träger auf Träger

Auflegen – Träger auf Stütze

Auflegen – Stützenanschlüsse

Auflegen – Stützenanschlüsse

☞ 4.1.1, S. 172

☞ 4.1.2, S. 172

☞ 4.1.3, S. 173

☞ 4.1.3, S. 175

Verbindungen mit Gelenkbolzen

☞ 4.2, S. 176

ZUSAMMENSETZEN VON STAHLBETONFERTIGTEILEN

Zusammensetzen von Stahlbetonfertigteilen ☞ 5., S. 180

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines...............................................................156 1.1 Schlussarten.......................................................156 1.2 Merkmale...........................................................156 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................157 2. Zusammensetzen von Mauersteinen........................158 3. Zusammensetzen von Holzbauteilen.........................160 3.1 Verbindungen längs anstoßender Stäbe............160 3.2 Verbindungen quer anstoßender Stäbe.............162 3.3 Verbindungen übereck anstoßender Stäbe.......164 3.4 Verbindungen schräg anstoßender Stäbe..........164 3.5 Mechanisches Wirkprinzip.................................166 3.6 Geometrische Vorgaben für Versätze................166 3.7 Moderne CNC-gefertigte formschlüssige Holzverbindungen..............................................168 3.8 Konstruktive Standardlösungen für zusammengesetzte Verbindungen des ingenieurmäßigen Holzbaus........................169 4. Zusammensetzen von Stahlbauteilen........................171 4.1 Verbindungen durch Auflegen............................172 4.1.1 Träger auf Träger.......................................172 4.1.2 Träger auf Stütze.......................................172 4.1.3 Stützenanschlüsse....................................173 4.2 Verbindungen mit Gelenkbolzen........................176 5. Zusammensetzen von Stahlbetonfertigteilen............180 5.1 Ausführung.........................................................180 5.2 Mechanisches Wirkprinzip.................................180 5.3 Formgebung.......................................................182 Anmerkungen..................................................................183 Normen und Richtlinien..................................................183

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

156

XII Verbindungen

1. Allgemeines

Verbindungen, die durch das Verfahren des Zusammensetzens hergestellt werden, sind nach Norm durch die Vorgänge des Auflegens, Einlegens, Ineinanderschiebens, Einhängens oder Einrenkens gekennzeichnet.

☞ DIN 8593, ON 4.1, zusammengefasst in Kap. XII-3 Fügeverfahren

1.1 Schlussarten ☞ Vgl. hierzu die Definitionen im Kap. XII-2, Abschn. 3 Prinzipien der Kraftübertragung an der Berührfläche – die Schlussarten und die schlusserzeugenden Kräfte, S. 98 ff

Die bei dieser Verbindungsart zur Wirkung kommenden Schlussarten sind: • infolge Schwerkraft ein Gravitationsschluss g; • reiner Formschluss f (mit Spiel), ggf. auch in der Variante des quasi-Formschlusses Ef (ohne Spiel), auch als steifer Kraftschluss bezeichnet; • infolge Federkraft, also elastischer Kraftschluss E.

✏ Fortan werden die Ordnungsgruppen nach DIN 8593, wie sie im Kap. XII-3 Fügeverfahren eingeführt wurden, mit der zugehörigen Ordnungsnummer (ON) gekennzeichnet.

1.2 Merkmale

Diesen Schlussarten ist gemeinsam, dass die Kraft über Druckkontakt an definierten Bauteilflächen übertragen wird. Dieser Druck ist ständig zu gewährleisten; ansonsten klafft die Fuge und die Verbindung könnte sich – in umgekehrter Montagerichtung – lösen oder auseinanderfallen. Um dies zu verhindern, müssen zusammengesetzte Verbindungen zusätzlich gegen Auseinanderfallen gesichert werden. Es kommen für diese sekundäre Verbindungssicherung im Prinzip alle Schlussarten infrage. Verbindungen durch Zusammensetzen sind lösbar und sind ferner durch die Eigenschaft gekennzeichnet, nicht in Richtung der wirkenden Schlusskraft demontierbar zu sein. Zusammengesetzte formschlüssige Verbindungen unterscheiden sich von Pressverbindungen in erster Linie durch das im unbelasteten Zustand stets herrschende lose Spiel zwischen den Verbindungspartnern. Erst die Last, oder ggf. bereits die Gravitationskraft vor Belastung, führt die Kontaktflächen aneinander und überträgt die Kraft über Druck. Das lose Spiel ist erforderlich, um die Verbindungspartner während der Montage überhaupt räumlich zusammenführen zu können. Da die Kraftübertragung durch Druckkontakt erfolgt, ist zu gewährleisten, dass eine ausreichende Kontaktfläche dauerhaft wirken kann. Gegenüber Verformungen der Kontaktflächen reagieren zusammengesetzte Verbindungen im Allgemeinen empfindlich. Dies gilt beispielsweise für formschlüssige Holzverbindungen des handwerklichen Zimmermannsbaus, die sich durch Schwinden oder Querpressung des Holzes ungünstig verformen können. Kontaktflächen müssen satt und möglichst vollflächig aufeinander anliegen, um den Druck gut verteilt übertragen zu können. Dies ist bei parallelen, glatten, insbesondere ebenen Kontaktflächen im Regelfall unproblematisch. Bei Werkstoffen wie insbesondere den mineralischen (Betonfertigteile, Ziegel- oder Steinmauerwerk) ist es oftmals erforderlich, Zwischenschichten aus plastischem (Mörtel)

4 Zusammensetzen

oder elastischem Material (Elastomerlager) zwischen die Kontaktflächen einzubringen, um eine zuverlässige Druckverteilung zu ermöglichen. Das Zusammensetzen ist ein elementares Fügeverfahren, das bei den einfachsten Bauweisen zum Einsatz kommt. Das Schichten oder Aufeinanderlegen von Bausteinen oder sonstigen Bauelementen gehört zu den unmittelbarsten und ältesten Baumethoden. Anders als bei anderen Fügeverfahren, bei denen die Verbindung der Fügeteile durch gesonderte, für das Fügeverfahren eigens hergestellte Verbindungsmittel realisiert wird, erfolgt die Fügung durch Zusammensetzen häufig unmittelbar, d. h. durch Zusammenführen der Fügeteile selbst ohne Mitwirkung eines Verbindungsmittels. Dies gilt insbesondere für die zahlreichen zusammengesetzten formschlüssigen Verbindungen, deren Schlusswirkung – wie am Namen ablesbar – auf der Form des Fügeteils beruht. Es ist zweifellos kein Zufall, dass diejenigen Bauweisen am häufigsten vom Fügeverfahren des Zusammensetzens Gebrauch machen, bei denen die Werkstoffcharakteristik oder das Herstellungsverfahren einer komplexeren Formgebung der Bauteile in der Verbindung förderlich ist. Dies galt für handwerklich gefertigte Holzbauteile des traditionellen Zimmermannsbaus, die mit verhältnismäßig einfachen Mitteln in Handarbeit hergestellt wurden, wie auch für ge-wisse Stahlbetonfertigteilbauweisen der 1960er und 1970er Jahre, bei denen Verbindungen mit aufwendigeren Formgebungen zum Einsatz kamen. Auch moderne CNCgefertigte formschlüssige Holzverbindungen veranschaulichen diesen Zusammenhang zwischen Fügeverfahren und Werkstoffcharakteristik, da durch die Verwendung von Digitaltechnik der Aufwand zur Herstellung geometrisch schwierigerer Anschlüsse – sowohl in der Planung wie auch in der Herstellung – deutlich herabgesetzt werden kann. Im Stahlbau stellen formschlüssige Verbindungen eher die Ausnahme dar. Obgleich Verbindungen durch Zusammensetzen den Vorteil der leichten und schnellen Montierbarkeit bieten, wird diese Möglichkeit in der modernen Bautechnik, vornehmlich wegen der mit der Herstellung verbundenen verhältnismäßig hohen Kosten, im Allgemeinen nicht wirklich umfänglich genutzt.

157

Fügeverfahren und Bauweise

1.3

158

XII Verbindungen

2. 2. Zusammensetzen von Mauersteinen

Mauersteine werden nach dem Prinzip des Zusammensetzens gefügt. Die für die Stabilität eines Mauerverbands wesentliche Schlussart ist der senkrecht zur Lagerfuge wirkende Gravitationsschluss g, der beim schichtenweise Zusammensetzen zur Wirkung kommt. Der adhäsive Kraftschluss  m einer etwaigen Mörtelfuge hat dabei eine nur zweitrangige Bedeutung. Horizontale Beanspruchungen des Mauerverbands werden vorwiegend durch den tangential zur Lagerfuge wirkenden tangentialen Kraft- bzw. Reibschluss r gesperrt, der indessen wiederum auf der Wirkung der Gravitationskraft, d. h. auf der rechtwinklig zur Lagerfuge wirkenden lotrechten Last beruht. Es wird deutlich, dass sowohl g als auch r abhängig sind von einer lotrecht – also rechtwinklig zur Lagerfuge – wirkenden Last: der Eigenlast des jeweiligen Steins sowie der Last aller über ihm liegender Steine zuzüglich der in die Mauer eingeleiteten zusätzlichen Auflasten – beispielsweise Deckenlasten. Kraftwirkungen in der Stoßfuge sind für das Tragverhalten des Mauerverbands von eher untergeordneter Bedeutung. Moderne Ziegelprodukte verzichten, u. a. auch deshalb, auf eine Vermörtelung der Stoßfugen und führen diese stattdessen formschlüssig verzahnt aus (wie beispielsweise im linken Schaubild bzw. in 2 2 dargestellt). Die mechanische Wirkungsweise eines Mauerverbands wird in verschiedenen Kapiteln dieses Werks angesprochen a und ist in 2 1 mit den zur Wirkung kommenden Schlussarten im Überblick veranschaulicht.

☞ a Band 1, Kap. IV-3, Abschn. 5. Mechanische Eigenschaften, S. 255 ff sowie Band 1, Kap. V-1 Künstliche Steine, S. 354 ff sowie Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.3.2 Verband – druckkraftwirksame Übergreifung, S. 596 ff

4 Zusammensetzen

159

Mauersteine a und b1, b2 im Trockenmauerverband (unmittelbare Verbindung)

E Eigenlast A Auflast

a A

➝ y: Gravitationsschluss: infolge Eigenlast E von a und Auflast A

E

b1

➝ yz, xy: Gravitationsschluss: Kippbehinderung durch Eigenund Auflast

b2

Mauersteine a und b1, b2 im Mauerverband mit Mörtelschicht c (mittelbare Verbindung)

A

S a,b = 1,2

a

(

r

r

g

g

g

Ef

r

r

r

r

g

g

)

➝ zx: Reibschluss gegen Verdrehen in der Lagerfläche: infolge Eigen- und Auflast E, A bzw. Formschluss f: Verdrehungsbehinderung durch seitlich anstoßende Mauersteine

A

➝ x, z: Reibschluss gegen Gleiten in der Lagerfläche: infolge Eigen- und Auflast E, A

E

c

b1

S a,b =

y x

b2

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b1, b2 als gestellfest angenommen

1 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Verbindung von Mauersteinen im Verband, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

2 Schichten moderner Leichthochlochziegel mit Dünnbettmörtelschicht.

160

XII Verbindungen

3. 3. Zusammensetzen von Holzbauteilen

Das Zusammensetzen von Holzbauteilen ist ein Fügeverfahren, das vorwiegend im handwerklich geprägten, zimmermannsmäßigen Holzbau zum Einsatz kommt. Aber auch ein einfaches Aufeinanderlegen zweier Holzbalken, wie es naturgemäß auch häufig im modernen ingenieurmäßigen Holzbau vorkommt, gehört in die Kategorie zusammengesetzter Verbindungen. Im Folgenden sollen die wichtigsten formschlüssigen Holzbauverbindungen in ihren grundlegenden Eigenschaften diskutiert werden.1

3.1 Verbindungen längs anstoßender Stäbe

Wesentliche zusammengesetzte Holzbauverbindungen zwischen längs in einer Achse anstoßenden Stäben sind die folgenden:



Gerader Stoß (stumpf)

Sicherung beispielsweise mit Bauklammer als Pfettenstoß über einem Pfosten (2 3), oder als lotrechter Stützenstoß. Im letzten Fall gute Lastübertragung durch vollflächigen Druckstoß.



Gerader Stoß (Schrägschnitt)

Wie oben, jedoch bessere Auflagerung auf Pfosten (2 4). Nicht als Druckstoß (z.B. Stützenstoß) geeignet.



Blattstoß gerade

Überblattung der beiden Stäbe; zusätzliche Sicherung beispielsweise durch Nagelung (2 5) oder durch Bolzen (2 6).



Blattstoß gerade mit Schrägschnitt

Wie oben, jedoch formschlüssige Sicherung gegen lotrechtes Abheben durch Schrägschnitt; zusätzlich Sicherung gegen seitliches Gleiten durch Bolzen (2 7).

Zapfenstoß

Seitlich durch Formschluss gesicherte Zapfenverbindung mit Bolzensicherung gegen lotrechtes Verschieben (2 8).



Blattstoß schräg

Schräger Blattschnitt erlaubt Querkraftübertragung (beispielsweise bei einem Gerber-Pfettenstoß). Am günstigsten als aufgehängter Stoß (rechter Abschnitt am linken hängend) zur Verhinderung des Aufreißens des Pfettenquerschnitts. Dann Lastübertragung über Bolzen (2 9).



Hakenblattstoß gerade

Verzahnung der beiden Querschnitte: Übertragung von axialem Druck über insgesamt volle Querschnittsfläche durch Formschluss (Druckkontakt) sowie auch von axialem

4 Zusammensetzen

161

Zug (dann jedoch deutliche Querschnittsschwächung). Sicherung gegen Trennen der Verbindung beispielsweise durch Bolzen (2 10).

3 Gerader Stoß: Verlängerung eines Holzes durch stumpfes Ansetzen eines anderen auf einer Unterstützung (z. B. Pfosten), Sicherung durch Bauklammer.

4 Gerader Stoß, Schrägschnitt: Verlängerung eines Holzes durch Ansetzen eines anderen auf einer Unterstützung (z. B. Pfosten), Sicherung durch Bauklammer und Kammausschnitt.

5 Gerades Blatt: Verlängerung eines Holzes durch Auf- oder Ansetzen eines anderen, Sicherung gegen Abheben und seitliches gleiten durch Vernagelung.

6 Gerader Blattstoß mit Bolzensicherung 7 Gerader Blattstoß mit Schrägschnitt. Abhe- 8 Gerader Zapfenstoß mit Schrägschnitt mit gegen Abheben und seitliches Gleiten. ben durch Formschluss (Schrägschnitt) behin- Bolzensicherung gegen Abheben. dert, Bolzensicherung gegen seitliches Gleiten.

9 Schräger Blattstoß mit Bolzensicherung ge- 10 Gerader Hakenblattstoß mit Bolzensichegen Abheben und seitliches Gleiten. rung gegen Abheben und seitliches Gleiten.

162

XII Verbindungen

3.2 Verbindungen quer anstoßender Stäbe Kreuzblatt

Wesentliche zusammengesetzte Holzbauverbindungen zwischen quer zueinander anstoßenden Stäben sind die folgenden: Höhengleiche (volle) Überblattung von zwei quer verlaufenden Stäben; wegen starker Querschnittsschwächung ist der Stoß zur Übertragung axialer Kräfte nicht geeignet, sondern beispielsweise für Schwellen. Formschlüssige Sicherung gegen Gleiten. Bei Schwellhölzern Sicherung gegen Abheben der Verbindung in der Regel durch Auflast (2 11). Ausführung als T-Stoß mit Bolzensicherung in 2 12.

Queranschluss von Balken

Queranschluss von Balken mit einfachem Zapfen (links) oder einfachem Blatt (rechts) (2 13). Es ist jeweils auf die Querzugfestigkeit der Verbindung zu achten.

Aufgesetzter Stoß

Einfaches Aufsetzen eines Holzes auf dem anderen. Es ist eine Zusatzsicherung gegen Gleiten und Abheben vorzusehen (2 14, siehe auch Schlussartenmatrix in 2 29).

Kammstoß

Nicht höhengleiche Verbindung zweier quer zueinander verlaufender Hölzer (z. B. Balken auf Unterzug oder Schwelle: Aufverbindung) durch Aufsetzen wie oben, jedoch mit formschlüssiger Sicherung gegen Gleiten mittels Verkämmung (2 15). Sicherung gegen Abheben beispielsweise durch Auflast.

T-Stoß mit Hartholzsattel

Aufsetzen eines Balkens oder einer Pfette auf einem Pfosten (2 16). Zwischenstück (Sattel) aus Hartholz zur Verringerung der Querpressung auf dem liegenden Holz. Krafteinleitung in das stehende Holz des Pfostens längs zur Faser.

Zapfen und Zapfenloch

Stumpfe T-Verbindung quer zueinander verlaufender Stäbe mit Zapfensicherung gegen seitliches Ausweichen (2 17). Klassische Auflagerung von Ständern auf Schwellen im Ständer- und Fachwerkbau. Schwächung des Querschnitts durch Zapfen (kein Kontakt zwischen Zapfen und Lochgrund). Hier Sicherung gegen Abheben durch Holznagel.

Stumpfer Ständerstoß

Querverbindung zweier Hölzer ohne Querschnittsschwächung. Beispiel: Aufsetzen eines Ständers auf einer Schwelle im Holzrippenbau (2 18). Sicherung gegen seitliches Verschieben durch seitliche Schrägnagelung. Auch als stumpfer Stoß mit Holzverbinder ausführbar.

Keilgesicherte Verzapfung

Durch Eintreiben von Keilen werden Zapfenverbindungen geschlossen und gleichzeitig gegen Lösen gesichert. Die Keilform des Sicherungskeils bzw. des Zapfens selbst (wie in 2 19) stellt eine Verspannung der Verbindung her.

4 Zusammensetzen

11 Kreuzblatt: Höhengleiche Kreuzverbindung 12 Überblattung: Sicherung durch Bolzen. zweier Stäbe.

163

13 Queranschluss von Balken: einfacher Zapfen (links) und einfaches Blatt (rechts), ggf. Sicherung durch Bauklammern.

14 Aufgesetzter Stoß: einfaches Aufsetzen 15 Kamm: Querverbindung zweier Stäbe durch 16 T-Stoß mit Hartholzeinlage. zweier quer verlaufender Stäbe, Sicherung Aufsetzen, Sicherung gegen Gleiten durch gegen Gleiten durch Reibung (infolge Auflast). Verkämmung.

17 Zapfen mit Zapfenloch: T-Stoß zweier Stäbe, 18 Genagelter Stumpfstoß: Auf Schwelle 19 Keilgesicherte Zapfenverbindung mit aufgesetzte Rippe im Holzrippenbau, Sicherung Keilwirkung durch schwalbenschwanzförmigen Sicherung durch Holznagel. durch seitliche Schrägnagelung. Zapfen.

164

XII Verbindungen

3.3 Verbindungen übereck anstoßender Stäbe

Glattes Eckblatt

Wesentliche zusammengesetzte Holzbauverbindungen zwischen übereck anstoßenden Stäben sind die folgenden: Höhengleiche Eckverbindung zweier Hölzer durch volles Überblatten (2 20). Sicherung gegen seitliches Gleiten durch Nagelung. Gängiger Schwellenstoß im Ständer-, Fachwerkund Holzrippenbau.

Scherblatt

Zweischnittige Ausführung des überblatteten Eckstoßes (2 21). Sicherung durch Nagelung oder durch Bolzen.



Beispielhafte Eckverbindung gestapelter Hölzer im Blockbau (2 22). Formschlüssige Sicherung gegen Verschieben und Kippen durch Eckknoten. Klassische Ausführung mit überstehenden Vorköpfen.

Glatter Viertelsblattstoß

3.4 Verbindungen schräg anstoßender Stäbe

Wesentliche zusammengesetzte Holzbauverbindungen zwischen schräg zueinander anstoßenden Stäben sind folgende:



Abgestirnter Strebenzapfen

Einfache Schrägverbindung zweier Hölzer mit Verzapfung, Zapfen an der Vorderkante senkrecht zur Faserrichtung des durchlaufenden Holzes geschnitten (2 23). Klassischer Strebenanschluss. Wegen der beschränkten Druckkontaktfläche an der Zapfenstirn können nur kleinere Kräfte entlang der Achse des durchlaufenden Holzes übertragen werden. Für größere Kräfte sind Versätze erforderlich.



Glatter Stirnversatz

Schräganschluss von Hölzern zur Übertragung größerer Kräfte (2 24). Herkömmlicher Sparrenfußpunkt auf Bundbalken oder Strebenanschluss an Schwelle oder Pfette – wie beispielsweise beim Kopfband oder beim Bug. Übertragung der lotrechten Kraftkomponente über Auflagefläche, der waagrechten über Stirnfläche. Beanspruchung des Vorholzes auf Abscheren (Mindestvorholzlänge erforderlich). Querpressung des waagrechten Holzes. Die Neigung des schräg anstoßenden Holzes bestimmt das Verhältnis zwischen beiden Kraftkomponenten. Hier: Sicherung der Verbindung gegen seitliches Verschieben mittels Bolzen.



Stirnversatz mit abgestirntem Strebenzapfen

Sicherung des Versatzes gegen seitliches Verschieben durch Verzapfung (2 25). Verkleinerung der Auflagefläche gegenüber dem glatten Stirnversatz; leichte Vergrößerung der Stirnfläche durch Zapfenstirn.



Doppelter Versatz mit abgestirntem Strebenzapfen

Vergrößerung der wirksamen Stirnfläche durch Verdoppelung des Versatzes (2 26) in Form von Stirn- und Rückversatz. Hohe Ausführungsgenauigkeit nötig zwecks satten Aufliegens beider Kontaktflächen. Sicherung gegen seitliches Verschieben durch Verzapfung.



Fersenversatz mit abgestirntem Strebenzapfen

Verlagerung der Stirnfläche in den rückwärtigen Bereich (Rückversatz) (2 27). Dadurch Vergrößerung der wirksamen

4 Zusammensetzen

165

20 Glattes Eckblatt: Fügung zweier Hölzer 21 Scherblatt: Fügung zweier Hölzer übereck 22 Glatte Viertelsblattverbindung für den übereck mit einschnittiger Verbindung. Siche- mit zweischnittiger Verbindung. Sicherung Blockbau: Aufsetzen quer verlaufender Stäbe, rung durch Vernagelung. Sicherung gegen Gleiten durch Überblattung. durch Vernagelung.

23 Abgestirnter Strebenzapfen (ohne Ver- 24 Glatter Stirnversatz mit Bolzensicherung. 25 Stirnversatz mit Zapfen. satz).

26 Doppelter Versatz mit Zapfen.

27 Fersenversatz mit abgestirntem Streben- 28 Versatz mit Aufholz. zapfen.

166

XII Verbindungen

Vorholzlänge gegenüber dem einfachen Stirnversatz. Sicherung gegen seitliches Verschieben mittels Zapfen.

3.5

Versatz mit Aufholz

Vergrößerung der druckübertragenden Stirnfläche auf den gesamten Querschnitt der Strebe durch Aufbringen eines aufgenagelten Aufholzes (2 28). Zusätzliche Sicherung gegen seitliches Verschieben erforderlich.

Mechanisches Wirkprinzip

Zimmermannmäßige Holzbauverbindungen, wie sie in den vorigen Abschnitten 3.1 bis 3.4 diskutiert wurden, beruhen im Wesentlichen auf der Wirkung des Formschlusses f. Bei einfachem Aufsetzen von Hölzern (2 29) wird die Hauptbelastung über Druckkontakt an der Auflagefläche übertragen. Zusätzlich ist eine Sicherung gegen Abheben erforderlich: Diese ist im Regelfall, abhängig vom statischen System, zumeist durch die Auflast (Gravitationsschluss g) – beispielsweise bei Deckenbalken – gewährleistet. Montagesicherungen sind möglicherweise dennoch erforderlich. Je nach Querschnittsproportionen des aufgesetzten Holzes (d/h) erfolgt die seitliche Kippsicherung des Stabs durch Gravitationsschluss g oder alternativ durch zusätzliche Halterung – z. B. Holzverbinder. Schlanke stehende Querschnitte sind hinsichtlich Kippen naturgemäß besonders gefährdet. Dies ist vor allem bei Balkenlagen zu berücksichtigen. Beispielhaft für alle formschlüssigen Verbindungen des Holzbaus werden in 2 30 zwei Varianten einer Zapfenverbindung hinsichtlich der zur Wirkung kommenden Schlussarten untersucht. Steht die Verbindung nicht unter einer ständig wirksamen Vorspannung (2 30 Fall 1), herrscht im unbelasteten Zustand an jeder (möglichen) Kontaktfläche ein loses Spiel. Es wirkt jeweils stets ein Formschluss f. Erst bei Belastung in einer beliebigen Richtung schließen sich die Kontaktflächenpaare. Wie bei allen formschlüssigen Verbindungen ist auch diese gegen Lösen in entgegengesetzter Montagerichtung zu sichern (➝ y). Steht die Verbindung bereits während der Montage unter der Wirkung der Eigenlast oder einer Auflast (2 30 Fall 2), schließen sich die entsprechenden Kontaktflächenpaare gewissermaßen planmäßig. Bis das lose Spiel zwischen den restlichen Kontaktflächenpaaren infolge entsprechender Belastung überwunden ist, können andere Schlussarten als der Formschluss zur Wirkung kommen, beim gezeigten Beispiel in 2 30 rechts beispielsweise der Reibschluss an den Kontaktflächen. Bei Erreichen einer bestimmten Kraftgröße baut sich der Schlupf ab und es kommt ein quasiFormschluss Ef an den Kontaktflächenpaaren – in diesem Beispiel an der Zapfenflanke – zur Wirkung.

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.4 Element aus einachsig gespannten Rippen, S. 605 ff, insbesondere 2 197 bis 199

3.6

Geometrische Vorgaben für Versätze

Die Geometrie der Ausführung eines Stirnversatzes ist in 2 31 angegeben. Die Stirnfläche wird derart eingeschnitten, dass der Kraft-Faser-Winkel an beiden aufeinandertreffenden Hölzern möglichst klein ist. Er ergibt sich jeweils zu a/2, wobei a der Winkel zwischen beiden Stäben ist. Die

4 Zusammensetzen

167

Holzstab a auf Holzstab b aufgesetzt (unmittelbare Verbindung)

➝ y: Gravitationsschluss: infolge Eigenlast E und Auflast A

E Eigenlast A Auflast

➝ yz: Gravitationsschluss: Kippbehinderung durch Eigen- und Auflast, i. A. nicht maßgeblich, da mehr als ein Auflager wirksam

A

a h

E h/2

SAa,b= b

d/2

(

r

r

g

g

g

Ef

r

r

r

r

g

g

)

➝ zx: Reibschluss gegen Verdrehen in der Lagerfläche infolge Eigen- und Auflast jedoch i. A. nicht maßgeblich, stattdessen Formschluss f: Verdrehungsbehinderung durch Halterung an mehr als einem Punkt ➝ xy: Gravitationsschluss: Kippbehinderung durch Eigen- und Auflast, abhängig vom Verhältnis von Kipphebelarm h/2 und Reaktions-hebelarm d/2, d. h. der Schlankheit des Querschnitts von a

d/2 d

Sa,b =

y x

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

➝ x, z: Reibschluss gegen Gleiten in der Lagerfläche infolge Eigen- und Auflast (Mindestlast E, A erforderlich)

b als gestellfest angenommen

29 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Verbindung von aufeinander gesetzten Holzstäben, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b. Holzstab a in Holzstab b verzapft, allgemeine Lage (unmittelbare Verbindung)

Holzstab a auf Holzstab b aufgesetzt und verzapft, lotrechte Lage (unmittelbare Verbindung)

➝ y: keine Bindung: zusatzliche Sicherung gegen Lösen der Verbin- dung durch Stift oder externe Halterung: Formschluss (f oder Ef)

1

SAa,b=

2

1

E Eigenlast A Auflast

f

f

f

0/f f

f

f

f

f

f

f

➝ yz, xy: Formschluss am Zapfen

)

➝ zx: Formschluss am Zapfen ➝ x, z: Formschluss am Zapfen

2

A

a

a loses Spiel

(

f

(E, A) loses Spiel

loses Spiel

b

Auflagefläche, loses Spiel wenn keine E, A

b

S

A

a,b

=

(

r/Ef r/Ef g/Ef g/Ef g

Ef

r/Ef r/Ef

r/Ef r/Ef g/Ef g/Ef

)

➝ y: Gravitationsschluss: infolge Eigenlast E und Auflast A oder alternativ Sicherung gegen Herausziehen, beispielsweise durch Stift (Schlussart f oder Ef) ➝ yz, xy: Gravitationsschluss: zunächst Kippbehinderung durch Eigen- und Auflast, nach Überwindung des Spiels: quasi-Formschluss Ef am Zapfen ➝ zx: Reibschluss an der Auflagefläche, nach Überwindung des Spiels am Zapfen: quasi-Formschluss Ef

y

Sa,b =

y x

x

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

➝ x, z: Reibschluss gegen Gleiten in der Auflagefläche infolge Eigen- und Auflast, nach Überwindung des Spiels: quasi-Formschluss Ef am Zapfen 30 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Verbindung von verzapften Holzstäben, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

168

XII Verbindungen

h/4 für γ ≤ 50°

tv ≤

Vorholz H1

β/2

h

tv

H1

31 Ausführung eines einfachen Stirnversatzes. Einschnitttiefe tv. Rechts Darstellung der Kraftverhältnisse im Versatz infolge der angreifenden axialen Last F. Es sind jeweils die Größenordnungen der aufzunehmenden Kraftkomponenten F1 und F2 erkennbar. Die Kraftkomponente F1 an der Stirnfläche erzeugt

33 Vollautomatische Herstellung der in 2 32 dargestellten Zapfenverbindung.

α/2

R1

lv

32 CNC-gefertigte selbstzentrierende keilförmige Schwalbenschwanzverbindung am Anschluss eines Schiftsparrens am Gratsparren (Herst. Fertigungsanlage: Hundegger).

F F

F1

α

3.7 Moderne CNC-gefertigte formschlüssige Holzverbindungen

F2

α/2

H2

β/2

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2 Werkstoff und Fügung, 2 18, Variante 1.2, S. 113

F1

Scherebene

h/6 für γ > 60°

F1

α

F2 R2

parallel zur Faserrichtung des eingeschnittenen Holzes die Kraft H1, welche ihrerseits eine Scherbeanspruchung am Vorholz hervorruft. Dieser ist eine ausreichende Vorholzlänge lv entgegenzusetzen.

Einschnitttiefe t v ist gemäß DIN 1995-1-1 vorgeschrieben. Die ausreichende Vorholzlänge lv verhindert das Abscheren des Vorholzes. Seit einigen Jahren sind digital gesteuerte vollautomatisierte Abbundanlagen im Einsatz, die imstande sind, komplexe Schnittgeometrien für formschlüssige Holzverbindungen mit großer Präzision und vertretbarem Aufwand am Holzbauteil zu schneiden, bohren oder fräsen. Sie ermöglichen gleichsam eine Wiederkehr der traditionellen zimmermannsmäßigen Verbindungen – sowie auch neuere Verbindungsvarianten – wie sie ehedem mit handwerklichen Mitteln hergestellt wurden. Neben herkömmlichen Lösungen wie Schifter-, Hexen- Kerven- oder Hakenblattschnitten sind auch anspruchsvollere Lösungen herstellbar, die – zumindest in Europa – nicht zum Repertoire der üblichen Zimmermannsverbindungen gehörten, wie etwa selbstzentrierende schwalbenschwanzförmige Keilverbindungen (2 32, 33). Die geometrischen Daten werden unmitelbar aus der CAD-Software des Konstrukteurs in das Abbundsystem

4 Zusammensetzen

169

eingegeben. Die Beschickung der Maschinen erfolgt automatisch ohne manuelle Vorsortierung mithilfe von Greif- und Führungswagen, Bauteilabmessungen können automatisch erfasst werden, es ist auch eine automatische Etikettierung möglich.2 Formschlüssige Verbindungen durch Zusammensetzen von Holzbauteilen waren im zimmermannsmäßigen Holzbau praktisch die konstruktive Standardlösung für Verbindungen, haben heute aber zugunsten von andersartigen Verbindungen, insbesondere solchen des An- und Einpressens bzw. des Klebens, deutlich an Bedeutung verloren. Dennoch erfreuen sie sich neuerdings einer verstärkten Anwendung dank der präzisen Bearbeitungsmöglichkeiten des Holzes durch automatisierte Abbundanlagen. Verbindungen durch Zusammensetzen haben im Holzbau, wie in anderen Bauweisen auch, den Vorteil, relativ einfach hergestellt werden zu können. Es muss keine Anpresskraft aufgebracht oder Verbindung hergestellt werden; häufig genügt einfaches Auf- oder Einsetzen. In solchen Fällen ist jedoch stets auf die Gleit- und Kippsicherheit des Bauteils zu achten. Dies lässt sich entweder durch geeignete Formgebung erzielen, wie beispielsweise bei der Gabellagerung eines Binders (2 34, 35); durch seitliche Halterung mithilfe quer orientierter Stäbe (2 34); oder durch zangenartige Konstruktionen (2 37).

Konstruktive Standardlösungen für zusammengesetzte Verbindungen des ingenieurmäßigen Holzbaus

3.8

34 Gabellagerung eines Binders auf einer Fertigteilstütze aus Stahlbeton. Die Auflagerung erfolgt auf einem Elastomerlager; die Kippsicherung durch die seitliche Halterung der Stützenflanken; die Gleitsicherung ist durch eine Verschraubung gewährleistet. 35 Gabellagerung eines Binders auf einer mehrteiligen Holzstütze: Die Kraftübertragung erfolgt über Druckkontakt; die seitlichen Schenkel des Kreuzquerschnitts werden hochgeführt und stützen den Binder seitlich. Ein Gleitlagerung erfolgt durch Verschraubung.

36 Lagerung eines Binders auf dem Stützenkopf. Kraftübertragung hier über Druckkontakt angenommen (alternativ über die Stabdübel am Schlitzblech); seitliche Halterung des kippgefährdeten schlanken Binders durch quer anschließende Pfetten bzw. Koppelstäbe. 37 Zangenkonstruktion: die Stütze mit Kreuzquerschnitt wird im oberen Bereich seitlich ausgeklinkt, sodass zwei Auflager für die Zwillingsbinder entstehen. Dort erfolgt die Kraftübertragung über Druckkontakt; der zweiteilige Binder wird seitlich mithilfe einer Verschraubung am mittleren hochgeführten Stützenrestquerschnitt kippgesichert (Diese Verbidung ist nicht mit einer Querkraftverbindung mit Dübeln besonderer Bauart zu verwechseln).

170

XII Verbindungen

Seitliche Anschlüsse von Trägern an durchlaufende Stützen, beispielsweise im Skelett-Geschossbau, lassen sich ebenfalls durch Zusammensetzen ausführen: Es gilt, eine ausreichende Auflagerfläche für den anschließenden Balken zu schaffen, ohne den Stützenquerschnitt übermäßig zu schwächen. Zu diesem Zweck kann eine Knagge an der Stütze befestigt werden (2 38), eine Hartholzkonsole (2 39), oder ein Stahlwinkel (2 40). Bei kleinen Auflagerflächen (wie in 2 38) ist auf die Querpressung des Holzes an der Kontaktfläche zu achten. Darüber hinaus können alle Verbindungen durch einfaches Aufsetzen (wie eine Deckenplatte auf einem Unterzug) als Holzbauverbindungen durch Zusammensetzen gelten.

38 Seitliche Auflagerung eines Trägers an einer durchgehenden Stütze: Die Auflagerung erfolgt durch Aufsetzen auf einer Knagge aus Holzwerkstoff, die seitlich an der Stütze befestigt ist (zusätzlich Kipp- und Gleitsicherung erforderlich).

39 Seitliche Auflagerung eines Trägers analog zu 2 38, hier mit einem konsolenartigen Hartholzteil, der seitlich in die Stütze eingelassen und mit Verschraubung gesichert wird (zusätzlich Kipp- und Gleitsicherung erforderlich).

40 Seitliche Auflagerung eines Trägers an einer durchgehenden Stütze mithilfe eines an die Stütze angeschraubten Stahlwinkels. Die Kraftübertragung erfolgt wiederum über Druckkontakt am Winkelboden; die eingeschlitzte Mittelrippe am Winkel und die Verschraubung sichert den Balken gegen Gleiten (zusätzlich Kippsicherung nötig, z. B. durch Deckenscheibe).

4 Zusammensetzen

171

Arbeitsaufwendige formschlüssige Fügetechniken wie die handwerklichen Holzverbindungen sind im Stahlbau eher selten. Dies liegt vermutlich an der differenzierter profilierten Querschnittsgeometrie herkömmlicher Stahlbauteile. Diese sind, anders als die zumeist rechteckig geformten Holzquerschnitte, herstellungstechnisch im Rahmen einer beschränkten Profilauswahl festgelegt und stehen einer komplexeren, auf die Anforderungen des Anschlusses zugeschnittenen Formgebung der Kontaktflächen, wie im Holzbau üblich, eher entgegen. Das Urformen des Stahls zu komplexeren Anschlussgeometrien – wie etwa beim Beton – ist lediglich beim Stahlguss sinnvoll nutzbar (2 42). Andere Herstellungsverfahren wie das Warm- oder Kaltwalzen sind für diesen Zweck nur eingeschränkt geeignet (2 41). Anschlussteile aus Stahlguss, die nach dem Prinzip des Zusammensetzens gefügt werden, bedingen, wie alle Stahlgussteile, aus Kostengründen gemeinhin eine Mindeststückzahl, d. h. eine sich mehrfach wiederholende Verbindung. Ähnlich wie beim Holzbau hat moderne CNC-Technik auch im Bereich des Stahlbaus neue Möglichkeiten für Verbindungen durch Zusammensetzen eröffnet, so beispielsweise komplexere Frästeile, die zuvor nur in aufwendiger Handar-

Zusammensetzen von Stahlbauteilen

41 Formschlüssige Auflagerung in Stahlbauweise (Ing.: Schlaich, Bergermann & P).

42 Formschlüssiger Seilknoten in Gussstahl (Ing.: sbp).

4.

172

XII Verbindungen

beit hergestellt werden konnten. Auch 3D-Druck ermöglicht mittlerweile die vergleichsweise kostengünstige Fertigung komplexer geformter Anschlussteile, die sich überdies auch individualisieren lassen. Dessen ungeachtet gibt es eine Anzahl zusammengesetzter Anschlüsse im Stahlhochbau, die vorwiegend auf dem Prinzip des Auflegens oder Ineinanderschiebens basieren. Verbindungen durch Auflegen

Verbindungen, bei denen ein Bauteil auf das andere einfach aufgesetzt oder -gelegt wird, sind wie bei anderen Bauweisen auch im Stahlbau vertreten. Sie beruhen auf der Kraftübertragung durch Druckkontakt an den Berührflächen beider Verbindungspartner. Sie lassen sich bei gestapelten Bauteilen ohne größere Bearbeitung schaffen. Aufgesetzte Verbindungen benötigen zumeist zusätzlich sekundäre Verbindungen zur Sicherung gegen Gleiten oder Kippen. Diese ergänzenden Verbindungen können durchaus nach anderen Fügeverfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Schrauben (z. B. 2 43–48). Man musss dabei aber stets im Auge behalten, dass die Haupt-Kraftleitung in diesen Fällen über das Aufsetzen, und nicht etwa über die sichernde Verbindung stattfindet. Besonders zu berücksichtigen ist bei derlei aufgesetzten Verbindungen im Stahlhochbau die richtige Krafteinleitung von einem Profil in das andere. Dabei kann es erforderlich sein, Ergänzungsteile wie beispielsweise Steifen einzuführen, um schlanke beulgefährdete Elemente – wie insbesondere Stege von I-Profilen oder Wandungen von Hohlprofilen – zu verstärken.

4.1.1

Träger auf Träger

Vorzugsweise für Biegeträger eingesetzte schlanke IProfile können wie in 2 43 dargestellt gestapelt werden. Dies kann bei seitlich gehaltenen Deckenkonstruktionen in einfachster Ausführung wie in 2 44 erfolgen, wobei lediglich eine Sicherung gegen Gleiten erforderlich ist – beispielsweise eine Verschraubung. Es können nur geringere Kräfte übertragen werden, da die Krafteinleitung von Steg zu Steg lediglich konzentriert im Kreuzungspunkt beider stattfinden kann. Größere Lasten kann die Ausführung nach 2 45 übertragen, bei der die Stege beider Profile durch Steifen gegen Beulen gesichert sind. Größere Durchbiegungen des aufliegenden Trägers beanspruchen den stützenden auf Torsion. Diese lässt sich bei einer Ausführung wie in 2 46 verhindern.

4.1.2

Träger auf Stütze

In einfachster Ausführung ist dieser Anschluss durch Aufsetzen auf eine Kopfplatte an der Stütze möglich (2 48). Die Krafteinleitung erfolgt zwischen den übereinanderliegenden, gleichsinnig ausgerichteten Stegen der beiden Profile. Bei größeren Lasten ist ein Versteifen des Trägerstegs erforderlich, und zwar am günstigsten jeweils über den Stützenflanschen (2 49). Größere Trägerdurchbiegungen können analog zu 2 46 bei einer Ausführung mit Zentrierstück nach 2 50

4.1

4 Zusammensetzen

173

zugelassen werden. Seitliche Anschlüsse von Trägern an Stützen durch Aufsetzen lassen sich gemäß 2 51 mit Konsole oder gemäß 2 52 mit Knaggen ausführen. Es sind entsprechende Kippsicherungen erforderlich. K

43 Aufsetzen eines Trägers auf einem anderen. 44 Aufsetzen eines I-Trägers mit Gleit- und Kippsicherung durch Schrauben (K Kreuzungspunkt der Stege: Beulgefährdung, deshalb Steifen wie in 2 43).

S

alternativ

S Z

45 Verstärken der Profilstege beider Träger mittels Steifen (S) (Stegbleche). S z x

46 Auflagerung des Trägers auf einem Zentrierstück (Z) zur Verhinderung von Torsion auf den Hauptträger infolge Durchbiegung des aufgesetzten Nebenträgers (gelenkiges Lager). Zusatzversteifung des Nebenträgers durch Steife (S) über dem Auflagerpunkt.

47 Aufsetzen eines Trägers auf einer Stütze. z y x

Ein einfacher Stützenstoß kann durch Auflagerung an den Kopfplatten realisiert werden (2 53, 54). Wegen deckungsgleichen Aufliegens der Profilgeometrien erfolgt eine direkte Lasteinleitung.

z x

48 Auflagerung eines Trägers auf einer Stütze. Einfaches Aufsetzen mit Schraubensicherung gegen Kippen und Gleiten (gelenkiger Anschluss).

Stützenanschlüsse

4.1.3

174

XII Verbindungen

S

S

S

S Z

49 Wie 2 46, jedoch mit Steifen (S) am Trägersteg über den Stützenflanschen zur Eintragung größerer Lasten (gelenkiger Anschluss).

S

50 Auflagerung eines Trägers auf einer Stütze mit Zentrierstreifen (Z) und Steifen (S) jeweils übereinander an Träger und Stütze (gelenkiger Anschluss).

z

z

x

x

K

L

K

51 Anschluss eines Trägers an einer Stütze mit Auflagerkonsole (K), Gleitsicherung durch Verschraubung und Kippsicherung in Form einer Lasche (L) (gelenkiger Anschluss).

54 Stützenstoß mit Kopfplatten (Kopfplattenstoß), Gleitsicherung durch Verschraubung.

K K

K

z

z

52 Anschluss eines Trägers an einer Stütze mit Knaggen (K), Gleitsicherung durch Verschraubung (gelenkiger Anschluss).

53 Stützenstoß.

S

x

x

z y x

z x

4 Zusammensetzen

175

55 Stützenfußpunkt. z

z

y x

z x

y

S S

z

z

z

57 Stützenfußpunkt zur Abtragung größerer Lasten: größere Fußplatte zur besseren Druckverteilung, zusätzlich Aussteifungsbleche (S) zur Begrenzung der Biegung in der Fußplatte (gelenkiger Anschluss).

z x

y

x

56 Einfacher Stützenfußpunkt auf einem Fundament mit druckverteilender Fußplatte, mit Mörtel unterstopft. Sicherung durch Rundstahlanker (gelenkiger Anschluss).

58 Rahmenfußpunkt mit Gelenkbolzen (gelenkiger Anschluss).

y

Z K

S

Z z

z

z

x

y

59 Rahmenfußpunkt mit balligem Zentrierstück (Z) und Knaggen (K) zur Gleitsicherung (gelenkiger Anschluss).

h z

x

y

60 Biegesteifer Stützenfußpunkt mit Steifen (S) in Stegebene. Biegebeanspruchung in Stegebene. Großer Hebelarm h, Zuganker (Z) erforderlich (biegesteifer Anschluss).

176

XII Verbindungen

S

z y

h‘

h

x

61 Eingespannter Stützenfuß ähnlich wie in 2 60, jedoch vergrößerte Fußplatte mit Steifen zur Aufnahme von Biegemomenten in beiden Achsrichtungen ➝  x und ➝  y. Entsprechend ist das Stützenprofil als Breitflanschprofil mit vergleichbarer Steifigkeit in beiden Richtungen ausgeführt. Die Anker sind im Vergleich zu 2 60 in ➝ x in größerem Abstand gesetzt, sodass sich der Hebelarm h‘ der Einspannung in dieser Richtung vergrößert, und damit die wirkenden Kräfte verringern. Alternativ zu den Steifen lässt sich die Fußplatte entsprechend dicker und biegesteifer ausführen.

& a DIN 7992, DIN 188

Bei Stützenfußpunkten auf Betonfundamenten sind nicht unerhebliche Toleranzen zwischen beiden Gewerken auszugleichen. Dies erfolgt in der Regel durch Unterstopfen oder Ausgießen freigelassener Zwischenräume zwischen dem Stützenfuß (Fußplatte) und dem Betonfundament mittels schwindarmen Mörtels nach exaktem Einjustieren des Stahlteils. Die Verankerung der Stahlkonstruktion im Fundament kann verschiedene Aufgaben übernehmen je nachdem, welcher Beanspruchung der Stützenfuß ausgesetzt ist: • Für eine einfache Sicherung gegen Verschieben während der Montage und im Betriebszustand (gelenkiger Stützenfuß) genügen im Allgemeinen einfachere Verankerungen mit einbetonierten Rundstahlankern (2 56, 57). Es reichen im Normalfall zwei Verschraubungen in Profilmittelachse der Stütze aus, sodass eine Momentenaufnahme ausgeschlossen ist. • Steht der Stützenfuß hingegen unter Biegebeanspruchung (Stützeneinspannung), sind geeignete Zuganker einzubauen, welche die infolge Biegemoment entstehenden einseitigen – aber wechselseitig auftretenden – Zugkräfte in das Fundament einleiten. Sie werden üblicherweise mit Hammerkopf nach Norm ausgeführt. a Es ist ein größtmöglicher Hebelarm zwischen den in Biegerichtung gegenüberliegenden Verankerungen anzustreben. Dies führt bei einachsig ausgerichteter Biegung zu rechteckig länglichen Fußplatten (2 60). Ferner ist der Festigkeitsunterschied zwischen Stahl und Beton zu berücksichtigen. Um bei großen Lasten zu hohe Druckkräfte auf den Beton zu vermeiden, müssen die Fußplatten der Stütze vergrößert werden. Größere Biegebeanspruchungen auf die Fußplatte können zusätzliche Steifen (2 52) erforderlich machen. Echte konstruktiv ausgebildete Gelenke zeigen 2 53 und 54, jeweils mit Gelenkbolzen und mit ausgerundetem Zentrierstreifen. Sie kommen zumeist bei Rahmenfußpunkten mit gelenkigen Stielanschlüssen zur Ausführung.

4.2

Verbindungen mit Gelenkbolzen

Verbindungen mit Gelenkbolzen unterscheiden sich in ihrer Herstellung wie auch teilweise in ihrer mechanischen Wirkungsweise von den vordergründig morphologisch ähn-

4 Zusammensetzen

lichen Schrauben- oder Nietverbindungen. Im Gegensatz zu letzteren üben Gelenkbolzenverbindungen in ihrer Achse grundsätzlich keinen Anpressdruck auf die Fügeteile aus. Sie gehören deshalb nicht zur Gruppe der Verbindungen durch An - und Einpressen, und gelten stattdessen als Verbindungen durch Zusammensetzen, da Gelenkbolzen in die Fügeteile eingeschoben – nicht eingepresst – und anschließend lagefixiert werden.

177

& DIN EN 1993-1-8, 3.13

 Gelenkbolzenverbindungen bestehen aus dem zylindrischen Bolzen und Laschen, die insgesamt eine mehrschnittige Verbindung ergeben. Unsymmetrische Laschengruppierungen (z. B. einschnittige Verbindungen) werden wegen der auftretenden Versatzmomente vermieden. In einfachster Ausführung stoßen in einer zweischnittigen Verbindung zwei Außenbleche auf ein Mittelblech (2 48 und 49). Die im Seilbau verwendeten Gabelelemente leiten sich in ihrer Form von diesem konstruktiven Grundsatz her.

Ausführung

Verbindungen mit Gelenkbolzen finden im Hochbau dort Verwendung, wo es auf die konstruktive Ausbildung eines echten Gelenks ankommt. Es sind beliebig große Verdrehungen aufnehmbar, die zusammentreffenden Kräfte lassen sich exakt in einem Punkt zusammenführen. Ferner sind Gelenkbolzenverbindungen schnell und einfach in der Montage und lassen sich mit geringem Aufwand wieder lösen. Die häufigsten Anwendungsfälle im Hochbau sind Rahmenfußgelenke (2 58) und insbesondere Seilverankerungen.

Einsatz

Gelenkbolzenverbindungen sind hinsichtlich der Art der Kraftübertragung überlappende Scherverbindungen, ähnlich wie Stift- oder Dübelverbindungen. Charakteristisch für den Gelenkbolzenanschluss ist das sowohl zwischen Bolzen und Laschen wie auch zwischen den anstoßenden Laschen selbst herrschende lose Spiel. Die vorherrschende Schlussart ist der reine Formschluss f (2 62). Erst unter Belastung treffen die Kontaktflächen aufeinander und übertragen die Kraft über Druckkontakt. Loses Spiel ist erforderlich, um die wesentliche Anforderung der möglichst freien Verdrehbarkeit der Verbindung um die Bolzenachse zu gewährleisten. Die Laschen müssen sich möglichst ohne gegenseitige Reibung gegeneinander verdrehen können. Die Drehreibung an der Berührungsfläche zwischen Bolzen und Laschen wird durch das Spiel zwischen beiden herabgesetzt, da die Berührung im Bohrloch infolgedessen annähernd punktuell erfolgt (2 62 rechts). Die Drehbewegung zwischen den Blechen entfaltet sich praktisch durch ein Abrollen des Bolzens in der Lasche. Das Lochspiel sollte so gewählt werden, dass maximale Verdrehbarkeit bei begrenzter lokaler Beanspruchung (Lochleibung und Biegung) des Laschenrings ermöglicht wird.3 Der Bolzen wird auf Scherung an den Schnittflächen beansprucht. Größeres Spiel zwischen den Laschen ruft zusätzlich Biegung hervor. Die Augenbleche

Mechanisches Wirkprinzip

178

XII Verbindungen

Augenlasche a an Doppellasche b mittels Gelenkbolzen c angeschlossen (Sicherung des Bolzens gegen Herausfallen durch Scheibe und Schraube oder alternativ durch Sicherungsring bzw. Sprengring)

SA = a,b

➝ x reiner Formschluss: Anliegen der Lochwandung am Gelenkbolzen ➝ y reiner Formschluss: Anliegen der Lochwandung am Gelenkbolzen

(

f

f

f

f

f

f

f

f

f

f

0

0

)

➝ yz reiner Formschluss: Anliegen an Lasche oder Gelenkbolzen ➝ zx reiner Formschluss: Anliegen an Lasche oder Gelenkbolzen

Kontakt

a

➝ xy keine Behinderung: freie Verdrehbarkeit um den Gelenkbolzen. Fixierung der Verbindung durch zusätzlichen externen Festpunkt

Spiel Spiel

c

Spiel

➝ z reiner Formschluss: Anliegen der Mittel- an der Außenlasche

Spiel b Kontakt

y

Sa,b =

y x

z

62 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Verbindung mit Augenstab und Gelenkbolzen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

63, 64 Verbindung mit Augenstab und Gelenkbolzen.

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

sind hauptsächlich auf Lochleibung beansprucht; bei großem Bolzenspiel tritt Biegung hinzu. Wie bei allen anderen formschlüssigen Verbindungen auch, ist die Verbindung gegen Lösen in umgekehrter Montagerichtung zu sichern, d.  h. der Gelenkbolzen ist gegen Herausfallen zu bewahren. Dies kann durch verschiedene Mittel geschehen: Splint, federnden Klipp, Schraube – ggf. mit Splintsicherung ihrerseits durch Schaft und Mutter – oder nachträgliche Stauchung (unlösbar!).

4 Zusammensetzen

179

65 Ösenfitting für Stahlseil mit Gelenkbolzen.

Gabel Gelenkbolzen Sicherungsclip

Spannschloss

Spannen

Spannen

66 Gabelelement für Zugstab mit Gelenkbolzen und Klippsicherung.

Gewindefitting

Seil

Gabelspannschloss

Senkkopfschraube

67 Gabelspannschloss mit Gelenkbolzen für Stahlseil.

Sicherungsscheibe

Gelenkbolzen mit Kopf

68 Gabelkopf mit Gelenkbolzensicherung durch Scheibe und Schraube.

180

XII Verbindungen

5. 5. Zusammensetzen von Stahlbetonfertigteilen

Die freie Formbarkeit des Werkstoffs Beton erlaubt in seinem Einsatz als Fertigteil die Ausbildung zahlreicher zusammengesetzter Verbindungen, die im Wesentlichen auf dem Form- und Gravitationsschluss beruhen. Dabei werden entsprechend geformte Fertigteile auf andere auf-, in andere eingesetzt oder ineinandergesetzt. Wie andere im Wesentlichen formschlüssige Verbindungsarten auch, profitiert der Stahlbetonfertigteilbau von der einfachen und schnellen Montage der zusammengesetzten Anschlüsse, welche die Hauptbelastung durch geeignete Druckkontaktflächen abtragen und entweder ganz ohne mechanische Verbindungsmittel auskommen oder lediglich zusätzliche Kippsicherungen benötigen. Ein Verguss von Fugen ist zwar möglich, insbesondere dann, wenn eine Scheibenwirkung nötig ist oder Querkräfte an Längsfugen übertragen werden müssen, doch kommen die Vorteile der Montagebauweise ohne Ortbetonarbeiten am ehesten zum Tragen. Es ist eine direkte Folge der für zusammengesetzte Bauteile so kennzeichnenden formschlüssigen Verbindung mit losem Spiel, dass Druckkräfte gut über Kontakt übertragen werden können, insbesondere wenn es sich um lotrechte handelt, Zugkräfte hingegen besondere Aufwendungen nach sich ziehen. In dieser Hinsicht liegen ähnliche Verhältnisse vor wie beispielsweise bei formschlüssigen Holzverbindungen. Dies bedeutet gleichzeitig, dass die Zugkomponente bei Biegebeanspruchung im reinen Fertigteilbau in den Knoten nur schwer aufnehmbar ist, weshalb die meisten Fertigteiltragwerke – oftmals mit Ausnahme der Stützenfüße – mit gelenkigen Anschlüssen ausgeführt werden.

☞ Die wesentlichen Merkmale der Stahlbetonfertigteilbauweise finden sich in Band 2, Kap. X-4 Fertigteilbau, S. 626 ff

69 Auflegen eines Fertigteilträgers auf eine Konsolstütze.

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.2 Zugstöße, S. 112 ff

☞ Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6.2 Montage, S. 644 ff

5.1 Ausführung ☞ Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6.3 Konstruktive Standardlösungen, S. 652 ff

5.2

Mechanisches Wirkprinzip

☞ Siehe beispielsweise den aufgesetzten Holzquerschnitt in Abschn. 3. Zusammensetzen von Holzbauteilen > 3.5 Mechanisches Wirkprinzip, 2 29, S. 167.

70 (Seite rechts) Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Verbindung zwischen Fertigteilen: Träger und Konsolstütze, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

Typische zusammengesetzte Knotenausführungen bei Anschlüssen zwischen Balken und Stützen, zwischen Stützenabschnitten oder zwischen Wand- und Deckenelementen finden sich an anderer Stelle.  Zusammengesetzte Verbindungen des Stahlbetonfertigteilbaus, bei denen Bauteile auf- oder ineinandergesetzt werden, sind hinsichtlich der zur Wirkung kommenden Schlussarten prinzipiell mit dem Aufsetzen anderer Bauteile vergleichbar ( 2 70). Die Hauptrichtung der Kraftübertragung ist zumeist die lotrechte. Sie erfolgt über Druckkontakt auf der Auflagefläche. Die gleichmäßige Lasteinleitung ist durch ausgleichende Zwischenschichten, entweder aus Mörtel oder aus Elastomeren, sicherzustellen. Wichtiger als bei anderen Bauweisen sind die Montagezustände, da zumeist großformatige schwere Bauteile zu versetzen sind und die üblichen Verbindungen durch Aufsetzen zunächst hinsichtlich Kippen gefährdet sind, sofern durch ihre Querschnittsgeometrie nicht bereits standfest (Gravitationsschluss g) – was den Idealfall im Fertigteilbau darstellt. Aus diesem Grund ist oftmals jeweils eine zusätzliche Kipphalterung vorzusehen. Dabei kann es sich um angeformte Teile han-

4 Zusammensetzen

181

Fertigteile: Träger a auf Konsolstütze b, Auflagerung auf Elastomerlager c (Montagezustände dargestellt, im Endzustand ggf. zusätzliche Bindungen) S Schwerpunkt von a D möglicher Kippdrehpunkt

1

hr

a

c

b

c

➝ yz Gravitationsschluss: Kippbehinderung durch Eigenund Auflast: nicht maßgeblich, da Fixierung durch externen Festpunkt

b

Spiel

S

A

hr

r

g

g

Ef

r/f r/f

r

r

g

g g

)

S

b

Spiel

Fall 3

➝ -y quasi-Formschluss: Anliegen ohne Spiel wegen Anpressdrucks infolge Eigengewichts

a

a

hk

S D

SAa,b=

c

b

c

b

a

Sa,b = z

(

x y z

(

r

r

g

g

g

Ef

r

r

r

r

f

f

)

➝ yz Gravitationsschluss: Kippbehinderung durch Eigenund Auflast: nicht maßgeblich, da Fixierung durch externen Festpunkt ➝ zx Reibschluss: nicht maßgeblich, da Fixierung durch externen Festpunkt ➝ xy reiner Formschluss: Kippsicherung in Querschnittsebene infolge Verzahnung mit der Sicherungsrippe

Sicherungsrippe

y

➝ xy Gravitationsschluss: Kippsicherung in Querschnittsebene infolge Eigengewichts und Verhältnisses Kipphebelarm hk/ Reaktionshebelarm hr

➝ y Gravitationsschluss: Eigengewicht des Fertigteils

Spiel Sicherungsrippe

hr

➝ zx Reibschluss oder Formschluss durch Schubdorne: i. A. nicht maßgeblich, da Fixierung durch externen Festpunkt

➝ x, z Reibschluss: infolge Eigengewichts, Gleitsicherung, zusätzlich: Dorn

b

Balken a auf Konsolstütze b (kippsicher durch Sicherungsrippe)

x

r

hk ≈ 0

D

y

(

=

a,b

a

c

3

➝ -y quasi-Formschluss: Anliegen ohne Spiel wegen Anpressdrucks infolge Eigengewichts

Ausgeklinkter Balken a auf Konsolstütze b (kippsicher durch tiefliegenden Schwerpunkt S)

a

➝ y Gravitationsschluss: Eigengewicht des Fertigteils während Montage und zusätzlich Auflast im Endzustand

a

hk

S

D

2

Fälle 1 und 2

Trogbalken a auf Konsolstütze b (kippsicher durch Form)

➝ x, z Reibschluss: infolge Eigengewichts, Gleitsicherung, zusätzlich: Dorn

b

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

182

XII Verbindungen

deln, sodass in nicht lotrechten Richtungen wiederum ein Formschluss f wirkt, oder alternativ um zusätzliche mechanische Verbindungsmittel, die das Fügeteil (wie beispielsweise eine Verschraubung) zusätzlich pressen oder mit einer anderen Schlussart in Position halten. 5.3 Formgebung

71 Montagegerechte Ausformung eines Anschlusses zwischen einer Stütze und einem Unterzug: die abgeschrägte Stoßebene erleichtert das Positionieren des Unterzugs beim Absenken von oben auf den Stützenkopf (Arch.: A. Mangiarotti).

Durch geeignete Formgebung der Anschlussflächen von Fertigteilen lässt sich der Montagevorgang deutlich vereinfachen. Dazu gehört beispielsweise das Abschrägen der Fugenflächen bezüglich der Montagerichtung, wie an dem Beispiel in 2 71 erkennbar.

4 Zusammensetzen

1 2 3

Scheer C, Kicker J Handwerklicher Holzbau, in von Halász R, Scheer C (Hg) (1996) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1 Angaben der Firma Hans Hundegger Maschinenbau GmbH. Petersen Ch (1994) Stahlbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten, S. 555 ff

DIN 188: 2011-02-00 Hammerschrauben mit Nase DIN EN 1993 Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-8: 2010-12 Bemessung von Anschlüssen DIN EN 1995 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten DIN 7992: 2010-09-00 Hammerschrauben mit großem Kopf

183

Anmerkungen

Normen und Richtlinien

XII-5 AN- UND EINPRESSEN SCHRAUBEN

zweiseitig zugänglich – Stahl mit Stahl

zweiseitig zugänglich – Holz mit Holz ☞ 2.5.1, S. 217

☞ 2.5.1, S. 207

einseitig zugänglich – Stahl mit Stahl, Gewinde vorgeformt

☞ 2.6.1, S. 224

einseitig zugänglich – Stahl mit Stahl, Gewinde vorgeformt, Zugstabverankerung ☞ 2.6.1, S. 225

einseitig zugänglich – Stahl mit mineralischen Werkstoffen, Gewinde vorgeformt ☞ 2.6.1, S. 226

einseitig zugänglich – Stahl mit Stahl, Gewinde selbstgeformt ☞ 2.6.2, S. 230

zweiseitig zugänglich – Holz mit Holz ☞ 2.5.2, S. 217

Schraubensicherung

einseitig zugänglich – Stahl mit mineralischen Werkstoffen, rein formschlüssig ☞ 2.6, S. 225

einseitig zugänglich – Verschraubung in mineralischen Werkstoffen, Gewinde selbstgeformt ☞ 2.6.2, S. 234

einseitig zugänglich – Holz mit Holz

☞ 2.6.2, S. 232

☞ 2.3, S. 196

KLEMMEN, KLAMMERN

☞ 3.1.1, S. 238

NAGELN

☞ 4., S. 238

EINPRESSEN

Stabdübel

☞ 5.1.1, S. 246

Dübel besonderer Bauart

☞ 5.2, S. 248

1. Allgemeines...............................................................186 2. Schraubverbindungen................................................186 2.1 Mechanisches Wirkprinzip.................................187 2.2 Funktionselemente einer Schraube...................187 2.2.1 Gewinde...................................................187 2.2.2 Kopf..........................................................190 2.2.3 Antrieb......................................................190 2.2.4 Schaft........................................................192 2.2.5 Schaftende................................................192 2.2.6 Mutter.......................................................194 2.2.7 Normbezeichnung.....................................194 2.3 Schraubensicherung...........................................196 2.4 Merkmale einer Schraubverbindung................. 202 2.5 Zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen.. 206 2.5.1 Stahl mit Stahl..........................................207 2.5.2 Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche geschraubte Verbindungen im Stahlbau........................212 2.5.3 Holz mit Holz............................................217 2.5.4 Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche geschraubte Verbindungen im Stahlbau........................221 2.6 Einseitig zugängliche Schraubverbindungen.... 222 2.6.1 Mit vorgeformtem Gegengewinde...........224 2.6.2 Mit selbstgeformtem Gegengewinde......230 3. Klemmen, Klammern................................................ 236 3.1 Klammerverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Kl).......................................... 236 3.1.1 Klammern.................................................236 4. Nageln....................................................................... 238 4.1 Nagelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Nä)........................................ 238 4.1.1 Nägel........................................................238 4.1.2 Mechanisches Wirkprinzip........................238 4.1.3 Nagelgruppierungen.................................242 4.1.4 Verstärkung von Nagelverbindungen........242 4.2 Nagelplatten...................................................... 244 4.3 Verbindungen mit Stahlblechformteilen (Holzverbindern)................................................ 244 5. Einpressen................................................................ 246 5.1 Stabdübelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen......................................... 246 5.1.1 Stabdübel.................................................246 5.1.2 Mechanisches Wirkprinzip........................246 5.1.3 Einsatz......................................................246 5.1.4 Stabdübelgruppierungen..........................248 5.1.5 Konstruktive Standardlösungen für Stabdübelverbindungen im Holzbau.........248 5.2 Verbindungen aus Dübeln besonderer Bauart............................................. 248 5.2.1 Dübelarten................................................248 5.2.2 Mechanisches Wirkprinzip........................252 5.2.3 Einsatz......................................................254 5.2.4 Gruppierungen von Dübeln besonderer Bauart....................................256 5.2.5 Konstruktive Standardlösungen für Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart im Holzbau....................................257 6. Verkeilen.................................................................... 258 6.1 Mechanisches Wirkprinzip................................ 258 6.2 Keilverbindungen im Bauwesen........................ 260 Anmerkungen................................................................. 262 Normen und Richtlinien................................................. 262

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

186

XII Verbindungen

1. Allgemeines

Verbindungen, die auf Fügen durch An- oder Einpressen beruhen, auch als Spannverbindungen bezeichnet, sind solche, die durch Spannkräfte in den Verbindungspartnern und Verbindungsmitteln hergestellt werden.1 Diese Kräfte werden während des Betriebs der Verbindung ständig aufrechterhalten. Die bei der Herstellung der Verbindung aufgebrachte Kraftwirkung führt bei Füge- und Hilfsfügeteilen oder Verbindungsmitteln ausschließlich zu elastischen Verformungen. Es findet keine planmäßige plastische Umformung statt – wie etwa bei der Gruppe Fügen durch Umformen. Aus diesem Grund sind die meisten Spannverbindungen lösbar. Ungewolltes Lösen wird hauptsächlich durch einen Kraftschluss verhindert.2 Die für das Bauwesen wichtigsten Kategorien von Spannverbindungen sind



✏ Nicht alle kraftschlüssigen Verbindungen gehören indessen in diese Kategorie der Spannverbindungen.

☞ Ordnungsnummer nach DIN 8593: ON  4.3.1

• Schraubverbindungen,

☞ ON 4.3.2

• Klemmverbindungen,

☞ ON 4.3.3

• Klammerverbindungen,

☞ ON 4.3.4

• Pressverbindungen,

☞ ON 4.3.5

• Nagelverbindungen,

☞ ON 4.3.6

• Keilverbindungen,

☞ ON 4.3.7

• Verspannen, wobei das Verspannen (ON 437) eine nur untergeordnete Bedeutung für den Bausektor hat. Diese Gruppen sollen im Folgenden näher diskutiert werden. Schraub- und Nagelverbindungen stehen dabei aufgrund ihrer großen baulichen Bedeutung im Mittelpunkt der Betrachtung.

2.

Schraubverbindungen

✏ wie beispielsweise Stellschrauben

☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 8. Recycling- und umweltgerechte Gestaltung von Baukonstruktionen, S. 178 ff

Schraubverbindungen, also solche, die auf dem Fügeverfahren Schrauben basieren, sind nahezu ausnahmslos lösbare Verbindungen, bei denen eine Vorspannkraft hervorgerufen wird durch Gewinde mindestens in einem Verbindungspartner oder Verbindungsmittel. Die Vorspannkraft kann dabei durch Steuerung des Anziehdrehmoments sehr präzise dosiert werden. Dies gilt für Befestigungsschrauben, welche die überwiegende Mehrzahl der Schraubverbindungen im Bauwesen ausmachen. Daneben finden vereinzelt auch Bewegungsschrauben Verwendung, bei denen die Schraubbewegung nicht in Vorspannkraft, sondern in eine Relativbewegung zweier Verbindungspartner übersetzt wird. Schraubverbindungen sind grundsätzlich lösbar. Dieses Merkmal stellt einen wesentlichen Vorzug dieser Verbindungsart dar, insbesondere im Hinblick auf eine Demontage zu Recyclingzwecken. Hingegen sind Schraubverbindungen infolge ihres Fügeprinzips dem Risiko ausgesetzt, sich

5 An- und Einpressen

während des Betriebs ungewollt zu lösen, insbesondere bei dynamischen Wechselbeanspruchungen. Es lassen sich jedoch Spezialgewinde oder Zusatzelemente verwenden, die ein Lösen verhindern, beispielsweise Federscheiben oder Federringe.

187

☞ Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196 ff

Eine Schraubverbindung beruht auf einer Verzahnung zweier Bauteile über das Ineinandergreifen eines Außen- und eines Innengewindes gleicher Steigung und Ganghöhe. Das Innengewinde befindet sich bei unmittelbaren Verbindungen in einem der zu fügenden Teile, bei einer mittelbaren Verbindung in einem Fügehilfsteil, wie beispielsweise einer Schraubenmutter. Die für den Schraubenhals bzw. das Innengewinde notwendige Bohrung führt stets zu einer Querschnittsschwächung im Bauteil. Am Rand der Bohrung kommt es im beanspruchten Bauteil zu Spannungsüberhöhungen, die insbesondere bei spröden Werkstoffen zu einer Kerbwirkung führen (2 1).

Mechanisches Wirkprinzip

2.1

Es gibt unzählige Arten von Schrauben und von Schraubverbindungen, die in diesem Rahmen nicht in ihrer Gesamtheit genannt, geschweige denn behandelt werden können. Es gibt jedoch kennzeichnende Elemente einer Schraubverbindung, die verschiedene, funktionsspezifische Gestalten annehmen und in nahezu unüberschaubar zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten in einer Verbindung zusammengeführt werden können. Dies sind:

Funktionselemente einer Schraube

2.2

Gewinde

2.2.1

• das Gewinde; • der Schraubenkopf; • der Schraubenantrieb; • der Schraubenschaft; • die Schraubenspitze, auch Schaftende genannt; • Mutter und diverse Zusatzelemente. Diese sollen im Folgenden in ihren Grundzügen näher betrachtet werden. Ein Gewinde ist eine spiralförmige Einkerbung am zylindrischen oder davon abweichend geformten Schraubenschaft (Außen- oder Bolzengewinde), welche an einem passend dazu geformten Innen- oder Muttergewinde an den Wandungen des Schraubenlochs in einem oder mehreren Verbindungspartnern eingreift, bzw. sich dieses in einem hierzu geeigneten Werkstoff (Holz, Stahl, Kunststoff), ggf. in adäquater Dicke (Stahlblech), selbst schneidet oder presst. Außen- und Innengewinde berühren und führen sich gegenseitig an ihren – bezüglich der Schraubenachse

Funktionsprinzip

188

XII Verbindungen

✏ geometrisch: Schraubflächen

☞ weiter unten, Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196 ff

☞ Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196  ff

Kenngrößen

geneigten – Flankenflächen (2 2). Die Drehbewegung beim Anziehen der Schraube wird durch die Schraubflächenform des Gewindes in eine axiale Verschiebung der Schraube bezüglich des Fügeteils übersetzt. Bei Befestigungsschrauben findet diese Verschiebung im Endzustand durch eine entsprechende Ausbildung eines oder beider Enden (Schraubenkopf, Mutter, Schraubenspitze) einen Anschlag, sodass der für die Fügung notwendige Anpressdruck auf die Verbindungspartner aufgebracht wird (Kraftschluss, 2 3). Dieser axial wirkende Anpressdruck infolge Anziehdrehmoment kann verschiedene Größenordnungen annehmen und dementsprechend verschiedene Aufgaben erfüllen: • Die Schraubverbindung durch Anpressen erfordert eine planmäßige Vorspannung des Verbindungsmittels. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Die Herstellung der Vorspannung erfolgt kontrolliert über einen Drehmomentschlüssel, welcher das Aufbringen der rechnerisch ermittelten Vorspannung – des vorgeschriebenen Anziehdrehmoments – durch eine Messung des Drehmoments beim Fügungsvorgang sicherstellt. Bei kraftschlüssigen Schraubenverbindungen ist der Anpressdruck grundlegend für die Fügewirkung (z. B. GV-Schraubverbindungen) sowie für die Sicherung der Verschraubung gegen ungewolltes Lösen. • Die Schraubenverbindung ist durch einen Formschluss zwischen Schraubenschaft und den zu verbindenden Bauteilen gekennzeichnet. Der beim Fügevorgang aufgebrachte Anpressdruck kann im engeren Sinn nicht als Vorspannung bezeichnet werden, sofern er unplanmäßig, unkontrolliert erzeugt wird. Dieser dient dann einzig dem Fugenschluss zwischen den zu verbindenden Bauteilen und der Sicherung der Verbindung gegen ungewolltes selbsttätiges Lösen. Aus diesem Grund lassen sich diese Schraubverbindungen gleichfalls dem Fügeverfahren Zusammensetzen zuordnen. Bei vorwiegend formschlüssigen Schraubenverbindungen (z. B. SL-Verbindungen) muss der Anpressdruck nur ausreichend groß sein, um die Verschraubung wie oben beschrieben zu sichern. Eine komplette Umdrehung der Schraube wird als Gang bezeichnet, die dabei vollzogene Translation entlang der Schraubenachse als Ganghöhe oder Steigung P (2 2). Große Steigungen erlauben ein schnelles Eindrehen der Schraube, bieten aber insgesamt weniger Verzahnung, d. h. insgesamt weniger Flankenfläche zur Kraftübertragung zwischen Außen- und Innengewinde. Aus den gleichen geometrischen Gründen machen große Steigungen die Schrauben auch anfälliger gegen selbsttätiges Herausdrehen durch axialen Zug. Je kleiner die Steigung, desto sicherer und dauerhafter kann auch die Anpresskraft der Schraube

5 An- und Einpressen

A

189

σz σz max

σz max

1 Gelochter Stab unter Zugspannung. Schematische Darstellung des Kraftflusses und des inhomogenen Kerbspannungszustands im Bereich des Bohrlochs. An den Lochrändern im Schnitt A-A entstehen Spannungsspitzen. Ferner tritt dort eine Spannungserhöhung durch Querschnittsschwächung auf.

A

Innengewinde

60°

H/2

h3

H

H1

H/2

H/8

P = Steigung

2 Bezeichnung eines metrischen ISO-Gewindes nach DIN ISO 1502.

H/6

H/4

60°

P H D=d D2 = d2 d3 h3 H1

Durchmesser des Innengewindes

Durchmesser des Außengewindes

Verb.-Art

unmittelbar

mittelbar mit Schraube

Spannwirkung über

Schulter am Gewindebolzen

Schraubenkopf

a

ød

ø d3 ø d2

ø D1

øD ø D2

Außengewinde Gewindeflanke

c

a

Steigung Höhe des Ausgangsdreiecks = (33/2)·P Gewinde-Nenndurchmesser Flankendurchmesser Kerndurchmesser Gewindetiefe Außengewinde Gewindetiefe Innengewinde

mittelbar, Schraubenkopf und Mutter

mittelbar mit Mutter

Schraubenende

a

c

Schulter am Gewindebolzen und Mutter b

a

Schraubenende und Mutter

b

Muttern

b

a

a

a

c

c

Spannverbindung c c

b b

c b

3 Übersicht verschiedener mittel- und unmittelbarer Schraubverbindungen zweier Verbindungspartner a und b. Darstellung verschiedener Prinzipien der Erzeugung der Spannwirkung (c = Verbindungsmittel, nach VDI/VDE 2251).

c

190

XII Verbindungen

aufgebaut werden. Große Steigungen sind bei Schrauben für Holz und Kunststoff gebräuchlich, weil die übertragbare Kraft wegen der nur mäßigen Festigkeit des Grundmaterials ohnehin beschränkt ist. Kleinere Gewindesteigungen, die einen größeren Ausziehwiderstand erlauben würden, böten folglich keinen Vorteil. Somit wird dem schnellen Eindrehen, d. h. der großen Gewindesteigung, der Vorzug gegeben. Es wird unterschieden zwischen dem Schaft-, Gewinde- und Flankendurchmesser. Diese müssen je nach Schraubentyp und -funktion unterschiedliche Beziehungen zueinander aufweisen (2 2). Gewindearten & Regelgewinde DIN 13-1, Feingewinde DIN 13-2 bis 13-11

Weltweit verbreitet ist heute das metrische ISO-Gewinde, in den Formen des Regel- und des Feingewindes, das bei sogenannten Maschinenschrauben mit vorgefertigtem und vergütetem Gewinde zur Anwendung kommt. Daneben sind im Bauwesen auch Spezialgewinde für besondere Einsatzzwecke gebräuchlich, beispielsweise:

& DIN 7998

• Holzschraubengewinde, die das Innengewinde beim Anzieh-vorgang selbsttätig formen (2 4);

& DIN EN ISO 1478 DIN ISO 1481

• Blechschraubengewinde, ebenfalls selbstformend (2 5);

& DIN EN 10226-1 & Eine Übersicht über Gewindeprofile ist in der VDI 2232, Konstruktionskatalog 14 sowie in der DIN 202 zu finden.

• Whitworth-Gewinde für Rohrverbindungen; und zahlreiche andere mehr. Die Form des Schraubenkopfs ist bestimmt durch (2 6):

2.2.2 Kopf

• die Kraftübertragung an der Berührfläche mit dem Verbindungspartner;

☞ Abschn. 2.2.3 Antrieb

• das Anziehverfahren. Dies betrifft die Kopfform selbst als außenliegende Antriebsfläche (wie bei einem Sechskantkopf) sowie ggf. die Form eines innenliegenden Antriebs (wie bei einem Kreuzschlitz); • die Forderung nach abgerundeter, kantenloser Form (wie bei Halbrundköpfen oder Linsenköpfen) oder nach Flächenbündigkeit (wie bei Senkköpfen) aus ergonomischen oder sonstigen funktionalen Gesichtspunkten bzw. aus formalästhetischen Gründen; • nach einer besonderen visuellen Erscheinung;

☞ Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196  ff

2.2.3 Antrieb

• ggf. Losdrehsicherung. Schrauben müssen Antriebsflächen aufweisen, damit das Anziehdrehmoment mit dem Werkzeug aufgebracht werden kann. Grundsätzlich existieren äußere und innere Antriebe am Schraubenkopf, je nachdem, ob die Kraft an

5 An- und Einpressen

P

60°

P

ød1 ød3

ø d1 ø d3

60°

191

45° Spitze Form Ca

4 Selbstformendes Holzschraubengewinde nach DIN 7998, alternative Spitzenausbildungen. ø d1 Nenndurchmesser ø d3 Kerndurchmesser

45° Gerundete spitze Form R

3.1

3.8 Sechskantkopf

3.2

Sechskantkopf mit Telleransatz

3.3

3.9

Sechskantkopf mit Flansch (Flanschkopf)

3.16

3.17

3.11

Linsensenkkopf 3.18 Linsenkopf

Halbrundkopf 3.12

3.19 abgesetzter Senkkopf

Flachrundkopf 3.13

Vierkantprofil mit Bund

Dreikantkopf mit Bund

Senkkopf

Hammerkopf

Vierkantprofil

3.6

Flachkopf (pan head)

Zwölfzahnkopf 3.10

3.5

3.7

3.15 Achtkantkopf

Sechskantkopf mit Bund 3.4

5 Selbstformendes Blechschraubengewinde nach DIN EN ISO 1478, alternative Spitzenausbildungen.

3.20 Zylinderkopf

3.14

Linsenzylinderkopf

6 Übersicht über Schraubenkopfformen mit Ordnungsnummern nach DIN ISO 1891.

abgesetzter Linsensenkkopf

192

XII Verbindungen

den Außenflächen des Kopfs – bzw. an einer Ausnehmung an der Mantelfläche eines Schraubenbolzens (Zweikantzapfen) – oder an den Angriffsflächen einer Hohlprofilierung ansetzt. Außenliegende Antriebe haben den Vorteil, die Anziehkraft mit größerem Hebelarm zu übertragen, benötigen aber einen entsprechenden Freiraum, um das Werkzeug anzusetzen (wie bei einem Steckschlüssel) und ggf. auch Raum für seine Bedienung (wie bei einem Schraubenschlüssel). Innenliegende Antriebe bieten grundsätzlich einen kleineren Hebelarm für die Kraftübertragung beim Anziehen und sind in ihren einfachen Formen stärker hinsichtlich Ausreißen gefährdet (z. B. ein einfacher Schlitz). Neuere Antriebe (kreuz- oder sternförmige wie Pozidriv, Phillips oder Torx) bieten diesbezüglich deutliche Verbesserungen. Verschiedene Schaftformen leiten sich aus fertigungstechnischen oder funktionalen Anforderungen an die Verbindung ab. Sie betreffen die Länge des Gewindes (z. B. Gewinde annähernd bis Kopf, Formgruppe A nach DIN 962) oder das Verhältnis von Schaft- zu Gewindedurchmesser wie beispielsweise bei (2 8)

2.2.4 Schaft

• Dehnschaft- oder Taillenschrauben – der Schaftdurchmesser ist kleiner als der Kerndurchmesser (Ø d3, 2 2) um die Nachgiebigkeit der Schraube gegenüber axialen Zug zu vergrößern; • Dünnschaftschrauben – der Schaftdurchmesser ist etwa gleich dem Flankendurchmesser (Formgruppe B nach DIN 962); • Vollschaftschrauben – der Schaftdurchmesser ist gleich dem Gewindedurchmesser (Formgruppe C nach DIN 962); & DIN 7968, DIN EN 14399-8, 3.

• Passschrauben – bei diesen muss der Schaft möglichst passgenau an der Lochwandung anliegen. Dennoch sind Toleranzen von rund 0,5 mm erforderlich, um die Schraube in das Bohrloch überhaupt einführen zu können. Der Schaftdurchmesser ist größer als der Gewindedurchmesser (Ø d, 2 2), eine Grundvoraussetzung für das Anliegen des Schraubenschafts an der Lochwandung; • Schrauben mit Ansatzschaft – der Schaftdurchmesser ist groß genug, dass eine Schulterfläche, also eine Ansatz für die Anpresskraft, entsteht.

2.2.5

Schaftende & DIN EN ISO 4753

Das Schrauben- oder Schaftende ist durch fertigungs- und montagetechnische Anforderungen bestimmt. Als Zentrierhilfe beim Einfädeln in die Bohrung, beispielsweise bei automatisierten Fertigungsanlagen, dienen zylindrische Einführzapfen (PF, PC); zum punktgenauen Ansetzen werden konische Ansatzspitzen (CN, TC) verwendet. Schabenuten dienen zum Mitnehmen von Partikeln im Muttergewinde

5 An- und Einpressen

193

6.8

6.1

6.15

6.9

6.2

6.16

6.10

6.17 Innenzwölfzahn

Dreikant

6.11

6.4

6.12

Kreuzloch 6.19

Kreuzschlitz (Phillips)

Zwölfzahn

Links-Rechtsrädel (Kordel)

6.18 Schlitz

Achtkant

6.5

Rädel

Innenkeilprofil

Vierkant

6.3

Knebel

Innenvierkant

Sechskant

Fünfkant

6.13

6.6

Kreuzschlitz (Pozidriv)

Innensechskant

6.14 Flügel

Innendreikant

7 Übersicht über Antriebsformen mit Ordnungsnummern nach VDI 2232, DIN ISO 1891.

Gewinde annähernd bis Kopf (Form A nach DIN 962)

4.1

4.2

4.3

Vollschaft Schaftdurchmesser ≈ Gewindedurchmesser (Form C nach DIN 962)

Dünnschaft Schaftdurchmesser ≈ Flankendurchmesser (Form B nach DIN 962)

Dehnschaft Passschaft Schaftdurchmesser Schaftdurchmesser < Kerndurchmesser > Gewindedurchmesser

8 Übersicht über Schaftformen mit Ordnungsnummern nach DIN ISO 1891.

4.4

4.5

Ansatzschaft (mit Schulter)

194

XII Verbindungen

während des Eindrehens. Verschiedene schneidende Schaftenden erlauben die Herstellung von Gewindegrundlöchern (Sackbohrungen) und bei Blechschrauben das Selbstschneiden von Löchern. 2.2.6 Mutter & DIN EN ISO 1661 & DIN EN ISO 4032-4036 & DIN EN ISO 8673-8675

☞ Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196  ff

& DIN EN ISO 7089, 7090, 7092, 7093

Als Muttern kommen im Bauwesen bei Verbindungen für Tragwerke vorwiegend Sechskantmuttern nach Norm zum Einsatz. Hutmuttern (DIN 917, 1587) werden bei Verletzungsgefahr oder bei dichtenden Verschraubungen in Kombination mit Dichtscheiben eingesetzt. Für manuelles Anziehen ohne Werkzeug bei geringer Vorspannkraft dienen Flügel- (DIN 315) und Rändelmuttern (DIN 6303). Vier- oder Sechskant-Schweißmuttern (DIN 929) dienen der Sicherung der Verbindung. Bei hochfesten Verbindungen im Stahlbau (HV-Verbindungen) werden Sechskantmuttern mit großen Schlüsselweiten zum Zweck des leichteren Eintragens des Drehmoments verwendet. Scheiben (Unterleg- oder Unterlagscheiben) werden unter Muttern und ggf. Schraubenköpfen eingesetzt, wenn • der Werkstoff der Fügeteile ansonsten überbeansprucht wird und man deshalb mit einer überstehenden Scheibe eine größere Druckfläche schaffen muss (geringere Flächenpressung) – dies gilt insbesondere für verhältnismäßig weiche Werkstoffe wie Holz; • ein Schutz der Oberfläche empfindlicher Fügeteile vor Schraubriefen notwendig ist; • ein Abdecken übergroßer Schraublöcher beabsichtigt wird; • ein Toleranzausgleich von Abstandsmaßen nötig ist; • ein Ausgleich der Neigung von Oberflächen der Fügeteile – beispielsweise bei Flanschen von L- und U-Stahlprofilen (siehe DIN 434, 435) – angestrebt wird. Passschrauben und HV-Schrauben sind im Regelfall mit Unterlegscheiben (nach DIN 7989) zu montieren.

2.2.7 Normbezeichnung

Schrauben und Muttern werden gemäß der in DIN 962 festgeschriebenen Konvention anhand folgender Notierung gekennzeichnet (2 12): Beispiel: Bezeichnung einer Sechskantschraube mit Gewinde M16 und Nennlänge l = 50 mm, der Festigkeitsklasse 4.6, mit Sechskantmutter (Mu) der Festigkeitsklasse 5.2, zur Verwendung als feuerverzinkte Garnitur im Metallbau: Sechskantschraube DIN 7990 – M16 x 50 – Mu – 4.6 – tZn

5 An- und Einpressen

l

195

l

l

l

l

l

~45°

~45°

ø dp Ohne Kuppe (RL)

l

Linsenkuppe (RN) Kegelstumpf (FL)

Kegelkuppe (CH)

l ~90° ± 2°

l

ø dt Spitze abgeflacht (TC)

ø dp

Kurzer Zapfen (SD) Langer Zapfen (LD)

l

ø dz

Spitze (CN)

ø dp

~45°

ø dn

~120° Ringschneide (CP) Schabenut (SC)

9 Übersicht über Schaftenden nach DIN EN ISO 4753.

28.1

33.2

Sechskantmutter 28.4

Sechskantmutter mit Flansch (Flanschmutter)

28.5

Einsatz

Sechskant-Anschweißmutter

39.5

35.2

39.8 Zahnscheibe innengezahnt

Rändelmutter

40.3

36.6

SechskantSicherungsmutter

Federscheibe, geweilt

Hutmutter, niedrig

Zwölfzahnmutter Sicherungsteil

Federring

Hutmutter

Vierkantmutter 32.1

Scheibe

39.1

36.1

29.1

Ringmutter

Kronenmutter

35.1

28.7

37.2

38.1

34.1

Sechskantmutter mit Ansatz

33.1

SechskantSicherungsmutter mit Kunststoffring

Scheibe mit Nase, außen

Zweilochmutter 37.1

10 Übersicht über Muttern nach DIN ISO 1891.

41.1 Flügelmutter

Splint

196

XII Verbindungen

2.3 Schraubensicherung & DIN 25201-4

Der schraubentypische Mechanismus der Verbindungssicherung gegen Lockern und ungewolltes Lösen ist die Selbsthemmung der Schraube infolge Reibung (2 13). Grundlage dafür ist die ausreichende Vorspannkraft der Verbindung, welche indessen nicht die Werte einer planmäßigen Vorspannung erreichen muss. Ist eine gewisse Vorspannung vorhanden, ist unter durchschnittlichen Bedingungen von einer zuverlässigen Sicherung der Verschraubung auszugehen. Die Normalkraft auf der Berührfläche zwischen Schraubenkopf (bzw. Mutter) und Verbindungspartner sowie auf den Flanken des Außen- und Innengewindes erzeugt einen Reibschluss und verhindert das selbsttätige Lösen der Schraube. Je größer die Vorspannkraft, desto größer auch der sichernde Reibschluss. Grundsätzlich gilt: • Planmäßig vorgespannte Schrauben sind selbsthemmend und folglich von sich aus gegen Losdrehen gesichert. • Gleiches gilt für Passschrauben unter vorwiegend ruhender Beanspruchung. • Passschrauben unter veränderlichen Lasten, insbesondere Wechselbelastungen, erfordern hingegen eine zusätzliche Sicherung.

☞ DIN 25201-4, 5.

Über die Wirkung des reinen Anpressdrucks hinaus lassen sich verschiedene Maßnahmen zur dauerhaften zusätzlichen Sicherung einer Schraubenverbindung gegen zwei grundsätzliche Mechanismen des selbsttätigen Lösens treffen (2 14): • Lockern infolge Schwindens bzw. Kriechens des Werkstoffs. Man spricht dann von Setzsicherungen. Ihr Ziel ist, den Kraftschluss, der beim Lockern infolge Schwind- und Kriechverformung abgebaut wird, durch Vorspannkraft aufrechtzuerhalten, entweder durch: •• Erhöhen der Ausgangsvorspannung; •• Erhöhung der Nachgiebigkeit der Verbindung – eine Vergrößerung der Klemmlänge lk der Schraube vergrößert ihre Dehnlänge und erlaubt größere Verformungen der Fügeteile bevor sich die Verbindung lockert; •• Verringerung des Setzbetrags, z. B. durch Wahl geeigneter Werkstoffe oder Reduzierung der Trennflächenzahl; •• Vergrößerung der Übertragungsfläche (z. B. durch Scheiben) und Verringerung der Flächenpressung;

5 An- und Einpressen

A

Benennung

197

B Schraube in

Schraube und Mutter

C gewindeformende

D selbstbohrende

Sackloch

Schraube

Schraube

Zugänglichkeit

zweiseitig

einseitig

einseitig

einseitig

Gegengewinde

vorgefertigt

vorgefertigt

selbstgeformt

selbstgeformt

c

c

Ausführung

a

c

c a

a

a

b b

b

Ausführungsschritte

Bauteil a bohren

1

Bauteil b bohren

2

b

Bauteil a bohren

Bauteil a bohren

Bauteil b bohren

Bauteil b bohren

Schraube eindrehen

3

Schraube durchstecken

Bauteil b gewinden

4

gegenhalten

Schraube eindrehen

5

Mutter festziehen

eventuell sichern

6

eventuell sichern

Schraube eindrehen

11 Montageaufwand verschiedener Ausführungsarten von (mittelbaren) Schraubverbindungen mit Darstellung der Einzelschritte 3 (vgl. auch die Übersicht in 2 16).

Beschichtung(fe)

–

Oberflächenschutz (fe)

–

Formbuchstabe für Kreuzschlitz (fe)

–

Produktklasse

–

Festigkeitsklasse, Härteklasse oder Werkstoff

–

Schlüsselweite (fe)

–

Formen nach Tabelle 2 (DIN 962) (fe)

–

Gewindelänge oder Schaftlänge (fe)

x

Nennlänge (bei Schrauben)

Gewinde und Gewindezusätze

x

Schaftform nach Tabelle 1 (DIN 962) (fe)

Norm-Hauptnummer

Benennung

–

12 Schema der Normbezeichnung einer Schraube oder Mutter (nach DIN 962).

198

XII Verbindungen

•• laufende Kompensation des Setzbetrags durch federnde Elemente (wie Spannscheiben). • Selbsttätiges Losdrehen infolge Relativbewegungen zwischen den Berührflächen, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen, insbesondere bei dynamischen Belastungen rechtwinklig zur Schraubenachse. Dies kann zum vollständigen Auseinanderfallen der Verbindung führen (Selbstlösen). Man setzt diesem Vorgang Losdrehsicherungen entgegen. Als Maßnahmen kommen infrage, •• die Ausgangsvorspannung zu erhöhen; •• die Relativbewegungen der Fügeteile quer zur Schraubenachse, die zu einem Losdrehen führen können, durch geeignetes Verdübeln oder Verstiften zu sperren; •• die Elastizität der Schraube zu erhöhen; •• einen Formschluss durch geeignete Elemente herzustellen (z. B. Rippmuttern), entweder als reinen Formschluss oder als Klemmreibschluss; •• einen Stoffschluss durch Schweißung oder Klebung zu schaffen. Ferner sind auch Maßnahmen gegen unbefugtes Lösen möglich. Verliersicherungen verhindern nicht das Losdrehen, halten aber die Elemente der Schraubverbindung auch im Fall eines Losdrehens zusammen. Die Sicherungsmaßnahmen sind in 2 15 zusammenfassend dargestellt.

5 An- und Einpressen

199

c a

BF

SAa,b =

(

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

b als gestellfest angenommen BF

y

b

x

13 Sicherung einer Schraube durch Selbsthemmung infolge Reibschlusses. Die Anpresskraft in Schraubenachse (➝ y) ruft Druckkräfte in den Berührflächen (BF) an der Schraubenkopfschulter und an den Flankenflächen des Gewindes (Detail) hervor. Dadurch entsteht ein Reibschluss (r in der Schlussartenmatrix SA) gegen Verdrehen in der Ebene xz und folglich gegen Lockern und Selbstlösen.

Maßnahmen

Mechanismus des selbsttätigen Lösens

Ausgangsvorspannung erhöhen Setzen Einebnen von Oberflächenrauheiten

bis zum Auseinanderfallen infolge des Aufhebens des Selbsthemmungsmomentes

Lockern

Setzbetrag herabsetzen

Lockerungssicherung vorsehen

Setzbetrag ausgleichen

Vorspannkraftabfall

bis zum endgültigen Gleichgewicht: inneres Losdrehmoment ≤ Selbsthemmungsmoment

Kraftschluss (Vorspannung) erhalten

Flächenpressung herabsetzen

Selbsttätiges Losdrehen

Relativbewegungen zwischen den Kontaktflächen

Kriechen zeitabhängiges Überschreiten der Werkstofffließgrenze

Nachgiebigkeit erhöhen

Ausgangsvorspannung erhöhen

Querschlupf verringern Losdrehen verhindern

Nachgiebigkeit erhöhen

Losdrehsicherung vorsehen

Formschluss herstellen

Stoffschluss herstellen

Auseinanderfallen verhindern

Selbsthemmung erhöhen

14 Darstellung der Zusammenhänge des selbsttätigen Lösens (in Anlehnung an DIN 25201-4).

Verliersicherung vorsehen

200

XII Verbindungen

Lockerungssicherung Losdrehsicherung

Selbsttätiges Losdrehen

Lockern

Ursachen des Siche- Funktionsart Vorspannrungskraftabfalls art

Sicherungselement

Ausgangsvorspannung erhöhen

Schrauben mit erhöhter Festigkeit

Nachgiebigkeit erhöhen

Vergrößern der Klemmlänge Vergrößern des Nachgiebigkeitsverhältnisses

Setzbetrag herabsetzen

weniger Trennfugen Verringern der Rautiefen zweckmäßige Form- und Lagetoleranzen keine dicken Beschichtungen

Flächenpressung herabsetzen

Vergrößerung der Auflageflächen – mit verspannt nicht federnd

Scheibe nach DIN EN ISO 7089, DIN EN ISO 7090, DIN 7349, DIN EN ISO 7092, DIN EN ISO 7093-1

Setzbetrag ausgleichen

Kompensation durch Federkraft – mit verspannt federnd

Spannscheibe nach DIN 6796, profilierte Spannscheibe Kontaktscheibe gezahnt

Ausgangsvorspannung erhöhen

Erhöhung der anfänglichen Vorspannkraft Nachziehen (Wartung)

Querschlupf verringern

Verwendung von Passschrauben Verdübeln oder Verstiften der Fügeteile

Nachgiebigkeit erhöhen

Erhöhung der Elastizität der Schraube

Formschluss herstellen

sperrend, z. T. mit verspannt

Stoffschluss herst.

verschweißt

adhäsiven Kraftschluss herstellen

klebend

klemmend Verliersicherung

Maßnahme

klemmreibschlüssig (quasi formschlüssig)

Rippschraube, Rippmutter Keilscheibenpaar

rein formschlüssig

profilierte Spannscheibe Sperrkantscheibe Profilring (aus nichtrostendem Stahl)

Flüssigklebstoff mikroverkapselter Klebstoff

Muttern mit Klemmteil nach DIN EN ISO 7040 DIN EN ISO 7042 Gewindeeinsätze Form B nach DIN 8140-1 Schrauben mit Kunststoffbeschichtung im Gewinde nach DIN 267-28 Kontermuttern

15 Übersicht über Maßnahmen zur Sicherung einer Schraubverbindung (in Anlehnung an DIN 25201-4).

5 An- und Einpressen

201

Beispiele für Sicherungselemente und Verbindungen

lk

lk

Elastischere Schraubverbindung durch Vergrößerung der Klemmlänge lk Schraubverbindung mit Unterlegscheiben

Schraubverbindung mit Verspannungsfeder

Schraubverbindung mit Spannscheibe (vor dem Anziehen)

Verhinderung des Querschlupfs durch Verzahnung der Fügeteile (Warze in Loch)

Passschraubenverbindung ohne Querschlupf

Rippschraube (Sperrzahnschraube)

Rippenscheibe

Fächerscheibe DIN 6798

Federring DIN 127

Schraubverbindung mit Kronenmutter DIN 935 und Splint DIN 934

Sicherungsblech DIN 93 Schweißmutter DIN 929

Zahnscheibe DIN 6797

Ripp- oder Sperrzahnmutter

Schraubverbindung mit selbstsichernder Mutter mit Polyamideinsatz nach DIN 982 Schraubverbindung mit Kontermutter

202

2.4

XII Verbindungen

Merkmale einer Schraubverbindung & VDI 2232 ☞ Kap. XII-2 Kraftübertragung, S. 96 ff



In 2 16 ist eine bauweisen-, werkstoff- und branchenübergreifende Übersicht über Schraubverbindungen nach Norm dargestellt. Als primäres Ordnungsmerkmal der Systematik dient hier nicht die Kraftübertragung, da diese Funktion – wie wir gesehen haben – richtungsabhängig ist und innerhalb einer gleichen Verbindung folglich verschiedene Werte annehmen kann. Zudem lässt sich keine eindeutige Zuordnung der Funktion der Kraftübertragung zur materiellen Ausführung der Verbindung herstellen. So können beispielsweise an einer Maschinenschraube, je nach Ausführung der Verbindung, verschiedene Mechanismen der Kraftübertragung wirksam werden. Gleichermaßen wurde davon Abstand genommen, den Werkstoff als primäres ordnendes Klassifikationsmerkmal zu verwenden. Dies ist in der Fachliteratur jedoch sehr häufig der Fall. Werkstoffspezifische Unterteilungen der Schraubenverbindungen ignorieren wichtige Gemeinsamkeiten in Kraftübertragung, Montage- und Wirkprinzip und erklären sich vielmehr aus der disziplinären Fragmentierung der Bauwelt. Stattdessen wurden für diese Klassifikation praktikablere Merkmale gewählt,4 und zwar in hierarchischer Rangfolge. • Zugänglichkeit der Schraubverbindung: Es wird zunächst unterschieden zwischen einseitig und zweiseitig zugänglichen Verbindungen sowie solchen, die aufgrund ihrer Ausführung grundsätzlich beide Varianten zulassen. Zweiseitig zugängliche Verbindungen setzen die Möglichkeit entweder des Übergreifens der zu fügenden Teile voraus, oder zumindest der Erreichbarkeit beider Enden. Die Zugänglichkeit stellt im Regelfall ein wichtiges Kriterium für die Bewertung des Montageaufwands und damit der Kosten dar, insbesondere bei automatisierten Herstellungsprozessen. • Mittelbar-, Unmittelbarkeit der Schraubverbindung: Bauübliche Schraubverbindungen sind im Regelfall mittelbar. Unmittelbare Verbindungen können ggf. zu einer Vereinfachung des Montagevorgangs führen. • Art der Erzeugung des Gegengewindes: vorgefertigt oder während des Anziehvorgangs selbstgeformt. Grundsätzlich sind Schraubverbindungen mit selbstgeformtem Gegengewinde einfacher und schneller, und deshalb zumeist auch kostengünstiger, als solche mit vorgefertigtem Gegengewinde. Es entfallen die Vorgänge des Gewindeschneidens (bei der gewindeformenden Schraube) und ggf. auch des Gewindebohrens (bei der selbstbohrenden Schraube). Voraussetzung für selbstformende Schraubenverbindungen ist das geeignete Härteverhältnis zwischen Schrauben- und Fügeteilwerkstoff und fallweise auch geeignete Elementdicken (wie bei Blechschraubenverbindungen), bzw. die Einführung eines Zusatzelements (Dübel).

5 An- und Einpressen

203

Die Übersicht in 2 16 beabsichtigt nicht, die Vielzahl von Schraubenformen erschöpfend darzustellen. Stattdessen werden einzelne Merkmale (Schraubenkopf, -spitze, Antrieb etc.) in einem Zugriffsteil nach Art eines Katalogs in möglichen Varianten dargestellt. Sie lassen sich in vielfältigen Kombinationen – je nach spezifischer Anforderung an die Schraubenverbindung – zu einer ausführbaren Schraubenform zusammensetzen. Nicht alle Kombinationen sind sinnvoll: Eine selbstzentrierende Schraube für einen automatisierten Fertigungsprozess wird nicht mit flacher Spitze ausgeführt, sondern mit Zentrierstift usw. Die Wahl ist selbstverständlich dem planenden Urteilsvermögen des Konstrukteurs überlassen. Die gewählte Systematik erfasst die heute üblichen Schraubenverbindungen und setzt gleichzeitig den Rahmen für theoretisch denkbare Varianten (wie etwa die Ordnungsnummern 4, 5, 6), die zwar gegenwärtig in der Technik nicht bekannt sind, aber unter bestimmten Voraussetzungen ein technisches Verbindungsproblem lösen könnten oder auch möglicherweise zukünftig zu erwarten sind. In den folgenden Abschnitten sollen die wichtigsten baurelevanten Schraubverbindungen behandelt werden. Wie aus der Übersicht in 2 16 hervorgeht, handelt es sich bei bauüblichen Schraubverbindungen sehr oft um mittelbare, entweder zwei- oder einseitig zugängliche Ausführungen. Die anderen Kategorien sind im Vergleich als eher untergeordnet zu bewerten. Mittelbare, ein- oder zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen stehen folglich im Mittelpunkt der folgenden Betrachtungen. Wegen ihrer Bedeutung für den Konstrukteur stehen Verbindungen für Primärtragwerke im Vordergrund. Die restlichen baurelevanten Verbindungen, die in außerordentlich zahlreichen Ausführungsvarianten auftreten, können an dieser Stelle nur ansatzweise diskutiert werden.

16 (Umseitig) Übersicht der Schraubverbindungen (nach VDI 2232) und bauübliche Beispiele rechts. a, b Verbindungspartner, Fügeteile c Verbindungsmittel f Teil gestellfest I von dieser Seite zugänglich

204

XII Verbindungen

a

Zusatzfunktion

Einsatzbereich

Dimensionsbereich

dichtend

rechts

Metall, Kunststoff

c

Holz, Metall

b

8

8 existiert nicht

9

9 Verschlussschraube, Ringschraube DIN 906, DIN 908-10 DIN 7604 DIN 580

c a

b

12 c

ø < 10 mm

losdrehgesichert

ø < 100 mm

11

10 –

11 Steinschraube T-Nutenschraube Ankerschraube DIN 529 DIN 787 DIN 797

ø < 10 mm

a b

12 Selbstform-, Gewindeform-, Gewindeschneid-, Holz-, Blechschraube DIN 7513/16 DIN ISO: 1479; 1481, -83; 7049, -51 DIN EN ISO 10666

selbstbohrend, dichtend

a b

Holz, Metall, Kunststoff

10

dichtend

b a

Metall, Beton

vorgefertigt

Verschlussschraube

selbstgeformt

Hakenschraube

a

verdrehsicher

– – –

7

7 Flachrund-, Halbrund-, Zylinder-, Senkschraube mit Nase/Vierkant-/Oval-/ Rippenansatz,Klammerschraube,Tellerschraube, DIN: 605; 605; 607/8; 5903/06; 15237; 792; ANSI B18.5/B18.9

vorgefertigt

6 existiert nicht

Schlosschraube

5 existiert nicht

6

–

4 existiert nicht

sgf.

sgf. vgf. sgf.

1 Dichtung mittels konischem Gewinde und Dichtmasse

5

Nutenschraube

vorgefertigt

Technische Regeln, Bemerkungen

außen

4

Gewindeformschraube

selbstgeformt

innen

3 Maschinen-, Dehn-, Haken-, Hammerschraube DIN 186/88 DIN 261 DIN 609 DIN 920/21 DIN 931 DIN 2510 DIN 6914 DIN 7984/99 DIN 25192 DIN EN ISO 2009/10 DIN EN ISO 4018 DIN EN ISO 4762 DIN EN ISO 7045, -47 DIN EN ISO 8765 DIN EN ISO 10642

b

Holz, Metall, Kunststoff, Beton

vorgefertigt

Maschinenschraube

mittelbar unmitt. mittelbar unmittelbar einseitig mittelbar

Kopfform

2 nicht bekannt

c

3

Antrieb Gewinde

links

b

c

Anhang

Wahlteil

2 a

ein- und zweiseitig

Ordnungsnummer b

Metall, Kunststoff

Rohrverschraubung

1

–

sgf.

vorgefertigt

Zugänglichkeit der Verbindungsteile Art der Verschraubung Art des Gegengewindes unmittelbar

Anordnungsbeispiel

a

zweiseitig

Zugriffsteil

Hauptteil

Gliederungsteil

5 An- und Einpressen

205 b2

a

a

b1

b

Gewindefitting

Maschinenschraube Maschinenschraube einseitig zugänglich a

Maschinenschraube ein-/zweiseitig zugänglich

a

a

c

c

Gabelspannschloss a

c

c

Gewindebolzen zweiseitig zugänglich

b b

b

b

( ) Schraubbolzen a

c

Ringdübel mit Schraubbolzen

a

c

b

b

Schraube in Mero-Knoten Schweißbolzen

Ankerschiene und -schraube

Kippdübel

Maschinenschraube unmittelbar

a

c

c

a

b (f)

a c b (f) b (f)

a c

a

c

b (f)

Holzschraube

b (f)

Betonschraube

Gasbetondübel

Porenbetondübel

a

Mauerdübel

a c

c2

a c2

c

c2

Ziegelhohlraumdübel a

c2

a

a

c1 b (f) c1

c1

b (f) b (f)

c1 b (f)

b (f) b (f)

206

2.5

XII Verbindungen

Zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen c

a

b

☞ Übersicht in 2 16

☞ Abschn. 2.6, S. 222 ff

☞ vgl. Gegenüberstellung in 2 11

Zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen besitzen eine große Bedeutung im Hochbau, insbesondere im Bereich der Verbindungen für Primärtragwerke. Sie treten fast ausnahmslos in ihrer mittelbaren Ausführungsart in Erscheinung. Mittelbare Schraubverbindungen, d. h. solche, bei denen zwei Verbindungselemente oder Fügeteile a und b mit Hilfe eines zum Zweck der Fügung eingeführten Verbindungsmittels c – der Schraube inklusive Zusatzteilen – verbunden werden, machen den Großteil der bauüblichen differenzialen Verbindungen aus. Unmittelbare Schraubverbindungen, d. h. solche, bei denen die zu fügenden Bauteile selbst verschraubt werden, sind im Hochbau selten. Dies hängt zu einem großen Teil mit den bauüblichen, zumeist großen Dimensionen der Fügeteile und den besonderen Anforderungen des Hochbaus zusammen, die einen Schraubvorgang am Bauteil selbst eher erschweren bzw. erst gar nicht erforderlich machen. Ähnliches gilt auch für einseitig zugängliche Schraubverbindungen. Dessen ungeachtet gibt es einzelne Bereiche (wie den Seilbau), wo unmittelbare Schraubverbindungen durchaus üblich sind. Zweiseitig zugängliche mittelbare Schraubverbindungen, wie sie im Hochbau häufig auftreten, sind zwar grundsätzlich mit einem etwas größeren Herstellungs- und Montageaufwand verbunden als einseitig zugängliche, doch weisen sie einen wichtigen Vorteil auf: Das Vorbereiten eines vorgeformten Gegengewindes in oder an einem der beteiligten Fügeteile, wie bei den einseitig zugänglichen (vorgeformten) Schraubverbindungen, ist bei dieser Verbindungsart nicht erforderlich. Der Verschraubungsvorgang erfolgt fast ausnahmslos nicht an einem der Fügeteile, sondern am Verbindungsmittel selbst (Schraube, Mutter). Dadurch entfällt das aufwendige Vorfertigen des Gegengewindes im Fügeteil und man kann auf industriell vorgefertigte Massenprodukte (Schraubengarnituren) zurückgreifen. Ein Übermaß zwischen Bohrloch in den Fügeteilen und Schraubenschaft – der sich notfalls auch mit einfachen Mitteln auf der Baustelle herstellen oder vergrößern lässt – erlaubt es, gewisse Toleranzen – und zwar additiv an beiden Fügeteilen – aufzunehmen, die bei der einseitig zugänglichen Verschraubung mit (vorgeformtem) Gegengewinde im festen Fügeteil grundsätzlich nicht möglich sind. Diesem Vorzug der Durchsteckverbindung kommt bei der Montage im Bauwesen eine außerordentlich große Bedeutung zu. Die bauübliche zweiseitig zugängliche mittelbare Schraubverbindung, oder mit anderen Worten die durchgesteckte Schraubenverbindung mit Mutter, hat hinsichtlich der Kraftleitung quer zur Schraubenachse den Vorteil, dass das Gewinde auf den – kurzen – Schaftabschnitt im Bereich der Mutter beschränkt werden kann, sodass der glatte Schaftabschnitt theoretisch über die gesamte Bohrlochlänge Kräfte durch Schaftpressung und Lochleibung übertragen kann. Gewindeflächen sind nämlich nicht geeignet, derlei Beanspruchungen zu übertragen, und bauaufsichtlich für

5 An- und Einpressen

207

diesen Zweck auch nicht zugelassen. Des Weiteren gilt zweierlei: Einerseits ist eine zweiseitig zugängliche Verbindung im Regelfall robuster gegen Fehler, bzw. bietet mehr Korrekturmöglichkeiten als bei nur einseitiger Zugänglichkeit. Andererseits lässt sich daraus nur dann wirklich Nutzen ziehen, wenn ein einzelner Monteur die zu fügenden Bauteile umgreifen kann. Aus diesem Grund sind zweiseitig zugängliche Durchsteckverbindungen durch großflächige Hüllbauteile, wie beispielsweise Fassaden oder Decken, bei denen ein Umgreifen sozusagen per definitionem unmöglich ist, im Hochbau nur selten anzutreffen. Schraubverbindungen spielen im Stahlhochbau eine wichtige Rolle und gehören zusammen mit der Schweißtechnik zu den Standardverbindungen dieser Bauweise. Gegenüber dem Schweißen zeichnen sich Schraubverbindungen aus durch die Vorteile der

Stahl mit Stahl ☞ Band 2, Kap. X-3 Stahlbau, S. 572 ff

• Lösbarkeit – ein Vorteil im Hinblick auf einen Rückbau oder auf eine nachträgliche Verstärkung der Verbindung; • der einfachen manuellen Montage auf der Baustelle – Schrauben ist mit geringerem Aufwand verbunden als Schweißen; die nicht ungefährliche Schweißung über Kopf wird im Hochbau möglichst umgangen und durch eine Schraubverbindung ersetzt; • sowie der weitgehenden Unabhängigkeit der Montage von Umgebungsbedingungen – Schweißarbeiten sind unter kontrollierten Witterungsbedingungen auszuführen; sie setzen eine strenge Qualitätskontrolle voraus. Im Stahlbau werden gemeinhin die folgenden Schraubentypen eingesetzt: • rohe Sechskantschrauben R (normalfeste Schrauben) nach DIN  7990: unbearbeitet, mit Lochspiel; • Sechskant-Passschrauben P (normalfeste Passschrauben) nach DIN 7968: ohne Lochspiel; • hochfeste Sechskantschrauben (hochfeste Schraube), System HR nach DIN EN 14399-3 und -4 (Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9) oder System HV (Festigkeitsklasse 10.9); • hochfeste Sechskant-Passschrauben HP (hochfeste Passschraube) nach DIN EN 14399-8; • Senkschrauben nach DIN 7969.

Schraubentypen

2.5.1

208

XII Verbindungen

Werkstoffe

Die Werkstoffe für Schrauben im Einsatz ohne besondere Anforderungen sind in der DIN EN ISO 898-1 festgelegt. Es werden die Festigkeitsklassen 3.6 bis 12.9 unterschieden: Das Kennzeichen der Festigkeitsklasse besteht aus zwei Zahlen: • Die erste Zahl entspricht 1/100 der Nennzugfestigkeit in N/ mm2. • Die zweite Zahl gibt das 10-fache des Verhältnisses der unteren Streckgrenze ReL zur Nennfestigkeit Rm, Nenn an (Streckgrenzenverhältnis). Die Multiplikation der beiden Zahlen ergibt 1/10 der Streckgrenze in N/mm2. Beispiel: Festigkeitsklasse 8.8 Nennzugfestigkeit untere Streckgrenze

☞ Band 1, Kap. VI-6, Abschn. 2. Korrosion von metallischen Werkstoffen, S. 764 ff

Klassen von Verbindungen im Stahlbau

= 8 · 100 N/mm2 = 800 N/mm2 = 0,8 · 800 N/mm2 = 640 N/mm2

Daneben sind Schrauben aus wetterfestem Stahl oder aus legierten Stählen (z. B. nichtrostende) im Gebrauch. Sie sind ferner auch verzinkt oder mit anderen Überzügen versehen erhältlich. Hochfeste Schrauben (HV) werden aus Stahl der Festigkeitsklasse 10.9 gefertigt. Stahlbauverbindungen werden hinsichtlich des Prinzips der Kraftübertragung quer zur Schraubenachse, also hinsichtlich ihrer mechanischen Wirkungsweise unter Scherbeanspruchung, in zwei große Gruppen eingeteilt: • Scher-Lochleibungsverbindungen (SL): Dies sind einfachere Schraubverbindungen des Stahlbaus ohne spezielle Anforderungen. Sie treten im Hochbau insbesondere bei gelenkigen Knoten in Erscheinung. Die Kraftübertragung unter Scherbeanspruchung findet im Wesenlichen über •• Scherbeanspruchung des Schraubenschafts; •• Lochleibung an der Bohrlochwandung statt. Sie versagt entweder durch Abscheren des Schraubenschafts oder durch Ausreißen des Bohrlochs unter Beanspruchung der Schraubverbindung. Die Anziehvorspannung der Schraube ist nur gering, gerade ausreichend, um die Schraube vor selbsttätigem Losdrehen zu sichern (handfester Anzug). Sie ist für die Haupttragwirkung der Schraube nicht relevant und hierfür rechnerisch nicht ansetzbar. Im Wesentlichen erfolgt die Kraftübertragung quer zur Schraubenachse über reinen

5 An- und Einpressen

Formschluss (f), wenn ein größeres Spiel besteht, oder über Quasi-Formschluss (Ef), wenn praktisch kein Spiel, aber dennoch keine Vorspannung existiert. Aufgrund des Spiels, der bei dieser Verbindungsart zugunsten der einfachen Herstellung inkaufgenommen wird, sind SL-Verbindungen verhältnismäßig nachgiebig. Der bei dieser Schraubverbindungsart unvermeidliche Schlupf ist kennzeichnend für die rein formschlüssigen Verbindungen, wie sie in Kapitel XII-4 diskutiert werden. SL-Schraubverbindungen sind in ihrer mechanischen Wirkungsweise kaum von formschlüssigen Bolzenverbindungen zu unterscheiden und stellen deshalb gewissermaßen eine Übergangsform dar. Die Anziehvorspannung kann dann als eine besondere Art der Stiftsicherung betrachtet werden.

209

☞ Kap. XII-4 Zusammensetzen, S. 156 ff

• Gleitfeste Verbindungen (GV): Dies sind Verbindungen mit erhöhten Anforderungen an die Kraftübertragung. Sie treten im Hochbau bei hochbelasteten Knoten auf, insbesondere bei biegesteifen Verbindungen. Sie bieten aufgrund ihrer starren, nicht nachgiebigen, schlupffreien Fügung eine Alternative zu Schweißverbindungen, die vor allem bei der Baustellenmontage gegenüber dem Schweißen Vorzüge bietet. Sie sind jedoch – im Vergleich zu SL-Verbindungen – mit erhöhtem Ausführungsaufwand verbunden. Es ist eine planmäßig festgelegte Mindest-Anziehvorspannung durch ein entsprechendes Anziehdrehmoment aufzubringen, also eine vorab berechnete Sollvorspannung. Die dadurch entstehende Pressung der Fügeteilflächen induziert einen tangentialen Kraft- bzw. Reibschluss (r), der für die Kraftübertragung quer zur Schraubenachse verantwortlich ist. Ein Kontakt zwischen Schraubenschaft und Bohrlochwandung ist grundsätzlich nicht erforderlich, die Schraube kann mit Lochspiel montiert werden. SL- und GV-Verbindungen lassen sich in folgenden Varianten ausführen (2 18): Scher-Lochleibungsverbindung aus normalfesten (oder auch hochfesten) Schrauben. Es besteht ein Spiel zwischen Schraubenschaft und Bohrlochwandung. Die Kraftübertragung quer zur Schraubenachse (➝ x, z) erfolgt über reinen Formschluss (f). Bei größerer Anziehvorspannung herrscht längs der Schraubenachse (➝ y) ein Quasi-Formschluss (Ef) ohne Spiel, bei kleinem Anziehdrehmoment ebenfalls reiner Formschluss (f) mit Spiel. Hochfeste Schrauben (Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9) weisen einen größeren Scherwiderstand auf als normalfeste.

Scher-Lochleibungsverbindungen mit Lochspiel (SL)

Scher-Lochleibungsverbindung aus Passschrauben. Es besteht praktisch kein Spiel zwischen Schraubenschaft und Bohrlochwandung. Die Kraftübertragung quer zur Schrauben-

Scher-Lochleibungsverbindungen mit Passung (SLP)

210

XII Verbindungen

achse (Richtung ➝ x, z) erfolgt über Quasi-Formschluss (Ef), praktisch ohne Spiel. Eine SLP-Verbindung ist im Vergleich zu einer einfachen SL-Verbindung wesentlich starrer und weist eine größere kraftübertragende Kontaktfläche zwischen Schraubenschaft und Bohrlochwandung auf. Planmäßig vorgespannte ScherLochleibungsverbindungen ohne und mit Passung (SLV, SLVP)

Werden bei Verwendung hochfester Schrauben oder hochfester Passschrauben diese vorgespannt, spricht man von einer SLV- bzw. SLVP-Verbindung. Sie sind in ihrem Wirkprinzip dennoch nicht mit GV-Verbindungen vergleichbar. Die Vorspannung dient hier einer verformungsarmen Übertragung von Zug- und Druckkräften axial über den Schraubenschaft.

Gleitfeste, planmäßig vorgespannte Verbindung (GV)

Gleitfeste Verbindung aus hochfesten Schrauben unter planmäßiger Vorspannung. Die Kraftübertragung quer zur Schraubenachse erfolgt über tangentialen Kraft- bzw. Reibschluss (r). Kein Kontakt zwischen Schraubenschaft und Bohrlochwandung.

Gleitfeste, planmäßig vorgespannte Verbindung mit Passung (GVP)

Gleitfeste Verbindung aus hochfesten Passschrauben unter festgelegter Vorspannung. Die Kraftübertragung quer zur Schraubenachse erfolgt über eine Kombination aus tangentialem Kraft- bzw. Reibschluss (r) in den sich berührenden Fügeteilflächen oder je nach Lastfall Quasi-Formschluss (Ef) praktisch ohne Spiel zwischen dem Schraubenschaft und der Bohrlochwandung.

Besonderheiten gleitfester Verbindungen

Folgende besondere Anforderungen werden an planmäßig vorgespannte, gleitfeste Verbindungen gestellt:

A

B

C

D

E

• Hochfeste Schrauben nach DIN EN 14399-3 und -4 weisen vergrößerte Schlüsselweiten auf, um die hohen Anziehdrehmomente sicher aufbringen zu können. • Hochfeste Schraubverbindungen sind mit Scheiben vorgeschriebenen Typs (nach DIN EN 14399-5 oder 6) unter der Mutter (FK 8.8) oder unter Kopf und Mutter (FK 10.9) auszuführen.

17 Die im Stahlbau häufigsten Schraubengarnituren: A Sechskantschraube (R) nach DIN 7990 B Sechskant-Passschraube (P) nach DIN 7968 C hochfeste Sechskantschraube (HR, HV) nach DIN EN 14399-3 oder -4 D hochfeste Sechskant-Passschraube (HP) nach DIN 7999 E Senkschraube nach DIN 7969

• Die reibschlüssige Kraftwirkung der Schraubverbindung ist nicht nur von der Vorspannkraft, sondern auch von der Rauigkeit der Fügeteiloberflächen, d. h. von ihrem Reibbeiwert m, abhängig. Diese Oberflächen werden deshalb entsprechend behandelt: Sie werden gereinigt (Strahlen, Drahtbürste) und ggf. mit gleitfesten Anstrichen (z. B. Alkali-Silikat-Zinkstaubfarbe) oder sonstigen Beschichtungen versehen. • Die vorgeschriebenen Anziehdrehmomente werden entweder manuell per Drehmomentenschlüssel aufgebracht oder maschinell durch elektrisch oder pneumatisch betriebene Verschraubungsgeräte.

5 An- und Einpressen

211

Lastzustand

Montagezustand

Schlussartenmatrix ➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung *

Spiel

c

SL

s1

s1

s2

SAa,b=

s2

(ggf. Spiel)

c

s

s1

s

s2

s1

S

=

A

a,b

Spiel

GV

s

Gleitfeste Verbindungen

s

S

=

A

a,b

f

f

Ef

Ef Ef

)

**

(

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

)

**

(

r

r

Ef

E

Ef

r

r

r

r

Ef

Ef

Ef

)

➝ x, z: Reibschluss: Pressung der Fügeteilflächen

b

➝ y: Kraftschluss (ohne Spiel): große Anziehvorspannung

a

s

GVP

(r) (r)

➝ y: Kraftschluss (ohne Spiel): große Anziehvorspannung

s

c

Ef

Ef

➝ x, z: Quasi-Formschluss (minimales Spiel): Lochleibung und Schaftpressung

b

c

f

Ef

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung

s2

a

(

f

➝ x, z: reiner Formschluss (mit Spiel): Lochleibung und Schaftpressung

Spiel

a

SLP

Scher-Lochleibungsverbindungen

Schnitt

s

s s b

y

S

A

a,b

=

(

r/Ef r/Ef Ef E

Ef

r

r/Ef r/Ef Ef

Ef r Ef

)

➝ x, z: Reibschluss: Pressung der Fügeteilflächen kombiniert mit Quasi-Formschluss (minimales Spiel): Lochleibung und Schaftpressung

x

* Bei kleinem Anziehdrehmoment kann zwischen den Fügeteilen a und b in Richtung ➝y auch ein Spiel bestehen. Die Schlussart ist dann reiner Formschluss f. ** Nicht maßgeblich für die Kraftleitungsfunktion der Verbindung, statisch nicht ansetzbar.

Sa,b =

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

18 Übersicht der stahlbautypischen Klassen von Schraubverbindungen mit Darstellung der in den 12 Richtungssinnen jeweils wirkenden Schlussarten (Schlussartenmatrix).

212

XII Verbindungen

2.5.2 Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche geschraubte Verbindungen im Stahlbau

☞ Kap. XII-8, Abschn. 2.8 Konstruktive Standardlösungen des Stahlbaus, S. 324 ff



☞ Kap. XII-4, Abschn. 4.1 Verbindungen durch Auflegen, S. 172 ff

☞ vgl. beispielsweise Kap. XII-4, Abschn. 4.1 Verbindungen durch Auflegen,  51 und 52 auf S. 174

Geschraubte Anschlüsse sind im Stahlbau nahezu ausschließlich bei Montagestößen auf der Baustelle im Einsatz. Im Werk werden die wesentlich steiferen Schweißverbindungen bevorzugt. Verschraubungen lassen sich auf der Baustelle indessen rascher und mit wesentlich weniger Auswand als Schweißungen ausführen. Es werden sowohl gelenkige ( 19, 20) wie auch biegesteife ( 21-28) Schraubverbindungen hergestellt. Letztere werden jedoch, insbesondere bei größerer Momentenbeanspruchung, eher vermieden, da die Vorteile der raschen Schraubenmontage wegen der erforderlichen höheren Schraubenzahl und ggf. dem Einsatz von aufwendigeren GV-Verschraubungen zum Teil wieder verlorengehen. Häufig werden bei biegesteifen Rahmenecken deshalb die geschraubten Montagestöße in den Bereich der Momentennullpunkte verlagert, die Ecken selbst aber geschweißt ausgeführt ( 25, 26, 28). Bei der konstruktiven Ausführung der Anschlüsse von Bauteilen aus Profilstahl ist, wie auch bei geschweißten Verbindungen, stets zu beachten, dass die lokale Krafteinleitung praktisch nur in Richtung der Profilebenen (Flansch, Steg), nicht rechtwinklig zu ihr stattfinden kann. Dünne Bleche sind nur in ihrer Ebene steif, quer zu ihr sind sie weich. Ist es unumgänglich, Bleche in Querrichtung zu beanspruchen, wie beispielsweise auf Zug beanspruchte, verschraubte Stirnplatten ( 23), muss das Blech jeweils mit Steifen gestützt werden, welche die Kraft wiederum in ihrer Ebene abtragen und in das nächste, kraftparallele Blech (hier der Stützensteg) einleiten. Sehr dünne Bleche lassen sich bei größeren Kräften selbst in ihrer Ebene nur begrenzt auf Druck beanspruchen. Es droht Beulgefahr. Dies gilt in besonderem Maß für Stegbleche, die bei Profilstahl wesentlich dünner sind als die Flansche. Vor allem bei lokaler Krafteinleitung müssen diese deshalb mit Steifen verstärkt werden. Dies geschieht im Regelfall beispielsweise beim unteren Flanschanschluss des Rahmenriegels an den Rahmenstiel ( 21-28). Bei den hier diskutierten Standardverbindungen treten Verschraubungen als die primären kraftleitenden verbindungen in Erscheinung. Es handelt sich entweder um schubbeanspruchte Schraubverbindungen, sogenannte Querkraftverbindungen (z. B. die Schrauben der oberen Zuglasche des Rahmens in  21), oder zugbeanspruchte Verbindungen (z. B. die Schrauben im Bereich des Obergurts des Rahmenriegels in  23). Bei anderen Fügeverfahren, wie beispielsweise dem Zusammensetzen, sind zwar oftmals auch Schraubverbindungen beteiligt; diese übernehmen dort aber lediglich eine sekundäre sichernde Funktion. Querkraftverbindungen sind die bevorzugte Verbindungsart im Stahlbau. Zwar ist beim Montieren kein unmittelbares Absetzen des Bauteils vor der Verschraubung möglich (wie beispielsweise bei Verwendung von Knaggen), sodass während des gesamten Montagevorgangs das Bauteil am

5 An- und Einpressen

213

Hebezeug hängen muss (z. B. der Träger in  20), doch wird dies wegen der Leichtigkeit der Bauteile und der Präzision der Fertigung dennoch in Kauf genommen. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse liegt stets ein kammerseitiger Anschluss des Neben- an den Hauptträger vor. Um Exzentrizität, und somit Torsion auf den Hauptträger zu vermeiden, wird der Steg des anschließenden Trägers möglichst nah an denjenigen des angeschlossenen geführt. Dies geschieht durch Ausklinken eines Flansches (zumeist des oberen, um oberseitige Bündigkeit zu gewährleisten, wie in  19 A) bzw. beider Flansche, wenn beide verbundenen Träger höhengleich sind ( 19 B). Der geschraubte Anschluss erfolgt entweder durch eine am Hauptträger aufgeschweißte Lasche ( 19 A) oder durch eine am Nebenträger aufgeschweißte Stirnplatte ( 19 B).

Anschluss Träger an Träger

Herkömmliche flanschseitige Anschlüsse von Trägern an Stützen ( 20, A-C) werden entweder mit Laschen ausgeführt, an die Stütze angeschweißt ( 20, A) oder angeschraubt ( 20, B), oder alternativ mit angeschweißter Stirnplatte am Träger ( 20, C). Kammerseitige Anschlüsse ( 20, D) sind montagetechnisch schwieriger auszuführen, vor Allem zwischen benachbarten Stützen, da das Trägernede umständlich in die Profilkammer der stütze eingefädelt werden muss. Das Heranführen des Trägerprofils an den Stützensteg (wie in  20, D) ist jedoch grundsätzlich vorteilhaft, da es Exzentrizitäten, und somit planmäßige Biegemomente auf die Stütze, vermeidet.

Anschluss Träger an Stütze

K

K

19 Seitlicher geschraubter Anschluss eines Neben- an einen Hauptträger (gelenkige Querkraftanschlüsse). A mit angeschweißter Lasche L und oberseitiger Ausklinkung K für bündige Oberkanten; B mit Stirnplatte S und ober- und unterseitiger Ausklinkung K am Nebenträger (hier Haupt- und Nebenträger höhengleich).

K

20 Seitlicher geschraubter Anschluss eines Trägers an eine Stütze (gelenkige Querkraftanschlüsse): A–C flanschseitig, D kammerseitig. A mit angeschweißter Lasche L; B mit angeschraubter Doppellasche DL; C mit Stirnplatte S am Träger; D mit Stirnplatte S und seitlichen Ausklinkungen K am Träger.

L S

A

B

K

DL

L

S

S

K

A

B

C

D

214

XII Verbindungen

Rahmenecken

Die Hauptschwierigkeit bei Rahmenecken aus konstruktiver Sicht besteht in der Übertragung der Biegezug- und Biegedruckkräfte zwischen Rahmenriegel und Rahmenstiel. Da, insbesondere bei herkömmlichen, eingeschossigen Hallenrahmen, die Ecken vorwiegend negativen Momenten unterworfen sind, wird diese Art der Beanspruchung bei unserer Betrachtung im Vordergrund stehen. Es enstehen somit Biegezugkräfte im Riegelobergurt und Biegedruckkräfte im Riegeluntergurt. Um das Kraftniveau möglichst niedrig zu halten, empfiehlt sich die Vergrößerung des ReaktionsMomentenhebelarms. Dies kann beispielsweise durch die Konzentration der Verbindungsmittel möglichst weit an den Rändern (wie in  22) bzw. durch die Einführung einer Voute (z. B. in  21–24, 26, 28) erfolgen, die den Hebelarm h aufweitet. Muss der Montagestoß, der verschraubt ausgeführt wird, im Eckbereich liegen (dies vereinfacht den Transport, da nur strikt stabförmige Elemente vorliegen), sind die größten Kräfte zu erwarten, da dort die Momentenmaxima liegen. Es sind verschiedene Ausführungen möglich ( 21–24, 27). Ein Stirnplattenstoß zwischen Riegel und Stiel mit auf- oder angesetzter Zuglasche, alternativ vertikal ( 21) oder horizontal ( 24) geführt, maximiert den verfügbaren Hebelarm und bietet ausreichend Platz, um mehrfache (schubbeanspruchte) Verschraubungen anzuordnen (z. B.  21 und 24, Schraubengruppe 1). Bei großen Biegemomenten lassen sich diese auch mit Passschrauben (SLP-Verbindung) oder mit hochfesten Schrauben (GV-Verbindung) ausführen. Biegedruckkräfte im Untergurt werden über Druckkontakt übertragen; Schrauben haben hier nur sichernde Funktion. Eine Steife im Kammerraum des Stiels leitet die Druckkraft in den Steg ein und verstärkt dieses schlanke Blech gleichzeitig (z. B.  21–24, ST, ST 1). Querkräfte, bzw. kleinere Zugkräfte im Untergurt infolge wechselnder Lastzustände, werden durch die Schrauben im Stirnplattenstoß (z. B.  21 und 24, Schraubengruppe 2) aufgenommen. Bei Verzicht auf eine Zuglasche lassen sich die Biegezugkräfte auch durch eine zugbeanspruchte Schraubengruppe im Obergurtbereich übertragen. Konstruktiv am einfachsten geschieht dies durch Anordnung von vier Schrauben am oben überstehenden Stielflansch bzw. Stirnblech ( 22, AB; Schraubengruppe 1). Dies ergibt eine günstige symmetrische Schraubengruppierung, wobei der Obergurt die (in dieser Richtung weichen) Anschlussbleche versteift. Nachteilig wirkt sich der Überstand aus, wenn, wie zumeist der Fall, weitere Aufbauten auf den Obergurt gelegt werden. Verzichtet man aus diesem Grund auf den Überstand, rücken die Schrauben weiter in die Profilkammer des Riegels, womit sich der Hebelarm etwas verkleinert (und die Kraft vergrößert) ( 23, Schraubengruppe 1). Die somit verlorene aussteifende Wirkung des Obergurts auf die Anschlussbleche ( 23, Stielflansch SF und Stirnplatte SP) muss durch Einführung einer zusätzlichen Steife ( 23, ST 2)

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 7.2 Zusammengesetzte stabförmige Bauteile, S. 544  ff

5 An- und Einpressen

215

AB ZL h

21 Geschraubte Rahmenecke: Übertragung der Biegezugkräfte im oberen Riegelgurt mittels verschraubter Zuglasche ZL. Biegedruckkräfte im unteren Riegelgurt werden über Druckkontrakt übertragen und durch die Steife ST in den Steg des Rahmenstiels übertragen.

1

h

1

1 1

2

ST ST

VT

VT

22 Geschraubte Rahmenecke mit oben überstehenden Anschlussblechen AB: Übertragung der Biegezugkräfte im oberen Riegelgurt mittels vier zugbeanspruchter Schrauben (1).

ST 2

h h

1

1

SF ST 1 VT

SP

2

ZL

ST 2

ST 1 VT

23 Geschraubte Rahmenecke: Übertragung der Biegezugkräfte im Bereich des oberen Riegelgurts mittels zugbeanspruchter Schrauben (1), jedoch in den Kammerraum verlagert zwecks oberer Bündigkeit. Steifen ST 2 verstärken den Stützenflansch SF und die Stirnplatte SP und leiten die Zugkraft in den Steg des Rahmenstiels. 24 Geschraubte Rahmenecke mit horizontalem Stoß zwischen Riegel und Stiel. Die Biegezugkraft wird im hinteren Flansch des Rahmenstiels mittels verschraubter Zuglasche ZL übertragen. Verstärkung des Riegelprofils am Ansatz der Voute VT mithilfe eines Stegblechs ST 2. 25 Geschweißte Rahmenecke mit geschraubtem Montagestoß MS im Momentennullpunkt. Es sind nur minimale Biegemomente zu übertragen.

MS

MS

VT

26 Geschweißte Rahmenecke mit geschraubtem Montagestoß MS im Momentennullpunkt, mit Voutung VT. 27 Geschraubte Stockwerksrahmenecke: Übertragung der Biegezug- und Biegedruckkräfte jeweils über Zug- und Drucklaschen LS. Übertragung der Querkräfte über vertikale Anschlusslasche am Trägersteg AL. DB

MS

LS AL LS

28 Geschweißte Rahmenecke mit geschraubtem Montagestoß MS im Momentennullpunkt, mit (hier druckbeanspruchter) Diagonalblechverstärkung DB im Eckfeld.

216

XII Verbindungen

wieder gesichert werden. Die großen Biegemomente an der Rahmenecke lassen sich dadurch umgehen, dass der Montagestoß von dieser weg in den Bereich des Momentennullpunkts verlagert wird ( 25, 26, 28). In diesem Fall sind einfache Stirnplattenstöße ausreichend. Der Nachteil dieser Lösung liegt im erschwerten Transport der sperrigen Rahmestieile mit seitlichem Riegelansatz. Bei Stockwerksrahmen empfehlen sich oftmals bezüglich der horizontalen Systemachse des Riegels symmetrische Verbindungen zwischen Stütze und Rahmenriegel (wie beispielsweise in  24), z. B. mit zwei verschraubten Gurtlaschen. Dies ist eine Folge der wechselnden Vorzeichen der zu erwartenden Momente, insbesondere bei hohen Häusern. Vouten werden in diesen Fällen seltener eingesetzt, da diese im Geschossbau schwer zu integrieren sind. Die stark schubbeanspruchten Eckbleche der Rahmenecken lassen sich entweder durch flach aufgeschweißte Bleche oder durch Diagonalsteifen ( 28, DB), je nach Ausrichtung alternativ druck- oder zugbeansprucht, verstärken.

5 An- und Einpressen

217

Zweiseitig zugängliche mittelbare Schraubverbindungen treten im modernen ingenieurmäßigen Holzbau in folgenden Formen auf:

Holz mit Holz

2.5.3

• Verbindungen mit Schraubenbolzen und Gewindestangen. Es besteht ein Spiel zwischen Bohrloch und Schraubenschaft. • Verbindungen mit Passbolzen. Es besteht praktisch kein Spiel zwischen Bohrloch und Schraubenschaft. Sie gehörten nicht zum Repertoire historischer zimmermannsmäßiger Verbindungen, da Innengewinde, wie sie für diesen Verbindungstyp notwendig sind, technisch erst spät umgesetzt werden konnten. Wenngleich Schrauben aus Holz grundsätzlich herstellbar sind, bestehen moderne Schrauben im Holzbau durchweg aus Stahl. Aus der Kombination der beiden Werkstoffe in der Verbindung ergeben sich gewisse Besonderheiten der Schraubverbindungen im Holzbau gegenüber denen im Stahlhochbau, die bereits diskutiert wurden.

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung, S. 110 ff

Bolzen werden definiert als (2 29):

Verbindungen mit Schraubenbolzen und Gewindestangen

alle Schraubenbolzen und Bolzen ähnlicher Bauart. Sie sind mit Kopf und Mutter versehen und werden nach Vorbohren der Bolzenlöcher mit geringem Spiel eingebaut und anschließend fest angezogen. 5 Gewindestangen im Sinne dieser Norm sind Gewindebolzen M6 bis M30 nach DIN 976-1. 6

Lochspiel a

c

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung ➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung

SAa,b = b

y

Sa,b = x

(

x y z

(

f

f

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

f

f

Ef

Ef Ef

)

➝ zx: Reibschluss: infolge Anziehvorspannung; statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: reiner Formschluss (mit Spiel): Lochleibung und Schaftpressung

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

29 Mechanisches Wirkprinzip einer Schraubbolzenverbindung, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

218

XII Verbindungen

Schraubentypen

Es kommen die gleichen Schraubentypen (nach DIN EN ISO 4016) mit Muttern (nach DIN EN ISO 4032 bis -36) wie auch Gewindestangen wie im Stahlbau zum Einsatz. Mindestfestigkeitsklasse nach DIN EN ISO 898-1 ist für Schraubenbolzen 3.6, für Gewindestangen 4.8.



 Das planmäßig vorgesehene Spiel zwischen Schraube und Lochwandung erlaubt eine schnelle Montage, erhöht aber die Nachgiebigkeit der Verbindung im Vergleich zu anderen Stiftverbindungen mit Passsitz (wie Stabdübel oder Passbolzen) deutlich. Schraubenbolzen können aus diesem Grunde nicht mit anderen (steiferen) Verbindungsarten im gleichen Knoten kombiniert werden, es sei denn sie haben nur nachrangige sichernde Funktion. Wie bei allen anderen Stiftverbindungen des Holzbaus, handelt es sich um eine Scher-Lochleibungsverbindung. Wegen der Nachgie-

Mechanisches Wirkprinzip

a2 a2

a2 a2

✏ 1 mm größer als Nenndurchmesser des Bolzens

Faserrichtung Verbindungsmittel

a1

a1

a1

a1

Abstände in Faserrichtung innerhalb einer Reihe und rechtwinklig zur Faserrichtung zwischen den Reihen

F

F

F

α

α a3,c

a3,t – 90° ≤ α ≤ 90° 1)

F F

F

a4,c

F a4,t

α

F

90° ≤ α ≤ 270° 2)

α

0° ≤ α ≤ 180° 3)

180° ≤ α ≤ 360° 4)

Abstände vom Hirnholzende und vom Rand 1)

beanspruchtes Hirnholzende

2)

unbeanspruchtes Hirnholzende

3)

beanspruchter Rand

4)

unbeanspruchter Rand

30 Definition der Verbindungsmittelabstände und Angriffswinkel der Kraft bezüglich der Faserrichtung des Holzes zur Festlegung der Mindestabstände, nach DIN EN 1995-1-1. Abstände

Winkel

Mindestabstände

a1

parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

(4 + Icos αI) · d

a2

rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

4·d

a3t

beanspruchtes Hirnholzende

a3,c

unbeanspruchtes Hirnholzende

a4,t

beanspruchter Rand

a4,c

unbeanspruchter Rand

– 90° ≤ α ≤ 90° 90° ≤ α < 150°

max (7 · d; 80 mm) (1 + 6 · sin α) · d

150° ≤ α < 210°

4·d

210° ≤ α ≤ 270°

(1 + 6 · Isin αI) · d

0° ≤ α ≤ 360° 180° ≤ α ≤ 360°

max [(2 + 2 · sin α) · d; 3 · d] 3·d

31 Mindestabstände von Schraubbolzen und Gewindestangen in Abhängigkeit ihres Nenndurchmessers d nach DIN EN 1995-1-1, Tab. 8.4.

5 An- und Einpressen

bigkeit des Werkstoffs erfahren die Schraubenschäfte, zusätzlich zur Scherbeanspruchung, auch Biegung. Anders als im Stahlbau, wo der Schlupf durch ausreichenden Reibschluss zwischen den Fügeteilen (vorgespannte GV-Verbindungen) aufgehoben werden kann, ist in das Holz eine zur Herstellung eines tragfähigen Reibschlusses ausreichende Anziehvorspannung nicht eintragbar. Dem steht die Empfindlichkeit des Faserwerkstoffs Holz gegenüber Querpressung entgegen. Wie bei herkömmlichen Scher-Lochleibungsverschraubungen des Stahlbaus auch übernimmt der – nur begrenzte – Anpressdruck infolge Anziehdrehmoments im Wesentlichen nur die Stiftsicherung bzw. die Sicherung anderer beteiligter Verbindungsmittel, wie beispielsweise Einlass- oder Einpressdübel. Um diesen Druck ohne größere Pressungen in das Holz zu leiten, sind unter Schraubenkopf und Mutter Scheiben nach DIN EN ISO 7089 erforderlich. Dabei ist stets die Schwindtendenz des langsam austrocknenden Holzes zu berücksichtigen, die dazu führen kann, dass sich der Anpressdruck der Verschraubung abbaut. Deshalb ist auf Folgendes zu achten:

219

☞ Übersicht in 2 18, Zeile 4.3, in Kap. XII2, Abschn. 5. Besonderheiten der Werkstoffe bei der Kraftübertragung, S. 113

✏ Dicke ≥ 0,3 · Stiftdurchmesser d, Scheibendurchmesser ≥ 3 · d

Falls zur Sicherstellung der Tragfähigkeit und der Steifigkeit der Konstruktion erforderlich, sollten sie nachgezogen werden, wenn das Holz die Ausgleichsfeuchte erreicht hat. 7

Aufgrund der großen Nachgiebigkeit von Bolzenverbindungen gilt der Grundsatz: Bolzenverbindungen sind nicht in Dauerbauten zu verwenden, bei denen es auf Steifigkeit und Formbeständigkeit der Konstruktion ankommt.

Sie sind folglich im Einsatz für Primärtragwerke nur für temporäre Bauten, einfache Dach- und Hallentragwerke, Gerüste u. Ä. einsetzbar. Sie werden ferner auch als Zusatzelement zur Sicherung von Dübelverbindungen verwendet.

Einsatz

☞ DIN 1995-1-1 / NA NCI zu 8.5.3 (NA.4)

☞ Abschn. 5.2 Verbindungen aus Dübeln besonderer Bauart > 5.2.2 Mechanisches Wirkprinzip, S. 252 f

Es sind Mindestabstände zwischen den Bolzen nach Norm einzuhalten (2 31 ). Aufgrund der Anisotropie des Holzes ist bei der Festlegung der Bolzenabstände der Winkel a der Kraftwirkung bezüglich der Faserrichtung zu berücksichtigen sowie auch der Abstand von Hirnholzende oder Rändern, um ein Abscheren oder Ausreißen zu verhindern.

Schraubengruppierungen

Wie bei anderen Passschrauben ist bei Passbolzen der Schaftdurchmesser größer als der Gewindedurchmesser. Das Bohrloch wird mit dem gleichen Durchmesser wie der des Schaftes gebohrt. Der Schaft liegt ohne Spiel press an der Lochwandung an. Im Gegensatz zum gewöhnlichen Schraubbolzen entsteht rechtwinklig zur Schraubenachse ein steiferer Quasi-Formschluss (Ef), wodurch die Verbindung insgesamt steifer wird. Passbolzen sind in ihrer mechanischen Wirkung mit den Stabdübeln vergleichbar

Verbindungen mit Passbolzen

 DIN EN 1995-1-1, 8.5 (3)

☞ Abschn. 5.1 Stabdübelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen, S. 246 ff

220

XII Verbindungen

und werden in der DIN EN 1995-1-1 ähnlich wie diese behandelt. Ihre Abstände sind, leicht abweichend von denen der Schraubbolzen, wie in 2 33 dargestellt geregelt.

a

c

➝ y: quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung kein Lochspiel: ø Loch = ø Bolzen

➝ yz, xy: quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung

S

A

b

y

Sa,b = x

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

=

a,b

(

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ zx: Reibschluss infolge Anziehvorspannung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung/-biegung

b als gestellfest angenommen

32 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Passbolzenverbindung, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

einschnittige Bolzenverbindung (NH oder BSH)

zweischnittige Bolzenverbindung mit Stahllaschen außen (NH oder BSH)

Norm aktualisiert JR, NK

zweischnittige Bolzenverbindung (NH oder BSH) 33 Exemplarische vorwiegend zugbeanspruchte Schraubbolzenverbindungen ohne und mit Stahllaschen. Die einschnittige Verbindung links oben leitet die Kräfte exzentrisch weiter. Die so entstehenden Versatzmomente müssen von den Bauteilen aufnehmbar sein.

zweischnittige Bolzenverbindung mit eingeschlitzter Stahllasche (NH oder BSH)

Abstände

Mindestabstände

a1 parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

(3 + 2 · Icos αI) · d

a2 rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

3·d

a3,t beanspruchtes Hirnholzende a3,c unbeanspruchtes Hirnholzende

34 Mindestabstände von Passbolzen (und Stabdübeln) in Abhängigkeit ihres Nenndurchmessers d nach DIN EN 1995-1-1, 8.6 (3). Die Abstandsmaße ai sind in  30 definiert.

Winkel

a4,t beanspruchter Rand a4,c unbeanspruchter Rand

– 90° ≤ α ≤ 90°

max (7 · d; 80 mm)

90° ≤ α ≤ 150°

max (a3,t · Isin αI · d; 3 · d)

150° ≤ α < 210°

3·d

210° ≤ α ≤ 270°

max (a3,t · Isin αI · d; 3 · d)

0° ≤ α ≤ 180° 180° ≤ α ≤ 360°

max [(2 + 2 · Isin αI) · d; 3 · d] 3·d

5 An- und Einpressen

Zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen besitzen im Holzbau nicht die gleiche Bedeutung wie im Stahlbau. Die wesentlichen Gründe hierfür sind oben angesprochen worden; hier spielt insbesondere die fehlende Querdruckfestigkeit des Holzes eine Rolle, die es verbietet, einen größeren Anpressdruck auf den Werkstoff quer zur Faserachse aufzubringen, wie es bei Verbindungen durch Anund Einpressen notwendig wäre. Hinzu kommt die starke Schwindtendenz des Holzes, die stets einen Abbau der Vorspannung bewirkt. Aus diesem Grund treten diese Verbindungen vielmehr entweder als provisorische Lösungen in Erscheinung (für fliegende Bauten) oder lediglich mit sekundär sichernen Zwecken (2 35, 37). Ansonsten wird die Schraubverbindung ohne nennenswerten Anpressdruck in Schraubenachse eingesetzt und wird zu diesem Zweck als Passbolzenverbindung ausgeführt, die in ihrer mechanischen Wirkungsweise mit einer Stabdübelverbindung gleichwertig ist. In einigen Einsatzfällen, dort wo ein Auseinanderfallen der Verbindungspartner droht, etwa bei der Verbindung von Holz mit außenliegenden Stahlblechen oder Holzwerkstoffplatten (2 36), ist ein Einsatz von Passbolzen anstelle von Stabdübeln zwingend vorgeschrieben.

221

Konstruktive Standardlösungen für zweiseitig zugängliche Schraubverbindungen des Holzbaus

2.5.4

☞ DIN 1995 1-1 / NA NCI zu 8.6 (NA.7)

35 (Oben links) Einsatz eines Schraubbolzens (oben) als lediglich sichernde Verbindung beim Stabdübelkreis der Rahmenecke. Sie sorgt dafür, dass die Verbindungspartner nicht auseinanderfallen. Die Reibkraft zwischen Stabdübel (unten) und Bohrlochwandung ist für diesen Zweck nicht ausreichend. 36 (Oben rechts) Einsatz eines Passbolzens bei außenliegenden Stahlblechen (vgl. auch  33). Die Wirkung des Bolzens ist in diesem Fall die gleiche wie bei einem Stabdübel. Wiederum verhindert der Bolzen das Auseinanderfallen der Verbindung, hat aber gleichzeitig primär kraftleitende Funktion.

37 (Links) Einsatz eines Schraubbolzens mit sekundär sichernder Funktion bei einem Hirnholzdübel.

222

2.6

XII Verbindungen

Einseitig zugängliche Schraubverbindungen ☞ 2 11 c

a

b

✏ Aus diesem Grund bevorzugen Monteure für die Befestigung von Fassadenelementen an Massivteilen oftmals Dübelverbindungen anstatt vorbereiteter eingegossener Gewindehülsen, die selten am richtigen Ort liegen. ☞ 2 11, Variante D

☞ 2 11, Variante C

☞ 2 11

Grundsätzlich ist hinsichtlich der Montage die einseitige Zugänglichkeit einer Schraubverbindung als Vorteil zu bewerten, da gegenüber der zweiseitigen Variante Arbeitsgänge entfallen und in bestimmten Situationen, bei denen eine Seite nicht zugänglich ist, dennoch geschraubt werden kann. Bei der Bewertung von weitergehenden Vor- und Nachteilen einseitig zugänglicher Schraubverbindungen im Hochbau ist zwischen den beiden Varianten der selbstformenden und der vorgefertigten Verbindung deutlich zu unterscheiden. Einseitig zugängliche Schraubverbindungen mit vorgeformtem Gegengewinde im Fügeteil selbst werden wegen des verhältnismäßig großen Aufwands und der verringerten Toleranzspanne – weil Toleranzen nur an einem Fügeteil aufnehmbar sind – im Hochbau vergleichsweise selten eingesetzt. Indessen wird diese Problematik durch die für Schraubbefestigungen an Massivbauteilen außerordentlich erfolgreiche Variante der Dübel- und Ankertechnik in gewisser Weise umgangen. Ein Element mit dem nötigen vorgefertigten Gegengewinde (die Ankerhülse) – bzw. ein vorgefertigtes Teil (der Dübel) aus wesentlich weicherem Material als das der Fügeteile, in das ein Gewinde von der Schraube leicht selbstgeformt werden kann – wird in einem mit einfachen Mitteln herzustellenden Bohrloch (Sackloch) eingeführt und mittels verschiedener Schlussarten (Form-, Reib-, Stoffschluss) fixiert. Da das Bohrloch auf der Baustelle nach Bedarf exakt gesetzt werden kann, entfällt das Toleranzproblem wie oben angesprochen weitgehend. Einseitig zugängliche, selbstformende Schraubverbindungen machen in ihrer selbstbohrenden Variante den Aufwand für die Herstellung des Gegengewindes – und eines vorbereiteten Bohrlochs – unnötig. Sie können grundsätzlich an jedem Punkt angesetzt werden und umgehen dadurch jegliches Toleranzproblem. Voraussetzung für die Ausführbarkeit gewindebohrender Schraubverbindungen ist das richtige Verhältnis zwischen der Festigkeit und Härte des Schraubenmaterials und derjenigen des Grundwerkstoffs der Fügeteile, bzw. des Fügeteils, in welches das selbstschneidende Gewinde eindringt. Dies ist nicht bei allen Werkstoffen gegeben, sodass diese Variante praktisch nur in den Kombinationen von Stahlschrauben mit Holz oder mit mehr oder weniger dünnen Blechteilen realisierbar ist. Selbstformende Schraubverbindungen in ihrer gewindeschneidenden Variante erfordern ein vorab gesetztes Bohrloch, in dessen Wandungen anschließend das Gewinde beim Eindrehen der Schraube selbsttätig geschnitten wird. Die Auswahl infrage kommender Werkstoffe, bzw. Werkstoffdicken, vergrößert sich, sodass beispielsweise Stahlschrauben sich in Beton direkt eindrehen lassen (Schraubanker). Nachteilig ist die grundsätzlich geringere Tragfähigkeit dieser Schraubverbindungen, da sie wegen der notwendigen großen Schneidkraft – welche eine große Eindrehkraft bedingt – grundsätzlich nur mit großer Gewindesteigung ausführbar sind. Bei kleinerer Steigung wäre die erforder-

5 An- und Einpressen

223

a

Schweißbolzen

c

a

c

c

a

b (f)

b (f)

B Mero-Knoten

A Schweißbolzen

c

a

c2

a

b (f)

C Pressleistenverschraubung c1

b (f)

D Direktverschraubung im Bauteil b (f) E Schweißbolzen mit Innengewinde b (f)

a2 b (f)

a1

a

F Gewindefitting

G Gabelspannschloss

b (f) b (f)

c2

b (f)

a

a c1

H Ankerschiene

c

c

I Kippdübel

38 Beispiele für einseitig zugängliche Schraubverbindungen.

224

XII Verbindungen

liche Eindrehkraft zu groß. Dies verringert im eingebauten Zustand die erreichbare Verankerungskraft im Werkstoff des Fügeteils, weshalb derartige Verbindungen nur bei untergeordneten Bauteilen mit begrenzter Belastung einsetzbar sind. Ferner ist bei gewindeschneidenden Schrauben aus offensichtlichen Gründen keine Vergütung des Innengewindes möglich, was die Zugtragfähigkeit der Verbindung wiederum mindert. Aus den gleichen Gründen wie bei zweiseitig zugänglichen Schraubverbindungen, sind auch einseitig zugängliche im Hochbau fast ausnahmslos mittelbare Verbindungen. 2.6.1



mit vorgeformtem Gegengewinde

 Einseitig zugängliche Schraubverbindungen mit vorgeformtem Gegengewinde treten im Hochbau vorwiegend in den folgenden Varianten auf:

Verschraubung in Stahl

Das Gegengewinde kann direkt in das zu fügende Bauteil geschnitten werden ( 34 D). Die damit verbundenen Nachteile für Bauverbindungen sind oben angesprochen worden. Öfter tritt diese Variante der Schraubverbindung in Fällen auf, bei denen die Erzeugung des Gegengewindes im Fügeteil entfällt und dieses in einem gesonderten Verbindungselement vorgeformt ist. Ein Beispiel sind Fachwerkknoten wie in  38 B. Ferner finden sich auch folgende Lösungen:

 

☞ Abschn. 2.6, S. 222 ff

• Schweißbolzen mit Mutter & DIN EN ISO 13918 Bolzen und Keramikringe zum Lichtbogenbolzenschweißen (und Vornorm prEN ISO 13918) ☞ a b siehe auch Kap. XII-8, Abschn. 2.9 Bolzenschweißverfahren, S. 328

• Gewindehülsen & DIN EN ISO 13918, 4.9 ☞ Kap. XII-8, Abschn. 2.9 Bolzenschweißverfahren, S. 328

Schweißbolzen sind Gewindestifte, die in einem speziellen automatischen Schweißverfahren a auf Stahlbauteile aufgesetzt werden. Sie kommen insbesondere bei Hüllkonstruktionen wie beispielsweise Fassaden oder Überdachungen zum Einsatz, wo eine einseitige Zugänglichkeit der Verbindung eine Grundvoraussetzung ist ( 38 A). Auf diese lässt sich zur Herstellung der Verbindung eine Mutter aufschrauben. Schweißbolzen werden in diesem Kontext allein in ihrer Eigenschaft als Schraubverbindung betrachtet; die Schweißverbindung mit dem Grundbauteil wird in Kap. XII-8 untersucht. b

Schweißbolzen lassen sich nach Norm auch als Stift mit Innengewinde (IT) bzw. als Gewindehülse ausführen. In diese kann ein Schraubenschaft direkt eingedreht werden (  38 E). Analog wie bei Schweißbolzen (s. o.), steht in diesem Kontext die Schraubverbindung im Blickpunkt; die Schweißverbindung mit dem Untergrund wird in Kap. XII-8 angesprochen.

5 An- und Einpressen

Auch auf Ausziehen beanspruchte Seilkopfverschraubungen wie in  38 F und G gehören zu dieser Kategorie. Wie bei Schweißbolzen (s. o.), wird in diesem Zusammenhang lediglich die Schraubverbindung betrachtet. Die Kopplung zwischen Seil und Seilkopf erfolgt nach anderen Verfahren und wird an anderer Stelle untersucht.

Eine einseitig zugängliche Schraubverankerung mit vorgeformtem Gegengewinde in mineralischen Werkstoffen erfolgt ausschließlich über entsprechende Verbindungsmittel, die entweder im mineralischen Werkstoff eingebettet werden (wie beim Betonieren) oder diesen ansonsten hintergreifen (wie bei Gipsplatten). In ihrer formschlüssigen Variante sind dies Ankerschienen (  38 H), einbetonierte Gewindehülsen oder Hammerschrauben. Auch zu dieser Gruppe zählen Federklappdübel bzw. Kippdübel, die durch ein Bohrloch in einer Platte geführt werden und anschließend im Hohlraum ausklappen. Bei den angesprochenen einbetonierten Verbindungsmitteln steht in diesem Kontext nur die Schraubverbindung im Blickpunkt. Die Verankerung dieser Teile im mineralischen Werkstoff erfolgt nach einem anderen Fügeverfahren – nämlich Fügen durch Urformen – und wird an anderer Stelle behandelt.

225

• Seil- und Zugstabverankerung ☞ Kap. XII-7, Abschn. 4. Verpressen und Quetschen, S. 305, sowie Kap. XII-6, Abschn. 3. Verbindungen von Stahlbauteilen durch Urformen im Verbundbau, S. 286 f

Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (rein formschlüssig)

☞ siehe zu Fügen durch Urformen Kap. XII- 6, Abschn. 2.4.3 und 2.4.4, S. 280

226

XII Verbindungen

Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (reibschlüssig oder klemmreibschlüssig)

Verbindungen mit Dübeln und Schwerlastankern für den Massivbau weisen, wie angesprochen, eine Doppelcharakteristik auf: einerseits als Press-, Form- oder Stoffverbindungen – was die Verbindung zwischen einem Dübel oder einem Anker mit dem Grundwerkstoff angeht –, andererseits als Schraubverbindungen – wenn man die Verbindung zwischen der Schraube und der Ankerhülse oder zwischen der Mutter und der Ankerstange als maßgebliches Merkmal betrachtet. Der besseren Übersichtlichkeit halber sollen sie an dieser Stelle anhand ihrer Schraubcharakteristik klassifiziert werden, die praktisch allen Verbindungen dieser Art gemeinsam ist – mit Ausnahme einiger Injektionsdübel, die in Kapitel XII-6 diskutiert werden.

☞ Siehe auch verwandte Verbund- oder Injektionsdübelverbindungen nach dem Prinzip des Urformens in Kap. XII-6, Abschn. 2.4.2, S. 278 f.

• Ausführungen



Bei dieser Art von Verbindung ist stets ein Dübel- oder Ankerelement als Zusatzteil beteiligt. Es handelt sich in der modernen Bautechnik entweder um Kunststoff- oder Metallspreizdübel. Letztere haben als Schwerlastanker die größere Tragfähigkeit und werden unterschieden in: 8 • drehmomentkontrolliert spreizende Dübel; • wegkontrolliert spreizende Dübel.

• Mechanisches Wirkprinzip

Die Kraftwirkung reibschlüssiger Dübelschraubverbindungen beruht auf zwei mechanischen Prinzipien: • (Schnittfläche c1/b, 2 39-3) dem tangentialen Kraftschluss (= Reibschluss r), der zwischen der Spreizschale des Dübels und der Bohrlochwandung entsteht. Dieser Schluss ist abhängig vom Druck, der infolge Spreizwirkung von innen auf die Spreizschale aufgebracht und von dieser auf die Bohrlochwandung übertragen wird. Diese Spreizwirkung kann entstehen durch: •• die in den Dübel eindringende Schraube – sie verdrängt die Spreizschale nach außen und presst sie gegen die Bohrlochwand (herkömmlicher Kunststoffdübel, 2 42-1) oder verdreht sie in einem Hohlraum (Mauer- oder Hohlraumdübel, 2 42-2);

39 (Seite rechts) Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Stahlankern in Beton ohne (1) und mit Hinterschnitt (2, 3), dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

•• einen Konusbolzen am Ende des Schraubenstifts, der beim Anziehen desselben in die Spreizhülse zu-

5 An- und Einpressen

1

227

Ankerbolzen mit Spreizklipp und Konusbolzen für Durchsteckmontage

Fall 1 ➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

a

S

A

c

a,b

=

(

Ef

) (

Ef

Ef

Ef

E

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

➝ y: Reibschluss: Spreizwirkung im Spreizklipp infolge Zurückziehens des Konusbolzens beim Anziehen der Mutter

SAc,b=

➝ zx: Reibschluss infolge Spreizkraft gegen Verdrehung*

Ef

Ef

Ef

Ef

r

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

)

Spreizklipp Konusbolzen

b

2

Hinterschnittanker (hier Bolzenversion, Vorsteckmontage): Einschlagen der Ankerhülse über den Konus und Einspreizen in den Hinterschnitt

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung oder alternativ Reibschluss r

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz der Ankerhülse im Bohrloch

➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

➝ y: Klemmreibschluss: Ausfüllen des konischen Bohrlochabschnitts (Hinterschnitt) durch Einschlagen der Ankerhülse beim Setzen

Fall 2

a

b

SAa,b=

c Spreizflanken

Konusbolzen Hinterschnitt

3

Hinterschnittanker mit Innengewinde (Vorsteckmontage): Einschlagen eines innenliegenden Spreizstiftes im Innern der Spreizhülse (c1), zuletzt Eindrehen der Schraube mit metrischem Gewinde (c2) c2

Fall 3

S

A

c1 Spreizflanken

b

(

S a,b = x

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

) ( SAc,b=

a,b

=

Ef

Ef

Ef

Ef

rf

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

➝ x, z: quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung oder alternativ Reibschluss r

➝ x, z: quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz der Ankerhülse im Bohrloch

➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

➝ y: Klemmreibschluss: Ausfüllen des konischen Bohrlochabschnitts (Hinterschnitt) durch Einschlagen eines innenliegenden Spreizstifts beim Setzen

(

Ef

Ef

Ef

rf

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

) (

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung oder alternativ Reibschluss r

Hinterschnitt

y

Ef

rf

a

Spreizhülse Spreizstift

(

Ef

S

A

c,b

=

➝ zx: Reibschluss infolge Spreizkraft gegen Verdrehung*

)

➝ zx: Reibschluss infolge Spreizkraft gegen Verdrehung*

Ef

Ef

Ef

rf

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz der Ankerhülse im Bohrloch

* Dieser Reibschluss muss größer sein als derjenige zwischen Ankerhülse und Schraube bzw. Ankerbolzen und Mutter. b als gestellfest angenommen

228

XII Verbindungen

rückgezogen wird und die Spreizwirkung hervorruft (2 39-1); dieses Spreizprinzip setzt die Anziehkraft der Schraube in Schaftachse (➝ y) voraus, die allein am Konus, nicht an der Innenseite der Dübelhülse ansetzt (Bolzenanker, Hülsenanker, drehmomentkontrolliert, s. u.); •• ein innenliegender separater Stift, der mit einem Einschlagwerkzeug eingetrieben wird und die Spreizwirkung an der Ankerhülse erzeugt (Einschlaganker, wegkontrolliert, s. u.) (2 39-2, -3). • (Schnittfläche c1/c 2 ) dem Quasi-Formschluss (Ef), der zwischen Dübelinnenseite (c1) und Schraubenflanken (c 2 ) beim Eindrehen der Schraube entsteht. Bei Ankern mit Konusbolzen handelt es sich dabei um einen Klemmreibschluss (r f). Der Reibschluss zwischen Dübelhülse und Bohrlochwand muss notwendigerweise größer sein als der zwischen Dübel und Gewindeflanken der Schraube. Ansonsten würde die Dübelhülse bei Eindrehen der Schraube mitdrehen, sodass kein Anziehen der Verbindung möglich wäre. Einige Dübelarten (wie Kunststoffdübel) weisen entsprechende Profilierungen auf, um vor Aufbringen der endgültigen Spreizkraft – also während des Eindrehens der Schraube – zeitweilig eine ausreichende Verklammerung des Dübels mit der Bohrlochwandung zu gewährleisten. Spreizdübel sind auch für gerissenen Untergrund geeignet, da sie aufgrund ihrer elastischen Federwirkung (Nachspreizwirkung) Risse neutralisieren können. Nachteilig wirkt sich die Kraftwirkung der Verankerung indessen bei kleinen Achs- und Randabständen aus, da die Gefahr des Abplatzens des Untergrunds besteht. Bei einigen Dübelarten wird die reibschlüssige Wirkung durch eine Hinterschneidung des Bohrlochs (zylindrischkonische Ausführung durch Schwenken der Bohrmaschine), d. h. durch einen zusätzlichen Formschluss ergänzt. Bei spröden Werkstoffen wirkt dieser Formschluss durch Hinterschneidung als vorwiegende Schlussart (2 39-2, 3). • Drehmomentkontrolliert spreizende Dübel

Bolzenanker und Hülsenanker (2 39-1) wirken, wie oben beschrieben, durch einen Konus und werden mit einem vorgeschriebenen Anziehdrehmoment unter Verwendung eines kalibrierten Drehmomentschlüssels vorgespannt. Hierdurch wird die Vorspannkraft reguliert, die den Konus in die Ankerhülse zurückzieht und den Spreizklipp aktiviert.

• Wegkontrolliert spreizende Dübel

Es handelt sich um Einschlagdübel mit Außen- oder Innengewinde; diese sind für Vorsteckmontage geeignet (2 39-2, -3). Ein zugehöriges Setzwerkzeug oder Setzstift wird mit einen festgelegten Wegbetrag in die Dübelhülse eingeführt und ruft die Spreizwirkung und damit den erfor-

5 An- und Einpressen

229

derlichen Reibschluss oder Klemmreibschluss hervor. Beim Einschlagen des konischen Stifts entstehen sehr große Spreizkräfte, sodass größere Achs- und Randabstände erforderlich sind als bei drehmomentkontrolliert spreizenden Dübeln und kein Einsatz in gerissenem Untergrund möglich ist. Verbund- oder Injektionsdübel a bestehen aus einer Ankerstange mit Gewinde (c) oder einer Innengewindehülse (c1), in welche anschließend eine Schraube oder Gewindestange eingedreht wird. Ankerstange oder -hülse werden in einem speziellen Mörtel verankert, der beim Montieren in das Bohrloch eingeführt wird. Da die wesentliche Kraftwirkung in diesem Fall durch den Verguss des Ankers im Bohrloch hervorgerufen wird, also durch das Fügeverfahren Urformen, und eine Schraubverbindung oftmals nur am hervorstehenden Ende der Ankerstange existiert, soll diese Art der Verbindung im Kapitel XII-6 im Rahmen der Verbindungen durch Urformen behandelt werden.

Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (formschlüssig bzw. adhäsiv kraftschlüssig) ☞ a Kap. XII-6, Übersicht in 2 17, S. 279

☞ Kap. XII-6, Abschn. 2.4.2 Verbund- oder Injektionsdübel, S. 278 f

230

2.6.2

XII Verbindungen

Mit selbstgeformtem Gegengewinde



☞ Abschn. Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (quasi-formschlüssig) S. 234



Verschraubung in Stahl

Es ist offensichtlich kein Zufall, dass die ältesten Schraubenverbindungen Holzschraubenverbindungen sind. Das ehedem technisch nicht herstellbare vorgeformte Gegengewinde erübrigt sich bei diesem gewindeformenden bzw. selbstbohrenden Schraubentyp. Holzschrauben sind seit dem 16. Jh. belegt.9 Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Holz sind gut für selbstformende Schrauben geeignet. Die geringe, zwischen den Holzarten stark schwankende Festigkeit sowie die Anisotropie des Werkstoffs begünstigen die Anwendung gewindeformender Schrauben. Dabei ist die Spaltneigung im Hirnholz zu beachten. Erst mit der industriellen Fertigung von Schrauben waren die Gewindeformen und Werkstofffestigkeiten herstellbar, die es erlaubten, Schrauben auch in Stahl selbstformend zu befestigen. Für die Schraubbefestigung in mineralischen Werkstoffen wie Mauerwerk oder Beton, in welchen selbstschneidende Schrauben (Schraubanker) erst neuerdings und unter kontrollierten Bedingungen direkt befestigt werden können, wurden zunächst Holzdübel als Zwischenelement verwendet. Sie boten der Schraube in einem selbstgeformten Innengewinde Halt und wurden durch die Spreizwirkung der Schraube reibschlüssig im mineralischen Untergrund festgehalten. Auch Faserfüllungen wurden für diesen Zweck verwendet. Mit der Blecheinhüllung dieser Faserstopfen entstanden die ersten modernen Dübel, die gewissermaßen ein Zwischenelement oder Hilfsfügeteil des primären Verbindungsmittels, der Schraube, darstellen. Dübel bieten der gewindeformenden Schraube – auch heute noch oftmals Holzschrauben – ein schneidbares Material, auf welches sie ihre Kraftwirkung über das Gewinde übertragen können. Ihrerseits stellen die Dübel durch verschiedene Schlussarten wie Form-, Reiboder Stoffschluss die Verbindung mit dem mineralischen Untergrund her. Aus dieser Perspektive, bei welcher die Schraube das Primärelement, der Dübel das Zusatzelement darstellt, möchten wir die selbstformenden Schraubverbindungen mit Ankern und Dübeln, die heute eine große bauliche Bedeutung erlangt haben, an dieser Stelle unter der Kategorie der Verbindungen durch An- und Einpressen diskutieren. Dadurch wird dem Fügeverfahren der Schraube der Vorrang gegeben. Die Schlusswirkung des Dübels hingegen tritt dadurch eher in den Hintergrund. Selbstformende Schrauben kommen im Stahlhochbau in folgenden Ausführungen vor (2 40): • gewindeschneidende oder -furchende Schrauben, die in ein vorgebohrtes Loch eingedreht werden und das Gegengewinde selbsttätig in die Bohrlochwandungen einschneiden; • selbstbohrende Schrauben, die sich das Loch mittels ei-

gewind furchende Schraube

Bemerkungen/ Varianten Zusatzfunktion

Werkstoff des Verankerungsteils

Eindring-/ Durchdringungstiefe in mm

Länge des Befestigers in mm

Nr.

Durchmesser des Befestigers in mm

Formvarianten

Typisches Beispiel

a

vorgefertigt

231

Werkstoff des Befestigers in mm

Benennung

Kernloch

5 An- und Einpressen

b

1

C-Stahl ≈ø8 Stahl A2

≈ 200

≈ 20

S 235

spielfrei

Querschnitt kreisförmig z. B. SFS Topseal

c

2

C-Stahl

bis ø 6,3 ≈ 100

≈ 20

Stahl

dichtend

Spitzenzone trilobular z. B. SFS Speedform

3

4

C-Stahl

bis ø 8

≈ 50

C-Stahl bis ø 4,8 ≈ 150 Stahl A2

2 · 0,9

2 · 1,5

Stahl S 235 verzinkt Holz Thermoplast

Teilweise Sondergewindespitzen z. B. SFS spedec IF Querschneiden freie Spitze

Stahl S 235 verzinkt

selbstbohrende Schraube

nicht vorgefertigt

z. B. Bulten, Bergner a

b c

5

C-Stahl

bis ø 6,3 ≈ 50

2 · 1,5

Stahl überdrehS 235 sicher verzinkt

Spitze gefräst

z. B. SFS spedec SL Spitze gefräst 6

C-Stahl

bis ø 6,3 ≈ 100

10 bis 12 Stahl S 235

dichtend z. B. SFS spedec SD

7

C-Stahl und Kunststoff

8

Stahl A2 bis ø 6,3 ≈ 50

bis ø 8

Stahl S 235

≈ 100

6

Stahl S 355

Spannuten gezwickt dichtend Kopf: Kunststoff umspritzt

Bohrschraube komdichtend plett aus Stahl A2 nicht rostend z. B. SFS spedec SX

40 Übersicht über selbstformende Schrauben für Fügeteile aus Stahl (in Anlehnung an VDI 2232, 5.2).

ner geeigneten Schraubenspitze selbst schneiden. Dies ist nur bei begrenzten Bauteildicken möglich, weshalb derlei Blechschrauben nur bei begrenztem Schaftdurchmesser für dünnere Bleche verwendbar sind. Sie erlauben eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich mit anderen Schraubentypen, da der Vorgang des Vorbohrens entfällt. Selbstformende Schrauben müssen aus einem Werkstoff hergestellt sein, der mindestens 40 % härter als der zu durchbohrende Grundwerkstoff ist (Stahl einsatzgehärtet und angelassen.

☞ siehe die Übersicht in 2 11, S. 197 & DIN 7500-1

232

XII Verbindungen

Verschraubung in Holz und Holzwerkstoffen & DIN EN 1995-1-1, 8.7 und 10.4.5

• Schraubentypen

Holzschrauben, also Metallschrauben zum Eindrehen in Holz oder Holzwerkstoffen, sind selbstformende Schrauben, die bei einem Nenndurchmesser < 6 mm entweder ohne oder mit Vorbohrung, bei einem Nenndurchmesser > 6 mm notwendigerweise mit Vorbohrung montiert werden. Die Festlegungen der DIN EN 1995-1-1 zu Holzschraubenverbindungen gelten für Schrauben mit Gewinde nach DIN 7998 mit mindestens 4 mm Nenndurchmesser. Gängige Holzschraubentypen für Verbindungen in Primärtragwerken sind

& DIN 97

• Senk-Holzschrauben;

& DIN 96

• Halbrund-Holzschrauben;

& DIN 571

• Sechskant-Holzschrauben. Daneben sind für Gipswerkstoff-Holz-Verbindungen Schnellbauschrauben nach DIN 18182-2 zulässig.

• Mechanisches Wirkprinzip

Schraubenverbindungen sind im Regelfall einschnittige Verbindungen (2 41). Sie wirken quer zur Schraubenachse aufgrund des selbstgeformten Gewindes im Holz in Form eines Quasi-Formschlusses ohne Spiel (Ef). Sie insofern der Wirkung von Nägeln vergleichbar. Sie werden je nach Schlankheit des Schafts auf zweierlei Art beansprucht: • auf Abscheren bei gedrungenen Schäften, insbesondere bei Verwendung von Stahllaschen, • oder auf Biegung bei schlanken Schäften. Der Grundwerkstoff Holz wird auf Lochleibung beansprucht. Diese Beanspruchung ist insbesondere bei gedrungenen Schrauben für die Bemessung maßgeblich. Als kraftschlüssig wirksam kann nur der Gewindeteil angesetzt werden, der in das Fügeteil jenseits der Scherfläche (Teil b, 2 41) eindringt. Holzschrauben weisen Nägeln und anderen stiftförmigen Verbindungsmitteln gegenüber einen hohen Ausziehwiderstand auf, der sich aus der engen Verzahnung des Gewindeteils mit dem Grundwerkstoff ergibt. Das Anziehdrehmoment erzeugt einen steifen Kraftschluss (Ef), der beide Verbindungspartner aneinanderpresst. Wie bei allen anderen Schraubentypen, wirkt in Drehrichtung um die Schraubenachse ein tangentialer Kraft- bzw. Reibschluss (r) zwischen Innengewinde im Holz und Gewindeflanken, welcher auf der Anziehvorspannung beruht. Er sichert die Schraube gegen selbsttätiges Losdrehen. Für die Fügeteile hat dieser Reibschluss indessen keine Bedeutung, da Holzschraubenverbindungen aus mindestens zwei Schrauben bestehen müssen. Ein belastendes Drehmoment lässt sich nur über

5 An- und Einpressen

233

den Hebelarm zwischen den beiden (oder mehreren) Befestigungspunkten aufnehmen. Der Ausziehwiderstand kann durch die Verwendung von Unterlegscheiben unter dem Schraubenkopf verstärkt werden, da ein Eindrücken oder Durchreißen desselben bei Zugbeanspruchung des angeschraubten Fügeteils (a) verhindert wird. Holzschrauben dürfen aufgrund ihrer Spaltwirkung bei Verbindungen im Primärtragwerken nicht in Hirnholz eingedreht werden.

& DIN EN 1995 1-1/ NA,NCI zu 8.7.1 (NA9)

Holzschraubenverbindungen eignen sich für das Fügen von Holz mit Holz wie auch von Holz mit Holzwerkstoffen und Stahlblechen. Es handelt sich – im Vergleich beispielsweise zu Nagelverbindungen – um montagetechnisch aufwendige Verbindungen, da Schraubenverbindungen zumeist vorzubohren sind, und zwar ab ds= 6 mm mit jeweils verschiedenen Durchmessern für Schaft (Ø = Schaftdurchmesser ds) und Gewinde (Ø = 0,7 · ds). Eine Ausnahme bilden selbstbohrende Schrauben in Nadelholz mit einem Durchmesser des glatten Schaftteils kleiner als 6 mm. Schrauben ohne glatten Schaftteil (Vollgewindeschrauben) erfordern auch bei Durchmessern größer als 6 mm lediglich ein Führungsloch mit konstantem Durchmesser. Gemeinsam mit Nägeln weisen Holzschrauben den Vorzug des einseitigen Setzens, d. h. der einseitigen Zugänglichkeit, auf. Nägeln gegenüber zeichnen sie sich durch hohen Ausziehwiderstand aus.

• Einsatz

Mindestabstände zwischen Holzschrauben und zu den Fügeteilrändern sind in der DIN EN 1995-1-1 wie bei Nagelverbindungen geregelt. Mindestabstände unter Schrauben, die in ihrer Achse beansprucht werden, sowie von Hirnholzenden und Rändern sind ebenfalls in der Norm geregelt.

• Schraubengruppierungen

Senk-Holzschraube mit Kreuzschlitz (DIN 97)

c

a

c

➝ y: Kraftschluss: infolge Anziehvorspannung

S

y

Sa,b = x

b

b

(

x y z

& DIN EN 1995 1-1, 8.7.2 (2)

a

A

b

☞ Abschn. 4.1.1 Nägel (Nä), S. 238 ff

SechskantHolzschraube (DIN 571)

HalbrundHolzschraube mit Schlitz (DIN 96)

a

c

& DIN EN 1995-1-1, 10.4.5 (1)

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b als gestellfest angenommen

a,b

=

(

Ef

Ef

Ef

Ef

E

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung ➝ zx: Reibschluss infolge Anziehvorspannung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung/-biegung

41 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Holzschraubenverbindung, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

234

XII Verbindungen

Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (quasi formschlüssig)

Die moderne Verbindungstechnik hat verschiedene Schraubenverbindungen hervorgebracht, die ohne Hilfsfügeteile wie Dübel unmittelbar in mineralische Grundwerkstoffe eingeschraubt werden. Dazu zählen:

• Schraubanker

Schraubanker, auch als Betonschrauben bezeichnet, werden in ein vorgebohrtes Loch eingedreht und schneiden sich mit den Gewindeflanken selbsttätig ein Innengewinde (2 42-1). Es entsteht ein Quasi-Formschluss (Ef) zwischen Beton und Gewindeflanken. Schraubanker gelten als Schwerlastanker, sind bezüglich ihrer Tragfähigkeit mit eingemörtelten, einbetonierten oder geklebten Ankerstangen indes nicht zu vergleichen. Sie erzeugen im Gegensatz zu anderen Ankersystemen keinen Spreizdruck auf das Fügeteil, sodass geringe Randabstände möglich sind. Sie können mit Hilfe eines Schlagschraubers sehr rasch montiert werden und eignen sich insbesondere für Verbindungen mit zahlreichen Befestigungspunkten. Sie lassen sich in Durchsteckmontage einführen und erlauben folglich große Schnelligkeit beim Setzen.10 Schraubanker können unter vorwiegend ruhender Belastung in bewehrtem und unbewehrtem Normalbeton der Festigkeitsklasse C20/25 bis C 50/60 verwendet werden.

• Porenbetondübel

Die in 2 43-2 und -3 dargestellten Porenbetondübel werden, ähnlich wie gewindeformende Schrauben, in ein vorgebohrtes Loch eingedreht. Die Verschraubung erfolgt zweistufig. Zunächst wird der Dübel (c1), anschließend die Schraube (c 2 ) eingedreht. Die Schraube kann mit metrischem Gewinde (links) oder mit Holzschraubengewinde (rechts) ausgeführt werden und befestigt das anzuschließende Fügeteil (a). Es handelt sich um Vorsteckmontage. Das selbstformende Gewinde des Dübels erzeugt einen Quasi-Formschluss (Ef) zwischen Porenbeton-Untergrund und Gewindeflanken. Es lassen sich nur begrenzte Lasten aufnehmen. Porenbetondübel sind nur für den Innenausbau geeignet.

5 An- und Einpressen

235

2 Turbo-Porenbetondübel

1 Betonschraube/ Schraubanker

3 Porenbetondübel a

c2 c2

a

c

a

SAa,b= c1

c1

b

b

Ef

b

S

A

y

Sa,b = x

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

c1,b

=

(

Ef

Ef

Ef

E

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

)

➝ y: Kraftschluss: infolge Anziehvorspannung ➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel) ➝ zx: Reibschluss infolge Anziehvorspannung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaft- pressung/-biegung oder alternativ Reibschluss r

(

)

Quasi-Formschluss: strammer Sitz (ohne Spiel) des Dübels im Grundwerkstoff

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

E

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

➝ – y: Kraftschluss: infolge Anziehvorspannung der Schraube

b als gestellfest angenommen

42 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip eines Schraubankers (1) für Normalbeton und zweier schraubbarer Porenbetondübel (2, 3), dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

1 Verschraubung in Kunststoffpreizdübel (Beton)

c2

a

2 Verschraubung in Kunststoffpreizdübel (Hohlziegel)

➝ y: Kraftschluss: infolge Anziehvorspannung

➝ y: Reibschluss: infolge Spreizkraft oder alternativ Klemmreibschluss rf ➝ zx: Reibschluss: infolge Spreizkraft gegen Verdrehung*

c2

➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung

a

S

A

c1 c1

b

y

Sa,b = x

b

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

a,b

=

(

Ef

Ef

Ef

E

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

)

➝ zx: Reibschluss infolge Anziehvorspannung: statisch nicht ansetzbar

S

A

c1,b

=

(

Ef

Ef

Ef

r

r

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz des Dübels c1 im Bohrloch

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung/-biegung oder alternativ Reibschluss r * Dieser Reibschluss muss größer sein als derjenige zwischen Dübel und Schraube. b als gestellfest angenommen

43 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Kunststoffspreizdübeln in Beton (1) und Hohlziegel (2), dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

236

XII Verbindungen

3.

Klemmen, Klammern ☞ Kap. XII-3, Abschn. 4.2 (ON 4.3.2) sowie 4.3 (ON 4.3.3), S. 128

3.1 Klammerverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Kl)

☞ beispielsweise  3 und 4 in Kap. XII-4, S. 161

3.1.1 Klammern



& DIN EN 1995-1-1, 8.4

Mechanisches Wirkprinzip

Klammergruppierungen & DIN EN 1995-1-1, 8.4 (8) Klammer

Zu dieser Kategorie zählen Verbindungen, bei denen mittels elastischer Federkraft oder durch plastische Verformung der Fügeteile eine Pressverbindung hergestellt wird. Das Fügeverfahren ist in Kapitel XII-3 beschrieben. Industrielle Verfahren der Nagelherstellung haben vergleichsweise frühzeitig auch maschinelle Verfahren des Nageleintreibens hervorgebracht. Mit Nagelmaschinen war es zum ersten Mal möglich, dünne Klammern unter explosionsartiger Krafteinwirkung zu setzen. Dadurch entstand ein schnelles und effizientes Fügeverfahren für den Holzbau. Heute werden Klammerverbindungen insbesondere bei der Herstellung von Holztafeln in Werksfertigung verwendet. Dabei werden beplankende Holzwerkstoffplatten auf tragenden Holzrippen befestigt. Daneben sind auch Bauklammern 11 im Einsatz. Sie dienen zu untergeordneten Zwecken wie etwa zur Sicherung ansonsten formschlüssiger Holzverbindungen, beispielsweise bei einer Verklammerung an Stirnstößen von Holzbalken über einem Auflager. Klammern für Holz-Holz- und Holzwerkstoff-Holzverbindungen nach DIN EN 1995-1-1 bestehen aus Stahldraht mit Querschnittsflächen zwischen 1,7 mm2 und 3,5 mm2. Der Nenndurchmesser d entspricht dem Drahtdurchmesser. Die Querschnittsbreite b des Klammerstifts oder -schafts (Maß quer zur Klammerebene) ist im Regelfall etwas größer als die Dicke d (2 45). Die Klammerstifte müssen mindestens bis auf die halbe Länge beharzt sein (lH ), um das Eintreiben zu erleichtern und den Ausziehwiderstand etwas zu erhöhen. Klammern sind hinsichtlich ihrer mechanischen Wirkungsweise vergleichbar mit Nägeln, genau genommen mit einem glattschaftigen Nagelpaar. Die Eindringtiefe im Bauteil jenseits der Schnittfläche muss mindestens 8 · d betragen. Die Achs- und Randabstände von Klammern sind in der Norm festgelegt (2 46). Der größte Abstand zwischen Klammern sollte bei Holzwerkstoffen in Faserrichtung kleiner als 80 · d, rechtwinklig zur Faserrichtung kleiner als 40 · d sein.

Holzwerkstoffplatte

44 Mögliche Varianten des Klammereinsatzes bei der Herstellung von Holztafelelementen.

5 An- und Einpressen

1 Klammer bündig

237

2 Klammer versenkt

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel)

Versenkung ≤ 2 mm bei HWSt

a

c

a

c

bR

SAa,b= A

(

Ef

Ef

Ef

Ef

(Ef) (Ef)

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

lH

ln

A

Ef

Ef

d

S a,b = x

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

b

b

b

y

SAc,b=

)

(

bR ≥ 5,8 · d A-A

l ≤ 65 · d

b als gestellfest angenommen

)

➝ zx: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Verdrehungsbehinderung durch Doppelstift: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Scher-Lochleibungsbeanspruchung am Stift ➝ y: Reibschluss: Reibung des Klammerstifts am Holz ➝ zx: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Verdrehungsbehinderung durch Doppelstift ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz des Klammerschafts im Holz

45 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Klammern in Holz oder Holzwerkstoffen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

a2

a4

Θ

a4

Faserrichtung

a1

a1

Abstände a1

a2

parallel zur Faserrichtung

Winkel

Mindestabstände

Θ ≥ 30°

0° ≤ α ≤ 360°

(10 + 5 · Icos αI) · d

Θ < 30°

0° ≤ α ≤ 360°

(15 + 5 · Icos αI) · d

0° ≤ α ≤ 360°

15 · d

rechtwinklig zur Faserrichtung

a3,t beanspruchtes Hirnholzende

– 90° ≤ α ≤ 90°

(15 + 5 · Icos αI) · d

a3,c unbeanspruchtes Hirnholzende

15 · d

a4,t beanspruchter Rand

(15 + 5 · Isin αI) · d

a4,c unbeanspruchter Rand

10 · d

46 Mindestabstände von Klammern in Abhängigkeit des Nenndurchmessers d des Klammerschafts nach DIN EN 1995-1-1 8.4 (8). Die Abstandsmaße ai sind in 2 30 definiert. a ist der Winkel zwischen Kraftund Holzfaserrichtung, Θ ist der Winkel zwischen Klammerrücken und Holzfaserrichtung.

238

XII Verbindungen

4. Nageln

Beim Nageln handelt es sich im Sinne der DIN 8593 um ein Einpressen von Nägeln, also Drahtstiften, als Verbindungsmittel in das volle Material. Die Fügeteile werden dabei aneinandergepresst.

☞ Kap. XII-3, Abschn. 4.5 Nageln, Einschlagen, S. 130

4.1

Nagelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen (Nä)

Nagelverbindungen sind die technisch einfachsten und auch ältesten mechanischen Holzverbindungen. Sie sind als handgeschmiedete Eisen-, Bronze- und Kupfernägel bereits seit der Antike bekannt. Das Herstellungsprinzip der Verbindung – das Eintreiben eines Nagelstifts durch Schlagen ohne weitere Vorbereitungen – ist einfach in der Durchführung, ohne aufwendigere Hilfsmittel von Hand ausführbar und erlaubt eine rasche Montage. Nagelverbindungen waren die Grundlage der Holzrippenbauweisen im amerikanischen Westen und werden auch heute noch in mechanisierter Variante unter Einsatz von Pressluftnaglern ausgiebig eingesetzt. Als Nägel (Nä) gelten im Sinne der Norm (2 48)

4.1.1 Nägel & DIN EN 1995-1-1, 8.3 & DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.3 & DIN EN 10230-1; DIN 1143-1

Stifte mit glatter, gerauter, angerollter oder gerillter Schaftform mit rundem Flachkopf oder flachem Senkkopf mit oder ohne Einsenkung nach DIN EN 10230-1.

Mit bestimmten Einschränkungen sind auch Nageltypen zulässig, die von dieser Norm abweichen. Die Nägel mit angerolltem Schaft, auch profilierte Nägel genannt, werden auch als Sondernägel (SNä) (Rillennägel, Schraubnägel) bezeichnet. 4.1.2

Mechanisches Wirkprinzip

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.2 Zugstöße > Differenziales Fügen, S. 114

Als verhältnismäßig dünne Stifte lassen sich Nägel in dichten Nagelanordnungen in das Holz schlagen und erzielen auf diese Weise eine gute Kraftverteilung im nachgiebigen Grundwerkstoff. Der Nachteil der großen Steifigkeitsunterschiede zwischen dem Grundwerkstoff und dem Metallverbindungsmittel tritt bei dichten Nagelverbindungen mit dünnen Stiften eher in den Hintergrund. Nagelverbindungen gelten als verhältnismäßig steife Verbindungen. Verbindungen mit weniger zahlreichen, dickeren Nägeln verhalten sich hingegen nachgiebiger und sind in ihrem Verformungsverhalten eher mit Bolzen- oder Dübelverbindungen vergleichbar. Nägel sind vergleichsweise elastische Verbindungsmittel, die auf Abscheren und infolge ihrer großen Schlankheit auch stark auf Biegung beansprucht werden. Sie weisen eine nur beschränkte Tiefenwirkung auf. Die Hauptbeanspruchung von Nägeln erfolgt (2 47): • quer zur Nagelachse auf Abscheren in der/den Schnittfläche(n) sowie in direkter Folge auf Lochleibung des Holzes und Biegung des schlanken Nagelschafts im plastisch verformten Holz ringsum; • in Nagelachse auf Zug, d. h. auf Herausziehen, ggf. auch auf Durchziehen des Nagelkopfes durch das kopfseitige

5 An- und Einpressen

239

1 Nagel (Nä) mit 2 Rillennagel glattem Schaft (RNä)

c

c

a

3 Schraubnagel (SNä)

a

c

a

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel) dn

dn

(

dn

S Aa,b= d

Ef

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

)

l

d

Ef

Ef

(

d

b

y

b

b

Sa,b = x

(

x y z

)

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

S Ac,b=

Ef

Ef

Ef

Ef

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ zx: Reibschluss: Verdrehungsbehinderung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Scher-Lochleibungsbeanspruchung am Stift ➝ y: Reibschluss: Reibung des Nagelstifts am Holz (wird bei profilierten Sondernägeln 2, 3 zum wirksameren quasiFormschluss Ef) ➝ zx: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): wie oben ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammer Sitz des Nagelstifts im Holz

b als gestellfest angenommen

47 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Nägeln in Holz oder Holzwerkstoffen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

120° - 150°

32°

30° - 60°

dn

dn

dn

dn

dn

dn

dn

dn

dn

dn

d

Gipsplattennagel mit glattem Schaft

l

d

Federkopf-Schraubnagel

l

d

mit glattem Schaft und Senkkopf

l

d

Leichtbauplattenstift mit glattem Schaft

d

Leichtbauplattenstifte mit glattem Schaft

l

d

mit Vierkantschaft und rundem Stauchkopf

l

d

mit gerilltem Schaft und Senkkopf

l

d

mit glattem Schaft und rundem Stauchkopf

l

d

mit Vierkantschaft und Senkkopf

l

d

mit gerilltem Schaft und Senkkopf

l

d

mit glattem Schaft und Senkkopf

l

l

dn

48 Verschiedene Nageltypen nach DIN EN 10230-1 mit Definition der Nagellänge l, des charakteristischen Nennmaßes d und des Kopfdurchmessers dn.

240

XII Verbindungen

Fügeteil hindurch.

& DIN EN 1995-1-1, 8.3.2 (1)

& DIN EN 1995-1-1, 8.3.1.1 (9) sowie DIN EN 1995-1-1/AN, NCI zu 8.3.1.2 (NA 10)

& DIN EN 1995-1-1, 10.4.2 (1)

Die bei Nagelverbindungen wirkende vorwiegende Schlussart ist ein Quasi-Formschluss ohne Spiel (Ef) mit press aneinander anliegender Stift- und Holzoberfläche, der sich aus dem Einpressen des Nagels und dem daraus folgenden Verdrängen der Holzfasern ergibt. Ein tangentialer Kraftschluss in Nagelachse (E) ist zwar beschränkt vorhanden, ist jedoch nicht ausreichend, um eine echte reibschlüssige Verbindung – wie bei GV-Verbindungen des Stahlbaus – zu schaffen. Er lässt sich wegen der Empfindlichkeit des Holzes gegen Querpressung auch nicht zuverlässig aufrechterhalten. Der Widerstand gegen Ausziehen beruht auf dem tangentialen Kraft- bzw. Reibschluss (r) zwischen dem Nagelschaft und der Lochwandung. Dieser schwächt sich jedoch mit der Zeit infolge Schwindens des Holzes ab. Er lässt sich durch Einsatz von profilierten Sondernägeln deutlich erhöhen. Je nach Schaftprofilierung wirkt dann ein Klemmreibschluss (r f) oder ein Quasi-Formschluss (Ef). Ein Vorbohren der Nagelverbindung (2 49) verringert zwar die Spaltwirkung des Nagels, indem das seitliche Verdrängen der Faser unterbunden wird, verringert jedoch gleichzeitig die Presswirkung der Lochwandung am Nagelschaft und damit auch den Reibschluss. Deswegen dürfen glattschaftige Nägel bei Vorbohrung nicht auf Herausziehen beansprucht werden. Ferner führt ein Vorbohren auch zu einer Querschnittsschwächung, was beim einfachen Verdrängen der Faser praktisch nicht zutrifft. Gegen Verdrehen um die Nagelachse wirkt zwar ein Reibschluss (r), er ist aber wegen der nur begrenzten Anpresskraft nur wenig wirksam. Aus diesem Grund ist kein Widerstand gegen Verdrehung um die Stiftachse (➝ y) ansetzbar. Ein Verdrehen wird stattdessen durch den Hebelarm einer Mehrfachnagelung verhindert. Aus diesem Grund sind stets mindestens zwei Nagelungen in einer Verbindung oder auch insgesamt in der Befestigung eines Fügeteils vorgeschrieben: Ein Anschluss muss mindestens zwei Nägel enthalten. Dies gilt nicht für die Befestigung von Schalungen, Trag- und Konterlatten und die Zwischenanschlüsse von Windrispen, auch nicht für die Befestigungen von Sparren und Pfetten auf Bindern und Rähmen sowie von Querträgern auf Rahmenhölzern, wenn diese Bauteile insgesamt mit mindestens zwei Nägeln angeschlossen sind.

Nägel sind grundsätzlich rechtwinklig zur Faser einzuschlagen, und zwar derart, dass der Nagelkopf mit der Holzoberfläche bündig abschließt. Die Spaltwirkung des Nagels lässt sich dadurch auf nur eine Richtung – gleichzeitig quer zur Faser und quer zur Nagelachse – beschränken (2 49). Schrägnagelungen sind bei Einhaltung entsprechender Vorgaben ebenfalls realisierbar und erlauben die Nagelung von Stumpfstößen von den Seiten her (2 50). Nagelungen

5 An- und Einpressen

Nagelung ohne Vorbohrung

Nagelung parallel zur Faser

Nagelung mit Vorbohrung

le

f

lef

x

Nagelung rechtwinklig zur Faser

49 Spaltwirkung einer Nagelung in Abhängigkeit ihrer Orientierung bezüglich der Faserrichtung (links): Beim Nageln rechtwinklig zur Faser (oben) wirken nur in einer Hauptrichtung (➝ y) größere Spaltkräfte. Hingegen wirken bei Nagelung parallel zur Faser (im Hirnholz) Spaltkräfte in allen radialen Richtungen ausgehend von der Nagelachse. Ein Vorbohren (rechts unten) schneidet die Fasern ab und verhindert ein Verdrängen derselben (wie rechts oben); dadurch verringert sich die Spaltgefahr und der Nagelschaft wird in Beanspruchungsrichtung (also in Faserrichtung ➝ x) besser gegen Ausreißen gestützt.

≥ 10 d

y

241

50 Nagelung rechtwinklig zur Faserrichtung des Holzes (links) und Schrägnagelung (rechts) gemäß DIN EN 1995-1-1, 8.3.2 (10), Bild 8.8, Einschlagtiefe lef.

Mindestabstände Abstände

Winkel α

a1

parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

a2

rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

a3,t beanspruchtes

Hirnholzende

a3,c unbeanspruchtes

nicht vorgebohrt

vorgebohrt

ρk ≤ 420 kg/m3

420 kg/m3 < ρk < 500 kg/m3

d < 5 mm: (5 + 5 · Icos αI) · d

(7 + 8 · Icos αI) · d

(3 + 2 · Icos αI) · d

5·d

7·d

3 + Isin αI) d

(10 + 5 · cos α) · d

(15 + 5 · cos α) · d

(7 + 5 · cos α) · d

10 · d

15 · d

7·d

d < 5 mm: (5 + 2 · sin α) · d

d < 5 mm: (7 + 2 · sin α) · d

d < 5 mm: (3 + 2 · sin α) · d

d ≥ 5 mm: (5 + 5 · sin α) · d

d ≥ 5 mm: (7 + 5 · sin α) · d

d ≥ 5 mm: (3 + 4 · sin α) · d

5·d

7·d

3·d

d ≥ 5 mm: (5 + 7 · Icos αI) · d

– 90° ≤ α ≤ 90° 90° ≤ α ≤ 270°

Hirnholzende

a4,t beanspruchter

Rand

a4,c unbeanspruchter

Rand

0° ≤ α ≤ 180°

180° ≤ α ≤ 360°

51 Mindestabstände von Nägeln in Abhängigkeit des Schaftdurchmessers d nach DIN EN 1995-1-1, 8.3.1.2 (5) Tabelle 8.2. Die Abstandsmaße ai links sowie der Winkel a sind in 2 20 definiert. rk ist die charakteristische Rohdichte des Holzes.

242

XII Verbindungen

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.3.1.2 (NA9)

4.1.3 Nagelgruppierungen

Achs- und Randabstände von Nagelverbindungen in einem Anschluss finden sich in 2 51. Dabei ist darauf zu achten, dass

☞ Anmerkungen in Kap. XII-2, Abschn. 5.2.4 Anordnung von stiftförmigen Verbindungsmitteln im Holzbau, S. 116

• in Faserrichtung in einer Achse (mögliche Nagelrisslinie) eingeschlagene Nägel um diese Achse wechselseitig (um 1/2d) versetzt angeordnet werden können; hierdurch wird ein Aufspalten verhindert;

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.3.1.2 (NA 12)

• auch Maximalabstände zwischen in Faserrichtung hintereinander angeordneten Nägeln einzuhalten sind, um dem Verwerfen und Verziehen der Fügeteile entgegenzuwirken; 12 für Holz gilt: max. 40 · d parallel, max. 20 · d rechtwinklig zur Faser; für Holzwerkstoffe: max. 40 · d in allen Richtungen;

& DIN EN 1995-1-1,8.3.1.1 (7)

• Nägel, die in zweischnittigen Verbindungen von beiden Seiten in nicht vorgebohrte Nagellöcher eingeschlagen werden, dürfen sich nach Norm im Mittelholz gegenseitig übergreifen, wenn der verbleibende Abstand zwischen Nagelspitze und Schnittfläche größer ist als 4 · d;

& DIN EN 1995-1-1,8.3.1.1 (8)

4.1.4

parallel zur Faser, d. h. solche, die in das Hirnholz eindringen, dürfen nach Norm nicht als Verbindungen mit tragender Funktion angerechnet werden, da die Spreizwirkung des eindringenden Nagels das Holz in jeder beliebigen Richtung quer zur Nagelachse leicht aufspalten kann (2 49). Die Mindestdicken ti,req (Holzdicken oder Eindringtiefen von Nägeln mit rundem Querschnitt für Bauteile aus Nadelholz) dürfen nach Norm mit 9 · d angenommen werden.

Verstärkung von Nagelverbindungen ☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.5 Knotenverstärkungen im Holzbau; siehe auch 2 19 auf S. 117 & DIN EN 1995-1-1, 8.3.1.3 für Holzwerkstoff-Holz-Nagelverbindungen, DIN EN 1995-1-1, 8.3.1.4 für StahlblechHolz-Nagelverbindungen

• bei mehreren in Faserrichtung hintereinander angeordneten Nägeln mit d > 6 mm eine (abgeminderte) wirksame Anzahl nef nach festgelegtem Verfahren (analog zu Stabdübeln und Passbolzen) anzusetzen ist, um die Spaltgefahr zu verringern, sofern sie in dieser Reihe rechtwinklig zur Faserrrichtung nicht um mindestens 1 d gegeneinander versetzt angeordnet sind. Nagelverbindungen können durch den Einsatz von Fügeteilen aus Werkstoffen mit erhöhter Festigkeit und Steifigkeit, wie Holzwerkstoffplatten oder Stahlbleche, in ihrer Tragfähigkeit verbessert werden. Ihre Anwendung ist in der Norm geregelt. Stahlbleche lassen sich bei Dicken zwischen 1 und 1,75 mm durchnageln, Bleche mit größeren Dicken sind vorzubohren. Knotenplatten aus steiferem Material verbessern den Widerstand der Verbindung gegen Lochleibungsbeanspruchung, reduzieren die Gefahr des Durchziehens des Nagelkopfes und können eine Einspannung des Nagelkopfes bewirken, welche die Biegung des Nagelschafts unter Belastung reduziert. Dabei lässt sich durch Einsatz von Sondernägeln ein höherer Ausziehwiderstand ausnutzen.

5 An- und Einpressen

243

52 Nagelgruppierung an einem Stabknoten. Die Nägel durchdringen mehrere Lagen eingeschlitzter Knotenbleche.

53 Stahlblech-Holz-Nagelverbindung nach dem System Greim.

244

XII Verbindungen

Folgende Systeme mit bauaufsichtlicher Zulassung haben sich am Markt etabliert: 13 • System Greim: Stahlblech-Holz-Nagelverbindung vornehmlich für Fachwerkknoten mit einteiligen Querschnitten aus Vollholz oder BSH (2 53). Ebene, feuerverzinkte Stahlknotenbleche mit Dicken zwischen 1 und 1,75 mm werden ohne vorbohren durchgenagelt. • Paslode Stahlblech-Holz-Nagelverbindung: zur Herstellung von Fachwerkknoten aus einteiligen Querschnitten aus Vollholz oder BSH (2 52). Die 2 bis 3 mm dicken eingeschlitzten feuerverzinkten Knotenbleche werden unter Verwendung eines speziellen Eintreibgeräts in einem Arbeitsgang durchgenagelt. 4.2 Nagelplatten & DIN EN 1995-1-1, 8.8 & DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.8

Nagelplatten sind eine Neuentwicklung des modernen ingenieurmäßigen Holzbaus und werden zumeist für die industrielle werksseitige Fertigung von Fachwerkknoten angewendet (2 54, 55). Ihr Einsatz ist in der Norm geregelt. Nagelplatten im Sinne der Norm sind Elemente aus verzinktem oder korrosionsbeständigem Stahlblech von mindestens 1 mm Nenndicke, die nagel- oder dübelartige Ausstanzungen besitzen, so dass einseitig etwa rechtwinklig zur Plattenebene abgebogene Nägel entstehen.14

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 10.6

4.3 Verbindungen mit Stahlblechformteilen (Holzverbindern)

Nagelplatten werden auf Knoten von Stäben mit einteiligem Querschnitt beidseitig symmetrisch aufgepresst. Es lassen sich mehrere anschließende Stäbe durch ein Nagelplattenpaar befestigen. Das Einpressen erfolgt werksseitig mit Hilfe spezieller Pressvorrichtungen. Nagelplatten sind folglich nicht als Montageverbindungen geeignet. Wegen der mangelnden seitlichen Steifigkeit von Nagelplattenanschlüssen müssen die Transport- und Montagezustände entsprechend gefertigter Binder berücksichtigt werden. Es sind auch Systeme mit bauaufsichtlicher Zulassung im Einsatz, wie Multi-Krallen-Dübel (MKD). Dies sind hochbelastbare Großdübel aus schweren Doppelnagelplatten. MKD sind als Knotenelement für zwei- oder dreiteilige Stäbe aus Vollholz, BSH oder aus Furnierschichtholz (z. B. Kerto® -Schichtholz) geeignet. Die Nagelung erfolgt von der Schnittfläche aus und ist von außen nicht sichtbar.15 Stahlblechformteile, auch als Holzverbinder bezeichnet, sind Elemente aus kaltverformtem, galvanisiertem oder nichtrostendem Stahlblech, die in zahlreichen Ausführungen für verschiedene Anschlussgeometrien am Markt erhältlich sind (2 56, 57). Die Lochungen für die Nagelbefestigung am Holz sind vorbereitet und erlauben eine rasche Montage. Wegen der kombinierten Scher- und Zugbeanspruchung der Nägel sind Stahlblechformteile grundsätzlich mit Sondernägeln zu befestigen. Die Lochungen sind etwas größer als der Nenndurchmesser des Nagels, eine konische Ausweitung

5 An- und Einpressen

245

des Nagelschafts unter dem Kopf sorgt für eine feste Halterung der Stahlblechformteile.16

54 Nagelplatte innenliegend.

55 Nagelplatte außenliegend.

56 Stahlblechformteil.

57 Stahlblechformteil.

246

XII Verbindungen

5. Einpressen

Im Folgenden werden bauübliche Verbindungen diskutiert, bei denen ein inneres Fügeteil oder Verbindungsmittel in ein anderes, äußeres Fügeteil eingepresst wird. Wie die Bezeichnung Pressen deutlich macht, ist eine Mindestkraftwirkung für die Herstellung der Verbindung erforderlich. Stifte, die ohne größere Krafteinwirkung in eine Bohrung eingeführt werden, gehören nicht zu dieser Kategorie, sondern sind der Gruppe Zusammensetzen zuzuordnen. Die wirkende Hauptschlussart ist ein Kraftschluss, normal oder tangential.

☞ Kap. XII-3, Abschn. 4.4 Fügen durch Pressverbindung, S. 128 f

☞ Kap. XII-4 Zusammensetzen, S. 156 ff

5.1

Stabdübelverbindungen in Holz und Holzwerkstoffen ☞ Abschn. 2.5. zweiseitig zugängliche mittelbare Schraubverbindungen > 2.5.3 Holz mit Holz > Schraubbolzen und Gewindestangen, S. 217 f ☞ ebenda > Passbolzen, S. 219 f

5.1.1 Stabdübel & DIN 1995-1-1, 8.6

5.1.2

Mechanisches Wirkprinzip



5.1.3 Einsatz & DIN 1995-1-1, 8.6 & DIN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.6 (NA7)

Stabdübel sind bevorzugte Verbindungen des Holzbaus, da sie die Vorzüge der schnellen und einfachen Herstellbarkeit – auch auf der Baustelle – mit der Fähigkeit verbinden, Verbindungen hoher Steifigkeit zu erzeugen. Sie sind in der Lage, große Belastungen zu übertragen. Im Gegensatz zu der wesentlich nachgiebigeren Schraubbolzenverbindung weisen Stabdübelverbindungen eine hohe Formbeständigkeit auf. Passbolzenverbindungen (ohne Spiel) sind hingegen in ihrer Tragfähigkeit mit Stabdübelverbindungen vergleichbar. Stabdübel sind nach Norm schlanke zylindrische Stifte aus Stahl der Festigkeitsklassen S 235, S 275 oder S 355 nach DIN EN 10025 oder aus Hartholz gemäß bauaufsichtlicher Zulassung. Sie weisen zur Erleichterung des Einpressens in das Holz und zur Verhinderung des Splitterns Abfasungen an den Enden auf. Sie haben gemäß der Norm einen Mindestdurchmesser von 6 mm und einen Größtdurchmesser von 30 mm. Die Tragwirkung des Stabdübels beruht auf seinem strammen Sitz (Passsitz) im Bohrloch, weshalb dieser mit Durchmesser gleich dem Nenndurchmesser d des Stabdübels gebohrt wird. Der Stift wird folglich unter Krafteinwirkung eingeschlagen, d. h. in das Bohrloch eingepresst. Es entsteht eine begrenzte Spreizwirkung, welche zwischen Stift und Bohrlochwandung einen tangentialen Kraftbzw. Reibschluss r hervorruft (2 58). Dieser wirkt gegen Herausziehen und hält die Fügeteile aneinander fest. Er stellt gleichzeitig die Sicherung des Stifts gegen Herausfallen her. Gegen Scherbeanspruchung wirkt die Verbindung durch den Lochleibungswiderstand am Holz, bzw. anderen beteiligten Materialien wie Holzwerkstoffen oder Stahl, und durch die Scherfestigkeit des Stifts. Sie hat im Gegensatz zu einer Schraubbolzenverbindung keinen Schlupf (QuasiFormschluss Ef) Stabdübel lassen sich bei Holz-Holz-Verbindungen, aber gleichfalls bei Holzwerkstoff-Holz- und Stahlblech-Holz-Verbindungen einsetzen. Bei letzteren darf nach der Norm der Lochdurchmesser des innenliegenden Blechs 1 mm größer als der Nenndurchmesser d des Stabdübels sein, was das

5 An- und Einpressen

247

c

a

c

a

➝ y: Reibschluss zwischen Stabdübel und Lochwandung

30°

SAa,b = 1,2

lt

lt

a

lt

c

3 Stabdübel mit einem eingeleimten Holzstopfen (reduzierte Traglänge, einseitig)

(

Ef

Ef

Ef

Ef

r

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ zx: Reibschluss: Verdrehungsbehinderung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Scher-/Lochleibungsbeanspruchung am Stift

l

1 Stabdübel (St) 2 Stabdübel mit (volle Traglänge) zwei eingeleimten Holzstopfen (reduzierte Traglänge, zweiseitig)

➝ y: Reibschluss: Reibung zwischen Stabdübel und Lochwandung

b1

b2

y

Sa,b = x

b1

(

x y z

b1

b2

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

b2

S

d

A

=

c,b1,2

(

Ef

Ef

Ef

Ef

r

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ zx: Reibschluss: Reibung zwischen Stabdübel und Lochwandung ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel); strammer Sitz des Stabdübels im Holz

b als gestellfest angenommen

58 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Stabdübeln in Holz oder Holzwerkstoffen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

Eintreiben des Stifts erleichtert. Bei außenliegenden Blechen sind anstelle der Stabdübel Passbolzen zu verwenden, und zwar zur Aufnahme der Lochleibung mit vollem Schaftquerschnitt über die gesamte Dicke des Blechs. Anders als bei den beteiligten Holzteilen würde der Reibschluss am Blech nicht zu seiner Lagesicherung ausreichen. Diese Aufgabe müssen Schraubenkopf und Mutter des Passbolzens durch ihre Klemmwirkung übernehmen. Tragende Verbindungen mit Stabdübeln sollten mindestens vier Scherflächen besitzen. Dabei sollten mindestens zwei Stabdübel vorhanden sein.

Stabdübelverbindungen können auch verdeckt (Variante 2, z. B. mit Holzstopfen) oder auch nur einseitig zugänglich (Variante 3, mit oder ohne Stopfen) ausgeführt werden, wobei dann eine reduzierte Traglänge anzusetzen ist. Hierdurch ist eine Verbesserung des Brand- und Korrosionsschutzes möglich. Wie andere stiftförmige Verbindungsmittel des Holzbaus lassen sich Stabdübel in ihrer Tragfähigkeit verbessern, indem ihre Enden in steifere Knotenplatten aus Holzwerkstoff oder Stahlblech bzw. in auf- oder eingeleimten Absperrungen eingespannt werden. Hierdurch lässt sich die Biegung des Stifts reduzieren.

☞ DIN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.6 (NA8)

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.5 Knotenverstärkungen im Holzbau, 2 19, S. 117

248

XII Verbindungen

5.1.4 Stabdübelgruppierungen ☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.4 Anordnung von stiftförmigen Verbindungsmitteln im Holzbau, S. 116 & a DIN EN 1995-1-1,8.6

5.1.5 Konstruktive Standardlösungen für Stabdübelverbindungen im Holzbau ☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 4.2 Hallenbau, S. 552 ff

5.2

Verbindungen aus Dübeln besonderer Bauart & DIN EN 1995-1-1,8.9

& DIN EN 912

Für hintereinander in Faserrichtung angeordnete Stabdübel gilt das allgemein für stiftförmige Verbindungsmittel im Holzbau Gesagte. Die Achs- und Randabstände sind in gleicher Weise für Stabdübel und Passbolzen in der Norma geregelt und in 2 34 wiedergegeben. Bei biegesteifen Rahmenecken kommen im Holzbau oftmals Stabdübelkreise zum Einsatz ( 63). Herkömmliche Stabdübelverbindungen zeigen  60–64. Es sind Anschlüsse von Holz zu Holz, Holz zu Holzwerkstoffen sowie Holz zu Stahl möglich. Bei Doppelquerschnitten ist die Verbindung zusätzlich durch Schraubenbolzen gegen Auseinanderfallen zu sichern ( 63, 64). Dübel besonderer Bauart sind ein charakteristisches Verbindungsmittel des modernen ingenieurmäßigen Holzbaus, das sich aus dem herkömmlichen quaderförmigen Zimmermannsdübel aus Hartholz entwickelt hat ( 59). Die einfachen Zimmermannsdübel sowie auch die T-Dübel aus Stahl bewirken eine Schubverzahnung zwischen zwei längs aneinander anliegenden Holzteilen und wurden traditionellerweise für das Zusammenbinden mehrteiliger Querschnitte verwendet. Moderne Dübel besonderer Bauart sind nach der Definition der Norm eine im Allgemeinen aus einer Scheibe, aus einer mit Zähnen versehenen Scheibe oder aus einem Ring bestehende Vorrichtung, die, wenn sie teilweise in beide oder in eine Kontaktfläche zweier Holzteile eingebettet und durch einen Klemmbolzen zusammengehalten wird, in der Lage ist, eine Last von einem Teil in ein anderes zu übertragen.

5.2.1 Dübelarten

Es wird hinsichtlich der Übergreifung des Dübels in das Holz grundsätzlich unterschieden zwischen • zweiseitigen Dübeln besonderer Bauart – sie weisen symmetrischen Querschnitt auf, der in beide Kontaktflächen von zwei sich berührenden Holzteilen eingebettet

Klemmbolzen

Hartholzdübel T-Dübel

59 Zimmermannsdübel aus Hartholz (links) und T-Dübel aus Metall (rechts) sind Vorgänger des modernen Dübels besonderer Bauart.

5 An- und Einpressen

249

Ü

A A 60 Stabdübelverbindung: Anschluss eines Trägers an eine Stütze. Eingeschlitztes Anschlussblech A über komplette Trägerhöhe. Seitlicher Brandschutz des Stahlwinkels A durch Übergreifung Ü des Balkenholzes.

61 Stabdübelverbindung: Anschluss eines Trägers an eine Stütze. Eingeschlitztes, die Stütze durchdringendes Anschlussblech A nur im unteren Trägerbereich zur Verhinderung von Querzug auf das Balkenholz. Vollständiger Brandschutz des eingefassten Stahlblechs A.

A 62 Stabdübelverbindung: Anschluss eines Trägers an eine Stütze. Eingeschlitzter Anschlusswinkel A nur im unteren Trägerbereich zur Verhinderung von Querzug auf das Balkenholz. Seitlicher Brandschutz des Stahlwinkels A durch Übergreifung Ü des Balkenholzes. 4

63 Stabdübelverbindung: Biegesteife Rahmenecke. Das Biegemoment wird durch zwei ringförmige Stabdübelkränze in drehende Querkraftbeanspruchung umgewandelt. Der Rahmensteil wird zu diesem Zweck als Zwillingsprofil ausgeführt. Schraubenbolzen sichern die Verbindung gegen Auseinanderfallen. 3

2

1

64 Stabdübelverbindung: Knoten von vier Stäben einer Gitterschale. Eingeschltzte Stahllaschen (2) werden mittels Stabdübeln (3) mit den BSH-Zwillingsquerschnitten der Gitterstäbe (1) verbunden. Sicherung der Verbindung gegen Auseinanderfallen mithilfe von Schraubenbolzen (4) (Konohama Dome, siehe auch Band 2,  131, 132 auf S. 566).

250

XII Verbindungen

t

45

Ringdübel mit beidseits abgerundeten Seitenflächen, mit V-förmigem Trennschnitt. Werkstoff: Grauguss.

hc

r

45

dc

a

45

Ringdübel Typ A 4

d4 dc

d2

hc

r

r

Scheibendübel aus kreisrunder Scheibe mit umlaufendem Flansch und zylindrischer Nabe, mit konzentrischem Bolzenloch in Scheibenmitte. Flansch und Nabe befinden sich auf gegenüberliegenden Flächen der Scheibe. Zwei Schraubenlöcher beidseits des Bolzenlochs. Werkstoff: Aluminiumgusslegierung.

h1

90

d1

t

a2

t

t1

a1 d3

Scheibendübel Typ B 1

r

t

Scheibendübel aus kreisrunder Scheibe mit umlaufendem Flansch und Loch in Scheibenmitte. Werkstoff: Grauguss.

hc

d1

r

dc

t

dc

d1

d1 dc < 95 mm

dc

d1

hc t

hc

h3 t

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 2

dc > 95 mm

h3

dc < 95 mm

dc

hc

t

h1 h2

d1

d2

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 1

dc

hc

t

h1

Scheibendübel Typ B 4

dc > 95 mm

65, 66 Auswahl von Dübeln besonderer Bauart nach DIN EN 912.

Zweiseitiger Dübel aus kreisförmiger Scheibe, deren Ränder derart eingeschnitten und aufgebogen sind, dass auf den gegenüberliegenden Seiten wechselweise dreieckförmige Zähne unter 90° zur Scheibenfläche hervorstehen. Die Zähne müssen gleichmäßig über den Scheibenumfang und – bei Dübeln mit einem Durchmesser größer als 95 mm – über den Bolzenlochumfang in der Scheibenmitte verteilt sein. Jede Scheibe besitzt beidseits des Bolzenlochs zwei Nagellöcher. Werkstoff: kaltgewalztes Band ohne Überzug, aus weichen Stählen zum Kaltumformen. Einseitiger Dübel aus kreisrunder Scheibe, deren Ränder derart eingeschnitten und aufgebogen sind, dass auf einer Scheibenseite wechselweise dreieckförmige Zähne unter 90° zur Scheibenfläche hervorstehen. Die Zähne müssen gleichmäßig über den Scheibenumfang und – bei Dübeln mit einem Durchmesser größer als 95 mm – zusätzlich zwischen dem Scheibenumfang und dem Bolzenloch in der Scheibenmitte verteilt sein. Am Bolzenrand steht zur selben Seite wie die Zähne ein Flansch hervor. Jede Scheibe besitzt beidseits des Bolzenlochs zwei Nagellöcher. Werkstoff: kalt gewalztes Band ohne Überzug, aus weichen Stählen zum Kaltumformen.

ist; zweiseitige Dübel sind nur für die Verbindung zweier Holzteile geeignet; Beispiele für zweiseitige Dübel sind die Typen A4, C1, C6, C10 und D1 in  65 und 66; • und einseitigen Dübeln besonderer Bauart – sie sind nur auf einer Seite in eine Holzkontaktfläche eingebettet; einseitige Dübel erlauben neben Holz-Holz-Verbindungen auch die Verbindung zwischen Holz und Stahlteilen; Bei-

5 An- und Einpressen

251

dc a

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 6

Zweiseitiger Dübel aus kreisrunder Scheibe mit einem Bolzenloch in Scheibenmitte. Zwischen Scheibenmittelpunkt und Scheibenrand können beidseits des Bolzenlochs zwei Nagellöcher gebohrt sein. Die Scheibenränder sind derart eingeschnitten und aufgebogen, dass 24 dreieckförmige Zähne entstehen, die gleichmäßig über den Scheibenumfang verteilt sind und wechselweise auf den gegenüberliegenden Seiten unter 90° zur Scheibenfläche hervorstehen. Werkstoff: kontinuierlich feuerverzinkter weicher Stahl zum Kaltumformen.

hc

t

a

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 7

dc h1 t

hc

d1

d1

7,5°

Zweiseitiger Dübel, der aus einem Scheibenring mit Zähnen auf beiden Seiten besteht. Die Zähne sind gleich weit voneinander entfernt und entweder in einem oder in zwei Kreisen auf beiden Seiten des Scheibenrings angeordnet. Im Fall zweier Zahnkreise sind die Zähne gegeneinander versetzt angeordnet. Die Zahnform entspricht einem Kegel mit abgestumpfter Spitze. Werkstoff: Temperguss.

d4

t

hc

120°

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 10

Einseitiger Dübel aus kreisrunder Scheibe mit einem Bolzenloch in Scheibenmitte. Zwischen Scheibenmittelpunkt und Scheibenrand können beidseits des Bolzenlochs zwei Nagellöcher gebohrt sein. Die Scheibenränder sind derart eingeschnitten und aufgebogen, dass 12 dreieckförmige Zähne entstehen, die gleichmäßig über den Scheibenumfang verteilt sind und auf einer Seite unter 90° zur Scheibenfläche hervorstehen. Am Bolzenlochrand steht zur selben Seite wie die Zähne ein Flansch hervor. Werkstoff: kontinuierlich feuerverzinkter weicher Stahl zum Kaltumformen.

d1 d2 d3 dc 7,5°

d4

t

hc

r

d1

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 11

h1

120° d5

Einseitiger Dübel aus einem Scheibenring mit Zähnen auf einer Scheibenseite. Die Zähne sind gleich weit voneinander entfernt und entweder in einem oder in zwei Kreisen angeordnet. Bei zwei Zahnkreisen sind die Zähne jeweils gegeneinander versetzt. Die Zahnform entspricht einem Kegel mit abgestumpfter Spitze. Jeder Dübel besitzt in seiner Mitte ein Bolzenloch mit einem umlaufenden Flansch, auf derselben Scheibenseite wie die Zähne. Werkstoff: Temperguss.

d2 d3 dc

hc

d1

d2 dc

Dübel Typ D 1

Zweiseitiger Dübel aus runder Holzscheibe, deren Rand derart abgeschrägt ist, dass ihr Durchmesser zur Mittelebene hin zunimmt. Die Scheibe besitzt ein Bolzenloch in Scheibenmitte. Werkstoff: fehlerfreies Eichenholz, Rohdichte mind. 600 kg/m3, Holzfeuchte max. 18 %. Holzfaserrichtung rechtwinklig zur Bolzenachse.

spiele für einseitige Dübel sind die Typen B1, B4, C2, C7 und C11 in  65 und 66. Dübel besonderer Bauart werden hinsichtlich ihrer Ausführung laut Norm in folgende Gruppen eingeteilt: • Gruppe A: Ringdübel: zweiseitiger Dübel besonderer Bauart, der als geschlossener Ring oder als Ring mit einem

& DIN EN 912

252

XII Verbindungen

Spalt auf einer Stelle des Umfangs ausgebildet ist; • Gruppe B: Scheibendübel: einseitiger Dübel besonderer Bauart, der aus einer Kreisscheibe mit einem Flansch entlang des Umfangs auf einer Seite der Scheibe besteht; • Gruppe C: Scheibendübel mit Zähnen: ein Dübel besonderer Bauart, der aus einer Scheibe mit dreieckförmigen Zähnen entlang des Scheibenrandes oder mit Dornen auf der Scheibe besteht; ein mit Zähnen versehener Scheibendübel kann zweiseitig oder einseitig sein; • Gruppe D: sonstige Dübel besonderer Bauart. Hinsichtlich der Art der Herstellung der Verbindung wird unterschieden zwischen: • Einlassdübeln: Die Dübel werden in vorab gefräste oder gebohrte Aussparungen im Holz eingelassen. Wenngleich keine planmäßige Einpresskraft für die Herstellung der Verbindung nötig ist – aber durchaus für die Sicherung derselben –, so herrscht doch ein strammer Sitz des Dübels in der Aussparung (Quasi-Formschluss Ef) ohne Spiel. Aus diesem Grund soll auch diese Variante in der Kategorie An-, Einpressen behandelt werden. Es handelt sich im Wesentlichen um Ringdübel der Gruppe A sowie Scheibendübel der Gruppen B und D. • Einpressdübel: Die Dübel werden ohne vorbereitete Aussparung gleichzeitig mit dem Zusammenbringen der Fügeteile in das Holz eingepresst. Dies sind im Wesentlichen die Scheibendübel mit Zähnen der Gruppe C. 5.2.2

Mechanisches Wirkprinzip

Die Hauptbeanspruchung einer Verbindung mit Dübeln besonderer Bauart ist das Abscheren der beteiligten Fügeteile entlang der Schnittfläche oder Schnittflächen. Es handelt sich folglich um Querkraftverbindungen. Die zweiseitigen Dübel sind mit dem Holz der Fügeteile beidseitig verzahnt oder verkrallt und übertragen die Kraft durch einen Quasi-Formschluss Ef ohne Spiel (2 67). Dies gilt auch für Einlassdübel, da ein Schlupf aufgrund anfänglichen Spiels vor Krafteinleitung nicht zulässig ist. In Richtung rechtwinklig zur Schnittfläche (➝ y) werden die Fügeteile durch eine ausreichende Anpresskraft des Sicherungsbolzens, bzw. anderer stiftförmiger Verbindungsmittel, zusammengehalten. Erforderlichenfalls ist der Bolzen nachzuziehen, insbesondere bei Schwinden des Holzes. Die Anpressvorspannung des Bolzens bietet auch die nötige Kippsicherung der Verbindung (Rotationsebenen yz und xy), da infolge der unumgänglichen Kraftumlenkung Kippmomente entstehen, welche die Stabilität der Verbindung gefährden. Es erfolgt indessen keine primäre Kraftübertragung über den Bolzen. Jeder einzelne Dübel muss mit einem Bolzen gesichert

5 An- und Einpressen

1

253

Ringdübel Typ A 1 (Einlassdübel) mit Sicherungsbolzen

kein Spiel c1 c2

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung des Schraubbolzens, nur zur Sicherung der Verbindung

Fall 1

Lochspiel a

SAa,b=

(

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef Ef

)

hc

he

Einlassdübel

2

Scheibendübel mit Zähnen Typ C 1 (Einpressdübel) mit Sicherungsbolzen (und Heftnägel für zeitweilige Lagesicherung während des Pressvorgangs)

Fall 2

➝ y: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung des Schraubbolzens, nur zur Sicherung der Verbindung

Lochspiel a

c2

he

SAa,b=

(

ø dc

b

Einpressdübel y

Sa,b = x

Heftnagel

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung des Sicherungsbolzens: Kippsicherung ➝ zx: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): infolge Verkrallung der Dübelzähne im Holz, bzw. infolge Mehfachverdübelung ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung des Holzes und Scherbeanspruchung des Dübelprofils (Hauptbeanspruchung)

hc

c1

➝ zx: Reibschluss infolge Anziehvorspannung: statisch nicht ansetzbar ➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung des Holzes und Scherbeanspruchung des Dübelprofils (Hauptbeanspruchung)

ø dc

b

➝ yz, xy: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): geringe Anziehvorspannung des Sicherungsbolzens: Kippsicherung

b als gestellfest angenommen

67 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart in Holz oder Holzwerkstoffen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

werden. Die Übertragung der Anpressvorspannung auf das Holz ist durch Scheiben ausreichenden Durchmessers zu gewährleisten. Bei Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart ist die Querschnittsschwächung infolge des Dübels zu berücksichtigen. Dies erfolgt nach Norm durch Ansatz einer für jeden Dübeltyp charakteristischen Dübelfehlfläche D A. Auch die Schwächung durch das Bolzenbohrloch – abzüglich der Einlass-/Einpresstiefe he des Dübels – ist in Rechnung zu stellen.

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 8.9, (NA.15)

254

XII Verbindungen

Klemmbolzen

Scheibe

Ringdübel

Ausfräsung

Scheibe Mutter

68 Überlappende Verbindung mit Ringdübeln (Einlassdübel).

5.2.3 Einsatz

✏ mit charakteristischer Rohdichte rk < 500 kg/m3

Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart eignen sich für überlappende Stabknoten unter Zug-, Querkraft- und Druckbeanspruchung, wobei die Schnittfläche jeweils stets auf Abscheren beansprucht wird ( 68–70). Es lassen sich nur Fügeteile aus Vollholz, BSH, Balkenschichtholz und Furnierschichtholz ohne Querlagen (Faserverlauf!) verbinden. Für Laubhölzer sind wegen ihrer größeren Dichte nur Ring- und Scheibendübel, also keine Einpressdübel, zulässig. Einseitige Dübel der Typen B1, C2, C4 oder C11 (2 65, 66) lassen sich ferner für Stahlblech-Holz-Verbindungen

5 An- und Einpressen

Klemmbolzen

255

Klemmbolzen

Scheibe Scheibe Stahlblech

Heftnagel

Heftnägel Scheibendübel mit Zähnen

einseitiger Ringdübel Ausfräsung

Scheibe Scheibe

Mutter

Mutter

69 Überlappende Verbindung mit Scheibendübeln mit Zähnen (Einpressdübel).

verwenden (2 70). Die Kraft wird vom Dübel durch den Bolzenschaft über Lochleibung auf das Stahlblech übertragen. Dübel besonderer Bauart der Gruppen A1 (Ø dc ≤ 126 mm), C1 (Ø dc ≤ 140 mm) und C10 sind auch für stumpfe rechtwinklige oder schräge (f ≥ 45°) Hirnholzstöße geeignet (2 75, 76). Dabei stößt eine Hirnholzfläche von Vollholz, BSH oder Balkenschichtholz seitlich stumpf an einen Stab. Die Verbindung ist wiederum mit jeweils einem Bolzen pro Dübel zu sichern, der in eine Klemmvorrichtung am Bolzenende eingreift – ein Rundstahl mit Querbohrung, ein Formstück

70 Überlappende Stahlblech-Holz-Verbindung mit einseitigen Ringdübeln (Einlassdübel).

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI NA.8.11

256

XII Verbindungen

& DIN EN 1995-1-1/NA, NCI NA.8.11

5.2.4

Gruppierungen von Dübeln besonderer Bauart & DIN EN 1995-1-1, 8.9 und 8.10

oder eine Scheibe mit Mutter. Einpressdübel sind wegen ihrer Spreizwirkung auf das gegen Aufspalten empfindliche Hirnholz für diesen Einsatz nicht zulässig. Einzuhaltende Achs-, Randabstände sowie Mindestdicken der Fügeteile sind in der Norm geregelt. Die Mindestdübelabstände untereinander und von den Fügeteil­rändern sind abhängig vom Dübeltyp in der Norm geregelt und in 2 71–73 wiedergegeben. Bei Verbindungen mit Dübeldurchmesser bzw. -seitenlängen ≥ 130 mm sind, wenn zwei oder mehr Dübel in Kraftrichtung hintereinander angeordnet sind, an den Enden der Außenhölzer oder

Abstände parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

(1,2 + 0,8 · Icos αI) · dc

a2

rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

1,2 · dc

a3,c unbeanspruchtes Hirnholzende

a4,t beanspruchter Rand a4,c unbeanspruchter Rand Abstände

90° ≤ α < 150°

1,5 · dc (0,4 + 1,6 · Isin αI) · dc

150° ≤ α < 210°

1,2 · dc

210° ≤ α ≤ 270°

(0,4 + 1,6 · Isin αI) · dc

0° ≤ α ≤ 180°

(0,6 + 0,2 · Isin αI) · dc

180° ≤ α ≤ 360°

Winkel

0,6 · dc Mindestabstände

parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

(1,2 + 0,3 · Icos αI) · dc

a2

rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

1,2 · dc

a3,c unbeanspruchtes Hirnholzende

a4,t beanspruchter Rand a4,c unbeanspruchter Rand

Abstände

– 90° ≤ α ≤ 90° 90° ≤ α < 150°

2,0 · dc (0,9 + 0,6 · Isin αI) · dc

150° ≤ α < 210°

1,2 · dc

210° ≤ α ≤ 270°

(0,9 + 0,6 · Isin αI) · dc

0° ≤ α ≤ 180°

(0,6 + 0,2 · Isin αI) · dc

180° ≤ α ≤ 360°

Winkel

0,6 · dc

Mindestabstände

a1

parallel zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

(1,2 + 0,8 · Icos αI) · dc

a2

rechtwinklig zur Faserrichtung

0° ≤ α ≤ 360°

1,2 · dc

a3,t beanspruchtes Hirnholzende a3,c unbeanspruchtes Hirnholzende 73 Mindestabstände von Scheibendübeln mit Dornen der Typen C10 und C11 in Abhängigkeit des Dübeldurchmessers dc nach DIN EN 1995-1-1, 8.10 (8). Die Abstandsmaße ai sowie der Winkel a sind in 2 30 definiert.

– 90° ≤ α ≤ 90°

a1

a3,t beanspruchtes Hirnholzende

72 Mindestabstände von Scheibendübeln mit Zähnen der Typen C1 bis C9 in Abhängigkeit des Dübeldurchmessers dc nach DIN EN 1995-1-1, 8.10 (7). Die Abstandsmaße ai sowie der Winkel a sind in 2 30 definiert.

Mindestabstände

a1

a3,t beanspruchtes Hirnholzende

71 Mindestabstände von Ring- und Scheibendübeln in Abhängigkeit des Dübeldurchmessers dc nach DIN EN 1995-1-1, 8.9 (9). Die Abstandsmaße ai sowie der Winkel a sind in 2 30 definiert.

Winkel

a4,t beanspruchter Rand a4,c unbeanspruchter Rand

– 90° ≤ α ≤ 90° 90° ≤ α < 150°

2 · dc (0,4 + 1,6 · Isin αI) · dc

150° ≤ α < 210°

1,2 · dc

210° ≤ α ≤ 270°

(0,4 + 1,6 · Isin αI) · dc

0° ≤ α ≤ 180°

(0,6 + 0,2 · Isin αI) · dc

180° ≤ α ≤ 360°

0,6 · dc

5 An- und Einpressen

257

-laschen zusätzliche Bolzen als Klemmbolzen anzuordnen.17 Diese Maßnahme soll das Aufbiegen der Enden unter Biegebeanspruchung infolge Versatzmoments der Überlappung verhindern. Typische konstruktive Lösungen mit Dübeln besonderer Bauart sind Querkraftverbindungen bei zangenartigen Konstruktionen wie beim Anschluss eines Zwillingsträgers an eine Stütze ( 74) oder auch Hirnholzstöße ( 75, 76). Es ist stets auf ausreichende Vorholzlänge zu achten, damit das quer zur Faser beanspruchte Holz nicht ausreißt. Zu diesem Zweck werden die Dübel ggf. bezüglich der Systemachse außermittig angeordnet (wie z. B. in  76), oder es ist beispielsweise für Mindest-Randabstände und eine ausreichende Kraglänge beim Zwillingsträger in  74 zu sorgen. Die wesentlichen konstruktiven Verhältnisse bei diesen Anschlüssen werden an anderer Stelle eingehender disktutiert.

Konstruktive Standardlösungen für Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart im Holzbau

5.2.5

☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 4.1.2 Zwei Träger stirnseitig an Stütze, S. 542 ff sowie Abschn. 4.1.3 Zwillingsträger seitlich an Stütze, S. 544 f

KL

DT RA

74 Anschluss eines Zwillingsträgers an eine Stütze bei einer Zangenkonstruktion mithilfe von Zahn-Einpressdübeln. Mindest-Kraglänge KL (Vorholzlänge) und Mindest-Randabstand RA erforderlich. Deckenträger DT ebenfalls als Zwilling ausgeführt; auf Unterzüge aufgesetzt.

75 Stumpfer Hirnholzanschluss zwischen Haupt- und Nebenträger mit 76 Stumpfer Hirnholzanschluss zwischen Stütze und Träger Ringdübeln (Einlassdübel). mit Ringdübeln (Einlassdübel).

258

XII Verbindungen

6. 6. Verkeilen

Keilverbindungen kommen zustande durch das Fügeverfahren Verkeilen, wie in Kapitel XII-3 definiert. Mindestens ein Fügeteil muss mit einer Keil- oder Kegelfläche ausgestattet sein, die sich beim Montieren unter Krafteinwirkung mit dem Verbindungspartner verspannt. Keilverbindungen sind im Bauwesen eher selten. Einzelne Beispiele werden weiter unten angesprochen. Sie finden sich vorzugsweise bei provisorischen Verbindungen, bei denen man von der leichten und schnellen Herstellbarkeit sowie auch der einfachen Lösbarkeit von Keilverbindungen profitiert. Auch bei der Justierung von Bau- oder Anschlussteilen während der Montage kommen häufig Keilverbindungen zum Einsatz, da sie eine präzise maßliche Einstellung durch einfaches Dosieren der Einschlagskraft des Keils oder Kegels erlauben. Das Einnivellieren von Anschlussplatten beispielsweise wird oft mithilfe von Keilen durchgeführt. Auch die Möglichkeit der Nachjustierbarkeit nach einem bestimmten Zeitraum, beispielsweise nach teilweisem Abbau der Vorspannkraft durch Schwinden der Fügeteile oder sonstige Verformungen, ist gegeben.

☞ Kap. XII-3, Abschn. 4.6 Verkeilen (ON 4.3.6), S. 130  VDI/VDE 2251 Bl. 1.2

6.1

Mechanisches Wirkprinzip

FQ

a

F

F’Q

y x

77 Idealtypische Keilverbindung. Für die Herstellung sind neben der Eintriebskraft F auch Gegenkräfte FQ und F‘Q notwendig. a = Keilwinkel.

 VDI/VDE 2251, Bl. 1.2, 4.1

 Die Kraftübertragung ( 77) beruht bei Keilverbindungen auf der Wirkung eines Quasi-Formschlusses ohne Spiel (Ef), der sich einstellt, sobald der Keil in ➝ – x eingetrieben ist. Gleichzeitig wird beim Eintreiben ein tangentialer Kraft- bzw. Reibschluss (r) hergestellt, der die Verbindung gegen Lösen – entgegen der Keilschubrichtung, d. h. in ➝ x – sichert (Selbsthemmung). Dieser Schluss setzt eine ausreichende Reibung an den Kontaktflächen und somit neben genügender Oberflächenrauigkeit auch eine ausreichende normale Kraftwirkung auf diesen voraus. Letztere wird bei der Keilverbindung durch das Einschlagen des Keils hergestellt, was einer Vorspannung der Verbindung gleichkommt. Auf der Aufrechterhaltung dieser Vorspannkraft beruht die Dauerhaftigkeit der Verbindung. Sie ist nicht imstande, Bewegungen aufzunehmen, und gilt als eine in allen Bewegungssinnen feste Verbindung. Bedeutsam für die Verbindungsvorspannung ist die geometrische Gestaltung der Keilflächen: Ein kleiner Winkel a des Keiles ergibt hohe Spannkraft. Die obere Grenze der Neigung eines Keiles ist durch die Reibeigenschaften der Verbindungspartner gegeben: tan a ≈ 0,1. Nach unten ist der Winkel des Keiles durch die Gefahr eingeengt, dass die Verbindungspartner „fressen“; tan a ≈ 0,01. Die Toleranzen der Lage der oder des Verbindungspartners […] zum Keil sind in Keilschubrichtung um den Faktor 1/tan a des jeweiligen Keilwinkels a größer als die Toleranzen an der Verbindungsstelle in Normalkraftrichtung.

Einen Überblick über Gestaltungsvarianten von Keil und Keilspalt gibt   78. Konstruktive Ausführungen von Keilverbindungen zeigt  79.

5 An- und Einpressen

Prinzip

259

Keilwirkung durch A Keil

Anwendung Bei geringen Forderungen an Genauigkeit und Kräfte

Keil

Für SchraubGeringerer Pressund Drehkeilverdruck – Teil A bindungen muss weicher als Keil sein – Mantelfläche von Teil A passt sich an. 1)

Keil und Keilspalt

Flächen sind angepasst – niedrige spezifische Flächenpressung – Werkstoffpaarung beliebig. 1)

Für häufige Betätigung

Hohe Kantenpressung – Teil A muss härter als der Keil sein. Kante des Keils passt sich an. 1)

Bei geringeren Forderungen an Genauigkeit und Kräfte

A

A Keilspalt

1)

Bemerkungen Hohe Kantenpressung, Teil A muss weicher als Keil sein – Kante von Teil A passt sich an. 1)

elastisch bzw. plastisch

Verbindung

Spannwirkung über

78 Ausführungsprinzipien von Keil und Keilspalt bei Keilverbindungen nach VDI/VDE 2251Bl. 1.2, 4. Diese sind auch für Verbindungen mit Kegelflächen, Drehkeilen und Schraubkeilen anwendbar.

Gestaltung der Verbindung mit Keilfläche

mit Kegelfläche

Schubkeil

unmittelbar

Drehkeil

Schraubkeil

Schubkeil mittelbar Drehkeil

79 Verbindungsmöglichkeiten bei Keilverbindungen nach VDI/VDE 2251, Bl.1.2, 4.

260

6.2

XII Verbindungen

Keilverbindungen im Bauwesen ☞ Kap. XII-4, Abschn. 3.2 Verbindungen quer anstoßender Stäbe > keilgesicherte Verzapfung, S. 163, siehe  19 ☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.5.1 Ausführung von Raumfachwerken, S. 612, siehe  99  VDI/VDE 2251, Bl. 1.2, 4.

1

16

2

3

15

4

5 6

14

80 Schrägseilverankerung für den Brückenbau: ein Beispiel für den Einsatz einer Keilverbindung im Bauwesen. Die Spannlitzen sind mittels dreiteiliger Keile (1) im Ankerblock (15) verankert. 1 Keile 2 Stauchröhrchen 3 Ringmutter 4 Dichtungsscheiben 5 Abstandhalter 6 Andruckplatte 7 Elastomere Lager 8 Klemme 9 HDPE Verrohrung 10 Füllmaterial 11 Lagerrohr 12 Aussparungsrohr 13 Litzen 14 Auflagerplatte 15 Ankerblock 16 Kappe

Keilverbindungen fanden sich im Holzbau beim traditionellen handwerklichen Zimmermannsbau, dort jedoch eher als sekundäre Verbindungen für die Sicherung einer formschlüssigen Hauptverbindung gegen selbsttätiges Lösen. Beispiele finden sich in Kapitel XII-4. Im Stahlbau existieren vereinzelte Beispiele für Keilverbindungen wie der Fachwerkknoten von K. Wachsmann in Kapitel X-3. Derartige Lösungen haben sich in der Praxis indessen nicht durchsetzen können. Schrägseile werden bei Brückenbauwerken vielfach mithilfe von Keilen verankert (  80). Im Spannbetonbau werden zur Verankerung von Spannlitzen bei nachträglicher Vorspannung ebenfalls Keilverbindungen eingesetzt. Rechts sind beispielhaft Verankerungsplatten für Spannlitzen dargestellt, wie sie im Spannbetonbau herkömmlicherweise verwendet werden ( 81).

7

13

12

8

11

9

10

5 An- und Einpressen

261

øP

Ankertromplatte

HP

øAH

Koppelankerkörper H

HAH

Keilsicherungsplatte KS

øH

øKS

Koppelhülse H

DKS LH

Litzenzahl

04

07

09

12

Durchmesser øP

mm 130

170

225

Höhe

mm 120

128

150

15

19

22

24

27

31

280

310

325

360

195

206

227

250

Ankertromplatte

HP

Koppelankerkörper H

Durchmesser øAH Höhe

mm

90

115

HAH mm

55

65

160 70

200

225

240

95

100

100

244,5

254

292

298,5

318

330

210

240

250

250

260

280

80

80

203 210

255 105

115

Koppelhülse H Durchmesser øH

mm

Höhe

mm 160

LH

121

152,4 193,7 180

190

Keilsicherungsplatte KS Durchmesser øKS Höhe

mm

75

120

145

175

182

210

210

DKS mm

5

5

10

10

10

10

10

81 Verankerungsplatten für Litzenspannanker, Ausführung mit Verbund (Herst.: BBR CONA CMI).

262

XII Verbindungen

Anmerkungen

1 2

3

4 5 6 7 8

9 10 11 12

13

14 15 16

17

Normen und Richtlinien

Gemäß Definition der VDI/VDE 2251, Feinwerkelemente – verbindungen, Übersicht, August 1991 Gemäß Definition der DIN 8593, Fertigungsverfahren Fügen, Teil 0: Allgemeines: Einordnung, Unterteilung, Begriffe; Ausgabe September 2003 Nach Bögel G (1983), Bögel G (1983) Konstruktionskatalog „Schraubenverbindungen“ in VDI-Berichte 493, VDI-Verlag, Düsseldorf, S. 30 Vgl. hierzu die Überlegungen in Bögel G (1983) Definition aus der DIN 1052, 12.4, (1); (zurückgezogen) Definition aus der DIN 1052, 12.4, (2); (zurückgezogen) Definition aus der DIN 1052, 12.4 (5); (zurückgezogen) Die folgenden Ausführungen zu Dübelverbindungen basieren im Wesentlichen auf: Adolf Würth GmbH & Co KG (Hg) (2006) Ratgeber Befestigungstechnik, S. 15 f nach Bögel G (1983), S. 23, im Werk De Re Metallica, 1556, erstmals erwähnt Adolf Würth GmbH & Co KG (Hg) (2006) Ratgeber Befestigungstechnik, S. 62 f ehedem in der DIN 7961 geregelt, mittlerweile zurückgezogen; kein Ersatz Ehlbeck J, Hättich R: Ingenieur-Holzverbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln, in von Halász R, Scheer C (Hg) (1986) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1, S. 107 Informationsdienst Holz (Hg) (1991) Holzbau-Handbuch, Reihe 2: Tragwerksplanung, Teil 2 Verbindungsmittel, Folge 2 genauere Nachweise – Sonderbauarten Zitat aus der zurückgezogenen DIN 1052, 13.2.1 (2) Informationsdienst Holz (Hg) (1991), S. 30 Informationsdienst Holz (Hg) (1991) Holzbau-Handbuch, Reihe 2: Tragwerksplanung, Teil 2 Verbindungsmittel, Folge 2 genauere Nachweise – Sonderbauarten gemäß der zurückgezogenen DIN 1052, 13.3.1 (8)

DIN 13: 1999-12 Metrisches ISO-Gewinde allgemeiner Anwendung DIN 96: 2016-12 Halbrund-Holzschrauben mit Schlitz DIN 97: 2016-12 Senk-Holzschrauben mit Schlitz DIN 202: 1999-11 Gewinde – Übersicht DIN 315: 2016-12 Mechanische Verbindungselemente – Flügelmuttern – Runde Flügelform DIN 434: 2000-04 Scheiben, vierkant, keilförmig für U-Träger DIN 435: 2000-01 Scheiben, vierkant, keilförmig für I -Träger DIN 571: 2016-12 Sechskant-Holzschrauben DIN 912: 2011-09 Holzverbindungsmittel – Spezifikationen für Dübel besonderer Bauart für Holz DIN 917: 2015-08 Sechskant-Hutmuttern, niedrige Form DIN 929: 2013-12 Sechskant-Schweißmuttern DIN 962: 2013-04 Schrauben und Muttern – Bezeichnungsangaben, Formen und Ausführungen DIN 976: 2016-09 Mechanische Verbindungselemente – Gewindebolzen DIN 1143: 1982-08 Maschinenstifte, rund, lose DIN 1587: 2014-07 Sechskant-Hutmuttern, hohe Form

5 An- und Einpressen

DIN 6303: 2006-08 Rändelmuttern DIN 7500: 2009-06 Gewindefurchende Schrauben für Metrisches ISO-Gewinde DIN 7968: 2017-01 Sechskant-Passschrauben mit Sechskantmutter für Stahlkonstruktionen DIN 7969: 2017-01 Senkschrauben mit Schlitz mit Sechskantmutter für Stahlkonstruktionen DIN 7989: 2001-04 Scheiben für Stahlkonstruktionen DIN 7990: 2017-01 Sechskantschrauben mit Sechskantmutter für Stahlkonstruktionen DIN 7998: 1975-02 Gewinde und Schraubenenden für Holzschrauben DIN 8593: 2003-09 Fertigungsverfahren Fügen DIN 8673: 2016-05 Sechskantmuttern (Typ 1) mit metrischem Feingewinde – Produktklassen A und B DIN 8674: 2016-05 Hohe Sechskantmuttern (Typ 2) mit metrischem Feingewinde – Produktklassen A und B DIN 8675: 2016-05 Niedrige Sechskantmuttern mit Fase (Typ 0), mit Feingewinde – Produktklassen A und B DIN 25201: 2010-03 Konstruktionsrichtlinie für Schienenfahrzeuge und deren Komponenten – Schraubenverbindungen DIN EN 1661: 1998-02 Sechskantmuttern mit Flansch DIN EN 10226: 2004-10 Rohrgewinde für im Gewinde dichtende Verbindungen DIN EN 10230: 2000-01 Nägel aus Stahldraht DIN EN 14399: 2016-01 Hochfeste vorspannbare Garnituren für Schraubverbindungen im Metallbau DIN ISO 1502: 1996-12 Metrisches ISO-Gewinde allgemeiner Anwendung – Lehren und Lehrung DIN ISO 1891: 2009-09 Mechanische Verbindungselemente – Benennungen DIN EN ISO 898: 2013-05 Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl DIN EN ISO 1478: 1999-11 Blechschraubengewinde DIN EN ISO 1481: 2011-10 Flachkopf-Blechschrauben mit Schlitz DIN EN ISO 4016: 2011-06 Sechskantschrauben mit Schaft – Produktklasse C DIN EN ISO 4032: 2016-05 Sechskantmuttern (Typ 1) – Produktklassen A und B DIN EN ISO 4033: 2016-05 Hohe Sechskantmuttern (Typ 2) – Produktklassen A und B DIN EN ISO 4034: 2016-05 Sechskantmuttern (Typ 1) – Produktklasse C DIN EN ISO 4035: 2016-05 Niedrige Sechskantmuttern mit Fase (Typ 0) – Produktklassen A und B DIN EN ISO 4036: 2013-04 Niedrige Sechskantmuttern ohne Fase (Typ 0) – Produktklasse B DIN EN ISO 4753: 2012-02 Mechanische Verbindungselemente – Enden von Teilen mit metrischem ISO-Außengewinde DIN EN ISO 7089: 2000-11 Flache Scheiben – Normale Reihe,

263

264

XII Verbindungen

Produktklasse A DIN EN ISO 7090: 2000-11 Flache Scheiben mit Fase – Normale Reihe, Produktklasse A DIN EN ISO 7092: 2000-11 Flache Scheiben – Kleine Reihe, Produktklasse A DIN EN ISO 7093: 2000-11 Flache Scheiben – Große Reihe – Produktklassen A und B DIN EN ISO 13918: 2016-10 Schweißen – Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen VDI 2232: 2004-01 Methodische Auswahl fester Verbindungen – Systematik, Konstruktionskataloge, Arbeitshilfe VDI/VDE 2251-Blatt 1.1: 2016-02 Schraubverbindungen – Spannverbindungen – Feinwerkelemente VDI/VDE 2251-Blatt 1.2: 2019-06 Feder-, Keil- und Pressverbindungen – Spannverbindungen – Feinwerkelemente

XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN STAHLBETON- UND VERBUNDBAU

Verbindungen zur lokalen Krafteinleitung in Stahlbetonteile ☞ 2.4, S. 276

Bewehrung, Arbeitsfugen ☞ 2.1, S. 272

Kopfbolzendübelverankerungen ☞ 2.4.3, S. 280

Vergussfugen bei Stützeneinspannungen

Verbindungen durch Urformen im Verbundbau

☞ 2.5.2, S. 284

☞ 3., S. 286

Verbindungen zur Kraftübertragung zwischen Stahlbetonteilen

STAHLBAU

☞ 2.5, S. 281

HOLZBAU

Seilköpfe mit Verguss ☞ 3., S. 288 eingeklebte Gewindestangen ☞ 4., S. 288

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines.............................................................. 268 1.1 Schlussarten...................................................... 268 1.2 Merkmale...........................................................270 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................271 2. Verbindungen durch Urformen im Stahlbetonbau.....272 2.1 Arbeitsfugen.......................................................272 2.2 Verbund zwischen Stahl und Beton...................272 2.3 Mechanisches Wirkprinzip.................................272 2.4 Verbindungen zur lokalen Krafteinleitung in Stahlbetonbauteile..............................................276 2.4.1 Anker........................................................276 2.4.2 Verbund- oder Injektionsdübel..................278 2.4.3 Kopfbolzendübelverankerungen................280 2.4.4 Ankerschienen..........................................280 2.4.5 Querkraftelemente...................................280 2.5 Verbindungen zur Kraftübertragung zwischen Stahlbetonbauteilen...........................281 2.5.1 Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen.......................................281 2.5.2 Vergussfugen bei Stützen einspannungen.........................................284 3. Verbindungen durch Urformen im Verbundbau........ 286 3.1 Stahl-Beton-Verbundbau................................... 286 3.2 Holz-Beton-Verbundbau.................................... 287 4. Verbindungen von Stahlbauteilen durch Urformen.. 288 5. Verbindungen zur Krafteinleitung in Holzbauteile..... 288 Anmerkungen..................................................................291 Normen und Richtlinien..................................................291

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

268

XII Verbinden

1. Allgemeines

Verbindungen durch Urformen entstehen im Hochbau durch Fügeverfahren, bei denen zwei oder mehrere Fügeteile durch dazwischengebrachten formlosen Stoff verbunden werden. Daneben sind Fügeverfahren in Gebrauch, bei denen feste Teile, zumeist Metallteile, in formlosem Stoff vollständig eingebettet werden zum Zweck der Verbesserung der Trageigenschaften – der Bewehrung – eines Bauteils, sodass ein Verbundbauteil entsteht. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Einbetten von Stahlbewehrung in Beton zum Zweck der Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften. In Einzelfällen kommen auch Fügeverfahren durch Urformen zum Einsatz, bei denen ein Teil aus formlosem Stoff an einem festen Teil durch Auftragen ergänzt wird – beispielsweise bei einer Auftragsschweißung.

☞ DIN 8593, ON 4.4, zusammengefasst in Kap. XI-3 Fügeverfahren, S. 131 ff

1.1 Schlussarten

Die Verbundwirkung bei Verbindungen durch Urformen beruht im Wesentlichen auf der vollflächigen Umhüllung zumindest eines Fügeteils, oder eines Teilbereichs desselben, durch formlosen Stoff, der anschließend verfestigt und – erst – dadurch die gewünschte Kraftübertragung zwischen den Fügeteilen ermöglicht. Der formlose Stoff passt sich aufgrund seiner ursprünglichen Plastizität an die Gestalt des festen Fügeteils an und liegt nach Erhärten – zunächst – fugenlos und kontinuierlich vollflächig an diesem an. Je nach beteiligten Werkstoffen und je nach Formgebung der Fügeteile können dabei unterschiedliche Schlussarten wirken: • adhäsiver Kraftschluss (m) infolge spezifischer Haftung: es wirken vornehmlich die elektromagnetischen Molekularkräfte an den Grenzflächen der sich berührenden Fügeteile, also jeweils eines festen und eines anfänglich formlosen, später aber erhärtenden Fügeteils; • Reibschluss (r) infolge Reibung und zur Berührfläche orthogonaler Kraftwirkung;

✏ Ein loses Spiel entsteht nie beim Verguss, sondern ggf. nachträglich, beispielsweise durch Schwindprozesse an einem der Fügeteile oder gar an beiden.

• Formschluss (f, Ef) infolge der aufgrund der Formgebung oder Oberflächenbeschaffenheit des festen Fügeteils ggf. entstehenden Verzahnung mit dem formlosen Stoff. Je nachdem, wie groß das Spiel zwischen den Fügeteilen ist, herrscht (häufiger) ein Quasi-Formschluss (Ef) ohne Spiel oder (seltener) ein reiner Form- oder Berührungsschluss (f) mit Spiel.

6 Fügen durch Urformen

269

1 Arbeitsfuge im Betonbau: für den folgenden Betonierabschnitt vorbereitete Anschlussstäbe.

2 Profilierter Fuß einer Fertigteilstütze für den Verguss in einem Köcherfundament.

3 Im Werk vergossene Fugen eines Deckenelements mit ZiegelHohlkörpern. Der leere Fugenraum in der Mitte wird zwecks Herstellung eines Schubverbunds auf der Baustelle vergossen.

270

1.2 Merkmale

XII Verbinden

Beim Fügen durch Urformen sind stets mindestens ein festes Fügeteil und formloser Stoff am Verbund beteiligt, der entweder Hohlräume zwischen festen Fügeteilen ausfüllt, in Schalungen gegossen wird oder – in selteneren Fällen – plastisch an feste Fügeteile angeformt wird. Dabei wird nach Aushärten des Gussstoffes aufgrund seines satten Anliegens an den Grenzflächen der Fügeteile eine Art Quasi-Materialkontinuum geschaffen. Dies trifft zwar auf das Volumen und die Gestalt der Verbindung zu, nicht aber auf das Stoffgefüge, das an der Kontaktfuge zwischen Fügeteil und Gusswerkstoff notwendigerweise unterbrochen ist. Dies ist deshalb der Fall, weil entweder: • unterschiedliche Werkstoffe an einer Berührfläche aneinanderstoßen, zwischen denen aus chemisch-physikalischen Gründen von vornherein kein echtes Stoffkontinuum entstehen kann, • oder der gleiche Werkstoff in verschiedenen Aggregatzuständen – einmal fest, einmal formlos – an der Fuge in Kontakt steht (wie beispielsweise Beton in einer Arbeitsfuge), wobei der feste Werkstoff an seiner Grenzfläche nicht löslich ist und infolgedessen aus physikalischen Gründen kein vollständig störungsfreies Stoffkontinuum entstehen kann. Hierin unterscheiden sich Fügungen durch Urformen grundsätzlich von echten stoffschlüssigen Verbindungen wie beispielsweise Schweißen, bei denen dank der Löslichkeit des Feststoffs eine grenzschichtüberschreitende bzw. -aufhebende atomare oder molekulare Verbindung hergestellt wird. Haftung und Reibschluss spielen beim Fügen durch Urformen, gemessen am Formschluss, in der Regel eine nur untergeordnete Rolle, da die schlusserzeugenden Kräfte bei Letzterem bei der Mehrzahl der bautechnischen Anwendungen wesentlich größer sind. Auch unter diesem Gesichtspunkt unterscheiden sich Verbindungen durch Urformen von haftwirksamen Verbindungen, wie beispielsweise Löten oder Kleben. Aus der spezifischen Art der Herstellung von Verbindungen durch Urformen leitet sich ihr Merkmal als bedingt lösbare oder nicht lösbare Verbindungen ab: • Fügungen infolge Um-, An- oder Ausgießen mit formlosem Stoff, der anschließend erhärtet, lassen sich nur durch Zerstören oder plastisches Verformen zumindest des beteiligten Verbindungsmittels – bei mittelbaren Verbindungen – wieder lösen. Derlei Verbindungen gelten als bedingt lösbar, sofern die eigentlichen Fügeteile unversehrt bleiben. Die Bewahrung der Trennfuge zwischen festem Fügeteil und Verbindungselement aus ausgehärtetem formlosem Stoff begünstigt diesen Vorgang.

6 Fügen durch Urformen

• Ist eines der Fügeteile selbst aus formlosem Stoff in Form einer Matrix rings um darin eingebettete feste Fügeteile gegossen – eine unmittelbare Verbindung, wie beispielsweise beim bewehrten Beton –, so kann die Verbindung nur durch Zerstörung oder plastische Verformung mindestens eines der Fügeteile gelöst werden und gilt folglich als nicht lösbar. Dies ist die Hauptursache, weshalb alle Stahl-Beton-Verbundbauweisen für Recyclingzwecke wenig geeignet sind. Fügen durch Urformen setzt einen formlosen Werkstoff voraus, der die nötige Viskosität besitzt, um feste Verbindungspartner satt und vollflächig zu umschließen oder sich an diese anzuschmiegen, sodass nach Aushärten ein Formschluss entsteht. Diese Voraussetzung erfüllt der Beton. Es lässt sich behaupten, dass der Beton- und Stahlbetonbau auf dem Fügeprinzip durch Urformen basieren. Der Verbund zwischen Bewehrungsstahl und umgebender Betonmatrix ist eine Variante einer Verbindung durch Urformen. Zahlreiche Verbindungen des Fertigteilbaus durch Fugenverguss gehen auf das gleiche Fügeprinzip zurück. Auch das Gießen von Betonbauteilen in Mauerkonstruktionen (z. B. Betonpfeiler in Mauern) lässt sich zumeist dem Prinzip des Fügens durch Urformen zurechnen. Verbindungen durch Urformen kommen auch bei Betonverbundbauweisen mit den Werkstoffen Stahl und Holz zum Einsatz. Dabei wird eine Aufbetonschicht auf einer tragenden Konstruktion aus Stahl oder Holz vergossen. Der gewünschte Schubverbund zwischen den Werkstoffen wird durch Eingießen von Schubverbindern aus Metall oder durch formschlüssigen Verguss auf entsprechend profilierten Flächen erzeugt. Im Stahlbau sind Verbindungen durch Urformen nur selten anzutreffen. Ein Beispiel ist der Verguss von Seilenden in Fittings unter Verwendung von geschmolzenem Blei.

271

☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 2. Recycling von Beton, S. 161 ff

Fügeverfahren und Bauweise

☞ zu Verbundbauweisen: Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.4, S. 933 ff, und 6.1.6, S. 968 f, zur Holz-Beton-Verbunddecke und 6.2.2, S. 970 ff, zur Stahl-Beton-Verbunddecke

1.3

272

XII Verbinden

2. Verbindungen durch Urformen im Stahlbetonbau

Jede Arbeitsfuge im Ortbetonbau folgt dem Prinzip des Fügens durch Urformen, da sich der Frischbeton des nachfolgenden Betonierabschnitts an den ausgehärteten Beton des vorgängigen anpasst (2 4 bis 6). Zwischen beiden Betonkörpern besteht bei einer fachgerecht ausgeführten Arbeitsfuge eine geschlossene Fuge mit Haftung. Kontaktfugen ohne zusätzliche Bewehrung sind im Betonbau indessen selten und zumeist auf Fälle beschränkt, bei denen nur untergeordnete Aufgaben zu erfüllen sind. Bewehrte Arbeitsfugen, wie sie im Stahlbetonbau den Standard darstellen, sind folglich im Zusammenhang mit der Kraftwirkung der Bewehrung zu untersuchen.

2.1

Arbeitsfugen

2.2

Verbund zwischen Stahl und Beton

Die Verbindung durch Urformen mit größter bautechnischer Bedeutung ist mit Gewissheit diejenige zwischen dem Bewehrungsstahl und der umgebenden Betonmatrix. Dies gilt sowohl für Betonstähle wie auch für Bewehrungsfasern. Dabei umschließt der Frischbeton die Bewehrungselemente vollständig und erzeugt nach dem Abbinden einen Schluss mit der eingebetteten Bewehrung. Dieser Verbund ist die mechanische Voraussetzung für die Tragfähigkeit von bewehrtem Beton, weil er ein statisches Gleichgewicht zwischen dem druckfesten (aber zugempfindlichen) Beton und dem zugfesten (aber bei Druckbeanspruchung knickgefährdeten) Stahlstab oder der Bewehrungsfaser herstellt.

2.3

Mechanisches Wirkprinzip

Das mechanische Wirkprinzip des Verbunds zwischen Beton und Stahl, bzw. zwischen Beton und Beton, in Arbeitsfugen und im Verbundwerkstoff Stahlbeton ist außerordentlich komplex und lässt sich in diesem Zusammenhang nur ansatzweise darstellen.1 Der Verbund zwischen Stahl und Beton beruht auf folgenden Schlussarten (2 7):

☞ Band 1, Kap. IV-7, Abschn. 2. Mechanische Eigenschaften, S. 305

☞ wie oben beschrieben in Abschn. 1.1 Schlussarten, S. 268

• Adhäsiver Kraftschluss (m) in Form einer spezifischen Haftung. Die Schlusswirkung infolge Adhäsion ist nahezu vernachlässigbar. Sie wirkt nur für kleine Verbundkräfte und versagt frühzeitig. Es tritt dann ein Schlupf ein (Lastniveau 1). • Reibschluss (r) infolge Reibung und zur Berührfläche orthogonaler Druckkraft. Reibung tritt nach Überwindung der anfänglichen Haftkraft in Funktion (Lastniveau 2). Es ist ein Querdruck auf die Berührfuge erforderlich, um diese Schlussart zu aktivieren. Wirkt hingegen Zug auf die Trennfuge, kann diese Schlussart nicht wirksam werden. Dies wird bei der Bemessung durch entsprechende Erhöhung oder Minderung der angesetzten Verbundkraft berücksich-

6 Fügen durch Urformen

273

1

3

2 F

BA 2

AF

BA 1

BA 1

BA 1

y

y

y x

x

x

4-6 Entstehen einer Arbeitsfuge AF im Betonbau zwischen zwei zeitlich versetzten Betonierabschnitten BA 1 und BA 2. F Frischbeton.

Verbindung zwischen Bewehrungsstahl a und Beton b (Stahl warmgeschlagen)

Lastniveau 1

(

SAa,b=

a

(

)

Lastniveau 2

S

A

a,b

b

Lastniveau 3

(

S a,b =

y x

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

S

A

a,b

(

=

(

=

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

) ) )

➝ alle: adhäsiver Kraftschluss: infolge Haftung zwischen a und b

➝ alle: Reibschluss: infolge Reibung und Querdruck auf die Grenzfläche zwischen a und b

➝ alle: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): infolge Verzahnung der Profilierung von a in der Matrix b

b als gestellfest angenommen

7 Mechanisches Wirkprinzip des Verbunds zwischen Bewehrungsstahl a und Betonmatrix b, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b für progressiv ansteigende Lastniveaus 1 bis 3. Lastniveau 3 ist maßgeblich für die maximale Tragfähigkeit des Verbunds. Die

Verbindung durch Urformen zwischen den Fügeteilen a und b setzt prinzipiell nur einseitige Zugänglichkeit voraus, ist jedoch aufgrund der zylindrischen Geometrie des Stabs ringsum allseitig wirksam.

274

XII Verbinden

tigt. Der Reibschluss spielt im modernen Stahlbetonbau eine nur untergeordnete Rolle. Dies trifft nicht auf ältere Stahlbetonausführungen zu, bei denen Bewehrungsstähle oder -eisen unprofiliert verarbeitet wurden. • Formschluss in der Variante als Quasi-Formschluss (Ef) ohne Spiel infolge der Verzahnung von Betonmatrix und profiliertem Betonstahl, mit gebogenem profilierten oder unprofilierten Betonstahl oder auch mit verdrehter, gekerbter oder verhakter Faser. Diese Schlussart weist die höchste Tragfähigkeit auf – wenngleich eine geringere Steifigkeit als der Haftverbund – und ist für die Aufnahme der größten Verbundkräfte maßgeblich (Lastniveau 3). Formschluss infolge Rippenpressung ruft im umgebenden Beton ringförmige Querzugspannungen hervor.

& DIN 1045-3, 2.8.2 (NA. 4)

An einer Arbeitsfuge ist – wie angemerkt – das Materialkontinuum des Betons gestört, die Bewehrung läuft hingegen über die Trennfläche durch (Anschlussstäbe) (2 8 bis 11). Die Kontaktfuge zwischen Betonierabschnitten verhält sich hinsichtlich der Übertragung von Druckkräften rechtwinklig zu ihrer Ebene praktisch wie ein Stoffkontinuum, da bei fachgerechtem Betonieren eine satte vollflächige Berührung zwischen den Volumina der Betonierabschnitte herrscht und die Kraft unmittelbar über Kontakt übertragen wird. In dieser Richtung herrscht Quasi-Formschluss Ef ohne Spiel. Kritischer ist hingegen, dass an der Arbeitsfuge die Zugfestigkeit der intakten Betonmatrix gemindert ist. Diese ist nötig, um die erwähnten Querzugspannungen aufzunehmen, und erfordert zumeist eine gründliche Säuberung der Betonfläche von Staub und Partikeln (mit Drahtbürste oder Wasserstrahl) vor dem Betonieren, damit ein größtmöglicher Haftverbund zwischen dem Zementleim des Frischbetons und insbesondere dem möglichst freigelegten Zuschlag der festen Betonfläche entsteht. 2 Zusätzlich wird eine doppelte Verbügelung im Bereich des Bewehrungsstoßes vorgesehen. Für die Aufnahme von Querkräften an der Fuge ist hingegen ein ausreichender Form- sowie ein zusätzlicher Reibschluss erforderlich.

6 Fügen durch Urformen

275

1

2

A

BA 1

BA 1 y

y x

x

3

4 BA 2

BA 2

F

AF

BA 1 y

BA 1 y

x

x

8-11 Entstehen einer Arbeitsfuge AF im Betonbau zwischen zwei zeitlich versetzten Betonierabschnitten BA 1 und BA 2 mit Bewehrung. A Anschlussstäbe, F Frischbeton.

276

XII Verbinden

2.4 Verbindungen zur lokalen Krafteinleitung in Stahlbetonbauteile ☞ Abschn. 2.3 Mechanisches Wirkprinzip, S. 272 ff

2.4.1 Anker

☞ Kap. XII-4, Abschn. 4.1.3 Stützenanschlüsse, S. 173 ff ☞ DIN EN 1993-1-1, Anhang L.2



& DIN 7992, DIN 188

& DIN 529

Verschiedene Einbauteile aus Stahl mit der Aufgabe, Kräfte in ein Stahlbetonbauteil einzuleiten, werden durch Urformen mit dem Beton gefügt. Das mechanische Wirkprinzip ist vergleichbar mit dem oben beschriebenen. Je nach einzuleitender Kraft müssen ggf. zusätzliche Bewehrung oder sonstige Verstärkungsteile im Umkreis des lokalen Verankerungselements eingelegt werden. Ankerkonstruktionen sind Verbindungen durch Urformen, weil sie durch Einbettung von Stahlteilen (Ankern) im Beton oder in anderen Vergussstoffen entstehen und das Ziel verfolgen, Kräfte aus externen Bauteilen in das Betonbauteil einzuleiten. Sie treten beispielsweise in Form von Ankerschrauben oder Zugankern in Betonfundamenten auf. Dort übernehmen sie die Sicherung von aufgesetzten Bauelementen, beispielsweise Stützen. Ankerschrauben sind für die Fixierung von Stützenauflagerungen während Montage und Betrieb notwendig und lassen sich nach Norm im Fundament verankern mittels eines Hakens, einer Scheibe, anderen im Beton eingelassenen Lastverteilungselementen oder sonstigen zugelassenen Befestigungsmitteln (2 12). Anker lassen sich beim Vergießen des Fundaments einbetonieren (2 12 und 13) oder nachträglich in einem für diesen Zweck im Fundament ausgesparten Ankerschacht (2 14 und 15). Lösungen nach der ersten Variante lassen sich dann realisieren, wenn die Einhaltung engerer Toleranzen beim Fundamentverguss möglich ist. Dennoch sind größere Bohrlöcher in der Fußplatte sowie größere Unterlagscheiben vorzusehen, um unvermeidliche Maßabweichungen aufzunehmen. Präziser lassen sich die Anker bei Vorhaltung eines Ankerschachts justieren. Nach Einjustieren der Stütze wird der Schacht mitsamt den Ankerstäben mit Vergussbeton oder Mörtel verfüllt – ggf. über eine Abschrägung – und die Fußplatte unterstopft.3 Für größere Ausziehbelastungen, wie sie am Fuß eingespannter Stützen auftreten, werden Zuganker mit Hammerkopfschrauben nach Norm eingesetzt (2 15). Die Einleitung der Kräfte in das Fundament erfolgt über doppelte U-Winkel, die vorab bei Fundamentverguss einbetoniert werden. Für geringere Ausziehkräfte, beispielsweise zum Einsatz als Transport- und Montageanker, sind Steinschrauben nach Norm geeignet (2 16).

6 Fügen durch Urformen

A

a b

F

FP A

277

M

a b

A

S B

F

FP A

M

12 Ankerschrauben mit Haken und mit Scheibe nach DIN EN 1993-1-1, L.2 für geringe Kräfte. 13 Ankerschrauben mit angeschweißtem Winkelprofil, eingegossen in das Fundament. A Ankerschraube F Fundament FP Fußplatte M Mörtel H Haken S Scheibe B Bohrung (vergrößert) W Winkel

W

S

H

a b

A

AS

AS FP

F

A

M

Sch

a b

A AS F

FP

AS

M

A

14 Ankerschrauben mit in Ankerschacht einbetoniertem Winkel.4

Sch

3,5 d

W

f

30 d

15 Zuganker mit Hammerkopfschraube und Doppelwinkel in Ankerschacht einbetoniert für größere Ankerkräfte.4 d

W

d W

W

c

4,5 d

2,5 d

6 d 2,5 d

≤10 d

2,5 d

6d

c = 2,5 d + 80

5,5 d c/2 ≤7,5 d

c/2 5,5 d

A Ankerschraube F Fundament FP Fußplatte M Mörtel AS Ankerschacht W Stahlwinkel Sch Schräge zum Verguss des Ankerschachts

R c øa

1

2

3

4

5

6

7

16 Steinschrauben nach DIN 529. Die Maße des Raumbedarfs R für den Schaft der Steinschraube im Beton sind in der Norm geregelt.

278

2.4.2

XII Verbinden

Verbund- oder Injektionsdübel ☞ Siehe auch verwandte Ankerverbindungen nach dem Prinzip des An- und Einpressens in Kap. XII-5, Abschn. 2.6 Einseitig zugängliche Schraubverbindungen > 2.6.1 mit vorgeformtem Gegengewinde > Verschraubung in mineralischen Werkstoffen (reibschlüssig oder klemmreibschlüssig), S. 226 ff.



Mechanisches Wirkprinzip

Verbund- oder Injektionsdübel bestehen aus einer Ankerstange mit Gewinde (c) oder einer Innengewindehülse (c1), in welche anschließend eine Schraube oder Gewindestange eingedreht wird (2 17-1 bis -3). Ankerstange oder -hülse werden in einem speziellen Mörtel verankert, der beim Montieren in das Bohrloch eingeführt wird.

Der Mörtel schafft einen adhäsiven Kraftschluss (m) an den zwei Schnittflächen an Ankerstift (c) und Untergrund (b) bzw. an Ankerhülse (c1) und Untergrund. Zur zuverlässigen Herstellung der Haftung zwischen Mörtel und Bohrlochwandung ist eine gründliche Entfernung des Bohrmehls (Ausblasen, Ausbürsten) erforderlich. Der Mörtel lässt sich mit Kartuschen einspritzen oder mittels Patronen in das Bohrloch einführen, die beim Ankersetzen zerbrechen und so den Abbindeprozess in Gang setzen. Die Mörtelmasse benötigt eine gewisse Zeit zum Aushärten, während der die Verbindung nicht belastet werden kann. Die reine Haftwirkung infolge adhäsiven Kraftschlusses (m) zwischen Mörtel und Ankerelement (Stift oder Hülse) wird verstärkt durch geeignete Profilierungen am Verbindungsmittel (c, c1), die eine zusätzliche Verzahnung, und damit einen Quasi-Formschluss (E f) hervorrufen. Bei Ankerstangen ist dies das Gewinde selbst. Dübelverbindungen durch Urformen erzeugen kaum Spreizkräfte. Erst nach Anziehen der Verbindung wirkt ein begrenzter Spreizdruck auf die Bohrlochflanken. Im Vergleich zu metallischen Spreizdübeln lassen sich wesentlich kleinere Achs- und Randabstände realisieren. Sie sind jedoch im Regelfall nicht für gerissenen Untergrund geeignet. Einige Verbindungsarten schaffen – zusätzlich zum adhäsiven Kraftschluss – zwischen Vergusskörper und umgebendem Werkstoff auch einen zusätzlichen Quasi-Formschluss (Ef) durch die Hinterschneidung des Bohrlochs (wie beispielsweise bei Porenbeton-Injektionsdübeln) oder durch das Verdrängen des Mörtels innerhalb eines Netzes in die Hohlräume des Untergrunds (Hohlziegel-Injektionsdübel). Nach Verstreichen der vorgeschriebenen Aushärtezeit des Mörtels kann das Anbauteil durch Aufbringen der erforderlichen Anziehvorspannung montiert werden.

17 (Seite rechts) Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Injektionsoder Verbundankern in Beton, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

6 Fügen durch Urformen

1

279

Injektionssystem aus Gewinderstange (c) und hochfestem Zweikomponenten-Injektionsmörtel (M)

a

Fall 1 ➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

c

S

A

M

=

a,b

(

Ef

Ef

Ef

Ef

E

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

➝ alle: adhäsiver Kraftschluss und Quasi-Formschluss: durch Einbettung der Gewindestange (c) im Mörtel

) ( S

A

c,b

=

m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef

)

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung

M

b

2

Injektionssystem aus Ankerstange (c) und hochfestem Zweikomponenten-Injektionsmörtel (M)

Fall 2

a

➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

c

SAa,b=

(

Ef

Ef

Ef

Ef

E

Ef

r

r

Ef

Ef

Ef

Ef

➝ alle: adhäsiver Kraftschluss und Quasi-Formschluss: durch Einbettung der profilierten Ankerstange (c) im Mörtel

) ( SAc,b=

m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef

)

M

➝ x, z: Quasi-Formschluss (ohne Spiel): Lochleibung und Schaftpressung b

3

Injektionssystem aus Innengewindeanker (c1) mit Profilierung, Schraube mit metrischem Gewinde (c2) und Injektionsmörtel (M) in einer Patrone (P)

Fall 3 ➝ y: Kraftschluss: Anziehvorspannung der Mutter

c1 c2

c2

a M c1 P

b

b

a

SAa,b=

(

r

r

Ef

Ef

E

Ef

r

r

r

r

Ef

Ef

➝ alle: adhäsiver Kraftschluss und Quasi-Formschluss: durch Einbettung des geriffelten Innengewindeankers (c1) im Mörtel

) ( SAc ,b= 1

m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef m/Ef

)

➝ x, z: Reibschluss: infolge Anziehvorspannung der Schraube

y x

b als gestellfest angenommen

Sa,b =

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

280

XII Verbinden

2.4.3

Ankerplatten für die Befestigung von Stahlteilen, die anschließend auf die Platte geschweißt werden, lassen sich mit Kopfbolzendübeln im Beton verankern (2 18). Der Ausziehwiderstand wird durch formschlüssige Verzahnung des Bolzenkopfs (Ø mindesten 1,6 · d) im Beton hergestellt.

Kopfbolzendübelverankerungen

2.4.4 Ankerschienen

Eine lineare Anschlussmöglichkeit bieten Ankerschienen, die ähnlich wie die oben angesprochenen Ankerplatte durch Urformen mit dem Beton verbunden werden (2 19). Dies geschieht durch Einbetten im Beton von Verankerungselementen, die an die Schienen angeschweißt sind.

2.4.5 Querkraftelemente

Querkraftdorne oder Schubverbinder sind dazu geeignet, Querkräfte zwischen anstoßenden Betonbauteilen zu übertragen, und erlauben es, aufwendige und raumbeanspruchende Konsolenauflager zu ersetzen. Die Verankerung der zumeist vorgefertigten Anschluss­elemente im Beton erfolgt durch Urformen, also durch Eingießen eines Bewehrungskorbs in den Beton der anstoßenden Betonierabschnitte (2 20). Die Kraftübertragung zwischen den Bauteilen selbst erfolgt formschlüssig über Metallteile. Es lassen sich verschiedene Bewegungsfreiheiten vorhalten.

☞ siehe das Beispiel in 2 17

b a K

a

b

A

BA 1

QD

FF

GH

RS BA 2

K

L

b a

y x

A

BK

MF 1

MF 2

BK GK

y x

18 Ankerplatte mit Kopfbolzendübelveranke- 19 Ankerschiene A mit Verankerung im Beton 20 In zwei anstoßende Betonbauteile eingerung K im Beton. Anschlusslaschen A können durch Kopfbolzendübel K. betteter Querkraftdorn, der eine schubfeste an die Platte angeschweißt werden. Dabei (➝  y), aber gleitfähige Verbindung (➝ x, ggf. lassen sich die nötigen Toleranzen in Richtung auch ➝ z) herstellt (Herst.: Frank). Das Element ➝ y, z aufnehmen. Toleranzen in Richtung ➝ x ist durch Urformen mit dem Beton verbunden. Die Querkraft zwischen den Bewehrungselekönnen ggf. durch ein Langloch L kompensiert menten wird durch einen Schubdorn QD überwerden. tragen, der gleitend in eine Hülse GH eingreift. BA Bauabschnitt 1, 2 QD Querkraftdorn aus Titan, Stahl verzinkt oder nicht rostend GH Gleithülse BK Bewehrungskorb RS Horizontal-Regulierstift zum Justieren der Gleithülse GH GK Gewindekappe zum Festklemmen des Regulierstifts RS MF Mehrzweckflansch FF Fugenfüllung

6 Fügen durch Urformen

281

Eine bautechnisch außerordentlich bedeutende Verbindung zur Kraftübertragung zwischen Stahlbetonbauteilen ist die bereits diskutierte Arbeitsfuge, welche Kräfte zwischen zeitlich versetzt gegossenen Betonierabschnitten leitet. Neben dieser herkömmlichen Verbindung des Ortbetonbaus existieren zahlreiche Verbindungen des Fertigteilbaus, welche die Aufgabe haben, Kräfte zwischen anstoßenden Fertigteilen zu übertragen.

Verbindungen zur Kraftübertragung zwischen Stahlbetonbauteilen

Verbindungen durch Urformen kommen im Fertigteilbau insbesondere als Platten- oder Scheibenstöße von Deckenoder Wandbauteilen vor. Sie entstehen durch den Verguss von Fugenräumen zwischen den zumeist eigens zu diesem Zweck profilierten Elementkanten (2 21).

Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen

Deckenelemente mit Vergussfugen im Fertigteilbau sind im Regelfall einachsig, parallel zur betrachteten Stoßfuge spannende Platten, die durch den Verguss zu einem homogenen Element verbunden werden. Sie sind zwei unterschiedlichen Beanspruchungen unterworfen, nämlich den Plattenschnittkräften infolge Gravitationslasten rechtwinklig zu ihrer Ebene sowie zumeist auch den Scheibenschnittkräften in ihrer Ebene infolge Kraftwirkungen aus ihrer aussteifenden Funktion. Letztere sind bei Wandbauten mit ihren kleineren Abständen zwischen aussteifenden Wandscheiben geringer als bei Skelettbauten, bei denen die Kräfte zu weiter entfernten Festpunkten – wie Kernen – geleitet werden. Bei Plattenwirkung übernehmen die Deckenstöße die Querkraftübertragung zwischen benachbarten Deckenelementen, erlauben folglich eine Querverteilung der Lasten in der Platte und erzwingen gleichzeitig eine geometrische Kontinuität über den Stoß hinweg. Zu diesem Zweck erfolgt eine Verzahnung, also ein Quasi-Formschluss (Ef), zwischen dem entsprechend profilierten Deckenelement und dem ausgegossenen Fugenraum, der nach Aushärten wie ein Schubdübel wirkt (2 22, 25, 26). Die Schubfestigkeit der Fuge lässt sich beispielsweise durch Mattenbewehrung steigern (2 23). Zusätzlich ist durch entsprechende Schlaufenbewehrung des Fugenraums eine begrenzte Querbiegung aufnehmbar (2 24). Grundsätzlich gilt, dass die Übertragung von Plattenschnittgrößen – insbesondere Momente, also Querbiegung – über vergossene Betonfertigteilfugen eine untergeordnete Bedeutung hat, da eine Durchleitung von Zugbeanspruchungen konstruktiv schwer zu realisieren ist. Lediglich die Querverteilung von lokalen Beanspruchungen rechtwinklig zur Fläche über die Fuge hinweg sowie Scheibenschubkräfte können bei entsprechender konstruktiver Ausbildung der Vergussfuge aufgenommen werden. Die Scheibenwirkung erfordert eine Querkraftübertragung in Elementebene, die durch eine Profilierung der Fuge in ihrer Länge ermöglicht wird. Hierdurch entsteht – ähnlich wie bei der Verzahnung durch Kantenprofilierung

Deckenstöße

2.5

☞ Abschn. 2.1 Arbeitsfugen, S. 272

☞ Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.2. Vorgefertigte und halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton, S. 910 ff

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 2.1 Ein- und zweiachsiger Lastabtrag > 2.1.1 Tragverhalten, S. 196 ff

☞ zur grundsätzlichen Unterscheidung von Querverteilung und Querbiegung vgl. Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 2.1 Ein- und zweiachsiger Lastabtrag, S. 196 ff

2.5.1

282

XII Verbinden

– ein Formschluss zwischen den anstoßenden Elementen für Querkräfte in ihrer Ebene. Die Profilierung lässt sich in Form dübelartiger Noppen an den Fugenflanken (2 27) oder in Längsachse gezahnter bzw. gewellter Fugengeometrie ausführen (2 28). Wandstöße

Die Übertragung der Plattenschnittkräfte infolge Horizontallasten, wie beispielsweise aus Wind, ist bei Stößen von Wandelementen über Niveau im Fertigteilbau untergeordnet gegenüber der Scheibenwirkung, die ihnen als aussteifende Elemente zumeist zukommt. Gegenüber Querkraftbeanspruchung kann bei stehenden Fugen zwischen Wänden – anders als bei liegenden – die Auflast nicht genutzt werden,a da dann ein Überdrücken der Querkräfte durch Wirkung des Reibschlusses nicht möglich ist, weshalb sie grundsätzlich verzahnt ausgeführt werden (2 31).5 Zur Erhöhung ihrer Schubtragfähigkeit kann die stehende Fuge auch wie in 2 30 dargestellt bewehrt werden.

☞ a Kap. XIV-3, Abschn. 1.1.1 Tragende Innenwände, S. 1003

Kombinierte Wand- und Deckenstöße

Beispielhafte Ausführungen von kombinierten Wand- und Deckenstößen werden in Kapitel X-4 behandelt.

☞ Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6.3.1 Wandbauweisen, S. 652 f, insb.  57 bis 60

FT 1

BV

F

FT 2

21 Unbewehrte Vergussfuge zwischen Fertigteilen FT 1 und FT 2. BV: Betonverguss (querkraftfähig). 22 Kraftfluss an der Fuge in 2 21 unter Querkraftbeanspruchung. Es ist die verzahnende Wirkung des Vergusskörpers erkennbar. Schematische Darstellung des Verlaufs der Hauptspannungstrajektorien (nach Bindseil,1991).

a

c

b

F

y x

FT 1

SM

BV

FT 2

FT 1

Druck Zug Druckkontaktfläche Lösen des Haftverbunds

QB

LB BV

FT 2

23 Verstärkung der Schubsteifigkeit der Verbindung in  21 durch eingelegte Stoßmatten SM (querkraftfähig). 24 Aktivierung einer begrenzten Querbiegesteifigkeit der Fuge in  21 durch Schlaufenbewehrung (Querbewehrung QB) und eingefädelten Bewehrungsstab als Längsbewehrung LB (momentenfähig).

a

c

b

a

c

y

y x

x

b

6 Fügen durch Urformen

FT 1

BV

a

c

283

FT 2

FT 1

BV

a

b

FT 2

c

c

FT 2

b

y x

x

x

BV

a

b

y

y

FT 1 PR

25 Stoß zweier Leichtbeton-Hohlplattenele- 26 Stoß zweier Leichtbeton-Hohlplattenele- 27 Vergussfuge zwischen zwei Deckenelemente durch Verguss nach DIN 4213 (quer- mente durch Verguss nach DIN 4213 (Nut- und menten mit Profilierung PR der Fugenflanken kraftfähig). Feder) (querkraftfähig). zur Querkraftübertragung in Scheibenebene.

BV

FT 1 Sch

FT 2

FT 1 BV

Sch

FT 2

Sch A

z

Sch

Pl

y

28 Schematische Darstellung eines Scheibenstoßes (links) mit Querkraftbeanspruchung in Scheibenebene (Sch) (➝ xy) mit geeigneter Fugenverzahnung auf einem Auflager A und eines kombinierten Scheiben- und Plattenstoßes (rechts) zwischen zwei freispannenden Deckenelementen mit Querkraftbeanspruchung aus Scheiben- (Sch) und Plattenwirkung (Pl) (➝ xz). BV Betonverguss, FT Fertigteile.

x

Pl

(Pl) FT 1

PR

BV

FT 1

FT 2

QB

BV

BV FT 2

(Pl)

FT 2 FT 1

Sch

LB

a

c

a

b

c

z

y

y x

29 Unbewehrte Vergussfuge zwischen zwei anstoßenden Wandelementen im Fertigteilbau mit seitlich geschlossenem Fugenraum. Der Vergussbeton wird von oben eingefüllt (➝ z).

Sch

b

x

30 Bewehrte Vergussfuge zwischen zwei anstoßenden Wandelementen im Fertigteilbau mit Querbewehrung QB in Schlaufenform und Längsbewehrung LB.

y x

31 Vergussfuge zwischen zwei anstoßenden Wandelementen im Fertigteilbau mit Profilierung der Fugenflanken zur vorwiegenden Aufnahme von Querkraft (➝ z) aus Scheibenbeanspruchung Sch, nur begrenzt rechtwinklig dazu (➝ x) aus Plattenwirkung Pl.

284

2.5.2

XII Verbinden

Vergussfugen bei Stützeneinspannungen ☞ DIN EN 1992-1-1, 10.9.6

Im Fertigteilbau werden häufig Köcher- und Blockfundamente eingesetzt, welche unter Wahrung eines hohen Vorfertigungsgrads die fertigteiltypische Stützeneinspannung erlauben. Die Verbindung zwischen dem Stützenfuß und dem Fundamentkörper erfolgt dabei durch Urformen, indem der Zwischenraum zwischen beiden Fügeteilen mit Vergussbeton verfüllt wird. Es entsteht eine reib- und formschlüssige Verbindung, bei der die Stützenmomente durch Druckkontakt und entsprechenden Hebelarm im Bereich der Stützeneinbindung aufgenommen werden (2 32, 36).



Köcherfundamente

Köcherfundamente bestehen aus einer Fundamentplatte und einem aufgehenden Köcher, in dem die Stütze während der Montage durch Keile gesichert, ausgerichtet und anschließend durch Verguss eingespannt wird (2 33). Sie lassen sich sowohl vor Ort gießen wie auch vorfertigen. Die Normalkraft der Stütze wird vorwiegend als Druck über den Stützenfuß auf die Fundamentplatte übertragen (Bemessung auf Durchstanzen) ( 32). Der Verguss stellt den Formschluss her zur Aufnahme der auf die Stütze wirkenden Momente und Querkräfte über ein Kräftepaar. Durch eine Verzahnung in der Vergussfuge lassen sich auch Normalkräfte, insbesondere Zugkräfte, oberhalb des Stützenfußes ableiten.



Blockfundamente

Bei Blockfundamenten wird der Köcher weggelassen mit dem Ziel, möglichst Bauhöhe einzusparen (2 34). Sie werden vor Ort gegossen. Der Normaldruck durch die Stütze kann nunmehr nicht über den Restquerschnitt d des Fundaments unter der Stütze aufgenommen werden, sondern muss durch Mantelreibung bzw. -verzahnung mittels geeigneter Profilierung der Flanken des Stützenfußes und der Wandung der Aussparung im Fundamentkörper an diesen übertragen werden. Eine Profilierung in der Aussparung lässt sich beispielsweise durch Verwendung einer Wellrohrschalung ausführen.

Vorgefertigte Köcherfundamente

Ein ähnlicher profilierter Verbund durch Verguss ist auch bei vorgefertigten Köcherfundamenten (2 35) erforderlich, da die stark reduzierte Dicke der Grundplatte nicht ausreicht, um den Stützendruck aufzunehmen. Der für die Stützeneinspannung verantwortliche Köcher ist durch Versteifungsrippen seitlich gehalten.6

6 Fügen durch Urformen

285

Verbindung zwischen Fertigteilstütze a und Köcherfundament b mittels Verguss c

(

➝ y: Gravitationsschluss: infolge Eigenund Auflast

) a c

(

b

SAa,b= c

Sa,b =

y x

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

Ef Ef

Ef Ef

Ef

(Ef) (Ef)

Ef Ef

Ef Ef

g

)

)

➝ yz, xy: Quasi-Formschluss an der Kontaktfläche zwischen Stütze a und Verguss c sowie zwischen diesem und Köcher b. Diese Verdrehungsbehinderung bewirkt die Hauptfunktion der Stützeneinspannung ➝ xz: Quasi-Formschluss an der Kontaktfläche zwischen a und b sowie zwischen c und b bei eckigem Stützenund Köcherquerschnitt (keine maßgebliche Beanspruchung). ➝ – y: Quasi-Formschluss an der Stützengrundfläche zur Übertragung von Eigen- und Auflast von a auf b: neben der Stützeneinspannung eine Hauptfunktion der Verbindung ➝ x, z: Quasi-Formschluss: Aufnahme der Querkräfte

b als gestellfest angenommen

32 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip des Verbunds zwischen Fertigteilstütze a und Köcherfundament b mittels Vergusses c, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

a

a c

c

b

b

d

33 Vor Ort gegossenes Köcherfundament mit Vergussfuge zwischen den profilierten Oberflächen der Stütze a und des Köchers b.

y

y x

34 Vor Ort gegossenes Blockfundament mit Vergussfuge wie links.

x

M

a

c

D h

R

b

D

S

y

M x

35 Vorgefertigtes Köcherfundament mit Vergussfuge wie in  33 und Versteifungsrippen R (nach Pauser, 1998); S Sandschicht, M Magerbetonschicht. y x

36 Übertragung des Stützenmoments M auf den Köcher durch Druckkraft D (Kontakt) und Hebelarm h.

286

XII Verbinden

3. Verbindungen durch Urformen im Verbundbau

Die Verbindung zwischen den Verbundpartnern erfolgt in den meisten Fällen durch Urformen, indem entweder geeignete Verbundmittel in den Frischbeton eingebettet werden oder dieser in entsprechende Vertiefungen eines Verbundpartners eindringt und dadurch eine formschlüssige Verbindung herstellt. Besondere bautechnische Bedeutung haben der StahlBeton-Verbundbau und der Holz-Beton-Verbundbau.

3.1 Stahl-Beton-Verbundbau ☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.1 Bauen mit genormten Profilen und gelenkigen Anschlüssen > Verbundbau, S. 590 f, sowie 3.3.1 Decken in Verbundbauweise , S. 599  ff

Der Verbund zwischen Stahl und Beton wird im StahlBeton-Verbundbau entweder durch herkömmliche Stabbewehrung ( 39) oder mittels Kopfbolzendübel ( 37, 38) hergestellt. Die Kopfform der letzteren ermöglicht, nicht nur Querkräfte, sondern auch abhebende Kräfte aufzunehmen. In einigen Fällen schafft die Formgebung eines Bauteils eine formschlüssige Verbindung mit dem Beton, wie bei der Endverankerung einer Verbunddeckenplatte mithilfe gequetschter Trapezblechränder ( 37), die erlaubt, Biegezugkräfte in den Beton einzuleiten.

6 1 4

8

z y x

2 37 Stahl-Beton-Verbunddecke. Kopfbolzendübel (4) stellen den Verbund zwischen Stahlprofil (2) und Aufbeton (6) her. Sie nehmen Quer- und abhebende Kräfte auf. Die gequetschten Blechränder (8) verankern das Blech durch Formschluss im Aufbeton.

1 Trapezblech 2 Stahlprofil 3 Betonfertigteil 4 Kopfbolzendübel 5 Vergussfuge 6 Aufbeton 7 Kammerbeton 8 Blechverformungsanker 9 Bewehrungsstab 10 Bewehrungsbügel

6 Fügen durch Urformen

287

38 (Links) Stahl-Beton-Verbunddecke mit Betonfertigteilen (3) und Fugenverguss (5) auf der Baustelle. Der Verbund zwischen Stahl und Beton wird durch Kopfbolzendübel (4) hergestellt.

2

3

5

9 10

39 (Rechts) Stahl-Beton-Verbundstütze mit Verguss der Profilkammer (7). Der Verbund wird durch Bewehrungsstäbe (9) und seitlich angeschweißte Bewehrungsbügel (10) hergestellt. Er dient vorwiegend der Sicherung des Kammerbetons gegen Herausfallen im Brandfall.

4 7

z y x

2

z y x

Am häufigsten werden Holz-Beton-Verbundbauteile gegenwärtig als Geschossdecken eingesetzt. Analog wie beim Stahl-Beton-Verbundbau werden in diesem Fall zumeist geeignete Verbundmittel im Frischbeton der Betondeckenplatte nach dem Prinzip des Fügens durch Urformen eingebettet ( 40, 41). Zu diesem Zweck kommen infrage: Kopfbolzendübel ( 40); Holzschrauben; quer zur Kraftrichtung orientierte eingeschlitzte Bleche ( 41) oder längs orientierte, ebenfalls eingeschlitzte Streckmetallstreifen, welche die Kräfte durch ihre Profilierung und die daraus folgende Verkrallung mit dem Beton aufnehmen. Auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Holz und Beton ist möglich. Zu diesem Zweck wird die Oberseite der Holzkonstruktion mit Kerben (sog. Kerven) bzw. Nuten versehen, in die der Frischbeton eindringt und wodruch eine dübelartige Verzahnung entsteht ( 42). Werden die Kerven schwalbenschwanzförmig ausgeführt, können neben Quer- auch abhebende Krafte aufgenommen werden.

40 Holz-Beton-Verbunddecke aus Brettsperrholz. Verbund durch in den Aufbeton eingebettete Kopfbolzendübel.

Holz-Beton-Verbundbau

3.2

☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 5.1 HolzBeton-Verbundbau, S. 557 ff

☞ vgl. auch Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.4 HolzBeton-Verbunddecke, S. 933 ff, sowie 6.1.6 Holz-Beton-Verbunddecke, S. 968 f

41 Holz-Beton-Verbunddecke aus Brettstapelholz. Verbund durch in den Aufbeton eingebettete, in das Holz eingeschlitzte Stahlbleche. Sie sind quer zur Kraftrichtung orientiert und schwächen den tragenden Querschnitt des Holzes nur unwesentlich.

42 Holz-Beton-Verbunddecke aus Brettstapelholz. Verbund durch schwalbenschwanzförmige Ausnehmungen auf der Oberseite der Holzplatte (Kerven) und daraus entstehende dübelartige Verklammerung.

288

XII Verbinden

4. Verbindungen von Stahlbauteilen durch Urformen

Obgleich der Werkstoff Stahl grundsätzlich gießbar ist, sind Verbindungen durch Urformen im Stahlbau dennoch selten anzutreffen. Die für den Verguss von Stahl erforderlichen Temperaturen und technischen Vorkehrungen sind für Fügezwecke im Bauwesen bislang nicht sinnvoll umsetzbar. Ein eher vereinzeltes Beispiel für das Verbinden von Stahlteilen durch Urformen – allerdings bei Verwendung eines Nichteisenmetalls als Gusswerkstoff – ist die Verankerung von Drahtseilen in Seilköpfen oder -hülsen mittels Verguss (2 43). Dabei wird das besenförmig aufgezwirbelte Ende eines Seils in einem kegelförmigen Hohlraum der Seilhülse mit flüssigem Metall oder Kunststoff derart vergossen, dass einerseits ein reib- und formschlüssiger Verbund zwischen Drähten und Vergussmaterial sowie andererseits ein klemmreibschlüssiger Verbund zwischen dem konischen Vergusskörper und der Seilhülse entsteht (2 42). Das auf diese Weise konfektionierte Seil lässt sich mittels Gewinde oder Anschlagsflächen am Seilkopf an anderen Stahlteilen verankern. Grundsätzlich lässt sich der Verguss herstellen durch

& DIN EN 13411-4

& DIN EN 13411-4, Anhang A

• Vergussmittel auf Metallbasis – es kommen Legierungen auf Bleibasis (Schmelzpunkt ca. 240°), Zink (419°) oder Legierungen auf Zinkbasis (380°) in Betracht;

& DIN EN 13411-4, Anhang B

• Vergussmittel auf Kunstharzbasis – Kunststoffe auf Polyester-Basis mit anorganischem Füllstoff und geeigneten Aushärtemitteln. Auf das satte Ausfüllen des Vergussraums ist sorgfältig zu achten. Seilhülsen müssen bei Metallverguss vorgewärmt werden, um ein zu rasches Abkühlen des Vergussmittels zu verhindern. Die aufgefächerten Drähte werden zur Verbesserung des Haftverbunds mit dem Vergusswerkstoff vorbehandelt. Etwaiges Schrumpfen des Vergusskörpers beim Abkühlen wird durch die klemmreibschlüssige Verbindung mit der konisch geformten Seilhülse kompensiert. Das Seil kann in der Nähe des Austritts aus der Seilhülse mit zusätzlichem Korrosionsschutz versehen werden.

5.

Verbindungen zur Krafteinleitung in Holzbauteile & DIN EN 1995-1-1/NA, NCI NA. 11.2

Mechanische Verbindungsmittel aus Stahl wie Stahlstäbe oder Gewindebolzen lassen sich in Bohrlöchern im Holz mithilfe von Epoxidharzen einkleben ( 44). Infrage kommen nach Norm Gewindebolzen mit metrischem Gewinde nach DIN 976-1 und Betonrippenstähle nach DIN 488-1 mit Nenndurchmesser d von mindestens 6 mm und höchstens 30 mm. Wegen des hier vornehmlich wirkenden Formschlusses Ef ohne Spiel zwischen dem Kleber und der profilierten Oberfläche dieser mechanischen Verbindungsmittel sowie ggf. auch zwischen dem Kleber und einer aufgerauten Bohrlochwandung liegt in diesem Fall ein Fügen durch Urformen vor. Zusätzlich kommt die Haftwirkung infolge adhäsiven Kraftschlusses m zwischen Kleber und Holz bzw. die – al-

6 Fügen durch Urformen

289

Verbindung zwischen Drahtseil a und Seilhülse b mittels Verguss c

(

)

➝ y: Klemmreibschluss: infolge Reibung und Klemmwirkung an der konischen Grenzfläche zwischen Vergusskörper c und Seilhülse b; Hauptbeanspruchung der Verbindung, alle anderen sind aufgrund der fehlenden Biegesteifigkeit des Seils a unmaßgeblich und statisch nicht ansetzbar

a

c b

y x

Sa,b =

S

(

AB

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

SH

V

G

S

)

A

a,b

=

(

(Ef) (Ef) (Ef)

(r) (r)

(Ef) (Ef)

(Ef) (Ef)

rf

b als gestellfest angenommen

44 Ausführung eines Seilkopfvergusses zur Verankerung eines Seilendes (Herst.: Pfeifer).

A

EK

b

)

43 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip des Verbunds zwischen Seil a und Seilhülse b mittels Vergusses c, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b

GS

a

(Ef) (Ef)

c

HB

S Seil AB Abbindung SH Seilhülse V Vergusskörper G Gewinde A anschließendes Bauteil 45 In Holz eingeklebte Gewindestange, hier parallel zur Faserrichtung.

a2

a2 a2,t

a2,c a2

a2

a2 a2,c

a1 a1,c

Abstände von rechtwinklig zur Stabachse beanspruchten, parallel zu Faserrichtung eingeklebten Stahlstäben

lad

lad

lad

e

a2,c a2

a2,c a2 a2,c

a2,c a2 a2,c

a2,c

a2 a2,c

GS Gewindestange EK Epoxidharzkleber HB Holz- oder BSH-Bauteil

Abstände von in Richtung der Stabachse beanspruchten eingeklebten Stahlstäben Faserrichtung

Verbindungsmittel

46 In Holz eingeklebte Gewindestangen, Definition der Mindestabstände von rechtwinklig und parallel zur Stabachse beanspruchten Stahlstäben. Anzusetzende Werte finden sich in  47.

290

XII Verbinden

lerdings eher untergeordnete und deshalb nicht ansetzbare – zwischen Kleber und Stahl hinzu. Beim statischen Nachweis der Verbindung sind nach Norm geregelte Mindestabstände zwischen Stäben in Abhängigkeit ihres Nenndurchmessers d einzuhalten (  45, 46). Dabei ist jeweils zu unterscheiden, ob die Stäbe rechtwinklig zu oder entlang ihrer Achse beansprucht werden. Gewindestangen können parallel oder rechtwinklig zum Faserverlauf eingeklebt werden. In Holz eingeklebte Stahlstäbe werden vornehmlich zur Verstärkung von Holzbauteilen, zur verbesserten lokalen Krafteinleitung – oft im Auflagerbereich – sowie für Schubverbindungen wie beispielsweise bei Holz-Beton-Verbundkonstruktionen eingesetzt. Mindestabstände von rechtwinklig zur Stabachse beanspruchten Stäben parallel zur Faserrichtung eingeklebte Stahlstäbe

rechtwinklig zur Faserrichtung eingeklebte Stahlstäbe

a2

=5·d

a2,c

= 2,5 · d

a2,t

=4·d

siehe  31 in Kap. XI-5

Mindestabstände von parallel zur Stabachse beanspruchten Stäben parallel zur Faserrichtung eingeklebte Stahlstäbe

rechtwinklig zur Faserrichtung eingeklebte Stahlstäbe 47 Mindestabstände von in Holz eingeklebten Stahlstäben in Abhängigkeit ihres Nenndurchmessers d nach DIN EN 1995-1-1/NA, NCI NA.11.2. Die Abstandsmaße ai sind in Kap. XII-5,  30 definiert.

a2

=5·d

a2,c

= 2,5 · d

a1

=4·d

a2

=4·d

a1,c

= 2,5 · d

a2,c

= 2,5 · d

6 Fügen durch Urformen

291

1

Näheres in der Fachliteratur, beispielsweise: Bergmeister K, Wörner JD (Hg) (2005) Beton-Kalender, Band 2, S. 112 Franz G (1980) Konstruktionslehre des Stahlbetons Leonhardt F (1984) Vorlesungen über Massivbau 2 Siehe die Vorschriften der DIN 1045-3, 2.8.2 (NA. 4): „Arbeitsfugen sind in Übereinstimmung mit den in den bautechnischen Unterlagen festgelegten Anforderungen vorzubereiten. Sie sind so auszubilden, dass allle dort auftretenden Beanspruchungen aufgenommen werden können. Vor dem Anbetonieren sind Verunreinigungen, Zementschlämme und loser Beton am bereits erhärteten Betoneierabschnitt zu entfernen und die Anschlussflächen ausreichend vorzunässen. Zum Zeitpunklt des Ansanbetonierens muss die Oberfläche des bereits erhärteten Betons mattfeucht sein.“ 3 Petersen Ch (1994) Stahlbau, S. 597 4 Maßangaben nach Petersen Ch (1994), S. 596 f 5 Bindseil P (1991) Stahlbetonfertigteile – Konstruktion, Berechnung, Ausführung, Düsseldorf, S. 89 6 Bindseil P (1991), S. 159 ff und Pauser A (1998) Beton im Hochbau: Handbuch für den konstruktiven Vorentwurf, Düsseldorf, S. 133 ff

Anmerkungen

DIN 188: 2011-02 Hammerschrauben mit Nase DIN 529: 2010-09 Steinschrauben DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 2: 2008-08 Festlegung, eigenschaften, Herstellung und Konformität Teil 3: 2012-03 Bauausführung Teil 3-Ber 1: 2013-07 Bauausführung – Berichtigung 1 Teil 4: 2012-02 Ergänzende Regeln für die Herstellung und die Konformität von Fertigteilen DIN 7992: 2010-09 Hammerschrauben mit großem Kopf DIN 8593: 2003-09 Fertigungsverfahren Fügen

Normen und Richtlinien

DIN EN 1992 Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken DIN EN 1993 Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN EN 1995 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten DIN EN 13411 Endverbindungen für Drahtseile aus Stahldraht – Sicherheit Teil 4: 2009-02 Vergießen mit Metall und Kunstharz DIN EN 13670: 2011-03 Ausführung von Tragwerken aus Beton

XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN NIETVERBINDUNGEN

☞ 2., S. 296

FALZEN UND BÖRDELN VON FEINBLECH

☞ 3., S. 303

VERPRESSEN UND QUETSCHEN

☞ 4., S. 305

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines.............................................................. 294 1.1 Schlussarten...................................................... 294 1.2 Merkmale.......................................................... 294 1.3 Fügeverfahren und Bauweise........................... 294 2. Nieten........................................................................ 296 2.1 Arten von Nietverbindungen............................. 296 2.1.1 Vollniete....................................................296 2.1.2 Hohlniete..................................................298 2.1.3 Schließringniete........................................298 2.1.4 Blindniete..................................................298 2.2 Mechanisches Wirkprinzip................................ 302 3. Falzen und Bördeln von Feinblech............................ 303 3.1 Mechanisches Wirkprinzip................................ 303 4. Verpressen und Quetschen...................................... 305 Anmerkungen................................................................. 306 Normen und Richtlinien................................................. 306

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

294

XII Verbindungen

1. Allgemeines

Verbindungen durch Umformen – gemeint ist vorwiegend plastisches Umformen, es kommt aber auch gelegentlich elastisches Umformen zum Einsatz – entstehen im Wesentlichen in zwei Arbeitsschritten: dem Positionieren der Fügeteile zueinander (unmittelbar), oder der Fügeteile inklusive Verbindungsmitteln (mittelbar), und dem nachfolgenden Umformen eines oder mehrerer Fügeteile, bzw. des beteiligten Verbindungsmittels derart, dass die gewünschte Schlusswirkung hergestellt und ein ungewolltes Lösen der Verbindung verhindert wird.

☞ DIN 8593, ON 4.5, zusammengefasst in Kap. XI-3 Fügeverfahren, S. 134 ff

1.1 Schlussarten

Die Verbundwirkung von Verbindungen durch Umformen beruht grundsätzlich auf dem Formschluss, und zwar auf reinem Form- oder Berührschluss (f) mit Spiel oder auf Quasi-Formschluss oder nicht nachgiebigem elastischen Kraftschluss (Ef) ohne Spiel.

1.2 Merkmale

Zum Zweck der Schaffung der schlusserzeugenden Umformung ist eine Kraftwirkung erforderlich, also eine Verformkraft (V) und die zugehörige Reaktion, eine Haltekraft (H). Letztere lässt sich auf die gegebene Unbeweglichkeit der (gestellfesten) Fügeteile zurückführen, oder muss durch geeignete Mittel während des Montagevorgangs (Gegenhalten) aufgebracht werden. Die Umformung erfolgt zumeist plastisch – also dauerhaft –, in Einzelfällen auch elastisch, sofern das elastische Rückfedern in die Ausgangsposition durch Formschluss verhindert wird. Dies geschieht beispielsweise beim Flechten oder Weben von elastisch federnden Fügeteilen. In Abhängigkeit von der Art und dem Maß der Verformung, die für das Herstellen der Verbindung stattfindet, wie auch vom beteiligten Werkstoff, ist eine Verbindung durch Umformen lösbar oder unlösbar. Die meisten bauüblichen Verbindungen durch Umformen gelten vielmehr als bedingt lösbar, da die Fügeteile sich bei unmittelbaren Verbindungen im Bedarfsfall – zumindest in der Theorie, kaum hingegen in der Praxis – zurückverformen lassen und bei mittelbaren nur das Verbindungsmittel zerstört oder plastisch zurückverformt werden muss.

☞ Zur Definition der Lösbarkeit vgl. Kap. XII-1, Abschn. 3.2 funktionale Anforderungen an eine Verbindung > 3.2.5 aus der Forderung nach Veränderbarkeit oder Recyclingfähigkeit der Konstruktion, S. 66 f.

1.3

Fügeverfahren und Bauweise

Verbindungen durch Umformen lassen sich einleuchtenderweise nur mit Fügeteilen oder Verbindungsmitteln aus solchen Werkstoffen herstellen, welche die für die Verbundwirkung nötige Umformung zulassen. Mineralische Werkstoffe scheiden für dieses Fügeprinzip aufgrund ihrer spröden Werkstoffcharakteristik von vornherein aus, übliches Bauholz ebenfalls – nicht aber dünne elastische Holzstäbe oder -streifen, die sich verflechten lassen. In diesem Fall ist eine elastische Verformung im Spiel. Metalle hingegen sind grundsätzlich gut geeignet, sofern sie die notwendige Zähigkeit bzw. Elastizität besitzen. Bei unmittelbaren Verbindungen betrifft diese Forderung die Fügeteile selbst, bei mittelbaren nur das Verbindungsmittel.

7 Fügen durch Umformen

Grundsätzlich spricht deshalb nichts dagegen, spröde Fügeteile mit zähfesten Verbindungsmitteln durch Umformen der letzteren zu fügen, wenngleich diese Kombination im Bauwesen selten vorkommt. Fügeverfahren durch Umformen waren im Stahlhochbau ehemals durch die Nietverbindung vertreten, bis diese Fügetechnik durch Schweiß- und Schraubverbindungen verdrängt wurde. Sie tritt im modernen Stahlhochbau nicht mehr auf. Hingegen sind Nietverbindungen im Leichtbau, insbesondere bei leichten Hüll- oder Ausbauteilen, nach wie vor weit verbreitet. Wie auch bei Klebungen der Fall, sind moderne Nietverbindungen für den Leichtbau oftmals aus dem Automobilbau oder der Luft- und Raumfahrttechnik übernommen worden, wo sie gegenüber anderen Fügetechniken deutlich vorherrschen. Dort spielen dynamische Belastungen, wie sie im Hochbau eher selten maßgeblich sind, eine bestimmende Rolle. Klebungen und Schweißverbindungen zeigen in dieser Hinsicht gegenüber Nietverbindungen Schwächen. Schraubenverbindungen sind gegen selbsttätiges Losdrehen gefährdet und müssen unter dynamischen Lasten stets dauerhaft gesichert werden, was den Montageaufwand vergrößert. Ein großer Vorteil von Nietverbindungen im Vergleich mit dem Schweißen ist, dass sich durch Nieten auch unterschiedliche Werkstoffe untereinander fügen lassen, was die Schweißtechnik nicht zulässt. Sind Teile aus Leichtmetallen zu fügen – wie eben häufig im Leichtbau der Fall –, ist Schweißen darüber hinaus nur bedingt einsetzbar, da es das Stoffgefüge des Werkstoffs zu sehr stört. Für derlei Anwendungen sind Niete prädestiniert. Niete für tragende Verbindungen wurden stets glühend geschlagen, um die plastische Formbarkeit des Werkstoffs zu erhöhen. Stahlbauteile in Dimensionen, wie sie für Primärtragwerke erforderlich sind, lassen sich unter den heute im Bauwesen herrschenden Verhältnissen nicht sinnvoll nach diesem Fügeverfahren verbinden. Der Aufwand für Glühen und Schlagen ist unverhältnismäßig groß, sodass man heute auf andere Verbindungsarten ausweicht. Deshalb tritt das Fügen durch Umformen bei mittel- wie auch unmittelbaren tragenden Verbindungen im Stahlhochbau praktisch nicht mehr auf. Hingegen sind Fügeverfahren durch Umformen im Seilbau verbreitet, beispielsweise beim Verseilen oder Spleißen. Zahlreiche im Maschinenbau gängige Fügeverfahren durch Umformen kommen bei der industriellen Werksfertigung von Bauprodukten, beispielsweise leichten Fassaden, zum Einsatz, zählen jedoch nicht zu den herkömmlichen Baufügungen im engeren Sinn. In den folgenden Abschnitten soll im Rahmen des Möglichen ein Überblick über die wichtigsten hochbaurelevanten Fügeverfahren durch Umformen gegeben werden.

295

296

XII Verbindungen

2. Nieten

Nietverbindungen 1 sind historisch älter als Schraubenverbindungen. Sie erfordern keine Gewindeherstellung – im vorindustriellen Bauwesen eine heikle, erst spät entwickelte Technik – und lassen sich durch Stauchung des überstehenden Endes eines durchgesteckten Stifts handwerklich mit einfachsten Hilfsmitteln herstellen. Sie sind in ihrer Einfachheit mit Nagelverbindungen vergleichbar, erlauben jedoch, anders als diese, das Fügen metallischer Teile untereinander. Nietverbindungen werden in der Norm a folgendermaßen definiert:

☞ a VDI 2232, 5.2

2.1

Die Nietverbindung ist eine nicht lösbare feste oder bewegliche Verbindung eines oder mehrerer Teile mit einem Hilfsfügeteil (Niet) oder mit einem Gestaltelement eines Verbindungspartners (Nietzapfen), das bei der Montage plastisch verformt wird.

✏ Entwickelt in den 1920er Jahren vom deutschen Hersteller Emhart unter der Markenbezeichnung POP-Niet, später umgangssprachlich als Poppniet bezeichnet. 2 & DIN 124

Die Zusammenstellung in 2 1 gibt einen generellen Überblick über Nietverbindungen, klassifiziert nach dem Primärmerkmal der Zugänglichkeit. Beim herkömmlichen Niet ist beidseitige Zugänglichkeit erforderlich, da von der einen Seite der Stift durchgesteckt, auf der anderen Seite der Schließkopf geformt werden muss. Selbst während des Umformvorgangs ist beidseitige Zugänglichkeit notwendig, da geschlagen und gegengehalten werden muss. Eine technische Errungenschaft stellte die Entwicklung von Blindnieten dar, also solchen, die nur einseitige Zugänglichkeit erfordern. Die allgemeine Definition nach Norm lautet:

☞ VDI 2232, 5.2 & DIN EN ISO 14588

Die Blindnietverbindung ist eine feste Verbindung eines oder mehrerer Teile mit einem Verbindungsmittel (Blindniet) oder einem Gestaltelement eines Verbindungspartners, das beim Setzen eine plastische Verformung zum Schließkopf durch eine Kraft in Richtung der Nietachse erfährt. Die Schließkopfbildung erfordert die Zugänglichkeit der Verbindungsstelle nur von einer Seite.

☞ Kap. XII-3, Abschn. 6, S. 134 ff

Die generelle Unterteilung in die Gruppen Blind- und Nichtblindnietverbindungen wie in 2 1 vorgenommen, orientiert sich folglich an ihrer Zugänglichkeit. Hinsichtlich morphologischer Merkmale lässt sich ferner eine Unterscheidung treffen in:

Arten von Nietverbindungen

☞ Beispiel in 2 1, Nr. 1, 4

• Vollniete (oder Zapfenniete);

☞ Beispiel in 2 1, Nr. 7

• Hohlniete (oder Hohlzapfenniete);

☞ Beispiel in 2 1, Nr. 2

• Schließringniete.

2.1.1 Vollniete & DIN 124, DIN 660, DIN 302, DIN 661, DIN 662, DIN 674

Vollniete sind Niete, bei denen das Ende eines vollen Nietschafts zu einem Schließkopf gestaucht wird. Die klassische Form des Niets im Hochbau war der Vollniet in seiner einfachsten Ausführung mit Halbrundkopf. Niete wurden im Stahlhochbau im glühenden Zustand verarbeitet (2 2): zunächst in das Bohrloch bis zum Anschlag des Setzkopfs

a b

1 Niet V

sehr gering bis sehr groß

0,7 bis 40,0

mittel bis groß

0,5 bis 10,0

zum Teil

c H

b

c1

c2

b Bolzenniet

c1

a

H

b 4

Nietzapfen

Bereiche wie Nr. 1

c1

c1

V 6

Spreizniet

7

2,4 bis 6,4

b

c2

gering

3,0 bis 6,4

Hammer

–

2,6 bis 10,0

elektrisch beheiztes Nietwerkzeug

a b

Sprengniet

–

0,8 bis 136,0

Bemerkungen/Varianten

Varianten: Vollniet Zweispitzniet Rohr-/Holhlniet Halbhohlniet Hohlniet m. Kappe Vorwiegend Normteile div. Sonderformen lieferbar

–

0,8 bis 44,5

–

–

14,3 bis 33,4

–

–

Varianten: Vollnietzapfen Bereiche Rohr-/Holhlnietzapfen wie Bohrnietzapfen Nr. 1 Senknietzapfen nur konstruktionsabhängige Sonderformen

0,3 bis 75,0

–

1,9 bis 26,0

–

–

a

c

H

gering bis mittel

nein

Dornniet

Siehe Nr. 1

Handnietgeräte, Druckluftgeräte

a b

5

Hydraulische und pneumatische Setzwerkzeuge

nein

c2

mittelbar

siehe Nr. 1

V

H V

einseitig

10,0

Handnietgeräte, Druckluftgeräte

nein

unmittelbar

3

nein

a

H V

in Sonderfällen

Schließringniet

mittel

2

nein

a

groß

beidseitig

mittelbar

c2 H V

Ansetzmasch. (be einigen Varianten) sonst: Niethammer, Gegenhalter, Nietstempel

Zusatz- Klemmfunkti- bereich onen

z. T. Zierkappen

in mm

Nietwerkzeug

Nichtbrechende Dorne: Aufsteckhalterung

Haltekraft (H) und Verformkraft (V) Nr.

Nietnenndurchmesser

Selbstlochend

Beispiel

Bezeichnung

Zugbruchlast

Angriffsseite von

297

Scherbruchlast

Mittelbarkeit

Zugänglichkeit

7 Fügen durch Umformen

Varianten: Durchziehniet Zugdornniet Becherniet auch Schraubdorn mögl. lt. Patentschrift: selbstlochend mittels Bohrspitze am Dornende

Anstelle Stift: Schraube möglich

wird nicht mehr hergestellt

a 8

Gewindeniet

1 Übersicht über Nietverbindungen nach VDI 2232, 5.2.

mittel

3,0 bis 16,1

nein

unmittelbar

b H V

Handnietgeräte, Druckluftgeräte, ölpneumatische Nietgeräte

Funktionen einer Schraube bzw. Mutter

V Varianten: Einnietmutter 0,25 Dorn-Gewinde-Niet bis 7,5 lt. Patentschrift: selbstlochend mittels Bohrspitze am Dornende

298

XII Verbindungen

eingeschlagen, wurde anschließend der hervortretende Teil des Nietschafts von der Gegenseite mittels eines Döppers (Schließkopfdöpper) zu einem halbrunden Schließkopf geschlagen, also durch Verformkraft geknetet, wobei mit einem Setzkopfdöpper auf der anderen Seite gegengehalten wurde – die nötige Haltekraft aufbietend. Beim Abkühlen des Niets erfolgte eine Schrumpfung, welche die Verbindung unter eine gewisse Vorspannung setzte. Durch das Schlagen des plastisch knetbaren, rotglühenden Nietschafts wurde das Bohrloch im Allgemeinen satt ausgefüllt – es herrschte also kein loses Spiel. Vollniete aus Leichtmetalllegierungen (geglüht und nicht geglüht) sind heute im Leichtbau im Einsatz. 2.1.2 Hohlniete & DIN 6791

2.1.3 Schließringniete & DIN 29594, DIN 65157, DIN 65155, DIN 65156

Hohlniete sind Niete, bei denen der Bund des hülsenförmig endenden Nietschafts aufgeweitet oder aufgebördelt wird (2 3). Hohlniete werden auch aus Band gezogen (DIN 7339) oder aus Rohrmaterial gefertigt (Rohrniete nach DIN 7340). Schließringniete oder -bolzen sind zweiteilige Niete aus Schließring und Schließringbolzen. Der Schließring wird auf das profilierte Ende des Bolzens durch Stauchen aufgepresst. 2 4 bis 7 zeigen eine beidseitig zugängliche Variante (Nichtblindniet). Es existieren auch Blindnietverbindungen, die nach dem Prinzip des Schließringniets hergestellt werden. Bei Schließringbolzen nach DIN 65155 kann das Stauchen des Schließrings ohne Gegenhalter auf der Setzkopfseite, also einseitig von der Gegenseite aus erfolgen. Der Schließringdöpper stützt sich an einem profilierten, über den Schließring überstehenden Zugteil des Bolzenschafts ab und staucht den Schließring. Danach reißt das Zugteil an der Sollbruchstelle zum Bolzenschaft ab und wird entfernt.

& DIN EN ISO 15973 bis 15976, DIN EN ISO 15977 bis 15984 und 16582 bis 16585

Wie in 2 1 unter der Kategorie der einseitig zugänglichen Nietverbindungen dargestellt, sind mehrere Herstellungsprinzipien für die Umformung des nicht zugänglichen Teils eines Blindniets von der Gegenseite aus anwendbar:

☞ Kap. XII-5, Abschn. 2.6 Einseitig zugängliche Schraubverbindungen > 2.6.1 mit vorgeformtem Gegengewinde > Verschraubung in mineralischen Werkstoffen, S. 225  ff ☞ Beispiel in 2 1, Nr. 7

• Sollbruchdorn mit Kopf (2 8-11): ein Nietdorn mit Sollbruchstelle ist in einer Niethülse eingebettet. An seinem auf der Setzkopfseite überstehenden Ende wird axiale Zugkraft ausgeübt, sodass der Nietdornkopf das Ende der Niethülse auf der Gegenseite derart verformt, dass ein Formschluss entsteht. Durch progressive Krafteinwirkung wird der Nietdorn an der Sollbruchstelle abgetrennt und dadurch der überstehende Teil entfernt. Die von der Stiftkopfseite aus aktivierte Spreizwirkung der Niethülse zeigt eine gewisse Verwandtschaft mit Fügeprinzipien von Spreizdübeln wie sie an anderer Stelle diskutiert werden;

2.1.4 Blindniete

7 Fügen durch Umformen

299

1

SED c

SEK

2

2 Schematische Darstellung des Setzens eines Vollniets 3 (Nicht-Blindniet).

a c

a, b Fügeteile c Verbindungsmittel: Vollniet SEK Setzkopf SLD Schließkopf SED Setzkopfdöpper (Gegenhalter) SLD Schließkopfdöpper RS Rohlingschaft NH Niederhalter zum Blechschließen (bei Maschinennietung)

a SLK

b

RS b NH

3 Halbhohlniet mit Flachrundkopf nach DIN 6791 (Nicht-Blindniet) beim Einfädeln (1) und nach dem Umformen (2).

SLD

1

2 SED

a

c1

SRB

c2

SR

SED

b

SRD

3

4

4-7 Schematische Darstellung des Setzens eines Schließringniets (Nicht-Blindniet): 1 Einführen des Schließringbolzens 2 Ansetzen von Setzkopfdöpper (Gegenhalter) und Schließringdöpper 3 Stauchen des Schließrings 4 Fertige Nietverbindung SRB Schließringbolzen SR Schließring SED Setzkopfdöpper SRD Schließringdöpper

300

XII Verbindungen

• Explosivkraft (Sprengniet): eine kleine Menge Sprengstoff in einem Hohlteil des Bolzenschafts wird zur Detonation gebracht und spreizt den Bund des Hohlschafts. Es bildet sich ein Formschluss (heute nicht mehr gebräuchlich); • Gewindedorn: Ein Gewindestift mit oder ohne Kopf wird von der Einsteckseite aus angezogen und bewirkt die Umformung der Niethülse oder eines darüber greifenden Schließrings, sodass ein Formschluss entsteht (2 16, 17).

8, 9 Schematische Darstellung des Setzens eines geschlossenen Dornniets (Blindniet) mit Flachkopf nach DIN EN ISO 15973 bis 15976: Einführen des Dornniets in das Bohrloch (im oberen Blech größeres Spiel zum leichteren Ausrichten) – Aufbringen der Zugkraft F 2 Verformen des überstehenden Endes der Niethülse und Schaffung des Formschlusses – gleichzeitig Ausfüllen der Bohrung durch Stauchung der Niethülse – Abbrechen des Nietdorns an der Sollbruchstelle ND Nietdorn NH Niethülse SBS Sollbruchstelle F axiale Zugkraft

1

1

10, 11 Schematische Darstellung des Setzens eines offenen Dornniets (Blindniet) mit Flachkopf nach DIN EN ISO 15977, -79, -81, -83: Einführen des Dornniets in das Bohrloch (im oberen Blech größeres Spiel zum leichteren Ausrichten) – Aufbringen der Zugkraft F Verformen des überstehenden Endes der 2 Niethülse und Schaffung des Formschlusses – gleichzeitig Ausfüllen der Bohrung durch Stauchung der Niethülse – Abbrechen des Nietdorns an der Sollbruchstelle ND Nietdorn NH Niethülse SBS Sollbruchstelle F axiale Zugkraft

a

2

F c2

ND

c1

NH

b SBS

1

1

a

2

F c2

ND

c1

NH

b SBS

7 Fügen durch Umformen

301

2

1 a

b

c1

SRB

SR

c2

SBS

SRD

ZT

12-15 Schematische Darstellung des Setzens eines Schließring-Passbolzens (Nicht-Blindniet) nach DIN 65155: 3

4

F

1

a

b

F

F c3 c1

2 WZ GD

NH c2

Einführen des Passbolzens in das Bohrloch und Aufschieben des Schließrings von der Gegenseite 2 Aufsetzen des Schließringdöppers – Stützung am Zugteil des Bolzens 3 Stauchung des Schließrings durch Aufbringen der Presskraft F 4 Abreißen des Zugteils an der Sollbruchstelle und Abziehen des Schließringdöppers SRB Schließring-Passbolzen SR Schließring SBS Sollbruchstelle ZT Zugteil des Bolzenschafts SRD Schließringdöpper F axiale Druckkraft 1

SR

16, 17 Schematische Darstellung des Setzens eines Gewindedornniets (Blindniet): Aufpressen des Schließrings auf die konische Niethülse infolge Zugs durch den Gewindenietdorn. WZ Werkzeug GD Gewindenietdorn NH Niethülse SR Schließring axiale Zugkraft F

302

XII Verbindungen

2.2

Mechanisches Wirkprinzip

Die Umformung des Niets behindert die Bewegung im Gegensinn zur Montagerichtung, also das Auseinanderfallen der Verbindung, und sichert somit die Verbindung im von Anfang an einzigen möglichen Bewegungssinn. Die wirkende Hauptschlussart ist ein Formschluss (2 18). Je nach Ausführung der Verbindung handelt es sich quer zur Stiftachse (➝ x, z) um einen reinen Berühr- oder Formschluss (f) wenn loses Spiel herrscht, oder Quasi-Formschluss (Ef) bei Passsitz. Dies ist zumeist dann der Fall, wenn durch die axiale Pressung des Nietschafts oder der Niethülse der Werkstoff seitlich verdrängt wird und dieser das Bohrloch satt ausfüllt. Bei warm geschlagenen Nieten und dem vorgeschriebenen kleinen Übermaß des Bohrlochs von 1 mm trifft dies stets zu. Sofern eine ausreichende Anpresskraft des Niets auf die Fügeteile wirkt – dies stellt sich beispielsweise durch die Schrumpfung eines warm geschlagenen Niets nach Erkalten ein –, kann sich quer zur Nietachse auch ein beschränkter tangentialer Kraft- bzw. Reibschluss (r) zwischen den Grenzflächen der Fügeteile einstellen. Wird die Belastung der Verbindung in dieser Richtung groß genug, wird der Schlupf überwunden, der Nietschaft drückt sich gegen die Bohrlochwandung und es wirkt wiederum ein Formschluss. Gegen Verdrehen um die Nietachse (Rotation in der Ebene xz) wirkt beim Einzelniet nur ein möglicher Reibschluss infolge Anpresskraft auf die Fügeteile. Wie bei anderen Stiftverbindungen, tritt diese Schlussart deshalb nicht in Funktion, weil der Anschluss stets aus mehr als einem Niet besteht. Drehmomente werden dann durch Formschluss an der Nietgruppe aufgenommen.

Verbindung zweier Bleche a und b mittels Vollniet c (warm geschlagen)

➝ x, z: quasi-Formschluss (ohne Spiel): strammes Anliegen der Lochwandung am Nietschaft; wenn Spiel vorhanden: reiner Formschluss f Teilweise Reibschluss r an der Schnittfläche zwischen a und b infolge Anpressens durch Teilvorspannung (Schrumpfung)

c a

SLK

SEK

b

y

Sa,b = x

(

x y z

-x -y -z

yz -yz zx -zx xy -xy

(

SAa,b=

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

Ef

(r) (r)

Ef

Ef

Ef

Ef

)

➝ y: quasi-Formschluss (ohne Spiel): Anliegen der Setz- und Schließkopfflächen infolge Vorspannung durch Schrumpfen ➝ yz, xy: quasi-Formschluss (ohne Spiel) ➝ zx: Reibschluss: Aktiviert durch Anpresskraft der Nietköpfe: statisch nicht ansetzbar

)

b als gestellfest angenommen

18 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip einer Vollnietverbindung, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix S Aa, b. SEK Setzkopf; SLK Schließkopf.

7 Fügen durch Umformen

Als weiteres bauübliches Fügeverfahren durch Umformen gilt das Falzen und Bördeln von dünnen Blechen, wie im Rahmen von Spenglerarbeiten für die Dacheindeckung oder die Fassadenverkleidung im Gebrauch. Dabei wird die leichte Verformbarkeit der dünnen Bleche aus biegeweichem Werkstoff (Kupfer, Titanzink, Aluminium) ausgenutzt, die das Herstellen der Verbindung auch auf der Baustelle mit handwerklichen oder maschinellen Mitteln erlaubt. Die Fügung durch unmittelbares Umformen ohne stiftförmige Verbindungsmittel wie Schrauben, Nägel oder Niete kommt der primären Aufgabe dieser Blechkonstruktionen, nämlich dem Dichten gegen Wasser und Wind, entgegen, da keinerlei Bohrungen in der ansonsten dichten Blechhaut erforderlich sind. Die erhöhte Ausbildung der Stöße (Stehfalz) ist auf das Bestreben zurückzuführen, die gefährdete Stoßfuge aus der wasserführenden Ebene (der flach liegenden Blechhaut) emporzuheben. Gleichzeitig erfahren die dünnen Blechbahnen durch die Stehfalze eine gewisse Versteifung. Das Falzen oder Bördeln der Bleche (in der Fachsprache: Schare) untereinander erfolgt stets gemeinsam mit einem Haltewinkel, dem sogenannten Haft, welcher die Blechbahnen auf der tragenden Unterlage gegen Verschieben quer zum Falz und gegen Abheben befestigt (2 19-24 und 25-27). Bei gebördelten Aluminiumblechen (2 28) übernehmen Halteklipps auch die vertikale Stützung der Bleche. Es wirkt grundsätzlich ein reiner Formschluss f mit losem Spiel zwischen den Fügeteilen, sowohl zwischen Blechen wie auch zwischen Blechen und Haften oder Klipps (2 28). In Richtung der Stehfalze (➝ z) ist der Formschluss bei dieser Verbindungsart nicht wirksam, wenngleich die Bahnen auch in dieser Richtung durch Querfalze (bei Längsstößen oder an First und Traufe) zumeist – zusätzlich – formschlüssig gehalten sind. Stattdessen wirkt in dieser Richtung ein Reibschluss zwischen den anliegenden Falzflächen. Damit die Temperaturdehnungen aufgenommen werden können, werden grundsätzlich (bis auf einen Fixpunkt) gleitende Schiebehafte verwendet.

303

Falzen und Bördeln von Feinblech

3.

☞ Weiterführende Aussagen zu konstruktiven Lösungen finden sich in Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.10 Dächer mit Deckung aus Metall, S. 610 ff.

☞ Kap. XI, Abschn. 6.8 Fuge mit Aufkantung vorne, S. 42 f Das zugrundeliegende Dichtprinzip wird ebd. in Abschn. 3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen, S. 12 f, angesprochen.

Mechanisches Wirkprinzip

3.1

304

XII Verbindungen

2

1

Schar a

3

Schar b Haft

y

y

y x

x

x

5

4

y

y

x

x

19-24 Herstellung eines Doppelstehfalzes im manuellen Verfahren.

2

1

3

Schar a (Oberfalz) Schar b (Unterfalz) y

Haft x

y

y x

x

25-27 Herstellung eines Doppelstehfalzes im maschinellen Verfahren. Beide Blechschare werden mit Ober- und Unterfalz vorgebogen.

7 Fügen durch Umformen

1

Gefälzte Verbindung zwischen Blech a und Haft b gemeinsam mit Blech b' (Stehfalz)

2

305

Gebördelte Verbindung zwischen Blech a und Blech b über Halteklipp b'

➝ x: reiner Formschluss (mit Spiel): Berührschluss zwischen den umgeformten Blechen a, b bzw. zwischen gefälztem Blech a und der Haft b. Behinderung des seitlichen Verschiebens der Bleche, jedoch federnd zur Aufnahme der Temperaturdehnungen

b'

a

a

b

b

S b'

Sa,b = y x

(

x y z

-x -y -z

yz -yz zx -zx xy -xy

A

a,b

(

=

f

f

f

f

f

f

0

0

f

f

f

f

)

➝ y: reiner Formschluss (mit Spiel): Behinderung des Abhebens durch gemeinsames Fälzen mit Haft in Fall 1, (Sicherung gegen gemeinsames Abheben durch Kopf des Halteklipps b' in Fall 2) ➝ yz: reiner Formschluss (mit Spiel) ➝ zx: reiner Formschluss (mit Spiel) ➝ xy: reiner Formschluss (mit Spiel) infolge Doppelhalterung jeder Bahn ➝ -y: reiner Formschluss (mit Spiel): Aufliegen der Bleche auf flächiger Unterlage (Fall 1) oder auf Halteklipp b' (Fall 2) ➝ z: Bewegungsfreiheit: Temperaturdehnungen in Richtung ➝ z werden durch gleitendes Haft (Schiebehaft) aufgenommen. Fixierung an externem Punkt (Festhaft)

)

b als gestellfest angenommen

28 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Falz- oder Bördelverbindungen von Feinblechen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

D

H

29 Gebördelter Anschluss anstoßender Klemmrippenprofile D aus Aluminium (Herst.: Kalzip™) über einem Halteklipp H.

Einzelne Verbindungen des Bauwesens werden durch Umschließen eines Fügeteils mit einem anderen Fügeteil oder einem Verbindungsmittel und nachträgliches Verpressen oder Quetschen hergestellt,a sodass das Fügeteil durch elastische oder häufiger plastische Verformung eine formund kraftschlüssige Verbindung mit dem Verbindungspartner eingeht.b Ein Beispiel für diese Kategorie sind Endverbindungen für Drahtseile aus Stahldraht, die durch Pressklemmen und Verpressen hergestellt werden, sogenannte Pressfittings (  30, 31), sowie Drahtseilklemmen mit U-förmigem Klemmbügel ( 32).c

Verpressen und Quetschen

 a VDI/VDE 2251, Bl. 1, 5. ☞ b Kap. XII-3, Abschn. 6.2.12 und 6.2.13, S. 138  c DIN EN 13411-3, -3/A1 u. -3 Ber. 1, -5

4.

306

XII Verbindungen

S

PK

G a

KBü KBa

a-a DK

b

S

S

K

PK

a

K

a a

b

a a

a-a

y

b-b

y

y

a-a

x

x

30 Endpressklemme eines Seils.

x

31 Verpresste, rückgebogene Seilschlaufe mit 32 Seilschlaufe: Drahtseilklemmen mit uKausche gemäß DIN EN 13411-3. förmigem Klemmbügel, mit Kausche; gemäß DIN EN 13411-5. S Seil PK Pressklemme G Gewinde K Kausche KBü Klemmbügel KBa Klemmbacke DK Drahtseilklemme

Anmerkungen

1

2 3



Normen und Richtlinien

Laut Duden (Hg) (2006) Die deutsche Rechtschreibung sind die Varianten der Niet, das Niet oder auch die Niete zulässig. In Fachkreisen ist der Niet, Plural die Niete, vorherrschend. Laut Strassmann (2006) leitet sich das Wort Niet von althochdeutsch hniutan (= befestigen) her, während der umgangssprachliche Begriff die Niete (Plural: die Nieten) auf holländisch niet (= nichts) zurückzuführen ist. Strassmann B (2006) nach Beitz W, Grote K H (Hg) (2001) Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, S. G 36

DIN 124: 2011-03 Halbrundniete – Nenndurchmesser 10 mm bis 36 mm DIN 302: 2011-03 Senkniete – Nenndurchmesser 10 mm bis 36 mm DIN 660: 2012-01 Halbrundniete – Nenndurchmesser 1 mm bis 8 mm DIN 661: 2011-03 Senkniete – Nenndurchmesser 1 mm bis 8 mm DIN 662: 2011-03 Linsenniete – Nenndurchmesser 1,6 mm bis 6 mm DIN 674: 2011-03 Flachrundniete – Nenndurchmesser 1,4 mm bis 6 mm DIN 6791: 2012-05 Halbhohlniete mit Flachrundkopf – Nenndurchmesser 1,6 mm bis 10 mm DIN 7339: 2011-02 Hohlniete, einteilig, aus Band gezogen DIN 7340: 2011-03 Rohrniete aus Rohr gefertigt DIN 8593: 2003-09 Fertigungsverfahren Fügen

7 Fügen durch Umformen

DIN 13411: 2009-02 Endverbindungen für Drahtseile aus Stahldraht DIN 29594: 1989 - 06 Luft- und Raumfahrt; Schließringe aus Aluminium-Legierung, metrische Reihe DIN 65155: 1989-06 Luft- und Raumfahrt; Paßniete aus Stahl mit Universalkopf; Schafttoleranz 0 bis -0,02 mm, metrische Reihe DIN 65156: 1989-06 Luft- und Raumfahrt; Paßniete aus Stahl mit Senkkopf 100°; Schafttoleranz 0 bis -0,02 mm, metrische Reihe DIN 65157: 1989-06 Luft- und Raumfahrt; Schließringe aus Stahl, metrische Reihe DIN EN ISO 14588: 2001-08 Blindniete – Begriffe und Definitionen DIN EN ISO 15973: 2011-05 Geschlossene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – AlA/St DIN EN ISO 15974: 2001-08 Geschlossene Blindniete mit Sollbruchdorn und Senkkopf – AlA/St DIN EN ISO 15975: 2003-04 Geschlossene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – Al/AlA DIN EN ISO 15976: 2003-04 Geschlossene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – St/St DIN EN ISO 15977: 2011-02 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – AlA/St DIN EN ISO 15978: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – AlA/St DIN EN ISO 15979: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – St/St DIN EN ISO 15980: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – St/St DIN EN ISO 15981: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – AlA/AlA DIN EN ISO 15982: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – AlA/AlA DIN EN ISO 15983: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – A2/A2 DIN EN ISO 15984: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – A2/A2 DIN EN ISO 16582: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – Cu/St oder Cu/Br oder Cu/SSt DIN EN ISO 16583: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – Cu/St oder Cu/Br oder CU/SSt DIN EN ISO 16584: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – NiCu/St oder NiCu/SSt DIN EN ISO 16585: 2003-04 Offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf – A2/SSt VDI 2232: 2004-01 Methodische Auswahl fester Verbindungen – Systematik, Konstruktionskataloge, Arbeitshilfen VDI/VDE 2251-Blatt 1.1: 2016-02 Schraubverbindungen – Spannverbindungen – Feinwerkelemente

307

XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN SCHWEISSEN VON STAHLBAUTEILEN

Schweißnähte ☞ 2.3, S. 316

konstruktive Standardlösungen des Stahlbaus ☞ 2.8, S. 324

Bolzenschweißverfahren ☞ 2.9, S. 328

KLEBEN VON METALLBAUTEILEN

Klebeverbindungen ☞ 3., S. 330

KLEBEN VON HOLZBAUTEILEN

Überlappung

Schäftung

Keilzinkenverbindung

☞ 4., S. 334

☞ 4.5.1, S. 336

☞ 4.5.2, S. 336

Konstruktive Standardlösungen

Zusammengesetzte Bauteile

☞ 4.6, S. 338

☞ 4.7, S. 339

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines...............................................................310 1.1 Schlussarten.......................................................310 1.2 Merkmale...........................................................311 1.3 Fügeverfahren und Bauweise............................312 2. Schweißen von Stahlbauteilen..................................312 2.1 Schweißverfahren..............................................313 2.1.1 Schmelzschweißverfahren........................313 2.1.2 Pressschweißverfahren............................315 2.2 Schweißeignung von Stählen.............................315 2.3 Schweißnähte.....................................................316 2.3.1 Stoßarten..................................................318 2.3.2 Schweißnahtarten.....................................318 2.3.3 Schweißnahtvorbereitung.........................320 2.4 Einfluss der Wärme auf die Verbindung.............321 2.5 Einfluss des Stoffgefüges auf die Verbindung.. 322 2.6 Sicherheit von Schweißverbindungen.............. 322 2.7 Mechanisches Wirkprinzip................................ 323 2.8 Konstruktive Standardlösungen des Stahlbaus.....................................................324 2.9 Bolzenschweißverfahren................................... 328 3. Kleben von Metallbauteilen...................................... 330 3.1 Mechanisches Wirkprinzip................................ 330 3.2 Einsatz............................................................... 330 3.3 Klebstoffe.......................................................... 332 3.4 Konstruktive Gestaltung von Klebeverbindungen........................................... 332 4. Kleben von Holzbauteilen......................................... 334 4.1 Mechanisches Wirkprinzip................................ 334 4.2 Einsatz............................................................... 334 4.3 Klebstoffe.......................................................... 335 4.4 Voraussetzungen für die Klebung..................... 335 4.5 Konstruktive Ausführung von Klebefugen........ 336 4.5.1 Schäftungsverbindungen..........................336 4.5.2 Keilzinkenverbindungen............................336 4.6 Konstruktive Standardlösungen für geklebte Verbindungen im Holzbau................................. 338 4.7 Zusammengesetzte Bauteile............................ 339 Anmerkungen................................................................. 339 Normen und Richtlinien................................................. 340

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

310

XII Verbindungen

1. 1. Allgemeines

Verbindungen, die durch das Verfahren des Stoffvereinigens hergestellt werden, umfassen die Fügetechniken des Schweißens, Lötens und Klebens. Auch wenn der normgerechte Begriff des Stoffvereinigens (etwas irreführend) die Vorstellung eines innigen Zusammenführens eines Stoffes, bzw. sogar unterschiedlicher Stoffe nahelegt, gilt allerdings, dass nur das Schweißen eine Art molekular gebundenen Materialkontinuums (durch Aktivierung von Valenzkräften) schafft; bei den anderen beiden Verfahren des Lötens und Klebens sind hingegen schwächere nichtmolekulare Verbundkräfte (Nebenvalenzkräfte) wirksam. Aus diesem Grund ist das Schweißen hinsichtlich der Art des Zusammenhalts der Verbindung vom Kleben und Löten deutlich zu unterscheiden. Entsprechend kommen unterschiedliche Schlussarten zum Einsatz.

☞ DIN 8593, ON 4.6 bis 4.8, zusammengefasst in Kap. XII-3 Fügeverfahren, S. 142  ff

1.1 Schlussarten 

& DIN 8593-0

Nach der Norm sind die Fügeverfahren des Stoffvereinigens dadurch gekennzeichnet, dass Bindekräfte zwischen Werkstoffen aktiviert werden. Diese lassen sich grundsätzlich auf zwei fundamental unterschiedliche physikalische Wirkungen und auf zwei damit zusammenhängende Schlussarten zurückführen: • Kohäsion innerhalb der Verbindung zwischen Teilen eines gleichen Materials (z. B. Schweißen). Bei einer Kohäsion zwischen Fügeteilen wirken stoffliche Valenzkräfte. Die zur Wirkung kommende Schlussart ist der Stoffschluss (s). Schweißverbindungen beruhen auf der Wirkung der Kohäsion bzw. des darauf beruhenden Stoffschlusses.

☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 7.4, S. 197 ☞ DIN EN 923, 2.6

✏ zur Auffassung der Adhäsion als Kraftschluss (nicht als Stoffschluss) siehe die Bemerkungen in Kap. XII-2, Abschn. 3.2 Stoffschluss, S. 98 sowie 3.3.1 Normaler Kraftschluss, S. 99

• Adhäsion zwischen gleichen oder auch unterschiedlichen Werkstoffen. Es wirken dann Grenzflächenbindungen, die aus chemischer Sicht als – im Vergleich zu Valenzkräften schwächere – Nebenvalenzbindungen gelten. Adhäsion wird nach Norm wiederum differenziert in: •• Spezifische Adhäsion infolge zwischenmolekularer Kräfte (Nebenvalenzkräfte). Die wirksame Schlussart rechtwinklig zur Berührfläche der Fügeteile ist der normal wirkende adhäsive Kraftschluss (m). Diese ist für die Fügungen durch Kleben und Löten kennzeichnend und stellt die Grundlage für ihren Zusammenhalt dar. Ferner wirkt in der Berührfläche selbst, also tangential, ein tangentialer Kraft- bzw. Reibschluss (r), induziert durch die normale Kraftwirkung der Adhäsion bzw. des adhäsiven Kraftschlusses und der Rauigkeit der Berührflächen. •• Mechanische Adhäsion, die auf dem Verankern durch Klebflächenrauigkeit und/oder Absorption in porösen Fügewerkstoffen beruht. Die wirkende Schlussart ist in diesem Fall der Quasi-Formschluss (Ef). Sie

8 Fügen durch Stoffvereinigen

311

spielt bei Fügungen durch Kleben und Löten eine eher untergeordnete Rolle und ist vielmehr kennzeichnend für das Fügen durch Urformen. Die mechanische Adhäsion spielt auch beim oben angesprochenen Reibschluss der spezifischen Adhäsion eine Rolle. Durch die Herstellung eines Stoffschlusses ist zwangsläufig für alle denkbaren Richtungssinne der Beanspruchung diese Schlussart wirksam und sind gleichzeitig alle anderen Schlussarten ausgeschlossen. Dies schlägt sich deutlich sichtbar in der vollständigen Belegung der Schlussartenmatrix mit dem Stoffschluss s nieder. Bei Adhäsion zwischen Fügeteilen kommen – wie diskutiert – verschiedene Schussarten je nach betrachtetem möglichen Bewegungssinn zur Wirkung, teilweise in Kombination miteinander. Effektiv sind indessen, wie auch beim Stoffschluss, durch diese Art der Verbindung stets alle Richtungssinne gesperrt. Die meisten Verbindungen nach dem Verfahren des Stoffvereinigens basieren auf dem integrierenden Bauprinzip. Lokal begrenzte Schweißungen (Punktschweißungen), Lötungen oder Klebungen lassen sich zwar auch dem differenzialen Bauprinzip zuordnen, stellen aber eher die Ausnahme dar. Verbindungen durch Stoffvereinigen sind grundsätzlich unlösbar. Nur in Ausnahmefällen, zumeist bei Verbindungen, die nicht zur Aufnahme größerer Kräfte, also nicht für den Einsatz in Primärtragwerken geeignet sind, ist ein Lösen ohne Schädigung der Fügeteile möglich. Der wesentliche Vorteil dieses Fügeverfahrens, nämlich dass es ein kontinuierliches Stoffgefüge oder einen Verbund zwischen Werkstoffen derart erzeugt, dass es einem ungestörten Materialkontinuum sehr nahe kommt, ist ursächlich mit dem Nachteil verknüpft, einen vergleichsweise hohen Aufwand für das Lösen zu verursachen. Verbindungen durch Stoffvereinigen sind deshalb in den seltensten Fällen als recyclingfreundlich zu bewerten. Es liegt des weiteren in der Natur dieser Verbindungsart, dass zwischen den Fügeteilen kein loses Spiel herrscht und – wie angesprochen – auch keine Gleichzeitigkeit von Bindung und Bewegungsfreiheit in verschiedenen Raumrichtungen wie bei anderen Verbindungsarten möglich ist. Die unterschiedslos in allen Richtungen wirkenden, schlusserzeugenden atomaren oder molekularen Bindungskräfte bzw. elektromagnetischen Nebenvalenzkräfte verhindern diese Möglichkeit. Nichtsdestoweniger lassen sich Verbindungen durch Stoffvereinigen mit solchen nach anderen Fügeverfahren derart kombinieren, dass Relativbewegungen in der Verbindung – global betrachtet – zugelassen werden. Gute Beispiele hierfür sind Verbindungen des Stahlbaus aus geschweißten Teilen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden wie in Kapitel XII-4 näher untersucht.

Merkmale

☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 8. Recycling-. und umweltgerechte Gestaltung von Baukonstruktionen, S. 178 ff

☞ Abschn. 2.7, S. 323, 3.1, S. 330, und 4.1 Mechanisches Wirkprinzip, S. 334

☞ Kap. XII-4, Abschn. 4. Zusammensetzen von Stahlbauteilen, S. 171 ff

1.2

312

1.3

XII Verbindungen

Fügeverfahren und Bauweise

✏ Wie beispielsweise Klebebewehrung von Betonbauteilen oder Injektionsanker, wenngleich letztere einen Übergangsform zum Fügen durch Urformen darstellen und deshalb in Kap. XII-6, Abschn. 2.4.2, S. 278 f, behandelt werden.

2.

Schweißen von Stahlbauteilen ☞ Kap. XII-3, Abschn. 7.1 Schweißen von Metallen, S. 144

☞ Kap. XII-3, Abschn. 7.2 Schweißen von Kunststoffen, S. 144

☞ DIN ISO 857-1, 3.1 sowie DIN EN 14610, 2.1 (diese Norm ersetzt die DIN 857-1 weitgehend)

Verbindungen durch Stoffvereinigen sind im Wesentlichen auf die Holz- und Stahlbauweisen beschränkt. Das Schweißen von Stahlbauteilen schafft einen echten Stoffverbund zwischen den Fügeteilen, während Holzbauteile nach dem Prinzip der Adhäsion geklebt (geleimt) werden. Auch Klebungen von Stahlbauteilen untereinander oder mit Betonteilen – wie auch vereinzelt von Stahlbetonfertigteilen untereinander – unter Verwendung von Kunstharzklebern haben sich in der modernen Bautechnik durchgesetzt. Mineralische Werkstoffe werden zwar in der Mauertechnik mit sogenannten Klebemörteln verarbeitet, doch ist die dabei wirkende Adhäsionskraft nur gering und trägt kaum etwas zur Tragfähigkeit der Verbindung bei. Wie bei herkömmlichen Mörteln auch, steht bei der Klebe- bzw. Zwischenschicht in der Steinfuge die ausgleichende Funktion im Vordergrund. Ansonsten existiert kein Verfahren, das imstande wäre, die Grenzflächen mineralischer Werkstoffe in geeigneter Weise aufzulösen, um einen echten Stoffverbund, also einen Stoffschluss, herzustellen. Einen mineralischen Stoffschluss zu schaffen, vermag ausschließlich der Werkstoff Beton im Zustand des formbaren Frischbetons. Hingegen lässt sich eine fachgerecht ausgeführte Arbeitsfuge im Betonbau als eine Fügung durch adhäsiven Kraftschluss, in ihrer Wirkung vergleichbar mit einer Klebung, auffassen. In diesem Sinne ist sie in ihrer Tragfähigkeit gleichzustellen mit der Haftung zwischen Zuschlag und Zementstein. Klebungen im Holzbau haben im Rahmen des modernen ingenieurmäßigen Holzbaus eine große Bedeutung, sind indessen mit der Einschränkung behaftet, nur als Werksverbindung einsetzbar zu sein. Neben Stahl lassen sich auch Kunststoffe durch Schweißen verbinden. Auch Klebungen wie das Kaltschweißen sind für diesen Zweck geeignet. Ein Überblick über Schweißverfahren findet sich in Kapitel XII-3. Wegen seiner großen baulichen Bedeutung soll in diesem Kapitel das Schweißen von Stählen behandelt werden. Das Schweißen von Kunststoffen gewinnt in letzter Zeit im Zuge des experimentellen Einsatzes von Kunststoffen in Primärtragwerken an Bedeutung, stellt jedoch dessen ungeachtet im Hochbau eine Sondertechnik dar. Kunststoffschweißen kommt häufiger bei der industriellen Herstellung (Vorfertigung) von Bauprodukten und -komponenten zum Einsatz sowie auch insbesondere im Rohrleitungsbau, gehört aber im Allgemeinen – noch – nicht zum Arbeitsrepertoire des Baukonstrukteurs. Ein Überblick findet sich in Kapitel XII-3. Nach Definition der Norm ist das Schweißen von Metallen ein: Vorgang, der Metall(e) unter Aufwand von Wärme und/oder Druck derart verbindet, dass sich ein kontinuierlicher innerer Aufbau des verbundenen Metalls bzw. der verbundenen Metalle ergibt.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Übersicht aller Schweißverfahren

313

Auswahl im Stahlhochbau üblicher Schweißverfahren

Schweißen von Metallen 3.1 Pressschweißen 3.1.1 Pressschweißen durch festen Körper 3.1.2 Pressschweißen durch Flüssigkeit 3.1.3 Pressschweißen durch Gas 3.1.4 Pressschweißen durch elektr. Gasentladung

3.1.4.3 Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring

3.1.5 Pressschweißen durch Strahlung

3.1.4.4 Kondensatorentladungs-Bolzenschw. m. Hubzündung

3.1.6 Pressschweißen durch Bewegung von Masse

3.1.4.5 Kondensatorentladungs-Bolzenschw. m. Spitzenzündung

3.1.7 Pressschweißen durch elektrischen Strom

3.1.7.2 Widerstands-Punktschweißen

3.2 Schmelzschweißen

3.1.7.10 Abbrennstumpfschweißen

3.2.2 Schmelzschweißen durch Flüssigkeit 3.2.3 Schmelzschweißen durch Gas

3.2.3.1 Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen)

3.2.4 Schmelzschweißen durch elektr. Gasentladung

3.2.4.1 Lichtbogenschweißen (Elektroschweißen)

3.2.5 Schmelzschweißen durch Strahlung

3.2.4.4 Offenes Lichtbogenhandschweißen

3.2.7 Schmelzschweißen durch elektrischen Strom

3.2.4.1 Offenes mechan. Lichtbogenschweißen 3.2.4.7 Unterpulverschweißen 3.2.4.13 Metall-Schutzgasschweißen 3.2.4.14 Metall-Inertgasschweißen (MIG) 3.2.4.15 Metall-Aktivgasschweißen (MAG) 3.2.4.21 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

1 Übersicht über Schweißverfahren nach DIN 8593-6 und DIN EN 14610 (linke Spalte) und Auswahl der wichtigsten im Stahlhochbau zum Einsatz kommenden Verfahren (rechte Spalte) (in Anlehnung an

Quelle ). Die Ordnungsnummern entsprechen der Systematik der DIN EN 14610.

Eine Auswahl der für den Stahlhochbau relevanten Schweißverfahren und ihre Einordnung in die Gesamtsystematik gemäß der Norm findet sich in 2 1.

1

Schweißverfahren

2.1

& DIN 8593-6, DIN EN ISO 4063, DIN EN 14610 sowie DIN 1910-100

 Die im Stahlhochbau am häufigsten angewandten Schweißverfahren zählen zur Gruppe der Schmelzschweißverfahren. Dazu gehört zunächst das Lichtbogenschweißen.

Schmelzschweißverfahren

 Der Werkstoff wird durch äußere Energiezufuhr aufgeschmolzen. Es stellt sich infolge elektrischer Spannung ein Lichtbogen zwischen Elektrode und Werkstück ein. Im Lichtbogen herrschen Temperaturen von rund 4500 ° C. Der Lichtbogen und das Schmelzbad sind gegen die Einwirkung der Luftgase (O, N) zu schützen. Dies erfolgt durch Elektrodenumhüllungen, Schweißpulver oder Schutz-

Lichtbogenschweißen

2.1.1



314

XII Verbindungen

gase; 2 folgende Varianten werden unterschieden: • Lichtbogenhandschweißen: wichtigstes Schweißverfahren im Stahlhochbau. Die umhüllte Elektrode schmilzt unter der Wirkung des Lichtbogens und führt Werkstoff in das Schmelzbad zu. Die abbrennende Umhüllung setzt ein Gas zum Schutz gegen die Lufteinwirkung frei. Der Werkstoff der Elektrode (Zusatzwerkstoff) ist in seiner chemischen Zusammensetzung auf den Werkstoff der Fügeteile sowie auf die nach dem Schweißen zu erwartenden Eigenschaften abgestimmt. • Mechanisches Lichtbogenschweißen: bei automatischem Abspulen einer Rollenelektrode. • Unterpulverschweißen: Es werden blanke Draht- oder Bandelektroden und ein aufgeschüttetes Schweißpulver verwendet. Das schmelzende Pulver bildet eine geschmolzene Schlacke, die den Lichtbogen vollständig einhüllt und das Schmelzbad von der Atmosphäre abschirmt. • Schutzgasschweißen: Schweißverfahren mit Drahtelektrode, wobei der Lichtbogen und das Schmelzbad gegenüber der Atmosphäre durch einen Mantel aus Gas geschützt werden, der von einer äußeren Quelle zugeführt wird. Die wichtigsten Verfahren: •• Metall-Inertgasschweißen (MIG) – der Schutz wird durch ein inertes Gas (Argon, Helium) bewirkt; •• Metall-Aktivgasschweißen (MAG) – der Schutz wird durch ein chemisch aktives, O und N bindendes Gas bewirkt; •• Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) – Elektrode aus reinem oder legiertem Wolfram, wobei der Lichtbogen und die Schweißzone durch einen Mantel aus inertem Gas geschützt werden. Lichtbogenschweißen ist das bevorzugte Verfahren für die Herstellung von stark beanspruchten Verbindungen im Stahlhochbau, insbesondere im Einsatz für Primärtragwerke. Gasschmelzschweißen (Autogenschweißen)

Die zum Schweißen benötigte Wärme wird von der Verbrennung eines Brenngases oder eines Brenngasgemisches (z. B. Acetylen, Propan, Wasserstoff) geliefert, dem Sauerstoff zugemischt wird. Gasschweißen ist ein handwerklich geprägtes Schweißverfahren für untergeordnete Schweißaufgaben, insbesondere für Reparaturen oder für die Herstellung industrieller Bauprodukte aus Feinblech.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

315

Neben den angesprochenen Schmelzschweißverfahren kommen im Hochbau für spezielle Anwendungen auch einige Pressschweißverfahren zum Einsatz. Dies sind:

Pressschweißverfahren

Hierbei werden Kopfbolzendübel für den Verbundbau oder Gewindebolzen mit einem Setzgerät auf Stahlflächen stumpf aufgeschweißt.

Bolzenschweißen

Widerstandsschweißverfahren, d. h. Pressschweißen, bei dem die zum Schweißen erforderliche Wärme durch den Widerstand gegenüber einem elektrischen Strom erzeugt wird, der durch die Schweißzone fließt. Die Schweißverbindung entsteht punktförmig in den Werkstücken zwischen den Punktschweißelektroden. Sie ist annähernd gleich groß wie die Elektrodenenden. Während des Vorgangs wird auf die Elektrode Presskraft ausgeübt, welche den lokal aufgeschmolzenen Werkstoff zur Verbindung bringt.

Punktschweißen ☞ DIN EN 1993-1-3, 8.5

Widerstandsschweißen, bei dem die Erwärmung durch fortschreitende und wiederholte gegenseitige Näherung der unter Strom stehenden Werkstücke erfolgt. Die Flächen gehen in einen teigigen Zustand über; anschließend werden sie zusammengepresst und in einem Stauchwulst gefügt.

Abbrennstumpfschweißen

Schweißgeeignete Stähle und Schweißzusatzmittel müssen ausreichende Zähigkeit aufweisen, um die Dehnungen aufnehmen zu können, die aufgrund des Schweißprozesses lokal auftreten. Wichtiges Ziel der Stahlsortenwahl ist es also, Brüche infolge spröden Werkstoffversagens auszuschließen. Die maßgeblichen Größen für die Zähigkeit von Grundmaterial und Schweißgut sind die Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Mindestkerbschlagarbeit. Hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung ist der Wert des Kohlenstoffäquivalents CEV nach DIN 10025-1 maßgeblich. Niedrige CEV-Werte gewährleisten eine gute Schweißeignung des Stahls. Daneben wird zur Erfassung der Schweißeignung auch eine Abwandlung des CEV-Wertes herangezogen: der p cm -Wert, der den Kohlenstoffgehalt des Stahls stärker in Ansatz bringt und einen wichtigen Anhaltspunkt für die Beurteilung der Kaltrissgefahr in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißnaht darstellt. 3 Folgende Einflussgrößen auf die Sprödbruchgefahr sind bei der Stahlsortenwahl zu erfassen und ggf. zu beschränken:

Schweißeignung von Stählen

• (tiefste zulässige) Einsatztemperatur; • Spannungszustand: maximal zulässige Spannungskonzentrationen; • (maximal zulässige) Dehngeschwindigkeit; • (maximal zulässiger) Kaltumformgrad;

2.1.2

☞ Band 1, Kap. V-3, Abschn. 1.2.2 Schweißgeeignete Feinkornstähle, S. 413

& DIN EN 1993-1-8, 4. sowie ISO 581 und DASt-Richtlinie 009 sowie DIN EN 10025-1, -3, -4

& DASt-Richtlinie 009, 3.

2.2

316

XII Verbindungen

• (maximal zulässige) Erzeugnisdicke; • (maximal zulässige) Inhomogenität der Zähigkeit; • Sicherheitsanforderungen. 2.3

Schweißnähte

✏ Dies gilt nicht für Pressschweißverbindungen, die im Bauwesen jedoch eher für Sonderaufgaben eingesetzt werden.

Die Schweißung von zwei Fügeteilen nach dem im Bauwesen am häufigsten vorkommenden Schmelzschweißverfahren erfolgt in den meisten baupraktischen Fällen in Form von Schweißnähten an Fugenflanken oder Seitenflächen der in einem bestimmten Winkel aufeinanderstoßenden Fügeteile. Dies macht einen fundamentalen Unterschied bezüglich anderen stoffvereinigenden Fügeverfahren des Bauwesens aus, namentlich den Klebungen (2 2). Anders als bei letzteren, die eine vollflächige Haftung zwischen Berührungsflächen erlauben, ist das Aufschmelzen von Metallen und die Zugabe von Schweißgut, wie es für das Verschweißen der meisten bauüblichen Fügeteile erforderlich ist, im Wesentlichen nur in einem fortschreitenden linearen Prozess des Nahtauftragens realisierbar. Dabei sind des Weiteren die Nahtdicken begrenzt, sodass zur Herstellung dickerer Nähte mehrere Durchgänge (Lagen) erforderlich sind. Für die Nahtherstellung ist dabei stets eine geeignete Zugänglichkeit für die Elektrode nötig. Verfahrenstechnisch ist beim Schweißen ferner ein vollflächiger Überlappungs- oder Parallelstoß durch die hohe Wärmeleitfähigkeit und -speicherfähigkeit der zu fügenden Bleche begrenzt, da Stahl beim herkömmlichen Schweißvorgang in der Fläche nicht ausreichend gut erwärmbar ist. Als Folge dieser werkstoffpezifischen Besonderheit gilt für Schmelzschweißverbindungen des Stahlbaus: • nicht durchgeschweißte Verbindungen sind in ihrem Querschnitt geschwächt. Einige Verbindungen (beispielsweise Überlappungsstöße) erlauben grundsätzlich kein Durchschweißen; • durchgeschweißte Verbindungen schaffen eine Durchgängigkeit des tragenden Querschnitts, sind jedoch mit entsprechendem Aufwand verbunden – es ist eine Nahtvorbereitung sowie mehrere Schweißlagen erforderlich; • für die Elektrode nicht zugängliche Orte erlauben keine Schweißung (Ausnahme: Punktschweißung). Anders als bei Klebungen – oder auch Pressschweißungen – lassen sich deshalb aneinander anliegende Fugenflächen wegen fehlender Zugänglichkeit durch Schweißung nicht vollflächig miteinander verbinden. Eine Verschweißung ist nur an ihren – zugänglichen – Rändern oder entlang einem Lochprofil (Lochschweißung) möglich. Weiterhin sind beim Konzipieren einer Schweißverbindung die jeweiligen Arbeitspositionen zu berücksichtigen (2 3).

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Stoßart

317

Ausführung als Klebung

Stumpfstoß

Ausführung als Schmelzschweißung

K

Bemerkung

Nicht durchgeschweißte oder durchgeschweißte Stumpfstöße herstellbar

S

a

b

S

a

K

b

S

a

b

a

K

b S

a

b

Parallelstoß

a

Loch

a

a

S

K

b

S

a S S

K b

horizontal-vertikal PD

horizontal-vertikal PD

quer PC

Am Überlappungsstoß lässt sich ein Schweißverbund nur an den Kanten herstellen

b

Wanne PA

horizontal-überkopf PD

Vollflächiger Verbund an einem Parallelstoß als Schweißung nicht ausführbar, Schweißverbund nur durch Einführen von Löchern oder Schlitzen (Loch-, Schlitznaht)

b a

Überlappungssstoß

b

S

2 Gegenüberstellung möglicher Ausführungen von Bauteilstößen jeweils als Klebung und als bauübliche Schmelzschweißung. a, b Verbindungspartner K Klebung S Schweißung

quer PC

überkopf PE

horizontal-überkopf PD

Ihre Bezeichnungen sind normativ festgelegt und richten sich nach dem Neigungs- und Drehwinkel der Naht gegenüber der horizontalen Bezugsebene. Es ist stets zu bedenken, dass das plastisch-flüssige Schweißgut stets Gefahr läuft, abzutropfen. Der Schwierigkeitsgrad der Schweißung steigt infolgedessen zwischen einer Wannenschweißung und einer Überkopfschweißung kontinuierlich an. Überkopfschweißungen werden aus diesem Grund, auch wegen der Gefährlichkeit abtropfenden Schweißgutes, bei Montagearbeiten im Hochbau gewöhnlich vermieden.

3 Vereinfachte Darstellung der Arbeits-Hauptpositionen beim Schweißen mit zugehörigen Identifikationskürzeln nach DIN EN ISO 6947.

& DIN EN ISO 6947

318

XII Verbindungen

Je nach Lage der Verbindungspartner zueinander unterscheidet man:

2.3.1 Stoßarten

• Stumpfstöße, • T-Stöße, • Überlappungsstöße. 2.3.2 Schweißnahtarten & a DIN EN 1993-1-8, 4. & DIN EN 1993-1-8, 4.3.2 & DIN EN 1993-1-3, 8.5.2

Gemäß Norm a wird unterschieden zwischen folgenden Schweißnahtarten (2 4): • Kehlnähte: Sie entstehen an einer konkaven Ecke zwischen zwei Fügeteilen. Öffnungswinkel 60 ° bis 120 ° (unter 60 ° als nicht durchgeschweißt einzustufen). Kehlnähte dürfen unterbrochen geschweißt werden. Bei unterbrochenen Kehlnähten unter Bewitterung ist auf den Korrosionsschutz zu achten. Kehlnähte erfordern im Regelfall keine Schweißnahtvorbereitung (s. u.).

& DIN EN 1993-1-8, 4.3.3

• Schlitznähte: Dies sind Kehlnähte in Langlöchern (Schlitzen).

& DIN EN 1993-1-8, 4.3.4

• Stumpfnähte: durchgeschweißt oder nicht durchgeschweißt; •• als durchgeschweißte Stumpfnähte gelten solche, bei denen vollständiger Einbrand und Verschmelzung des Schweißwerkstoffes und des Grundwerkstoffes über die gesamte Dicke der Verbindung erfolgt; •• als nicht durchgeschweißte Stumpfnähte gelten solche, bei denen die Durchdringung kleiner ist als die volle Dicke des Grundwerkstoffes (Querschnittsschwächung!). Stumpfnähte dürfen nicht unterbrochen geschweißt werden. Sie lassen sich ausführen als •• V-Naht – einseitig dreieckförmige Fugenvorbereitung. Öffnungswinkel ca. 60° bis 45°; •• Doppel-V-Naht – zweiseitige Schweißung mit gleichem Öffnungswinkel wie V-Naht, jedoch geringerer Menge Schweißgut bei gleicher Blechdicke; deshalb für größere Blechdicken gut geeignet; abwechselndes Einbringen der Schweißlagen; sowie in weiteren Nahtformen wie K-, Y-Naht etc., siehe 2 4;

& DIN EN 1993-1-3, 8.5.3 & DIN EN 1993-1-8, 4.3.5

• Lochschweißungen erfolgen rings um Lochprofile. Sie dürfen nur zur Schubübertragung, zur Vermeidung von

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Schweißnahtart

319

Art der Verbindung Stumpfstoß

T-Stoß

überlappter Stoß

Kehlnaht

Schlitznaht

Loch

durchgeschweißte Naht *

V-Naht

HV-Naht

Doppel-V-Naht

Doppel-HV-Naht

U-Naht

J-Naht

Doppel-U-Naht

Doppel-J-Naht

nicht durchgeschweißte Naht *

Doppel-Y-Naht Doppel-HY-Naht Doppel-U-Naht Lochschweißung

*) Stumpfnähte können manchmal ohne Schweißnahtvorbereitung der jeweiligen Verbindungsteile ausgeführt werden. 4 Übliche Schweißnahtarten nach DIN EN 1993-1-8, 4.

Beulen oder Trennen überlappender anliegender Bleche, oder zur Verbindung der Komponenten mehrteiliger Bauteile verwendet werden. • Hohlkehlnähte werden in konkaven Fugenräumen, beispielsweise zwischen anliegenden Rundprofilen oder ausgerundeten Hohlprofilen, ausgeführt.

& DIN EN 1993-1-8, 4.3.6

XII Verbindungen

Symbol nach ISO 2553

Schnitt

≤t+1

r=t

Werkstückdicke t

Winkel a

Spalt b

α, β

b

mm

°

mm

≤2

–

–

Steg- und EmpfohleFlankenner höhe Schweißc, h prozess c mm

–

t

Kanten bördeln

Art der Schweißnahtvorbereitung

320

t

I-Fuge

3 40

b α

t

c

α ≈ 60° 1≤b≤3

> 10

h

Doppel-V-Fuge

Bemerkungen e

3, 111, 141

≈t

≤4

3 111 141 512

Ausführung

40° ≤ α ≤ 60°

b

≤2 (h ≈ t/3)

1111 41

–

13 3 < t ≤ 20

α

5 Auswahl einiger Arten der Schweißnahtvorbereitung nach DIN EN ISO 9692-1.

a b c d e

2.3.3 Schweißnahtvorbereitung & DIN EN ISO 9692-1 bis -4

Für Schweißen in Position PC nach DIN EN ISO 6947 (Querposition) auch größer und/oder unsymmetrisch. Die Maße gelten für den gehefteten Zustand. Ordnungsnummer des Schweißprozesses nach DIN EN ISO 4063 Der Hinweis auf den Schweißprozess bedeutet nicht, dass er für den gesamten Bereich der Werkstückdicken anwendbar ist. Symbol und Kennzahl in DIN EN ISO 22553. Zusätzlich Angabe der üblichen Einsatzdicken für die jeweilige Nahtart.

Die Kantenprofile der zu fügenden Werkstücke sind für die Schweißung ggf. vorzubereiten (Schweißnahtvorbereitung, 2 5). Dies geschieht durch Ablängen und Profilieren mittels mechanischer Trennverfahren, häufiger durch Brennschneiden, bei nicht brennschneidbaren Stählen (Cr-Ni-Stähle) mit Plasma-Lichtbogen (Plasmaschneiden). Unlegierte Stahlbleche bis 12 mm Dicke lassen sich mit

8 Fügen durch Stoffvereinigen

321

dem Laserstrahl schneiden.4 Durch eine Fugenvorbereitung wird die geeignete Lage der Fügeteile zueinander festgelegt sowie ggf. der Hohlraum geschaffen, der beim Schweißvorgang mit dem Schweißgut ausgefüllt wird. Das Ziel ist, ausreichend zugängliche Fugenflankenfläche zu erzeugen, um eine innige Verbindung zwischen Grundmaterial und Schweißnaht zu ermöglichen. Herkömmlicherweise werden V- oder U-förmige Schnittprofile erzeugt.

x

Kante der Schweißnahtvorbereitung

Schmelzlinie, Bindezone

x

6 Schematische Darstellung des Wärmeeinflusses auf eine Schmelzschweißverbindung nach DIN 1910, Teil 11 mit ungefährer Temperaturverteilung im Bereich der Naht. S Schweißnaht WEZ Wärmeeinflusszone GW unbeeinflusster Grundwerkstoff

Wärmeeinflusszone

–

+

Druck (Stauchung)

–

Zug (Streckung)

+

Zug (Streckung)

Druck (Stauchung)

–

Zug (Streckung)

+

Druck (Stauchung)

+

unbeeinflusster Grundwerkstoff

z



Temperaturdehnung

Temperaturdehnung y

Druck (Stauchung)

–

Temperaturdehnung

Zug (Streckung)

GW

WEZ

S

Temperatur

2.4

Einfluss der Wärme auf die Verbindung

Temperaturdehnung

Anders als bei anderen Verbindungsarten des Bauwesens, erfolgt beim Schweißen im Bereich der Verbindung eine rasche und starke Erwärmung und Abkühlung des Grundwerkstoffs der Verbindungsteile. Diese Erwärmung beeinflusst auch die Nahzone der Schweißung (Wärmeeinflusszone WEZ, 2 6), sodass diese sich zusammen mit dem Schweißgut entsprechend dehnt. Die Naht wird dabei jedoch vom umgebenden, nicht beeinflussten Grundwerkstoff behindert, sodass die Naht gestaucht und der Grundwerkstoff gestreckt wird (2 7). Nach Abkühlung und Schrumpfung der – gewissermaßen durch Stauchung vorab verkürzten – Naht kehren sich die Verhältnisse um: Die Schweißnaht wird gestreckt, der umgebende Grundwerkstoff im Nahbereich gedrückt (2 8). Es bilden sich jeweils Druck- und Zugeigenspannungen (Schweißeigenspannungen), die nicht selten im Bereich der Streckgrenze liegen, fast immer mehrdimensional sind und verschiedene Auswirkungen haben können: Sie können zu Schrumpfungen und insbesondere Verwerfungen des geschweißten Bauteils führen. Dies betrifft insbesondere schlanke Bauteile. Hier ist ggf. ein Vorkrümmen angebracht. Durch ein nachträgliches Spannungsfreiglühen, bei dem das Gefüge der Schweißnaht sowie des beeinflussten und nicht beeinflussten Grundwerk-

y x

z x

7 Schematische Darstellung der Entstehung 8 Wie  7, Zustand nach dem Abkühlen. von Eigenspannungen bei einem Schweißvorgang. Zustand während des Erwärmens beim Schweißen (einachsiger Zustand ➝ y dargestellt).

322

XII Verbindungen

☞ Band 1, Kap. IV-6, Abschn. 3. Materialstruktur, S. 287 f



2.5 Einfluss des Stoffgefüges auf die Verbindung

☞ Band 1, Kap. IV-6, Abschn. 7. Mechanische Eigenschaften, S. 295 ☞ DIN EN 1993-1-1, 6.6.3

2.6 Sicherheit von Schweißverbindungen

ungünstig

günstig

9 Ausführung von einigen Schweißverbindungen mit verminderter Terrassenbruchgefahr (rechte Spalte).

stoffs durch Umkristallisation angeglichen werden, lassen sich die Schweißeigenspannungen bei massiven Bauteilen abbauen. Das Bauteil kann auch manuell durch Richten mit der Flamme korrigiert werden. Eigenspannungen lassen sich durch Einhalten eines vorab festgelegten Schweißplans, der die Reihenfolge der Schweißarbeitsgänge vorgibt, und kontrollierte Wärmeführung in Grenzen halten.5 Aus Rekristallisationsprozessen infolge Schweißens resultiert ferner eine Sprödbruchgefahr. Der Sprödbruch ist ein gefährlicher Bruchmechanismus, der ohne Ankündigung schlagartig eintritt (Alterung). Walzstahl, wie er im Stahlhochbau sehr häufig eingesetzt wird, gilt im Vergleich mit anderen Werkstoffen, wie insbesondere Holz, als ein weitgehend isotroper Werkstoff, weist aber dennoch in Walzrichtung ein geschichtetes Kristallitgefüge auf, das am deutlichsten beim blättrigen Auflösen durch Korrosion erkennbar ist. Aus diesem Grund kann es bei starker Zugbeanspruchung quer zur Walzrichtung zu einem Lamellen- oder Terrassenbruch kommen, wenngleich bei heutigen Qualitätsstählen diese Gefahr nur gering ist. Schweißnähte sollten dennoch nach Möglichkeit so angeordnet und ausgeführt werden, dass die Gefahr des Terrassenbruchs minimiert wird (2 9). Dazu gehört beispielsweise, dass stumpfe T-Stöße unter starker Zug- oder Biegezugbeanspruchung möglichst umgangen werden. Ansonsten ist Stahl mit Z-Güte zu verarbeiten. Die Güte einer Schweißverbindung, und folglich ihre Sicherheit über den Gebrauchszeitraum hinweg, ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Diese umfassen werkstoff-, beanspruchungs- sowie auch konstruktions- und herstellungsbezogene Aspekte, die bei der Planung und Ausführung von Schweißverbindungen sorgfältig zu prüfen sind.7 Schweißarbeiten werden deshalb einer strengen Qualitätskontrolle unterzogen. Laufende Gütekontrollen mithilfe zerstörender oder zerstörungsfreier Prüfverfahren stellen die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Schweißverbindungen sicher. Es sind ferner geeignete Arbeitsbedingungen für den Schweißvorgang zu gewährleisten, die im Allgemeinen auf einer Baustelle nicht gegeben sind. Aus diesem Grund hat sich das Schweißen im Hochbau zu einer nahezu reinen Werkstattverbindungstechnik entwickelt, die für Montagezwecke eher selten Verwendung findet. Bei Montagestößen des Stahlhochbaus weicht man deshalb häufig auf Schraubverbindungen aus.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

323

Da die mechanische Wirkung einer Schweißverbindung auf dem Herstellen eines kontinuierlichen, quasi ungestörten Stoffgefüges zwischen den Fügeteilen a und b bzw. zwischen den Fügeteilen und der Schweißnaht c beruht, wirkt in allen möglichen Richtungssinnen ein Stoffschluss s (2 10).

Schweißung der Fügeteile a und b mit Doppel-V-Naht c (zweiseitig zugängliche, mittelbare Verbindung)

Schweißung der Fügeteile a und b mit V-Naht c (einseitig zugängliche, mittelbare Verbindung)

a

Schweißung der Fügeteile a und b durch Pressschweißung (einseitig zugängliche, unmittelbare Verbindung)

SAa,b =

c

c

b

➝ alle: Stoffschluss infolge Schweißung

a

a

b

(

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

b

y

b als gestellfest angenommen x

2.7

Mechanisches Wirkprinzip

Sa,b =

(

x y z

) – x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

)

10 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Schmelz- und Pressschweißverbindungen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

SN S

11 I-Walzprofil (Formstahl, links) und aus Blechen geschweißtes I-Profil (rechts); SN Schweißnaht. SN

12 Zwei mögliche Ausführungen einer Profilversteifung mittels Stegblechen S. Eckausnehmungen zum freien Durchlaufen der Profilausrundung oder ggf. einer Schweißnaht bei geschweißten Profilen.

324

2.8

XII Verbindungen

Konstruktive Standardlösungen des Stahlbaus

In 2 13–33 sind verschiedene exemplarische Standardlösungen für Schweißverbindungen des herkömmlichen Stahlhochbaus dargestellt. Es handelt sich um Konstruktionen aus Profilstahl bzw. aus Flachstahl geschweißte Bauteile. Es wird bei der konstruktiven Gestaltung der Schweißverbindungen darauf geachtet, dass • möglichst keine Schweißnahtanhäufungen entstehen; erforderlichenfalls wird an einem Kreuzungspunkt mehrerer Schweißnähte an einem der anstoßenden Teile eine Ausnehmung vorgenommen (Beispiele: Ecken der Stegbleche in 2 12 oder der Konsolen in 2 21–23);

☞29

• größere Zugbeanspruchungen rechtwinklig zu einer Blechebene vermieden werden (Gefahr des Lamellen- oder Terrassenbruchs); durch die geeignete Gestaltung der Schweißverbindung lassen sich die Zugkräfte im Regelfall in einem durchgehenden Stahlblech übertragen; • arbeitsaufwendigere und zeitintensivere Schweißarbeiten vermieden werden; so werden im Regelfall Ausrundungen von Walzprofilen (wie bei Stirnstößen von I-Profilen) nicht geschweißt; hohe Lohnkosten führen zunehmend dazu, dass geschweißte Knoten so einfach wie möglich ausgeführt werden, Ausführungen von Rahmenecken ohne Ecksteifen (2 13, 14) werden aus diesem Grund zunehmend bevorzugt; • grundsätzlich, wie bei anderen Verbindungsarten auch, eine adäquate Krafteinleitung vom einen zum anderen Fügeteil stattfindet. Beulgefährdete Bleche – wie insbesondere Stegbleche von I-Profilen – sind entsprechend mit Hilfe von Querblechen zu versteifen. Dies ist an den Rahmenecken der 2 13–20 deutlich erkennbar. Bei Rohrkonstruktionen allgemein (kalt- oder warmgefertigte Hohlprofile mit rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt) ist eine lokale Krafteinleitung

1

13 Biegesteifer Riegel-Stiel-Anschluss aus Walzprofilen. Übertragung der Biegezug- und Biegedruckkräfte auf das Stützenprofil mittels Steifen S. Gefahr des Terrassenbruchs durch Übertragung von Zugkräften im Punkt 1. 14 Ausführung analog zu 2 13, jedoch Durchführung des Obergurts O des Trägers bis zum äußeren Stützenflansch. Bessere Übertragung der Zugkräfte ohne Gefahr des Terrassenbruchs.

S

1

O

8 Fügen durch Stoffvereinigen

325

1

1

O

F

E

E S

G

15 Biegesteifer Riegel-Stiel-Anschluss aus Walzprofilen mit Ecksteife E. Übertragung der Biegezugkräfte auf den Rahmenstiel mittels durchgeführtem Obergurt des Riegelprofils (Punkt 1) und der Biegedruckkräfte mittels Steifen S. 16 Rahmenecke aus Walzprofilen mit Ecksteife E. In diesem Fall wird der Obergurt O durchlaufend ausgeführt (Walzprofil entsprechend geschnitten), um am Punkt 1 Zugkräfte rechtwinklig zum Flansch F zu vermeiden.

O

1 F

G F 2

17 Alternative Ausführung zu 2 16. Der Obergurt O wird stumpf am Flansch F gestoßen. Die Biegezugkräfte werden vorwiegend über eine aufgeschweißte Gurtplatte G auf den äußeren Gurt des Stiels übertragen. 18 Ausführung alternativ zu 2 17. Das Riegelprofil wird durchgängig ausgebildet, das Stielprofil stumpf dagegen gestoßen. Zugkräfte quer zum Flansch F am Punkt 2 werden wie in 2 17 durch Aufschweißen einer Gurtplatte G umgangen.

B

D

V

19 Rahmenecke aus vollständig geschweißten Profilen mit Voutung V am Riegelanschluss. 20 Rahmenecke aus vollständig geschweißten Profilen mit Diagonalsteife D im Schubfeld B der Rahmenecke.

326

XII Verbindungen

K

K

Q1

F

21 Konsole K an Stütze, für kleinere Lasten.

G

K

Q2

S

22 Mit Flansch F und Stegblech S verstärkte 23 Konsole K an Stütze für Kranbahn. Die StütKonsole. zenquerschnitte Q1 und Q2 sind in Abhängigkeit der abzutragenden Last gestuft ausgebildet.

SW SW

SW

B B SW

SW D

24 Einfacher Fachwerkknoten aus T- Formstäh- 25 Einfacher geschweißter Fachwerkknoten 26 Geschweißter Fachwerkknoten aus T- und len ohne Knotenblech. Die Stege der Diagonal- aus T- und L -Formstählen mit Knotenblech B; L -Formstählen mit Knotenblech B B; Schweißnaht SW. stäbe D werden ausgeschnitten und stumpf an Schweißnaht SW. den Steg des Gurtstabs G angeschweißt (SW). y

S

x

S’

S

S

B

SW

D

27 Geschweißter Fachwerkknoten aus T- und 28 Geschweißter Fachwerkknoten aus I- 29 Geschweißter Fachwerkknoten aus stumpf L -Formstählen mit Knotenblech B B; Schweiß- Formstahl als Gurtstab und Rundrohre als gestoßenen HEB-Profilen, mit Steife S bzw. naht SW. Diagonalstäbe D mit Steife S. zusätzlichen Steifen S‘ über den Flanschen der Diagonalstäbe.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

y

327

a

y x

x

a

a

a

a

a

V

V

a-a

a-a

V’

b

b

a-a

V’ y

b-b

30 Geschweißter Fachwerkknoten aus HEBProfilen; Flansche von Gurt- und Diagonalstab unmittelbar aufeinanderstoßend. Günstige Kraftleitung, jedoch nur mit begrenzter Profilauswahl realisierbar, da Profilbreiten von Gurt- und Diagonalstab gleich sein müssen.

V

31 Geschweißter Fachwerkknoten aus stumpf gestoßenen Quadratrohrprofilen. Bei schmalen Füllstäben besteht Gefahr des Blechbiegensoder -beulens der rechtwinklig zu ihrer Ebene belasteten Profilflansche (analog zum Fall in  33).

V

W R

1

x

32 Geschweißter Fachwerkknoten aus Quadratrohrprofilen wie in  31, jedoch mit Verstärkungsblechen V bzw. V‘ zur Verhinderung des Beulens.

2

D

3

33 Geschweißter Anschluss zweier Rundrohrprofile: Schmale anschließende Rohre (Fälle 1 und 2) leiten die Kraft ungünstig in das größere Rohr ein und gefährden es auf Beulen (Verformung V jeweils bei Druck und Zug). Im Fall 3 wird die Kraft über die (in Kraftrichtung steiferen) seitlichen Rohrwandungsabschnitte wesentlich günstiger eingeleitet.

34 Geschweißter Anschluss eines U-Winkels W auf einem Rundrohrprofil R zur Auflagerung eines Trägers. Die Kraft wird durch die Schenkel des Winkels in die seitlichen Wandungsbereiche des Rohrs eingeleitet.

a-a

36 Geschweißter Fachwerkknoten aus Rundrohrprofilen mit Knotenblech K. Die Diagonalrohre sind an den Enden eingeschlitzt und ringsum mit dem Knotenblech verschweißt. Es ist ein entsprechend großes Knotenblech erforderlich, abhängig u. a. vom Diagonalenwinkel, das visuell stark in Erscheinung tritt. Die Krafteinleitung in das Gurtrohr ist problematisch, weshalb dieser Anschluss zwar konstruktiv einfach, aber nur für kleinere Kräfte geeignet ist.

a

a

K

35 Geschweißter Fachwerkknoten aus Rundrohrprofilen. Stumpfer Anschluss entlang räumlich gekrümmter Anschlusskante. Schnitt und Verschweißung heute mit automatisierten Anlagen.

K

37 Geschweißter Fachwerkknoten aus Rundrohrprofilen mit Knotenblech K wie in 2 36, jedoch mit durch das Gurtrohr durchgeführtem Knotenblech: bessere Einbindung des Blechs in das Rohr.

328

XII Verbindungen

rechtwinklig zur Rohrwandung möglichst zu vermeiden, da ansonsten Blechbiegung und womöglich ein Versagen infolge Plastifizierens stattfindet (2 31–37, siehe insbesondere  33).6 Dies gilt in besonderem Maße für ebene Wandungen von eckigen Rohrprofilen (2 31), die aus diesem Grund ggf. verstärkt werden müssen (2 32). Schwerer belastete Fachwerke werden heute vorwiegend aus I-Profilen gefertigt, die entsprechend 2 29, 30 stumpf, ohne Knotenbleche verschweißt werden. Rohrprofile bieten insbesondere hinsichtlich des Korrosionsschutzes im Außeneinsatz Vorteile, weil sie der Witterung die geringstmögliche Oberfläche bieten. Das U/A-Verhältnis ihres Querschnitts ist auch im Hinblick auf den Brandschutz vorteilhaft. Sie erzeugen ferner ein ruhiges und sauberes visuelles Erscheinungsbild. Rundrohrprofile werden heute unter Einsatz moderner CNC-Schneid- und Schweißtechnik vorwiegend entlang räumlich gekrümmter Schneidkanten stumpf verschweißt (2 35). 2.9 Bolzenschweißverfahren & DIN EN ISO 13918

☞ DIN 1910-100

Die üblichen Bolzenschweißverfahren (2 38) erlauben ein rasches und präzises Setzen von Bolzen auf Stahloberflächen ohne aufwendige manuelle Schweißarbeit (2 39). Es lassen sich Taktzeiten bis 3 Sekunden erzielen; der Schweißvorgang selbst dauert wenige Millisekunden. Es handelt sich um Entladungsschweißverfahren, also Pressschweißverfahren, bei denen die Wärme eines Lichtbogens ausgenutzt wird, der durch schnelle Entladung elektrischer Energie entsteht. Während oder nach der Entladung wird schlagartig Druck aufgebracht. Bei Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring wird durch Abheben der Bolzenspitze, die anfänglich das Werkstück berührt, die Entladung gezündet. Der Keramikring schützt dabei die Entladung. Beim Bolzenschweißen mit Spitzenzündung schmilzt und verdampft eine speziell geformte Bolzenspitze infolge hoher Stromdichte und zündet den Lichtbogen. Es lassen sich Gewindebolzen (2 40), Stifte, Stifte mit Innengewinde oder Kopfbolzendübel für Verbundkonstruktionen befestigen.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Gewindebolzen mit reduziertem Schaft (RD)

Stift (UD)

Stift mit Innengewinde (IT)

Kopfbolzen (SD)

Spitze vor dem Schweißen

Gewindebolzen (PD)

329

nach dem Schweißen

a

Schweiß wulst b

38 Einige beispielhafte Bolzenschweißverfahren gemäß DIN EN ISO 13918.

39 Setzen eines Schweißbolzens mittels tragbarem Handgerät.

40 Schweißbolzen, auf einem Metallteil aufgeschweißt.

41 Vollautomatische zweiachsige CNC-Bolzenschweißanlage für Teile bis maximal 3000x1500 mm (Herst.: AS-Schweißtechnik)

Gewindebolzen mit Flansch (FD)

330

3.

XII Verbindungen

Kleben von Metallbauteilen & VDI/VDE 2251-8

3.1

Mechanisches Wirkprinzip

☞ Vgl. die Definition dieses Begriffs in Abschn. 1.1 Schlussarten, S. 310.

☞ Band 1, Kap. IV-1, Abschn. 7.3 Metallbindung und 7.4 Nebenvalenzbindungen, S. 196 f

3.2 Einsatz

Klebeverbindungen von Metallbauteilen unterscheiden sich grundsätzlich von Schweißverbindungen, sowohl in ihrer mechanischen Wirkungsweise wie auch – in direkter Folge davon – hinsichtlich ihrer baupraktischen Anwendung. Klebeverbindungen zählen zu den stoffvereinigenden Fügeverfahren und sind vorwiegend durch die Wirkung des adhäsiven Kraftschlusses (m) in der Grenzfläche zwischen Fügeteilen bzw. zwischen Fügeteil und Kleber gekennzeichnet. Sie beruhen – im Gegensatz zur stahlbautypischen Schweißung, die auf dem Stoffschluss basiert – nicht auf der Herstellung eines kontinuierlichen Stoffgefüges zwischen Fügeteilen des gleichen Materials, sondern auf der Haftwirkung, also insbesondere auf der spezifischen Adhäsion zwischen einem Klebstoff und der Oberfläche der Fügeteile. Zwar wirken sowohl beim Schweißen wie auch beim Kleben gleichermaßen elektromagnetische molekulare Bindungskräfte; die beim Schweißen wirkenden Kräfte sind jedoch die Atomgitterkräfte einer Metallbindung, die eine wesentlich größere Bindekraft entfalten als die verhältnismäßig schwachen Nebenvalenzbindungen – vor allem vander-Waals-Bindungen –, die beim Kleben als Adhäsionskräfte wirken. Ferner sind für die Tragfähigkeit der Klebeverbindung auch die inneren Molekularbindekräfte des Klebstoffs selbst maßgeblich (Kohäsion), die beim Metallkleben im Normalfall jedoch ebenfalls weit unterhalb der Werte der beteiligten metallischen Fügeteile liegen. Ein Vorteil von Metallklebeverbindungen gegenüber Schweißverbindungen ist jedoch, dass sich Teile aus sehr unterschiedlichen Werkstoffen verbinden lassen – was beim Schweißen nur in sehr engen Grenzen, nur innerhalb der Auswahl schweißbarer Metalle möglich ist –, so beispielsweise Verbindungspaare aus Stahl und Beton. Klebeflächen sind insbesondere gegen das Schälen (2 38) äußerst empfindlich und deshalb bei asymmetrischen Verbindungen durch die Biegung infolge Exzentrizität besonders gefährdet. Günstiger verhalten sich Klebungen unter Scherung, weshalb Klebeverbindungen im Regelfall in Form von Überlappungen ausgeführt werden (2 44). Als Folge ihrer eingeschränkten Tragfähigkeit ergibt sich für Metallklebeverbindungen im Stahlhochbau bis heute ein – noch – vergleichsweise enges Einsatzspektrum. Sie kommen als Verbindungen in Primärtragwerken eher in Sonderfällen zum Einsatz, zumeist dort, wo ein nachträgliches Einführen von mechanischen Verbindungen nicht möglich ist, beispielsweise bei Sanierungen von Stahlbetonkonstruktionen, wenn Verstärkungen aus Stahl – oder auch Carbonfasergeweben – auf Betonflächen aufgebracht werden (2 43, 44). Spezifische Konstruktionsarten wie die Sandwichbauweise beruhen auf Metallklebeverbindungen. Sie kommen generell häufiger beim Fügen von Feinblechen zur Anwendung und sind oftmals aus der Luft- und Raum-

8 Fügen durch Stoffvereinigen

331

a

c

b 1 Zug

2 Scheren

3 Schälen

42 Wesentliche Beanspruchungsarten einer Klebeverbindung zwischen zwei Metallteilen a, b mittels einer Klebeschicht c.

43 Verankerung einer nachträglich aufgebrachten externen Vorspannung mittels eines – zusätzlich zur mechanischen Verbindung – auf den Beton aufgeklebten Ankerblocks.

44 Verstärkung einer Stahlbetondecke mittels kreuzweise verklebter Stahllamellen (Haupttragrichtung) und CFK-Lamellen (Lastquerverteilung).

332

XII Verbindungen

☞ Kap. XII-5, Abschn. 2.3 Schraubensicherung, S. 196 ff

3.3

Klebstoffe ☞ Kap. XII-3, Abschn. 9. Kleben, S. 148 ff sowie & DIN EN 923

fahrttechnik übernommen worden. Klebeverbindungen sind im extremen Leichtbau, wo zahlreiche Nichteisenmetalle, wie Aluminium- oder Titanlegierungen, in verschiedenen Kombinationen untereinander sowie auch mit faserverstärkten Kunststoffteilen verbunden werden, weit verbreitet. An anderer Stelle angesprochen wird ferner der Einsatz von Klebungen zum Zweck der Schraubensicherung. Eine generelle Übersicht über Klebeverfahren gibt das Kapitel XII-3. Für das Kleben von Metallen kommen zum Einsatz: 8 • physikalisch abbindende Klebstoffe – das Abbinden beruht auf physikalischen Prozessen wie Ablüften von Lösungsmittel, Erstarren einer Schmelze oder Gelierung eines zweiphasigen Systems (Kontaktklebstoffe, Schmelzklebstoffe, Plastisole);

☞ Band 1, Kap. IV-9, Abschn. 2. Materialstruktur, S. 338 f & Detaillierte Informationen zur Oberflächenvorbehandlung gibt DIN EN 13887.

3.4

Konstruktive Gestaltung von Klebeverbindungen ☞ Kap. XI Flächenstöße, S. 4 ff

☞ Abschn. 4.5. Konstruktive Ausführung von Klebefugen, S. 336 f

• chemisch abbindende Klebstoffe (Reaktionsklebstoffe) – sie bestehen vor dem Abbinden aus noch reaktionsfähigen niedermolekularen Verbindungen, die während des Abbindens in der Klebefuge in hochmolekulare, vernetzte Polymere überführt werden. Nach dem Reaktionstyp unterscheidet man zwischen Polymerisations-, Polyadditions- und Polykondensationsklebstoffen. Fügeteilflächen werden zuvor gereinigt und entfettet. Hinweise zur konstruktiven Gestaltung von Klebefugen finden sich in 2 45. Sie stehen in engem Zusammenhang zu generellen Grundsätzen der konstruktiven Gestaltung von Stößen, wie sie in Kapitel XI diskutiert werden. Grundsätzlich sind asymmetrische Ausbildungen des Anschlusses, wie bei einschnittigen Verbindungen, wegen der unvermeidlichen Versatzmomente ungünstig. Günstiger sind doppelte Überlappungen oder Schäftungen wie sie auch im Holzbau bei Klebungen üblich sind. Klebetechnisch zwar vorteilhafte, geometrisch jedoch komplexere Fugengeometrien wie abgesetzte Doppellaschenverbindungen (2 44, Fall 8) oder etwa keilzinkenartige Stöße wie im Holzbau sind bei den im Metallkleben zur Anwendung kommenden Werkstoffen und Materialdicken nicht sinnvoll. Bei der Bewertung der konstruktiven Lösungen nach 2 44 ist stets die jeweils vorliegende Blechdicke zu berücksichtigen, da sie die Biegesteifigkeit der Fügeteile vorgibt. Es kommen auch kombinierte Fügetechniken aus einer Klebung und einer Verbindung mit mechanischen Verbindungsmitteln wie Schrauben, Niete oder Schweißpunkte zur Anwendung. Letztere übernehmen dabei oftmals die Sicherung gegen Versagen durch Abschälen. Klebungen werden vereinzelt auch zur Verbesserung einer Reibschlussverbindung (z. B. GV-Schraubenverbindung) eingesetzt.9

8 Fügen durch Stoffvereinigen

333

Bezeichnung

Nr.

Fugengeometrie

stumpfer Stoß

1

a

Überlappung einschnittig

2

Kommentar

c

b

b a

c

Überlappung einschnittig zugeschärft

3

Schäftung

4

a

Laschenverbindung einfach

5

a

c2

Laschenverbindung doppelt

6

a

c2

a

Wenig klebegerechte Verbindungsform. Die Klebefläche ist insgesamt klein, für Zugkrafte in Bauteilebene (ungünstige Beanspruchung!) ist sie gleich groß wie der Bauteilquerschnitt, aber viel schwächer. Deutlich besser als 1; die Klebefläche kann durch Einstellung des Überlappungsmaßes so groß gestaltet werden wie erforderlich. Günstige Beanspruchung auf Abscheren. Gefahr des Abschälens durch Asymmetrie.

b

Verbesserung gegenüber 2, weil die Verbindung durch die Abschrägung der Fügeteilkanten besser gegen Aufschälen gesichert ist.

b

Besser als 1 wegen durch Schäftung vergrößerter Klebefläche. Ihr Maß ist hingegen (anders als bei 2 und 3) durch die Bauteildicke und den möglichen Neigungswinkel des Schrägschnitts eingeschränkt.

c1

b

Vergrößerte Klebefläche durch Lasche, günstige Beanspruchung auf Abscheren zwischen Lasche und Fügeteile, jedoch Ausmittigkeit durch einseitige Lasche (Gefahr des Abschälens infolge Versatzmoments).

c1

b

c c

Nahezu verdoppelte Klebefläche im Vergleich zu 5, günstigere Kraftverhältnisse dank symmetrischen Aufbaus. Wirkt wie eine Überlappung auf Abscheren (günstig).

c3 Überlappung abgesetzt

7

a

Doppellaschenverbindung abgesetzt

8

a

c

c2

b

c

b

Günstige Scherbeanspruchung der Klebefläche, jedoch aufwendig in der Herstellung und Schwächung der Fügeteilquerschnitte auf weniger als die Hälfte des ungeschwächten Bereichs. Deutliche Vergrößerung der Klebefläche gegenüber 7, jedoch gelten für diesen Fall die Nachteile von 7 in noch verschärfter Weise.

c3

45 Wichtigste Varianten der Fugenausbildung bei einer Klebeverbindung von Metallteilen und Bewertung. 10

334

XII Verbindungen

4. 4. Kleben von Holzbauteilen

Klebeverbindungen des Holzbaus, bzw. geleimte Verbindungen wie im herkömmlichen Sprachgebrauch üblich, sind stoffvereinigende Verbindungen nach dem integrierenden Bauprinzip, beruhen folglich auf der Verbundwirkung zwischen größeren Berührflächen zweier Fügeteile, nicht auf punktueller Fügung. Sie unterscheiden sich in ihrem Tragverhalten prinzipiell von den Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln. Sie sind demnach als starre Verbindungen des Holzbaus einzustufen.

& DIN 68601

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.2 Zugstöße, S. 112 ff



4.1

Mechanisches Wirkprinzip

4.2 Einsatz

☞ Band 1, Kap. V-2 Holzprodukte, S. 384 ff

& DIN 1052-10, 5

& EN 1995-1-1/NA, NCI NA. 11.2 ☞ Kap. XII-6, Abschn. 5. Verbindungen zur Krafteinleitung in Holzbauteile, S. 288 ff

Die den Verbund herstellende Schlussart ist der adhäsive Kraftschluss (m) (2 46). Es sind, wie bei allen anderen stoffvereinigenden Fügeverfahren, in der Klebeverbindung selbst keine Bewegungsfreiheiten möglich. Der Zusammenhalt der Verbindung beruht auf spezifischer Adhäsion, also auf der Wirkung zwischenmolekularer Bindekräfte zwischen Kleber und Holzfaser, wie auch auf der Kohäsion des Klebers selbst. Bei fachgerecht ausgeführten Klebeverbindungen sind diese beiden Bindekräfte größer als die Haftwirkung zwischen den Holzfasern, sodass die meisten Versagensfälle von Klebefugen auf das Aufbrechen der Holzstruktur (nicht der Klebung) zurückzuführen sind. Klebeverbindungen für Primärtragwerke des Holzbaus gehören nicht zu den traditionellen Zimmermannsverbindungen, sondern sind aus dem modernen ingenieurmäßigen Holzbau hervorgegangen. Neben tragenden Verbindungen werden auch zahlreiche Bauprodukte aus Holz und Holzwerkstoffen durch den Einsatz von Leimtechnik industriell hergestellt. Klebeverbindungen des Holzbaus sind keine Montageverbindungen, sondern lassen sich ausschließlich im Werk unter – insbesondere klimatisch – kontrollierten Herstellungsbedingungen durchführen, und zwar nach Norm nur von einem autorisierten Betrieb. Es lassen sich Fügeteile aus Vollholz, Brettschichtholz, Balkenschichtholz, Furnierschichtholz, Brettsperrholz, Sperrholz, OSB-Platten und kunstharzgebundenen Spanplatten kleben. Es können auch mechanische Verbindungsmittel aus Stahl (Stahlstäbe, Gewindebolzen) in Bohrlöchern im Holz eingeklebt werden. Wegen des hier vornehmlich wirkenden Formschlusses zwischen dem Kleber und den zumeist profilierten mechanischen Verbindungsmitteln liegt hier indessen eher ein Fügen durch Urformen vor.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Für den Holzleimbau sind alle Klebstoffe nach Norm zulässig. Heute sind im Holzbau nahezu ausschließlich Kunstharzleime gebräuchlich. Dazu zählen die folgenden Klebstoffe: 11

335

Klebstoffe

4.3

& DIN EN 301, DIN EN 302

• Thermoplastische Kunstharzleime, vor allem solche auf Polyvinylacetat-Basis (Dispersions- oder Emulsionskleber). Diese kommen für feuchtebelastete Bauteile nicht in Betracht, sondern finden vorwiegend in der Bautischlerei Verwendung. • Härtbare Kunstharzleime: Diese haben die größte Bedeutung für den modernen Holzleimbau. Man unterscheidet folgende Klassen: •• Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte (Phenolharzleime); •• Resorcin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte (Resorcinharzleime); •• Harnstoff- und Thioharnstoff-Kondensationsprodukte (Harnstoffharzleime); •• Tannin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte (Tanninharze); •• Polyester-, Diisozyanat-Kondensationsprodukte (Polyurethanharze); •• Epoxidharze. Für die Außenverwendung sind nur Resorcinharzleime geeignet.12 Klebeflächen von Holzbauteilen müssen grundsätzlich glatt sein, d. h. gehobelt oder geschliffen. Wie in Kapitel XII-2 dargelegt, lassen sich bei tragenden Bauteilen keine Klebungen in Schnittflächen rechtwinklig zur Holzfaser ausführen. Bei der flächigen Klebung von tragenden Bauteilen aus Holz darf der Anschnittwinkel zwischen Klebfuge und Faserrichtung des Holzes höchstens 15 ° betragen. Die zu verklebenden Fügeteile sind während des größten Teils der Abbindezeit des Klebers unter Pressdruck zu halten. Dieser hat die Aufgabe, die Fügeteile während des Abbindens des Klebers in der Position zu fixieren sowie den Kleber in möglichst dünner Schicht gleichmäßig über die Klebefläche zu verteilen. Dünne Klebstoffschichten sind eine Voraussetzung für hohe Bindekraft. Der Anpressdruck kann durch externe Pressvorrichtungen (Spindel- oder Hydraulikpressen) oder bei dünneren Platten auch durch zusätzliche mechanische Verbindungsmittel wie Nägel oder Schrauben (Schraubenpressklebung) erzeugt werden.13

Voraussetzungen für die Klebung & DIN 1052-10, 6.1 (4) ☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.2 Zugstöße, S. 112 ff & DIN 1052-10, 6.1 (5)

4.4

336

4.5

XII Verbindungen

Konstruktive Ausführung von Klebefugen

4.5.1 Schäftungsverbindungen & DIN EN 1995-1-1/NA, NCI NA 11.4

☞ Kap. XII-2, Abschn. 5.2.2 Zugstöße,  18, Fall 2.2 Ausführung in Holz – Versagen, S. 113

4.5.2 Keilzinkenverbindungen

& DIN EN 1995 1-1 / NA, NCI NA 11.3 sowie DIN EN 14080 und DIN EN 15497

Im modernen Holzleimbau kommen grundsätzlich zwei Arten der Fugengestaltung zur Anwendung, nämlich die Schäftung und die Keilzinkenverbindung.  Die Schäftung ist ein faserparalleler Stoß von Bauteilen aus Holz mit Klebflächenneigungen von höchstens 1:10 bezüglich der Faserrichtung (2 47). Die Eignung einer Schäftung für tragende Verbindungen beruht auf der deutlichen Vergrößerung der Klebefläche gegenüber einem einfachen Stumpfstoß infolge ihrer flachen Neigung sowie auf der Vermeidung vollständig faserparalleler Schnittflächen, die der Gefahr des Ablösens der fugennahen Faserlagen ausgesetzt sind (Beispiel: Überlappungsstoß). Schäftungen werden für dünne Hölzer und Holzwerkstoffe eingesetzt. Keilzinkenverbindungen sind die bevorzugten Klebeverbindungen für Holzbauteile (2 48). Ihre Tragwirkung beruht auf der Vervielfachung der gegenüber der Faserrichtung flach geneigten Klebefuge, wie sie bereits in der Schäftung in einfacher Ausführung verwirklicht wird. Eine Keilzinkenverbindung ist nach Norm eine selbstzentrierende Endverbindung, die gebildet wird, indem eine Reihe von gleichartigen, symmetrischen spitz zulaufenden Keilzinken in den Endstücken der Holzbauteile maschinell eingefräst und dann verklebt werden.

& DIN EN 15497 & DIN EN 14080

Es wird bei tragenden Verbindungen unterschieden zwischen Keilzinkenverbindungen zwischen einzelnen Hölzern, wie beispielsweise Einzellamellen von BSH, und Universal-Keilzinkenverbindungen zwischen Einzelteilen aus BSH. Ferner wird diese Verbindungsart auch für die Herstellung zahlreicher Holzprodukte ohne Primärtragfunktion, beispielsweise für den Fassadenbau oder den Innenausbau, verwendet. Die Symmetrieachse der Keilzinken muss stets parallel zur Holzfaserrichtung verlaufen. Wesentlich für die fachgerechte Ausführung einer Keilzinkenverbindung ist das sogenannte Zinkenspiel, also der Abstand zwischen der Zinkenspitze und dem Zinkengrund, der gewährleistet, dass sich infolge des bei der Klebung anzuwenden Längspressdrucks ein sattes Anliegen der Zinkenflanken, also der Klebeflächen beider Fügeteile einstellt. Keilzinkenprofile werden in den meisten Fällen gefräst, seltener gesägt. Universal-Keilzinkenverbindungen erlauben die Klebung hochbelasteter Anschlüsse in beliebigen Winkeln an Balken und Rahmenecken aus BSH. BSH-Bauteile lassen sich auch mit Eckstücken aus Furnierschichtholz und BaufurnierSperrholz (aus Nadel- oder Pappelholz) verkleben.

8 Fügen durch Stoffvereinigen

1

Schäftung der Fügeteile a und b mit Klebfläche c

2

337

Keilzinkenverbindung der Fügeteile a und b mit Klebflächen c

a a ➝ alle: adhäsiver Kraftschluss infolge Klebung an den Kontaktflächen c c

S

A

a,b

=

(

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

)

b b

y

Sa,b = b als gestellfest angenommen

x

(

x y z

– x yz – yz – y zx – zx – z xy – xy

) 46 Ausführung und mechanisches Wirkprinzip von Klebeverbindungen von Holzteilen, dargestellt anhand der Schlussartenmatrix SAa, b.

1

lt

l

c

b

c1

b

x

bt

a

p

10

c3

a

c2

a

g

s

c

b

47 Einfache (oben) und doppelte (unten) 48 Typisches Profil einer KeilzinkenverbinSchäftung. dung. a, b Fügeteile c, c1 Klebefläche c2, c3 Laschen

a, b Fügeteile c Klebefläche an den Zinkenflanken l Zinkenlänge p Zinkenteilung g Zinkengrund bt Breite des Zinkengrundes lt Zinkenspiel s Zinkenspitze x Symmetrieachse des Zinkens

338

XII Verbindungen

4.6 Konstruktive Standardlösungen für geklebte Verbindungen im Holzbau & DIN EN 1995-1-1/NA,NCI NA 11.3

49 Universal-Keilzinkenverbindung bei einer Rahmenecke: diagonaler Stoß zur Verringerung der Querbeanspruchung des Holzes infolge Biegezugund Biegedruckspannungen dank des günstigeren Winkels zwischen Faserverläufen, verglichen mit stumpfem rechtwinkligen Stoß. 50 Weitere Verringerung der Querbeanspruchung durch doppelte Keilzinkenverbindung. Das so entstehende Zwischentück muss mit seinem Faserverlauf rechtwinklig zur Winkelhalbierenden zwischen den beiden Klebungen orientiert sein. Dadurch weitere Verkleinerung des Winkels zwischen Faserverläufen.

51 Ausführung des Zwischenstücks zwischen den Stößen als Buchenfurnierschichtholz mit Faserverlauf wiederum wie in  50. 52 Günstigste Ausführung mit gekrümmtem Zwischenstück. Die Kraftleitung erfolgt hier kontinuierlich stets entlang der Faser. Beidseits der Keilzinkenverbindung sind die Faserverläufe parallel.

Konstruktive Knoten durch Klebung werden im modernen Holzbau mithilfe von Universal-Keilzinkenverbindungen realisiert. Es handelt sich um reine Werksverbindungen. Die Anschlusskanten vorab zusammengeklebter BSH-Einzelteile werden zinkenförmig gefräst und miteinander verleimt. Typische Baispiele für diese Art von Verbindungen sind Rahmenecken ( 49–52). Der Verlauf der Keilzinkenverbindung ist derart zu wählen, dass möglichst geringer Querdruck und Querzug im Holz entstehen. Dies sind Beanpruchungen, die sich aus dem rechtwinkligen Zusammentreffen zweier Bauteile (Rahmenriegel und Rahmenstiel), und somit ihrer Faserrichtungen, zueinander ergeben. Die diagonale Führung des Stoßes ( 49) reduziert diese Beanspruchungen im Vergleich zu einem stumpfen Stoß. Weiter lassen sich Querbeanspruchungen des Holzes durch eine doppelte schräge Keilzinkenverbindung reduzieren ( 50), da sich der Winkel der in der Stoßfuge aufeinandertreffenden Fasern im Vergleich mit der vorigen Lösung deutlich reduziert. Das so entstehende, stark beanspruchte Zwischenstück lässt sich als Buchenfurnierschichtholz mit höherer Festigkeit ausführen ( 51). Den günstigen Kraftfluss erzielt man bei gerundeter Laminierung des Zwischenstücks und stirnseitig anschließendem Rahmenstiel und -riegel ( 52).

8 Fügen durch Stoffvereinigen

339

Starr durch eine Klebeverbindung zusammengesetzte Bauteile sind (2 53):

4.7

Zusammengesetzte Bauteile & DIN EN 1993-1-1, 9.1

• geklebte Biegestäbe mit schmalen Stegen; • geklebte Tafelelemente; • geklebte Druckstäbe; Verschiedene Beispiele für industriell vorgefertigte, durch Klebung zusammengesetzte Holzbauteile finden sich in Kapitel V-2.

q k

q k

hw

hw

☞ Band 1, Kap. V-2, Abschn. 6. Zusammengesetzte Querschnitte, S. 404 ff bef

hw

k q

1

2

3

53 Mittels Klebung zusammengesetzte Bauteile: 1 Träger mit I-Profil, 2 Träger mit Kastenprofil, 3 Tafelelement.

k Klebung bef im Verbund mit der Rippe q wirksame Beplankungsbreite Vollholz- oder BSH-Querschnitt q hw Holzwerkstoffplatte

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12 13

Petersen Ch (1994) Stahlhochbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten, S. 442ff Ebda. S. 443 Schneider, K J (Hg) (2004) Bautabellen für Architekten, 8-64 Beitz W, Grote K-H (Hg) (2001) Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, S. G 10 Petersen Ch (1994), S. 449; Beitz W, Grote K-H (2001), S. G8f; Köhler, Rögnitz Fertigungsgerechtes Gestalten von Werkstücken, S. 39 f Kindmann R, Stracke M (2010) Verbindungen im Stahl- und Verbundbau, S. 151 ff Eine ausführliche Darstellung ist in Petersen Ch (1994), S. 450 ff zu finden. VDI 2229, 2.; Beitz W, Grote K-H (2001), S. G25  f Petersen Ch (1994), S. 575 Orientativ; nach der zurückgezogenen Norm VDI 2229 Kolb H Leimbauweisen, in von Halász R, Scheer C (Hg) (1986) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1, S. 120 Kolb H (1986), S. 124 Ebda. S. 133  f

Anmerkungen

bef

340

XII Verbindungen



Normen und Richtlinien

DIN 301: 2013-12 Klebstoffe, Phenoplaste und Aminoplaste, für tragende Holzbauteile – Klassifizierung und Leistungsanforderungen DIN 923: 2012-06 Flachkopfschrauben mit Schlitz und Ansatz DIN 1052 Herstellung und Ausführung von Holzbauwerken Teil 10: 2012-06 Ergänzende Bestimmungen DIN 1910-3 Schweißen und verwandte Prozesse Teil 3: 1977-09 Schweißen von Kunststoffen – Verfahren Teil 11: 1979-02 Werkstoffbedingte Begriffe für Metallschweißen Teil 100: 2008-02 Metallschweißprozesse DIN 1910-100: 2008-02 Schweißen und verwandte Prozesse – Begriffe DIN 2304 Klebtechnik – Qualitätsanforderungen an Klebprozesse Teil 1: 2016-03 Prozesskette Kleben DIN 8593: 2003-09 Fertigungsverfahren Fügen DIN 54455: 2016-09 Prüfung von Metallklebstoffen und Metallklebungen – Torsionsscher-Versuch DIN 54461: 2005-12 Strukturklebstoffe – Prüfung von Klebverbindungen – Biegeschälversuch DIN 68141: 2016-12 Holzklebstoffe – Bestimmung der offenen Antrockenzeit und Beurteilung der Benetzung und Streichbarkeit DIN 68601: 2002-09 Holz-Klebverbindungen – Begriffe DIN EN 204: 2016-11 Klassifizierung von thermoplastischen Holzklebstoffe für nichttragende Anwendungen DIN EN 205: 2016-12 Klebstoffe – Holzklebstoffe für nichttragende Anwendungen – Bestimmung der Klebfestigkeit von Längsklebungen im Zugversuch DIN EN 301: 2018-01 Klebstoffe, Phenoplaste und Aminoplaste, für tragende Holzbauteile – Klassifizierung und Leistungsanforderungen DIN EN 302 Klebstoffe für tragende Holzbauteiele – Prüfverfahren Teil 1: 2013-06 Bestimmung der Längszugscherfestigkeit Teil 2: 2017-11 Bestimmung der Delaminierungsbeständigkeit Teil 3: 2017-11 Bestimmung des Einflusses von säureschädigung der Holzfasern durch Temperatur- und Feuchetzyklen auf die querzugfestigkeit Teil 4: 2013-06 Bestimmung des Einflusses von Holzschwindung auf die Scherfestigkeit Teil 5: 2013-06 Bestimmung der maximalen Wartezeit bei Referenzbedingungen Teil 6: 2013-06 Bestimmung der Mindestpresszeit bei Referenzbedingungen Teil 7: 2013-06 Bestimmung der Gebrauchsdauer bei Referenzbedingungen Teil 8: 2017-05 Statische Belastungsprüfung an Prüfkörpern mit mehreren Klebfugen bei Druck-Scherbeanspruchung DIN EN 542: 2003-08 Klebstoffe – Bestimmung der Dichte DIN EN 923: 2016-03 Klebstoffe – Benennungen und Definitionen DIN EN 1464: 2010-06 Klebstoffe – Bestimmung des Schälwiderstandes von Klebungen – Rollenschälversuch DIN EN 1910: 1977-09 Schweißen; Schweißen von Kunststoffen, Verfahren DIN EN 1993 Eurocode 3 Bemessung und Konstruktion von

8 Fügen durch Stoffvereinigen

Stahlbauten Teil 1-1: 2010-12: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau Teil 1-1/A1: 2014-07 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau – Änderung 1 Teil 1-1/NA: 2018-12 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau – Nationaler Anhang Teil 1-8: 2010-12 Bemesung von Anschlüssen DIN EN 1995 1-1 NA: 2013-08 Nationaler Anhang, Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten DIN EN 6947: 2011-08 Schweißen und verwandte Prozesse – Schweißpositionen DIN EN 10025: 2011-04 Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen DIN EN 13887: 2003-11 Strukturklebstoffe – Leitlinien für die Oberflächenvorbehandlung von Metallen und Kunststoffen vor dem Kleben DIN EN 14080: 2013-09 Holzbauwerke – Brettschichtholz und Balkenschichtholz – Anforderungen DIN EN 14610: 2004-11 Schweißen und verwandte Prozesse – Begriffe für Metallschweißprozesse DIN EN 15497: 2014-07 Keilgezinktes Vollholz für tragende Zwecke – Leistungsanforderungen und Mindestanforderungen an die Herstellung DIN EN ISO 4063: 2011-03 Schweißen und verwandte Prozesse – Liste der Prozesse und Ordnungsnummern DIN EN ISO 9692 Schweißen und verwandte Prozesse – Arten der Schweißnahtvorbereitung Teil 1: 2013-12 Lichtbogenhandschweißen, Schutzgasschweißen, Gasschweißen, WIG-Schweißen und Strahlschweißen von Stählen Teil 2: 1999-09 Unterpulverschweißen Teil 3: 2016-11 Metall-Inertgasschweißen und Wolfram-Inertgasschweißen von Aluminium und Aluminiumlegierungen Teil 4: 20032-10 Plattierte Stähle DIN EN ISO 6947: 2011-08 Schweißen und verwandte Prozesse –Schweißpositionen DIN EN ISO 6947: 2018-04 (Entwurf) Schweißen und verwandte Prozesse –Schweißpositionen DIN EN ISO 13918: 2016-10 Schweißen – Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen DIN EN ISO 13918/A1: 2018-12 (Entwurf) Schweißen – Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen – Änderung 1 DIN EN ISO 14555: 2017-10 Schweißen – Lichtbogenbolzenschweißen von metallischen Werkstoffen DIN EN ISO 22553: 2014-04 Schweißen und verwandte Prozesse – Symbolische Darstellung in Zeichnungen – Schweißverbindungen DA-St 009: 2008-05 Stahlsortenauswahl für geschweißte Stahlbauten

341

XIII ÄUSSERE HÜLLEN

1. Klassifikationen von äußeren Hüllen......................... 344 1.1 Unterscheidung zwischen massiver und leichter Hüllkonstruktion – eine hierarchisch lastbezogene Klassifikation............................... 344 1.2 Klassifikation gemäß bauphysikalischer Beanspruchung aus der Lage am Gebäude...... 345 1.3 Klassifikation gemäß Werkstoff........................ 346 1.4 Morphologisch-strukturelle Klassifikation......... 347 1.5 Gewählte Klassifikation von Gebäudehüllen..... 347 2. Baugeschichtliche Entwicklung von Gebäudehüllen................................................... 355 3. Räumliche Koordination von Primärtragwerk und äußerer Hülle...................................................... 356 4. Dach und Wand......................................................... 358 5. Dach.......................................................................... 360 5.1 Prinzipien der Abführung des Regenwassers... 360 5.2 Geneigtes Dach................................................. 360 5.2.1 Ableitung des Regenwassers...................362 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte.............362 5.2.3 Entwurfliche Gesichtspunkte....................368 5.2.4 Dachdeckung............................................370 5.2.5 Primärtragwerk.........................................372 5.3 Flaches Dach......................................................374 5.3.1 Primärtragwerk.........................................376 5.3.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte.............376 Normen und Richtlinien..................................................378

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019 J. L. Moro, Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0_3

344

XIII Äußere Hüllen

1.

Klassifikationen von äußeren Hüllen

1.1

Unterscheidung zwischen massiver und leichter Hüllkonstruktion – eine hierarchisch-lastbezogene Klassifikation

☞ Band 1, Kap. IV-6 Abschn. 11. Kennwerte, S. 301

☞ Eine grundsätzliche Unterteilung von Hüllen nach morphologischen Gesichtspunkten findet sich in Band 2, Kap. VIII, Abschn. 1.2 Grundstrukturen von Hüllen, S. 119.

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 1.2 Grundstrukturen von Hüllen, S. 119

Die Unterscheidung zwischen massiver und leichter Hüllkonstruktion gehört zum Standardrepertoire der Baufachsprache. Hierzu sind einige Anmerkungen zu machen. Die Merkmale massiv und leicht scheinen sich zunächst auf die Art des verwendeten Materials, also auf dessen spezifisches Eigengewicht oder Rohdichte, zu beziehen. Demnach werden Wandbauweisen in Ziegelmauerwerk herkömmlicherweise als massive, Holzbauweisen im Regelfall als leichte Hüllkonstruktionen bezeichnet. Auch Stahlkonstruktionen gelten als leicht, obgleich die Rohdichte von Stahl deutlich höher ist als die von Beton. Dieser Sprachgebrauch erklärt sich vielmehr aus dem vergleichsweise geringen Gesamtgewicht des Stahltragwerks, eine Folge der hohen Festigkeit und Steifigkeit von Stahl und der daraus folgenden Schlankheit der Tragglieder. Auch wenn dies eine legitime und manchmal brauchbare Unterscheidung sein mag, so ist mit den Begriffen der massiven und leichten und Hülle dennoch im Grunde eine andersartige Kategorisierung gemeint, und zwar in: • Hüllkonstruktionen, die gleichzeitig Bestandteil des Primärtragwerks sind, also tragenden Charakter haben. Dies soll eigentlich mit dem Begriff der massiven Hülle zum Ausdruck kommen. Es handelt sich dabei in morphologischer Hinsicht in den meisten Fällen um Schalensysteme. Vereinzelt sind in dieser Kategorie auch Mehrschichtverbund- oder Rippensysteme zu finden. Auch Membransysteme gehören – paradoxerweise – zur Kategorie der Hüllen, die primäre tragende Aufgaben wahrnehmen. • Hüllkonstruktionen, die ein Teil des Sekundärtragwerks sind, folglich nichttragenden Charakter haben. Für diese Art von Konstruktion steht herkömmlicherweise der Begriff leichte Hülle. Dies sind in den meisten Fällen aus morphologischer Sicht Rippensysteme. Gelegentlich treten aber auch Schalen- und Mehrschichtverbundsysteme auf. Wiederum erscheinen auch in dieser Gruppe Membransysteme. Beide Kategorien sind zwar im Regelfall jeweils mit schwerem und leichtem Material verbunden, aber nicht immer. Es erscheint deshalb zweckmäßiger, nicht die Rohdichte oder das Gesamtgewicht als entscheidendes Unterscheidungsmerkmal zu wählen, sondern das hierarchischlastbezogene Merkmal der: • planmäßig hohen Belastung der Hülle, die zum Primärtragwerk gehört, oder der: • nur leichten Belastung der Hülle, die Teil des Sekundärtragwerks ist, und ihrerseits am oder auf dem Primärtragwerk gelagert ist.

1 Grundsätzliches

345

Aus diesem Grund soll im Folgenden von • Hüllen mit primärer Tragfunktion, oder von • Hüllen mit sekundärer Tragfunktion die Rede sein. Wo aus Gründen des Kontexts dennoch die Begriffe der massiven und leichten Hülle verwendet werden, wie beispielsweise bei entwicklungsgeschichtlichen Überlegungen, sind im Wesentlichen diese beiden Kategorien gemeint. Hinsichtlich der unterschiedlichen bauphysikalischen – wie im Übrigen auch statischen – Beanspruchung der Hüllbauteile lässt sich zunächst die fundamentale Unterscheidung treffen zwischen

Klassifikation gemäß bauphysikalischer Beanspruchung aus der Lage am Gebäude

• erdberührten Hüllbauteilen und • nicht erdberührten oder aufgehenden Hüllbauteilen, welche sich aus der jeweiligen spezifischen bauphysikalischen, insbesondere hygrischen und thermohygrischen Beanspruchung aus der jeweiligen Lage am Gebäude herleitet. Näheres hierzu findet sich in Kapitel VI-1. Die damit zusammenhängenden, jeweils deutlich divergierenden Anforderungen an die Hülle führen im Allgemeinen zu spezifischen konstruktiven Lösungen und funktionalen Schichtenaufbauten, die für die jeweilige Kategorie kennzeichnend und nicht ohne Weiteres auf die jeweils andere übertragbar sind. Ähnlich wie auch die Unterscheidung zwischen massiver und leichter Hülle ist die überlieferte Gliederung in

☞ Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4. Die elementaren Teilfunktionen von Hüllbauteilen im Gebäudezusammenhang, S. 481 ff ☞ 4. Dach und Wand, S. 358 ff ☞ Abschn. 1.1

• Wände und • Dächer mit ihren zugehörigen herkömmlichen Standardkonstruktionen bei gewissen Bauweisen nicht immer im strikten Sinn anwendbar. Dies betrifft einige, die heute dem Stand der Technik entsprechen, wie etwa die Sandwichbauweise, oder auch beispielsweise Verglasungen (Fassaden-, aber auch Dachverglasungen). Die Abgrenzung zwischen Dach und Wand, im traditionellen Bauen scharf und deutlich ablesbar, lässt sich im modernen Bauen manchmal nicht klar ziehen. Das Argument, die Differenzierung Dach/Wand sei eine eher traditionell-historische Kategorisierung, die durch die Einführung moderner Bautechnik weitgehend hinfällig wurde, ist nicht ganz von der Hand zu weisen. Dies darf indessen nicht dazu verleiten, die unterschiedliche Witterungsbeanspruchung zwischen senkrechten und beispielsweise geneigten, umso mehr waagrechten Flächen zu ignorieren. Sie ist faktisch vorhanden, ist aber

☞ Abschn. 4. Dach, Wand, S. 358 ff

1.2

346

XIII Äußere Hüllen

☞ Abschn. 1.1, S. 344

1.3

Klassifikation gemäß Werkstoff

ein gradueller Faktor, der keine scharfen Grenzziehungen erlaubt, und kann, ähnlich wie die Tragfunktion, hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus der Hülle im engeren Sinn nicht als verlässliches und aussagekräftiges Unterscheidungsmerkmal gelten. Auch die Unterteilung in Hüllen aus verschiedenen Werkstoffen wie • Stein, • Beton, • Holz, • Metallen, • Kunststoffen, • Glas ist im Bauwesen üblich. Die enge Korrespondenz zwischen Werkstoff und Konstruktion ist zwar aus Perspektive der Verfasser unstrittig, doch haben insbesondere die industriellen Herstellungstechniken zu einem gewissen Verschwimmen der Grenzen geführt. Der beteiligte Werkstoff lässt infolgedessen wiederum keine wirklich zuverlässige Aussage zur konstruktiven Natur der aus ihnen bestehenden Hüllkonstruktionen zu. Es lassen sich lediglich verhältnismäßig unscharfe Aussagen treffen.

☞ Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.2 vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton, S. 910 ff

• Hüllen aus Stein und Beton sind zwar auch heute zumeist Schalensysteme, aber eine Dachkonstruktion aus Hohlplatten ist beispielsweise bereits eine Übergangsform zu Rippensystemen. • Der Werkstoff Holz ist naturgemäß eng mit Rippensystemen verknüpft, doch tritt es auch in Form von Schalensystemen auf wie beispielsweise bei Massivholzbauweisen. • Hüllen aus Metallen treten häufig in Form von Rippensystemen auf, doch finden Metalle auch in Mehrschichtverbundsystemen wie bei Sandwichbauweisen Anwendung.

☞ Abschn. 1.1, S. 344

Andererseits lassen sich beispielsweise Rippensysteme in allen aufgelisteten Werkstoffen – vielleicht mit Ausnahme von Stein – sinnvoll realisieren. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass auch die Klassifikation massiv/leicht keine eindeutige Zuordnung der jeweiligen Werkstoffe erlaubt.

1 Grundsätzliches

Bei diesem Unterscheidungskriterium wird der strukturelle bzw. konstruktive Aufbau des Gesamtbauteils, inklusive all seiner Schichten oder Bestandteile, herangezogen. Somit werden keine marginalen bzw. kontingenten Merkmale betrachtet, sondern die eigentliche konstruktive Gestalt oder Morphologie der Bauteile. Nach diesem Ordnungsmerkmal lassen sich Hüllen in die folgende Gruppen aufteilen:

347

Morphologisch-strukturelle Klassifikation

1.4

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 1.2 Grundstrukturen von Hüllen, S. 119

• Schalensysteme, jeweils einfach oder doppelt; • Mehrschichtverbundsysteme; • Rippensysteme; • punktgehaltene Hüllen; • Membransysteme. Jede einzelne dieser Gruppen kann im Sinn der Unterteilung nach hierarchisch-lastbezogenen Kriterien, neben der eigentlichen Hüllfunktion, sowohl primäre als auch sekundäre Tragfunktion übernehmen, also im herkömmlichen Sinn tragenden wie auch nichttragenden Charakter haben. Dennoch lässt sich – zumindest auf Wandbauteile bezogen – behaupten, dass Schalensysteme zumeist primäre Tragfunktion, Schalenersatz- und Rippensysteme zumeist eine sekundäre Tragfunktion übernehmen. Membran­systeme sind nicht eindeutig einer einzigen Gruppe zuzuordnen. Auch hinsichtlich der bauphysikalischen Beanspruchung lässt sich festhalten, dass die überwiegende Mehrzahl der erdberührten Bauteile Schalensysteme sind, während die aufgehenden Hüllbauteile in Form aller besprochenen Varianten auftreten können. Hinsichtlich des Werkstoffs lässt sich grob feststellen, dass die mineralischen Werkstoffe (Stein, Beton) vorzugsweise in Schalensystemen, die anderen Werkstoffe vorzugsweise in den restlichen Varianten auftreten. Wenngleich die herkömmliche Untergliederung in: • massive Hüllen und • leichte Hüllen, die man, wie oben ausgeführt, durch die Begriffe der primären und sekundären Tragfunktion stärker präzisieren kann, sowie auch diejenige in: • Wände und • Dächer

☞ Abschn. 1.1, S. 344

☞ wiederum Abschn. 1.1, S. 344 ☞ Abschn. 1.2, S. 345

☞ Abschn. 1.3

Gewählte Klassifikation von Gebäudehüllen

1.5

348

XIII Äußere Hüllen

☞ nach Abschnitt 1.4, S. 347

und auch die Klassifikation nach Werkstoffen in bestimmten Zusammenhängen nach wie vor gute Dienste leisten, erscheint es von einer umfassenderen Perspektive aus dennoch aus pragmatischen Gründen angebrachter, zu einer morphologisch-strukturellen Klassifizierung überzugehen. Diese erscheint dem Verständnis des zugrundeliegenden Konstruktionsprinzips bzw. der konstruktiven Morphologie dienlicher und erlaubt gleichzeitig, fundamentale Dilemmata zu umgehen, nämlich dass • die Existenz oder Nichtexistenz einer Tragfunktion oftmals nur eine graduelle Unterscheidung darstellt und deshalb kein wirklich aussagekräftiges Unterscheidungskriterium liefert; • die bauphysikalische Beanspruchung aus der Lage am Gebäude zumindest im Bereich der aufgehenden, nicht erdberührten Bauteile ebenfalls keine klaren qualitativen Grenzziehungen erlaubt; • der Werkstoff keiner spezifischen Bauart eindeutig zugeordnet werden kann

☞ nach Abschnitt 1.4, S. 347

und diese drei Kriterien folglich von sich aus keinerlei Rückschlüsse auf den konstruktiven Aufbau der Hülle erlauben. Aus diesem Grund werden die im Folgenden zu besprechenden Hüllkonstruktionen anhand ihres morphologischstrukturellen Aufbaus als primärem Ordnungsmerkmal unterschieden und für die Zwecke unserer Betrachtung entsprechend bezeichnet und unterglie-dert. Bild 2 3 gibt eine Übersicht über die im Folgenden zu untersuchenden Varianten von Gebäudehüllen, geordnet nach ihrem strukturellen Aufbau, analog zur Untergliederung der nachfolgenden Kapitel. Bild 2 4 gibt eine vergleichbare Übersicht, jedoch nach Gebäudeteilen, wie Außenwand, Dach, Zwischendecke etc., geordnet. Diese zweite Art der Gliederung entspricht einem herkömmlichen Suchweg und soll dem eher an klassiche Kategorien gewöhnten Leser den Zugriff auf Konstruktionen erleichtern. Beide Übersichten geben direkte Hinweise auf die Abschnitte, in denen die jeweiligen Varianten von Gebäudehüllen behandelt werden, inklusive Seitenzahlen, sodass ein rascher Zugriff auf zweierlei Suchwegen ermöglicht wird. Maßgeblich für die Einordnung einer bestimmten Hüllkonstruktion ist folglich nicht allein das tragende Hauptelement des konstruktiven Aufbaus, sondern die gesamte Hüllkonstruktion inklusive aller Bestandteile. Dazu gehören ggf. auch mit anderen, nicht lastbezogenen Funktionen belegte Elemente, wie beispielsweise Wetterschalen von Außenwänden. So wird beispielsweise zwischen einer einschaligen Außenwand, einer solchen mit addiertem äußerem Aufbau und einer zweischaligen unterschieden.

1 Grundsätzliches

349

Manche Elemente des konstruktiven Aufbaus eines Hüllbauteils treten bei mehreren Varianten des strukturellen Aufbaus in gleicher oder nur wenig abweichender Form auf. Dies gilt insbesondere für außenseitig, jenseits der tragenden Hauptkonstruktion addierte funktionale Aufbauten. So unterscheiden sich z. B. Dachaufbauten von Steildächern in Schalen- und Rippenbauweise nur unwesentlich voneinander. Gleiches gilt für Dachaufbauten von Flachdächern in diesen beiden Bauweisen. In ihren konstruktiven und bauphysikalischen Grundsätzen werden diese ggf. sich wiederholenden Bestandteile in gesonderten Kapiteln diskutiert. Im einzelnen konstruktiven Detail werden sie aus pragmatischen Gründen nur bei jeweils einer der Strukturvarianten behandelt; um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird bei allen anderen lediglich im Text darauf verwiesen. Dieser relative Nachteil wird zugunsten einer in jedem Einzelfall integralen, gesamtheitlichen Behandlung der kompletten Hüllkonstruktion bewusst inkaufgenommen. Wegen der deutlich abweichenden funktionalen Anforderungen an äußere und innere Hüllen, ein Umstand, der sich naturgemäß in dem jeweiligen konstruktiven Aufbau deutlich niederschlägt, werden die inneren Hüllen nicht in den Unterkapiteln der auf sie anwendbaren morphologischen Varianten diskutiert, sondern gesondert in Kapitel XIV. Einzelne tragende Konstruktionen sind sowohl für Außen- wie auch Innenhüllbauteile geeignet – hierzu zählen insbesondere solche für Flachdächer und Geschossdecken. Sie werden aber nur in einer der beiden Kategorien ausführlich behandelt, in der anderen wird auf letztere lediglich verwiesen. Dies wird, wie bei den oben angesprochenen addierten Aufbauten, zugunsten einer gesamtheitlichen Betrachtung des Hüllbauteils in Kauf genommen. Auf solche Doppelzuordnungen einzelner Konstruktionslösungen auf mehr als eine Strukturvariante wird im Text indessen jeweils ausdrücklich hingewiesen.

1 Massive tragende Außenwand (Schalensystem).

☞ beispielsweise Steil- und Flachdachaufbauten im folgenden Abschnitt 5. Dach, S. 360; oder tragende Bauteile in Band 2, Kap. IX-2 Typen, S. 260 ff

☞ Kap. XIV Innere Hüllen, S. 856 ff

2 Leichte nichttragende Außenwand (punktgehaltene Glashülle).

XIII Äußere Hüllen

Schalensysteme

350

erdberührte Hüllen einschalig, erdberührte Hüllen einschalig mit ☞ XIII-2, 9., S. 428 Aufbau, ☞ XIII-2, 5. bis 8., S. 404

Schalensysteme zweischalig mit Luftschicht, ☞ XIII-3, 3.2, S. 516

Schalensysteme einschalig mit Aufbau, ☞ XIII-3, 2.1, S. 458

flache Dächer einschalig, ☞ XIII-3, 1.2, S. 457

flache Dächer einschalig mit Aufbau, ☞ XIII-3, 2.3, S. 476

Mehrschichtverbundsysteme

Schalensysteme zweischalig, ☞ XIII-3, 3.1, S. 501

Schalensysteme einschalig ☞ XIII-3, 1.1, S. 434

geneigte Dächer mit addiertem Aufbau, ☞ XIII-3, 2.2, S. 470

Mehrschichtverbundsysteme, ☞ XIII-4, 2., 3., S. 529

Membransysteme

Öffnungen in Außenhüllen

geneigte Dächer einschalig, ☞ XIII-3, 1.2, S. 457

Öffnungen – Fenster, ☞ XIII-9, 2., S. 772

Öffnungen – Außentüren, ☞ XIII-9, 3., S. 838

Membranhüllen, ☞ XIII-8, 5., S. 754

3 Übersicht über die in Kap. XIII und XIV untersuchten Hüllenvarianten, geordnet nach strukturellen Merkmalen, mit Hinweisen auf die zugehörigen Abschnitte.

351

Rippensysteme

1 Grundsätzliches

flache Dächer mit getrenntem Hüllpaket, ☞ XIII-5, 3.3, S. 680

punktgehaltene Glashüllen

Rippensysteme mit integriertem Rippensysteme mit getrenntem flache Dächer mit integriertem Aufbau, ☞ XIII-5, 2.1, S. 554 Aufbau, ☞ XIII-5, 3.1, S. 626 Hüllpaket, ☞ XIII-5, 2.3, S. 622

punktgehaltene Glashüllen, ☞ XIII-6, 3., S. 706

Decken in Rippenbauweise, ☞ XIV-2, 6., S. 952

Öffnungen

Decken in Schalenbauweise, ☞ XIV-2, 5., S. 908

vertikale Raumabtrennungen

addierte Funktionselemente, ☞ XIII-7, 2., 3., S. 728

geneigte Dächer mit getrenntem Hüllpaket, ☞ XIII-5, 3.2, S. 666

horizontale Raumabtrennungen

addierte Funktionselemente

geneigte Dächer mit integriertem Hüllpaket, ☞ XIII-5, 2.2, S. 570

Trennwände einschalig, ☞ XIV-3, 2., S. 1006

Trennwände zweischalig, ☞ XIV-3, 3., S. 1023

Trennwände in Rippenbauweise, ☞ XIV-3, 4., S. 1029

Innentüren, ☞ XIV-4, 2., S. 1054

XIII Äußere Hüllen

Außenwände

352

Erdberührte Hüllen einschalig, Erdberührte Hüllen einschalig ☞ XIII-2, 9., S. 428 mit Aufbau, ☞ XIII-2, 5-8., S.404

Schalensysteme einschalig, ☞ XIII-3, 1.1, S. 434

Schalensysteme einschalig mit Aufbau, ☞ XIII-3, 2.1, S. 458

Rippensysteme mit integriertem Aufbau, ☞ XIII-5, 2.1, S. 554

Mehrschichtverbundsysteme, ☞ XIII-4, 2., 3., S. 529

Rippensysteme mit getrenntem Aufbau, ☞ XIII-5, 3.1, S. 626

Punktgehaltene Glashüllen, ☞ XIII-6, 3., S. 706

Addierte Funktionselemente, ☞ XIII-7, 2., 3., S. 728

Membransysteme

Schalensysteme zweischalig mit Luftschicht, ☞ XIII-3, 3.2, S. 516

Öffnungen in Außenhüllen

Schalensysteme zweischalig, ☞ XIII-3, 3.1, S. 501

Öffnungen – Fenster, ☞ XIII-9, 2., S. 772

Öffnungen – Außentüren, ☞ XIII-9, 3., S. 838

Membranhüllen, ☞ XIII-8, 5., S. 754

4 Übersicht über die in Kap. XIII und XIV untersuchten Hüllenvarianten, geordnet nach Gebäudeteilen, mit Hinweisen auf die zugehörigen Abschnitte.

353

Flachdächer

1 Grundsätzliches

Flache Dächer einschalig mit Aufbau, ☞ XIII-3, 2.3, S. 476

Flache Dächer mit integriertem Hüllpaket, ☞ XIII-5, 2.3, S. 622

Flache Dächer mit getrenntem Hüllpaket, ☞ XIII-5, 3.3, S. 680

Geneigte Dächer einschalig, ☞ XIII-3, 1.2, S. 457

Geneigte Dächer mit addiertem Geneigte Dächer mit integriertem Geneigte Dächer mit getrenntem Aufbau, ☞ XIII-3, 2.2, S. 470 Hüllpaket, ☞ XIII-5, 2.2, S. 570 Hüllpaket, ☞ XIII-5, 3.2, S. 666

Zwischendecken

geneigte Dächer

Flache Dächer einschalig, ☞ XIII-3, 1.2, S. 457

Trennwände zweischalig, ☞ XIV-3, 3., S. 1023

Trennwände in Rippenbauweise, ☞ XIV-3, 4., S. 1029

Öffnungen

Decken in Rippenbauweise, ☞ XIV-2, 6., S. 952

vertikale Raumabtrennungen

Decken in Schalenbauweise, ☞ XIV-2, 5., S. 908

Trennwände einschalig, ☞ XIV-3, 2., S. 1006

Innentüren, ☞ XIV-4, 2., S. 1054

354

2.

XIII Äußere Hüllen

Baugeschichtliche Entwicklung von Gebäudehüllen

☞ Band 4, Kap. 8., Abschn. 2. Wand- und Skelettbauweisen

Während bei Dächern – man kann sie umschreiben als geneigte oder flach überkopf gespannte äußere Hüllbauteile – stets sowohl Schalen- als auch Rippenkonstruktionen verwirklicht wurden, besitzt hingegen der Entwicklungsschritt der Fassade – also des senkrecht stehenden äußeren Hüllbauteils – von der traditionellen tragenden Mauer (2 5), in unserem Sinn einer Schalenkonstruktion mit primärer Tragfunktion, zur modernen leichten vorgehängten Fassade (2 6), zumeist einer Rippenkonstruktion mit sekundärer Tragfunktion, in der Entwicklungsgeschichte des zeitgenössischen Bauens eine außerordentlich große Bedeutung. Sie vollzieht sich naheliegenderweise parallel zur Abkehr von Scheibentragwerken und zur Einführung von Skeletttragwerken. Diese Neuerung erscheint nur deshalb als eine solche, weil sie aus der westlich-europäischen Perspektive wahrgenommen wird. In der Tat haben sich die herkömmlichen Bauweisen in unserem Kulturraum, und diese bestimmen sowohl Primär- als auch Sekundärtragwerk oder Hülle, fast immer ausschließlich an der konstruktiven Logik oder an den strukturellen Merkmalen der Schalensysteme orientiert. Auch dann, wenn die Schale in ein Stabwerk umgewandelt wird – wie beim historischen Holzständer- oder Bohlenbau oder dem Fachwerkbau –, behält sie dennoch ihren primären Charakter als tragendes, weitgehend homogenes Scheibenelement. Der Schritt zur konsequenten Trennung von Primär- und Sekundärtragwerk, also zum Skelettbau, und folgerichtigerweise auch zur Gebäudehülle in der Ausprägung als nichttragendes Rippensystem, wurde in der westlichen Bautradition erst Mitte des 19. Jh. durch die Chicago School vollzogen. Das bauliche Konzept wurde später in Europa und den Vereinigten Staaten weiterentwickelt. Anders die östliche Bautradition, die in Form des Holzbaus bereits seit langer Zeit den Skelettbau verwirklichte. Wesentlicher Bestandteil der Skelettbauweisen war naturgemäß die nichttragende Rippenhülle. Die Kenntnis japanischer und chinesischer Vorbilder war mit prägend für die Entwicklung der modernen Architektur und des zeitgenössischen Bauens im westlichen Kulturraum. Dieser qualitative Sprung hatte weitreichende Auswirkungen auf bautechnische Aspekte, aber auch auf die gesamte Konzeption von Gebäuden sowie auf den formalen Ausdruck derselben. Besonders große Bedeutung hat in diesem Zusammenhang die technische Weiterentwicklung von Glas, die parallel zu derjenigen der Skelettbauweisen stattfand. Da die Lasten, welche die moderne Rippenhülle zu tragen hat, nur gering sind, lässt sich auch das extrem brüchige Material Glas umfangreich einsetzen. Als Folge davon bot sich die Möglichkeit, Gebäudehüllen großflächig zu verglasen, ein bis dahin unvorstellbarer Gedanke im Bauwesen. Man machte fortan ausgiebig Gebrauch davon. Auch sozialpolitische Aspekte der gesellschaftlichen Offenheit von Gebäuden wurden – und werden – mit diesen neuen Bauweisen in Verbindung gebracht.

1 Grundsätzliches

Die Folgen dieses wahrhaft revolutionären Entwicklungssprungs wirken sich auch heute noch auf die Konstruktion, die Konzeption und das Erscheinungsbild von Gebäuden aus, auch wenn viele Einflüsse nicht immer deutlich erkennbar sind und sich manchmal unserer Aufmerksamkeit entziehen. Die Entwicklung der modernen Architektur und des zeitgenössischen Bauens, wie wir sie heute begreifen und praktizieren, ist ein gutes Beispiel für die engen Verflechtungen zwischen dem Entwurf und der Konstruktion, wie wir sie an anderer Stelle kommentiert haben.

355

☞ Band 1, Kap. I, Abschn. 3. Entwerfen und Konstruieren, S. 10 ff

5 Traditionelle Außenwand in Mauerwerk.

6 Moderne Außenwand aus Glas und Metall.

356

3.

XIII Äußere Hüllen

Räumliche Koordination von Primärtragwerk und äußerer Hülle

z y x

7 Spannrichtung von Hüllelementen horizontal zwischen Stützen, alternativ zu den rechts gezeigten Varianten.

Die Frage der relativen räumlichen Lagebeziehung von Hülle und Primärtragwerk stellt sich naturgemäß nur bei einer entsprechenden Trennung beider Teilsysteme, also bei Hüllen mit sekundärer Tragfunktion oder nichttragenden Hüllen, wie sie bei Skeletttragwerken auftreten. Sie kann sich prinzipiell bei allen betrachteten morphologischen Varianten, vom Schalen- bis zum Rippen- oder sogar Membransystem, stellen. Diese in ihren konstruktiven Auswirkungen schwerwiegende Festlegung, die bereits im planerischen Stadium getroffen wird, beeinflusst nicht allein die konstruktive Ausformung der Elemente beider Teilsysteme, sondern setzt gleichzeitig Vorgaben hinsichtlich des bauphysikalischen Verhaltens der Gesamtkonstruktion. Dies betrifft in erster Linie den Wärmeschutz, jedoch auch andere Funktionen wie den Schall- oder auch Brandschutz. Die in 2 8 tabellarisch dargestellten relativen Lagen von Primärtragwerk und Hülle sind auf einen konventionellen Geschossbau bezogen, doch lassen sich analoge Überlegungen auf jede erdenkliche Bauwerksgeometrie übertragen. Die Systematik ergibt sich unter Berücksichtigung denkbarer Lagen der horizontalen (Decken) sowie der vertikalen Teile (Stützen) des Tragwerks. Obgleich alle Varianten theoretisch möglich sind, besitzen sie dennoch nicht die gleiche bautechnische Bedeutung. Folgende Kombinationen weisen wesentliche Vorteile auf: • Hülle vor Stützen und Decken (1.1): Dies ist ein bautechnisch außerordentlich bedeutsamer Fall, der in den meisten baulichen Lösungen mit Trennung von Primärtragwerk und Hülle zum Einsatz kommt. Bauphysikalisch werden hierbei die günstigsten Verhältnisse geschaffen, da das Tragwerk vollständig eingehüllt ist. Üblicherweise werden die Hüllelemente an den Deckenkanten befestigt (Fall 1.1), sodass sie statisch gesehen zwischen diesen spannen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Geschosshöhe, gemessen am Stützenabstand, zumeist die kleinere Spannweite darstellt. Gleichermaßen ist aber auch die dazu orthogonale Spannrichtung möglich (wie in 2 5), wenn beispielsweise die Stützen enger beieinanderliegen oder sich dies aus andersartigen planerischen Überlegungen anbietet. Bei dieser Variante sind die Hüllelemente nur an den Stützen befestigt. • Deckenkanten vorkragend – Stützen zurückgesetzt (1.3): Auskragende Deckenkanten können in einem bestimmten Zusammenhang vorteilhaft sein, beispielsweise als Witterungsschutz, Brandschutz oder als Balkonfläche. Die Problematik der Wärmebrückenwirkung des durch die Hülle durchlaufenden Deckenquerschnitts wird bei der heute im Hochbau häufigsten Deckenkonstruktion, der Massivdecke, durch eine konstruktive thermische Trennung derselben im Bereich der Dämmebene der Hülle gelöst.

1 Grundsätzliches

357

Deckenkante zurückgesetzt

z x

z y x

1.1

z

Stütze bündig

Deckenkante vorkragend

z y

Stütze zurückgesetzt

y x

1.2

y

y

x

x

x

2.1

2.2

z

2.3

z

y

y

y

x

x

x

3.1

1.3

z

z y

z

Stütze hervorstehend

Deckenkante außen bündig

3.2

8 Systematische Übersicht möglicher relativer Lagen der Hülle bezüglich senkrechter sowie auch waagrechter Tragbauteile.

Die restlichen Varianten sind zwar technisch realisierbar und können in einem bestimmten Planungszusammenhang gewisse Vorteile bieten, sind aber wegen der Wärmebrückenwirkung mit entsprechend aufwendigen Zusatzmaßnahmen wie Verkleidungen u. Ä. verbunden.

3.3

358

XIII Äußere Hüllen

4. Dach und Wand

In Kapitel VIII sind verschiedene konstruktive Aufbauten von Hüllbauteilen unter Berücksichtigung der grundsätzlichen konstruktiven Gegebenheiten, die sich aus ihrem spezifischen konstruktiven Gefüge herleiten, diskutiert worden. Darüber hinaus wurden dort auch Besonderheiten aus der jeweiligen räumlichen Lage des Hüllbauteils besprochen. Sie bestimmt den Bezug des Flächenbauteils zur Wirkrichtung der Schwerkraft und zur Hauptbewitterungsrichtung, also zur Lotrechten. Je nach Lage des Hüllbauteils gegenüber der Lotrechten ergeben sich besondere Anforderungen an das Bauteil, ein Umstand, der zu einem spezifischen konstruktiven Aufbau führen kann, aber nicht muss. Aus unseren bisherigen Überlegungen lässt sich schließen, dass der konstruktive Aufbau eines Hüllbauteils nicht notwendigerweise eine direkte Folge seiner Lage im Gebäudezusammenhang ist, oder anders formuliert: dass Wand und Dach nicht per se jeweils anders konstruiert sein müssen, sondern dass der Aufbau eines Hüllbauteils sich sinnvollerweise aus der Bewertung der Gesamtheit der jeweils herrschenden Anforderungen und Randbedingungen ableitet. Aus dieser Perspektive kann es unter bestimmten Randbedingungen sinnvoll sein, das gleiche konstruktive Aufbauprinzip für eine Wand- und eine Dachfläche zu wählen (2 10). Diese These entspricht einem umfassenden funktionalen Ansatz im Gegensatz zum eher vordergründig merkmalsbezogenen, welcher auf der herkömmlichen Unterscheidung zwischen typischen Wand- und Dachkonstruktionen basiert (2 9). Dessen ungeachtet ist es dennoch notwendig, in den folgenden Abschnitten auf die Besonderheiten von Dach- und Wandbauteilen einzugehen und herkömmliche konstruktive Lösungen zu behandeln, nicht zuletzt deshalb, weil die gegenwärtige Bautechnik – mehr als man vermuten könnte – ihre historischen Wurzeln, beharrlicher als man oftmals annimmt, bewahrt und der Stand der Technik dies noch weitestgehend widerspiegelt.

☞ Band 1, Kap. VIII Aufbau von Hüllen, S. 118 ff

☞ Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4. Die elementaren Teilfunktionen von Hüllbauteilen im Gebäudezusammenhang, S. 481 ff

1 Grundsätzliches

359

9 Deutliche Differenzierung von Dach und Wand bei traditionellen Bauweisen (Arch.: Schmitthenner).

10 Moderne kontinuierliche Hülle ohne Differenzierung von Dach und Wand (Arch.: S. Holl).

360

XIII Äußere Hüllen

5. Dach

Man unterscheidet bei Dachkonstruktionen zwei unterschiedliche Prinzipien des Dichtens gegen Wasser (2 11):

5.1 Prinzipien der Abführung des Regenwassers & DIN 4108-3, 4.3.3.

& Allgemeine Angaben zur Dachentwässerung finden sich in DIN EN 12056-3 und DIN 1986-100.

✏ 2 % empfohlenes Mindestgefälle nach DIN 18531-1, 6.4

5.2 Geneigtes Dach

☞ Band 1, Kap. VI-3, Abschn. 3. Konstruktive Aufbauten hinsichtlich ihrer thermohygrischen Funktionsweise, S. 656 ff

☞ Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4. Die elementaren Teilfunktionen von Hüllbauteilen im Gebäudezusammenhang, S. 481 ff

• Prinzip des Ableitens; • Prinzip des Sperrens. Beim Prinzip des Ableitens von Niederschlagswasser mittels herkömmlicher geschuppter Dachdeckungen ist eine Wasserdichtheit der Dachfläche im Regelfall nicht gegeben; es genügt Regensicherheit, also die Fähigkeit, das Niederschlagswasser weitestgehend, wenn auch nicht vollständig, abzuhalten. Niederschlagswasser wird durch ein Gefälle so rasch wie möglich kontrolliert abgeführt. Je steiler das Gefälle, d. h. je größer die Fließgeschwindigkeit des Wassers, desto geringer werden die Anforderungen an die Regendichtheit ausfallen. Es liegt auf der Hand, dass geneigte Dächer ebendiesem Prinzip folgen. Im Gegensatz dazu setzt das Sperren von Niederschlagswasser mittels Abdichtungen eine uneingeschränkte Wasserdichtheit der Dachfläche voraus. Wegen der Wasserundurchlässigkeit der Dachfläche ist das rasche Abführen des Niederschlagswassers für Zwecke des Dichtens – anders als beim Ableiten – nicht unerlässlich. Wasser wird dennoch zumeist mittels flacher Gefälle von der Dachfläche kontrolliert abgeführt. Dies geschieht auch mit der Absicht, das Aufstauen des Wassers zu vermeiden, da sperrende Dächer wannenartig mit Randaufkantungen ausgebildet werden. Zu den sperrenden Dächern zählen die Flachdächer. Herkömmliche geneigte Dachkonstruktionen lassen sich hinsichtlich des zugrundeliegenden morphologischen Prinzips mit Außenwandkonstruktionen in Rippenbauweise oftmals weitestgehend gleichsetzen. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal gegenüber Außenwandkonstruktionen ergibt sich aus der besonderen Witterungbeanspruchung geneigter Dächer: das wetterzugewandte Schichtenpaket, das die Hauptaufgabe des Wetterschutzes übernimmt. Es kann fallweise auch das Durch- bzw. Belüftungsprinzip der Hüllkonstruktion von dem einer Außenwand abweichen. Es gibt Hüllkonstruktionen, die sowohl für Außenwände wie auch für Dächer geeignet sind. Die konstruktiven Unterschiede zwischen Außenwänden und Dächern leiten sich gewissermaßen entwicklungsgeschichtlich her: Traditionellerweise wurden geneigte Dächer mit schuppenartigen Ziegeloder ähnlichen Deckungen belegt (2 14), da kontinuierliche Oberflächen mit den nötigen Dichteigenschaften technisch nicht realisierbar waren. Schuppungen sind gegenüber der Witterung teildurchlässig und erfordern besondere Unterkonstruktionen, die imstande sind, der infolge der Neigung stärkeren Witterungsbeanspruchung zu widerstehen. Diese für Dachkonstruktionen so bezeichnende teildurchlässige außenliegende Wetterhaut oder -schale soll in ihrem Funk-

1 Grundsätzliches

361

11 Prinzipien der Abführung von Niederschlagswasser von Dachflächen: links Ableiten, rechts Sperren.

12 Flache und steil geneigte Dachformen in Abhängigkeit der klimatischen Verhältnisse.

14 Steinhäuser im Tessin. Schuppung durch flache Steinplatten aus Sedimentgestein.

13 Prinzip der Schuppung mit ebenen Teilen.

362

XIII Äußere Hüllen

tionsprinzip und Aufbau im Folgenden näher betrachtet werden. 5.2.1 Ableitung des Regenwassers

☞ Prinzip des Sperrens bei flachen Dächern, Abschn. 5.3, S. 374 ff

✏ Siehe das mitteleuropäische Sparrendach im Vergleich mit dem mediterranen Pfettendach.

Beim geneigten Dach wird Niederschlagswasser nach dem Prinzip des Ableitens abgeführt (2 11 links). Hierbei findet eine schnelle Ableitung des Niederschlagswassers nach außen infolge der Dachneigung statt. Dadurch vermindert sich die Beanspruchung der vielfältigen Fugen einer herkömmlichen Dachdeckung im Vergleich zu einer ebenen Fläche. Je größer die Regen- und Windbeanspruchung eines geneigten Dachs, desto größer sollte das Dachgefälle sein. Deshalb haben Klimaregionen mit starken Niederschlägen entwicklungsgeschichtlich Dachformen mit großen Neigungen, trockenere Gegenden hingegen solche mit kleineren Neigungen hervorgebracht (2 12). Von seinem dichttechnischen Funktionsprinzip her ist ein geneigtes Dach mit herkömmlicher Deckung als • regensicher, aber gleichzeitig als • nicht wasserdicht zu bezeichnen.

☞ Zu ein- und mehrstufigen Dichtprinzipien vgl. Band 1, Kap. VI-3, Abschn. 1. Die thermohygrischen Schutzfunktionen, S. 642 ff.

5.2.2

Bauphysikalische Gesichtspunkte

Die Schuppung der Dachdeckung, die mehrfache Überlappung von kleinen Teilen, kombiniert mit dem erforderlichen Gefälle (2 13, 14), stellt ein typisches Beispiel einer mehrstufigen Dichtung dar. Da Dachdeckungen in traditioneller Bautechnik zwangsläufig mit einem hohen Fugenanteil gefertigt werden mussten, war ein Dichten gegen Niederschlagswasser stets in mehreren Stufen erforderlich. Dies trifft im Wesentlichen auch auf moderne dachsteinoder dachplattengedeckte Ausführungen zu. Durch Fugen eingedrungenes Wasser wird aufgefangen (früher im nicht bewohnten Dachraum, heute von der Deckunterlage), sodass es, ohne Schaden anzurichten, kontrolliert abfließt bzw. verdunstet. Die 2 15 bis 17 zeigen die entwicklungsgeschichtliche Linie von einer primitiven Urhütte ohne funktional getrennte Belüftung bis zu einfachen geneigten Dachvarianten. Der Begriff der Belüftung ist in diesem Zusammenhang deutlich zu differenzieren: Bei der Urform der Hütte mit geneigtem Dach sorgte ein einziger Luftstrom für die Abführung verbrauchter Raumluft – auch von Rauch einer offener Feuerstelle im Innern – und von außen eingedrungener Feuchtigkeit. Es fand eine Kombination von Innenraumlüftung und bautechnisch wirksamer Durch- bzw. Unterlüftung der Konstruktion statt (2 15). Eine Trennung zwischen beiden Luftströmen war bereits beim traditionellen Haus mit nicht bewohntem Dachraum gegeben. Das durchlüftete, nicht zu Wohnzwecken genutzte, also nicht ausgebaute Dach war viele Jahrhunderte die Regel (2 16).

1 Grundsätzliches

363

A

B

L2

L1

L

15 Variante A: Luftführung in Urhütte mit Feuerstelle: Frischluftzufuhr, Entfeuchtung und Entrauchung durch einen einzigen Luftstrom L. Kombinierte Raumlüftung und Entfeuchtung der Konstruktion.

16 Variante B: Luftstrom L1 zur Innenraumlüftung und Luftstrom L2 in nicht ausgebautem Dachraum zum Zweck der Entfeuchtung. Getrennte Luftströme für Raumlüftung und Entfeuchtung der Konstruktion.

D

C WH

WH

UD L2

L1

17 Variante C: Luftstrom L1 zur Innenraumlüftung und Luftstrom L2 unter der Dachdeckung zum Zweck der Abführung von Feuchte aus dem Dämmpaket und aus Niederschlag. Es besteht die Gefahr einer Durchfeuchtung des Dämmpakets von außen. Abhilfe schafft die nächste Variante D (2 16). WH Wetterhaut (Dachdeckung).

L2

L1

18 Variante D: Luftstrom L1 zur Innenraumlüftung und Luftstrom L2 unter der Dachdeckung zum Zweck der Abführung von Feuchte aus Niederschlag. Über dem Dämmpaket wird eine Wassersperre in Form eines Unterdachs (UD) eingeführt, die das Dämmpaket zuverlässig vor Feuchte von außen schützt. Da keine Diffusion mehr vom Dämmpaket nach außen möglich ist, muss sichergestellt sein, dass keine Kondensation im Dämmpaket auftritt. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen nicht belüfteten Dachs mit belüfteter Dachdeckung.

364

XIII Äußere Hüllen

E

F WH

WH

UD UDK L2

L2

L3

L1

L1

19 Variante E: Luftführung wie bei Variante D. Über dem Dämmpaket wird eine regensichere, aber diffusionsoffene Unterdeckung (UDK) eingeführt, die eine teilweise Entfeuchtung des Dämmpakets erlaubt. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen nicht belüfteten Dachs mit Unterdeckung und belüfteter Dachdeckung.

20 Variante F: Luftstrom L1 zur Innenraumlüftung, Luftstrom L2 zur Abführung von Feuchte aus Niederschlag und Luftstrom L3 zum Zweck der Entfeuchtung des Dämmpakets. Zwischen L2 und L3 wasser- und diffusionsdichtes Unterdach UD. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen belüfteten Dachs mit Unterdach und belüfteter Dachdeckung. Die Bezeichnung belüftetes Dach leitet sich einzig aus der Existenz des Luftstroms L3 her.

H

G WH WH

USP

UD L2 L3

L1

21 Variante G: Durchlüftung wie in Variante F, 2 20. Zwischen L2 und L3 befindet sich indessen eine regensichere, aber diffusionsoffene Unterspannung USP. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen belüfteten Dachs mit Dachdeckung und Unterspannung.

L1

22 Variante H: Es findet keine Durchlüftung der Dachkonstruktion statt. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen nicht belüfteten Dachs mit nicht belüfteter Dachdeckung.

1 Grundsätzliches

365

WH

I

UL 1

UD

b

DP

WH UD

L3

a-a

z

WH

a

b y

UL 1

UD L1

a DP z

b-b

x

23 Variante I: Es findet eine Durchlüftung unterhalb des Unterdachs (UD) zur Abführung der Feuchte im Dämmpaket statt. Dies entspricht dem Aufbau eines modernen belüfteten Dachs mit nicht belüfteter Dachdeckung.

WH

UD

UL 1

a-a

UL 2

b

DP

WH

UL 1

a-a

z

WH a

24 Schematische Darstellung eines Dachaufbaus mit wasserund dampfdichtem Unterdach, ohne Belüftung des Dachs. Es herrscht eine hygrische Trennung zwischen Ober- und Unterseite des Unterdachs.

WH

b y

UL 1

USP

b

DP

z

a

b y

UL 1

USP

UD

UL 2

UL 2

a

UL 2

DP

z

a

DP

z

x

b-b

x

25 Aufbau wie in 2 24, jedoch mit Belüftung des Dachs. Es herrscht eine hygrische Trennung zwischen Ober- und Unterseite des Unterdachs.

WH Wetterhaut (Eindeckung) UL Unterlüftung UD Unterdach

UDK Unterdeckung USP Unterspannung DP Dämmpaket

b-b

26 Schematische Darstellung eines Dachaufbaus mit regensicherer Unterdeckung, Dach nicht belüftet.

Dampf Wasser

366

XIII Äußere Hüllen

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.6 Zusatzmaßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung, S. 578 ff

Mit zunehmender Verknappung von Wohnraum wurden die Dachgeschosse für Wohnzwecke genutzt (2 17). Heute werden Dachräume in den meisten Fällen ausgebaut, was dem Wirkprinzip des geneigten Dachs nicht entspricht, zum Aufreißen von Öffnungen in der Dachfläche zwingt und bestenfalls bedingt nutzbare Räume schafft. Die Varianten A, B und C in 2 15 bis 17 haben in der dargestellten Form heute indessen keine bautechnische Bedeutung. Dem aktuellen bautechnischen Stand entsprechen die Varianten in 2 18-23. Die dichttechnische Pufferfunktion des nicht ausgebauten Dachraums übernimmt bei modernen ausgebauten Dächern mit belüfteter Dachdeckung, wie wir sie im Folgenden als gegenwärtigen Standard voraussetzen, das Schichtenpaket über der Deckunterlage. Wesentlich ist der Luftraum zwischen Deckung/Lattung und der zusätzlichen Dichtschicht, also der Luftstrom L 2 . Spätestens an dieser Schicht muss Dichtheit herrschen, ansonsten dringt Feuchte in die Dämmschicht. Diese Sicherheitsschicht lässt sich ausführen als: • wasserdichtes oder regensicheres Unterdach (UD): im Regelfall eine vollwertige Abdichtung auf Schalung (2 24, 25); • regensichere Unterdeckung (UDK) aus Bahnen oder Platten (2 26); • oder in vereinfachter Form als (unterstützend) regensichere aber diffusionsoffene Unterspannung (USP), freispannend oder durchhängend, ohne Schalung als Unterlage (2 27).

✏ Nur im Holzbau wird gelegentlich eine diffusionsoffene Folie außenseitig als Feuchteschutz am Dämmpaket angeordnet, vgl. Kap. XII-5, Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände > Wetterschale, insbesondere 2 40, 41, S. 561. & Zum Begriff des belüfteten und nicht belüfteten Dachs sowie der belüfteten und nicht belüfteten Dachdeckung vgl. DIN 4108-3, 4.3.3.1. ☞ Zum thermohygrischen Verhalten von Dachaufbauten vgl. auch Band 1, Kap. VI- 3, Abschn. 3.12 Nicht belüftetes geneigtes Dach, S. 672 f, sowie Abschn. 3.13 Belüftetes geneigtes Dach, S. 674 f.

Die Dichtschicht unter der Dachdeckung – Unterdach, Unterdeckung oder Unterspannbahn –, die beim geneigten Dach die Funktion der Wetterschale übernimmt, ist eines der wenigen Unterscheidungsmerkmale des konstruktiven Aufbaus eines Dachs gegenüber dem einer stehenden Außenwand. Während bei letzterer eine wasser- und diffusionsdichte Haut an der Außenseite des Wandaufbaus vermieden wird, um ein Ausdiffundieren von Feuchte soweit wie möglich zu unterstützen, wird infolge der stärkeren Feuchtebelastung eines Dachs einer Sicherung gegen von außen eindringende Feuchte der Vorrang gegeben. Man sperrt von außen eintretende Feuchte und nimmt dabei in Kauf, dass keine Feuchte durch diese Haut nach außen ausdiffundieren kann. Es ist deshalb unbedingt sicherzustellen, dass kein Dampf von innen in die Konstruktion dringt, zumal dieser unter den gegebenen Voraussetzungen niemals nach außen ausdiffundieren kann. Dies setzt eine fachgerecht ausgeführte Dampfsperre oder zumindest eine Dampfbremse mit ausreichendem Diffusionswiderstand voraus. Dieses Konstruktionsprinzip (Variante D in 2 18) entspricht dem des modernen nicht belüfteten geneigten Dachs. Anstatt der wasser- und diffusionsdichten

1 Grundsätzliches

WH

367

UL 1

UDK

b

DP

D

a-a

D

z

a-a WH

a

y

UL 1

L KL

SB

z

OK Restaufbau

a L

b

b

BP

b

y

KL

UL 1

UL 1

UDK

a

SB OK

a

BP

Re s

tau

DP z

fba

u

z

b-b

x

27 Schematische Darstellung eines Dachaufbaus mit regensicherer, aber dampfdurchlässiger Unterspannung, Dach belüftet. Es herrscht eine Dampfdiffusion zwischen Ober- und Unterseite der Unterspannbahn.

D

b-b

x

SB

BP

28 Exemplarische Ausführung eines Aufbaus mit Ziegeldeckung oberhalb eines Unterdachs gemäß dem Prinzip in 2 24, 25 (Restaufbau darunter nicht dargestellt).

D

UL 1

L KL

b

USB

b

a-a

a-a

z

OK Restaufbau

D

y

a

D

b

z

OK Restaufbau

a L

y

b

KL SB UL 1

a

a

OK

OK

BP

Re s

tau

tau

fba

u

z

USB

Re s

fba

u

z

x

b-b

29 Exemplarische Ausführung eines Aufbaus mit Stehfalzblecheindeckung oberhalb eines Unterdachs gemäß dem Prinzip in 2 24, 25 (Restaufbau darunter nicht dargestellt), Dachdeckung in diesem Fall nicht belüftet.

x

b-b

30 Exemplarische Ausführung eines Aufbaus mit Ziegeldeckung oberhalb einer Unterspannbahn gemäß dem Prinzip in 2 27 (Restaufbau darunter nicht dargestellt). D Dachdeckung L Latte KL Konterlatte SB Sperrbahn BP Beplankung

368

XIII Äußere Hüllen

Sperrbahn eines Unterdachs lässt sich auch eine regensichere, aber diffusionsoffene Unterspannung einbauen, die ein teilweises Ausdiffundieren allfälliger Feuchte aus dem Dämmpaket erlaubt (Variante E in 2 19). Zur größeren Sicherheit gegen Dampfkondensation an der Unterseite des Unterdachs lässt sich eine zusätzliche Unter- oder Belüftung des Dämmpakets des Dachs vorsehen. Der darin entstehende Luftstrom L3 hat die Aufgabe, im Dämmpaket ggf. auftretende Feuchte nach außen abzuführen. Er erfüllt demnach eine andere Aufgabe als der Luftstrom L 2 und ist von diesem getrennt auszuführen. Dieses Prinzip entspricht dem des modernen belüfteten geneigten Dachs (2 20, Variante F). Wiederum kann das wasser- und diffusionsdichte Unterdach durch eine regensichere aber diffusionsoffene Unterspannung substituiert werden (2 21, Variante G). Belüftete und nicht belüftete Varianten von Dachaufbauten mit belüfteter Dachdeckung, jeweils mit Unterdach, Unterdeckung und Unterspannung, sind schematisch in 2 22 bis 25 dargestellt. Ferner sind grundsätzlich auch nicht belüftete Dachdeckungen realisierbar, sofern die Gefahr, dass Wasser in größeren Mengen von außen in die Konstruktion tritt, nicht besteht. Dies ist bei Dachdeckungen mit geringem Fugenanteil wie beispielsweise Stehfalzblechdeckungen der Fall (2 29). 5.2.3

Entwurfliche Gesichtspunkte

Die Notwendigkeit, eine gesondert gestaltete geneigte Überdeckungsfläche in Form eines Dachs zu schaffen, hat die architektonische Formgebung bei überlieferten Bautypen tiefgreifend beeinflusst. Die zunächst aus technischen Einschränkungen und Notwendigkeiten entsprungenen Dachformen sind im Lauf der Baugeschichte zu eigenständigen Form- und Stilelementen geworden, haben sich tief in die kollektive Erinnerung eingeprägt und charakterisieren gewissermaßen das Urbild des Hauses. Einige entwurfliche Folgen lassen sich folgendermaßen umreißen: • Dächer sind zumeist als eigenständige architektonische Gestaltelemente erkennbar und werden formal als solche behandelt (2 31). Dies äußert sich beispielsweise in der Anwendung anderer Materialien als bei Außenwänden – dies ist naturgemäß technisch gerechtfertigt – oder in der Randausbildung in Form über- oder vorstehender Traufen oder Ortgänge – dies ist ebenfalls technisch nachvollziehbar. • Bildung eines – vormals in der Regel nicht zu Aufenthaltszwecken genutzten – Dachraums (2 32). Traditionell wurden diese Räume entweder gar nicht oder zu untergeordneten Zwecken genutzt. Dieses Volumen wirkte als Pufferraum in thermischer wie auch dichttechnischer Hinsicht.

1 Grundsätzliches

369

31 Häuser der Toradja in Palawa, Indonesien.

32 Niedersächsischer Fachwerkgiebel. Dachräume waren traditionell nicht ständig bewohnt. In der Regel waren sie Nebennutzungen vorbehalten.

33 Eine regelmäßige Grundrissgeometrie ergibt einfache geneigte Dachformen mit wenigen Verschneidungen und Anschlüssen (oben), ganz im Gegenteil zu einer verwinkelten Grundrissgeometrie (unten).

34 Dichttechnisch aufwendige Dachverschneidungen durch Öffnungen in der Dachfläche, hier Gaube.

370

XIII Äußere Hüllen

& Künzel H M, Sedlbauer K (2001) Steildächer – feuchte- und wärmetechnische Ausbildung, in Bauphysik-Kalender (2001), Ernst & Sohn, Berlin

• Aus unserer heutigen Sicht lässt sich behaupten, dass bei geneigten Dächern ein vergleichsweise hoher konstruktiver Aufwand getrieben wird gemessen an der Aufgabe, gegen Niederschlagswasser zu dichten. Dieser Standpunkt wurde bereits von den Pionieren der klassischen Moderne vertreten, die das Flachdach – vielleicht damals etwas zu optimistisch – als die Dachform der Zukunft priesen. Auf etwas bescheidenerem Niveau sind indessen auch bei geneigten Dächern heute Bestrebungen erkennbar, die Konstruktion zu vereinfachen; so etwa beim Verzicht auf Belüftung des Dachs – also bei Ausbildung eines Warmdachs –, eine Lösung, die sich heute langsam als Standard etabliert. Eine weitere Antwort auf dieses Missverhältnis zwischen baulichem Aufwand und bauphysikalischer Wirkung ist die Praxis, Dachräume nicht wie ehedem lediglich als Speicher zu nutzen, sondern konsequent für Wohnzwecke auszubauen. Dass sich dann angesichts der technischen Möglichkeiten moderner Hüllkonstruktionen tatsächlich die Grundsatzfrage nach dem Sinn einer herkömmlichen geneigten Dachform stellt, sei hier nur am Rand angemerkt. • Kennzeichnend für geneigte Dachformen ist die grundsätzliche Schwierigkeit, Öffnungen einzuarbeiten (2 33). Hierin unterscheiden sich geneigte Dächer nicht wesentlich von gemauerten Außenwänden, bei denen zwar Öffnungen unverzichtbar sind, aber dennoch, vordergründig betrachtet, einen Schwachpunkt der Hülle darstellen und (folglich) – zumindest im klassischen Mauerwerksbau – strengen Einschränkungen hinsichtlich Form, Größe und Lage unterworfen sind. Insbesondere bei herkömmlichen geneigten Dachkonstruktionen sind Öffnungen im eigentlichen Sinn ein Notbehelf, der mit Sparrenauswechslungen und mehr oder weniger aufwendigen konstruktiven Anschlüssen verbunden ist. • Komplexere Grundrissgeometrien führen bei geneigten Dächern zu einer Vielzahl von Kehlen und Graten. Ein geneigtes Dach fordert deshalb in der Regel auch regelmäßige rechteckige Grundrisse, um Versprünge und Verschneidungen möglichst auf ein Minimum zu begrenzen (2 34).

5.2.4 Dachdeckung

☞ Zum Begriff und zum dichttechnischen Verhalten von offenen Fugen vgl. Kap. XI, Abschn. 4.1 Offene Fuge, S. 15 ff

Dachdeckungen bilden die der Witterung exponierte Wetterhaut von Dachaufbauten. Sie bestehen in der Regel aus sich schuppenartig überdeckenden, ebenen oder profilierten platten- oder tafelförmigen Deckelementen. Zwischen diesen entstehen teilweise offene Fugen. Unter ungünstigen Verhältnissen wie Treibregen, Flugschnee, Vereisungen oder Schneeablagerungen ist nicht auszuschließen, dass Feuchte die Dachdeckung durch diese Fugen durchdringt.

1 Grundsätzliches

371

35 Traditionelle Flachdachformen in Nordafrika.

36 Beispiele für Gefälleausbildungen beim Flachdach.

372

XIII Äußere Hüllen

✏ wie z. B. durch Anwendung großformatiger Tafeln, Platten als Deckungselemente ✏ wie beispielsweise durch Ausbildung von Falzfugen oder bei Stehfalzblechdeckung ☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.7 Dächer mit Deckung aus Dachziegeln oder Dachsteinen, S. 581 ff

5.2.5 Primärtragwerk

☞ Vgl. die Betrachtungen über angreifende Kräfte in Band 2, Kap. VIII, Abschn. 3. Doppelte Schalensysteme, S. 132 ff. ☞ Abschn. 5.3.1, S. 376

☞ Näheres hierzu findet sich in Kap. XIII-5, Abschn. 3.2 Geneigte Dächer, S. 666 ff.

☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.4 Geneigte ebene Überdeckung aus Stabscharen > Pfettendächer, S. 302 ff, > Binderdächer, S. 306 f, Abschn. 2.2.1 Geneigtes Dach aus Stabscharen > Sparrendächer, S. 308 f

Je flacher das Dach, desto gravierender stellt sich das Problem der weitgehend offenen Fugen der herkömmlichen Dachdeckung. Deshalb sind unterhalb gewisser Mindestdachneigungen bestimmte Dachdeckungen nicht mehr ausführbar. Bei extrem flachen Dachneigungen ist der Fugenanteil deutlich zu reduzieren, bzw. die Dichttechnik dieser Fugen zu ändern. Traditionelles Deckungsmaterial ist gebrannter Ton in Form des Dachziegels. Die einfachste Ausführung als ebene Platte (Biberschwanzziegel) erfordert eine dicht gepackte Deckung mehrerer Lagen gegeneinander versetzter Ziegel und eine verhältnismäßig große Neigung. In der weiteren Entwicklung entstanden verschiedene Formsteine, die eine erhöhte Fugendichtheit bieten. Sie funktionieren in den einfachsten Fällen durch Trennung von Fugenebene und wasserführender Ebene – durch Höherlegen und Abdeckung offener Fugen wie bei der Mönch- und Nonnendeckung –, oder wie bei moderneren, in der Regel industriell gefertigten Ziegeln, durch eine – zumeist mehrfache – Falzung der Ziegelfuge. Dank dieser dichttechnischen Verbesserung sind bei heutigen Falzziegeldächern auch verhältnismäßig geringe Neigungen realisierbar. Der konstruktive Aufbau von Wetterschalen, wie sie als Deckung auf geneigten Dächern in Erscheinung treten, ist bei diesen aufgrund der räumlichen Lage bezüglich der Lotrechten einer Schubbeanspruchung (Abgleiten) ausgesetzt. Diese macht eine Rückverankerung an der tragenden Konstruktion, also am Primärtragwerk, erforderlich. Dies gilt nicht für flache Dächer. Aus diesem Grund sind geneigte Dachflächen häufig als integrierte Hüll- und Tragpakete ausgebildet, bei denen einhüllende Konstruktion und tragendes Hauptgerippe (Sparren) dicht beieinanderliegen bzw. ineinander verschränkt sind, sodass die Hebelarme der Verankerung zwischen Außenhaut und Primärtragwerk klein gehalten werden. Erst in letzter Zeit haben sich auch Bedachungssysteme durchgesetzt, bei denen das Hüllpaket thermisch getrennt, oberhalb der tragenden Sparrenkonstruktion durchlaufend, als sogenannte Aufsparrendämmung ausgebildet ist. Diese Art von geneigten Dachkonstruktionen ähnelt in ihrem Aufbau den flachen Dächern und hat insbesondere bauphysikalische Vorzüge, da sie praktisch wärmebrückenfrei ist. Wie bei flachen Dächern auch, schafft das Tragwerk bei diesen Systemen eine durchgängige tragende Unterlage, auf der dann die erforderlichen Lagen schichtweise aufgebaut werden. Primärtragwerke von geneigten Dächern, also in herkömmlicher Bezeichnung Dachstühle, beeinflussen durch ihr übergeordnetes Tragsystem den eigentlichen konstruktiven Aufbau der Dachhülle nur eingeschränkt. Die herkömmlichen Kategorien von Dachtragwerken sind in ihrem Tragverhalten in Kapitel IX-2 beschrieben.

1 Grundsätzliches

38 Die innenliegenden Regenrohre sind beim Flachdach gegen Frost geschützt (Le Corbusier).

373

37 Gegenüberstellung von traditioneller Massivbauweise mit geneigtem Dach und Skelettbauweise mit Flachdach, Kompensation für die überbaute Grundfläche durch Dachgarten (Le Corbusier, Fünf Punkte einer neuen Architektur).

39 Terrassierte Wohnhäuser auf den Kykladen.

40 Gerichtetes Holztragwerk.

374

XIII Äußere Hüllen

Im Gegensatz zu den meisten geneigten Dächern, die dichttechnisch nach dem Prinzip des Ableitens funktionieren und nicht unbedingt wasserdicht ausgebildet sein müssen, folgen Flachdächer dem Prinzip des Sperrens (2 11 rechts). Sie sind nicht nur:

5.3 Flaches Dach

• regensicher, sondern auch: • wasserdicht.

& DIN 18531-1, 3.

Die Sperrfunktion wird technisch verwirklicht durch das Verschweißen von überlappenden mehrlagigen Folien zum Sperren, d. h. durch vollflächiges kontinuierliches Abdichten der Dachfläche. Man spricht, im Gegensatz zur Dachdeckung geneigter Dächer, von einer Dachabdichtung. Im Unterschied zum geneigten Dach erfolgt statt mehrstufigem ein einstufiges Dichten. Die Sperrbahn muss so ausgeführt sein, dass sie un-eingeschränkte Sicherheit bietet. Eine einzige Undichtheit in der Sperrschicht führt unweigerlich zu einem Bauschaden, der die gesamte Konstruktion – nicht nur lokal – in Mitleidenschaft zieht. Wegen des geringen oder sogar nicht vorhandenen Gefälles der Dachfläche, besteht beim Flachdach die Gefahr des Aufstauens des Niederschlagswassers. Zwecks Verringerung des Schadensrisikos muss die Wasserdichtheit folglich für den Notfall bis an eine festgelegte Oberkante garantiert sein. Charakteristisch für Flachdächer ist aus diesem Grund die Ausbildung einer Wanne mit den dazugehörigen Aufkantungen. Die Sperrebene wird hochgezogen und findet auf einer bestimmten Höhe ihren Abschluss. Aufkantungen sind auch als seitliche Fassung des Dachaufbaus – inklusive oberhalb der Sperrebene gelegener Schichten – erforderlich und, da Flachdächer oft begehbar sind, auch als Brüstung geeignet. Das Wasser wird in der Regel nicht am Dachrand, sondern an einem randfernen Punkt in der Dachfläche gesammelt und abgeführt (2 36). Die Ableitung des Wassers zu den Rändern hin (Rinnen) verkompliziert und gefährdet den ohnehin kritischen Randbereich (Aufkantung, Knick in der Abdichtung) unnötig. Zusätzlich erfolgt die Abführung von Niederschlagswasser konzentriert über Wasserspeier als Überlaufsicherung bei Verstopfung der Abläufe. Das Flachdach ermöglicht eine freie Grundrissgestaltung. Ein unregelmäßig, vielfach gebrochener Gebäudeumriss führt – anders als beim geneigten Dach – nicht zu einer Verkomplizierung der Dachkonstruktion. Dies war ein wichtiges Argument, das die Befürworter des flachen Dachs gegenüber den traditionellen geneigten Dachformen in der Pionierzeit des Neuen Bauens ins Feld führten. Auch die Nutzung der Dachfläche ist möglich, eine Art der Wiedererstattung des überbauten Bodens in Form eines Dachgartens (2 37).

1 Grundsätzliches

41 Sainsbury Centre (Arch.: N. Foster).

375

42 Sainsbury Centre, Detail des Übergangs von vertikaler zu horizontaler Hüllfläche.

43 Trägerrost, Nationalgalerie Berlin von Mies v. d. Rohe.

44 Platte (Le Corbusier; Dom-Ino-System).

376

XIII Äußere Hüllen

Entgegen der überlieferten Differenzierung zwischen Wand und Dach zeigen vereinzelte Beispiele auch bei Flachdächern kontinuierliche Gebäudehüllen, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Lage (z. B. Sainsbury Centre von Foster Ass., 2 41, 42) 5.3.1 Primärtragwerk

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.2 Einfache Schale mit einseitigem Aufbau ohne Unterkonstruktion, S. 122 ff, oder Abschn. 5.3.1 Rippensysteme mit leichtem Aufbau ohne Unterkonstruktion, S. 150 f

Im Zusammenhang mit dem konstruktiven Schichtenaufbau einer flachen Dachfläche spielt das Primärtragwerk dann eine maßgebliche Rolle, wenn es im flächenbildenden Hüllpaket integriert ist. Dies ist bei flachen Dächern eher selten der Fall, da bis auf wenige Ausnahmen das Schichtenpaket auf einer durch das Primärtragwerk geschaffenen ebenen Fläche durch einfaches Aufschichten sukzessiver Lagen geschaffen wird. Dabei werden diese dank ihrer horizontalen Lage vornehmlich durch Eigengewicht und Verklebung gehalten (Gravitations- und adhäsiver Kraftschluss), sodass – anders als bei Wänden oder geneigten Dächern – keinerlei Rückverankerungen mit mechanischen Verbindungsmitteln am Primärtragwerk erforderlich sind und somit auch keine Wärmebrücken entstehen. Es sind Ausführungen möglich als gerichtetes Tragwerk, beispielsweise • mehrlagiges hierarchisch gestuftes Tragwerk aus Stäben (Haupt-/Nebenträger), also ein einachsig gespanntes Rippensystem (2 42); oder als ungerichtetes: • Trägerrost aus zweiachsig gespannten, sich kreuzweise durchdringenden Stäben, also ein zweiachsig gespanntes Rippensystem (2 43); • Platte: Stahlbeton-Massivplatte oder Verbundkonstruktionen, also ein Schalensystem (2 44).

5.3.2

Bauphysikalische Gesichtspunkte

Der Unterscheidung zwischen den Dichtprinzipien des geneigten (Ableiten, mehrstufiges Dichten) und des flachen Daches (Sperren, einstufiges Dichten) stehen zwei unterschiedliche Belüftungsvarianten von Flachdächern gegenüber: • belüftete Dächer; • nicht belüftete Dächer. Die Belüftung ist als eine zusätzliche Sicherheit zu sehen (deshalb Mehrstufigkeit). Ihre Hauptfunktion liegt in der Abführung von ggf. eingedrungener Feuchte – sowohl durch Verdunstung wie auch durch Ableitung durch Abfließen im Hohlraum. Daneben kann sie in der Sommerzeit auch eine Kühlung der Dachfläche bewirken. Die Durchlüftung kann ihre bauphysikalische Wirksamkeit nur durch eine

1 Grundsätzliches

45 Luftbewegung durch Thermik infolge Temperaturgefälles.

377

46 Luftbewegung infolge Staudruckgefälles zwischen gegenüberliegenden Gebäudeseiten.

entsprechende Luftbewegung entfalten. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist, dass geeignete Be- und Entlüftungsöffnungen vorhanden sind, dass die Luftschicht also in geeigneter Weise mit dem Außenraum verbunden ist. Eine Luftbewegung innerhalb einer Baustruktur oder -konstruktion kann auf natürlichem Wege grundsätzlich durch zwei physikalische Effekte entstehen: • Thermik: infolge Temperaturunterschieden zwischen Luftmassen im Nahbereich des Bauwerks (2 45); • Querlüftung: infolge Staudruckunterschieden zwischen zwei gegenüberliegenden Gebäudeseiten (2 46). Die natürliche Thermik wird beim geneigten Dach besonders leicht durch die ohnehin planmäßig vorgesehene Neigung unterstützt, welche zum Zweck der Wasserableitung durch Schuppung ohnehin erforderlich ist. Sie beruht auf dem Effekt, dass Luft, sobald sie nach Eindringen in den – in unserer Klimazone wärmeren – Innenraum erwärmt wird, nach oben steigt. In oder an der geneigten Dachfläche kann sich ein derartiger physikalischer Effekt sehr gut in eine forcierte Luftbewegung umwandeln.

378

XIII Äußere Hüllen

Beim geneigten Dach sind keine übermäßigen baulichen Aufwendungen erforderlich, um eine Durchlüftung zu ermöglichen, weshalb geneigte Dächer traditionell immer durchlüftet waren und es grundsätzlich heute noch sind. Wegen der fehlenden Dachneigung stellt sich der Effekt der Thermik beim flachen Dach hingegen nicht ein. Eine Durch- oder Unterlüftung eines Flachdachs lässt sich auf natürlichem Weg lediglich durch Druckunterschiede zwischen zwei gegenüberliegenden Gebäudeseiten aktivieren. Dies stellt sich im Allgemeinen infolge Winddrucks ein. Die dadurch entstehende Luftbewegung ist allerdings bei vergleichbaren Querschnitten viel geringer als bei der Thermik des geneigten Dachs. Umgekehrt gilt, dass zum Zweck einer ausreichenden Belüftung von Flachdachkonstruktionen deutlich größere Lüftungsquerschnitte erforderlich sind als bei geneigten Dächern. Belüftete Flachdächer stellen in der Baupraxis aus diesem Grund eher die Ausnahme dar. Normen und Richtlinien

DIN 752: 2017-07 Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden – Kanalmanagement DIN 1986: Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke Teil 3: 2004-11 Regeln für Betrieb und Wartung Teil 4: 2019-08 Verwendungsbereiche von Abwasserrohren und -formstücken verschiedener Werkstoffe Teil 30: 2012-02 Instandhaltung Teil 100: 2016-12 Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 752 und DIN EN 12056 DIN 4108: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden Teil 2: 2013-02 Mindestanforderungen an den Wärmeschutz Teil 3: 2017-09 Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung Teil 4: 2017-03 Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte DIN 18531: 2016-06 Abdichtung von Dächern sowie von Balkonen, Loggien und Laubengängen Teil 1: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Anforderungen Teil 2: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer Teil 3: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Auswahl Teil 4: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Instandhaltung Teil 5: 2017-07 Balkone, Loggien und Laubengänge DIN EN 12056: Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden Teil 1: 2001-01 Allgemeine und Ausführungsanforderungen Teil 2: 2001-01 Schmutzwasseranlagen, Planung und Berechnung Teil 3: 2001-01 Dachentwässerung, Planung und Bemessung Teil 4: 2001-01 Abwasserhebeanlagen; Planung und Bemessung Teil 5: 2001-01 Installation und Prüfung, Anleitung für Betrieb, Wartung und Gebrauch

XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN AUFBAUPRINZIPIEN

AUSSENWÄNDE

einschalig

einschalig mit Aufbau

mit Abdichtung

aus WU-Beton

gemauert, ungedämmt

betoniert, ungedämmt betoniert, gedämmt

☞ 6., S. 416

☞ 9., S. 428

☞ 5.1.1, S. 405

☞ 5.1.1, S. 405

☞ 5.1.1, S. 405

BODENPLATTEN

einschalig

einschalig mit Aufbau

mit oberseitiger Abdichtung ☞ 5.1.2, S. 406

Dämmung oberseitig ☞ 5.1.2, S. 407 mit Abdichtung gegen drückendes Wasser ☞ 6., S. 416 Dämmung unterseitig aus WU-Beton (weiße Wanne) ☞ 9., S. 428

☞ 5.1.2, S. 407

1. Allgemeines.............................................................. 382 1.1 Einflussfaktoren................................................. 382 1.2 Bauwerksnutzung.............................................. 383 1.3 Beanspruchung durch Boden-, Oberflächen- und Hochwasser......................... 384 1.3.1 Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser (W1-E).......................384 1.3.2 Drückendes Wasser (W2-E)......................386 1.3.3 Nicht drückendes Wasser auf erdüberschütteten Decken (W3-E)............386 1.3.4 Spritzwasser am Wandsockel sowie Kapillarwasser in und unter erdberührten Wänden (W4-E)...................387 1.3.5 Oberflächenwasser...................................387 1.3.6 Andere Einwirkungen...............................387 2. Abdichtung – Grundlagen......................................... 388 2.1 Planerische Voraussetzungen........................... 388 2.2 Durchgängigkeit der Dichtfläche....................... 388 2.3 Übergang zu luftberührten Bauteilen................ 389 2.4 Untergrund........................................................ 390 2.5 Wärmeschutz.................................................... 390 2.6 Werkstoffe für Abdichtungen............................ 393 3. Dränung..................................................................... 396 3.1 Bestandteile...................................................... 396 3.2 Einsatzfälle........................................................ 396 3.3 Flächendränschichten....................................... 398 3.4 Dränleitungen.................................................... 400 4. Schutzschichten........................................................ 402 5. Abdichtung gegen nicht drückendes Bodenwasser (W1-E)................................................ 404 5.1 Idealtypischer Aufbau....................................... 404 5.1.1 Außenwände............................................405 5.1.2 Bodenplatten............................................406 5.2 Vertikale Abdichtung an erdberührten Außenwänden................................................... 406 5.3 Horizontales Abdichten von Bodenplatten....... 408 5.4 Erstellung eines Kellergeschosses vom Aushub bis zum Innenausbau............................ 411 6. Abdichten gegen Wasser unter hydrostatischem Druck (W2-E).................................416 6.1 Beanspruchungs- und Abdichtungsarten..........416 6.2 Ausführungsprinzipien........................................416 6.3 Idealtypischer Aufbau........................................419 6.3.1 Außenwand..............................................419 6.3.2 Bodenplatte..............................................420 6.4 Konstruktive Grundsätze der Ausführung von Außenhautabdichtungen.............................420 6.5 Abdichtungen gegen aufstauendes Sickerwasser und Grund- bzw. Hochwasser bis zu einer Eintauchtiefe von 3 m (W2.1-E)............................................... 422 6.6 Abdichtungen gegen drückendes Wasser bei einer Eintauchtiefe größer als 3 m (W2.2-E)......424 7. Abdichtungen von erdüberschütteten Decken (W3-E)..........................................................424 8. Wandsockel- und Querschnittsabdichtungen (W4-E).................................................425 8.1 Wandsockelabdichtung......................................425 8.2 Querschnittsabdichtung in oder unter erdberührten Außenwänden.....................426 9. Konstruktionen aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton).....................................................428 Anmerkungen................................................................. 430 Normen und Richtlinien................................................. 430

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

382

XIII Äußere Hüllen

1. Allgemeines

Erdberührte Hüllen sind, anders als Hüllen über Bodenniveau, Erddrücken und ggf. auch hydrostatischen Drücken sowie einer besonderen Feuchtebelastung ausgesetzt. Die sich daraus ableitenden Anforderungen haben spezifische konstruktive Lösungen hervorgebracht, die im Folgenden näher zu beleuchten sind. Im herkömmlichen Hochbau, wie er hier im Mittelpunkt der Betrachtung steht, sind erdberührte Hüllen nahezu ausnahmslos lotrechte Außenwände und waagrechte Bodenplatten oder Sohlen, bzw. erdüberschüttete Decken. Bei erdberührten Außenwänden kommen in der Baupraxis ausschließlich Schalensysteme aus mineralischen Werkstoffen zum Einsatz. Rippensysteme sind hingegen praktisch nicht vertreten. Dies folgt vornehmlich aus den hohen Anforderungen, die an diese Art von Gebäudehüllen gestellt werden: namentlich hinsichtlich der Aufnahme des flächenhaften Erddrucks, der Fugenarmut und Dauerhaftigkeit. Was die tragende Konstruktion angeht, bestehen erdberührte Hüllen heute nahezu ausschließlich aus Beton oder, seltener, Mauerwerk. Wegen der hohen Anforderungen an die Fugendichtheit wird Beton häufig vor Ort gegossen mit dem Ziel, Fugen möglichst ganz zu vermeiden. Daher ist Mauerwerk mit seinem hohen Fugenanteil gegenüber Beton bei erdberührten Hüllen von vornherein im Nachteil. Bei Mauerwerk sind erhöhte Anforderungen an die Abdichtung zu stellen sowie die Rissbildung infolge ungleichmäßiger Setzung zu begrenzen. Aus den gleichen Gründen werden Bodenplatten nahezu ausnahmslos in Ortbeton ausgeführt. In letzter Zeit haben sich bei Außenwänden, neben Ortbeton, auch halbvorgefertigte Systeme aus Elementwänden verbreitet, die indessen nach Verguss wiederum zu monolithischen Konstruktionen werden. Bei reinen Fertigteilsystemen sind die planmäßigen Fugen sorgfältig abzudichten.

☞ Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4.1 Kraftleiten, S. 481, sowie Abschn. 4.2 Schutz vor Feuchte, S. 484 f & DIN 18533-1, -2, -3  1

1.1 Einflussfaktoren

Die gewählte Abdichtungsart ist von verschiedenen Faktoren abhängig, darunter von: • der Art der Bauwerksnutzung; • der Angriffsart des Bodenwassers, die sich ergibt aus: •• der Bodenbeschaffenheit; •• der Geländeform; •• der Höhe des Bemessungswasserstands (Grundbzw. Hochwasserspiegel); •• der Art des Bodenwassers (Meer-/Süßwasser); • den zu erwartenden physikalischen Beanspruchungen, insbesondere mechanischer und thermischer Art.

2 Erdberührte Hüllen

1 Bodenplatte vor dem Betonieren: Mattenbewehrung und stehende Anschlussbewehrung für die aufgehenden Wände.

383

2 Kelleraußenwand während des Auslegens der Wärmedämmung. Die Hintermauerung ist bereits mit einer Abdichtung versehen.

Klasse

Art der Einwirkung

W1-E

Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser

W1.1-E

Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser bei Bodenplatten und erdberührten Wänden

W1.2-E

Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser bei Bodenplatten und erdberührten Wänden mit Dränung

W2-E

drückendes Wasser

W2.1-E

mäßige Einwirkung von drückendem Wasser ≤ 3 m Eintauchtiefe

W2.2-E

hohe Einwirkung von drückendem Wasser > 3 m Eintauchtiefe

W3-E

nicht drückendes Wasser auf erdüberschütteten Decken

W4-E

Spritzwasser und Bodenfeuchte am Wandsockel sowie Kapillarwasser in und unter Wänden

In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Raumlufttrockenheit von Räumen im Bereich erdberührter Gebäudehüllen, unterscheidet die Norm verschiedene Raumnutzungsklassen: • RN1-E: geringe Anforderung (z. B. offene Lagerhalle, Tiefgarage); • RN2-E: übliche Anforderung (z. B. Aufenthaltsräume); • RN3-E: hohe Anforderungen (z. B. Magazin wertvoller Kulturgüter, Serverräume).

3 Wassereinwirkungsklassen nach DIN 18533-1. Siehe auch die zugeordneten Schaubilder in 2 4–12.

Bauwerksnutzung & 18533-1, 5.5

1.2

384

XIII Äußere Hüllen

1.3

Beanspruchung durch Boden-, Oberflächen- und Hochwasser & 18533-1, 5.

& 18533-1, 5.1.3.1 c), bzw. DIN 4095, Fall c & ggf. anhand einer geotechnischen Untersuchung, siehe hierzu DIN 4020

☞ DIN 18533-1, 5.1.1

Mit Bodenfeuchte, also mit kapillargebundenem, auch gegen die Schwerkraft transportiertes Wasser, ist in jedem Fall zu rechnen (2 13). Ferner sickert Oberflächenwasser in tropfbar flüssiger Form bis zum Grundwasserniveau in den Untergrund. Von der Beschaffenheit des Bodens sowie von der Existenz einer Dränung hängt ab, ob dieses Wasser Druck auf die Abdichtung ausübt. Man unterscheidet insofern drückendes (W2 nach Norm) und nicht drückendes (W1 nach Norm) Wasser. Drückendes Wasser liegt auch dann vor, wenn Teile des Bauwerks unterhalb des Bemessungswasserstands liegen. Im Gegensatz zum Sickerwasser, lässt sich das Grund- und Schichtenwasser jedoch nicht dränen. Aus diesem Grund sind für die Planung der Gebäudeabdichtung stets die lokale Bodenbeschaffenheit und die Höhe des Bemessungswasserstands in Erfahrung zu bringen. Beide Faktoren sind maßgeblich für das Vorhandensein von drückendem oder nicht drückendem Wasser. Der Bemessungswasserstand wird durch zwei Werte erfasst: • Bemessungsgrundwasserstand (HGW), der abhängig von der Witterung und der hydrogeologischen Beschaffenheit des Bodens ist; • Bemessungshochwasserstand (HHW), der auch von anderen, nichtnatürlichen wasserwirtschaftlichen Einflussgrößen abhängt. Der jeweils höhere Wert ist anzusetzen. In Abhängigkeit des Bemessungswasserstands (HGW/ HHW) sowie der erdseitigen Wassereinwirkung in Form von tropfbar flüssigem Wasser oder Bodenfeuchte, unterscheidet die Norm verschiedene Wassereinwirkungklassen ( 3).

1.3.1



Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser (W1-E)

Es liegt zwar Bodenfeuchte vor, aber kein drückendes bzw. sich dauerhaft aufstauendes Wasser. Es werden ferner zwei Fälle unterschieden:

Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser bei Bodenplatten und erdberührten Wänden (W1.1-E)

Stark durchlässige (nicht bindige) Böden sowie Baugrubenverfüllung aus vergleichbarem Bodenmaterial: Wasser in tropfbar-flüssiger Form kann kontinuierlich von der Bodenoberfläche bis zum Grundwasserstand absickern und kann sich nicht dauerhaft aufstauen. Dies gilt beispielsweise für sandige Böden. Der Bemessungswasserstand (HGW/ HHW) liegt mindestens 50 cm unterhalb der Unterkante der Abdichtungsebene (Fall W1.1-E in  4).

✏ gemäß DIN 18533-1, 5.1.1 bei einem Durchlässigkeitsbeiwert von k > 10 -4 m/s



Bodenfeuchte und nicht drückendes Wasser bei Bodenplatten und erdberührten Wänden mit Dränung (W1.2-E)

Wenig durchlässige (bindige) Böden: Es ist damit zu rechnen, dass sich Oberflächen- und Sickerwasser ohne Gegenmaßnahmen in dem bei Abschluss der Abdichtungsarbeiten verfüllten – und damit weniger kompakten – Arbeitsraum im

2 Erdberührte Hüllen

385

W1.1-E

W1.2-E GOK

1

3

4

HGW/ HHW

4 Fall W1.1-E: Abfließen durch nicht bindige Böden.

6

6

≥ 50 cm

≥ 50 cm

6

HGW/ HHW

GOK HGW/ HHW

5

5

HHW

beliebig

3

≤3 m

≤3 m

GOK Geländeoberkante HGW Bemessungsgrundwasserstand HHW Bemessungshochwasserstand

W2.1-E (3)

GOK

4

1 nicht bindiger, stark wasserdurchlässiger Boden 2 Verfüllboden, stark wasserdurchlässig 3 bindiger Boden, wenig wasserdurchlässiger Boden 4 Verfüllboden, wenig wasserdurchlässig 5 drückendes Wasser 6 Dränung 7 Hochwasser

5 Fall W1.2-E: Aufstauen des Wassers im Grund der Baugrube bei bindigen Böden, jedoch Abführung durch Drainage; Verhältnisse wie bei  4.

W2.1-E (2)

W2.1-E (1)

Legende

5

≤3 m

2

GOK

7

HGW/ HHW

5

5

6 Fall W2.1-E (Situation 1): Aufstauen des Wassers bei bindigen Böden; Staudruck auf die Abdichtung bis maximal 3 m Höhe; UK Abdichtung oberhalb des Bemessungswasserstands.

W2.2-E (1)

7 Fall W2.1-E (Situation 2): Gebäude im Grundwasser. Drückendes Wasser auf Abdichtung und Hülle. UK Abdichtung maximal 3 m unterhalb des Bemessungswasserstands.

W2.2-E (2)

5

beliebig

3

>3 m

5

GOK HGW/ HHW

beliebig

>3 m

4

GOK

HGW/ HHW

5 9 Fall W2.2-E (Situation 1): Aufstauen des Wassers bei bindigen Böden; Staudruck auf die Abdichtung über 3 m Höhe; oberhalb des Bemessungswasserstands.

10 Fall W2.2-E (Situation 2): Gebäude im Grundwasser. Drückendes Wasser auf Abdichtung und Hülle. UK Abdichtung über 3 m unterhalb des Bemessungswasserstands.

8 Fall W2.1-E (Situation 3): Gebäude im Hochwasser. Drückendes Wasser auf Abdichtung und Hülle. UK Abdichtung maximal 3 m unterhalb des Bemessungswasserstands.

386

XIII Äußere Hüllen

✏ gemäß DIN 18533-1, 5.1.1 bei einem Durchlässigkeitsbeiwert k ≤ 10 -4 m/s & Dränung nach DIN 4095

Bereich vor der erdberührten Wand zeitweise aufstaut und einen hydrostatischen Druck auf diese erzeugt. Ist eine funktionsfähige Dränung nach Norm vorhanden, die den hydrostatischen Druck abbaut, kann man auch unter diesen Umständen von den gleichen Verhältnissen ausgehen wie bei stark durchlässigen Böden (Fall W1.2-E in 2 5).

Drückendes Wasser (W2-E)

Liegen Bodenverhältnisse wie bei W1.2-E vor, d. h. wenig wasserdurchlässiges Erdreich, ist mit Stauwasser zu rechnen. Drückendes Wasser wirkt auch dann auf die Gebäudeabdichtung, wenn sie im Bereich des Grundwassers oder Hochwassers liegt. Das Gebäude ragt dann in den Bereich unterhalb des Bemessungswasserstands und wird seitlich und von unten durch drückendes Wasser beansprucht. Je nach Höhe des Bemessungswasserstands werden dabei folgende Einwirkungsklassen unterschieden:

Mäßige Einwirkung von drückendem Wasser (W2.1-E)

Als mäßige Einwirkung versteht die Norm einen Druck infolge Stau-, Grund- oder Hochwassers von nicht mehr als 3 m Wassersäule. Es gilt folglich in drei betrachteten Situationen jeweils die kritische Angriffshöhe des drückenden Wassers von 3 m:

Situation 1

• Stauwassereinwirkung bis maximal 3  m Höhe; Unterkante Abdichtungsebene maximal 3 m unter Gelände, jedoch oberhalb von HGW/HHW. Ansatz: Bemessungswasserstand = GOK (Fall W2.1-E, Situation 1 in 2 6);



Situation 2

• Grundwassereinwirkung bis maximal 3 m Tiefe; d. h., die Unterkante der Abdichtung befindet sich maximal 3 m unterhalb des HGW/HHW (Fall W2.1-E, Situation 2 in 2 7);



Situation 3

• Hochwassereinwirkung bis maximal 3 m Höhe, gerechnet von der Unterkante der Abdichtung (Fall W2.1-E, Situation 3 in 2 8).

Hohe Einwirkung von drückendem Wasser (W2.1-E)

Es herrscht ein hydrostatischer Druck auf die Abdichtung von mehr als 3 m Wassersäule. Es werden wiederum zwei Situationen unterschieden, in denen dies der Fall sein kann:

Situation 1

• Stauwassereinwirkung in einer Höhe größer als 3 m; die Unterkante der Abdichtung liegt tiefer als 3 m unter der Geländeoberkante (GOK), die hier als effektiver Bemessungswasserstand betrachtet wird (Fall W2.2-E, Situation 1 in 2 9);

Situation 2

• Grund- oder Hochwassereinwirkung in einer Höhe größer als 3 m; die Unterkante der Abdichtung liegt tiefer als 3 m unterhalb des HGW/HHW (Fall W2.2-E, Situation 2 in 2 10).

1.3.2









1.3.3

Nicht drückendes Wasser auf erdüberschütteten Decken (W3-E)

Sickerwasser sammelt sich auf einer erdüberschütteten Kellerdecke und beansprucht die Abdichtung; es muss

2 Erdberührte Hüllen

387

HGW/ HHW

HGW/ HHW

HGW/ HHW

GOK ≥ 50 cm

≥ 30 cm

GOK

20 cm 30 cm

W4-E 20 cm 30 cm

W3-E

Legende GOK Geländeoberkante HGW Bemessungsgrundwasserstand HHW Bemessungshochwasserstand

11 Fall W3-E: Wassereinwirkung auf erdüberschütteter Decke.

12 Fall W4-E: Sockelabdichtung.

kontrolliert abgeführt werden, beispielsweise durch Gefälle, Dränung oder wasserdurchlässiges Erdreich. Der tiefste Punkt der Decke muss mindestens 30 cm über HGW/HHW liegen (Fall W3-E in 2 11).

& weitere Hinweise zur Entwässerung gibt die Norm DIN 18533-1, 6.5

Spritz- und Sickerwasser beanspruchen den oberflächennahen Bereich erdberührter bzw. aufgehender Wände. Es ist eine entsprechende Sockelabdichtung eforderlich, sofern wegen ungedränten, wenig wasserdurchlässigen Bodens nicht bereits eine Einwirkung nach W2-E vorliegt. Die Sockelabdichtung erstreckt sich von 30 cm über GOK bis 20 cm unterhalb GOK (Fall W4-E in 2 12).

Spritzwasser am Wandsockel sowie Kapillarwasser in und unter erdberührten Wänden (W4-E)

1.3.4

Grundsätzlich sind Gebäude nicht nur gegen Bodenfeuchte, sondern auch gegen heranfließendes Oberflächenwasser durch Schaffung eines Gegengefälles bzw. durch Abflussrinnen zu schützen. Eine Versiegelung der gebäudenahen Bodenflächen im Freien hat einen direkten Einfluss auf das im Bereich erdberührter Hüllen anfallende Sickerwasser, da Niederschlagswasser in diesem Fall bereits auf der Bodenoberfläche durch das Gefälle abgeführt wird und die Feuchtebelastung des Bodens infolgedessen stark abnimmt. Dementsprechend sind Rinnen und Einläufe in den gebäudenahen Bodenflächen vorzusehen. Je nach Situation sind die hydrostatischen Verhältnisse der Umgebung zu beachten. Lichtschächte bei Fenster- oder Türöffnungen unterhalb des Grundwasserspiegels müssen dichtungstechnisch als Teil des Gebäudes mit einbezogen werden.

Oberflächenwasser

1.3.5

Abdichtungen müssen im Bauzustand gegen UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und mechanischer Beschädigung geschützt werden. Exponierte Bereiche der Abdichtung im Sockelbereich oberhalb GOK müssen während der Nutzungsdauer des Gebäudes ebenfalls vor schädigenden Einflüssen geschützt werden, z. B. durch geeignete Verkleidungen, Verwahrungen oder Vormauerungen.

Andere Einwirkungen

1.3.6



388

2.

XIII Äußere Hüllen

Abdichtung – Grundlagen & DGfStb (Hg) Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), 12-2017

Eine funktionsfähige Abdichtung von erdberührten Bauteilen lässt sich herstellen entweder

☞ Abschn. 4. Schutzschichten, S. 402 f

• durch zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen an der Außenfläche der Schale – dies betrifft Außenwände aus Normalbeton sowie – seltener – aus anderen Werkstoffen wie Ziegel oder anderen Mauersteinen; diese Schalen erhalten zu Abdichtungszwecken einen außenseitig addierten, zumeist mehrschichtigen Aufbau (2 14); sie werden weiter unten im Detail angesprochen;

☞ Abschn. 5.2 Vertikale Abdichtung an erdberührten Außenwänden, S. 406 f

• oder durch das Schalenbauteil selbst: Für diesen Fall kommen baupraktisch nur vor Ort gegossene Betonbauteile aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) infrage (2 18). Einschalige erdberührte Hüllen aus Beton ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen werden weiter unten behandelt.

& DGfM (Hg) Merkblatt Abdichtung von Mauerwerk, 07-2016

2.1

Planerische Voraussetzungen

Die dauerhafte, zuverlässige Funktionsfähigkeit von Abdichtungen erdberührter Hüllen besitzt eine – noch – größere Bedeutung als vergleichbare Maßnahmen des Feuchteschutzes bei aufgehenden, luftberührten Hüllen, weil nachträgliche Ausbesserungsarbeiten unweigerlich den erhöhten Aufwand umfangreicher Erdbewegungen mit sich ziehen. Dies gilt vor allem für schwarze Wannen. Rissartige Fehlstellen in weißen Wannen lassen sich hingegen von Innen verpressen und auf diese Weise reparieren. Grundsätzlich ist es wünschenswert, sofern die Wahl besteht, das Gebäude so anzuordnen bzw. das umgebende Gelände derart zu gestalten, dass die Wassereinwirkung auf das Gebäude möglichst minimiert wird. Eine weitere wichtige Grundvoraussetzung für eine dauerhaft funktionsfähige Abdichtung ist das Vermeiden von starken Verwinkelungen an der Hüllgeometrie, von häufigen Materialwechseln am Untergrund der Schale oder von ungünstigen Lagen von Abschlüssen, Dehnfugen und Durchdringungen. Dies sollte bereits im Planungsstadium berücksichtigt werden.

2.2

Durchgängigkeit der Dichtfläche

In Anpassung an die übliche Geometrie von Kellerbereichen, wird eine Abdichtung in verschiedenen Abschnitten ausgeführt, die in der Regel auch in verschiedenen Arbeitsgängen aufgebracht werden (2 14). Dies ergibt sich aus dem notwendigen Bauablauf. So kann beispielsweise die Schalung der aufgehenden Wand erst auf der fertigen Bodenplatte oder dem Fundament aufgestellt werden. Die herkömmlichen Schritte sind: • waagrechte Abdichtung der Bodenplatte; • waagrechte Abdichtung in oder unter der Außenwand; • senkrechte Abdichtung an der Außenwand;

2 Erdberührte Hüllen

389

1

Spritzwasser

Spritzwasser

Bodenfeuchte

Bodefeuchte

2 3

drückendes Wasser

4

drückendes Wasser

z

z

x

x

13 Mögliche Feuchtepfade in einer nicht abgedichteten erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion.2

14 Abdichtungsmaßnahmen an einer erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion mit einer zusätzlich auf den Hüllbauteilen aufgebrachten Abdichtung. Unabhängig von der Abdichtung ist ein Ausdiffundieren von Feuchte in den Außen- oder Innenraum möglich.

• ggf. Abdichtung im Sockelbereich; • ggf. Abdichtung auf einer erdbedeckten Decke.

1 senkrechte Abdichtung im Sockelbereich 2 senkrechte Abdichtung im Erdbereich 3 waagrechte Abdichtung über dem Fundament (nur bei Mauerwerk) 4 waagrechte Abdichtung der Bodenplatte

Die Abdichtung muss insgesamt wannenartig ohne Unterbrechungen ausgeführt sein, um ihre Dichtwirkung entfalten zu können. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Abschnitte dichttechnisch aneinander anzubinden. Dies erfolgt im Regelfall durch Überlappung und Verklebung (2 17), bei weißen Wannen mithilfe von Fugenblechen. Grundsätzlich ist die Abdichtung der erdberührten Außenwand bis auf eine planmäßige Höhe von 300 mm über Gelände (Minimum 150 mm) hochzuziehen, da auch dort mit einer Feuchtebelastung infolge Oberflächen- und Spritzwasser zu rechnen ist (2 13). Man spricht dabei vom Sockelbereich. Dort wo dieser Bereich notwendigerweise durch Öffnungen unterbrochen ist, wie beispielsweise bei Türen, sind alternative Maßnahmen gegen Feuchte zu ergreifen. Dies kann ein Gegengefälle (2 15), eine Ablaufrinne (2 16) oder ein Vordach sein. Nach Norm lässt sich im Sockelbereich auf das Hochziehen der Abdichtung verzichten, wenn andere wasserabweisende Bauteile dort angeordnet werden, beispielsweise ein geeigneter Verputz oder eine Bekleidung (2 17). Dabei ist stets auch darauf zu achten, dass die Abdichtung oder die Beschichtung nicht durch Feuchte und Niederschlag hinterlaufen wird. Dies kann man durch versatzartige Überstände oder durch Abdeckungen sicherstellen.

Übergang zu luftberührten Bauteilen

2.3

390

XIII Äußere Hüllen

2.4 Untergrund ☞ DIN 18533-1, 4.2

☞ DIN 18533-1, 5.4.2

☞ DIN 18533-1, 4.4

2.5 Wärmeschutz & DIN 4108-2

☞ Band 2, Kap. IX-4, Abschn. 2.4.2 Frostbedingte Verformungen, S. 420 f ☞ Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4.4 Wärmeschutz, S. 486 f

☞ DIN 18533-1, 4.2.2 ☞ Kap. XIII-3, Abschn. 2.3.7 Nicht belüftetes Dach > Dämmschicht über Dichtschicht, S. 492 f

Damit die Dichtschichten keinen Schaden nehmen, müssen Untergründe fest, eben, frei von Graten usw. sein. Offene Vertiefungen oder Risse mit einer Breite > 5 mm sind zu schließen. Risse gelten insofern als Einwirkung auf die Abdichtung, als eine Rissbreitenänderung oder neue Rissentstehung nach Aufbringen der Dichtschicht erfolgt. Dies kann auf lastabhängige oder lastunabhängige Verformungen des Untergrunds zurükzuführen sein. Die Norm unterscheidet diesbezüglich verschiedene Rissklassen ( 19). Oberflächen von Mauerwerk oder von haufwerksporigen Werkstoffen müssen durch Verputzen, Vermörteln, durch Dichtungsschlämmen o. Ä. ausgeglichen werden. Dies ist jedoch bei überbrückenden Abdichtungswerkstoffen wie Bitumen- oder Kunststoffbahnen nicht erforderlich. Kanten sind zu fasen, Kehlen zu runden. Abdichtungen über Bewegungsfugen hinweg sind in der Norm geregelt. Abweichend vom thermischen Verhalten luftberührter Hüllbateile, ist bei erdberührten Folgendes zu berücksichtigen: Der erforderliche Wärmeschutz ist einerseits abhängig von den Nutzungsanforderungen und andererseits von den herrschenden Temperaturgradienten, d. h. von den Temperaturunterschieden zwischen beiden Oberflächen des Hüllbauteils. Dabei sind die Temperaturen im Erdreich jenseits der Frosttiefe – also in unserer Klimazone 80 bis 100 cm unter Bodenniveau – wesentlich geringeren Schwankungen ausgesetzt als diejenigen der Außenluft. Dies gilt verstärkt, je tiefer die betrachteten Bodenschichten liegen. Dies bedeutet, dass an erdberührten Bauteilen grundsätzlich kleinere Dämmschichtdicken als an aufgehenden Bauteilen ausreichend sind. Thermisch besonders gut geschützt befinden sich Bodenplatten, und zwar desto besser, je größer die Grundrissfläche ist. Bei Hüllbauteilen unterhalb des Bemessungswasserstands spielt zusätzlich der Wärmeaustausch mit dem Grundwasser eine Rolle. Am wirksamsten sind Dämmschichten dort, wo größere Temperaturgradienten herrschen, also in oberflächennahen Schichten oberhalb der Frosttiefe sowie im Sockelbereich. Wärmedämmschichten werden bei erdberührten Bauteilen von beheizten Kellern grundsätzlich außenseitig vor der Dichtschicht angeordnet. Das bauphysikalische Funktionsprinzip dieses Aufbaus entspricht dem eines Umkehrdachs. Dies hat unter anderem folgende Gründe: • Läge die Dichtschicht außen an der Dämmschicht, bestünde die Gefahr, dass sich an ihrer Innenseite Tauwasser niederschlüge. Um dies zu verhindern, müsste – wie bei luftberührten Bauteilen – die Dampfdiffusion durch das Bauteil hindurch gesperrt oder zumindest gebremst werden. Dies setzt bei den üblichen mineralischen Wandscha-

2 Erdberührte Hüllen

391

15 Abführen des Oberflächenwassers in Gebäudenähe durch nach außen gerichtetes Gefälle. z

16 Abführen des Oberflächenwassers in Gebäudenähe durch nach innen gerichtetes Gefälle und Rinne.

z x

x

5

6 1

1

Spritzwasser

Spritzwasser

A

7 Bodenfeuchte

Bodenfeuchte

2

5

3 4

C

4

B

3

z

Bodenfeuchte

2 drückendes Wasser

z x

17 Anbindung verschiedener Dichtebenen miteinander. In diesem Fall wird die Abdichtung im Sockelbereich durch einen wasserabweisenden Verputz ersetzt. 1 wasserabweisender Sockelputz 2 senkrechte Abdichtung im Erdbereich 3 waagrechte Abdichtung über dem Fundament (nur bei Mauerwerk) 4 waagrechte Abdichtung der Bodenplatte 5 regulärer Wandputz oberhalb des Sockelbereichs A Anschluss der Wandabdichtung an den Spritzwasserschutz des Sockels B Anschluss der Wandabdichtung an die Abdichtung über dem Fundament: Überlappung und Verklebung C Anschluss der Bodenabdichtung an die Abdichtung über dem Fundament: Überlappung und Verklebung

x

18 Abdichtungsmaßnahmen an einer erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion mit wasserundurchlässigen Hüllbauteilen aus WU-Beton ohne zusätzliche Abdichtung. Auch hier ist ein Ausdiffundieren von Feuchte in den Innenraum oder ggf. auch in den Außenraum möglich. 1 senkrechte wasserundurchlässige Wandschale im Sockelbereich 2 senkrechte wasserundurchlässige Wandschale im Erdbereich 3 Abdichtung der Arbeitsfuge zwischen Wandschale und Fundament 4 waagrechte wasserundurchlässige Bodenplatte 5 Arbeitsfuge = Kapillarfuge 6 Wandaufbau im luftberührten Wandbereich 7 Wandaufbau im Sockelbereich, eine Wärmedämmung kann ggf. über den erdberührten Wandabschnitt geführt werden

392

XIII Äußere Hüllen

lenmaterialien wie Beton oder Mauerwerk eine Dampfsperr- oder -bremsschicht voraus, die bautechnisch unter den gegebenen Umständen kaum ausführbar ist. • Eine Dämmschicht bietet für eine außenseitig an ihr angebrachte Dichtschicht keinen tragfähigen Untergrund. Die Gefahr von Beschädigungen, die sich aus dem wirkenden Erddruck ergibt, ist – trotz allfälliger Schutzschichten – groß. Sie wird angesichts der deutlich erschwerten Zugänglichkeit der Abdichtung nach Verfüllung des Arbeitsraums im Normalfall nicht in Kauf genommen. • Die Dichtschicht ist außenseitig durch Schutzschichten vor Beschädigungen zu bewahren. Diese Aufgabe kann eine außenseitig angeordnete Wärmedämmung gut gleichzeitig übernehmen. • Eine raumseitig an der Außenwand angeordnete Wärmedämmschicht führt im Bereich des Kellerdeckenanschlusses unweigerlich zu einer Wärmebrücke, da die Deckenstirnseite kaum vernünftig in eine durchgängige Dämmebene einbezogen werden kann.

& DIN 4108-2, 5.2.2

Damit eine außenseitig an der Dichtschicht angeordnete Wärmedämmschicht für den Wärmeschutz angerechnet werden kann, ist sie nach Norm als Perimeterdämmung auszuführen. Sie muss demnach – sofern die Dämmung nicht ständig im Grundwasser liegt – bestehen aus • extrudergeschäumten Polystyrolschaumstoffplatten nach DIN 4108-10 bzw. DIN EN 13164 • oder aus Schaumglas nach DIN 13167. Die Platten sind untereinander und mit dem Untergrund vollflächig mit Bitumen zu verkleben.

☞ Abschn. 3.3 Flächendränschichten, S. 398 f

Dadurch wird sichergestellt, dass Feuchte nur in geringem Ausmaß von der Dämmschicht aufgesaugt wird. Aufstauendes Sickerwasser oder drückendes Wasser ist nach Norm im Bereich der Dämmschicht zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden vor die Wärmedämmplatten oftmals zusätzlich Dränschichten in Form von Sickerplatten angeordnet. Auch Dämmschichten im Sockelbereich sind bis zum Übergang zu den eigentlich luftberührten Hüllbereichen als Perimeterdämmung in diesem Sinn auszuführen. Alternativ zu aufgebrachten Wärmedämmschichten lässt sich die Wandschale auch als einschalige Konstruktion aus wärmedämmenden Mauersteinen geringer Steinrohdichte wie Leichtbetonsteine, Porenbetonsteine oder porosierte Ziegel herstellen. Diese Lösung wird indessen nur selten angewendet, eventuell im Einfamilienhausbau. Wegen des hohen Fugenanteils am Mauerwerk aufgrund der kleinen Steinformate ist die Abdichtung sehr sorgfältig auszuführen.

2 Erdberührte Hüllen

393

Die Herstellung ist deshalb in der Regel arbeitsintensiv und kostspielig. Werkstoffe für die Gebäudeabdichtung werden in Abhängigkeit der Wassereinwirkungsklasse und der Raumnutzungsklasse, wie in der Norm definiert, gewählt. Zusätzlich ist der Faktor der Rissüberbrückungsklasse mit einzubeziehen, der die Fähigkeit der Abdichtung erfasst, durch Einlagen, Schichtdicke, Lagenzahl oder Art des Haftverbundes der schädlichen Wirkung neu entstandener oder verbreiteter Risse zu widerstehen. Es werden folgende Klassen unterschieden:

Werkstoffe für Abdichtungen

2.6

☞ Siehe Abschn. 1.3 Beanspruchung durch Boden-, Oberflächen- und Hochwasser, S. 384  ff. ☞ Siehe Abschn. 1.2 Bauwerksnutzung, S. 383. & DIN 18533-1, 7. & DIN 18533-2, -3 & DIN EN 12597 & DIN EN 14909, DIN EN 14967

• RÜ1-E: geringe Rissüberbrückung, ≤ 0,2 mm; • RÜ2-E: mäßige Rissüberbrückung, ≤ 0,5 mm; • RÜ3-E: hohe Rissüberbrückung, ≤ 1,0 mm, mit einem Rissversatz ≤ 0,5 mm; • RÜ4-E: sehr hohe Rissüberbrückung, ≤ 5,0 mm, mit einem Rissversatz ≤ 2,0 mm; Bei der Auswahl der Abdichtungsbauart kommen zu den genannten Faktoren noch die Rissklasse sowie Zuverlässigkeitsanforderungen hinzu. Die Zuordnung der Abdichtungsstoffe zu Wassereinwirkungsklasse, Raumnutzungsklasse und Rissüberbrückungsklasse findet sich in der Norm, jeweils getrennt nach bahnenförmigen Abdichtungsstoffen und flüssig zu verarbeitenden Abdichtungsstoffen. Eine orientative Zuordnung von Wassereinwirkungsklasse zu Abdichtungstoffen bzw. -bauarten zeigt  20.

☞ vgl.  19 & DIN 18533-2 & DIN 18533-3

Rissklasse

Rissbildung/ Rissbreitenänderung

typischer Abdichtungsuntergrund a

R1-E (gering)

≤ 0,2 mm

Stahlbeton ohne rissverursachende Zwang- und Biegeeinwirkung; Mauerwerk im Sockelbereich; Untergründe für Querschnittsabdichtungen

R2-E (mäßig)

≤ 0,5 mm

geschlossene Fugen von flächigen Bauteilen (z. B: bei Fertigteilen); unbewehrter Beton; Stahlbeton mit rissverursachender Zwang-, Zug- oder Biegeeinwirkung; erddruckbelastetes Mauerwerk; Fugen an Materialübergängen

R3-E (hoch)

≤ 1,0 mm – Rissversatz ≤ 0,5 mm

Fugen von Abdichtungsrücklagen; Aufstandsfugen von erddruckbelasteten Wänden

R4-E (sehr hoch)

≤ 5,0 mm – Rissversatz ≤ 2,0 mm

–

a

Ohne statischen Nachweis der Rissbreite. Eine andere Zuordnung ist durch einen solchen Nachweis möglich.

19 Rissklassen typischer Abdichtungsuntergründe gemäß DIN 18533-1.

394

XIII Äußere Hüllen

Für zusätzlich auf der Schale des Hüllbauteils aufgebrachte Abdichtungen kommen grundsätzlich folgende Abdichtungsstoffe zum Einsatz: 3 • bitumenhaltige Klebeabdichtungen: •• Bitumen-Voranstrichmittel (bevorzugter Werkstoff); •• Klebemassen und Deckaufstrichmittel, heiß zu verarbeiten (bevorzugter Werkstoff); •• Asphaltmastix und Gussasphalt; •• Bitumen- und Polymerbitumenbahnen; •• kaltselbstklebende Bitumen-Dichtungsbahnen (KSK): Dichtungsbahnen aus kunstostoffmodifiziertem selbstklebendem Bitumen, das einseitig auf einer reißfesten HDPE-Trägerfolie aufgebracht ist; • kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen (KMB): kunststoffmodifizierte, ein- oder zweikomponentige Massen auf Basis von Bitumenemulsionen (bevorzugter Werkstoff); • Kunststoff- und Elastomer-Dichtungsbahnen: •• ECB, PIB, PVC, EPDM; •• Elastomer-Dichtungsbahnen mit Selbstklebeschicht; •• bitumenverträgliche Kunststoff-Dichtungsbahnen aus Ethylen-Vinyl-Acetat-Terpolymer (EVA); • kalottengeriffelte Metallbänder (im Einsatz als Fugenbleche): •• aus Kupfer, nach DIN EN 1652; •• aus nichtrostendem Stahl, nach DIN EN 10088-2; • mineralische Abdichtungen: •• WU-Beton; •• flexible Dichtschlämmen; •• Bentonit.

2 Erdberührte Hüllen

395

Klasse

Anwendungsbereich

Abdichtungsbauart mit

Abdichtungsaufbau nach

W1-E

Bodenplatte W1-E

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 9

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

PMBC, Asphaltmastix, Gussasphalt, MDS

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

keine Abdichtung

alternativ Schaumglas und kapillarbrechende Schüttung

erdberührte Wand W1-E

W2-E

erdberührte Bauteile W2.1-E

erdberührte Bauteile W2.2-E

W3-E

W4-E

a

erdüberschüttete Deckenfläche W3-E

Wandsockel sowie in und unter Wänden

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 9

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

PMBC

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

MDS

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 9

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

PMBC

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 9

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

Asphaltmastix in Verbindung mit Gussasphalt

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 9

FLK

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Polymerbitumen-Schweißbahn in Verbindung mit Gussasphalt

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

PMBC

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 9

Kunststoff- oder Elastomerbahnen

DIN 18533-2: 2017-07, Tabelle 17

rissüberbrückende MDS

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

FLK

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

PMBC a

DIN 18533-3: 2017-07, Tabelle 1

nicht als Querschnittsabdichtung

20 Übersicht der Abdichtungsbauarten und -aufbauten in Abhängigkeit der Wassereinwirkungsklassen gemäß DIN 18533-1.

396

XIII Äußere Hüllen

3. Dränung

Unter Dränung oder Drainage versteht man die planmäßige Entwässerung des Bodens in Bauwerksnähe zur Verringerung der Feuchtebelastung der erdberührenden Außenwand oder Sohle mittels Dränschichten und Dränleitungen. Diese führen das sich ggf. aufstauende Wasser kontrolliert ab und verhindern dadurch drückendes Wasser auf die Hülle. Der ansonsten daraus entstehende hydrostatische Druck würde an konventionellen Abdichtungen Schaden anrichten. Es dürfen dabei keine Feinteilchen aus dem Boden in das Dränsystem eingeführt werden, da sich dieses andernfalls rasch zusetzen würde. Es ist zu diesem Zweck eine filterfeste Dränung erforderlich.

& DIN 4095

3.1 Bestandteile

Eine komplette Dränanlage besteht aus: • Dränschichten: Flächendränmaßnahmen vor den zu schützenden Wänden, unter Bodenplatten oder über erdüberdeckten Deckenplatten; • Dränleitungen im Fundamentbereich rings um das Gebäude; • Kontroll- und Spüleinrichtungen • sowie fallweise auch einer Vorflut zum Zweck der Ableitung des angefallenen Wassers. Insbesondere aufgrund der verstärkten Nutzung von Kellerbereichen als Aufenthaltsräume haben sich die Anforderungen an erdberührte Außenwände in letzter Zeit erhöht. Intensiv genutze Kellerbereiche werden heute auch mit einer Wärmedämmung ausgeführt, die keiner wechselnden Durchfeuchtung ausgesetzt werden sollte. Die Ausführung von Dränmaßnahmen ist Teil der Genehmigungsplanung (Entwässerungsplan). Wie bei Abdichtungen allgemein der Fall, ist das Wissen um die bestehenden Bodenverhältnisse, die chemische Beschaffenheit (Aggressivität) des Wassers, den Wasseranfall und den ungünstigsten – also höchsten anzunehmenden – Bemessungswasserstand dabei wichtige Voraussetzungen für die Planung. Die in der Baugrube vorgefundenen Verhältnisse allein lassen eine Beurteilung über den Jahreszyklus in der Regel nicht zu. Die Einleitung von Dränwasser in die Kanalisation ist in manchen Bundesländern nicht erlaubt. Die Entwässerung der Dränung sollte frühzeitig in der Planung geklärt werden.

3.2 Einsatzfälle

Dränmaßnahmen • sind nicht erforderlich bei stark durchlässigem Baugrund, also nicht bindigen, zumeist sandigen oder kieshaltigen Böden (2 4, Fall W1.1-E);

2 Erdberührte Hüllen

9

397

5 1

9 Bodenfeuchte

21 Flächendränschichten und Ringdrän an einem exemplarischen erdberührten und erdüberschütteten Gebäudeteil.

2 6

3 8

4 9 7 z

9

x

Bodenfeuchte

0,5%

DN 100

DN 300

DN 300

0,5%

DN 300

0,5%

0,5%

0,5% DN 100

0,5%

DN 100

DN 300

1 waagrechte Abdichtung über der Decke 2 senkrechte Abdichtung im Erdbereich 3 waagrechte Abdichtung über dem Fundament (nur bei Mauerwerk) 4 waagrechte Abdichtung der Bodenplatte 5 waagrechte Flächendränschicht auf der Decke, im Gefälle 6 senkrechte Flächendränschicht an der Wand 7 Ringdrän im Gefälle 8 waagrechtes Flächendrän unter der Bodenplatte, im Gefälle 9 Filterschicht

DN 100

DN 300 0,5%

DN 1000

22 Ringdränung nach DIN 4095: Regelausführung. Darstellung dimensionslos, z. B. Maximalabstand der Spülrohre 50 m, Gesamtfläche maximal ca. 200 m2.

DN 300

0,5%

DN 1000

23 Ringdränung nach DIN 4095: Flächendrän. Darstellung dimensionslos.

398

XIII Äußere Hüllen

• werden erforderlich, wenn Sickerwasser in schwach durchlässigem Baugrund sich aufstaut, partiell zu drückendem Wasser wird und dieses abgeleitet werden soll (2 5, Fall W1.2-E); • sind nicht möglich, wenn die Bauwerkssohle im Bereich des Grundwassers liegt und Abdichtungsmaßnahmen gegen drückendes Wasser nach DIN 18533-1, W2-E, erforderlich sind (2 6–10). 3.3 Flächendränschichten

Dränschichten bestehen aus Sicker- und Filterschicht. Die Sickerschicht sorgt für die rasche Ableitung des Bodenwassers (2 21). Dränschichten müssen – sofern erforderlich – alle erdberührten Flächen bedecken und ca. 15 cm unter der Geländeoberfläche abgedeckt werden. Am Fußpunkt ist die drucklose Weiterleitung des Wassers sicherzustellen. Grundsätzlich sind Sickerschichten mit geeigneten Filterschichten zu ergänzen, sodass ein Anschlämmen ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck lässt sich die Dränschicht mit einer Sandschicht oder mit Geotextilien schützen. Alternativ stehen auch filterfeste Sickerschichten (Mischfilter) zur Verfügung.

senkrechte

Flächendränschichten für Außenwände lassen sich in Form matten-, platten- oder bausteinförmiger Bauteile ausführen (2 22). Sie weisen entweder eine grobporige Struktur aus zusammenhängenden Hohlräumen oder sonstige durchgehende Entwässerungskanäle auf, die den freien Abfluss des eindringenden Wassers ermöglichen (Sickerschicht). Häufig kommen Schaumstoffplatten oder Noppenbahnen zum Einsatz. Wanddränplatten aus Schaumstoff bestehen aus groben, miteinander mit Bitumen verklebten Schaumstoffkugeln, die eine haufwerksporige, wasserdurchlässige Grobstruktur bilden. Sie sind außenseitig mit geeigneten Filtervliesen kaschiert. Als Wanddränschicht kommt auch eine Schale aus trocken verlegten hohlen Dränsteinen in Frage. Wird bei beheizten Kellern zusätzlich eine Wärmedämmschicht eingebaut, kann diese bei geeigneter Ausführung ihrer Außenschicht die Aufgabe der Dränschicht – und auch der Schutzschicht wie unten angesprochen – mit übernehmen. Die Platten werden zu diesem Zweck außenseitig profiliert, sodass Abflusskanäle entstehen. Bei erhöhter Beanspruchung wird vor die Wärmedämmschicht eine getrennte Dränschicht wie beschrieben angeordnet.

waagrechte

Dränschichten auf Decken sind oberseitig durch Filterschichten gegen Einschlämmen von Feinteilen zu sichern (2 21). Auch hier ist das anfallende Wasser rückstaufrei abzuleiten, beispielsweise über Deckenabläufe nach Norm, die von oben zugänglich auszuführen sind. Waagrechte Flächendränschichten unter Bodenplatten werden aus Schotter festgelegter Korngröße nach DIN 4095

& DIN 18195-5 & DIN 1986-100, DIN EN 12056-3

2 Erdberührte Hüllen

399

Dicke in m (min)

Lage

Baustoff

vor Wänden

Kiessand, z. B. Körnung 0/8 mm (Sieblinie A 8 oder 0/32 mm Sieblinie B 32 nach DIN 1045)

0,50

Filterschicht, z. B. Körnung 0/4 mm (0/4 a nach DIN 4226 Teil 1), und Sickerschicht, z. B. Körnung 4/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1)

0,10

Kies, z. B. Körnung 8/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1), und Geotextil

0,20

auf Decken

Kies, z. B. Körnung 8/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1), und Geotextil

0,15

unter Bodenplatten

Filterschicht, z. B. Körnung 0/4 mm (0/4 a nach DIN 4226 Teil 1), und Sickerschicht, z. B. Körnung 4/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1)

0,10

Kies, z. B. Körnung 8/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1), und Geotextil

0,15

Kiessand, z. B Körnung 0/8 mm (Sieblinie A 8 oder 0/32 mm Sieblinie B 32 nach DIN 1045)

0,15

Sickerschicht, z. B. Körnung 4/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1), und Filterschicht, z.B. Körnung 0/4 mm (0/4 a nach DIN 4226 Teil 1)

0,15

Kies, z. B. Körnung 8/16 mm (nach DIN 4226 Teil 1), und Geotextil

0,10

um Dränrohre

Bauteil Filterschicht

Sickerschicht

0,20

Dränschicht

0,10

Dränrohr

0,10

24 Beispiele für die Ausführung und Dicke von Dränschichten aus mineralischen Baustoffen für den Regelfall, gemäß DIN 4095.

Art

Baustoff

Schüttung

Mineralstoffe (Sand und Kiessand)

Geotextilien

Filtervlies (z.B. Spinnvlies)

Schüttung

Mineralstoffe (Kiessand und Kies)

Einzelelemente

Dränsteine (z. B aus haufwerksporigem Beton) Dränplatten (z. B. aus Schaumkunststoff) Geotextilien (z. B. aus Spinnvlies)

Schüttungen

kornabgestufte Mineralstoffe Mineralstoffgemische (Kiessand, z. B. Körnung 0/8 mm, Sieblinie A 8 nach DIN 1045 oder Körnung 0/32 mm, Sieblinie B 32 nach DIN 1045)

Einzelelemente

Dränsteine (z. B aus haufwerksporigem Beton, gegebenenfalls ohne Filtervlies) Dränplatten (z. B. aus Schaumkunststoff, gegebenenfalls ohne Filtervlies)

Verbundelemente

Dränmatten aus Kunststoff (z. B. aus Höckerprofilen mit Spinnvlies, Wirrgelege mit Nadelvlies, Gitterstrukturen mit Spinnvlies)

gewellt oder glatt

Beton, Fasterzement, Kunststoff, Steinzeug, Ton mit Muffen

gelocht oder geschlitzt

allseitig (Vollsickerrohr) seitlich und oben (Teilsickerrohr)

mit Filtereigenschaften

Kunststoffrohre mit Ummantelung Rohre aus haufwerksporigem Beton

25 Beispiele für Baustoffe von Dränelementen, gemäß DIN 4095.

400

XIII Äußere Hüllen

ausgeführt. Kiespackungen neigen wegen der glatten Kornflächen zum Setzen, Schotter hingegen kann – wie bei Gleiskörpern – durch Vorbelastung tragfähig verdichtet werden. Sie führen nicht nur anfallendes Bodenwasser ab, sondern wirken auch gleichzeitig als kapillarbrechende Schicht gegen aufsteigende Feuchte. Sie werden unterseitig durch Sandschicht oder mithilfe von Geotextilien vor Anschlämmen geschützt. Dränschichten aus Schotter werden vor dem Betonieren der Bodenplatte mit einer Trennlage abgedeckt. 3.4 Dränleitungen

Es werden grundsätzlich zwei Formen von Dränleitungssystemen unterschieden: Die Ringdränung umschließt das zu schützende Bauwerk ringförmig auf der Höhe der Gründung; ein Flächendrän aus zusätzlichen Dränleitungen unter der Bodenplatte kann darüber hinaus erforderlich sein. Hierzu gelten folgende Randbedingungen: • Die Ringdränung wird entlang der Außenfundamente angeordnet. Die Sohle der Ringleitung darf am Hochpunkt nicht höher als 0,2 m unter der Oberkante der Bodenplatte liegen. Der Rohrgraben darf nicht unter die Fundamentsohle geführt werden, ggf. sind die Fundamente tieferzulegen. • Bis zu einer Grundfläche von 200 m2 kann unter einer Bodenplatte eine Flächendränung ohne Dränleitungen eingebaut werden. Es ist lediglich sicherzustellen, dass eine Entwässerung stattfinden kann, z. B. über Durchbrüche in vorhandenen Streifenfundamenten und einer Gefällebildung zur umgebenden Ringdränung. Bei zu dränenden Flächen über 200 m2 müssen Dränleitungen eingeplant werden (Flächendrän). Auch hier sind entsprechende Kontrollschächte vorzusehen.

26 Einbau von Abdichtung, Perimeterdämmung sowie Drainage-, Kontroll- und Sickerschächten (Arch.: R. Walder).

2 Erdberührte Hüllen

401

1

2

3

4 5 11

6

27 Exemplarische Ausführung einer herkömmlichen Abdichtung an einer wärmegedämmten Kellerwand aus Stahlbeton nach DIN 18533-1, inklusive Dränung.

10

9

7 8

1 Außenputz 2 Sperrbahn 3 Sockelputz 4 senkrechte Abdichtung 5 Wärmedämmung 6 Dränmatte mit Vlieskaschierung 7 Filtervlies 8 Ringdrän 9 kapillarbrechende Kiesschicht 10 PE-Folie 11 waagrechte Abdichtung

402

XIII Äußere Hüllen

4. 4. Schutzschichten

Feuchteschäden an erdberührten Bauteilen infolge Undichtheiten durch Beschädigung der Abdichtung gehören zu den aufwendigsten Bauschadensfällen. Nach der Norm sind daher jede fertiggestellte Abdichtung auf einer Außenwandfläche sowie jede Abdichtung einer Bodenplatte zusätzlich durch Schutzschichten vor Beschädigung zu schützen. Es ist dadurch sicherzustellen, dass keinerlei scharfkantiges Material, ggf. in Kombination mit dem Erddruck, die empfindliche Abdichtungsfläche in Mitleidenschaft zieht. Aus diesem Grund dürfen Bauschutt, Splitt oder Geröll nie unmittelbar an die abgedichteten Wandflächen angeschüttet werden. Ist der Arbeitsraum ohne scharfkantiges Material verfüllt, genügt bei Außenwänden für diesen Zweck ein Vlies oder Geotextil mit Dicke d ≥ 2 mm und Flächengewicht ≥ 300 g/ m2. In der Regel wird zusätzlich eine Dränschicht vor der Abdichtung angeordnet, sodass diese die Funktion einer Schutzschicht vor mechanischen Einwirkungen übernehmen kann. Auch Wärmedämmplatten sind – wie oben angesprochen – hierfür geeignet. Schutzschichten auf Abdichtungen von waagrechten oder leicht geneigten Bauteilen wie Bodenplatten oder Decken müssen ausreichende Druckfestigkeit besitzen, um die anfallenden Lasten auf die Tragschale oder einen sonstigen Untergrund abzutragen.

& DIN 18533-1, 4.5

28 Verlegen von Wärmedämmung unter der Bodenplatte vor dem Betonieren. Die Anschlussbewehrung für aufgehende Betonbauteile wurde vorab ausgeführt.

29 Abdichtungsgrundanstrich auf gemauerter Kelleraußenwand. Im nächsten Schritt wird die Abdichtung aufgebracht.

2 Erdberührte Hüllen

30 Abdichtung einer Kelleraußenwand aus Mauerwerk. Auf den Voranstrich wird die bituminöse Abdichtungsmasse aufgetragen.

32 Aufbringen einer Dränmatte (Noppenbahn) vor dem Verfüllen der Arbeitsräume.

403

31 Die in diesem Fall kombinierten Dämm-, Drän-, und Schutzplatten werden mittels Klebemörtel punktweise an die Kelleraußenwand geklebt.

404

5.

XIII Äußere Hüllen

Abdichtung gegen nicht drückendes Bodenwasser (W1-E) & DIN 18533-1

Abdichtungen von erdberührten Bauteilen dienen dem Schutz vor von außen einwirkender Bodenfeuchtigkeit, Kapillar- und Sickerwasser. Zu diesem Zweck werden folgende Maßnahmen getroffen: • Abdichtungsmaßnahmen bei nicht unterkellerten Gebäuden: Die Kombination aus horizontaler und vertikaler Abdichtung gewährleistet den Schutz des Bauwerks vor Durchfeuchtung. Im Bereich der Spritzwasserzone wird eine vertikale Abdichtungsebene ab dem Fundamentabsatz bis 30 cm über der Oberkante des Geländes vorgesehen. Im ausgeführten Zustand darf dieser Wert 15 cm nicht unterschreiten. Weiterhin ist eine horizontale Abdichtung vorzusehen. Diese wird entweder mindestens 5 cm (bzw. eine Steinlage) unter der Bodenplatte angeordnet – bei vom Gelände abgehobener Bodenplatte –, oder sie kann alternativ oberseitig auf der Bodenplatte liegen. Horizontale und vertikale Abdichtung müssen zur Vermeidung von Feuchtebrücken gekoppelt werden. Grundmauern nicht unterkellerter Gebäude lassen sich – anders als Außenwände unterkellerter Gebäude – mit Bitumenheißaufstrichen dichten. Statt einer aufgebrachten Abdichtung können auch wasserundurchlässige Bauteile aus WU-Beton zum Einsatz kommen. • Die Abdichtungsmaßnahmen bei unterkellerten Gebäuden stellen wegen ihrer weiten Verbreitung den Regelfall dar und sollen in den folgenden Abschnitten näher untersucht werden.

5.1

Idealtypischer Aufbau

Außenwände und Bodenplatten von Kellerbereichen mit Abdichtungen gegen Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser müssen spezifischen Anforderungen genügen, die deutlich von denen luftberührter Hüllbauteile abweichen. Kennzeichnend für erdberührte Hüllbauteile sind • die Beanspruchung durch im Gelände gebundene, ständig wirkende Bodenfeuchte; • der Erddruck, der auf den Außenwänden lastet und auch den außenseitigen Aufbau unter Pressung setzt; • die Gefahr der mechanischen Beschädigung des Aufbaus, insbesondere der Außenwände, durch die Kombination von Erddruck und der Existenz scharfkantiger Bodenbestandteile; • die nur einseitige, nämlich zum Innenraum hin, mögliche Wasserdampfdiffusionsrichtung infolge der herrschenden Sättigungsdrücke.

2 Erdberührte Hüllen

405

Als Folge davon ergeben sich idealtypische Aufbauten von Außenwänden und Bodenplatten, die in einigen Merkmalen – wenngleich nicht in ihren bauphysikalischen und statischen Grundprinzipien – von denen luftberührter Hüllen abweichen. Erdberührte Außenwände weisen von außen nach innen folgenden idealtypischen Aufbau auf, der je nach Beanspruchung und Anforderung fallweise variieren kann (2 33). Grundlegendes und unverzichtbares Element der Außenwand ist die Wandschale (7), die bei Verwendung von WU-Beton als einschaliges Bauteil ohne Zusatzschichten sämtliche Aufgaben der Außenwand – ausgenommen den Wärmeschutz – übernehmen kann. Kommen bei der Wandschale andere Werkstoffe zum Einsatz, ist eine wassersperrende und -abweisende Dichtschicht oder Abdichtung (4) aus Bitumen- oder Polymerwerkstoffen notwendig, die außenseitig auf der Wandschale aufzubringen ist; ggf. ist der Untergrund zu diesem Zweck vorzubereiten (5, 6). Auf dieser Schale lässt sich der Restaufbau anbringen: Bei stark durchlässigen Böden und vorausgesetzt, der Boden enthält keine scharfkantigen Bestandteile, genügt das Abdecken der Dichtschicht durch eine Schutzschicht (1), beispielsweise ein Geotextil. Diese muss – ggf. in anderer Form – stets vorhanden sein, lässt sich aber auch durch die nachfolgend angesprochenen Schichten ersetzen. Sind die Bodenverhältnisse derart, dass zumindest zeitweise mit stauendem Sickerwasser zu rechnen ist, muss eine Dränschicht angeordnet werden. Sie besteht grundsätzlich aus einer Sickerschicht (2), in der das Wasser ablaufen kann, und aus einer außenseitig addierten wasserdurchlässigen Filterschicht (1), die diese vor Anschlämmen schützt. Ist der Keller beheizt, lässt sich zwischen Drän- und Dichtschicht eine nicht wassersaugende Wärmedämmung (Perimeterdämmung) (3) einbauen. Wärmedämmplatten mit äußerer Profilierung können ebenfalls die Aufgabe der Sickerschicht mit übernehmen, müssen aber auch durch Filterschichten außenseitig geschützt werden. 33 Prinzipieller Aufbau einer erdberührten Außenwand mit Abdichtung gegen Bodenfeuchte (W1-E) nach DIN 18533-1 mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Vertikal- und Horizontalschnitt. 1 2 3 4 5 6 7 8

Außenwände

z

Schutzlage (mit optionaler Gleitschicht) Sickerschicht mit Gleitschicht (optional) Wärmedämmschicht (Perimeterdämmung) (optional) Dichtschicht (notwendig, außer bei Wandschale 5 aus WU-Beton) Ausgleichsschicht (optional) Untergrundvorbehandlung (optional) Wandschale (notwendig) innerer Überzug (optional)

Die Pakete 1 und 2 bilden die Flächendränschicht, die nur bei ungünstigen Bodenverhältnissen notwendig ist. Wird auf Flächendränschicht (1, 2) und Wärmedämmung (3) verzichtet, so ist stattdessen zumindest eine Schutzlage (1) vor der Abdichtung 4 anzuordnen.

(8)

5.1.1

7

(6) (5) 4

(3) (2)

1

7

(6) (5) 4

(3) (2)

1

x

(8)

y x

406

XIII Äußere Hüllen

Erdberührte Bodenplatten (2 34) bilden den unteren waagrechten Raumabschluss von Kellerräumen, aber auch von nicht unterkellerten ebenerdigen Geschossen. Sie bestehen, analog zu Außenwänden, in ihrer konstruktiv elementarsten Form, bei normalen Bodenverhältnissen und regulären Anforderungen, zumindest aus einer Platte aus WU-Beton. Bei günstiger Bodenbeschaffenheit und niedrigen Anforderungen an die Trockenheit des Innenraums, lässt sich – in Kombination mit einer Flächendränschicht von mindestens 15 cm Dicke – auch eine Platte aus Normalbeton ausführen, vorausgesetzt, der Bemessungswasserstand befindet sich mindesten 50 cm unterhalb der Bodenplatte. Ansonsten benötigt die Bodenplatte eine zusätzliche Abdichtung bzw. Dichtschicht (3) aus Bitumen- oder Polymerwerkstoffen, die im Allgemeinen oberseitig auf der Platte aufgebracht wird. Diese Schicht ist nach oben notwendigerweise gegen Beschädigung zu schützen, sodass zusätzlich ein Fußbodenaufbau (1) – zumindest in Form eines Schutzestrichs – nötig ist. Bei beheizten Kellerräumen kann erforderlichenfalls, am einfachsten auf der Dichtschicht aufliegend, eine Wärmedämmschicht (2) angeordnet werden. Sie kann – beispielsweise bei großen Punktlasten auf dem Boden – auch alternativ unterhalb der Bodenplatte liegen, und ist in diesem Fall aus entsprechend druckfestem, nicht wassersaugendem Werkstoff herzustellen (7). Unterseitig ist die Bodenplatte, außer bei stark durchlässigen Böden, mittels einer Flächendränschicht aus Sickerschicht (8) und Filterschicht (9) zu schützen. Diese entfaltet dank ihrer waagrechten Lage auch eine wichtige kapillarbrechende Wirkung, die das Aufsteigen von Wasser verhindert.

5.1.2 Bodenplatten

5.2

Vertikale Abdichtung an erdberührten Außenwänden

Zur Abdichtung von erdberührten Außenwänden bei Wassereinwirkung W1-E können nach DIN 18533-1 festgelegte Abdichtungsmaterialien verwendet werden. Eine entspre34 Prinzipieller Aufbau einer erdberührten Bodenplatte (W1-E) mit Abdichtung gegen Bodenfeuchte nach DIN 18533-1 mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen im Vertikalschnitt.

1 TL TL

(2) 3 4 5

6 (7) (8)

(9) (10)

z x

1 Fußbodenaufbau (notwendig zumindest zum Schutz der Dichtschicht 3) 2 Wärmedämmschicht oberseitig (optional, alternativ zu 7) 3 Dichtschicht (notwendig, außer bei Bodenschale 6 aus WU-Beton) 4 Ausgleichsschicht (optional) 5 Untergrundbehandlung (optional) 6 Bodenplatte (notwendig) 7 Wärmedämmung unterseitig (Perimeterdämmung) (optional, alternativ zu 2) 8 Sickerschicht, kapillarbrechend (optional) 9 Filterschicht (optional) 10 Sauberkeitsschicht (optional) Die Pakete 8 und 9 bilden die Flächendränschicht unter der Bodenplatte, die nur bei ungünstigen Bodenverhältnissen notwendig ist. Zwischen einem Estrich (in Paket 1) und einer oberseitigen Wärmedämmung (2) ist eine Trennlage (TL) notwendig, gleichfalls zwischen der Bodenplatte (6) und einer unterseitigen Wärmedämmung (7) bzw. einer Sickerschicht (8).

2 Erdberührte Hüllen

407

1 5 2 3 9

z x

3

35 Konstruktiver Aufbau einer Bodenplatte unter unbeheiztem Raum, einfache Ausführung. Auf die Abdichtung (5) kann bei günstigen Bodenverhältnissen (nicht bindige Böden) auch ggf. verzichtet werden.

1 10 5 6 3 9

36 Konstruktiver Aufbau einer Bodenplatte unter beheiztem Raum. Wärmedämmschicht auf der Bodenplatte.

z x

1

1

3

2

2

4

6 5 7 9

z x

1 2

1

3

2

4

1 Bodenbelag 2 Estrich 3 Trennlage 4 Trittschalldämmung 5 Sperrbahn 6 Bodenplatte 7 geschlossenzelliger Wärmedämmstoff 8 Magerbetonschicht 9 kapillarbrechende Kiesschicht 10 Wärmedämmung

37 Konstruktiver Aufbau einer Bodenplatte unter beheiztem Raum. Wärmedämmschicht und Abdichtung unter der Bodenplatte. Links schwimmender, rechts Verbundestrich.

5 6 3 7 3

8 9

z x

38 Konstruktiver Aufbau einer Bodenplatte unter beheiztem Raum. Wärmedämmung unter der Bodenplatte, auf Magerbetonschicht verlegt für hohe Anforderungen auf den Schichtenaufbau des Bodens. Links schwimmender Estrich, rechts Estrich auf Trennlage.

408

XIII Äußere Hüllen

& DIN 18533-2, -3

& Vgl. aber: Deutsche Bauchemie (Hg) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen erdberührter Bauteile mit flexiblen Dichtungsschlämmen, 04-2006

☞ Abschn. 8. Wandsockel- und Querschnittsabdichtungen, S. 425 f

5.3

Horizontales Abdichten von Bodenplatten ☞ DIN 18533-1

chende Übersicht bietet  20. Eine ausführliche Auflistung der für Wände unter Einwirkung W1-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  39. Weitere Angaben zu einsetzbaren bahnenförmigen und flüssig zu verarbeitenden Werkstoffen finden sich in der Norm. Die gewählten Abdichtungsmaterialien müssen untereinander verträglich und ebenfalls unempfindlich gegen natürliche oder aus Beton oder Mörtel entstandene wässrige Lösungen sein. Die vertikale Abdichtung wird im erdberührten Bereich auf die massive Außenwandkonstruktion aufgebracht. Wenn keine weiteren Funktionsschichten aufgebracht werden – wie z. B. Wärmedämmung oder Dränung –, muss vor der abgedichteten Wandfläche eine zusätzliche Schutzschicht vorgesehen werden, die verhindert, dass beim Verfüllen der Baugrube die Abdichtung beschädigt wird. Schutt, Splitt oder Geröll dürfen nicht unmittelbar an die Abdichtung angeschüttet werden. Die Abdichtung der Außenwandflächen muss auf ihrer gesamten Länge an die horizontale Abdichtung herangeführt und mit dieser verklebt werden. Um einen scharfen Knick der Bahn mit entsprechendem Beschädigungsrisiko zu vermeiden, wird diese z. B. über eine rund geformte Mörtelhohlkehle geführt ( 40–42). Wie bei den nicht unterkellerten Bauwerken muss die Abdichtung in dem Bereich der Spritzwasserzone 30 cm über die Geländeoberkante (GOK) geführt werden. Im Fundamentbereich ist die Abdichtung mit Gefälle bis an die Außenkante des Fundaments zu führen. Um eine Unterläufigkeit der Querschnittsabdichtung zu vermeiden, wird die Wandabdichtung zusätzlich etwa 10 cm weit an der Fundamentstirnfläche herabgeführt. Alternativ kann auch eine Außenwand aus WU-Beton zum Einsatz kommen. Die Beanspruchung durch Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser entspricht der Beanspruchungsgruppe 2 nach WU-Richtlinie. Die folgenden horizontalen Abdichtungen werden direkt auf die Betonbodenplatten aufgebracht und darauf anschließend der Fußboden, der vor aufsteigender Feuchtigkeit geschützt werden muss, aufgebaut. Es sind nach Norm festgelegte Werkstoffe anwendbar. Eine entsprechende Übersicht bietet  20. Eine ausführliche Auflistung der für Bodenplatten unter Einwirkung W1-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  39. Bei Räumen mit geringen Anforderungen an die Trockenheit der Raumluft lässt sich die oberseitige Abdichtung der Bodenplatte durch eine verstärkte kapillarbrechende Schicht mit einer Schüttungsstärke von mindestens 15 cm unter der Platte ersetzen. Räume zum ständigen Aufenthalt fallen nicht in diese Kategorie. Wie bei Außenwänden kann die Bodenplatte alternativ aus WU-Beton ausgeführt werden. Es sind dann keine zusätzlichen Abdichtungen notwendig.

2 Erdberührte Hüllen

Nr.

409

Abdichtungsstoff

Lagenanzahl

Bodenplatten 1

Bitumenbahnen mit Rohfilzeinlage R 500 1)

mindestens eine Lage

2

Sonstige Bitumendachbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

3

Bitumen-Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

4

Sonstige Bitumendichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

5

Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

6

Bitumenschweißbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

7

Polymerbitumenschweißbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

8

Kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

9

Kaltselbstklebende Polymerbitumenbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

10

Polymerbitumenbahnen mit Aluminiumverbundträgereinlage, Anwendungstyp EB nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

11

Kunststoff- und Elastomerbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

12

Polyethylen mit Schaumkaschierung, Anwendungstyp EB nach DIN SPEC 20000-202 (nur bei W1.1-E und RN1-E sowie RN2-E)

mindestens eine Lage

13

PMBC, Gussasphalt und Asphaltmastix

Dicke nach DIN 18533-3

14

rissüberbrückende MDS nach DIN 18533-3

14

keine Abdichtung – Anordnung einer kapillarbrechenden Schicht mit k > 10 m/s und einer Dicke ≥ 15 cm oder Anordnung von in Heißbitumen angeordneten Schaumglasdämmplatten

1)

Die Bahnen müssen vollflächig mit einer heiß aufzubringenden Bitumenklebemasse auf der Unterlage verklebt und mit einem gleichartigen Bitumendeckaufstrich versehen werden. Alle anderen Bahnen dürfen lose, teilflächig oder vollflächig verlegt werden. Die Überlappiungen der Bahnen untereinander müssen vollflächig verklebt bzw. bei einer Schweißbahn verschweißt werden.

2)

Dicke nach DIN 18533-3 -4

Wandflächen Bitumendachbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

2

Bitumen-Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

3

Bitumendichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

1

4

Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

5

Bitumenschweißbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

6

Polymerbitumenschweißbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

7

Bitumenschweißbahnen Cu 01 S4, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

8

Kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

9

Kaltselbstklebende Polymeritumenbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

10

Kunststoff- und Elastomerbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

mindestens eine Lage

11

PMBC, nach DIN 18533-3

Dicke nach DIN 18533-3

•

Stoffe der Zeilen 1 bis 4 können untereinander und miteinander kombiniert werden.

•

Stoffe der Zeilen 5 bis 6 können untereinander und miteinander kombiniert werden sowie auf Stoffe der Zeilen 1 bis 4 verlegt werden.

39 Abdichtungsbauarten für Bodenplatten und Wandflächen für Wassereinwirkungsklassen W1.1-E und W1.2-E gemäß DIN 18533-1. 5

410

XIII Äußere Hüllen

1

M 1:20 0

1

M 1:20 0

100 200 mm

2

100 200 mm

2

3 4

4

5

5

z

z x

x

40 Fundamentbereich eines beheizten Kellers mit Außenwand aus porosierten Ziegeln ohne zusätzliche Wärmedämmschicht.

6

41 Fundamentbereich eines beheizten Kellers mit Außenwand aus Porenbetonsteinen ohne zusätzliche Wärmedämmschicht.

M 1:20 0

100 200 mm

2

4 5

42 Fundamentbereich eines unbeheizten Kellers mit Außenwand aus Normalbeton mit zusätzlicher Abdichtung, Ausführung als Elementwand. Die Ausführung in Ortbeton oder als Halbfertigteil, wie hier gezeigt, stellt den Regelfall in der heutigen Baupraxis dar.

z x

1 Mauerwerk 2 Abdichtung 3 Schutz- und Gleitvlies 4 Dränplatte 5 Filtervlies 6 Beton-Elementwand

2 Erdberührte Hüllen

An folgendem einfachen Beispiel wird der Arbeitsablauf bei der Erstellung des Kellergeschosses eines Mauerwerksbaus aufgezeigt. Wie heute üblich, wird das Kellergeschoss selbst aus Stahlbeton erstellt, auf die Decke über dem Untergeschoss dann das aufgehende Mauerwerk aufgesetzt. 1 Die Baugrube wird zur Erstellung des Kellergeschosses bis zur Sollhöhe der Unterkante der kapillarbrechenden Schicht, deren Höhe 15 cm beträgt, ausgehoben. Die Größe der Baugrube selbst wird durch die Notwendigkeit einer Ringdränung und/oder eines Arbeitsraums – z. B. zum Einbringen der Bewehrung – bestimmt. Die Neigung der Böschung am Rand der Baugrube hängt von der Bodenbeschaffenheit ab, insbesondere vom inneren Reibungswinkel des Bodenmaterials (2 43). 2 Nach dem Einmessen des Bauwerks in der Baugrube mittels Schnurgerüst wird der Verlauf der Streifenfundamente durch Bohlen markiert und die Fundamentkante gesichert. In der Regel wird der Fundamenterder eingebracht und eine ca. 5–10 cm hohe Schicht aus Magerbeton in die Fundamentsohle eingegossen. Diese dient lediglich als Sauberkeitsschicht bis zum endgültigen Betonieren der Fundamente (2 44). 3 Die Streifenfundamente werden eingeschalt, in der Regel erfolgt eine konstruktive Bewehrung. Durchbrüche für den Flächendrän oder Grundleitungen werden ausgespart (2 45). 4 Es erfolgt dann das Betonieren der Streifenfundamente. Die sogenannten Anschlussfahnen der Fundamenterder und die Anschlussbewehrung für die Betonwände bleiben stehen. Grundleitungen und evtl. Dränrohre werden im Bereich der Bodenplatte eingebracht und im Kiesbett verlegt. Die ausgeschalten Fundamente bilden dann die Begrenzung zum Einbringen der kapillarbrechenden Schicht aus Grobkies. Die Schicht wird verdichtet und mit einer PE-Folie abgedeckt (2 46). 5 Nun sind verschiedene Vorgehensweisen bis zum Betonieren der Decke über UG denkbar (2 47): •• Eine zweihäuptige Schalung wird direkt auf dem Streifenfundament aufgesetzt und die Betonwände in einer Wandstärke von ca. 20 cm bis zur UK der Stahlbetondecke über UG betoniert. Die Bodenplatte wird anschließend konstruktiv bewehrt und einfach an die bereits ausgeschalten Umfassungswände anbetoniert. •• Die Bodenplatte wird durch ein seitliches Kantholz abgeschalt und betoniert. Darauf erfolgt das Betonieren der Umfassungswände.

411

Erstellung eines Kellergeschosses vom Aushub bis zum Innenausbau

5.4

412

XIII Äußere Hüllen

2

1

S

z

z

x

x

43 Aushub der Baugrube.

44 Aushub der Fundamentgrube, Betonieren der Sauberkeitsschicht S.

3

4

AR SS

z

TL

F

z x

45 Abschalen und Bewehren des Fundaments.

x

46 Gießen des Fundaments, ggf. Eingraben und Verlegen von Dränleitungen eines Flächendräns F, Ausbreiten der Schotterschicht SS und Abdecken mit einer Trennlage TL; AR Arbeitsraum.

6 Betonieren der Bodenplatte. Im Bereich des Fundamentabsatzes muss ein Gefällekeil bzw. eine Hohlkehle der Mörtelgruppe III eingebracht werden (2 48). 7 Für die Ringdränung wird ein Bett ausgehoben. Das Bett hat eine Mindesttiefe zur Oberkante der Bodenplatte von 35 cm. Es erhält eine Grundfüllung von 15 cm filterstabilem Kiessand der Sieblinie B 32 nach DIN EN 12620. Das Dränrohr (z. B. DN 100) wird darauf im Gefälle verlegt. Oftmals

2 Erdberührte Hüllen

413

6

5

HK

z

z

x

x

47 Betonieren der Außenwand.

48 Betonieren von Bodenplatte und Kellerdecke, mörteln einer Hohlkehle HK. AA

7

8

WD A

FB Ü R KB z

z x

49 Anbringen einer Abdichtung A an der Wandaußenfläche mit Überstand Ü über dem Fundamentabsatz. Ausheben der Grube für den Ringdrän, Auslegen einer Filterbahn FB bis zur Baugrubenwand. Schütten eines Kiesbetts KB und Verlegen des Ringdränrohrs R.

x

50 Mauern der aufgehenden Außenwand AA, hier aus porosiertem Mauerwerk, Anbringen einer Wärmedämmschicht WD außen auf der Abdichtung.

wird unter dem Kiessand ein zusätzliches Filtervlies angeordnet (vgl. Zeichnung). Das Fundament darf durch die Gefälleführung der Dränleitung nicht untergraben werden; ggf. ist zu diesem Zweck das Streifenfundament in seinem Verlauf abzutreppen. Die Betonwände werden abgedichtet, z. B. mit einer kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtung, die Abdichtung wird über die Spritzwasserzone hinausgezogen und mit der horizontalen Sperrbahn unter der ersten

414

XIII Äußere Hüllen

Mauerwerksebene gekoppelt (2 49). 8 Außenseitig an der Abdichtung wird bei Kellerräumen mit hohen Nutzungsanforderungen eine Wärmedämmung aus geschlossenzelligem Hartschaum oder Schaumglas angeordnet. Davor liegt eine Flächendränschicht aus Dränsteinen oder einer Dränmatte oder -platte, die in der Regel zusätzlich mit einem Filtervlies belegt wird. Die vertikale Dränschicht leitet das anfallende Wasser in das Kiesfilterpaket des Ringdräns ab. Das aufgehende Mauerwerk kann über die Vorderkante der Betonwände auskragend ausgeführt werden und mit der Vorderkante der Wärmedämmung der Kellerwand die Putzebene der bewitterten Außenwand bilden (2 50). 9 Nach dem Einbau der Funktionsschichten auf der Außenseite der Kellerwand kann die Baugrube durch lageweises Verfüllen und Verdichten geschlossen werden. Begonnen wird mit der Vervollständigung der Ringdränanlage. Hier wird über der noch offenen Dränleitung eine ca. 50 cm starke Filterkiespackung eingebracht und mit einem Filtervlies als weitere Sicherung gegen das Einsickern von Schwebstoffen abgedeckt (2 51). 10 Das Einbringen der oberseitigen Abdichtung der Bodenplatte und die späteren Ausbauarbeiten stellen dann den Abschluss dieser Baumaßnahmen dar. Im Gegensatz zum Mauerwerksbau kann in einer Betonwand keine horizontale Sperrebene eingebracht werden (2 52).

WP

9

10

SP IA

KS

DS

FB FB

TL

IA

A

FB

KP z

z x

51 Anbringen einer Dränschicht DS, Verfüllen der Kiespackung KP über dem Dränrohr, Auslegen mit Filterbahn FB, lagenweises Verfüllen und Verdichten des Arbeitsraums.

x

52 Herstellung des Sockelputzes SP und Wandputzes WP, Komplettieren der Erdarbeiten, Anlegen eines Kiesstreifens KS, wenn nötig Aufbringen einer Abdichtung A auf der Bodenplatte und Fortsetzung des Innenausbaus IA.

2 Erdberührte Hüllen

415

53 Baugrube vor dem Betonieren der Bodenplatte. Es sind die seitliche Abschalung und die teilweise ausgelegte Trennfolie erkennbar. Die Streifenfundamente am Bodenplattenrand sind bereits betoniert, die zugehörigen Anschlusstäbe sind sichtbar. Im Vordergrund befinden sich die bereits fertiggestellten Punktfundamente für Stützen. Im Hintergrund die abgedeckte Grubenböschung.

54 Arbeitsraum. Ausführung der Kellerwand, hier als Elementwand.

416

6.



6.1

XIII Äußere Hüllen

Abdichten gegen Wasser unter hydrostatischem Druck (W2-E)

& DIN 18533-1, 8.

Beanspruchungs- und Abdichtungsarten

Herrscht von außen ein hydrostatischer Druck auf den erdberührten Hüllbauteilen eines Gebäudes, sind die bisher diskutierten Abdichtungsarten (W1-E) nicht ausreichend. Es ist dann eine wasserdruckhaltende Abdichtung erforderlich, die einerseits imstande ist, dem Druck zu widerstehen, andererseits gegen aggressive Wässer – also natürliche Lösungen oder solche aus Wasser und Beton oder Mörtel – dauerhaft unempfindlich ist. Die Ursache des hydrostatischen Drucks und die dafür notwendige Abdichtungsart kann nach der Norm zweierlei sein:

& DIN 18533-1, 5.

• Ein Gebäude wird durch zeitweise aufstauendes Sickerwasser beansprucht (Fall W2.1-E, Situation 1 in 2 6). Dies betrifft Kelleraußenwände und Bodenplatten in wenig durchlässigen Böden ohne normgerechte Dränung, bei denen Bodenart und Geländeform nur Stauwasser erwarten lassen. Die Unterkante der Kellersohle muss über dem Bemessungswasserstand liegen. Vergleichbare Einwirkung liegt nach Norm vor, wenn das Gebäude zwar im Grund- oder Hochwasser steht, jedoch bis zu einer maximalen Tiefe von 3 , was einem hydrostatischen Druck von maximal 3 m Wassersäule entspricht (Fälle W2.1-E, Situationen 2 und 3 in 2 7 und 8). Ansonsten ist wie bei Vorhandensein von drückendem Wasser wie unten beschrieben vorzugehen. Die Beanspruchung bei aufstauendem Sickerwasser und Grund- oder Hochwasser bis maximal 3 m Tiefe ist mäßig und man kann deshalb mit vereinfachten Abdichtungen arbeiten ( 59). • Ein Gebäude wird durch Grundwasser und Schichtenwasser in einer Tiefe von mehr als 3 m beansprucht, bei beliebiger Gründungstiefe, Eintauchtiefe und Bodenart (Fall W2.2-E, Situationen 1 und 2 in 2 9 und 10). Dies stellt die höhere Beanspruchung dar. Es sind in diesem Fall spezielle Abdichtungen erforderlich ( 60). ☞ Abschn. 6.5 und 6.6, S. 422 ff

6.2 Ausführungsprinzipien

Diese beiden beanspruchungsabhängigen Abdichtungsarten werden im Folgenden näher untersucht. Wasserdruckhaltende Abdichtungen gegen Beanspruchung von außen lassen sich – analog zu Abdichtungen gegen Bodenfeuchte – grundsätzlich nach drei Verfahren ausführen. • Außenhautabdichtungen: Die Abdichtung ist eine außenseitig auf die Wände und Bodenplatten aufgebrachte zusätzliche Dichtschicht (2 55, 56). Man spricht auch von schwarzen Wannen. Diese stellen bei Neubauten einen Normalfall dar und werden in Normalbeton, seltener in Mauerwerk ausgeführt.

2 Erdberührte Hüllen

417

• Innenhautabdichtungen: Diese Art wird bei Behältern oder bei Sanierungen angewendet und ist im Hochbau nicht die Regel. • Abdichtung durch wasserundurchlässige Schalen: Man spricht auch von weißen Wannen ( 18, 50). Dieses Ausführungsprinzip stellt neben der Außenhautabdichtung einen weiteren Normalfall im Hochbau dar, und ist auf die Ausführung in WU-Beton beschränkt. Außenwände und Bodenplatten aus WU-Beton für drückendes Wasser und zeitweise aufstauendes Sickerwasser werden in der WURichtlinie der Beanspruchungsgruppe 1 zugeordnet.

& DAfStb-Richtlinie: Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), 12-2017

Bei der Außenhautabdichtung, oder schwarzen Wanne, erfolgt ein nachträgliches Abdichten der betonierten (seltener gemauerten) Wanne außenseitig durch Bitumen- oder Kunststoffabdichtungen. Insbesondere Bauwerke, die einer verstärkten Gefahr der Rissbildung unterliegen – z. B. durch Erschütterungen aus Verkehr, Maschinenbetrieb o. Ä. – werden nach diesem Verfahren abgedichtet. Grundsätzlich ist die Ausführung der Abdichtung auf die Eintauchtiefe abzustimmen, gemäß der Norm DIN 18533-1 nach Klasse W2.1-E unterhalb der Grenze von 3 m, nach W2.2-E jenseits dieses Grenzmaßes. Die Abdichtungen sind stets zwischen Bauteilen einzubetten oder einzupressen, was voraussetzt, sie außenseitig mit geeigneten Schutzschichten zu versehen (2 55, 56). Wandrücklagen sind Wandschalen, die zwecks des hohlraumfreien Einpressens der Abdichtung außenseitig gegen das Erdreich angeordnet werden. Sie stellen im Sinne der Norm eine biegesteife, massive Schutzschicht aus Beton oder Mauerwerk dar. Die Abdichtung wird innenseitig auf ihnen aufgebracht bevor die Wandschale errichtet wird. Wandrücklagen müssen eine glatte, ebene Oberfläche aufweisen – Mauerwerk ist zu verputzen – und sind zur Übertragung des Erddrucks auf Abdichtung und Wandschale gleitend auf der Fundierung zu lagern. Die zulässigen Werkstoffe für Außenhautabdichtungen W2-E sind in der Norm DIN 18533 festgelegt. Eine entsprechende Übersicht bietet  20 . Eine ausführliche Auflistung der für Wände und Bodenplatten unter Einwirkung W2-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  59 und 60 . Weitere Angaben zu einsetzbaren bahnenförmigen und flüssig zu verarbeitenden Werkstoffen finden sich in der Norm. Die wasserdruckhaltende Abdichtung W2-E ist

& DIN 18533-2, -3

• bei stark durchlässigen Böden mindestens 300 mm über den Bemessungswasserstand zu führen ( 55); darüber kann eine Abdichtung gegen Sickerwasser und Bodenfeuchte W4-E nach DIN 18533-1 bei Wänden oder nach W3-E nach DIN 18533-1 bei erdüberschütteten Decken ausgeführt werden ( 62);

418

XIII Äußere Hüllen

• bei wenig durchlässigen Böden, wegen der Gefahr des Aufstauens, vollständig bis 300 mm über die Geländeoberkante zu führen ( 56). Grundsätzlich müssen Abdichtungen bei drückendem Wasser mithilfe konstruktiver Maßnahmen wie Schutzschichten dauerhaft zumindest eingebettet sein, um Schädi-

10

Spritzwasser 5

≥ 30 cm GOK

9

Bodenfeuchte ≥ 30 cm

HGW HHW

7 4

1 4

3

drückendes Wasser

2

55 Außenhautabdichtung W2.2-E an einer erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion bei drückendem Wasser (schwarze Wanne) und stark wasserdurchlässigem Boden. Die Abdichtung nach W2.2-E ist bis mindestens 30 cm über HGW/HHW hochzuführen; darüber kann eine Abdichtung nach W4-E zum Einsatz kommen. Unabhängig von der Abdichtung ist ein Ausdiffundieren von Feuchte in den Außen- oder Innenraum möglich.

z

6

8

x

10

Spritzwasser 4

9

Bodenfeuchte HGW HHW

7

4

1 4

56 Außenhautabdichtung W2.2-E an einer erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion bei drückendem Wasser (schwarze Wanne) und wenig wasserdurchlässigem Boden. Die Abdichtung nach W2.2-E muss bis mindestens 15 cm über GOK geführt werden. Unabhängig von der Abdichtung ist ein Ausdiffundieren von Feuchte in den Außen- oder Innenraum möglich.

≥ 15 cm GOK

1 Wandschale aus Normalbeton 2 Bodenplatte aus Normalbeton 3 Schutzbeton 4 Abdichtung W2.2-E nach DIN 18533-1, eingebettet und eingepresst 5 Abdichtung W4-E nach DIN 18533-1 6 Unterbeton 7 Wandrücklage 8 Gleitlage 9 Ggf. Aufbau mit Wärmedämmung 10 Wandaufbau im luftberührten Bereich

3

drückendes Wasser

2

z

6

8

x

2 Erdberührte Hüllen

419

gungen durch Änderung der Flächenpressung zu verhindern, bei erhöhten Anforderungen zusätzlich auch eingepresst, d. h. vollflächig planmäßig unter Druck gesetzt sein. Abweichend von Außenwänden und Bodenplatte mit Abdichtungen gegen Bodenfeuchte und nicht aufstauendes Sickerwasser sind Hüllbauteile bei Vorhandensein von hydrostatischem Druck mit speziellen Aufbauten auszuführen, die sich aus der besonderen Beanspruchung ableiten. Idealtypisch sind die Aufbauten wie folgt zusammengesetzt:

Idealtypischer Aufbau

6.3

Erdberührte Außenwände (2 57) lassen sich einschalig ohne weiteren Schichtenaufbau aus einer Wandschale (5) in WU-Beton ausführen. Ansonsten ist außenseitig eine Abdichtung (4) aus Bitumen- oder Polymerwerkstoffen aufzubringen. Diese ist einer extremen Beanspruchung ausgesetzt und aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse gegen mechanische Beschädigung stark gefährdet. Aus diesem Grund muss sie nach Norm zwischen der Wandschale (5) und einer außenseitigen Schutzschicht (2) eingebettet

Außenwand

6.3.1

57 Prinzipieller Aufbau einer erdberührten Außenwand mit Abdichtung gegen drückendes Wasser (W2-E) nach DIN 18533-1 mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionsschichten in Vertikal- und Horizontalschnitt. 1 Gleitschicht (optional, nur bei Bauweise auf Rücklage) 2 Schutzschicht bzw. Rücklage-Bauteil bei Rücklagebauweise (notwendig, außer bei Wandschale 4 aus WU-Beton) 3 Ausgleichsschicht bzw. Gleitschicht (optional) oder Untergrundbehandlung bei Rücklagebauweise 4 Dichtschicht (notwendig, außer bei Wandschale 4 aus WU-Beton) 5 Wandschale (notwendig) 6 innerer Überzug oder Bekleidung (optional) Die Schichten 2 und 5 betten oder pressen die Dichtschicht (4) ein, sodass sich ändernde Druckverhältnisse aus dem Erdreich sich nicht auf die außerordentlich empfindliche Dichtschicht übertragen. Um Unebenheiten der beiden Pressdruck ausübenden Schalen auszugleichen und die Dichtschicht während der Bauarbeiten vor Beschädigung zu schützen, können nach Bedarf zusätzliche Ausgleichs- bzw. Schutzschichten (3) angeordnet werden.

z

y

(3)

2 (1)

(6)

5 (3) 4

(3)

2 (1)

x

(1)

Fußbodenaufbau (optional) Bodenplatte (notwendig) Schutzbetonschicht (notwendig) Trennlage (notwendig) Dichtschicht (notwendig, außer bei Bodenplatte 2 aus WU-Beton) Schutzschicht (notwendig), Unterbeton, ggf. auf Sauberkeitsschicht Wärmedämmung (optional) Sauberkeitsschicht (optional)

Die Schutzbetonschicht (3) hat die Aufgabe, die Dichtschicht (5) während der Bewehrungs- und Betonierarbeiten der Bodenplatte (2) vor Beschädigung zu schützen. Der Unterbeton wirkt als unterseitige Schutzschicht (5) gegen den Boden.

5 (3) 4

x

58 Prinzipieller Aufbau einer erdberührten Bodenplatte mit Abdichtung gegen drückendes Wasser (W2-E) nach DIN 18533-1 mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionsschichten im Vertikalschnitt. 1 2 3 4 5 6 7 8

(6)

2 3

5 6 (7) 8

z x

4

420

XIII Äußere Hüllen

oder erforderlichenfalls zusätzlich eingepresst sein. Sofern diese Schalen nicht ausreichend glatt und eben sind, muss eine oder beide Kontaktflächen mit einer Ausgleichsschicht (3) versehen sein. Da ein Baufortgang von außen nach innen üblich ist, schützt die innenseitige Ausgleichsschicht die Abdichtung auch während der Bauarbeiten gegen Beschädigung. Außen- oder innenseitig an der Dichtschicht kann bei beheizten Kellerräumen die Funktion der Schutz- bzw. Ausgleichsschichten (2, 3) auch durch eine Wärmedämmschicht mit ausreichender Druckfestigkeit übernommen werden. 6.3.2

6.4

Bodenplatte

Die Bodenplatte (2 58) kann wiederum ohne weitere Schichten in WU-Beton ausgeführt werden. Ansonsten ist sie unterseitig mit einer Dichtschicht (5) aus Bitumen- oder Polymerwerkstoffen zu versehen, sodass das Bauwerk – zusammen mit der Wandabdichtung – kontinuierlich ringsum wannenartig abgedichtet ist. Diese Dichtschicht ist wiederum, analog zur Außenwand, zwischen Bodenplatte und einer Schutzschicht (6), zumeist einem Unterbeton, einzubetten bzw. einzupressen. Da die Dichtschicht (5) während des Baus nicht beschädigt werden darf, wird sie oberseitig vor dem Betonieren der Bodenplatte mit einer Schutzbetonschicht (3) bedeckt. Auch bei der Bodenplatte lässt sich, sofern der Keller beheizt ist, eine der beiden Schutzschichten (3, 5), vorzugsweise die obere (3), durch eine druckfeste Wärmedämmung ersetzen bzw. diese alternativ unter der unteren Schutzschicht (6) hinzufügen (wie in  58 dargestellt).

Konstruktive Grundsätze der Ausführung von Außenhautabdichtungen

Für den Fall, dass Bauwerke oder Gebäudeteile der Gefahr der Einwirkung von sich zeitweise stauendem Sickerwasser oder dauerhaft drückendem Wasser ausgesetzt sind (W2-E), müssen die betroffenen Gebäudeteile insgesamt wannenartig ausgebildet werden. Wannen müssen bei den zu erwartenden Verformungen, wie Schwinden, bei Temperaturdehnungen oder Setzungen des Baugrunds, in der Lage sein, Spannungsrisse in gewissen Grenzen elastisch zu überbrücken. Sie müssen Rissüberbrückungsklassen bis RÜ3-E (bei W2.1-E) bzw. bis RÜ4-E (bei W2.2-E) entsprechen . Eventuell ist durch besondere Dichtungsmaßnahmen, wie z. B. besonders abgedichtete Bauwerksfugen, die Dauerhaftigkeit der Abdichtung sicherzustellen. Grundsätzlich ist bei der Planung solcher Wannen auf eine einfache Gebäudegeometrie zu achten. Bei Tiefgründungen sind der Wasserdruck und der zu erwartende Auftrieb zu berechnen. Die Abdichtungsmaßnahmen werden bei der Ausbildung einer Wanne in aller Regel deutlich über 30 cm über Geländeoberkante gezogen. Die Wasserhaltung während der Bauzeit erfolgt entweder als offene Wasserhaltung oder durch Absenken des

☞ vgl. Abschn. 2.4, S. 390

2 Erdberührte Hüllen

Grundwasserspiegels. Der hydraulische Auftrieb, der mit sich vergrößernder Eintauchtiefe naturgemäß ansteigt, muss durch Auflast überdrückt werden. Die zwei grundsätzlich unterschiedlichen hochbaurelevanten Abdichtungsarten gegen drückendes Wasser – nämlich die Außenhautabdichtung und diejenige mit wasserundurchlässiger Schale – werden, wie oben angemerkt, entweder als schwarze oder weiße Wanne bezeichnet, wobei man jeweils auf das Erscheinungsbild der Dichtschicht bzw. des WU-Betons Bezug nimmt. Aufgrund der neueren Entwicklungen im Stahlbetonbau ist eine deutliche Tendenz zur Ausführung von weißen Wannen erkennbar, wenngleich sich das Ende der schwarzen Abdichtung und schwarzen Wanne noch nicht abzeichnet. Bei der Entscheidung, welche der beiden Abdichtungsarten schwarze oder weiße Wanne zur Ausführung kommen soll, können folgende Kriterien eine Rolle spielen: • Mögliche Zugänglichkeit der Abdichtungsflächen (Beispiel: Berliner Verbau), d.  h., oftmals ist die notwendige Zugangsmöglichkeit zum Bau einer schwarzen Wanne nicht gegeben. Die notwenigen Platzverhältnisse im Arbeitsraum sind nicht vorhanden. Diese Problematik trifft man insbesondere bei innerstädtischen Bauvorhaben an. • Die Witterungsverhältnisse lassen Abdichtungsarbeiten an einer schwarzen Wanne nicht zu. • Art und Dauer der Wasserhaltung. Es ist im Bauzustand ggf. eine zeitweise Absenkung des Wasserspiegels nötig. Diese ist rechtzeitig während der Planung mit dem Geologen und den zuständigen Behörden zu klären und abzustimmen. • Die zu erwartende Beanspruchung der Abdichtung sowie erhöhte Ansprüche an die Trockenheit des Kellerraums können nach wie vor entscheidende Kriterien für die Wahl einer schwarzen Wanne sein. • Wirtschaftlichkeitsüberlegungen bei der Planung eines Bauwerks (Baufortschritt und Baukosten) sind oftmals ein Grund für den Bau einer weißen Wanne, die bau- und herstellungstechnisch wesentlich einfacher als eine schwarze Wanne ist. • Undichtheiten lassen sich bei einer weißen Wanne von innen orten und ausbessern. Die außenliegende, vollständig eingebettete schwarze Abdichtung ist hingegen nur schwer oder überhaupt nicht zugänglich.

421

422

6.5

XIII Äußere Hüllen

Abdichtungen gegen aufstauendes Sickerwasser und Grund- bzw. Hochwasser bis zu einer Eintauchtiefe von 3 m (W2.1-E)

& DIN 18533-2, -3

Nr.

 Außenwände und Bodenplatte wannenartig umschließende Abdichtungen aus ein- oder zweilagigen Bahnen und kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtungen erfüllen die Anforderungen bei aufstauendem Sickerwasser bzw. mäßigem hydrostatischen Druck bis 3 m Wassersäule und sind dabei elastisch genug, um kleinere Risse zu überbrücken.6 Die Wannenabdichtung ist aus einem durchgängigen Werkstoff herzustellen, Wand- und Bodenabdichtung druckwasserdicht miteinander zu verbinden. Wegen des verhältnismäßig schwierigen Ausführung der Abdichtung unter der Bodenplatte, wird diese oft als druckwasserhaltende Schale aus WU-Beton ausgeführt (Kombinationsabdichtung).7 Eine Übersicht der für W2.1-E einsetzbaren Werkstoffe bietet  20. Eine ausführliche Auflistung der für Wandflächen und Bodenplatten unter Einwirkung W2.1-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  59. Weitere Angaben zu einsetzbaren bahnenförmigen und flüssig zu verarbeitenden Werkstoffen finden sich in der Norm. Längs- und Quernähte von einlagigen Bahnenabdichtungen sind je nach Werkstoff mit Quellschweißmittel oder Warmgas zu verschweißen. Alternativ sind Außenwände und Bodenplatten auch aus WU-Beton ohne zusätzliche Abdichtung ausführbar.

Abdichtungsstoff

Lagenanzahl/Mindestdicke

W2.1-E Bodenplatten und Wandflächen Bitumen und Polymerbitumen 1

Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2

2

Bitumenschweißbahnen G 200 S4, PV 200 S5, KTP S4, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2

3

Polymerbitumen-Schweißbahnen PYE-KTP S4, PYE/PYP-KTP S4, PYE-PV 200 S5, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1

4

Polymerbitumen-Schweißbahnen PYE-G 200 S4/S5, PYE-KTG S4, PYE/PYP-KTG S4, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2

5

Kaltselbstklebende Polymerbitumenbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202, als untere Lage, wenn die Folgelage eine Polymerbitumenschweißbahn ist

1

Kunststoff- und Elastomerbahnen 6

ECB-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

7

PIB-Bahnen, Anwendungstyp BA 1) nach DIN SPEC 20000-202

8

PVC-P-NB-Bahnen sowie PVC-P-BV-Bahnen, Anwendungstyp BA

9

EVA-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2,0 mm 1,5 mm 1)

nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm 1,5 mm

10

EPDM-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,3 mm

11

FPO-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm

Kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen 12 1)

PMBC nach DIN 18533-3

4,0 mm

Homogene PIB-Abdichtung ist aus einer Lage bitumenverträglicher Kunststoffdichtungsbahn herzustellen, die zwischen zwei Lagen nackter Bitumenbahnen mit Bitumenklebemasse einzukleben ist.

59 Abdichtungsbauarten für Bodenplatten und Wandflächen für die Wassereinwirkungsklasse W2.1-E gemäß DIN 18533-1. 8

2 Erdberührte Hüllen

Nr.

423

Abdichtungsstoff

Eintauchtiefe [m]

Lagenanzahl/Mindestdicke

≤4

3

> 4 und ≤ 9

4

W2.2-E Bodenplatten und Wandflächen Bitumen und Polymerbitumen 1

2

3

4

Nackte Bitumenbahnen R 500 N, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

Nackte Bitumenbahnen R 500 N und Metallbänder, Anwendungstyp BA 2) nach DIN SPEC 20000-202

Bitumen- und Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen R 500 N und Metallbänder, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

Bitumenschweißbahnen G 200 S4, PV 200 S5, KTP S4, KTG S4, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

>9

5

≤9

2 + 1 Lage CU-/ Edelstahlband

>9

3 + 1 Lage CU-/ Edelstahlband

≤4

2

> 4 und ≤ 9

1+1 mit CU 01, D

3

>9

2+1 mit CU 01, D

≤4

2

> 4 und ≤ 9

1+1 mit CU 01, D

3

>9 5

6

Polymerbitumen-Schweißbahnen PYE-G 20 S4/S5, PYE-KTG S4, PYE-KTP S4, PYE-PV 200 S5, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

Kaltselbstklebende Polymerbitumenbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202, als untere Lage, wenn die Folgelage eine bzw. zwei Schweißbahnen sind

≤9

2+1 mit CU 01, D 1 + 1 Lage mit PV-Einlage

>9

2 + 1 Lage mit PV-Einlage

≤9

2-lagig

>9

3-lagig

Kunststoff- und Elastomerbahnen 7

8

ECB-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

PIB-Bahnen, Anwendungstyp BA 3) nach DIN SPEC 20000-202

≤4

2,0 mm

> 4 und ≤ 9

2,0 mm

>9

2,5 mm

≤4

1,5 mm

> 4 und ≤ 9

1,5 mm

>9

2,0 mm

9

PVC-P-NB-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

≤4

1,5 mm

10

PVC-P-BV-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

≤4

1,5 mm

> 4 und ≤ 9

1,5 mm

>9

2,0 mm

11

EVA-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

≤4

1,5 mm

> 4 und ≤ 9

1,5 mm

>9

2,0 mm

12

EPDM-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

≤9

1,3 mm

13

FPO-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

≤4

1,5 mm

> 4 und ≤ 9

1,5 mm

>9

2,0 mm

1)

Erf. Mindesteinpressdruck ≥ 0,01 MN/m (hydrostatischer Druck nicht ansetzbar).

2)

Metallband-Einlage: Kupfer mit d = 0,1 mm oder Edelstahl mit d = 0,05 mm.

3)

Homogene PIB-Abdichtung ist aus einer Lage bitumenverträglicher Kunststoffdichtungsbahn herzustellen, die zwischen zwei Lagen nackter Bitumenbahnen mit Bitumenklebemasse einzukleben ist.

2

60 Abdichtungsbauarten für Bodenplatten und Wandflächen für die Wassereinwirkungsklasse W2.2-E gemäß DIN 18533-1. 9

424

6.6

XIII Äußere Hüllen

Abdichtungen gegen drückendes Wasser bei einer Eintauchtiefe größer als 3 m (W2.2-E)

& DIN 18533-2, -3

7.

Abdichtungen von erdüberschütteten Decken (W3-E)

☞ siehe auch Abschn. 1.3.3,  11, S. 387, und  21, S. 397 & DIN 18533-2, -3

Nr.

Für die höheren Anforderungen bei hydrostatischem Druck über 3 m Wassersäule sind mehrlagige, mindestens zweilagige Bahnenwerkstoffe (Bitumen-, Polymerbitumen-, Kunststoff- oder Elastomerbahnen) erforderlich. Eine Übersicht der für W2.2-E einsetzbaren Werkstoffe bietet  20. Eine ausführliche Auflistung der für Wandflächen und Bodenplatten unter Einwirkung W2.2-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  60. Weitere Angaben zu einsetzbaren bahnenförmigen und flüssig zu verarbeitenden Werkstoffen finden sich in der Norm. Der prototypische Aufbau einer Abdichtung gegen nicht drückendes Wasser auf einer erdüberschütteten Decke ist in  62 dargestellt. Eine Übersicht der für W3-E einsetzbaren Werkstoffe bietet  20. Eine ausführliche Auflistung der für erdüberschüttete Decken unter Einwirkung W3-E zugelassenen Abdichtungswerkstoffe und -bauarten findet sich in  61. Weitere Angaben zu einsetzbaren bahnenförmigen und flüssig zu verarbeitenden Werkstoffen finden sich in der Norm.

Abdichtungsstoff

Lagenanzahl/Mindestdicke

W3-E Bitumen und Polymerbitumen 1

Nackte Bitumenbahnen, nach DIN SPEC 20000-201 und -202 1)

2

Dachdichtungsbahnen, Anwendungstyp BA

3

Bitumenschweißbahnen G 200 S4, P 200 S5, Anwendungstyp BA 2) nach DIN SPEC 20000-202

2

4

Polymerbitumen-Schweißbahnen PYE-G 200 S4/S5, PYE-KTG S4, PYE/PYP-KTG S4, PYE-KTP S4, PYE/PYP-KTP S4, PYE-PV 200 S5, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2

5

Kaltselbstklebende Polymerbitumenbahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202 als untere Lage, wenn die Folgelage eine Polymerbitumenschweißbahn ist (insgesamt 2 Lagen)

1

2)

nach DIN SPEC 20000-202

3 2

Kunststoff- und Elastomerbahnen 6

ECB-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

2,0 mm

7

PIB-Bahnen, Anwendungstyp BA 3) nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm

8

PVC-P-NB-Bahnen sowie PVC-P-BV-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm

EVA-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm

10

EPDM-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,3 mm

11

FPO-Bahnen, Anwendungstyp BA nach DIN SPEC 20000-202

1,5 mm

9

Kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen/flüssig zu verarbeitende Abdichtungsstoffe 12

PMBC, nach DIN SPEC 20000-201 und -202

4,0 mm

13

FLK, nach DIN SPEC 20000-201 und -202

4,0 mm

1)

Mindesteinpressdruck von 0,01 MN/m2

2)

Bitumenbahnen können kombiniert werden mit Polymerbitumenbahnen, die obere Lage muss jedoch eine Polymerbitumenbahn sein. Beträgt das Gefälle der Abdichtungsunterlage weniger als 2 %, sind mind. 2 Lagen Polymerbitumenbahnen zu verwenden.

3)

Homogene PIB-Abdichtung ist aus einer Lage bitumenverträglicher Kunststoffdichtungsbahn herzustellen, die zwischen zwei Lagen nackter Bitumenbahnen mit Bitumenklebemasse einzukleben ist.

61 Abdichtungsbauarten für Bodenplatten und Wandflächen für die Wassereinwirkungsklasse W3-E gemäß DIN 18533-1. 10

2 Erdberührte Hüllen

425

Wandsockelabdichtungen schützen den Übergang von der erdberühren zur luftberührten Außenwand in einer Zone (Sockelzone), die infolge Spritzwassers einer erhöhten Feuchtebeanspruchung ausgesetzt ist. Querschnittsabdichtungen haben die Aufgabe, vertikalen Feuchtetransport innerhalb von Wänden aus porösen Baustoffen zu unterbinden. Sie werden horizontal über den gesamten Wandquerschnitt verlegt (deshalb die Bezeichnung).

Wandsockel- und Querschnittsabdichtungen (W4-E)

Der Sockel ist Teil der Wandabdichtung. Die Hauptaufgabe dieses Abdichtungsbereichs ist der Schutz vor Oberflächenund Spritzwasser. Je nach Einsatzfall kann der Abdichtungswerkstoff der erdberührten Wand hochgeführt oder ein anderer Werkstoff eingesetzt werden. Die für Wandsockel infrage kommenden Abdichtungswerkstoffe sind in  20 unter der Kategorie W4-E gelistet. Besondere Gefährdung besteht durch Hinterlaufen des oberen Endes der Abdichtung (Abschluss). Die Norm sieht folgende Maßnahmen vor:

Wandsockelabdichtung

☞ Vgl. hierzu Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4.2 Schutz vor Feuchte, S. 484 f.

& DIN 18533-1, 8.8

• Das Hochziehen der regulären Wandabdichtung oder ggf. eines alternativen Werkstoffs auf der Wandschale hinter einer Sockelbekleidung bis zur Nennhöhe von 30 cm ( 63–65). Eine Unterschreitung dieses Maßes bei unebenem Gelände ist bis zu einem effektiven Minimum von 15 cm zulässig. Dies ist auch bei zweischaligem Mauerwerk möglich, wo die Abdichtung auf der Außenseite der Hintermauerung hochgeführt wird ( 66, 67); • oder alternativ andere, ausreichend wasserabweisende Bauteile. Dies kann

•• ein wasserabweisender Sockelputz,



•• eine Dichtschlämme oder



•• eine Beschichtung bzw. eine Bekleidung sein.

62 Idealtypischer Aufbau einer erdüberschütteten Decke mit Abdichtung gegen nicht drückendes Wasser (W3-E) gemäß DIN 18533-1 mit seinen notwendigen und optionalen Funktionsschichten im Vertikalschnitt. 1 2 3 4 (5) z x

(6) (7) 8 (9)

8.

Filterschicht (notwendig) Dränschicht (notwendig) Schutzlage (notwendig) Dichtschicht (notwendig) W3-E gemäß DIN 18533-1 Trennlage (optional) druckfeste Wärmedämmung (optional) Dampfsperre (optional; notwendig bei Vorhandensein von Wärmedämmung 6) 8 Decke mit Gefälle (notwendig) 9 Überzug (optional) 1 2 3 4 5 6 7

8.1

426

XIII Äußere Hüllen

Zwischen Sockel- und Wandabdichtung darf keine Lücke entstehen, wenn beide nach unterschiedlicher Art ausgeführt werden. Die Wärmedämmung im Spritzwasserbereich muss aus wenig wassersaugendem Werkstoff bestehen (Perimerterdämmung) ( 63–67). Querschnittsabdichtung in oder unter erdberührten Außenwänden Legende 1 Schutzschicht 2 wasserabweisender Sockelputz 3 mineralische Dichtungsschlämme (MDS) 4 Dichtschicht (PMBC) W4-E nach DIN 18533-1 5 Dichtschicht W4-E nach DIN 18533-1 6 Feuchteschutz Wandsockel 7 Perimeterdämmung 8 Wärmedämmverbundsystem 9 Kerndämmung 10 Entwässerungsöffnung: offene Stoßfugen 11 Dränschicht 12 Dichtungskehle, Ausrundung 13 Wandabdichtung a Planmaß b Fertigmaß

Diese hat die Aufgabe, die notwendige Verbindung zwischen der Abdichtung der Bodenplatte und der außenseitigen Wandabdichtung herzustellen, denn es ist mit herkömmlicher Bautechnik nicht praktikabel, eine funktionsfähige Dichtebene unterhalb der Fundamentsohle durchzuführen (2 9, Abdichtung 3). Dies gelingt nur unter vollflächigen Fundamentplatten. Ferner verhindert diese horizontale Abdichtung auch das Aufsteigen der Feuchte im Wandquerschnitt (2 13). Folgende Werkstoffe dürfen nach Norm als waagrechte Abdichtungen in oder unter Wänden eingebracht werden: • Bitumen- und Polymerbitumenbahnen DIN 18533-2, Tabelle 9; • Kunststoff- oder Elastomerbahnen nach DIN 18533-2, Tabelle 17; • rissüberbrückende MDS nach DIN 18533-3, Tabelle 1.

8

7 5

≥ 30 cm

8.2

GOK

1 63 Sockelabdichtung: wassergeschützt angeordneter oberer Abschluss der Abdichtung bei bekleideter aufgehender Außenwand, nach DIN 18533-1.

& Vgl. aber: Deutsche Bauchemie (Hg) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen erdberührter Bauteile mit flexiblen Dichtungsschlämmen, 04-2006.

Kunststoffdichtungsbahnen dürfen nur dann verwendet werden, wenn sie nicht mit Bitumenbahnen in Berührung kommen. Hier kann chemische Unverträglichkeit über längere Zeiträume zu Schäden führen. Die zulässigen Werkstoffe stellen sicher, dass an der Querschnittsabdichtung keine Gleitebene entsteht. Eine solche würde die Wand daran hindern, die anfallenden Kräfte quer zur Wandebene (wie den Erddruck) zu übertragen. Betsteht kein Querschub, lassen sich Querschnittsabdichtungen auch aus Flüssigkunststoffen (FLK) ausführen (vgl.  20) Mindestens eine horizontale Abdichtungslage ist erforderlich. Ihre Höhenlage ist nicht genormt. Idealerweise wird sie auf Höhe der OK Bodenplatte unter der Wand eben durchgeführt (2 14). Zunächst ist mittels Mauermörtel nach DIN EN 1996-1-1 eine waagrechte Oberfläche anzulegen. Diese muss so abgeglichen werden, dass die Sperrbahn nicht beschädigt werden kann. Sperrbahnen werden nicht aufgeklebt und müssen an Stoßpunkten mindestens 200 mm überlappen. Auch eine stufenförmige Ausbildung horizontaler Sperrbahnen ist möglich, z. B. bei der Notwendigkeit, horizontale Kräfte zu übertragen. Alternativ können als Querschnittsabdichtungen auch flexible Dichtschlämmen zum Einsatz kommen, wenngleich diese nicht genormt sind. Auch diese sichern die Haftscherfestigkeit der Fuge.4 Um den Anschluss an die Abdichtung der Kellerwand auf der einen sowie der Bodenplatte auf der anderen Seite her-

2 Erdberührte Hüllen

427

8 2

≥ 30 a ≥ 15 b

2 GOK

3 5

GOK

≥5

≥5 ≥ 30 a ≥ 15 b

7 5

≥ 10

6 1

65 Sockelabdichtung: oberer Abschluss der Abdichtung bei aufgehender Außenwand aus Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem (keine Differenzierung der Sockelzone), nach DIN 18533-1.

1 4

9

7

7

≥ 30 a ≥ 15 b

9

≥ 30 a ≥ 15 b

10

5 GOK

GOK

5

11 10

13

z

67 Sockelabdichtung: aufgehende Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk; keine Unterkellerung; Entwässerung unter GOK; nach DIN 18533-1.

5 ≥ 10 cm

12

z x

66 Sockelabdichtung: oberer Abschluss der Abdichtung bei Unterkellerung und aufgehender Außenwand aus zweischaligem Mauer werk, Entwässerung über GOK; nach DIN 18533-1.

13

≥ 10 cm

≥ 15 cm

5

64 Sockelabdichtung: oberer Abschluss der Abdichtung bei aufgehender Außenwand aus verputztem Mauerwerk, nach DIN 18533-1.

x

zustellen, wird die Querschnittsabdichtung bei Ausführung mit Dichtungsbahnen beiderseits rund 10 cm überstehend ausgeführt. Mit diesen Streifen werden die anschließenden Dichtebenen verklebt ( 68, 69). Im Betonbau ist es nicht möglich, eine durch den Wandquerschnitt durchgehende Dichtschicht hindurchzuführen,

68 Anschluss der Querschnittsabdichtung an die Wandabdichtung bei Versatz zwischen Wandebene und Fundament bzw. Bodenplatte; nach DIN 18533-1. 69 Anschluss der Querschnittsabdichtung an die Wandabdichtung bei bündiger Bodenplatte; nach DIN 18533-1.

428

XIII Äußere Hüllen

weil diese aus Gründen des Betoniervorgangs praktisch nicht in den Betonquerschnitt integriert werden kann und sie ansonsten durch die Bewehrung notwendigerweise durchdrungen und somit in ihrer Dichtwirkung beeinträchtigt werden würde. Bei erdberührten Bauteilen aus Normal- oder WU-Beton entfällt deshalb die horizontale Abdichtung in oder unter der Außenwand. Stattdessen wird in einer an der Arbeitsfuge entstehenden Kapillarfuge der Wassertransport durch geeignete, quer zur Wassertransportrichtung verlaufende Fugendichtungen verhindert ( 59, 70). 9.

Konstruktionen aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) & DAfStb-Richtlinie: Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), 12-2017 & Wassereindringwiderstand nach DIN 1045-2, 5.5.3 bzw. DIN EN 206, 5.5.3

Der Schutz gegen drückendes Wasser wird in diesem Fall nicht durch eine aufgebrachte Abdichtung gewährleistet, sondern durch den Wassereindringwiderstand der Wand- und Bodenschale selbst (2 70). Es erfolgt eine Wannenbildung aus wasserundurchlässigem Stahlbeton nach DIN 1045 und WU-Richtlinie mit einer den Verhältnissen angepassten Wandstärke (2 71). Es liegt eine Beanspruchungsklasse 1 nach WU-Richtlinie vor. Dafür werden Betone mit verhältnismäßig dichtem Gefüge hergestellt, bei denen der Feuchtedurchtritt durch das poröse Werkstoffgefüge kleiner ist als die Feuchte, die innenseitig an der Bauteiloberfläche in den Innenraum ausdiffundieren kann. Außerdem wird durch eine entsprechend ausgelegte Bewehrung die Rissbreite stärker beschränkt als bei den meisten Nicht-WU-Betonen. Man spricht von einem hohen Wassereindringwiderstand, nicht hingegen von einer vollständigen Dichtheit. Dadurch wird sichergestellt, dass sich im Bauteil und an seiner inneren Oberfläche dauerhaft keine Feuchteschäden bilden können. Da ein minimaler Feuchte- und Wasserdampftransport in den Innenraum bei WU-Beton nicht vollständig auszuschließen ist und auch die Baufeuchte bis zum Erreichen der Ausgleichsfeuchte ausdiffundieren muss, wird zwischen verschiedenen Anforderungsniveaus bzw. Nutzungsklassen hinsichtlich der im Innenraum tolerierbaren relativen Luftfeuchte unterschieden: • Nutzungsklasse A: keine feuchten Stellen auf der Bauteiloberfläche während der Nutzungszeit zulässig; keine Verfärbungen; • Nutzungsklasse B: feuchte Stellen zeitlich begrenzt zulässig, aber keine Wasseransammlungen; Verfärbungen auch längerfristig zulässig; • frei vereinbarte Nutzungsklassen: im Bauvertrag geregelt. Dementsprechend sind die Anforderungen an die Ausführung des WU-Betons festgelegt. Durchdringungen, wie beispielsweise durch Schalungsanker, sind wasserundurchlässig auszuführen. Gleiches gilt

2 Erdberührte Hüllen

429

für Durchführungen von Ver- und Entsorgungsleitungen, die durch spezielle handelsübliche und zugelassene Durchführungselemente hindurchgeleitet werden. Die Fugen der einzelnen Betonierabschnitte sind durch das Einbringen von Fugenbändern abzudichten. Schwachstellen können nachträglich verpresst werden. Wenn in der Ausführung möglich, werden die erdberührten Oberflächen zusätzlich zum

7 Spritzwasser 6 Bodenfeuchte HGW

1 3

drückendes Wasser

2 5

z x

4

Bauteil

1

Wände

2 3 4 1) 2) 3)

Bodenplatten

Beanspruchungsklasse

70 Abdichtung durch wasserundurchlässige Bauteile aus WU-Beton an einer erdberührten Wand- und Bodenkonstruktion bei drückendem Wasser (weiße Wanne). 1 Wandschale aus WU-Beton 2 Bodenplatte aus WU-Beton 3 Trennlage aus Kunststofffolie 4 Sauberkeitsschicht 5 Dichtungsband an der Arbeitsfuge 6 ggf. Aufbau mit Wärmedämmung 7 Wandaufbau im luftberührten Bereich

Ausführungsart Ortbeton

Elementwände

Fertigteile

1 1)

240

240

200

2 2)

200

240 3)

100

1 1)

250

___

200

2 2)

150

___

100

Beanspruchungsklasse 1: Drückendes bzw. nicht drückendes Wasser sowie zeitweise aufstauendes Sickerwasser Beanspruchungsklasse 2: Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser Unter Beachtung besonderer betontechnologischer und ausführungstechnischer Maßnahmen ist eine Abminderung auf 200 mm möglich.

71 Empfohlene Mindestdicken von Bauteilen aus WU-Beton in Abhängigkeit der hydrostatischen Beanspruchung nach WU-Richtlinie.

430

XIII Äußere Hüllen

Schutz vor Rissen und aggressiven Wässern beschichtet (Beschichtungen auf Bitumen- oder Reaktionsharzbasis). Wanddurchbrüche sind bei weißen Wannen möglichst zu vermeiden. Wichtig ist die gleichmäßige Verteilung der Bewehrung im Bauteil, damit sich eine gleichmäßige Netzrissbildung feiner, nicht wasserführender Risse einstellt. Das Verpressen erfolgt heute idealerweise mit PU-Harzen, die sich in der Anwendung elastischer verhalten als Epoxidharze. Besondere Aufmerksamkeit muss den Fugen der einzelnen Betonierabschnitte geschenkt werden, die zusätzlich mit Fugendichtungsbändern gedichtet werden müssen. Beanspruchungsklassen nach WU-Richtlinie: • Beanspruchungsklasse 1: drückendes, nicht drückendes und zeitweise aufstauendes Sickerwasser; entspricht den Wassereinwirkungsklassen nach DIN 18533-1 W2.1-E, W2.2-E und W1-E; • Beanspruchungsklasse 2: Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser; entspricht den Wassereinwirkungsklassen nach DIN 18533-1 W1-E; Anmerkungen

1

2

3 4 5 6 7 8 9 10



Normen und Richtlinien

„Die Normen der bisherigen Reihe DIN 18195-1 bis -10 wurden vollständig überarbeitet und die Regelungen dieser in DIN 18195 (Begriffe) sowie die Normenreihen DIN 18531 bis DIN 18535 übernommen und aktualisiert. Es wurden dabei auch neue Stoffe für die Abdichtung in die bauteilbezogenen Normenreihen aufgenommen.“ (DIN 18195/2017-07) In Anlehnung an Cziesielski (2006), Abdichtungen von Hochbauten im Erdreich, in Albert A, Heisel J P (Hg) Schneider Bautabellen für Architekten, S. 2.53 Cziesielski E (2006), S. 2.51 Näheres siehe DGfM (Hg) (2016) Merkblatt zur Abdichtung von Mauerwerk, S. 15 f. Schneider (2018) Bautabellen für Ingenieure (23. Aufl.), S. 10.131 DGfM (Hg) (2016) S. 13 f Ebda. S. 27 Schneider (2018), S. 10.133 f Ebda. S. 10.134 f Ebda. S. 10.135 f

DIN 206: 2017-01-00 Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 2: 2008-08 Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Teil 3: 2012-03 Bauausführung – Anwendungsregeln zu DIN EN 13670 Teil 3/Ber. 1: 2013-07 Bauausführung – Anwendungsregeln zu DIN EN 13670 – Berichtigung zu DIN 1045-3 DIN 1986: 2016-12-00 Entwässerungsanlagen für Gebäude und

2 Erdberührte Hüllen

Grundstücke DIN 1996: 2013-02-00 Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten DIN 1997: 2010-10-00 Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik DIN 4108: 2013-02-00 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden DIN 4020: 2010-12-00 Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke – Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1997-2 DIN 4095: 1990-06-00 Baugrund; Dränung zum Schutz baulicher Anlagen; Planung, Bemessung und Ausführung DIN 10088: 2014-12-00 Nichtrostende Stähle DIN 12056: 2001-01-00 Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden DIN 12597: 2014-08-00 Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel DIN 13707: 2013-12-00 Abdichtungsbahnen – Bitumenbahnen mit Trägereinlage für Dachabdichtungen – Definitionen und Eigenschaften DIN 18195: 2017-07-00 Abdichtung von Bauwerken DIN 18533 Abdichtung von erdberührten Bauteilen Teil 1: 2017-07 Anforderungen, Planungs- und Ausführungsgrundsätze Teil 2: 2017-07 Abdichtung mit bahnenförmigen Abdichtungsstoffen Teil 3: 2017-07 Abdichtung mit flüssig zu verarbeitenden Abdichtungsstoffen DIN EN 206: 2017-01 Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität DIN EN 1652: 1998-03 Kupfer- und Kupferlegierungen – Platten, Bleche, Bänder, Streifen und Ronden zur allgemeinen Verwendung DIN EN 12597: 2014-08 Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel – Terminologie DIN EN 12620: 2008-07 Gesteinskörnungen für Beton DIN EN 12620: 2015-07 (Entwurf) Gesteinskörnungen für Beton DIN EN 13164: 2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – werkmäßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) – Spezifikation. DIN EN 13167:2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – werkmäßig hergestellt Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation DIN EN 14909: 2012-07-00 Abdichtungsbahnen – Kunststoff- und Elastomer-Mauersperrbahnen – Definitionen und Eigenschaften DIN EN 14967: 2006-08 Abdichtungsbahnen – Bitumen-Mauersperrbahnen – Definitionen und Eigenschaften Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) Wasserundurchlässige Bauwerke (WU-Richtlinie): 2017-12 Deutsche Bauchemie (Hg) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen erdberührter Bauteile mit flexiblen Dichtungsschlämmen: 2006-04 Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau (DGfM) (Hg) (07-2016) Merkblatt zur Abdichtung von Mauerwerk

431

XIII-3 SCHALENSYSTEME AUFBAUPRINZIPIEN

AUSSENWÄNDE

einschalig mit Aufbau ☞ 2.1, S. 458

einschalig ☞ 1.1, S. 434

zweischalig ohne Luftschicht ☞ 3.1, S. 501

zweischalig mit Luftschicht ☞ 3.2, S. 516

einschaliges einschaliges Ziegelmau- Mauerwerk erwerk aus aus AAC Lhlz

einschaliges Mauerwerk aus Porenbeton-Wandplatten

einschaliges Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem

einschaliges Mauerwerk mit leichter Wetterhaut

einschaliges Massivholz mit leichter Wetterhaut

zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung, gemauert

zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung, Beton

zweischaliges zweischaliges Mauerwerk mit Mauerwerk mit Luftschicht, Luftschicht, Beton gemauert

☞ 1.1.3, S. 436

☞ 1.1.4, S. 447

☞ 2.1.1, S. 458

☞ 2.1.2, S. 464 ☞ 2.1.2, S. 465

☞ 3.1.1, S. 501

☞ 3.1.2, S. 507

☞ 3.2.1, S. 516

☞ 1.1.4, S. 444

FLACHDÄCHER

☞ 3.2.2, S. 518

STEILDÄCHER

einschalig ☞ 1.2, S. 457

einschalig mit Aufbau ☞ 2.3, S. 476

einschalig ☞ 1.2, S. 457

einschalig mit Aufbau ☞ 2.2, S. 470

Betonplatte, Dichtschicht oberseitig ☞ 2.3.7, S. 480

aus PorenbetonDachplatten ☞ 1.2, S. 457

Massivholzplatte, Dichtschicht oberseitig ☞ 2.3.11, S. 498 Betonplatte, Dichtschicht untererseitig (Umkehrdach) ☞ 2.3.7, S. 492

aus Porenbeton-Dachplatten mit Zusatzdämmung ☞ 2.3, S. 486

Porenbeton-Dachplatten mit Zusatzdämmung ☞ 2.2, S. 470 belüftet, Betonplatte ☞ 2.3.8, S. 493

1. Einfache Schalensysteme......................................... 434 1.1 Außenwände..................................................... 434 1.1.1 Werkstoffe................................................434 1.1.2 Idealtypischer Aufbau...............................435 1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk...........................436 1.1.4 Außenwände aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC).....................................444 1.1.5 Außenwände aus Massivholz...................456 1.1.6 Anschlüsse...............................................456 1.2 Flache und geneigte Dächer............................. 457 2. Schalensysteme mit addiertem funktionalen Aufbau.................................................. 458 2.1 Außenwände..................................................... 458 2.1.1 Außenwände mit Wärmedämm verbundsystem.........................................458 2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut.......464 2.2 Geneigte Dächer................................................470 2.2.1 Idealtypischer Aufbau...............................470 2.2.2 Anschlüsse...............................................470 2.3 Flache Dächer auf tragender Schale..................476 2.3.1 Einwirkungen............................................476 2.3.2 Anwendung..............................................477 2.3.3 Abführen von Niederschlagswasser.........478 2.3.4 Idealtypischer Aufbau...............................479 2.3.5 Tragende Unterlage..................................480 2.3.6 Belüftung..................................................480 2.3.7 Nicht belüftetes Dach...............................480 2.3.8 Belüftetes Dach........................................493 2.3.9 Dachan- und -abschlüsse..........................494 2.3.10 Dachbegrünungen....................................498 2.3.11 Dächer mit nichtmassiven Tragschalen.....498 3. Doppelte Schalensysteme........................................ 500 3.1 Zweischalige Außenwände ohne Luftschicht .. 501 3.1.1 aus Mauersteinen.....................................501 3.1.2 aus Stahlbeton..........................................507 3.2 Zweischalige Außenwände mit Luftschicht.......516 3.2.1 aus Mauersteinen.....................................516 3.2.2 aus Stahlbetonfertigteilen.........................518 Anmerkungen................................................................. 522 Normen und Richtlinien................................................. 522

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

434

XIII Äußere Hüllen

1. Einfache Schalensysteme

Grundlegende Überlegungen zu einschaligen Hüllbauteilen ohne addierten Aufbau, wie sie in diesem Kapitel behandelt werden, finden sich in Kapitel VIII. Aufgrund der Einschränkungen, die sich aus der komplexen Aufgabenzuweisung an ein einzelnes Bauteil – die Schale – ergeben, die nur schwer zufriedenstellend umzusetzen sind, finden derartige Konstruktionen ohne Zusatzaufbauten sowohl als äußere wie auch als innere Hüllbauteile einen nur begrenzten Einsatz. In den folgenden Abschnitten sollen verschiedene Varianten von Wänden, Decken und Dächern in einfacher Schalenbauweise ohne zusätzlichen funktionalen Schichtenaufbau untersucht werden. Wirkliche baupraktische Bedeutung hat diese konstruktive Variante bei Außenhüllen nur im Einsatz als Außenwand. Geneigt oder waagrecht angeordnete Außenhüllbauteile, also Steil- oder Flachdächer, sind in dieser Bauart wegen der anfallenden Feuchtebeanspruchung ganz ohne Zusatzaufbau nicht sinnvoll realisierbar und treten aus diesem Grund im praktischen Einsatz nur außerordentlich selten auf. Auf die entsprechende konstruktive Problematik wird im letzten Abschnitt dieses Kapitels näher eingegangen.

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.1 Einfache Schale ohne Aufbau, S. 120 ff

☞ Abschnitt 1.2, S. 457

1.1 Außenwände

1.1.1 Werkstoffe

Außenwände aus natürlichen und künstlichen Steinen mit großer Rohdichte und hoher Tragfähigkeit lassen sich als einfache Schalensysteme ohne zusätzliche Dämmschicht praktisch nur bei unbeheizten Gebäuden einsetzen, da sie keinen ausreichenden Wärmeschutz bieten. Höhere Ansprüche an den Wärmeschutz erfordern Schalen aus porösem und gleichzeitig ausreichend tragfähigem Material. 1 Die nur eingeschränkt druckfesten Werkstoffe, welche diese beiden Eigenschaften gleichzeitig aufweisen, ziehen eine Begrenzung der abtragbaren Lasten mit sich, was bei tragenden Schalen zu eingeschränkter Geschosszahl führt. Aus diesem Grund sind einschalige Außenwände ohne Zusatzaufbau vorwiegend im niedriggeschossigen Wohnbau anzutreffen sowie auch, als nichttragende Außenwände, im Industriebau. Beim Einsatz leichter und gleichzeitig biegesteifer Materialien ist der Schallschutz stets sorgfältig zu prüfen, da bauakustisch grundsätzlich ungünstige Verhältnisse herrschen. Einschalige Außenwände werden bei beheizten Gebäuden heute üblicherweise in folgenden Werkstoffen ausgeführt: • porosierte Ziegel; • Porenbeton; • Massivholz.

☞ Zu Decken und Innenwänden, siehe Kapitel XIV-2 und -3.

Stahlbeton ohne ein zusätzliches Funktionspaket mit Wärmedämmschicht kann als Außenwandmaterial nur bei unbeheizten Gebäuden zur Ausführung kommen und soll hier deshalb nicht näher betrachtet werden.

3 Schalensysteme

435

Der idealtypische konstruktive Aufbau (2 1) von einschaligen Außenwänden ohne Zusatzaufbau besteht im Wesentlichen aus der Wandschale (Schicht 2), welcher fundamentale Aufgaben der Außenwand zugeordnet sind. Außenseitig ist bei Wandschalen aus mineralischen Werkstoffen – wie sie zum großen Teil bei dieser Art von Außenwand zum Einsatz kommen – diese vor Witterungseinfluss zu schützen, da sie unter den gegebenen Voraussetzungen notwendigerweise aus porösem und damit wasseraufnehmendem Material besteht. Dies geschieht durch Beschichtungen (wie bei Porenbeton) oder durch Überzüge (Putze bei Mauerwerk und Porenbeton) (Schicht 1). Überzüge übernehmen auch die wichtige Aufgabe der Schaffung von Luftdichtheit, nicht hingegen Beschichtungen. Dies ist auch für den Schallschutz der Außenwand von Bedeutung. Innenseitig besteht zwar grundsätzlich die Möglichkeit, die Schale (2) sichtbar zu belassen. Bei den zur Anwendung kommenden Mauersteinen und Plattenbauteilen wird dies jedoch im Allgemeinen vermieden. Stattdessen werden innenseitige Überzüge oder zumindest Beschichtungen aufgebracht. Dies kann aus optischen Gründen, aber auch zum Schutz der Wandschale (2) angebracht sein. Einschalige Außenwände aus Massivholz werden außen entweder ungeschützt belassen oder – seltener – mit Schutzanstrichen versehen. Massivholz sollte konstruktiv durch große Dachüberstände oder besonders auf der Wetterseite durch eine Verkleidung geschützt werden. Direkt auf das Bauholz aufgebrachte Putze oder Beschichtungen sind wegen des zu erwartenden Schwindens und Quellens des Holzes ungeeignet. Sowohl Außenwände aus Massivholz wie auch geschichtete Stein- oder Plattenwände aus mineralischen Werkstoffen ohne kontinuierliche Überzüge sind an den durch den Wandquerschnitt durchgehenden Stoßfugen – vertikal und/oder horizontal – ausreichend gegen die Witterung zu schützen.

(3)

z

2

(1)

(3)

x

1 Prinzipieller Aufbau einer Außenwand in einfacher Schalenbauweise mit ihren wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionsschichten in Horizontal- und Vertikalschnitt. 1 äußerer Überzug oder Beschichtung (notwendig bei mineralischen Werkstoffen) 2 Wandschale (notwendig) 3 innerer Überzug (üblich bei mineralischen Werkstoffen)

x

y

Idealtypischer Aufbau

2

(1)

Einschalige Außenwände aus Mauerwerk, die notwendigerweise aus porösem Werkstoff mit gutem Dämmvermögen bestehen, müssen außenseitig mit einem schützenden Überzug (1) versehen sein. Innenseitig wird zumeist ebenfalls ein Überzug (3) aufgebracht. Grundsätzlich können bei Massivholzwänden beide Außenschichten 1 und 3 entfallen.

1.1.2

436

XIII Äußere Hüllen

1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk Standardziegel ☞ Band 1, Kap. V-1, Abschn. 2.6 Ziegelformen, S. 358 ff

Die am meisten verbreiteten Außenwände aus porosiertem Mauerwerk bestehen aus Leichthochlochziegeln. Leichthochlochziegel werden in verschiedenen Formaten angeboten. Werksseitig werden sogenannte Planziegel nach dem Brennen an den Lagerfugenflächen plan geschliffen, sodass die Ziegel geringe Maßtoleranz besitzen. Leichthochlochziegel bestehen aus porosiertem Ziegelscherben und sind aus thermischen Gründen mit zahlreichen Hohlkammern versehen. Wegen der kleinen Hohlraumabmessungen wirken sie wie weitgehend stehende und damit gut dämmende Luftschichten. Die dünnen Stege der Rippung leiten die Wärme nur schlecht. Zusätzlich schaffen gegenüber der Transmissionsrichtung versetzte Rippungen deutlich verlängerte Wärmeleitwege. Eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeschutzes ist durch Ausfüllen der Hohlräume mit Dämmstoff möglich ( 3). Insgesamt sind Wärmeleitzahlen l zwischen 0,08 und 0,18 W/mK erzielbar. Folgende Standardziegel sind heute gebräuchlich: • Blockziegel: Stoßfugenverzahnung, Lagerfläche ungeschliffen. Verarbeitung mit 12 mm dicker vollflächiger Mörtel-Lagerfuge aus Normal- oder Leichtmörtel. Ziegelhöhe 23,8 cm ( 2). • Planziegel: Lagerflächen präzise geschliffen, Verarbeitung mit Dünnbettmörtel, Stoßfugenverzahnung ( 4). • Planelemente: großformatige Ziegelelemente für Gewerbe- und Mehrgeschoss-Wohnungsbau. Mit Versetzgeräten (Hebezeug) zu verlegen. Plan geschliffene Oberflächen und Stoßfugenverzahnung ( 5). • Planfüllziegel: Ziegel für Trennwände mit erhöhtem Schallschutz. Hohlräume werden nach dem Aufmauern geschosshoch mit Beton verfüllt, ggf. im gleichen Arbeitsgang wie die Decke. Die Hohlräume lassen sich bei Bedarf stattdessen mit Dämmstoff füllen ( 6).



Form- und Ergänzungsziegel

Es sind ferner verschiedene Sonderziegel für spezielle Einsatzzwecke im Handel, darunter

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.7 Dächer mit Deckung aus Dachziegeln oder Dachsteinen,  68, S. 583

• Plan-Winkelziegel für Eckausbildungen (90°, 45°, 135°); • Planziegel für Keller; • U-Schalen für Stürze über größeren Öffnungen und für Ring­anker/-balken ( 7, 9, 16) sowie Flachsturzelemente als Zuggurte unter Druckgewölben für kleinere Öffnungen ( 11); U-Schalen eignen sich zur Mauerung von Installationsschächten; sie haben eine doppelschalige Außenfläche mit Dämmkern;

3 Schalensysteme

437

2 Blockziegel, auf Mörtelschicht verlegt, rechts mörtellose Stoßfugenausbildung.

3 Ziegel mit erhöhter Dämmfähigkeit dank Perlitefüllung in den Kammern. 4 Planziegel.

5 Verlegung eines Planelements. 6 Planfüllziegel.

438

XIII Äußere Hüllen

• Abschalelemente für Decken: verlorene Schalung, Stirnfläche doppelschalig mit Dämmkern; Deckenabmauerungsziegel werden stirnseitig am abgedämmten Deckenrand vermauert ( 7); sie schaffen eine kontinuierlichen Putzgrund über den Deckenanschlussbereich hinweg; • Anschlagsziegel für Fenster- und Türanschlüsse; • Ziegel-Rollladenkästen: über die Öffnung hinweg selbsttragende Fertigbauteile ( 8); Dämmkerne oder Schaumstoff-Inlays minimieren die Wärmebrückenwirkung über den Kastenhohlraum. Verarbeitung

☞ Band 1, Kap. V-1, Abschn. 4.3.1 Vermauern von porosiertem Ziegelmauerwerk (LHlz), S. 371

Verputz

& DIN 18550-1, -2; DIN 4108-7, 6.1.1

Leichthochlochziegel werden heute bevorzugt mit Dünnbettmörtel der Mörtelgruppe III geklebt (Planziegel), seltener herkömmlich vermörtelt (Blockziegel). Die dünne Mörtelfuge mit 1 bis 3 mm Dicke reduziert die systembedingt unvermeidliche durchgehende Wärmebrücke an der Lagerfuge. Es ist ein vollflächiger deckender Auftrag erforderlich, der mithilfe einer Mörtelrolle ausgeführt wird. Bei der Verwendung von Kleber auf der Lagerfläche ist die Stoßfuge sorgfältig zu schließen. Stoßfugen sind daher oft als Nut und Feder formschlüssig ausgebildet und werden unverklebt ausgeführt. Bei der Verwendung von Mörtel und Ziegel ist zu beachten, dass beide aufeinander abgestimmt sind (gleiches thermohygrisches Verhalten). Mörtel ist immer weicher als der Ziegel. Leichthochlochziegel dürfen nicht geschlagen werden, sie sind stattdessen zu schneiden, nass oder trocken. Schlitze sind mit speziellen Schlitzwerkzeugen (Mauernutfräsen) herzustellen. Einschalige Mauern aus porosierten Ziegeln sind außenseitig stets mit einem Verputz zu versehen, der ausreichenden Schlagregenschutz und Luftdichtheit bietet. Infrage kommen mineralische Normalputze, bevorzugt mineralische Leichtputzsysteme nach DIN 18550-1 sowie Wärmedämmputze nach DIN 13914-1. Eine Leichthochlochziegelwand ist sehr empfindlich, wenn die Schutzschicht (Putz) schadhaft ist. Eindringende Feuchtigkeit kann den Wärmeschutz der Konstruktion beeinträchtigen. Sie kann ferner gefrieren und die äußere Schicht des Leichthochlochziegels absprengen. Grundsätzlich ist ein homogener Putzgrund aus Ziegelmaterial anzustreben. Geeignete Formstücke wurden oben erwähnt. Oftmals sind Formstücke indessen nicht einsetzbar, weil die Stahlbetondecke eine tiefere Auflage auf der Mauerwerksaußenwand benötigt und kein Platz verbleibt (2 15). Sind in einem solchen Fall Dämmstreifen anzuordnen und folglich Übergänge zwischen verschiedenen Materialien unumgänglich, sind Putzbewehrungen (Haftbrücken) einzulegen. Die Ziegel sind an Außen- und Innenflächen mit einer Riffelung zwecks einer verbesserten Putzhaftung versehen.

3 Schalensysteme

7 WU-Schale zur Ausbildung eines Ringbalkens, außenseitig abgedämmt, oben aufgesetzet ein Abstellstein, ebenfalls abgedämmt, zur Abschalung der Elementdecke (System Poroton®).

Im Sockelbereich, also bis rund 30 cm über Bodenniveau, sind wegen der stärkeren Spritzwasserbeanspruchung spezielle Sockelputze anzuwenden. Es haben sich wasserabweisende Unterputze der Putzmörtelgruppe P II (Festigkeiten zwischen 3,5 und 7,5 N/mm2) auf Dichtschlämme bewährt (2 10). Alternativ lassen sich die Sockelstreifen auch aus dauerhafteren Werkstoffen herstellen (analog zu 2 34). Leichthochlochziegel können nur druckbeansprucht eingesetzt werden. Bei Zug und Biegung sind oft Konstruktionen aus Stahlbeton erforderlich. Alle ca. 7 bis 8 m muss die Ziegelwand durch eine Querwand gegen Umkippen gesichert werden. Zu diesem Zweck lassen sich auch hier Stützen aus Stahlbeton einsetzen, die dann allerdings nach außen wärmegedämmt werden müssen.

439

8 Ziegelrollladenkasten mit innenseitiger Zusatzdämmung aus Schaumstoff.

& Merkblatt DGfM (Hg) (2016) Abdichtung von Mauerwerk, S. 18 f

An den Anschlüssen ist grundsätzlich darauf zu achten, dass das innere Kammersystem der Ziegelschale luftdicht abgeschlossen ist. Dies betrifft in erster Linie Lagerflächen an Mauerkronen und Öffnungen. Zu diesem Zweck werden auf Lagerflächen ein vollflächiger Mörtelabgleich und eine Abdichtungsbahn aufgebracht. Zusätzlich wird dadurch verhindert, dass während des Baus Verunreinigungen in die Kammern gelangen und Wärmebrücken erzeugen.

Anschlüsse

Abdämmung der Deckenstirnkante durch Deckenabmauerungsziegel. Mörtelabgleich und Dichtungsbahn auf der Mauerkrone zum Verschließen des Kammersystems des Ziegels. Gleichzeitig schafft die Dichtungsbahn eine gewisse Nachgiebigkeit des Anschlusses gegenüber den Deckenverformungen infolge Durchbiegung, besonders bei größeren Spannweiten. Zwischen Deckenoberkante

• Deckenanschluss

440

0

XIII Äußere Hüllen

100

☞  15,16

M 1:20

200 mm

100

0

200 mm

3

☞  15,16

M 1:20

3

1 2 4

1 2 4

6

z

z ☞  10

x

9 Deckenanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk über einer Fensteröffnung. Sturz aus Ziegel-U-Schale mit Bewehrung und Betonverguss sowie außenseitiger Dämmschicht (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

0

100

200 mm

M 1:20

3

☞  10

x

11 Balkonanschluss an einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk über einer Fensteröffnung. Thermisch getrennter Doppel-Flachsturz aus Ziegelmaterial mit Bewehrung und Betonverguss (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

☞  9,11

0

100

200 mm

1 2 4

☞  9,11

M 1:20

3

15 ~ 30 cm

1 2 4

> 15 cm

11 14

3 z

z x

10 Deckenanschluss und Fußpunkt einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk.

Legende 1 Kellenschnitt 2 Zentrierung ab Deckenspannweite > 4,50 m 3 Bitumendachbahn

☞  10

x

12 Balkonanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk, thermische Trennung durch Bewehrungskorb.

4 Ausgleichsschicht 5 konstruktive Bewehrung 6 Ziegel-U-Schale 7 mech. Befestigung der Dampfsperre 8 Trockenputz 9 Dampfsperre

10 Untersparrendämmung 11 Abdeckleiste 12 Ringbalken 13 Putzbewehrung 14 ISO-Deckenkonsolträger 15 Dichtungsschlämme

3 Schalensysteme

M 1:10

0

441

M 1:20

100 mm

10 8 9

100 200 mm

0

38°

7

11

y

1 2 4 3 5

z

x

100

☞  9,11

x

13 Seitlicher Fensteranschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

0

13

200 mm

15 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk, Sparrenauflagerung auf Stahlbetonaufkantung (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

M 1:20

M 1:20

10 8 9

0

100

200 mm

38° 7

1 2 4 3 5

14 12 6

z

z x

☞  9,11

14 Beispiel für einen Dachanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk, Flachdach mit Terrasse. Attikaelement aus Stahlbeton mit thermischer Trennung (Herst.: Wienerberger).

x

☞  9,11

16 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk, herkömmliche Sparrenauflagerung auf Fußpfette. Ringbalken aus Ziegel-U-Schale (Herst.: Wienerberger).

442

XIII Äußere Hüllen

und aufgehendem Mauerwerk wird gleich verfahren. Bei Spannweiten größer als rund 4 m ist zur Vermeidung von Kantenpressungen aus Deckendurchbiegungen auch ein federweicher Streifen im Bereich der Wandinnenkante anzuordnen (Zentrierstreifen). • Querwandanschluss ☞ Band 2, Kap. X-1, Abschn. 4.2 Versteifung und Stabilisierung von Wänden im Mauerwerksbau, S. 459 ff

Aussteifende Querwände sind für die Kippstabilität der Wandscheiben notwendig. Während Querwandanschlüsse im herkömmlichen Mauerwerksbau durch gleichzeitiges Aufmauern im Verband realisiert wurden, wodurch eine formschlüssige Verzahnung zwischen Längs- und Querwand entstand, werden im modernen Mauerwerksbau mit porosierten Steinen folgende Techniken verwendet: • Volleinbindung (2 17): bei erhöhten Schallschutzanforderungen, wie beispielsweise bei Wohnungstrennwänden; Anschlussfugen sind satt zu vermörteln; • Schlitzeinbindung (2 18): Einbindung in einem rund 12 cm tiefen Schlitz; • Stumpfstoß (2 19, 20): Anschlussfuge mit einer Mindestdicke von 15 mm ist satt zu vermörteln. Die Verankerung erfolgt bei allen drei Varianten mittels Flachstahlankern aus V4A-Stahl in den höhengleichen Lagerfugen. Diese nehmen Zug- und Querkräfte auf; Druckkräfte werden über den Kontaktstoß übertragen.

• Fenster- und Türanschluss & DIN EN 12208 ☞ Zu Fenster- und Türanschlüssen, siehe auch Kap. XIII-9, Abschn. 2. Fenster, S. 772 ff, und Abschn. 3. Außentüren, S. 838  ff.

Fenster- und Türanschlüsse lassen sich mit oder ohne Anschlag ausführen. Für Anschläge stehen geeignete Formziegel und Sturzelemente zur Verfügung. Bei Ausführung ohne Anschlag (2 13) ist aus Gründen eines günstigen Isothermenverlaufs die Mittellage der Fensterebene im Wandquerschnitt vorzuziehen, zumindest jedoch die Lage im mittleren Drittel.

3 Schalensysteme

0

100 mm

443

0

M 1:10

100 mm

M 1:10

1

5

2

4 1

5

3

y

y

x

x

17 Anschluss einer Wohnungstrennwand an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Planziegel) mit Volleinbindung (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH). 1 Flachstahlanker V4A-Stahl 2 Mörtelfuge 15 mm, satt vermörtelt 3 Putzarmierung im Stoßbereich

0

100 mm

18 Anschluss einer Wohnungstrennwand an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Ziegel mit Dämmfüllung) mit Schlitzeinbindung in einer ca. 12 cm tiefen Aussparung (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH). 4 Schlitz satt vermörtelt 5 Dämmstofffüllung

0

M 1:10

100 mm

M 1:10

5 2 2

1

1

y

y x

19 Anschluss einer Trennwand an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Planziegel) mit Stumpfstoßtechnik (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

x

20 Anschluss einer Trennwand an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Ziegel mit Dämmfüllung) mit Stumpfstoßtechnik (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

444

1.1.4

XIII Äußere Hüllen

Außenwände aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC) & DIN 4166, DIN 4223 & DIN EN 771-4, DIN EN 12602 ☞ Band 1, Kap. V-1, Abschn. 3.2 Porenbetonsteine, S. 364 f ☞ Kap. XIV-2, Abschn. 5.1.2 Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton > Fertigteildecke aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC), S. 920

Mauersteine & DIN 771-4

Dampfgehärteter Porenbeton (AAC Autoclaved Aerated Concrete) ist ein feinporiger Beton, der aus Zement und/ oder Kalk und fein gemahlenen oder feinkörnigen, kieselsäurehaltigen Stoffen unter Verwendung von porenbildenden Zusätzen, Wasser und ggf. Zusatzmitteln hergestellt und in gespanntem Dampf gehärtet wird. Grundsätzliches zu Porenbeton und Porenbetonsteinen findet sich in Kapitel V-1. Deckenkonstruktionen aus diesem Werkstoff werden in Kapitel XIV-2 behandelt.

Folgende Standard-Mauersteine aus Porenbeton sind am Markt erhältlich: • Blockstein (PB): großformatiger Vollstein aus Porenbeton, wird in Normal- oder Leichtmauermörtel versetzt; • Planstein (PP): quaderförmiger Vollstein aus Porenbeton mit einer Steinhöhe ≤ 249 mm; wird in Dünnbettmörtel versetzt und kann mit Griffhilfen und Hantierlöchern versehen sein ( 22); • Planelement (PPE): quaderförmiger Vollstein aus Porenbeton mit einer Steinhöhe > 249 mm und einer Länge ≥ 499 mm. Wird in Dünnbettmörtel versetzt. Er kann mit Griffhilfen und Hantierlöchern versehen sein; • Bauplatte (Ppl): Porenbetonstein für nichttragende Trennwände, an den erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Grenzabmaße für die Höhe und keine Anforderungen an die Druckfestigkeit gestellt werden; • Planbauplatte (PPpl): Porenbeton-Bauplatte zur Verlegung in Dünnbettmörtel ( 23). Stirnseiten von Plansteinen und Planelementen können ebenflächig oder alternativ mit Nut und Feder ausgebildet werden. Übliche Formate sind: • Plansteine: Abmessungen d = 175 – 365 mm, h = 250 mm (– 1  mm Fuge), l = 333 mm bis 625 mm (– 1 mm Fuge) verlegt im Dünnbettmörtel; • Größere Formate bis b = 625/750 mm h = 500/625 mm (– 1 mm Fuge).

3 Schalensysteme

445

2 3

1

z

M 1:20 0

100

200 mm

x

21 Typischer Aufbau einer einschaligen Außenwand aus Porenbetonsteinen mit Außen- und Innenputz.

22 Planblock aus dampfgehärtetem Porenbeton, auf Dünnbettmörtel verlegt.

23 Planbauplatte für Trennwände.

25 U-Schalstein zum Gießen von Unterzügen, Stürzen oder Ringbalken.

26 Deckenabstellstein mit aufkaschiertem Mineralfaserdämmstreifen zum außenseitigen Abschalen von Ortbetonbauteilen.

1 Außenputz 2 Wandschale aus Porenbetonsteinen 3 Innenputz

24 Sturzelement aus bewehrtem dampfgehärtetem Porenbeton.

2

2

4

4

1

1

z

z x

27 Anschluss einer aussteifenden Querwand an eine einschalige Außenwand aus Porenbeton mit Stumpfstoßtechnik, herkömmlicher Mauerverbinder (Flachstahlanker) in Lagerfuge eingemörtelt. 28 Anschluss einer aussteifenden Querwand an eine einschalige Außenwand aus Porenbeton mit Stumpfstoßtechnik, nachträglich angebrachter EinschlagMauerverbinder, keine Übereinstimmung der Schichtenhöhen notwendig.

x

3

3

1

1

y

y x

4

x

4

1 flankierende Porenbetonwand 2 anzuschließende Querwand 3 Fuge satt vermörtelt 4 Mauerverbinder

446

XIII Äußere Hüllen

Form- und Ergänzungselemente

Zusätzlich sind folgende Form- und Ergänzungselemente verfügbar: • Sturzelement bewehrt, zum Überspannen von Maueröffnungen, für tragende und nicht tragende Wände ( 24, 35); • Flachsturzelement bewehrt, zum Einsatz als Zuggurt unter einem Druckgewölbe über Maueröffnungen ( 36); • Rolladensturz tragend ( 43); • Blockstufe für Treppen; • U-Schale und U-Schalstein für das Betonieren von Ringankern/-balken, Unterzügen und Stürzen ( 25, 42); • Deckenabstellstein: dünner Planstein mit aufkaschiertem Dämmstreifen ( 26, 29); • Höhenausgleichsstein bei Abweichungen vom Mauerwerks-Schichtmaß; • Wandelement: geschosshohe Wandtafeln für Außen- und Innenwände, im Dünnbett versetzt.

☞ Abschn. 2.2, S. 470

Ferner sind Dach- und Deckenplatten erhältlich.

Verarbeitung

Vollflächiges Auftragen des Dünnbettmörtels der Mörtelgruppe III mit auf Mauerbreite abgestimmter Plankelle oder alternativ mit Mörtelschlitten. Lagerfugen rund 1 bis 2 mm dick. Das Überbindemaß von mindestens 0,4 x Steinhöhe ist einzuhalten. Stoßfugen mit Nut und Feder werden nicht vermörtelt. Schneiden mithilfe von Handsäge, Elektrohandsäge oder Bandsäge. Schleifen von Unebenheiten mit Schleifbrett. Schlitze werden mit Schlitzkratzer oder Mauerfräse ausgeführt.

Verputz

Bauteile aus Porenbeton müssen notwendigerweise eine Oberflächenbehandlung erfahren, die sie gegen Witterungseinflüsse schützt, Luftdichtheit gewährleistet, die mechanische Widerstandsfähigkeit verbessert und nicht zuletzt ihr visuelles Erscheinungsbild beeinflusst. Üblich sind bei nass verarbeiteten Porenbetonwänden Verputze. Die hohe Präzision und Ebenheit der Bauteiloberflächen erlaubt die Verwendung von Fertig-Dünnputzen mit Dicken von 15 mm außen und zwischen 3 und 8 mm innen. Analog zu anderen verputzten Mauerbauweisen ist ein wasserabweisender Sockelputz bis 30 cm über Bodenniveau auszubilden. Geeignet sind Putze der Mörtelgruppe II, Kalkzementputze mit wasserabweisenden Zusätzen.

3 Schalensysteme

447

Querwandanschlüsse werden heute, analog zu Mauern aus porosiertem Mauerwerk, in Stumpfstoßtechnik ausgeführt (2 27). Dabei wird unterschieden zwischen Anschlüssen tragender Wände mit Mauerankern und solchen von nichttragenden Wänden. Mit Einschlag-Mauerverbindern lassen sich auch nachträgliche Querwandanschlüsse bei unterschiedlichen Schichthöhen ausführen (2 28). Fensteranschlüsse sollten analog zu anderen einschaligen Wandkonstruktionen vorzugsweise in Mittellage bezüglich der Wanddicke angeordnet werden (2 38). Deckenanschlüsse sind in der Regel mit betoniertem Ringanker auszuführen. Dieser ist außenseitig abzudämmen. Ein kontinuierlicher außenseitiger Putzgrund wird durch einen Abstellstein geschaffen (2 29, 31 und weitere). Dies gilt in gleicher Weise für Porenbetondecken (2 33) wie auch für Stahlbetondecken, bei denen der Ringanker im Deckenquerschnitt integriert ist (2 31). Auskragende Deckenplatten aus Porenbeton lassen sich dank der guten Dämmfähigkeit des Werkstoffs ohne thermische Trennung ausführen (2 40).

Anschlüsse

Bewehrte großformatige Wandplatten aus dampfgehärtetem Porenbeton für einschalige Wandkonstruktionen werden vorwiegend für den Industrie- und Gewerbebau eingesetzt. Sie werden trocken im Montagebau verarbeitet und sind in der Lage, Eigenlasten und Lasten rechtwinklig zur Wandebene aufzunehmen. Sie lassen sich stehend oder liegend montieren. Sie sind auch in der Lage, Öffnungen frei zu überspannen. Die unterste Wandplatte (bei liegender Verlegung) bzw. der Wandplattenfuß (bei stehender Verlegung) sind waagrecht und fluchtgerecht in einem Mörtelbett zu versetzen oder ausreichend präzise auf einem Fertigteilsockel aufzusetzen. Der Fußpunkt ist vor aufsteigender Feuchte durch eine horizontale Abdichtung zu schützen. Bei liegender Verlegung werden die Wandplatten anschließend aufeinandergeschichtet. Liegend und stehend verlegte Wandplatten mit unprofilierten Längsseiten (2 44, 45 links) werden an den Längskanten mit Dünnbett- oder Kunstharzmörtel verklebt, solche mit Nut und Feder (2 44, 45 rechts) trocken versetzt. Stehende Wandplatten können an den Längskanten auch mit Vergussnuten versehen sein. Die Wandplatten sind in der Lage, größere Spanweiten bis zu 6 m frei zu überspannen. Sie sind an einer geeigneten Unterkonstruktion, ggf. am Primärtragwerk, zu befestigen. Dies kann durch spezielle Verankerungsmittel wie Ankerbleche, Nagellaschen, Ankerschlaufen etc. erfolgen, die in die Stoßfugen eingreifen, oder durch geeignete Zuglaschen in Ankerschienen (2 50, 51).2 Zum Feuchte- und Schlagregenschutz sind die Montagefugen ausreichend abzudichten. Dies erfolgt je nach Fugenverlauf und Anforderung durch Kunstharzmörtel bzw. durch plastische, plastoelastische oder elastische Fugendichtstoffe (2 46 bis 49). Des Weiteren sind die Wandplatten außenseitig mit einer geeigneten Oberflächenbeschich-

Montagebauweise mit Wandplatten

& Bundesverband Porenbeton (Hg) Berichtsheft 6: Bewehrte Wandplatten – Fugenausbildung, 09-2014

448

XIII Äußere Hüllen

Legende 1 Trittschalldämmung 2 schwimmender Estrich 3 Außenputz 4 Sockelputz 5 Innenputz 6 Deckenabstellstein, kaschiert 7 flexible Dichtungsschlämme 8 Betonstein 9 Abdeckfolie beschwert 10 Porenbetonstein 11 Bohrung für Lüftung 12 ggf. Mörtelausgleichsschicht erforderlich 13 horizontale Abdichtung 14 Gewebeeinlage 15 Perimeterdämmung 16 Kellenschnitt im Putz 17 Ringanker 18 Hinterfüllschutz 19 Kellerabdichtung 20 Vormauerung

☞  31, 33

M 1:20

5

0

100

200 mm

0

☞  31, 33

3 1 2

100

200 mm

M 1:20

10 12 3

11 9

13 8

1 2

13 7

7

14

~ 30 cm

>7

10 5

~ 30 cm

6 4

15 z x

29 Ausbildung des Fußpunkts einer einschaligen Außenwand aus Porenbetonsteinen mit Kriechkeller (Herst.: Xella).

30 Ausbildung des Fußpunkts einer einschaligen Außenwand aus Porenbetonsteinen ohne Unterkellerung (Herst.: Xella).

3 Schalensysteme

100

0

449

☞  35, 36

200 mm

5

100

☞  35, 36

200 mm

M 1:20

3

M 1:20

0

10 5

1 2

10

1 2

3 12

6

6 17

16

16

>7

z

z x

100

☞  35, 36

200 mm

(☞ alt. auch  29, 30)

x

(☞ alt. auch  29, 30)

31 Deckenanschluss an Außenwand, Ausführung mit StahlbetonVollplatte (Herst.: Xella).

0

>7

33 Deckenanschluss an Außenwand, Ausführung mit Decke aus Porenbetonplatten (Herst.: Xella).

100

0

☞  35, 36

200 mm

10

M 1:20

M 1:20

5 10 5

3

1 2

3

12

1 2

17

12

16

>7

7

18

z x

19

~ 30 cm

4

20 >7 ~ 30 cm

6 17

24

18

z x

19 36 5

32 Ausbildung des Fußpunkts einer einschaligen Außenwand aus Porenbetonsteinen mit Unterkellerung, Sockelausführung mit Verputz.

34 Ausbildung des Fußpunkts einer einschaligen Außenwand aus Porenbetonsteinen mit Unterkellerung, Sockelausführung mit Klinkerschicht.

450

0

XIII Äußere Hüllen

100

100

0

☞  42, 43

200 mm

☞  42, 43

200 mm

M 1:20

M 1:20

10 1

2

5

10

3

1

2

5

3

12

16

12

6

6

17

17 16

>7

>7

z x

☞  32, 34

35 Anschluss einer Porenbetondecke an eine einschalige Außenwand aus Porenbetonsteinen über Fensteröffnung, Tragender Sturz aus Porenbeton (Herst.: Xella).

☞  32, 34

36 Anschluss einer Porenbetondecke an eine einschalige Außenwand aus Porenbetonsteinen über Fensteröffnung, tragender Flachsturz aus Porenbeton (Herst.: Xella).

100

0

☞  35, 36

200 mm

M 1:20

21

Legende 1 Trittschalldämmung 2 schwimmender Estrich 3 Außenputz 4 Sockelputz 5 Innenputz 6 Deckenabstellstein, kaschiert 7 flexible Dichtungsschlämme 8 Betonstein 9 Abdeckfolie mit Sand beschwert 10 Porenbetonstein 11 Bohrung für Lüftung 12 ggf. Mörtelausgleichsschicht erforderlich 13 horizontale Abdichtung 14 Gewebeeinlage 15 Perimeterdämmung 16 Kellenschnitt im Putz 17 Ringanker 18 Hinterfüllschutz 19 Kellerabdichtung 20 Vormauerung 21 ggf. Brüstungsbewehrung 22 Flachstahl

z x

1

2

5

3 12 6 17

16

☞  29, 30, 32, 34

37 Anschluss einer Porenbetondecke an eine einschalige Außenwand aus Porenbetonsteinen unter einer Fensteröffnung, Brüstungsausbildung ggf. mit Bewehrung (Herst.: Xella).

3 Schalensysteme

☞  37

M 1:20

M 1:20

5

5

3

200 mm

☞  37

100

0

3

10

10

y

y

x

x

38 Seitlicher Anschluss eines Fensters an eine einschalige Außenwand aus Porenbetonsteinen ohne Anschlag (Herst.: Xella).

39 Seitlicher Anschluss eines Fensters an eine einschalige Außenwand aus Porenbetonsteinen mit Anschlag (Herst.: Xella).

☞  42, 43

☞  42, 43

10

10

3

3

22

5 1

☞  42, 43

200 mm

☞  42, 43

100

0

451

2

5 M 1:20

0

100

200 mm

1

M 1:20

2

0

100

200 mm

16 16

z

z x

☞  35, 36

40 Auskragende Balkonplatte aus Porenbeton, Durchführung des Ringankers mithilfe eines Zugbands 22 (Herst.: Xella).

x

☞  35, 36

41 Auskragende Balkonplatte aus Stahlbeton, thermische Trennung durch Bewehrungskorb (Herst.: Xella).

452

XIII Äußere Hüllen

25

0

100

200 mm

M 1:20

24 23 22

26 5

30 10 1

5

2

3 12

6 17 16

5 42 Traufanschluss mit Kniestock, herkömmlicher Dach­stuhl in Holzbauweise, Außenwand einschalig aus Porenbetonsteinen. Im unteren Bereich Fensteröffnung mit tragendem Sturz aus Porenbeton (Herst.: Xella).

z ☞  35, 36

x

43 Traufanschluss, herkömmlicher Dachstuhl in Holzbauweise, Außenwand einschalig aus Porenbetonsteinen. Im unteren Bereich Fensteröffnung mit Rolladensturz (Herst.: Xella).

0

24

24

100

200 mm

M 1:20

23 1

2 22 >5

24

1 Trittschalldämmung 2 schwimmender Estrich 3 Außenputz 4 Sockelputz 5 Innenputz 6 Deckenabstellstein, kaschiert 7 flexible Dichtungsschlämme 8 Betonstein 9 Abdeckfolie mit Sand beschwert 10 Porenbetonstein 11 Bohrung für Lüftung 12 ggf. Mörtelausgleichsschicht erforderlich 13 horizontale Abdichtung 14 Gewebeeinlage 15 Perimeterdämmung 16 Kellenschnitt im Putz 17 Ringanker 18 Hinterfüllschutz 19 Kellerabdichtung 20 Vormauerung 21 ggf. Brüstungsbewehrung 22 Fußpfette 23 Holzverschalung 24 Dachbahn, diffusionshemmend 25 Dachsparren 26 Insektenschutz

≥7

6

26

17 3

5

16

z x

☞  35, 36

3 Schalensysteme

453

44 Porenbeton-Wandplatten: mögliche Ausbildungen von Stirnstößen, stumpf oder genutet, am Beispiel einer liegenden Verlegung. y

45 Porenbeton-Wandplatten: mögliche Ausbildungen von Längsstößen, stumpf oder mit Nut- und Feder, am Beispiel einer liegenden Verlegung.

z x

x

46 Porenbeton-Wandplatten: Verfugung und äußere Oberflächenbeschichtung bei liegender Montage, keine Zugbeanspruchung, Dichtstoff: spritzfähige Kunstharzmörtel. 47 Porenbeton-Wandplatten: Verfugung und äußere Oberflächenbeschichtung bei stehender Montage, keine Zugbeanspruchung. Dichtstoff: plastische Fugendichtstoffe.

4 3 2

2

1

z

4

2

1

1 Beschichtungssystem außen 2 Auskehlung mit Kunstharzmörtel 3 1 mm Kunstharzmörtel, bei Nut-Feder ohne 4 liegende Porenbeton-Wandplatten

y x

x

48 Porenbeton-Wandplatten: Verfugung und äußere Oberflächenbeschichtung bei Fugen mit geringeren Relativbewegungen. Dichtstoffe: plastoelastische Dichtstoffe. 49 Porenbeton-Wandplatten: Verfugung und äußere Oberflächenbeschichtung bei Fugen mit größeren Relativbewegungen. Dichtstoffe: elastische Fugendichtstoffe. 4 3 y

4 3

2 1

2 1

y x

x

tung gegen Feuchte und anderen Witterungseinflüssen zu schützen. Dabei ist neben einer niedrigen Wasseraufnahme und einer wasserabweisenden Qualität auch gleichzeitig eine genügende Dampfdiffusionsfähigkeit zu gewährleisten, um die Feuchteabgabe nach außen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sind Silicon-, Silicat- und Acrylbeschichtungen geeignet. Fallweise wird eine Innenbeschichtung zum Schutz des Porenbetons und zur visuellen Gestaltung aufgebracht. Außenwände aus großformatigen Porenbeton-Elementen, d = 150 – 250 mm, h = 625 mm, l = 6000 mm. PorenbetonElemente sind bewehrt.

1 Beschichtungssystem außen 2 plastoelastischer Fugendichtstoff 3 Rundprofil, Schaumstoffrundschnur 4 Mineralfaserplatten

& Bundesverband Porenbeton (Hg) Berichtsheft 7: Oberflächenbehandlung, 09-2007

454

XIII Äußere Hüllen

1

A

2

d üb A

7

8 9

6

6 5 3 4

8

7

9

y 50 Mittelverankerung von Wandplatten an der Unterkonstruktion (hier Stahlstütze oder -pfosten) bei liegender Montage: Verankerung der Wandplatten mithilfe von Ankerblechen, in Vertiefungen eingelassen, und Ankerschienenabschnitten (Herst.: Xella).

x z x

z

51 Mittelverankerung wie  50, axonometrische Darstellung (Herst.: Xella).

A-A

y x

M 1:20

0

100

200 mm

3 Schalensysteme

455

~20

6 9

10 1

2 7 6

8

z

52 Attikaausbildung bei liegender Montage: Verankerung der Wandplatten am Primärtragwerk mithilfe eines Schwerts mit T-Profil in der Stoßfuge; Befestigung mit Ankerblechen und Ankerschienen (Herst.: Xella).

z y M 1:20

x

0

100

200 mm

x

3

d 1 ü

15 11

14

M 1:20 0

100

200 mm

empf. 30 cm

14

53 Fußpunkt bei liegender Montage: Auflagerung der Wandplatten auf Stahlbetonsockel und Abdichtung gegen aufsteigende Feuchte (Herst.: Xella).

10 – 15 mm

1 12

n x Plattenbreite

ü < 0,4 d

1 Wandplatte 2 Kleber und Fugenfüller 3 Fugendicht 4 PE-Rundschnur, offenporig, nicht wassersaugend 5 Mineralfaserplatte 6 Ankerblech 7 Hülsennagel 8 Stahlkonstruktion 9 Ankerschiene 10 T -Profil 11 Mörtelbett oder Dünnbettmörtel 12 Außenbeschichtung 13 Flex-Schlämme 14 Fertigteilsockel, beide Schalen tragend 15 Feuchtigkeitsabdichtung

z x

d Plattendicke ü maximaler Überstand gemäß Zulassung Wandplatten

456

1.1.5

XIII Äußere Hüllen

Außenwände aus Massivholz ☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.1 Blockbau, S. 506 ff

☞ Abschn. 2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut > Ausführungsvarianten, S. 465

1.1.6 Anschlüsse

Einzelne Gebäude, vornehmlich Einfamilienhäuser, sind in den letzten Jahren in einschaliger Massivholzbauweise ausgeführt worden. Es handelt sich dabei um moderne Varianten des traditionellen Blockbaus. Statt weitgehend unbearbeiteter Baumstämme werden dabei Holzbohlen verarbeitet (deshalb die Bezeichnung Blockbohlenbau), die an den Stößen zwecks eines guten Windschutzes doppelt genutet und mit elastischen Bändern gedichtet sind. Ähnlich wie beim traditionellen Blockbau der Fall, zeichnen sich diese Wandkonstruktionen durch Robustheit und konstruktive Einfachheit aus. Sie sind jedoch auch mit den bekannten Schwierigkeiten des Blockbaus behaftet, wie etwa die Setzungen infolge starken Schwinden des Holzes quer zur Faser. Das wichtigste Hemmnis dieser Variante dürfte jedoch in den nur mäßigen Wärmedämmwerten liegen, die solche einschaligen, ungedämmten Massivholzwände bei noch vertretbaren Schalendicken erreichen können. Aus diesem Grund treten Massivholzwände heute nahezu ausschließlich mit addiertem Aufbau in Erscheinung, eine Variante, die weiter unten diskutiert wird. Die konstruktive Einfachheit einschaliger Außenwandkonstruktionen ohne weitere Aufbauten, wie sie in den vorigen Abschnitten untersucht wurden, ist zwar ein gewichtiger Vorteil für sich alleine betrachtet, kann bei Übergängen zu geschichteten Bauteilen hingegen zu gewissen Schwierigkeiten führen. Es gilt, die typischerweise in einer Schale integrierten Teilfunktionen dieser Bauteile in funktional entsprechend ausdifferenzierte Einzelschichten – Wetterhaut, Wärmedämmung, Dampfsperre, etc. – des anstoßenden Bauteils bauphysikalisch und konstruktiv richtig zu überführen. Dies stellt ein grundsätzliches geometrisches und bauphysikalisches Problem dar. Des Weiteren lassen sich beispielsweise Materialübergänge nicht hinter einer bestimmten durchgehenden Schicht, beispielsweise einer Wetterhaut oder einer Bekleidung, verbergen. Der Einbau z. B. eines Fensters oder der Übergang Wand/Dach sind sehr sorgfältig zu planen und auszuführen. Bei einschaligen Außenwandbauteilen ohne Zusatzaufbau muss die Spannung aus der Temperaturdifferenz außen (im Winter z. B. bis – 15 ° C) und innen (z. B. + 20 ° C) innerhalb eines einzigen Materials aufgenommen werden. Bei gemauerten Außenwänden sind Risse daher schwer vermeidbar und müssen frühzeitig mit in Betracht gezogen werden.

3 Schalensysteme

Dächer aus einer Schale ohne zusätzlichen Aufbau sind aus Gründen des notwendigen Witterungsschutzes stets mit oberseitiger Dicht- oder Deckschicht auszuführen (2 54). Eine unterseitig angebrachte Dampfsperre oder -bremse, wie sie aus bauphysikalischen Gründen angebracht wäre, ist bei der vorliegenden Bauart mit Tragschale aus mineralischen Werkstoffen nicht sinnvoll ausführbar. Es ist in diesem Fall davon auszugehen, dass eine Wasserdampfdiffusion durch die Tragschale hindurch bis in die kalten oberen Bauteilschichten erfolgt, wo mit Tauwasseranfall zu rechnen ist. Die kondensierte Feuchte muss, um keinen Schaden in der Konstruktion anzurichten, im Sommer wieder ausdiffundieren können, was unter den gegebenen Umständen nur nach unten in den Innenraum geschehen kann. Die widerstrebenden Anforderungen des Wärmeschutzes und des Feuchtehaushalts innerhalb der Schale sind bei derartigem Schichtenaufbau nur in Einzelfällen unter sehr engen Randbedingungen konstruktiv lösbar. Diese konstruktive Lösung ist deshalb in der Baupraxis nur äußerst selten anzutreffen, beispielsweise bei Porenbetonschalen (2 55). Geneigte Dächer mit flächiger Tragschale werden nahezu ausnahmslos mit zusätzlicher Dämmschicht ausgeführt und werden deshalb an anderer Stelle diskutiert.a

3

457

Flache und geneigte Dächer ☞ a Abschn. 2.2 Geneigte Dächer, S. 470 ff

54 Prinzipieller Aufbau eines flachen Dachs in einfacher Schalenbauweise mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen im Querschnitt.

2 (1)

1 Schutzschicht (optional) 2 Dichtschicht (notwendig) 3 Tragschale (notwendig) Auf eine Schutzschicht (1) kann je nach Ausführung der Dichtschicht (2) verzichtet werden. Eine Dampfbremse/-sperre ist in diesem Aufbau nicht vorgesehen. Gegebenenfalls in den oberen Schichten der Tragschale (3) anfallendes Tauwasser muss vollständig wieder ausdiffundieren können. Dies kann nur nach unten in den Innenraum geschehen. Dieser Aufbau ist baupraktisch nur bei Einsatz von Porenbeton-Dachplatten ausführbar. 3

z y

4

3

2

1

55 Aufbau eines nicht zusätzlich gedämmten einschaligen Flachdachs mit Tragschale aus Porenbeton. 1 Dichtschicht: Bitumenbahn zweilagig 2 zwei Lagen Bitumenkleber 3 Dampfdruckausgleichsschicht 4 Tragschale aus Porenbeton-Dachplatten d = 200 mm z x

In der Tragschale kondensierende Feuchte muss in den Innenraum ausdiffundieren können.

1.2

458

2.

XIII Äußere Hüllen

Schalensysteme mit addiertem funktionalen Aufbau ☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.2, 2.3, S. 122 ff, 127 ff

2.1 Außenwände

2.1.1 Außenwände mit Wärmedämmverbundsystem

Grundsätzliche Überlegungen zu Hüllen aus einer Schale mit zusätzlichem Aufbau werden an anderer Stelle angestellt. Bezüglich der einschaligen Hüllen ohne Zusatzaufbau wie oben betrachtet, erfolgt bei Schalensystemen mit addiertem Aufbau eine funktionale Ausdifferenzierung der Schichten derart, dass der Tragschale nunmehr vorwiegend tragende Aufgaben, dem außenseitigen Zusatzaufbau vornehmlich Aufgaben des Wärme- und Witterungsschutzes zugewiesen werden. Entscheidend in konstruktiver Hinsicht ist die Entkopplung der beiden im Konflikt stehenden Funktionen von Tragen und Wärmedämmen, deren schwieriges Zusammenspiel bei einschaligen Hüllen ohne Zusatzaufbau deutliche Einschränkungen in der Funkionstüchtigkeit der Hülle zur Folge hat. Diese Ausdifferenzierung der Schichten bzw. der Schichtenpakete erlaubt es, ihre Leistungsfähigkeit im Hinblick auf ein engeres Funktionsspektrum deutlich zu steigern. Der Zusatzaufbau von Außenwänden kann verschiedene konstruktive Formen annehmen. Da die addierte Wärmedämmschicht aus bauphysikalischen Gründen außenseitig aufgebracht wird, ist eine zusätzliche Wetterhaut notwendig, die sie vor der Witterung schutzt. Abhängig von der Ausführung dieser äußersten Schicht oder Schale lässt sie sich entweder unmittelbar auf die Dämmschicht aufbringen und kraftschlüssig mit ihr verbinden (z. B. ein Verputz) oder alternativ an einer Unterkonstruktion befestigen. Letztere durchdringt notwendigerweise die Wärmedämmschicht und schafft Wärmebrücken, die es konstruktiv im Rahmen der Möglichkeiten zu minimieren gilt. Im Folgenden soll deshalb zwischen Aufbauten ohne Unterkonstruktion, also insbesondere Wärmedämmverbundsystemen, und solchen mit Unterkonstruktion, also vorwiegend solchen mit leichten vorgehängten Wetterschalen, unterschieden werden. Außenwandkonstruktionen mit Wärmedämmverbundsystemen zeichnen sich, insbesondere gegenüber solchen mit leichten vorgehägten Wetterschalen, durch ihre konstruktive Einfachheit aus. Es ist keine Unterkonstruktion für die Wetterhaut vorhanden, welche die Funktionsfähigkeit der Wärmedämmschicht beeinträchtigen und kondensationsgefährdete Wärmebrücken erzeugen könnte. Herstellerseitig sorgfältig abgestimmte Systeme aus Dämmstoff, Putzen und verschiedenen Armierungsschichten sorgen für eine bauphysikalisch ausgewogenen Feuchtehaushalt in der Konstruktion und möglichst weitgehende Rissefreiheit. In der Baupraxis haben diese Hüllkonstruktionen in den letzten Jahrzehnten eine außerordentlich weite Verbreitung erfahren. Ihre Beliebtheit ist unter Anderem auch auf die Besonderheit zurückzuführen, dass sie bei verhältnismäßig großen Wäremdämmschichtdicken, und entsprechend hohen Wärmedämmwerten, dennoch das Bild der traditionellen

3 Schalensysteme

verputzten Mauerwerkswand wahren. Dies gilt ansonsten nur für zweischaliges Mauerwerk, das mit höheren konstruktiven Aufwendungen verbunden ist und enstsprechend kostenträchtiger ist. Grundlegende Aspekte der Konstruktion von Außenwänden mit Zusatzaufbau ohne Unterkonstruktion werden an anderer Stelle besprochen, a desgleichen zu Aufbau und Ausführung von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS).b Die wesentlichen Bestandteile einer Außenwand mit Wärmedämmverbundsystem sind, von außen nach innen, die folgenden (2 56):

459

☞ a Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.2 Einfache Schale mit einseitigem Aufbau ohne Unterkonstruktion, S. 122 ff ☞ b Band 1, Kap. V-1, Abschn. 5.7 Anwendung verschiedener Putzarten, S. 377 f

Idealtypischer Aufbau

• Äußerer Überzug (1): Hier handelt es sich um eine Wetterhaut, welche die Dämmschicht zuverlässig vor Feuchte von außen schützt. Sie muss gleichzeitig fest und dicht genug sein, um diese Aufgabe zu erfüllen, und muss zusätzlich auf dem im Regelfall nicht idealen Untergrund der Wärmedämmung haften. Kennzeichnend für WDVS ist, dass keine Unterkonstruktion im Dämmpaket integriert ist, auf welcher die Wetterhaut befestigt sein könnte. Entscheidend ist folglich ihre Haftung auf der Dämmschicht. • Wärmedämmung (2): Diese Schicht muss wiederum ausreichende Steifigkeit aufweisen, um die Wetterhaut tragen zu können. Andererseits darf sie nicht zu steif sein, da mit wachsender dynamischer Steifigkeit eine Verschlechterung des Schallschutzes der Gesamthülle eintreten kann. Hinsichtlich des Brandschutzes der Hülle ist die Brennbarkeit des Werkstoffs entscheidend. Anders als bei anderen Wänden mit Dämmschicht, kann diese bei WDVS indessen mit verhältnismäßig großen Dicken, und damit auch großen Wärmedurchgangswiderständen, ausgeführt werden. Bei Wänden mit vorgehängten Wetterschalen c besteht diese Möglichkeit wegen deren notwendiger Rückverankerung an der Tragschale nicht in gleichem Maß. • Wandschale (3): Diese lässt sich aufgrund ihrer funktionalen Spezialisierung auf Tragen aus Materialien mit geeigneter Druckfestigkeit ausführen, beispielsweise Beton. Ist eine zusätzliche Verbesserung der Wärmedämmung erwünscht und sind die Lasten nicht allzu groß, kann die Tragschale auch aus porosiertem, weniger druckfestem Material ausgeführt werden. • Innerer Überzug (4): Tragschalen aus Beton oder nicht porosiertem Mauerwerk lassen sich in Sichtqualität auch ohne inneren Überzug ausführen. Dennoch stellen Innenputze den Normalfall dar.

☞ c Abschn. 2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut, S. 464 ff

z

(4)

3

2

(1)

(4)

3

2

(1)

x

y x

56 Prinzipieller Aufbau einer Außenwand in einfacher Schalenbauweise mit einem addierten funktionalen Aufbau, mit ihren wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Horizontal- und Vertikalschnitt. 1 2 3 4

äußerer Überzug (notwendig) Dämmschicht (notwendig) Wandschale (notwendig) innerer Überzug (optional)

Einschalige Außenwände mit addiertem Aufbau, der eine Schicht aus porösem Dämmstoff enthält, müssen außenseitig mit einem schützenden Überzug (1) versehen sein. Innenseitig kann ein weiterer Überzug (4) aufgebracht werden.

460

XIII Äußere Hüllen

Werkstoffe

Die wesentlichen Bestandteile eines Wärmedämmverbundsystems können grundsätzlich aus folgenden Werkstoffen ausgeführt sein: • Wärmedämmschicht: •• Polystyrol-Partikelschaum, brennbar (B1); •• Mineralwolle, im Gegensatz zu PS-Schaum nicht brennbar (A2), insbesondere für Hochhäuser wegen der entsprechenden Brandschutzanforderungen geeignet; •• Mineralschaumplatten, mechanisch gut belastbar, im Gegensatz zu PS-Schaum nicht brennbar (A2), für Hochhäuser geeignet; Die Dämmplatten können wahlweise durch Kleben, Dübeln oder mit Schienenhalterungen an der Tragschale befestigt werden. • Armierung: eine zur Verstärkung der Dämmplatten aufgebrachte Armierungsmasse und ein Armierungsgewebe aus Glasfaser zur Verhinderung der Rissbildung. Die Armierungsmasse kann aus organischen oder mineralischen Werkstoffen bestehen. • Schlussbeschichtung: Putze, Keramikplatten. Putze sind die am häufigsten verwendeten Schlussbeschichtungen. Sie können aus organischen oder mineralischen Werkstoffen bestehen. Ferner sind auch TWD-Wärmedämmverbundsysteme ausführbar, aus lichtdurchlässigen Kapillar-Dämmplatten und transparentem Glasputz. Die Tragschale wirkt als Kollektor. Die Wandschale erfüllt im Wesentlichen eine tragende und raumabschließende Funktion und kann aus allen hierfür geeigneten Werkstoffen hergestellt sein, wie: • Stahlbeton, in den Ausführungsvarianten: •• vor Ort gegossene Vollwandbauteile;

☞ Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6.3.1 Wandbauweisen, S. 652 ☞ Band 2, Kap. X-5, Abschn. 6.5.2 Elementwände, S. 696 f ☞ Band 2, Kap. X-1 Mauerwerksbau, S. 444 ff

•• vorgefertigte Vollwandbauteile, also Fertigteilwände; •• Elementwände; • Mauerwerk, in Form von •• herkömmlichem Ziegel-, Kalksand-, Betonsteinmauerwerk

3 Schalensysteme

461

•• oder porosiertem Ziegel- bzw. Porenbetonsteinmauerwerk. Es sind auch Wandschalen aus Massivholzelementen möglich, wie exemplarisch in der Variante mit vorgehängter Wetterhaut in 2 75 bis 78 gezeigt. Die Trennung von Trag- und Dämmschicht erlaubt im Allgemeinen eine Vereinfachung der Anschlüsse im Vergleich mit einschaligen Wänden ohne Zusatzdämmung. Deckenanschlüsse lassen sich aufgrund der außenliegenden durchgehenden Dämmebene verhältnismäßig einfach gestalten (2 57 bis 60). Die Massivdecke kann bündig mit dem tragenden Mauerwerk abschließen und die Lasten vollflächig auf die Mauerkrone abgeben. Die großen erzielbaren Druckfestigkeiten der Wandschale entschärfen das Problem der Kantenpressung, wie es bei porosiertem Werkstoff auftritt. Bei Fensteranschlüssen ist die Fensterebene sinnvollerweise an die Dämmebene anzubinden. Zu diesem Zweck wird das Fenster entweder unmittelbar in der Flucht der Dämmschicht angeordnet oder ansonsten zurückversetzt. Liegt das Fenster rückseitig an der Dämmschicht an, genügt eine anschlagsartige Übergreifung von Blendrahmen und Dämmplatte (2 57, 59, 61), die in ihrer Überlappungslänge allerdings ausreichend zu bemessen ist, damit keine Wärmebrücke ensteht. Wird das Fenster weiter zurückversetzt, ist die Dämmschicht um die Ecke zu führen und am Blendrahmen anzuschließen. Für die Ausführung eines Sockelputzes gilt im Wesentlichen das Gleiche wie für einschalige Wände ohne Zusatzdämmung (2 58). Für diesen Bereich sind geschlossenzellige Schaumstoffdämmungen zu verwenden (Perimeterdämmungen).

☞ Vgl. auch Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.6 Moderne Massivholzbauweisen, S. 523 ff.

Anschlüsse

☞ Abschn. 1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk > Verputz, S. 438 f

462

0

XIII Äußere Hüllen

100

200 mm

M 1:20

☞  62–64

100

0

200 mm

☞  62–64

3

M 1:20

3

1

1 2

4

4 6

z

z

☞  58

x

57 Deckenanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem über einer Fensteröffnung. Sturz aus Ziegel-U-Schale mit Bewehrung und Betonverguss (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH). 0

100

M 1:20

59 Deckenanschluss an einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem über einer Fensteröffnung. Doppel-Flachsturz aus Ziegelmaterial mit Bewehrung und Betonverguss (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

☞  57, 59

200 mm

☞  58

x

0

100

☞  57, 59

200 mm

M 1:20

3

1

> 15 cm

3

2 4

1

3

z

☞  58

x

58 Deckenanschluss und Fußpunkt einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

1 Kellenschnitt 2 Dämmstreifen: Zentrierung des Deckenauflagers ab Deckenspannweite 4.50 m 3 Bitumendachbahn R500 4 Ausgleichsschicht

4 z

x

Legende

11 14

2

~ 30 cm

15

60 Balkonanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem, thermische Trennung durch Bewehrungskorb (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

5 Lagerfugenbewehrung 6 Ziegel-U-Schale 7 mechanische Befestigung der Dampfsperre 8 Trockenputz 9 Dampfsperre 10 Untersparrendämmung

11 Abdeckleiste 12 Ringbalken 13 Putzbewehrung 14 ISO - Deckenkonsolträger 15 Dichtungsschlämme 16 Abschlussprofil

3 Schalensysteme

463

M 1:20

☞  57, 59

100 mm

0

M 1:10

100

0

200 mm

10 8 9

38°

7

1 2 4

y

z

11

x

61 Seitlicher Fensteranschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

0

100

13

3 ☞  57, 59

5

x

63 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem, Sparrenauflagerung auf Stahlbetonaufkantung (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

0

200 mm

100

200 mm

M 1:20

M 1:20

10 8 9

1 2

38°

7 14

4 3 5

1 4 3 z

z x

☞  57, 59

62 Beispiel für einen Flachdachanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem, Flachdach mit Terrasse. Attikaelement aus Stahlbeton mit thermischer Trennung (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

6 x

16 ☞  57, 59

64 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystem, Sparrenauflagerung auf Stahlbetonaufkantung. Traufbereich über Fensteröffnung, Sturz mit Ziegel-U-Schale (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

464

XIII Äußere Hüllen

Grundsätzliche Gesichtspunkte des Aufbaus von einschaligen Außenwänden mit vorgehängter leichter Wetterhaut finden sich an anderer Stelle. Dort werden auch die verschiedenen Möglichkeiten des Aufbaus der Unterkonstruktion besprochen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie dem Abstand zwischen Wetterhaut und Tragschale, der Ausführung der Wetterhaut sowie der Hinterlüftung derselben.

2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut ☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.3 Einfache Schale mit einseitigem Aufbau mit Unterkonstruktion, S. 127 ff



Der Schichtenaufbau eines idealisierten konstruktiven Aufbaus ist wie folgt (2 65):

Idealtypischer Aufbau

• Wetterschale (1): Sie schützt die Dämmung und die Gesamtkonstruktion vor Witterungs- und mechanischen Einwirkungen. Sie ist bei Vorhandensein einer Hinterlüftung (2) bauphysikalisch von der Restkonstruktion weitgehend abgekoppelt und lässt sich, beispielsweise hinsichtlich Diffusionswiderstand, frei wählen. Sie muss insbesondere ausreichende Witterungs- sowie UV-Beständigkeit aufweisen und bestimmt das äußere Erscheinungsbild des Bauwerks, das in diesem Fall – paradoxerweise – nicht massiv wie das Tragwerk ist. Je leichter die Wetterhaut ausgebildet werden kann, desto reduzierter kann die Unterkonstruktion (U) ausfallen. • Belüftete Luftschicht (2): Diese ist zwar optional, wird aber dennoch in den meisten Fällen vorgesehen. Es sind ausreichende Be- und Entlüftungsöffnungen, jeweils unten und oben, anzuordnen. Im Hohlraum kann auch ggf. eindringendes Niederschlagswasser ablaufen und am Fußpunkt abfließen. Wasserdampf aus dem Innern kann ebenfalls aus der Konstruktion entweichen. Eine horizontal verlegte Unterkonstruktion würde eine vertikal erfolgende Hinterlüftung behindern, weshalb in diesem Fall außenseitig eine quer dazu, also vertikal, verlaufende zweite Stablage aufgebracht wird, in deren Zwischenräumen sich die Luft ungehindert nach oben bewegen kann (2 66). Diese Stabanordnung der Unterkonstruktion kann auch zum Zweck der Aufdoppelung der Wärmedämmschicht gewählt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion

65 (Unten links) Prinzipieller Aufbau einer Außenwand in einfacher Schalenbauweise mit einem addierten funktionalen Aufbau mit leichter Wetterschale auf Unterkonstruktion, mit ihren wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Horizontal- und Vertikalschnitt (Var. A). 1 2 3 4 5

Wetterhaut (notwendig) belüftete Luftschicht (optional) Dämmschicht (notwendig) Wandschale (notwendig) Innerer Überzug (optional)

Die Dämmschicht (3) kann bei Bedarf mit einer diffusionsoffenen Bahn (DOB) belegt sein. Die Unterkonstruktion (U) der leichten Wetterhaut kann in Abhängigkeit von der Ausführung der Wetterhaut (1) auch horizontal verlegt sein. Zusätzlich kann dann außenseitig eine weitere, vertikale Stablage angeordnet werden, um eine vertikal durchgehende belüftete Luftschicht (2) zu ermöglichen (siehe Variante A‘). 66 (Rechts) Variante zum Aufbau in  65 mit horizontal ver­laufender Hauptrippung (U1) und vertikal verlaufender Sekundärrippung (U2) (Var. A‘). Dies kann zur Schaffung einer bewegten Luftschicht in der Ebene 2 oder zur Aufdoppelung der Dämmschicht 3 angebracht sein, wobei dann der Raum 2 mit Dämmstoff gefüllt wird.

A

A’ (5)

z

4

3

(2) 1

(5)

4

z

3

U1

U x

x

(5) y x

2 1

4

3

U (2) 1 U (DOB)

(5)

4

3

U2 2 1

y x

U2 (DOB)

3 Schalensysteme

465

ist, dass sich die Wärmebrückenquerschnitte auf die Kreuzungspunkte beider Stabscharen reduzieren. • Wärmedämmschicht (3): In der Dämmschicht integriert ist die Unterkonstruktion (U). Sie stellt notwendigerweise eine Wärmebrücke dar. Die Dämmschicht kann bei größerem Feuchteanfall von außen mit einer diffusionsoffenen Bahn (DOB) außenseitig abgedeckt werden. Bei Hinterlüftung ist dafür zu sorgen, dass die Dämmplatten sich nicht lösen und dadurch den Lüftungsquerschnitt verschließen. • Wandschale (4): Diese hat vornehmlich tragende Funktion und kann auf diese Aufgabe hin optimiert werden. Es gelten die gleichen Aussagen wie für Außenwände mit Wärmedämmverbundsystem.

☞ Abschn. 2.1.1 Außenwände mit Wärmedämmverbundsystem, S. 458 ff

• Innerer Überzug (5): stellt Luftdichtheit her, schützt und gestaltet die Wandschale zum Innenraum hin. Der addierte konstruktive Aufbau kann in verschiedenen Ausführungsvarianten realisiert werden. Sie sind im Wesentlichen analog zu den Aufbauten von Außenwänden in Rippenbauweise, allerdings mit dem wesentlichen Unterschied, dass dort die tragende Funktion der Wandschale von der Rippung übernommen wird. Es wird folglich auf die verschiedenen Rippenaufbauten verwiesen. Besonders erwähnenswert in diesem Kontext sind Wandkonstruktionen aus Massivholzschalen mit addiertem Aufbau (2 74-78). Zahlreiche Gebäude sind in den letzten Jahren in Massivholzbauweise ausgeführt worden. Scheibenartige Wandelemente werden dabei aus Brettstapelholz, Brettsperrholz oder Furnierschichtholz ausgeführt. Je nach Aufbau und daraus folgender Hauptfaserrichtung des Massivholzes kann das Wandelement vornehmlich zur Aufnahme von lotrechten Lasten (Brettstapelholz, Furnierschichtholz) oder alternativ für die Aufnahme von Scheibenschubkräften (Brettsperrholz) ertüchtigt werden. Dank der praktisch vollflächigen Ausnutzung des Wandquerschnitts beim ersteren Fall lassen sich auch hohe mehrgeschossige Bauwerke in dieser Bauweise ausführen. Innen- und Außenseite der Außenwände werden üblicherweise verkleidet. Eine zusätzliche Funktionsschicht (Wärmedämmung) ist außen erforderlich, um die Anforderungen der EnEV hinsichtlich Wäremschutz zu erfüllen. Ggf. muss auch die Innenseite aus Brandschutzgründen mit Gips- oder Gipsfaserplatten bekleidet werden (2 77, 78). Der dadurch mögliche Hohlraum zwischen Wandscheibe und Bekleidung kann zur Führung von Installationen benutzt werden.

Ausführungsvarianten

Zu den Regelanschlüssen an anstoßende Bauteile wie Decken, Fenster, Türen etc. gilt das Gleiche wie für Außenwände mit Wärmedämmverbundsystemen (2 67 bis 74). Zusätzlich ist bei einer Hinterlüftung jeweils dafür zu

Anschlüsse

☞ Kap. XIII-5 Rippensysteme, S. 546 ff

☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.6 Moderne Massivholzbauweisen, S. 523 ff, insbesondere  66 und 67 auf S. 532 Legende für die nächste Doppelseite: 1 Kellenschnitt 2 Zentrierung ab Deckenspannweite > 4.50 m 3 Bitumendachbahn R500 4 Ausgleichsschicht 5 konstruktive Bewehrung 6 Ziegel-U-Schale 7 mech. Befestigung der Dampfsperre 8 Trockenputz 9 Dampfsperre 10 Untersparrendämmung 11 Dichtungsleiste 12 Ringbalken 13 Putzbewehrung 14 ISO-Deckenkonsolträger 15 Dichtungsschlämme 16 Putz oder Bekleidung 17 Schutz und Gleitvlies 18 Schutz-/Dränplatte 19 Ziegel-Flachsturz

☞ Abschn. 2.1.1 Außenwände mit Wärmedämmverbundsystem > Anschlüsse, S. 461

466

0

XIII Äußere Hüllen

100

0

☞  72–74

200 mm

200 mm

☞  72–74

M 1:20

M 1:20

3

3

1 6

1 4

4

19

z

z

☞  68

x

100

M 1:20

200 mm

☞  68

x

67 Deckenanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut über einer Fensteröffnung. Sturz aus Ziegel-U-Schale mit Bewehrung und Betonverguss (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH). 0

100

☞  67, 69, 70

3

69 Deckenanschluss an einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut über einer Fensteröffnung. Doppel-Flachsturz aus Ziegelmaterial mit Bewehrung und Betonverguss (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH). 0

100

200 mm

☞  72–74

M 1:20

> 15 cm

3

1 2 4

1

14

6

15 16

~ 30 cm

4

3 z

z x

17

x

18

68 Deckenanschluss und Fußpunkt einer einschaligen Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

☞  68

70 Balkonanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut, thermische Trennung durch Bewehrungskorb (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

sorgen, dass auch an den horizontal verlaufenden linearen Anschlüssen ausreichende Be- und Entlüftungsquerschnitte vorhanden sind. Auch eine leichte Wetterhaut muss im Spritzwasserbereich des Sockels im Allgemeinen durch eine

3 Schalensysteme

0

☞  67, 69, 70

0

467

100 mm

M 1:10

100

200 mm

M 1:20

10 8 9

38°

7

1 y

4

z

3

x

71 Seitlicher Fensteranschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

0

100

17 ☞  67, 69, 70

x

73 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut, Sparrenauflagerung auf Stahlbetonaufkantung. Hier kein Ringbalken: ausreichender Schubverbund zwischen Decke und Mauer durch Bitumenbahn R 500 (3) (Herst.: Wienerberger Ziegelindustrie GmbH).

200 mm

0

100

200 mm

M 1:20

M 1:20

10 8 38°

9

1 2

7

14

4 3

12 z

z x

x

☞  67, 69, 70

72 Beispiel für einen Flachdachanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut, Flachdach mit Terrasse. Attikaelement aus Stahlbeton mit thermischer Trennung (Herst.: Wienerberger GmbH).

☞  67, 69, 70

74 Traufanschluss an eine einschalige Außenwand aus porosiertem Mauerwerk mit Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut, herkömmliche Sparrenauflagerung auf Fußpfette. Hier Ringbalken aus Stahlbeton und Gleitfuge (Herst.: Wienerberger GmbH).

weniger empfindliche, dauerhaftere Konstruktion ersetzt werden. Es kommen Sockelputze (2 68) wie auch diverse Bekleidungen infrage.

468

XIII Äußere Hüllen

☞  86

15 18 16

1

2

3

4

5

6 7 8 9

75 Deckenanschluss einer einschaligen Außenwand aus Holzbauelement (System Lignotrend®) mit außenseitiger Dämmschicht und hinterlüfteter vorgehängter Wetterhaut. Siehe hierzu auch den Traufanschluss in 2 86.

z x

0

100

200 mm

M 1:20

15 18

76 Sockelausbildung der Fassade in  75. 1 Belag 2 Trockenestrich 30 mm 3 Trittschalldämmung 4 Auflagerplatte 15 mm 5 Kalksplittfüllung zwischen den Rippen von 16 6 Fassadenverkleidung 7 Hinterlüftung 40 mm 8 winddichte bituminierte Holzwerkstoffplatte 9 luftdichte Dampfbremse 10 Sockelputz 11 Noppenbahn 12 Abdichtung 13 Kiesfilterschicht 14 Abstellstein 15 Massivholz-Wandelement 16 Holzbaudeckenelement 17 Schwellholz 18 Gipskarton- oder Gipsfaserplatte 19 Massivholz-Deckenelement

1

16

2

3

4

5 6 7 8 9

17

13 14 10 11

z

12 x

3 Schalensysteme

469

0

100

200 mm

M 1:20

9 6

15

2

3

19

7 8

1

77 Deckenanschluss einer einschaligen Außenwand aus Brettsperrholzelementen (Herst.: Finnforest/Merk®) mit außenseitiger Dämmschicht und leichter Wetterhaut.

z x

0

100

200 mm

M 1:20

9 6

15

7 8 3

2

19

1

13 14 11 z x

78 Sockelausbildung der Fassade in 2 77.

470

2.2

XIII Äußere Hüllen

Geneigte Dächer ☞ a Kap. XIII-5, Abschn. 2.2 Geneigte Dächer, S. 570 ff

☞ b Kap. XIII-5, Abschn. 3.2 Geneigte Dächer, S. 666 ff

2.2.1

Idealtypischer Aufbau ☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.4 Belüftung der dachkonstruktion, S. 575, 2.2.5 Dachdeckung, S. 576

2.2.2 Anschlüsse

Geneigte Dächer treten, neben der Standardausführung in Rippenbauweise,a vereinzelt auch als einschalige Hüllkonstruktionen mit addiertem Aufbau in Erscheinung, wenngleich diese Bauart heute noch eher die Ausnahme darstellt. Wegen der gewissermaßen systembedingten Trennung von Tragschale und Dämmschicht in zwei getrennten Ebenen, sind Dächer in Schalenbauweise auch mit Rippensystemen vergleichbar, bei denen Rippung und Dämmpaket ebenfalls getrennt sind.b Bei beiden Ausführungen wird der Dachaufbau auf der ebenen Oberfläche der Tragkonstruktion aufgeschichtet. Gegenüber geneigten Dächern in Rippenbauweise, die zweifellos zum Leichtbau zählen, haben geneigte Schalendächer den Vorteil, innenliegende thermische Speichermassen in nennenswertem Umfang in die Hüllkonstruktion des Dachs zu integrieren. Dies hat insbesondere für den sommerlichen Wärmeschutz günstige Auswirkungen. Auch der Schallschutz lässt sich durch die dämpfende Wirkung der Masse der Schale deutlich verbessern. Gleiches gilt auch für den Brandschutz, sofern erforderlich. Zu den konstruktiven Fragen der beiden Ebenen 1 und 2, die in der Baupraxis mit den Begriffen der Dachdeckung und der Deckunterlage bezeichnet werden, gilt das Gleiche wie für herkömmliche Dächer in Rippenbauweise (2 79). Die Ebene 3, in welcher die addierte Dämmschicht angeordnet ist, lässt sich nur dann durchgehend ohne Unterkonstruktion ausführen, wenn eine ausreichende Verankerung der Dachdeckung gegen Windsog an der Tragschale möglich ist und sich die Lasten durch Pressung der Dämmschicht auf die Tragschale abtragen lassen. Da dies im Allgemeinen mit Schwierigkeiten verbunden ist, sieht man häufig eine auf der Tragschale aufliegende Unterkonstruktion aus Stäben vor (LH), auf welcher sich die Dachdeckung verankern lässt. Diese besteht im Regelfall, aus Gründen des Wärmeschutzes, aus Holzquerschnitten, also aus Lagerhölzern, die bei durchschnittlichen Anforderungen eine nur geringfügige Wärmebrücke darstellen. Unterseitig am Dämmpaket wird eine Dampfsperre oder -bremse (DS) angeordnet. Nur in Einzelfällen kann man auf diese verzichten, beispielsweise bei Tragschalen aus Porenbeton. Unterseitig lässt sich die Tragschale sichtbar belassen, beschichten oder mit einem Überzug versehen (5, 6). Seltener wird eine zusätzliche Bekleidung auf einer Unterkonstruktion angebracht. Dies kann aus Gründen des Schallschutzes bei sehr leichten Tragschalen oder ansonsten aus Brandschutzgründen angebracht sein. Die konstruktiven Regelanschlüsse unterscheiden sich im konstruktiven Aufbau nicht wesentlich von denen bei Dächern in Rippenbauweise. Einige exemplarische Details für eine Bauart mit Tragschale aus Porenbeton zeigen 2 80

3 Schalensysteme

471

bis 85, eine Ausführung mit Tragschale aus Holz ist in 2 86 und 87 dargestellt.

79 Prinzipieller Aufbau eines geneigten Dachs in einfacher Schalenbauweise mit einem addierten funktionalen Aufbau, mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Quer- und Längsschnitt.

1 1 2

2

3

3 4

4

(5)

(5)

(6)

z

DS (LH)

Q

(6) DS

z

y

x

3

0

2

100

7 4 8 6 x

200 mm

Die oberen Pakete 1 und 2 werden im allgemeinen auf Lagerhölzer (LH) aufgesetzt um auf diesem Wege die Lasten auf die Schale (4) zu übertragen. Im Regelfall wird eine Dampfbremse/-sperre (DS) zwischen den Paketen 3 und 4 angeordnet.

M 1:20

1

z

1 Dachdeckung (= Wetterschale, notwendig) 2 Dichtschicht, wahlweise diffusionsoffen (notwendig) 3 Dämmschicht (notwendig) 4 Tragschale (notwendig) 5 innerer Installationsraum, Querholzlage (Q) (optional) 6 innere Beplankung (optional)

5

80 Aufbau eines geneigten Dachs in Schalenbauweise aus Porenbeton mit Ziegeldeckung (Herst.: Ytong ®). 1 Dachziegel 2 Unterdeckbahn, diffusionsoffen 3 Dachlattung 4 Innenputz 5 Dampfsperre, bzw. nach Herstellerangaben nur ggf. Rohbaufeuchteschutz 6 Porenbetonsteine 7 Gewebeeinlage 8 Wärmedämmung/Lagerhölzer

81 Montage eines geneigten Dachs mithilfe von Dachplatten aus Porenbeton (Herst.: Xella).

472

XIII Äußere Hüllen

24

14

27 26 17

1

2

25

12

24

6

82 Traufe und Kniestock eines geneigten Dachs in Schalenbauweise aus Porenbeton mit Ziegeldeckung, Wand ebenfalls einschalig aus Porenbeton (Fa. Xella).

17 3

z

16

5

M 1:20

x

100

0

200 mm

27

24

14

1

2

26

24

6 17

25

3 5

83 Traufe eines geneigten Dachs in Schalenbauweise aus Porenbeton mit Ziegeldeckung, Wand ebenfalls einschalig aus Porenbeton, hier Fensteröffnung mit Rolladensturz dargestellt (Fa. Xella).

16

z x

M 1:20

0

100

200 mm

3 Schalensysteme

473

24

17

27 10

14

☞



85

5

16

z M 1:20

x

0

100

200 mm

84 First eines geneigten Dachs in Schalenbauweise aus Porenbeton mit Ziegeldeckung (Fa. Xella).

☞  84

85 Ortgang eines geneigten Dachs in Schalenbauweise aus Porenbeton mit Ziegeldeckung, Wand ebenfalls einschalig aus Porenbeton (Fa. Xella).

24

3 6 17 25

27

5

10

16

z y

M 1:20

0

100

200 mm

1 Trittschalldämmung 2 schwimmender Estrich 3 Außenputz 4 Sockelputz 5 Innenputz 6 Deckenabstellstein, kaschiert 7 flexible Dichtungsschlämme 8 Betonstein 9 Abdeckfolie mit Sand beschwert 10 Porenbetonstein 11 Bohrung für Lüftung 12 ggf. Mörtelausgleichsschicht erforderlich 13 horizontale Abdichtung 14 Gewebeeinlage 15 Perimeterdämmung 16 Kellenschnitt im Putz 17 Ringanker 18 Hinterfüllschutz 19 Kellerabdichtung 20 Vormauerung 21 ggf. Brüstungsbewehrung 22 Fußpfette 23 Holzverschalung 24 Unterdeckbahn, diffusionsoffen 25 Dachsparren 26 Insektenschutz 27 ggf. Rohbaufeuchteschutz

474

XIII Äußere Hüllen

0

100

200 mm

M 1:20

1 2

☞



87

3

5 6

12

4

11 10

86 Traufdetail: tragende Schale aus Holzbauelement (System Lignotrend®), Wand in der gleichen Bauart.

7

13

z

8 ☞  75

9

x

0

100

☞  86

M 1:20

1

2

87 Ortgangdetail der Dachkonstruktion wie in  86 dargestellt (System Lignotrend®). 1 Dachdeckung 2 Lattung 3 Konterlattung 4 Untersichtschalung 5 Vorsprungssparren bzw. -pfette 6 Wetterschutz, z.B. Tyvek 7 Fassadenverkleidung 8 Hinterlüftung min. 40 mm 9 winddichte bit. HWF-Platte 10 plattenförmige Dämmung, z.B. HWF 11 luftdichte Dampfbremse 12 Holzblockelement 13 Gipskarton- oder Gipsfaserplatte

5

3

6

4

12 11 10 13 z

7 8

y

9

☞  75

200 mm

3 Schalensysteme

475

88 Verlegen eines Dachelements aus Porenbeton (Herst.: Xella).

89 Verlegen eines Dachelements aus Porenbeton (Herst.: Xella).

90 Verlegen eines massiven Dachelements aus Holz (Herst.: Lignotrend®).

476

2.3

XIII Äußere Hüllen

Flache Dächer auf tragender Schale ☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.3 Flaches Dach, S. 374  ff ☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.2 Einfache Schale mit einseitigem Aufbau ohne Unterkonstruktion, S. 122 ff, sowie Abschn. 3.1 Zwei Schalen mit Zwischenschicht, S. 132 ff

☞ vgl. die Bemerkungen in Kap. XIII-1, Abschn. 5.3.1 Primärtragwerk, S. 376 & Fachregel für Dächer mit Abdichtungen – Flachdachrichtlinien (12-2016) & DIN 18531-1 bis -4 & DIN 18338 VOB

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 3.3 Flache Dächer, S. 680 ff

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.3 Flache Dächer, S. 622 ff

2.3.1 Einwirkungen & DIN 18531-1, 5. ☞ Vgl. hierzu Band 1, Kap. VI-1, Abschn. 4. Die elementaren Teilfunktionen von Hüllbauteilen im Gebäudezusammenhang, S. 481 ff.

Grundlegende Gesichtspunkte zu flachen Dächern werden in Kapitel XIII-1 besprochen. Überlegungen zum prinzipiellen Aufbau von Schichtenpaketen in Hüllbauteilen werden in Kapitel VIII angestellt. Daraus folgt, dass die waagrechte Lage flacher Dächer die Anwendung geschichteter Lagenfolgen ohne Unterkonstruktion grundsätzlich begünstigt, da die Horizontalkräfte auf dem Schichtenpaket, also die parallel zur Hüllebene verlaufenden Kräfte, – im Gegensatz zu stehenden oder geneigten Hüllen – im Allgemeinen vernachlässigt werden können. Rückverankerungen, insbesondere der exponierten Wetterhaut oder -schale, erübrigen sich im Normalfall. Aus dem gleichen Grund ist auch die mechanische Befestigung einer Wetterschale an der tragenden Konstruktion nicht unbedingt erforderlich. Deshalb ist die Trennung von Tragkonstruktion und Dämmpaket, sodass sie in verschiedenen Ebenen zu liegen kommen, bauphysikalisch vorzuziehen und bei flachen Dächern folglich eher die Regel. Flache Dächer treten insbesondere in der konstruktiven Variante des Dachaufbaus auf massiver Tragschale auf, die im Folgenden diskutiert wird. Flache Dächer als Rippensysteme unterscheiden sich in ihrem konstruktiven Aufbau nur unwesentlich von denen auf massiver Tragschale, wenn der Schichtenaufbau getrennt von der tragenden Konstruktion, also auf einer durchgehenden Unterlage aufbauend ausgeführt wird. Sie werden ansatzweise in Kapitel XIII-5 angesprochen. Dächer in Rippenbauart mit in der Rippung integriertem Dämmpaket sind eher selten. Sie treten im Wesentlichen nur im Holzbau auf, wo die Wärmebrückenwirkung der Rippen vernachlässigbar ist. Sie werden in Kapitel XIII-5 untersucht.

Flache Dächer sind verhältnismäßig starker Beanspruchung aus verschiedenen externen Einwirkungen ausgesetzt. Dies folgt größtenteils aus ihrer flachen Lage: • Niederschlagswasser wird langsamer abgeführt als bei schräger oder lotrechter Lage und läuft ggf. Gefahr, aufzustauen.

3 Schalensysteme

477

• Da die flachen Dachflächen grundsätzlich begehbar sind, ist die Gefahr einer mechanischen Beschädigung groß; auch Hagelschlag kann die Abdichtung schädigen. • Die Sonnenstrahlung, hier insbesondere die UV-Strahlung sowie die zu erwartenden hohen Temperaturschwankungen, ist wesentlich stärker als bei geneigten oder vertikalen Flächen und kann zu Versprödung und langfristiger Zersetzung des Abdichtungswerkstoffs führen; ähnlich wirken sich weitere chemische und biogene Einwirkungen aus. Ferner ist zu berücksichtigen, dass bewegliche oder rissgefährdete Untergründe die extrem empfindliche, einstufige Abdichtung schädigen können; federweiche Untergründe, wie etwa Faserdämmstoffe, tragen zur Gefährung der Dichtschicht bei. Die Norm unterscheidet deshalb verschiedene Einwirkungsklassen ( 91), die bei der Wahl der geeigneten Abdichtung zu berücksichtigen sind. Einwirkungsstufe

hohe mechanische Einwirkung – Stufe I

mäßige mechanische Einwirkung – Stufe II

hohe thermische Einwirkung – Stufe A

IA

II A

hohe thermische Einwirkung – Stufe B

IB

II B

91 Mechanische und thermische Einwirkungsklassen für Abdichtungen gemäß DIN 18531-1, 5.3 und 5.4

In Abhängigkeit vom Anforderungsniveau unterscheidet die Norm zwei Anwendungsklassen:

Anwendung & DIN 18531-1, 6.2

• Anwendungsklasse K 1: Standardausführung; • Anwendungsklasse K 2: höherwertige Ausführung; erhöhte Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit, geringerer Instandhaltungsaufwand. Die Wahl der Abdichtung nach DIN 18531-3 erfolgt auch unter Berücksichtigung der Anwendungsklasse.

92 Flachdach gefällelos.

93 Flachdach mit Gefälle.

2.3.2

478

XIII Äußere Hüllen

2.3.3

Abführen von Niederschlagswasser & DIN 18531-1, 6.3 & DIN 1986-100 & DIN EN 12056-1 und -3 & DIN 18531-3, 8.5 ☞ Vgl. auch Band 4, Kap. 10, Abschn. 3.3.1 Feuchteschutz > Sperren von Niederschlagswasser.

Gefälle

& Dies entspricht der Anwendungsklasse K 1 gemäß DIN 18531-1 (Standardausführung).

& Anwendungsklasse K 2 (höherwertige Ausführung)

Grundsätzlich lässt sich ein Flachdach gefällelos ausführen, da sein Wirkprinzip nicht auf dem Vorhandensein eines Gefälles, sondern auf dem zuverlässigen Sperren von Wasser beruht (2 92). In diesem Sinn gilt, dass sofern ein Flachdach dicht ist, auch kein Gefälle erforderlich ist. Oder anders formuliert: wenn ein Flachdach undicht ist, wird dieser Mangel nicht durch ein Gefälle wettgemacht. Indessen sorgt ein leichtes Gefälle dafür, dass keine Pfützen entstehen, mit denen bei gefällelosen Dächern unweigerlich zu rechnen ist (2 93). Somit wird die Gefahr gemindert, dass durch eine lokale Undichtheit über einen längeren Zeitraum doch am Ende größere Mengen Wasser in die Konstruktion eindringen. Die Norm schreibt ein Mindestgefälle von 2% vor, rechnet aber bei diesem Gefälle trotzdem noch mit Pfützenbildung. Dächer mit Gefälle kleiner als 2% oder ganz ohne Gefälle sind, wie angemerkt, zwar grundsätzlich bei Anforderungsklasse K 1 realisierbar, gelten jedoch als Sonderkonstruktionen und erfordern besondere Zusatzmaßnahmen. Gilt von vornherein Anforderungsklasse K2, schreibt die Norm grundsätzlich ein Mindestgefälle vor (2 %). Die Ausführung mit Gefälle entspricht gegenwärtig dem Standard. Ein Gefälle ist mit erhöhtem, nicht unbeträchtlichem baulichen Aufwand verbunden. Es entsteht entweder durch • einen zusätzlich aufgebrachten Gefälleestrich – dies bringt zusätzliche Auflast und einen höheren konstruktiven Aufbau mit sich; • variable Dämmstoffdicken (sog. Dämmstoffkeile) – diese Lösung mindert die Auflast; sie entspricht zwar nicht den bauphysikalischen Erfordernissen, da der U-Wert örtlich variiert, wird gegenwärtig aber am häufigsten angewendet; die Platten werden in automatisierten CNCAnlagen individualisiert zugeschnitten; • geneigte oder oberseitig mit Gefälle ausgeführte Tragschicht – dies ist im Regelfall mit einem besonderen Aufwand verbunden und entspricht nicht dem Normalfall.

& DDH Flachdachrichtlinien, 2.2 (5)

Bis zu einem Gefälle von 5 % (ca. 3 °) ist infolge Durchbiegungen der Tragunterlage und Unebenheiten der Dachhaut (Überlappungen, Verstärkungen etc.) grundsätzlich mit behindertem Wasserablauf und Pfützenbildung zu rechnen. Ganz pfützenfrei werden Flachdächer nach Norm erst ab 5 %. Andererseits sind bei Dachneigungen größer als 3 ° bzw. 5,2 % zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um ein Abgleiten von Schichten zu verhindern, beispielsweise eine mechanische Befestigung oder ein Einbau von Stützelementen.

3 Schalensysteme

479

Durch Gefälle abgeleitetes Niederschlagswasser wird in Dachabläufen, seltener in traufseitig angeordneten Dachrinnen gesammelt. Die Dachfläche ist derart in einzelne ebene geneigte Felder aufzuteilen, dass Niederschlagswasser auf möglichst kurzem Weg zu den Dachabläufen abfließt. Bei vorgegebenem Mindestgefälle steigt deshalb mit der Tiefe dieser Dachflächenfelder auch die erforderliche Dicke einer Gefälleschicht, sei es ein Estrich oder keilförmig geschnittene Dämmstoffplatten. Folglich empfiehlt es sich, das Tiefenmaß der geneigten Ebenen zu begrenzen. Im Regelfall erfordert die Größe der meisten Flachdächer mehrere Dachabläufe. Ist nur ein Ablauf vorhanden, ist mindestens ein Notüberlauf vorzusehen, um Aufstauungen zuverlässig auszuschließen. Es versteht sich von selbst, dass Dachabläufe an den tiefsten Punkten der Dachfläche anzuordnen sind, und zwar mindestens 30 cm, besser 50 cm, von Dachaufbauten, Fugen oder anderen Durchdringungen entfernt. Hinweise für die Anordnung und Bemessung von Dachabläufen und Notüberläufen gibt die Norm. Die Schichten des idealtypischen Aufbaus eines flachen Dachs auf tragender Schale sollen in ihren einzelnen Funktionen und Merkmalen im Folgenden diskutiert werden (2 94–96). Eine Befahrbarkeit der Dachfläche bleibt unberücksichtigt. In diesem Fall sind besondere Forderungen zu stellen. A

B

(1) 2

5

5

(6)

(6) DS

(7)

z y

(1) 2

DHT

3 5

y

2.3.4

94 (Links) Prinzipieller Aufbau eines nicht belüfteten flachen Dachs in Schalenbauweise mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen im Querschnitt.

1 2 3 4 5 6 7

Schutzschicht (optional) Dichtschicht (notwendig) Dämmschicht (notwendig) Gefälleschicht (optional) Tragschale (notwendig) Unterdeckenraum (optional) untere Bekleidung der Tragschale oder Decklage einer Unterdecke (optional)

Auf eine Schutzschicht (1) kann je nach Ausführung der Dichtschicht (2) verzichtet werden. Die Dampfbremse/-sperre (DS) wird an der Grenzschicht zwischen Dämmung (3) und Gefälleschicht (4) bzw. Tragschale (5) angeordnet.

BL

96 (Links) Variante C: Prinzipieller Aufbau eines belüfteten flachen Dachs in Schalenbauweise. DHT Dachhauttragschale BL belüftete Luftschicht

z

Idealtypischer Aufbau

Variante A (Dichtschicht über Dämmschicht): (4)

y

C

& DIN 1986-100 und DIN 12056-3

(1) 2 3/DS

3 (4)

(7)

z

Dachflächengestaltung

95 (Oben rechts) Variante B (Dämmschicht über Dichtschicht), abweichend von Variante A: 2 Dämmschicht (notwendig) 3 Dichtschicht (notwendig), gleichzeitig Dampfsperre DS



480

2.3.5

XIII Äußere Hüllen

Tragende Unterlage

& nähere Hinweise in DDH Flachdachrichtlinien, 2.3 und DIN 18531-1, 7.

Verformungen ☞ Band 2, Kap. IX-3 Verformungen, S. 390  ff & 18531-1, 5.

2.3.6 Belüftung ☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.3.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, S. 376 f

2.3.7

Nicht belüftetes Dach

Die tragende Unterlage oder flächenhafte Tragschale, auf welcher der Schichtenaufbau eines Flachdachs ruht, muss stetig, d. h. ohne Kanten, Versprünge etc., verlaufen. Scharfe Kanten oder bewegliche Fugen bei platten- oder streifenförmig zusammengesetzter Unterlage, wie etwa bei Brettschalungen oder Fertigteilen, sind zu vermeiden oder durch geeignete Zwischenlagen von empfindlichen Schichten wie der Dampfsperre oder Dichtschicht zu trennen. Verformungen der tragenden Deckenschale infolge äußerer Einflüsse wie Belastung, Temperatur oder Feuchte, bzw. infolge bestimmter Stoffeigenschaften wie Kriechen und Schwinden müssen stets berücksichtigt werden. Es sind geeignete Maßnahmen zu treffen, damit diese Verformungen den empfindlichen Dachaufbau auf der tragenden Unterlage nicht in Mitleidenschaft ziehen. So ist beispielsweise durch eine Trennung bzw. einen geeigneten Schutz der untersten Lagen – bei herkömmlichen Dächern die Dampfsperre oder bei Umkehrdächern die Abdichtung – dafür Sorge zu tragen, dass Risse in der Decke keine Schäden an diesen verursachen. Auf eine geeignete Bewehrung der Tragschale zum Zweck der Rissvermeidung bzw. Rissweitenbegrenzung ist stets zu achten. Durchbiegungen in der Decke können einen merkbaren Einfluss auf die Dachentwässerung haben, da durch sie die Gefällegestaltung, die bei Flachdächern stets mit kleinen Neigungen ausgeführt wird, beeinträchtigt wird. Als Folge davon können sich Pfützen bilden. Die zusätzliche Auflast auf einer Rohdecke infolge eines Gefälleestrichs ist bei der Dimensionierung der Tragschale ebenfalls in Rechnung zu stellen. Wie in Kapitel XIII-1 diskutiert, können flache Dächer mit Abdichtungen grundsätzlich belüftet und nicht belüftet ausgeführt werden. Wie angesprochen, stellen nicht belüftete flache Dächer den Standard dar. Sie werden im Folgenden näher untersucht. Nicht belüftete Dächer sind die heute am häufigsten eingesetzten Flachdachformen. Man unterscheidet hinsichtlich der Lagenfolge und der daraus sich ergebenden konstruktiven Zusammensetzung und bauphysikalischen Wirkunsweise zwei grundsätzlich unterschiedliche Varianten: • Dichtschicht über Dämmschicht (2 94); • Dämmschicht über Dichtschicht (2 95).

3 Schalensysteme

481

Die Dichtschicht wird zuoberst angeordnet, wo sie die restliche, darunterliegende Konstruktion – in der Regel grundsätzlich Trag- und Dämmschicht, vereinzelt auch von sich aus wärmedämmende Tragschicht – gegen Niederschlagswasser schützt. Folgende Teilfunktionen sind vom Aufbau im Einzelnen zu leisten.

Dichtschicht über Dämmschicht

In dieser Lage ist die Sperrschicht selbst einer hohen Beanspruchung ausgesetzt infolge

• Schutz gegen äußere Einwirkungen auf die Abdichtung

• extremer Temperaturschwankungen; • UV-Strahlung, führt zu einer Versprödung und zum Reißen der Abdichtung; • mechanischer Beschädigung, z. B. beim Begehen; • Abhebens durch Windsog; • Flugfeuers im Brandfall und muss durch zusätzliche Maßnahmen geschützt werden: • In der einfachsten Form wird ein leichter Oberflächenschutz aufgebracht. Zu diesem Zweck muss die oberste Lage einer Bitumenbahnabdichtung aus einer Polymerbitumenbahn bestehen ( 99). Besteht sie aus Elastomerbitumen (PYE) muss sie, besteht sie aus Plastomerbitumen (PYP) kann sie mit Splitt, Granulat, Sand etc. bedeckt sein. Diese Schicht bietet einen eingeschränkten Schutz vor UV-Strahlung. • Schwerer Oberflächenschutz: Meist werden eine oder mehrere weitere Schichten aufgebracht, beispielsweise Kies (Schutz vor allen oben genannten Einflüssen), pflaster-, platten- oder estrichartige Aufbauten. Auch Dachbegrünungen können diesem Zweck dienen. • Es lassen sich auch Schutzlagen gegen mechanische Einwirkung in Form von Bahnen, Matten, Platten oder Granulat auf die Abdichtung aufbringen. Gegen Abheben durch Windsog kann, neben der Beschwerung, auch durch Verklebung oder mechanische Befestigung gesichert werden. Diese Aufgabe kommt der wichtigsten Schicht des Flachdachaufbaus, nämlich der Dichtschicht, zu. Sie besteht aus ggf. mehrlagigen, überlappend miteinander verschweißten oder verklebten Sperrbahnen, die eine großflächige wasserdichte Haut erzeugen.

• Abdichten gegen Niederschlagswasser

482

XIII Äußere Hüllen

& Siehe jeweils DIN 18531-1, 5.3 und 5.4 & siehe DIN 18531-2, 4.2.

Je nach Anforderungsniveau werden Ausführungen von Dachabdichtungen unterschieden nach Anwendungsklassen K1 und K2 sowie nach Einwirkungsklassen (mechanisch und thermisch, IA bis IIB). Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden die Abdichtungsbahnen bestimmten Eigenschaftsklassen (E1 bis E4) zugeordnet ( 97): Eigenschaftsklasse

97 Eigenschaftsklassen für Abdichtungsstoffe nach DIN 18531-2, 4.2.

& DIN SPEC 20000-201

hoher mechanischer Widerstand

mäßiger mechanischer Widerstand

Widerstand gegen hohe thermische Einwirkung

E1

E3

Widerstand gegen mäßige thermische Einwirkung

E2

E4

In Abhängigkeit der Lage der Abdichtungsbahnen innerhalb der Schichtenfolge einer Abdichtung unterscheidet die Norm folgende Fälle: • DE – Bahnen für einlagige Abdichtung; • DO – Bahnen für die Oberlage einer mehrlagigen Abdichtung; • DU –Bahnen für die untere Lage einer mehrlagigen Abdichtung; • DZ – Bahnen für die Zwischenlage bzw. zusätzliche Lage einer mehrlagigen Abdichtung.

☞ vgl. auch 2 99

& weitere Hinweise in DDH Flachdachrichtlinien, 3.6.2 sowie DIN 18531-2, 4.4.1

& a DIN 18531-3, 4.2, Tabelle 1 98 (Seite rechts) Anforderungen an die Abdichtungsstoffe Bitumen/Polymerbitumenbahnen und Kunststoff-/Elastomerbahnen, gemäß DIN 18531-2, 4.4.

Grundsätzlich sind die folgenden Ausführungen von Flachdachabdichtungen üblich: • Mehrlagige bituminöse Bahnen (2 98), mindestens zweilagig ausgeführt und vollflächig miteinander verklebt (mit heißem Bitumen) (2 100, 101). Die Bahnen sind parallel zueinander und gegenseitig versetzt zu verlegen. Auf der Unterlage können sie lose aufgelegt, teil- oder vollflächig verklebt werden. Die oberste Lage ist stets eine Polymerbitumenbahn. Bei Dächern mit Gefälle unter 2 % ist die Abdichtung entweder aus zwei Polymerbitumenbahnen oder alternativ dreilagig auszuführen, also zwei Lagen Bitumen- und zuoberst eine Lage Polymerbitumenbahn.Bei nicht genutzten Flächen sind auch einlagige Abdichtungen aus Polymerbitumenbahnen mit Kombinationsträgereinlage ausführbar. Hinweise zum Einsatz von Bitumen- und Polymerbitumenbahnen in Abhängigkeit der anzusetzenden Anwendungs-, Einwirkungs- und Eigenschaftsklassen gibt die Norm. a

3 Schalensysteme

483

Bitumen- und Polymerbitumenbahnen Nr

Bahnen – Stoffart

1

Bitumendachdichtungsbahnen

2

Bitumenschweißbahnen

E2

DU

E 2, E 4

DU, DZ

E1

DO DO

E1

DO, DU

Polymerbitumenbahnen für einlagige Verlegung

E1

DE

Glasvlies-Bitumendachbahnen

E 4b

DE

Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen Polymerbitumenschweißbahnen

5

kaltselbstklebende Polymerbitumenbahnen (KSP) mit Kombinationsträgereinlage (KTG oder KTP)

6 7

b

Anwendungstyp a

E 1, E 2

3 4

a

Eigenschaftsklasse

Bahnen, die den genannten Stoffen entsprechen, jedoch die Anforderungen an die Eigenschaften nach DIN SPEC 20000-201 nicht erfüllen, dürfen als Zwischenlage oder zusätzliche Lage ohne weitere Nachweise verwendet werden. Bei geeigneter Oberflächenausrüstung dürfen Bahnen für die einlagige Abdichtung auch als Oberlage verwendet werden und Bahnen des Anwendungstyps DO und DE dürfen auch als untere Lage sowie Zwischenlage verwendet werden. Bahnen des Anwendungstyps DU dürfen auch als Zwischenlage verwendet werden. Nur als zusätzliche Lage oder als Trennlage.

Kunststoff- und Elastomerbahnen Nr

Bahnen mit oder ohne Selbstklebeschicht (SK)

1

Ethylencopolymerisat-Bitumen bitumenverträglich – ECB-Bahnen

2

• mit Einlage

Zeile 2

• mit Einlage und Kaschierung

Zeile 4

Polyisobultylen, bitumenverträglich – PIB-Bahnen • homogen mit Kaschierung

3

4

5

6

7

8

9

DIN SPEC 20000-201, Tabelle 3

Zeile 4

Polyvinylchlorid weich nicht bitumenverträglich – PVC-P-Bahnen • mit Einlage

Zeile 2

• mit Verstärkung

Zeile 3

• mit Einlage und Kaschierung

Zeile 4

• mit Verstärkung und Kaschierung

Zeile 4

Polyvinylchlorid weich, bitumenverträglich – PVC-P-Bahnen • homogen

Zeile 1

• mit Einlage

Zeile 2

• mit Verstärkung

Zeile 3

• homogen mit Kaschierung

Zeile 4

• mit Einlage und Kaschierung

Zeile 4

• mit Verstärkung und Kaschierung

Zeile 4

Ethylen-Vinylacetat-Terpolymer/-Copolymer, bitumenverträglich – EVA-Bahnen • homogen

Zeile 1

• homogen mit Kaschierung

Zeile 4

• mit Verstärkung

Zeile 3

Chloriertes Polyethylen, bitumenverträglich – PE-C-Bahnen • mit Verstärkung

Zeile 3

• mit Verstärkung und Kaschierung

Zeile 4

Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, bitumenverträglich – EPDM-Bahnen • homogen

Zeile 1

• homogen mit Kaschierung

Zeile 4

• mit Verstärkung

Zeile 3

Thermoplastisches Elastomer, bitumenverträglich – TPE-Bahnen • homogen

Zeile 1

• homogen mit Kaschierung

Zeile 4

Flexibles Polyolefin, bitumenverträglich – FPO-Bahnen • homogen

Zeile 1

• mit Einlage

Zeile 2

• mit Einlage und Kaschierung

Zeile 4

• mit Verstärkung

Zeile 3

• mit Verstärkung und Kaschierung

Zeile 4

484

XIII Äußere Hüllen

• Zumeist einlagig überlappend verlegte Kunststoff- oder Elastomerbahnen nach DIN EN 13956 ( 98), an den Stößen miteinander verklebt (2 105). Sie werden nach Norm in vier Kategorien untergliedert: •• homogene Bahnen mit oder ohne Selbstklebeschicht (SK); •• Bahnen mit Einlage mit oder ohne Selbstklebeschicht (SK); •• Bahnen mit Verstärkung mit oder ohne Selbstklebeschicht (SK) oder Polymerbitumenbeschichtung (PBS); •• Bahnen mit Kaschierung mit oder ohne Selbstklebeschicht (SK).

& weitere Hinweise in DDH Flachdachrichtlinien, 3.6.3 sowie DIN 18531-2, 4.4.2

& DIN 18531-3, 4.3, Tabelle 2

& weitere Hinweise in DDH Flachdachrichtlinien, 3.6.4 sowie DIN 18531-2, 4.4.3

& DIN 18531-3, 4.4, Tabellen 3 und 4

• Wärmedämmung

Bei erhöhten Anforderungen, beispielsweise bei genutzten Terrassendächern oder Dächern mit Gefälle unter 2 %, ist die Bahnendicke auf 1,5 bis 2 mm zu erhöhen. Unter der Dichtschicht ist eine Trenn- oder Ausgleichsschicht, wie beispielsweise ein Vlies, zu verlegen, wenn die Unterlage es erfordert. Gegebenenfalls ist auch eine oberseitig aufgelegte Schutzlage gegen mechanische Einwirkung notwendig. Die Nahtverbindungen erfolgen, je nach eingesetztem Bahnenwerkstoff, nach verschiedenen Verfahren (2 106). Hinweise zum Einsatz von Kunststoff- und Elastomerbahnen in Abhängigkeit der anzusetzenden Anwendungs-, Einwirkungs- und Eigenschaftsklassen gibt die Norm. • Flüssigabdichtungen: Diese werden vollflächig haftend auf vorbehandelten Untergründen aufgetragen. Sie werden mindestens zweischichtig mit Armierung ausgeführt. Ihre Mindestdicke beträgt 1,5 mm, bei genutzten Dachflächen und solchen mit Gefälle unter 2 % beträgt sie 2 mm. Es kommen Flüssigkunststoffe (FLK) nach ETAG 005 sowie Asphaltmastix nach DIN EN 12970 und Gussasphalt nach DIN EN 13813 zum Einsatz. Hinweise zum Einsatz von Flüssigabdichtungen in Abhängigkeit der anzusetzenden Anwendungs-, Einwirkungsund Eigenschaftsklassen gibt die Norm. Der Wärmedämmung eines flachen Dachs kommt insbesondere bei Berücksichtigung der erforderlichen Dämmfähigkeit von Gebäudehüllen eine ganz besondere Bedeutung zu, da dort auch die thermisch am stärksten beanspruchte Fläche des Gebäudes vorliegt. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, dass das Dach dem Wind besonders exponiert ist und dass die wärmere Raumluft sich unter der Dachdecke sammelt und dort deshalb das größte Temperaturgefälle zwischen innen und außen besteht. Anders als bei der Außenwand und dem geneigten Dach,

3 Schalensysteme

485

Art

Bezeichnung

Schweiß-, Klebeverfahren

min. Fügebreite

Bitumenbahnen mit Trägereinlage und Deckschichten aus

oxidiertem Bitumen

Gießverfahren Schmelzverfahren Bürstenstreichverfahren Kaltselbstklebeverfahren

80 mm

Polymerbitumen, modifiziert mit thermoplastischen Elastomeren PYE

chloriertem Polyethylen PE-C

Quellschweißen Heizluft-/Heizkeilschweißen

30 mm 20 mm

Ethylencopolymerisat-Bitumen ECB

Heizluft-/Heizkeilschweißen

30 mm

Ethylen-Vinyl-Acetat-Terpolymer EVA

Quellschweißen Heizluft-/Heizkeilschweißen

30 mm 20 mm

flexiblen Polyolefinen FPO

Heizluft-/Heizkeilschweißen

20 mm

Polyisobutylen PIB

Quellschweißen

30 mm

Polyvinylchlorid PVC-P

Quellschweißen Heizluft-/Heizkeilschweißen

30 mm 20 mm

Ethylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk EPDM

Kontaktklebstoff Dichtungs-/Abdeckbänder Heißvulkanisieren (Hot Bonding)

50 mm 40 mm

chlorsulfoniertem Polyethylen CSM

Quellschweißen Heizluft-/Heizkeilschweißen

30 mm 20 mm

thermoplastischen Elastomeren TPE

Heizluft-/Heizkeilschweißen

20 mm

flexiblen ungesättigten Polyesterharzen FUP

–

–

Kunststoffbahnen 1) aus

Elastomerbahnen aus

Polymerbitumen, modifiziert mit thermoplastischen Kunststoffen PYP

Butylkautschuk IIR Nitrilkautschuk NBR

Flüssigabdichtungen aus

flexiblen Polyurethanharzen PU flexiblen reaktiven Methylmethacrylaten PMMA

1)

Stöße von Kunststoffbahnen lassen sich ferner durch Dichtungs-/Abdeckbänder sowie in industrieller Fertigung durch Hochfrequenzschweißen herstellen.

99 Überblick über Werkstoffe für Dichtschichten von Flachdächern und ihre Verarbeitungsart nach DDH Flachdachrichtlinien, 3.6.

Klebemasserolle

100 Vollflächiges Verkleben einer Dachbahn mit Heißbitumen.

101 Sicherung der vollflächigen Verklebung durch Klebemasserolle.

486

XIII Äußere Hüllen

& Dämmstoffe nach DIN V 4108-10, weitere Hinweise in DIN 18531-2 und DIN 18531-3, 5.4, insbesondere Tabelle 5

• Wasserdampfbeanspruchung

☞ Siehe hierzu Abschn. 1.2 Flache und geneigte Dächer, S. 457.

ist beim flachen Dach die Dicke der Dämmschicht, die in erster Linie für die Verbesserung des Wärmedämmvermögens verantwortlich ist, nahezu frei wählbar, insbesondere beim nicht belüfteten flachen Dach. Ein vergrößerte Konstruktionsdicke ist – anders als bei Außenwänden – nicht mit erhöhtem konstruktiven Aufwand verbunden und geht auch nicht auf Kosten von Nutz- oder Grundstücksfläche. Die Wetterhaut – in diesem Fall die Dichtschicht – liegt vollflächig auf der Dämmschicht auf und trägt ihre Last senkrecht zu ihr auf die Tragschicht ab. Hieraus ergibt sich auch eine grundlegende Anforderung an das Wärmedämmaterial, nämlich Druckfestigkeit und Steifigkeit, um eine gute Lastverteilung auf die Tragschicht zu garantieren. Dies kann bei Punktlasten eine kritische Anforderung darstellen. Als Wärmedämmstoffe für Flachdächer kommen die Werkstoffe der Tabelle in 2 109 infrage. Dämmplatten sowie roll- oder klappbare Wärmedämmbahnen lassen sich zum Zweck der Sicherung gegen Verschieben und Abheben voll- oder teilflächig verkleben, mechanisch befestigen oder alternativ auch lose verlegen. Dämmplatten und -bahnen sind eng aneinanderliegend im Verband anzuordnen. Polystyrol-Hartschaumplatten, auf welche die Abdichtung vollflächig geschweißt oder mit Heißbitumen verklebt wird, müssen oberseitig kaschiert ausgeführt sein. PolyurethanHartschaumplatten sind grundsätzlich vollflächig auf dem Untergrund zu verkleben. Da die Dichtschicht auf der Dämmschicht aufliegt und weitgehend dampfdicht ist – anders als die üblichen Tragschichten, wie eine Stahlbetonmassivdecke –, ist unterhalb der Dämmschicht eine Dampfsperre erforderlich. Diese verhindert, dass Wasserdampf aus dem Innenraum in die Dämmschicht eindringt und an der kühlen oberen Seite unterhalb der Abdichtung kondensiert (2 110). Dampfsperren lassen sich auf dem Untergrund lose auflegen oder alternativ punkt-, streifenweise oder vollflächig auf diesem aufkleben. Überlappungen sind zu verkleben. An An- und Abschlüssen mit Aufkantung sind sie bis zur Oberkante der Dämmschicht oder des Dämmstoffkeils zu führen und anzuschließen, ebenso an Durchdringungen. Dampfsperrbahnen sind durch geeignete Mittel (Klebschichten, Trennlagen etc.) gegen mechanische Beschädigung auf rauen Untergründen zu schützen. Schaumglasplatten gelten ohne Zusatzmaßnahme als diffusionsdicht, sofern die Stöße durch Füllen oder Verkleben geschlossen sind. Nur in seltenen Fällen wird die Flachdachkonstruktion ganz ohne Dampfsperre ausgeführt ( 107, 108). Wasserdampf kann dann von unten in die Wärmedämmschicht eindringen und kann nicht nach oben ausdiffundieren. Dies muss dann in Wärmeperioden zum Innenraum hin erfolgen.

3 Schalensysteme

487

zweilagig 104 Verlegen einer Schweißbahn.

dreilagig

102 Normale Verlegung von Abdichtungsbahnen mit Überlappung.

105 Ausführung einer Quellschweißnaht bei einer Kunststoffbahn.

zweilagig

103 Verlegung von Abdichtungsbahnen im Verband.

106 Einsatz eines Heizkeil-Schweißautomaten zur Erstellung einer prüffähigen Doppelüberlappung bei Kunststoffbahnen.

1

2 3

4

1

5

2

3

4

5

107 Flachdach auf tragender Schale aus Porenbeton-Fertigteilen, ohne Dampfsperre. 108 Flachdach wie in  107.

M 1:20

z

0

x

z

100 200 mm

x

1 Kiesschüttung 50 mm 2 Dachabdichtung: zwei Lagen Bitumenschweißbahn 8 mm 3 Bitumenkleber 5 mm 4 Polystyrolplatten 50 mm 5 Porenbetonsteine

488

XIII Äußere Hüllen

• Idealtypischer Aufbau

Die wesentlichen, unverzichtbaren Bestandteile eines konventionellen nicht belüfteten Flachdachs lassen sich wie folgt zusammenfassen (idealtypische Lösung; Schichtenfolge von oben nach unten) (2 111): • Schutzschicht (1) • Dichtschicht (2) • Dämmschicht (3) • Dampfsperre (4) • Tragschicht (5) Dem Nachteil der verhältnismäßig ungeschützten Lage der Abdichtung, von deren Unversehrtheit die Funktionsfähigkeit der kompletten Dachkonstruktion abhängig ist, stehen die folgenden Vorteile gegenüber: • Die Wärmedämmung (in der Regel hochgradig feuchteempfindlich) ist in ihrer Dämmfähigkeit nicht gefährdet, da sie gut geschützt liegt: oberseitig durch die Dichtschicht, unterseitig durch die Dampfsperre. • Gemessen an alternativen Lösungen (wie mehrschalige belüftete Konstruktionen) ist das konventionelle, nicht belüftete Flachdach als baukonstruktiv einfach anzusehen, da die Schichten lediglich übereinandergelegt werden. • Verglichen mit anderen Lösungen sind niedrige Bauhöhen realisierbar. • Alternative Dachaufbauten (beispielsweise Dachbegrünungen) sind eher möglich als bei sogenannten Umkehrdächern (siehe unten), da sich Folien auf der Dämmschicht auflegen lassen, ohne das physikalische Wirkprinzip der Konstruktion zu beeinträchtigen. Neben den bauphysikalisch wesentlichen Schichten hat sich in der Baupraxis dennoch der Einsatz zusätzlicher Schichten durchgesetzt, die ein erhöhtes Maß an Sicherheit bieten:

& nach DIN EN 12620, Anhang A & Rand- und Eckbereiche von Flachdächern sind in DDH Flachdachrichtlinien, Anhang II, festgelegt.

• Schwerer Oberflächenschutz auf der Dachhaut: im Allgemeinen eine Schutzschicht aus Kies (ggf. mit aufgelegtem Plattenbelag) oder in Form eines Estrichs oder eines Vegetationssubstrats. Kiesschichten sind mindestens 50 mm dick auszuführen oder auch dicker, je nach Windsogbeanspruchung, wenn der Kies eine Sicherung gegen Abheben übernimmt. Der Kies entspricht einer Sieblinie 16/32 nach Norm. In Randund Eckbereichen können Verwehungen stattfinden. Deshalb empfiehlt die Norm, dort zur Sicherheit beschwerende Plattenbeläge oder Betonformsteine zu verlegen. Alternativ lassen sich auch Plattenbeläge aus frostbeständigen Beton-, Keramik- oder Natursteinplatten auf

3 Schalensysteme

489

Wärmedämmstoff

Werkstoffe für Dampfsperren

DIN-Norm

Polystyrol-Hartschaum EPS

EN 13163

Polystyrol-Extruderschaum XPS

EN 13164

Polyurethan-Hartschaum PU

EN 13165

Mineralwoll-Dämmstoff MW

EN 13162

Schaumglas CG

EN 13167

Bitumendampfsperrbahnen mit und ohne Metallbandeinlage Bitumen-Dachbahnen Bitumen-Dachdichtungsbahnen Bitumen-Schweißbahnen mit und ohne Metallbandeinlage Polymerbitumenbahnen Kunststoff-Dampfsperrbahnen Kunststoffdachbahnen Elastomerdachbahnen Verbundfolien

109 Werkstoffe für Wärmedämmung von Flachdächern nach DDH Flachdachrichtlinien, 3.4.

2

1

3

4

5

10

110 Werkstoffe für Dampfsperren von Flachdächern nach DDH Flachdachrichtlinien, 3.3.

6

7 8

9

1

2

11

z x

1 Kiesschüttung (Körnung 16/32) 2 2- bis 3-lagige bituminöse Abdichtung, vollflächig überlappend verklebt (Bitumenmasse nicht dargestellt), obere Lage Polymerbitumenbahn 3 Bitumenklebemasse, Punktverklebung in Lochung von 4 4 Dampfdruckausgleichsschicht: Glasvlieslochbahn, unterseitig grob besandet 5 Wärmedämmung 6 teilflächige Verklebung 7 Dampfsperre 8 Bitumenklebemasse, Punktverklebung in Lochung von 9 9 Dampfdruckausgleichsschicht wie 4 10 Voranstrich 11 Massivdecke (Gefälleschicht nicht dargestellt)

4

5

6

7

8

z

111 Aufbau eines nicht belüfteten Flachdachs mit Bitumenabdichtung (schematisch).

3

x

112 Aufbau eines nicht belüfteten Flachdachs mit Kunststoff-/ Elastomerabdichtung (schematisch) ohne Verklebung, mit Auflastsicherung. 1 Kiesschüttung (Körnung 16/32) 2 Schutzlage 3 Kunststoff-/Elastomerbahnen; einfach, überlappend, lose verlegt 4 Dampfdruckausgleichsschicht 5 Wärmedämmung 6 Dampfsperre 7 Dampfdruckausgleichsschicht wie 4 8 Massivdecke

490

XIII Äußere Hüllen

☞ Abschn. 2.3.10 Dachbegrünungen, S. 498

mineralischer Feinschüttung oder auf Bautenschutzmatten verlegen. Infrage kommt auch eine extensive Begrünung. • Trennlage/Ausgleichslage zwischen Abdichtung und Wärmedämmung (auch Dampfdruckausgleichsschicht genannt). Sie erfüllt drei Aufgaben: •• Sie verhindert, dass Bewegungen aus der Dämmschicht auf die Dichtschicht übertragen werden und diese beschädigen. •• Ggegebenenfalls in die Dämmung (von oben oder unten) eingedrungene Feuchtigkeit soll beim Diffundieren und oberseitigen Sammeln unter der Abdichtung keine Blasen bilden. Da ein Ausdiffundieren nach oben nicht möglich ist, soll sich der Dampfdruck innerhalb der Ausgleichsschicht flächig ausbreiten können. Ein Austritt an den Dachrändern ist über geeignete Öffnungen zu ermöglichen. •• Verhindert das Aufschmelzen der Wärmedämmung (zumeist Schaumstoff) beim Aufbringen von Schweißbahnen.

& DIN 18531-2, 5.4 und 5.6

& DIN 18531-2, 5.4 und 5.6

• Zusammenfassung

Es kommen zu diesem Zweck z. B. spezielle Glasvliese zum Einsatz, die lose verlegt oder teilflächig verklebt werden können; • Trennlage/Ausgleichslage zwischen Dampfsperre und Tragschicht. Dieser sind ähnliche Aufgaben wie oben zugeordnet, jedoch tritt der Dampfdruckausgleich eher in den Hintergrund. Hingegen gilt es hier, Risse in der Tragschicht zu überbrücken und das Durchstanzen der Dampfsperre infolge Rauigkeiten auf der Tragschicht zu verhindern. Der meistverbreitete Aufbau bei nicht belüfteten flachen Dächern lässt sich wie folgt beschreiben: • ggf. schwerer Plattenbelag wenn begehbar (mit offenen Stoßfugen); • Kiesauflage; • Sperrbahn; • Trenn-/Ausgleichslage zwecks Dampfdruckausgleich; • Wärmedämmung; • Dampfsperre; • Trennlage/Schutzschicht;

3 Schalensysteme

491

8 1 2 3 4 5

6

7

113 (Oben links) Aufbringen einer MastixSchicht als Ausgleich und Vordichtung. 114 (Oben rechts) Beim Kleben der ersten Lage wird die Lochglasvliesbahn automatisch punktweise mit dem Untergrund verbunden. 115 (Links) Dachrand, nicht durchlüftetes Dach

M 1:20

z

0

100

200 mm

x

1 Kiesschüttung 2 Polymerbitumenbahn als Abdichtung 3 bituminöse Bahn als Abdichtung oder Dampfsperre 4 Glasvliesbahn als Entspannungs-/ oder Schutzschicht 5 Wärmedämmung aus geschäumtem Kunststoff (offenzellig), mit Gefälle geschnitten 6 Bahn mit Metalleinlage als Dampfsperre 7 Dampfdruckausgleichsschicht 8 Blech 116 Dachaufbau eines Terrassendachs.

1 2 3 4 5 6 7

z x

• Gefälleestrich; • Tragschicht (i.  A. Massivdecke).

1 2 3 4 5 6 7 8 9

schwerer Betonstein Sand oder Feinkies bituminöse Dachhaut Ausgleichsschicht extrudierter Hartschaum Dampfsperre Ausgleichsschicht Ausgleichsestrich Massivdecke

117 Struktur eines extrudierten, geschlossenzelligen Polystyrolschaums,100-fach vergrößert. Anders als beim expandierten Hartschaum liegen die Zellen in dichter Packung ohne Zwischenräume press aneinander an. Ein Aufsaugen von Wasser wird dadurch erschwert.

492

XIII Äußere Hüllen

Dämmschicht über Dichtschicht (Umkehrdach) • Funktionsprinzip

• Aufbau

Das Umkehrdach stellt eine Antwort auf eine Gefahr des konventionellen nicht belüfteten Flachdachs dar, die unweigerlich zu verheerenden Schäden führt, nämlich die Undichtheit der Sperrschicht. Konstruktive Einfachheit, Kostengünstigkeit und Wirksamkeit des konventionellen Flachdachs bedingen eine vollständige Dichtheit der Sperrebene, die erfahrungsgemäß in der Praxis oftmals – zumindest über einen längeren Zeitraum hinweg, häufig auch wegen Beschädigung während des Baus – nicht gegeben ist. Bei der Umkehrdachkonstruktion liegt die Sperrebene unter der Dämmschicht (2 95), wodurch diese sehr empfindliche Schicht gut geschützt ist. Sowohl UV-Schutz der Dichtebene gegen Sonneneinstrahlung als auch ihr Schutz gegen große Temperaturschwankungen, mechanische Beschädigung oder Reißen aufgrund mangelhaften Untergrunds, ist bei dieser Schichtenfolge von vornherein gewährleistet. Der Schichtenaufbau ist im Vergleich zum konventionellen Flachdach mit Dichtschicht über Dämmschicht einfacher, da durch die Anordnung der Sperrebene auf der wärmeren Seite der Dämmschicht nicht nur eine Abdichtung, sondern auch eine wirksame Dampfsperre gegeben ist. Zusätzliche Lagen können folglich entfallen. Gegebenenfalls lässt sich zwischen Dämm- und Sperrschicht eine Dränfolie anordnen, die für ein rasches Abfließen des Niederschlagswassers sorgt. Umkehrdächer waren erst ausführbar, seit die werkstofftechnischen Voraussetzungen dafür entwickelt wurden. Dies betrifft insbesondere das Wärmedämmmaterial, das sich M 1:20 0

7 1 2

3

118 Dachrand, Umkehrdach 1 Kiesschüttung 2 Filtervlies (Rieselschutz) 3 Wärmedämmung: extrudierter Schaumstoff, gefalzt, mit Gefälle geschnitten 4 Glasvliesbahn als Schutzschicht 5 Abdichtung 6 Glasvliesbahn als Entspannungs- bzw. Schutzschicht 7 Blech

z x

4

5

6

100

200 mm

3 Schalensysteme

im feuchten Milieu befindet und trotzdem keine nennenswerte Einbuße der Dämmfähigkeit erleiden darf. Erst die in den 1950er Jahren in den USA entwickelten Schaumstoffe wiesen die erforderlichen Charakteristika auf. Einsatz finden geschlossenzellige extrudierte Schaumstoffe, die Wasser nur geringfügig aufsaugen. Sie werden zwecks eines wirksamen Rieselschutzes mit gefalzten Stößen einlagig verlegt, mit einem Filtervlies oder einer Filtermatte abgedeckt und erhalten zum Schutz gegen Beschädigung und Aufschwimmen im Wasser eine übliche Kiesauflage. Alle Schichten oberhalb der Wärmedämmung müssen diffusionsoffen sein. Den angesprochenen Vorteilen dieser Umkehrdachkonstruktion stehen gewisse Schwächen gegenüber. Man muss insbesondere im Winter damit rechnen, dass kaltes Wasser auf der Tragschicht den Wärmeübergang an dieser Stelle erhöht, und damit zu einer Herabsenkung der Dämmfähigkeit des Daches führt. Aus diesem Grund sind die Dämmstärken gegenüber einem herkömmlichen Flachdachaufbau angemessen zu erhöhen. a Der prinzipielle Aufbau eines belüfteten Flachdachs auf massiver Tragschale ist in  96 dargestellt. In 2 121, 122 finden sich zwei mögliche Ausführungen. Belüftete Flachdächer sind heute grundsätzlich eher die Ausnahme. Dies ist vornehmlich auf die Schwierigkeit zurückzuführen, beim flachen Dach einen gut funktionierenden bewegten Luftzwischenraum baulich zu gestalten, im Vergleich mit belüfteten geneigten Dächern. Dies hat folgende Gründe: b

493

& DIN 4108-2; extrudergeschäumte Polystyrolschaumstoffe nach DIN 18164-1 und DIN 4108-4

a & DIN 4108-2, 5.3.3: bei der Berechnung des Wärmedurchlasswiderstands werden nach Norm nur die raumseitigen Schichten bis zur Bauwerks- oder Dachabdichtung berücksichtigt; eine Ausnahme stellt das Umkehrdach dar.

Belüftetes Dach ☞ b Kap. XIII-1, Abschn. 5.3.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, insbes.  46 auf S. 377

• höhere Lasten als beim geneigten Dach (Begehbarkeit!), die durch die Dämmschicht hindurch auf die Tragschicht abzutragen sind;

120 Verlegung der gefalzten Dämmplatten aus geschlossenzelligem Schaumstoff auf der Abdichtung eines Umkehrdachs.

119 Verlegung des Dachaufbaus eines Umkehrdaches. Man erkennt die Falzung der Plattenstöße zwecks Rieselschutz. Zusätzliche Sicherheit bietet die darüber verlegte Vliesbahn.

2.3.8

494

XIII Äußere Hüllen

• große Luftquerschnitte sind erforderlich, um ein Mindestmaß an Luftbewegung zu garantieren; • Luftzu- und -austrittsöffnungen, die anders als beim geneigten Dach nur schwer zu integrieren sind.

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.3 Flache Dächer, S. 622 ff

2.3.9

Dachan- und -abschlüsse & Vgl. hierzu und zu folgenden Angaben: DDH Flachdachrichtlinien, 4. sowie Anhang II. & DIN 18531-3, 8.



Anschlüsse an Dachränder und aufgehende Bauteile

Heute kommen bei flachen Dächern in den meisten Fällen einschalige, nicht belüftete Dachkonstruktionen zur Ausführung. Belüftete Dächer sind eher für kleinere Gebäude geeignet. Da die Sperrbahn nicht vollflächig auf der Dämmschicht liegt, ist eine Tragschale als flächige Unterlage für die Abdichtung erforderlich, in der Regel aus Holzwerkstoffplatten oder als Bretterschalung auf geeigneter Unterkonstruktion. Diese wird mit dem für die Dachentwässerung erforderlichen Gefälle verlegt. Die eigentliche Haupttragschale ist von dieser Anforderung – anders als bei herkömmlichen Flachdächern – nicht betroffen. Auf die Gewährleistung ausreichender Belüftungsquerschnitte ist dabei stets zu achten. Die Lasten werden nicht – wie beim herkömmlichen Flachdach – flächig über die Dämmschicht, sondern konzentriert über die Unterkonstruktion abgetragen. Infolgedessen sind Wärmebrücken unvermeidlich, wenngleich beispielsweise Lagerhölzer in diesem Sinn verhältnismäßig günstig sind. Belüftete flache Dächer finden sich vereinzelt bei Holztragwerken. Diese zählen zur Kategorie der Rippensysteme und werden in Kapitel XIII-5 behandelt. Die gestapelte kreuzweise Verlegung der Balken, bzw. Konstruktionshölzer, beim gerichteten Tragwerk erlaubt die verhältnismäßig einfache Schaffung durchgängiger Luftzwischenräume ohne aufwendige zusätzliche Aufbauten. Zum Zweck der Ausbildung einer wasserdichten Wanne ist es erforderlich, dass alle An- und Abschlüsse von Abdichtungen bis zu ihrem oberen Ende wasserdicht ausgeführt werden. Es ist siherzustellen, dass Abdichtungen auch an ihren Aufkantungen den äußeren mechanischen und thermischen Beanspruchungen widerstehen können und ausreichend geschützt sind (2 123–134). Die Höhe der Anschlüsse von Dachabdichtungen über der wasserführenden Ebene soll zwecks eines wirksamen Spritzwasser- und Überflutungsschutzes folgende Grenzwerte der Höhe der Oberkante des Abdichtungsanschlusses über der Abdichtungsschicht nicht unterschreiten: Bei Anschlüssen an aufgehende Bauteile: • bei genutzten Dächern: 15 cm bei Dachneigungen bis 5 ° oder 8,8 %; • bei nicht genutzten Dächern:

3 Schalensysteme

495

121 Exemplarischer Aufbau eines belüfteten Flachdachs. z

z

M 1:20

x

0

x

100

200 mm

122 Belüftetes Flachdach mit Tragschale aus Porenbeton, Stehfalzblechdeckung auf Beplankung.

123 Starrer Wandanschluss eines Dachaufbaus 124 Starrer Wandanschluss eines Dachaufbaus 125 Starrer Wandanschluss eines Dachaufbaus mit Bitumenbahnen. Aufgehende Wand unge- mit Bitumenbahnen. Aufgehende Wand mit mit Kunststoff-/Elastomerbahnen und Verbunddämmt, gemäß Flachdachrichtlinien. WDVS, gemäß Flachdachrichtlinien. blech. Aufgehende Wand ungedämmt, gemäß Flachdachrichtlinien.

126 Starrer Wandanschluss eines Dachaufbaus 127 Beweglicher Wandanschluss eines Dach- 128 Beweglicher Wandanschluss eines Dachmit Kunststoff-/Elastomerbahnen. Aufgehende aufbaus mit Bitumenbahnen, mit Hilfskonstruk- aufbaus mit Kunststoff-/Elastomerbahnen, mit Wand mit WDVS, gemäß Flachdachrichtlinien. tion, gemäß Flachdachrichtlinien. Hilfskonstruktion, gemäß Flachdachrichtlinien.

496

XIII Äußere Hüllen

•• 15 cm bei Dachneigungen bis 5 ° oder 8,8 %; •• 10 cm bei Dachneigungen über 5 ° oder 8,8 %; bei Anschlüssen am Dachrand: • bei genutzten Dächern: 10 cm • bei nicht genutzten Dächern: 10 cm bei Dachneigungen bis 5 ° oder 8,8 %; • 5 cm bei einer Dachneigung über 5 ° oder 8,8 %; ☞ Für weitere Hinweise siehe Kap. XIII-9, Abschn. 3.2 Feuchteschutz, S. 840 ff.

bei Anschlüssen an Türen: 15 cm. Diese Höhe wird gerechnet ab Oberfläche des Belags (!), also beispielsweise der Kiesschüttung oder der Vegetationsschicht, auch wenn in der Norm in der Regel von der Abdichtungsschicht die Rede ist. In schneereichen Gebieten ist diese Anschlusshöhe ggf. zu vergrößern. Anschlussbahnen sind am oberen Rand mithilfe von mechanischen Verbindungsmitteln gegen Abrutschen zu sichern. Das obere Ende muss regensicher, beispielsweise durch z-förmige Abdeckleisten, verwahrt werden. Etwaige Bewegungen innerhalb des Untergrunds oder zwischen Untergrund und aufgehendem Bauteil dürfen nicht auf die Abdichtung übertragen werden. Zu diesem Zweck sind die Abdichtungsbahnen im Übergangsbereich lose auf dem Untergrund zu verlegen, ggf. mit Trennstreifen. Besteht die Gefahr der mechanischen Beschädigung, wie etwa bei genutzten Dachflächen, müssen die Bahnen im hochgezogenen Bereich zusätzlich abgedeckt werden, beispielsweise durch Schutzbleche oder Platten. Bei Verwendung von Bitumenbahnen muss der Anschlussstreifen des aufgehenden Bauteils mit einer Haftbrücke, also einem Voranstrich oder einer Grundierung, versehen werden. Zur Vermeidung scharfer rechtwinkliger Abkantungen der Abdichtungsbahnen ist in der Ecke der Aufkantung ein Dämmkeil einzuarbeiten. An ihm werden die mindestens zweilagigen Bitumenbahnen abgesetzt und mit Anschlussstreifen bis zur notwendigen Höhe ergänzt. Diese werden mit Rückversatz in die Lagen der Dachabdichtung eingebunden. Anschlüsse lassen sich auch mit eingeklebten Blechen (Bitumenbahnen, nur Anwendungskategorie K 1) oder mit Verbundblechen (Kunststoff- und Elastomerbahnen) herstellen.

3 Schalensysteme

497

129 Starrer Dachrandabschluss eines Dach- 130 Starrer Dachrandabschluss eines Dachauf- 131 Dachrandabschluss eines Dachs in Leichtaufbaus mit Bitumenbahnen, gemäß Flach- baus mit Kunststoff-/Elastomerbahnen, gemäß baukonstruktion mit Kunststoffbahnen und dachrichtlinien. Flachdachrichtlinien. Verbundblech, gemäß Flachdachrichtlinien.

132 Dachrandabschluss eines Dachaufbaus mit 133 Lichtbandanschluss eines Dachaufbaus mit Kunststoff-/Elastomerbahnen ohne Aufkantung, Bitumenbahnen, Ausführung mit Stahlzarge, mit Rinne, gemäß Flachdachrichtlinien. gemäß Flachdachrichtlinien. Lichtbandkonstruktion abstrahiert dargestellt.

135 Dachablauf mit Aufstockelement in einem 136 Bewegungsfuge in einem Dachaufbau, Dachaufbau mit Bitumenbahnen, gemäß Flach- ausgeführt mit Polymerbitumenbahnen, gemäß dachrichtlinien. Flachdachrichtlinien.

134 Lichtbandanschluss eines Dachaufbaus mit Kunststoffbahnen, Ausführung mit Stahlzarge, gemäß Flachdachrichtlinien. Lichtbandkonstruktion abstrahiert dargestellt.

498

XIII Äußere Hüllen

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen folgenden Varianten der Dachbegrünung: 4

2.3.10 Dachbegrünungen & DIN 18531-1, -3

• extensive Begrünung: verhältnismäßig dünner Schichtenaufbau mit niedrig wachsenden Pflanzen; eine extensive Begrünung kann die sichernden und schützenden Aufgaben einer Kiesschüttung übernehmen; • intensive Begrünung: Es ist ein dickerer Schichtenaufbau erforderlich; die Pflanzen erfordern ständige Pflege; die Eigenlast des Schichtenaufbaus ist hinsichtlich der Sicherung gegen Abheben wie auch hinsichtlich der Tragfähigkeit der Konstruktion nachzuweisen.

& Nähere Angaben hierzu finden sich in DDH: Flachdachrichtlinien, 2.2, 2.3.4, 3.6.

2.3.11

Dächer mit nichtmassiven Tragschalen

Es lässt sich eine Anstaubewässerung der Bepflanzung ausführen, bei der die Pflanzen durch stehendes Niederschlagswasser bewässert werden. Hierzu ist das Flachdach gefällelos auszuführen. An die Dachabdichtung sind entsprechend erhöhte Anforderungen zu stellen. Begrünte Dächer sind mit einer Durchwurzelungsschutzlage zu versehen, um Schäden an der Abdichtung durch die Einwirkung der Wurzeln zu verhindern. Diese ist bei mehrlagigen Abdichtungen als oberste Lage oder alternativ getrennt aufliegend auszuführen. Sie ist so zu verlegen, dass eine Hinterwanderung durch die Wurzeln ausgeschlossen ist. An-, Abschlüsse und Durchdringungen der Abdichtung werden zweckmäßigerweise mittels geeigneter unbepflanzter Streifen (Kiesschüttungen oder Plattenbeläge) von Bewuchs freigehalten. Im Wesentlichen herrschen vergleichbare Verhältnisse wie bei Tragschalen aus Beton. Zum Einsatz kommen bei dieser Art von tragender Konstruktion insbesondere Massivholzelemente aus Brettstapeln oder aus Brettsperr- bzw. Furnierschichtholz. Eine beispielhafte Ausführung zeigt  139. Analoge Konstruktionen für Außenwände und geneigte Dächer finden sich in  75–78 sowie in  86 und 87.

3 Schalensysteme

499

1 2 3

1 2 3 4 5 6 7

Aufbau herkömmliches Flachdach

Aufbau herkömmliches Flachdach

z

4 5 6

z x

x

137 Extensive Begrünung (System Zinco®).

138 Intensive Begrünung (System Zinco®).

1 Sprossenmischung 2 Systemerde 3 integrierte Absturzsicherung 4 Systemfilter 5 Dränelement Floradrain 6 Speicherschutzmatte 7 bei Bedarf Wurzelschutzfolie

1 Rasen, Stauden, bei höherer Substratschüttung auch Sträucher und Kleinbäume 2 Systemerde 3 Systemfilter 4 Dränelement 5 Isolierschutzmatte 6 bei Bedarf Wurzelschutzbahn 0

7

100

200 mm

M 1:20

3

1

2

8

5

6

4

139 Flachdach auf Tragschale aus Brettsperrholzelement (System Lignotrend®).

z y

☞  75, 76

1 Dreischichtplatte 50 mm für Dachüberstand 2 Ortgangbrett 3 Blechabdeckung 4 BSH-Träger 5 Dampfbremse V 60 S4 Al auf Trennlage, z. B. V13 6 Massivdeckenelement mit unterseitiger Akustikverkleidung 7 Wärmedämmung 8 Elastomer-Dachbahn

500

XIII Äußere Hüllen

3. Doppelte Schalensysteme

Grundsätzliche Überlegungen zu zweischaligen Aufbauten von Hüllbauteilen finden sich an anderer Stelle. Eine der Schlussfolgerungen aus diesen Grundsatzerwägungen ist die Tatsache, dass doppelte Schalensysteme mit schweren biegesteifen Schalen, wie wir sie in diesem Abschnitt betrachten, hauptsächlich bei Außenwänden auftreten, selten bei Dächern. Dachaufbauten mit aufliegenden plattenartigen Schalen, beispielweise Estriche aus Beton, sind hierfür zwar beispielhafte Anwendungen, unterscheiden sich jedoch nicht wesentlich von Flachdächern mit anderen schweren Auflagen und sollen an dieser Stelle nicht als typisches zweischaliges Bauteil behandelt werden. Hingegen spielen zweischalige Außenwände eine größere bauliche Rolle und sollen deshalb im Folgenden näher untersucht werden. Sie treten im Wesentlichen in Mauerwerk aus Ziegeln oder anderen Steinen, oder alternativ in Betonbauweise auf. Zweischalige Außenwände aus Mauersteinen werden in folgenden Konstruktionsarten ausgeführt:

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 3. Doppelte Schalensysteme, S. 132 ff

☞ Abschn. 2.3.7 Nicht belüftetes Dach > Schutz gegen äußere Einwirkungen auf die Abdichtung, S. 481

& DIN EN 1996-1-1, 8.5.2.2 und 8.5.2.3 sowie DIN EN 1996-1-1/NA, NCI zu 8.5.2.2 und 8.5.2.3 & DIN EN 1996-2/NA, Anhang NA.D

• zweischalige Außenwand mit Putzschicht, entweder auf der Außenseite der Tragschale oder der Vorsatzschale aufgebracht; • zweischalige Außenwand mit Luftschicht; • zweischalige Außenwand mit Luftschicht und Wärmedämmung; • zweischalige Außenwand ohne Luftschicht mit Wärmedämmung (Außenwand mit Kerndämmung). Die ersten beiden Varianten sind zwar in der Norm berücksichtigt, haben aber heute wegen ihres eingeschränkten Wärmedämmvermögens keine Bedeutung. Bauliche Relevanz besitzen hingegen die beiden Varianten mit Wärmedämmschicht, jeweils mit oder ohne Luftschicht. Sie werden im Folgenden näher diskutiert. Zweischalige Außenwände aus Beton unterscheiden sich in ihrem konstruktiven Aufbau nicht wesentlich von den zweischaligen Wänden aus Mauersteinen. Aus Gründen der Herstellung bestehen indessen fundamentale Unterschiede zu diesen, sowohl was Fertigteile wie auch Ortbetonkonstruktionen angeht.

3 Schalensysteme

Diese treten in Mauerwerksbauweise als zweischalige Außenwand mit Kerndämmung in Erscheinung ( 140, 141) oder alternativ in Stahlbetonbauweise als Fertigteil oder vor Ort gegossen ( 151, 152).

501

Zweischalige Außenwände ohne Luftschicht

3.1

& DIN EN 1996-1-1, 8.5.2.3 & DIN EN 1996-1-1/NA, NPD zu 8.5.2.3 & DIN EN 1996-2/NA, NA.D.1

Dem ursprünglichen Charakter von traditionellem einschaligem Sichtmauerwerk als monolithische Konstruktion kann man sich heute angesichts der geltenden Wärmedämmstandards lediglich als zweischalige Außenwandkonstruktion mit einer Verblendschale aus Sichtmauerwerk annähern. Die äußere Erscheinung dieser Hüllen ähnelt derjenigen traditionellen einschaligen Mauerwerks, zeigt indessen bei näherer Betrachtung abweichende Merkmale, wie beispielsweise durchgehende Stoßfugen (vertikale Dehnfugen), die dem statischen Wirkprinzip tragenden Mauerwerks zuwiderlaufen. Die Ausführung von Sichtmauerwerk erfordert hohe Sorgfalt und Sachkenntnis beim Vermauern. Bereits kleine Unregelmäßigkeiten werden vom Betrachter wahrgenommen. Das Gleiche gilt für die Regelmäßigkeit des Farbspiels einer Sichtmauer. Eine Mischung der Steine aus unterschiedlichen Paletten ist unumgänglich, sodass sich die Arbeit mit Musterwänden empfiehlt. Bei zweischaligen Außenwänden dient die innere Schale oder Hintermauerung der Lastabtragung und ist für die Aufnahme aller anfallenden Lasten zu bemessen. Die äußere Schale, auch als Verblendschale oder Vormauerschale bezeichnet, dient als Wetterhaut, d. h., sie muss mit frostbeständigen Steinen ausgeführt werden. Für die Verfugung gelten beim Vermauern besonders hohe Anforderungen, da eine größtmögliche Dichtheit gegen Feuchte von außen zu gewährleisten ist. Entweder wird der Mörtel mit Fugenglattstrich ausgeführt oder sogar im Bereich der ersten 2 cm flankensauber wieder ausgekratzt und nachträglich verfugt, insbesondere wenn hier spezielle Wünsche an die Farbe des Fugenmörtels gestellt werden oder dieser mit der Mörtelgruppe III/IIIa ausgeführt werden soll.

Aus Mauersteinen

Die Abstände zwischen den Schalen sind maßgeblich für die maximal realisierbare Dämmstoffdicke und somit für das Wärmedämmvermögen der Außenwand insgesamt, wenn man von der Wärmedämmung der Tragschale selbst absieht.

Schalenabstand

3.1.1

502

XIII Äußere Hüllen

& DIN EN 1996-2/NA, NA.D.1

Sie sind eingeschränkt aufgrund der Notwendigkeit, die Verblendschale in der Tragschale rückzuverankern. Übermäßige Schalenabstände würden infolge großer Versatzmomente zwischen den Schalen und erhöhter Knickgefahr dünner Drahtanker zu dickeren Verankerungsquerschnitten und folglich zu vergrößerten Wärmebrücken führen. Schalenabstände sind in der Norm wie folgt geregelt: • maximaler Schalenabstand 150 mm; • minimaler Schalenabstand 40 mm, wenn überquellende Mörtelreste mindestens von einer Schale abgestrichen werden, sonst sind 60 mm erforderlich. Diese Abstände sind indessen nur für zweischalige Mauern ohne Wärmedämmung, wie sie heute in der praktischen Anwendung kaum mehr vorkommen, relevant.

☞ Abschn. 3.2.1, S. 516 f

Verankerung der Verblendschale & DIN EN 1996-2, Anhang C & DIN EN 845-1

Das zweischalige Mauerwerk mit Kerndämmung füllt den maximal realisierbaren Schalenabstand von 150 mm vollständig mit Wärmedämmung und schöpft folglich die Möglichkeiten der Dämmfähigkeit vollständig aus. Zweischalige Mauern mit Luftschicht, wie sie weiter unten diskutiert werden, verringern die Dämmstärke zugunsten der nicht dämmwirksamen Luftschicht um mindestens 40 mm. Luftschichtanker sorgen für die konstruktive Verbindung zwischen Trag- und Verblendschale ( 140, 141). Die Mindestdurchmesser der Anker richten sich nach ihrer freien Länge und der Gebäudehöhe. Erfahrungsgemäß genügen 5 Anker mit d = 4 mm je m2 Wandfläche. Bei Wandbereichen bis zu 12 m über Gelände und einem Abstand der Schalen von maximal 7 cm genügen Anker von d = 3 mm. An allen freien Rändern, beispielsweise an Gebäudeecken, Öffnungen, entlang von Dehnfugen und an den oberen Enden der Außenschalen, sind zusätzlich mindestens drei Anker je Meter Randlänge anzuordnen. Der vertikale Abstand der Luftschichtanker soll höchstens 500 mm, der horizontale Abstand höchstens 750 mm betragen. Die Anker bestehen aus nichtrostendem Stahl. Sie stellen eine nach DIN 4108-2 vernachlässigbare Wärmebrücke dar und müssen als solche nicht gesondert nachgewiesen werden. Die Luftschichtanker können sowohl in die Lagerfugen der Tragschale eingelegt als auch in eine Betontragschale eingedübelt werden. Eine modulare Abstimmung von Tragund Verblendschale auf das oktametrische Maßsystem des Mauerwerks erscheint nach wie vor sinnvoll, ist aber nicht unbedingt notwendig. L-förmige Drahtanker können bei Bedarf entsprechend verbogen werden. Sämtliche Lasten der Verblendschale müssen von der Tragschale aufgenommen werden, sofern keine getrennte Auflagerung der Verblendschale im Sockelbereich erfolgt (gesonderte Aufnahme der lotrechten Lasten, Einleitung der Horizontallasten in die Tragschale, vgl.  141) bzw. immer

3 Schalensysteme

503

1

2 3

4

140 Zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung, Abfangung der Verblendschale auf Deckenhöhe mittels Konsolankers.

6 7

≥ 15 cm mindestens

5

≥ 30 cm planmäßig

2

z x

bei Verblendschalenabschnitten in oberen Geschossen. Hierzu sind Abfangkonstruktionen vorzusehen (wie der Konsolanker in  141). Zur Aufnahme von Dehnungen sowie zur verteilten Abgabe der Lasten auf die Tragschale wird die Verblendschale in einzelne Segmente aufgegliedert – ca. 6 m Breite bis max. 6 m Höhe. Die einzelnen Mauerwerksseg-

1 Drahtanker 2 wenig wassersaugende Wärmedämmung (Perimeterdämmung) 3 Konsolanker 4 Dehnfuge 5 Sockelabdichtung W4-E nach DIN 18533-1 6 Entwässerungsöffnung 7 Auflagerung Verblendschale 141 Zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung, Fußpunkt der Verblendschale.

504

XIII Äußere Hüllen

mente müssen ihre Eigenlast über ihre ganze Länge hinweg vollflächig an die Tragschale abgeben können. Dies erfolgt in der Regel durch Konsolleisten oder Einzelkonsolen aus korrosionsgeschütztem Stahl oder nichtrostendem Stahl ( 145, 146). Werden einzelne Konsolanker ausgeführt, muss jeder Stein beidseitig auf einem solchen aufliegen ( 145). Ein Auflagern auf thermisch getrennten Betonbalken ist ebenfalls möglich. Entwässerung

☞ Vgl. Abdichtungsmaßnahmen im Sockelbereich in Kap. XIII-2, Abschn. 8.2 Querschnittsabdichtung in oder unter erdberührten Außenwänden, S. 426 f, insbesondere  66 und 67.

Verformungen von Trag- und Verblendschale

& DIN EN 1996-2/NA, NA.D.1

Da sowohl mit Durchfeuchtung der bewitterten Verblendschale wie auch ggf. mit Tauwasserniederschlag an ihrer Innenseite zu rechnen ist, muss die Verblendschale am unteren Ende mit Entwässerungsöffnungen versehen werden. Zu diesem Zweck lässt man im Allgemeinen Stoßfugen der untersten Steinreihe unvermörtelt. Sie dienen zur Abführung in den Schalenzwischenraum eingedrungenen oder dort kondensierenden Wassers. Auch in Brüstungs- und Sturzbereichen sind entsprechende Öffnungen vorzusehen. Pro 20 m2 Wandfläche ist ein Entwässerungsquerschnitt von rund 5000 mm2 sicherzustellen. Die Tragschale und ggf. in sie einbindende Decken sind an den unteren Enden der Abschnitte des Schalenzwischenraums durch geeignete Maßnahmen gegen Feuchte zu schützen. Es sind zu diesem Zweck Abdichtungsstreifen derart zu verlegen, dass sie in Lagerfugen der Trag- und Verblendschale einbinden und das Wasser im Schalenzwischenraum mit Gefälle nach außen in die unteren Entwässerungsöffnungen einleiten. Analog ist an Fenster-, Türstürzen und Sohlbänken zu verfahren. Beide Schalen sehen sich sehr unterschiedlichen mechanischen und thermischen Beanspruchungen unterworfen. Die Hauptlasten werden ausschließlich von der Tragschale aufgenommen. Nur die Außenschale ist größeren thermischen Schwankungen ausgesetzt. Aus diesem Grund ist mit stark abweichendem Verformungsverhalten zwischen beiden zu rechnen, sodass eine Aufteilung der Verblendschale durch Dehnfugen in einzelne Abschnitte erforderlich ist. Dies betrifft insbesondere die Ecken, an denen die Dehnungen der einen Schale zum Ausreißen der rechtwinklig anschließenden Schale führen können ( 142–144). In der Höhe sind folgende Unterteilungen vorzunehmen: • alle 12 m mit entsprechenden Abfangkonstruktionen an der Dehnfuge bei Schalendicken von 115 mm; • alle 6 m bei Schalendicken unter 115 mm. Diese sind insgesamt bis maximal 20 m über Gelände zulässig.

Thermohygrisches Verhalten

Maßgeblich bei der Entwicklung zweischaliger Mauerkonstruktionen war die dichtende Wirkung von Luft- oder Putzschichten zwischen den beiden Schalen. Da die Außenschale nicht als wasserdicht, sondern nur als regensicher

3 Schalensysteme

505

ʺ 400 Fixpunkt y

11,5

y

2

x

x

142 Dehnfuge in der Ecke der Verblendschale.

1 2

3

ʺ 36,5

y

2

hier keine Luftschichtanker

143 Dehnfuge im Eckbereich der Verblendschale.

Standardausführung für geschlossene Wandscheiben

Winkelkonsole zur Verwendung an Ecken, Stützen, Fugen und Wandenden

ʺ 400 x

144 Symmetrische Anordnung der Dehnfugen, Ecke im Verband ausgeführt.

Eckabfangkonsole für Ecken und Vorsprünge

Winkelkonsolanker zur Abfangung über Öffnungen, Edelstahlwinkel von unten sichtbar

4

145 Justierbarer Konsolanker für die Unterstützung der Verblendschale. Die Verankerung erfolgt bei dieser Variante in einer einbetonierten Ankerschiene (in Hintermauerung aus Beton oder in Massivdeckenstirnfläche), alternativ sind auch Verbundanker oder spezielle Tragarme für die Deckenoberseite anwendbar. Der Steg kommt in einer Stoßfuge zum Liegen, die Auflagerplatten bieten jeweils zwei anstoßenden Steinen ein Auflager (System Halfen™).

Für die Verankerung von Fertigstürzen mit einbetonierter Gewindeschlaufe oder Halfenschiene

Winkelkonsolanker mit Höhenversatz für Fensteranschlag

1 Ankerschiene 2 räumlich justierbare Befestigung 3 Steg 4 Auflagerplatte z x

146 Verschiedene Ausführungen von Konsolankern, links Einzelkonsolen, rechts lineare schienenförmige Auflager (System Halfen™).

506

XIII Äußere Hüllen

☞ Abschn. 3.2.1, S. 516 f



angesehen werden kann, erfolgt dabei das Dichten gegen Wasser in zweistufiger Form. Bei den heute baurelevanten Ausführungen mit Wärmedämmung, alternativ mit oder ohne Luftschicht, übernimmt entweder die Luftschicht die Aufgabe einer Sperrebene gegen Wasser oder alternativ die Kerndämmung bei Ausführung ohne Luftschicht. Aus diesem Grund sind bei zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung nur dauerhaft wasserabweisende Dämmstoffe zu verwenden. Ferner ist durch dichtes Stoßen von Matten oder durch Verfalzen von Platten dafür zu sorgen, dass an den Stoßstellen ein Wasserdurchtritt durch die Dämmschicht dauerhaft verhindert wird. An die Wasserdampfdifussionsfähigkeit der Verblendschale ist bei Mauerwerk mit Kerndämmung keine besondere Anforderung zu stellen, da die Erfahrung zeigt, dass kein erhöhter Feuchteanfall an ihrer Innenseite zu befürchten ist.5 Eine Luftschicht zwischen Wärmedämmung und Verblendschale entsprechend der Ausführung wie an anderer Stelle beschrieben kann die wassersperrende Funktion nur dann wirkungsvoll erfüllen, wenn sie fachgerecht, ohne Mörtelbrücken ausgeführt ist. Untersuchungen durch Gertis 6 haben ergeben, dass die nicht immer zuverlässige Sperrwirkung der Luftschicht es nicht rechtfertigt, auf die zusätzliche Dämmschichtdicke zu verzichten, die für die Luftschicht geopfert werden muss – der maximale Schalenabstand ist 150 mm. Hierzu trägt auch die Gefahr bei, dass Regenwas-

Schnitt A-A

Maueranschlussanker aus Edelstahl

A AttikaVerblendanker

147 Zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung. Attikaausbildung mittels Verblendanker bei gleitender Auflagerung der Dachdecke. Der Verblendanker befestigt die Krone der Verblendschale an der Außenwand und erlaubt dadurch die Aufnahme der Gleitbewegung der Decke, ohne sie auf die Vorsatzschale zu übertragen.

A

z x

☞  141, 142

3 Schalensysteme

507

ser ungewollt durch Lüftungsöffnungen in die Luftschicht gelangt. Deshalb wird in dieser Quelle insbesondere aus Gründen des verbesserten Wärmeschutzes der Ausführung ohne Luftschicht – mit Kerndämmung – der Vorzug gegeben. Zweischalige Außenwände aus Stahlbeton mit Wärmedämmkern ohne Luftschicht kommen in den beiden Ausführungen als vor Ort gegossene zweischalige Mauer ( 151, 152) wie auch als Fertigteil-Sandwichkonstruktion ( 153–169) zum Einsatz.

Aus Stahlbeton

Zweischalige Ortbetonwände bewahren, ähnlich wie die zweischalige Ausführung mit Mauersteinen, das Erscheinungsbild der schweren, monolithischen Massivwand bei gleichzeitiger Einhaltung der heute erforderlichen Dämmstandards. Ähnlich wie bei jenen wird dieses Bild mit vergleichsweise hohem bautechnischem Aufwand erkauft, wie im Folgenden näher kommentiert werden soll. Besonders herstellungstechnische und betontechnologische Schwierigkeiten sind zu bewältigen, vor allem wenn hohe Sichtbetonqualitäten angestrebt werden.7

Vor Ort gegossen

Grundsätzlich können zweischalige Ortbetonaußenwände in einem oder zwei Arbeitsgängen gegossen werden. Im ersten Fall wird der Dämmkern in die Schalung eingelegt und die beiden Schalen gleichzeitig von beiden Seiten gegen die Dämmplatten betoniert. Schalungsanker verbinden beide Schalflächen und durchdringen den Dämmkern. Diese Variante stellt hohe Anforderungen an die Ausführung. Häufiger, weil unkritischer, ist das zeitversetzte Betonieren der beiden Schalen. Dabei wird zunächst die zumeist tragende Innenschale in herkommlicher Art errichtet. Die Außenschale wird außenseitig geschalt und gegen die Dämmschicht betoniert. Prozessbedingt ist eine hintere Schalung kaum sinnvoll (weil aufwendig und verloren). Deshalb fehlt in den meisten Fällen eine Hinterlüftung der Wetterschale, da direkt gegen die Wärmedämmung betoniert wird. Für die Außenschale sind Mindestdicken von 15 bis 20 cm erforderlich, um ein gleichmäßiges Einfüllen des Frischbetons über größere Höhen, eine sinnvolle Anordnung der Bewehrung sowie eine wirkungsvolle Verdichtung mittels Rüttelflasche zu ermöglichen. Es entstehen Flächengewichte der Wetterschale von 400 bis 500 kg/m2, die sinnvollerweise nicht über eine Rückverankerung an der Tragschale, sondern senkrecht direkt über eine Fundierung – oder zumindest einen Konsolstreifen – abgetragen werden (wie in  152). Auch für die Innenschale gelten ähnliche Mindestdicken, sodass sich schon bei nur mäßigen Dämmstärken von 10 cm Mindestmauerdicken von 15 + 10 + 15 = 40 cm ergeben.

Herstellung

3.1.2

508

XIII Äußere Hüllen

Witterungsschutz

Die Vorsatzschale erfüllt im Wesentlichen die Aufgabe einer Wetterhaut. Aktuelle Erfahrungen haben gezeigt, dass der Sichtbeton – anders als zunächst angenommen – in hohem Maß empfindlich ist gegen einen Verwitterungsmechanismus, der sich durch Reißen, Frostabsprengungen, Offenlegen und letztlich Korrosion der Bewehrung kennzeichnet. Begünstigt wird dieser Prozess durch Oberflächenbehandlungen, die eine dichte und kontinuierliche äußere Deckschicht aus Zementstein entweder nicht ermöglichen (Horizontalverguss, Abzug und Bürstenstrich) oder diese sogar nachträglich entfernen oder zerstören (Stocken, Hämmern, Auswaschen). Die Rissbildung lässt sich wegen der Schwindcharakteristik von Beton nicht vollständig vermeiden, aber mittels niedrigem Wasserzementwert, einer besonders sorgfältigen Ausführung einer dichten, feinmaschigen Schwindbewehrung sowie mithilfe einer Nachbehandlung, welche die Hydratation der äußeren Schichten begünstigt, minimieren. Dies ist gewöhnlich mit erheblichen Kosten verbunden . Günstig wirkt sich indessen die Masse der Verblendschale, zumindest hinsichtlich der Temperaturentwicklung in den Außenschichten der Wand, aus. Hohe Temperaturen und Hitzestau, wie sie beispielsweise bei dünnen Überzügen (Beispiel: Putzschichten von Wärmedämmverbundsystemen) auftreten, sind bei Betonvorsatzschalen dank ihres Speichervermögens nicht zu befürchten.

Verformungen

Wetter- und Tragschale sind verschiedenen Temperaturschwankungen ausgesetzt und verformen sich auf sehr unterschiedliche Weise. Die stärkeren Dehnungen der Außenschale müssen von dieser weitgehend rissefrei aufnehmbar sein sowie auch von ihrer Verankerung an der Tragschale. Dies kann zur Notwendigkeit führen, einzelne Fassadenfelder abzufugen, was dem Wunsch zuwiderläuft, eine durchgängige fugenlose Oberfläche zu schaffen – eine ortbetontypische Zielsetzung, die eng mit der entwurflichen Idee der zweischaligen Ortbetonwand verknüpft ist. Zwängungsspannungen, die sich nicht in Dehnfugen entladen können, führen oft sozusagen zu Spontanfugen des Materials in Form von Rissen.

Entwurfliche Gesichtspunkte

Konstruktiv gesehen erfüllt eine Sichtbetonschale ihre Hauptaufgabe als dauerhafter Schlagregenschutz nur leidlich gut. Man bedenke, dass Dauerhaftigkeit bei Beton entweder begrenzt ist, oder nur durch hohen Aufwand erkauft wird. Die baukonstruktiven Probleme, die sich aus einer derart schweren Außenschale ableiten, sind zwar grundsätzlich lösbar, bergen aber Risiken und stellen die berechtigte Frage nach der konstruktiven Logik dieser Außenwandbauweise. Zu erklären und zu rechtfertigen ist die zweischalige Betonaußenwand aber erst durch die formalen Vorstellungen, die man mit ihr zu verwirklichen sucht: Der Sichtbeton bietet für viele Architekten ein Bild des Massiven, Zeitlosen,

3 Schalensysteme

509

Dauerhaften gegenüber dem eher papierenen, ephemeren Charakter der leichten Außenverkleidung. Die zweischalige Sichtbetonwand stellt den Versuch dar, das archaischursprüngliche Bild des Hauses aus einem Material und einem Guss, unter Wahrung heutiger Komfort- und Umweltanforderungen, gleichsam mittels eines konstruktiven Kraftakts zu realisieren. Da das massive Kernhaus mit einem Mantel aus fasrigem, höchst unerhabenem dämmendem Stoff verkleidet werden muss, wird sozusagen ein zweites massives Haus von außen addiert. Zusätzlich wird bei der Ortbetonvariante der Sichtschale ein fugenloses Äußeres – das beim einschaligen Bauwerk unter bestimmten Voraussetzungen realisierbar und durchaus sinnvoll ist – ebenfalls unter Inkaufnahme von erhöhtem Aufwand und Risiko gleichsam erzwungen: insgesamt eine architektonische Fiktion, die teuer erkauft wird. Bei den in Werksvorfertigung hergestellten zweischaligen Betonaußenwänden mit Dämmkern ohne Luftschicht handelt es sich um Sandwichbauteile bzw. Mehrschichtenfassaden ( 153–169). Der Begriff Sandwich wird im Betonbau – abweichend von der Begriffsdefinition in diesem Werk – nur auf den Schichtenaufbau bezogen und bezeichnet nicht ein mechanisches Zusammenwirken von Kern und Deckschalen. Sandwichbauteile lassen sich sowohl als Elemente des Primärtragwerks (im Großtafelbau) wie auch als lediglich ausfachende Hüllbauteile (im Skelettbau) einsetzen.

Fertigteile

Die vorgefertigten Elemente werden meist am Primärtragwerk angehängt ( 153). Heute werden die besonders witterungsbeanspruchten Außenschalen im sogenannten Negativverfahren gegen eine Schalfläche betoniert, was – anders als beim Positivverfahren, wo diese auf die Dämmung betoniert und nur oberseitig abgezogen und gebürstet wird – eine qualitativ hochwertige und witterungsbeständige Oberfläche der Verblendschale ermöglicht (2 148 bis 150). Grundsätzlich ist eine Reduzierung der Bauteildicken

Herstellung

1

2



3

148, 149, 150 Liegendes Betonieren einer Sandwichplatte im Werk nach dem Negativverfahren (Darstellung ohne Verbindungsanker). Die hochwertige Schalseite liegt unten, die gröbere Abzugsseite oben.

510

XIII Äußere Hüllen

aus Transport- und Montagegründen sinnvoll, allerdings ohne die Mindestüberdeckung der Bewehrung zu gefährden. Innerhalb der durch den Transport vorgegebenen Maximalabmessungen sind großflächige, in sich fugenlose Außenwandelemente realisierbar. Üblich sind Dicken von 7 bis 10 cm für die Vorsatzschale, von 10 bis 20 cm für die Tragschale. Dämmstärken liegen im Regelfall zwischen 8 und 15 cm. Während die Bewehrung der Tragschale in Funktion ihrer Belastung bemessen wird, erhält die Vorsatzschale im Regelfall nur eine einlagige konstruktive Bewehrung. Dies setzt ihre Biegesteifigkeit herab und erlaubt größere Verformungen infolge Temperatur, die sich durch Schüsseln infolge unterschiedlicher Dehnungen an der Außen- und Innenfläche bemerkbar machen.8 Elementierung ✏ Die angesprochene Problematik ist vergleichbar mit derjenigen von Außenschalen in Ortbeton, wie weiter oben in diesem Abschnitt unter dem Titel ‚Verformungen‘ beschrieben.

Verankerung der Schalen

& DIN EN 13670, 5.6, DIN 1045-3

Sandwichartige Außenwände lassen sich als ein- oder zweigeschosshohe Tafeln mit integrierten Fensteröffnungen fertigen oder alternativ als Brüstungselemente. Zweischalige Fassadenelemente ohne Luftschicht sollten zum Zweck der Rissbegrenzung an der Außenschale nicht deutlich höher oder länger als 5 bis 6 m sein. Bei größeren Elementen sollte die Vorsatzschale in kleinere Felder abgefugt sein.9 Anders als bei Sandwichtafeln der ersten Generationen, bei denen verbindende Betonstege zwischen den Schalen beträchtliche Wärmebrücken erzeugten – und enstprechende Schadensfälle hervorriefen –, werden diese bei modernen Sandwichplatten durch Stahlanker miteinander gekoppelt. Dadurch lassen sich trotz hoher Bauteilgewichte die Wärmebrücken auf ein tolerierbares Minimum reduzieren. Die Verbindung zwischen beiden Schalen muss die Einwirkungen auf die Vorsatzschale durch den Kernraum hindurch auf die Tragschale leiten und – analog zu anderen zweischaligen Wandaufbauten – derart gestaltet sein, dass unterschiedliche Verformungen zwischen beiden zwängungsfrei aufgenommen werden (2 153). Alle Verbindungsmittel sind nach Norm aus bauaufsichtlich zugelassenen, korrosionsbeständigen Werkstoffen herzustellen. Im Allgemeinen bestehen sie aus rost- und säurebeständigem Stahl. Eine Wartung der Verankerung ist nach Einbau nicht mehr möglich, das Risiko durch Herabfallen von Fassaden groß. Es sind verschiedene bauaufsichtlich zugelassene Verankerungssysteme erhältlich. Sie bestehen zumeist aus folgenden Komponenten: • Trag- bzw. Horizontalanker zur Abtragung von Lasten parallel zur Wandebene. Mit ihnen werden die drei möglichen Verschiebungsrichtungen gesperrt (2 154). • Verbundbügel bzw. Verbundnadeln zur Abtragung von Lasten rechtwinklig zur Wandebene (insbesondere Windlasten) (2 156, 157).

3 Schalensysteme

511

• Im Einzelfall auch Torsionsanker zur Behinderung von Verdrehungen. Diese sind dann erforderlich, wenn pro Platte nur ein zentraler Traganker angeordnet ist. Die Anker werden beim Vergießen der Elemente nach dem üblichen Negativverfahren ( 148–150) zunächst mit der Bewehrung der Vorsatzschale verriegelt und in diese eingegossen. Anschließend wird die Wärmedämmung verlegt und auf dieser die Tragschale vergossen. Die Anker werden dabei in diese einbetoniert und sind ggf. durch zusätzliche Bewehrungsstäbe gesichert. Mögliche Anordnungen von Ankern in einer Sandwichplatte zeigt 2 153. Die Verankerung einer Sandwichplatte am Primärtragwerk kann grundsätzlich erfolgen durch 10

Verankerung am Primärtragwerk

• Konsolenauflagerung mit Lagesicherung und Aufnahme von Horizontalkräften durch geeignete Verankerungen (2 155); • Bewehrungsanbindung und Ortbetonverguss, alternativ linear oder punktuell. Diese Lösung bietet sich beispielsweise bei Verwendung von Elementdecken mit Aufbeton an (2 160, 161). Wenngleich die Tragschale wesentlich geringeren Temperaturdehnungen ausgesetzt ist als die Vorsatzschale, ist dennoch darauf zu achten, dass keine Zwängungen durch Schwinden oder durch elastische Verformungen entstehen. Analog zu zweischaligen Mauerwerkswänden ist die Ecke besonders abzufugen (2 162 bis 164).

Ecken

Fugen sind bei Fertigteilbauweisen gleichsam prinzipbedingt und müssen Aufgaben der Toleranz- und Verformungsaufnahme, der Montage und der Dichtung dauerhaft zuverlässig erfüllen. Ganze Generationen von Fertigteilbauweisen sind an mangelhafter Fugenausbildung gescheitert. Folgende Fugenausbildungen werden im modernen Fertigteilbau verwendet: 11

Fugendichtheit

• Dichten durch elastische Dichtstoffe mit Flankenhaftung: Unter Normalbedingungen ist diese Fugenausbildung einfach herzustellen, wasserdicht und dabei imstande, Relativbewegungen zwischen den Bauteilen aufzunehmen. Es werden Dichtstoffe nach Norm eingesetzt. Die Dauerhaftigkeit dieser Fugenausbildung ist kritisch und abhängig von einer fachgerechten Ausführung (2 165 bis 167).

& DIN 18540, 4.; dort auch unter 5. Hinweise zu Fugenbreiten und zulässigen Toleranzen

512

XIII Äußere Hüllen

151, 152 Zweischalige Ortbetonwand; zeitgleiches Betonieren der beiden Schalen, Schalungstafeln mit durchgehenden Schalungsankern gekoppelt. Sockelund Attikaausbildung (n. Pauser).

3 Schalensysteme

513

2 1

3

153 Anordnung der Komponenten der Verankerung von Vorsatz- und Tragschale einer Sandwichplatte ohne Luftschicht (System Halfen®). z

1 Traganker 2 Horizontalanker 3 Verbundbügel oder -nadel

y x

1

2

z

3

z x

z x

x

5

4

154-158 Komponenten der Verankerung von Vorsatz- und Tragschale einer Sandwichplatte (System Halfen®):

z

z x

x

1 Traganker ein- oder doppelstegig 2 Flach- oder Scheibenanker 3 Verbundbügel 4 Verbundnadel 5 Anstecknadel

514

XIII Äußere Hüllen

± FH S

h

z

F x

z

a

159 Aufhängung eines Sandwichelements an einer Konsole. Das Kippmoment F · a ist durch eine horizontale Verankerung (FH) zu kompensieren, sodass FH · h gleich F · a ist. S Schwerpunkt des Elements.

z

x

x

160 Anschluss eines Sandwichelements an eine Elementdecke mit Aufbeton mittels Bewehrungseinbindung und Verguss.

y

y

y x

162 Eckausbildung einer Sandwich-Außenwand mit speziellem Eckelement.

161 Anschluss eines Sandwichelements an eine Hohlplattendecke mittels Bewehrungseinbindung und Verguss.

x

x

163 Eckausbildung einer Sandwich-Außenwand mit angeformtem Eckbereich.

164 Eckausbildung einer Sandwich-Außenwand mit einseitig überstehender Vorsatzschale.

• Dichten durch Überlappung, Kammer- und Labyrinthbildung sowie Ausnutzung der Schwerkraft (konstruktive Fugenabdichtung): Dieses Prinzip basiert vorwiegend auf der geometrischen Gestaltung der Bauteilränder. Diese Art der Fugenausbildung ist zwar konstruktiv aufwendiger als Dichtstofffugen, ist hinsichtlich der Dauerhaftigkeit aber wesentlich unkritischer (2 168, 169).

bA

3 Schalensysteme

515

tA tD

bH

tF

bF

bF Breite der Fuge tA Tiefe der Fase bA Breite der Fase tF Tiefe des Abdichtungssystems bH Breite der Haftfläche tD Tiefe des Dichtstoffes

165 Grundsätzlicher Aufbau und Maßbezeichnungen einer Dichtstofffuge nach DIN 18540, wie sie bei Sandwichwänden in Stahlbeton zum Einsatz kommt.

z

y

z x

166 Horizontaler Stoß zweier Sandwichelemente. Fugenausbildung mit Dichtstoff.

z x

168 Horizontaler Stoß zweier Sandwichelemen-te. Fugenausbildung konstruktiv, mit Dichtband.

x

169 Vertikaler Stoß in einer zweischaligen Fertigteilfassade, vor Ort montiert. Fugenausbildung konstruktiv durch Verwinkelung des Fugenverlaufs.

• Dichtung durch aufgeklebte Fugenbänder. • Dichtung durch vorkomprimierte Fugenbänder aus impräg­niertem Polyurethanschaum, die nach Einbau im Fugenraum aufquellen, diesen vollständig ausfüllen und sich gegen die Fugenflanken drücken.

x

167 Vertikaler Stoß zweier Sandwichelemente. Fugenausbildung mit Dichtstoff.

516

XIII Äußere Hüllen

3.2 Zweischalige Außenwände mit Luftschicht & DIN EN 1996-1-1, 8.5.2.2 & DIN EN 1996-1-1/NA, NPD zu 8.5.2.2 & DIN EN 1996-2/NA, NA.D.2 ☞ a wie in Abschn. 3.1.2 beschrieben, S. 507 ff

3.2.1

Aus Mauersteinen ☞ a Abschn. 3.1.1, S. 501 ff & DIN EN 1996-2/NA, NA.D.2 b



Belüftung und Entwässerung

Die Einführung einer Luftschicht in das Hüllpaket der Außenwand verfolgt den Zweck, eventuell von außen durch die Verblendschale, bzw. durch deren Stoßfugen, eindringende Feuchte abzuführen sowie auch Wasserdampf, der aus dem Innenraum infolge Dampfdruckgefälle durch die Innenschale hindurchtritt. Zweischalige Außenwände mit Luftschicht kommen in Mauerwerksbauweise zur Anwendung ( 170, 171) sowie auch in Stahlbeton ( 172–178). Vor Ort gegossene zweischalige Wände in Stahlbeton werden im Regelfall ohne Luftschicht ausgeführt. Das Freihalten einer Luftschicht erfordert einen Schalungsaufwand, dem man im Regelfall aus dem Weg geht. Üblich ist das unmittelbare Gegenbetonieren der Verblendschale an die Dämmschicht sowie das gleichzeitige Betonieren von Innen- und Außenschale beiderseits der Kerndämmung. a Indessen ist die Ausführung zweischaliger Betonwände mit Luftschicht bei Verwendung von Fertigteilen möglich.

Im Wesentlichen gelten die Aussagen zum zweischaligen Mauerwerk mit Kerndämmung wie an anderer Stelle a diskutiert. Die bei dieser Ausführung zwischen Wärmedämmung und Verblendschale angeordnete Luftschicht übernimmt die Funktion einer Wassersperre gegenüber Niederschlagswasser, das die Verblendschale durchdringt, und führt von innen durch Tragschale und Dämmschicht hindurchdringende Innenraumfeuchte nach außen ab. Die Mindestluftschichtdicke ist 40 mm, wenn der Mauermörtel an mindestens einer Hohlraumseite abgestrichen wird, oder ansonsten 60 mm.b Folgende Unterschiede sind gegenüber der Ausführung mit Kerndämmung zu nennen:

Die Verblendschale ist zum Zweck der Verbindung der Luftschicht mit dem Außenraum am oberen und unteren Ende mit Belüftungsöffnungen zu versehen, zumeist in Form unvermörtelter Stoßfugen ( 171). Die unteren Öffnungen dienen gleichzeitig zur Entwässerung des Schalenzwischenraums. Auch in Brüstungsbereichen sind entsprechende Öffnungen vorzusehen. Pro 20 m2 Wandfläche ist ein Lüftungsund Enwässerungsquerschnitt von jeweils rund 7500 mm2 sicherzustellen. Die Luftschicht muss in den Abschnitten zwischen Sockel und Dach bzw. in den Abschnitten, die an Abfangkonstruktionen angrenzen, durchgehend ausgeführt sein. Dies setzt insbesondere das Vermeiden von Mörtelbrücken durch unsauberes Vermauern der Verblendschale voraus.

3 Schalensysteme

517

1

2 3 4

5

6

170 Zweischaliges Mauerwerk mit Wärmedämmung und Luftschicht. Abfangung der Verblendschale auf Deckenhöhe mittels Konsolankers.

1

≤15

9 ≤ d ≤ 11,5

≤11 ≥4

10 11

≥ 15 cm mindestens

8

≥ 30 cm planmäßig

9

1 Wärmedämmung 2 Klemmkrallenplatte 3 Abtropfscheibe 4 Drahtanker 5 Konsolanker 6 Dehnfuge 7 Belüftungsöffnung 8 Sockelabdichtung W4-E gemäß DIN 18533-1 9 wasserabweisende Wärmedämmung (Perimeterdämmung) 10 Belüftungsöffnung 11 Entwässerungsöffnung

z x

171 Zweischaliges Mauerwerk mit Wärmedämmung und Luftschicht; Fußpunkt.

518

XIII Äußere Hüllen

☞ Abschn. 3.1.1 > Entwässerung, S. 504

Ansonsten gelten die gleichen Anforderungen wie für zweischalige Mauern ohne Luftschicht.

Wärmedämmung

Anders als beim zweischaligen Mauerwerk mit Kerndämmung, sind keine besonderen Anforderungen an die verwendeten Wärmedämmstoffe zu stellen, sie müssen also nicht notwendigerweise wasserabweisend sein. Dies ist deshalb der Fall, weil die Aufgabe einer Wassersperre für die Dämmschicht in diesem Fall nur untergeordnet ist. Dennoch ist dafür zu sorgen, dass die Stöße der Dämmmatten oder -platten dicht ausgeführt werden.

Verankerung

Luftschichtanker werden im Bereich der Luftschicht mit einer tellerartigen Tropfscheibe ausgebildet, um eine Befeuchtung der Wärmedämmung über die Anker zu vermeiden.

3.2.2

Aus Stahlbetonfertigteilen

Zweischalige Stahlbetonwände mit Wärmedämmung und Luftschicht werden als integrierte Sandwichkonstruktion hergestellt ( 172–174) sowie auch aus getrennt montierten Schalen mit vorgehängter Fertigteil-Vorsatzschale ( 175–178).

Sandwichbauweise

Durch Einführung einer noppenförmig profilierten Distanzhalterplatte zwischen Vorsatzschale und Wärmedämmschicht beim Betonieren des Sandwichpakets entsteht eine durchgehende Luftschicht im Sandwichkern ( 172–174). An den Horizontalfugen sind entsprechende Be- und Entlüftungsöffnungen vorzusehen. Es gelten ansonsten die gleichen Aussagen wie für Sandwichplatten ohne Luftschicht.



Die Tragschale wird vorab montiert und lässt sich in verschiedenen Bauweisen ausführen. Die vorgefertigte Vorsatzschale wird nachträglich montiert. Es sind verschiedene marktgängige, zugelassene Aufhängungen verwendbar. Dies sind justierbare gelenkige Systeme aus nichtrostendem Stahl V4A, welche die Schalen zwängungsfrei miteinander verbinden. Sie bestehen im Wesentlichen aus Tragankern mit schräg verlaufenden Zugstäben und rechtwinklig zur Wandebene angeordneten Druckstiften. Die Befestigung der Traganker an der Tragschale kann in Aussparungen mittels Blockanker erfolgen oder alternativ mittels Verbundanker ( 175–178).

Wände mit vorgehängter Vorsatzschale

3 Schalensysteme

519

Plattenverankerung

172 Ausführung eines belüfteten Sandwichelements mithilfe einer Distanzhalterplatte in Verbindung mit einem Ankersystem wie in  171 dargestellt.

B

DHP

L

H

Vorsatzschale Distanzhalterplatte Tragschale

z x

173 Vertikalschnitt durch das zweischalige Sandwichelement mit Distanzhalterplatte DHP. Von außen eindringende sowie von innen eindiffundierende Feuchte wird an den Noppen durch die nach unten weisenden Rillen vom Dämmstoff weg zur Vorsatzschicht hin abgeleitet, von wo das Wasser im Luftraum abtropfen kann.

Dampf von innen

Lüftung

z y x

174 Sandwichplatte mit Hinterlüftung.

520

XIII Äußere Hüllen

Aussparung Pendelbolzen U-Scheibe Tragarm in Aussparung

Druckstift

Lochband

175 Befestigung einer hinterlüfteten Fertigteil-Vorsatzschale an einer Hintermauerung bzw. einem Tragelement mithilfe eines Fassadenplattenankers. Der Tragarm wird mitsamt eines Aussparungskörpers im Tragelement einbetoniert. Ein Lochband wird oberseitig mittels Pendelbolzen, Mutter und U-Scheibe in den Tragarm gelenkig eingehängt, unterseitig mittels eines Verriegelungsbolzens an einem im vorgehängten Fertigteil einbetonierten Formteil verankert. Die zum Tragelement gerichtete horizontale Kraftkomponente wird über einen Druckstift übertragen (System Halfen®).

Verriegelungsbolzen

Betonfertigteil

tragende Schale aus Ortbeton

z x

b

h

f

Formteil mit Umlenkwinkel

L

L

DS

DH

L

DS KH

DS

DH

DP

z x

176 Druckstift als Abstandshalter zwischen den Fassadenschalen wie in  175 dargestellt.

L

H

LH

LH

177 Verschiedene Ausführungen von Druckstiften bzw. -schrauben für reine Druckbeanspruchung oder für kombinierte Druck- und Zugbeanspruchung (System Halfen®).

3 Schalensysteme

521

Standardausführung

Varianten

Rückverankerung durch Ortbeton-Einbauteil

Für Attika (Variante)

Einsatz empfohlen bei Vorplanung. Vorteile bei verdeckter Befestigung und dünnen Tragwänden. Sehr montagefreundlich.

Befestigung am oberen Ende der tragenden Konstruktion.

Zweipunktaufhängung für Attika (Variante) wie Typ links, jedoch mit Zweipunktaufhängung. Verwendung bei Unterschreitung der Mindestbauteildicke für das Befestigungsmittel bei Ausführung links.

Für Befestigung mittels Ankerschiene oder Dübel

Zweipunktaufhängung (Variante)

Für seitliche Befestigung (Variante)

Wenig Anforderungen an Vorplanung, dafür abhängig von der Mindestbauteildicke des Befestigungsmittels in der Tragwand (Zulassung beachten).

Verwendung bei Unterschreitung der Mindestbauteildicke für das Befestigungsmittel wie links.

Befestigungsmöglichkeit an Stützen bei späterer Ausfachung. Befestigungsmöglichkeiten bei auskragenden Eckplatten.

178 Alternative Ausführungen von Befestigungssystemen für Betonfassaden in Abhängigkeit von der jeweiligen Einbausituation (System Halfen®).

522

XIII Äußere Hüllen

Anmerkungen

1

2 3 4 5 6 7

8 9

10 11



Normen und Richtlinien

Gegenwärtig sind Forschungsarbeiten zur Entwicklung gezielt gradierter Werkstoffe, also solcher, bei denen die Stoffdichten zur gleichzeitigen Optimierung von Trag-, Dichtund Dämmfunktion, gezielt im Bauteilquerschnitt gesteuert werden können, im Gang. Im Wesentlichen zielen diese Versuche auf die Ausbildung kompakterer (und damit tragfähigerer und wasserdichterer) äußerer Querschnittsbereiche und eines poröseren (und somit besser dämmenden) inneren Querschnittsbereichs. Bauteile dieser Art wären grundsätzlich geeignet, den (heute noch vollumfänglich wirksamen) Konflikt zwischen Trag- und Dämmfähigkeit bei einschaligen Außenbauteilen aufzuheben. Nach Herstellerangaben: Xella Aircrete Systems GmbH (2005) Hebel Handbuch Wirtschaftsbau, S. 23 ff Nach Herstellerangaben: Xella Aircrete Systems GmbH (2005) Hebel Handbuch Wirtschaftsbau, S. 127 ff Deutsches Dachdeckerhandwerk (Hg) (12-2016) Fachregel für Abdichtungen – Flachdachrichtlinie, S. 6 Künzel H (1998) Zweischaliges Mauerwerk – mit oder ohne Belüftung?, in wksb 43. Jhg., Heft 42, 2.2 Ebda. 3. Zum nachfolgenden Text wie auch zu der entwurflich-konstruktiven Bewertung von zweischaligen Betonaußenwänden siehe: Moro J L (1999) Sichtbeton – zwischen konstruktiver Funktion und ästhetischem Grauwert, in Baumeister, Heft Mai 1999, S. 26–29 Bindseil (1991) Stahlbetonfertigteile – Konstruktion, Berechnung, Ausführung, S. 212 Ebda. S. 212; Empfehlungen von Herstellern von Verbundankern wie Halfen: Technische Information SPA 04 Sandwichplattenanker Bindseil (1991), S. 216 Ebda. S. 210

DIN 1053 Mauerwerk Teil 4: 2018-05 Fertigbauteile Teil 41: 2018-05 Konformitätsnachweis für Fertigbauteile nach DIN 1053-4 DIN 1986: 2016-12-00 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden Teil 2: 2013-02 Mindestanforderungen an den Wärmeschutz Teil 3: 2018-10 Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung Teil 4: 2017-03 Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte Teil 7: 2011-01 Luftdichtheit von Gebäuden – Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele Teil 10: 2015-12 Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe – werkmäßig hergestellte Wärmedämmstoffe DIN 4166: 1997-10-00 Porenbeton-Bauplatten und PorenbetonPlanbauplatten DIN 4223 Anwendung von vorgefertigten bewehrten Bauteilen aus

3 Schalensysteme

dampfgehärtetem Porenbeton Teil 100: 2014-12 Eigenschaften und Anforderungen an Baustoffe und Bauteile Teil 101: 2014-12 Entwurf und Bemessung Teil 102: 2014-12 Anwendung in Bauwerken Teil 103: 2014-12 Sicherheitskonzept DIN 18338 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistunge Teil C: 2016-09 Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Dachdeckungs- und Dachabdichtungsarbeiten DIN 18531 Abdichtung von Dächern sowie von Balkonen, Loggien und Laubengängen Teil 1: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Anforderungen, Planungs- und Ausführungsgrundsätze Teil 2: 2017-07 nicht genutzte und genutzte Dächer – Stoffe Teil 3: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Auswahl, Ausführung und Details Teil 4: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Instandhaltung Teil 5: 2017-07 Nicht genutzte und genutzte Dächer – Balkone, Loggien und Laubengänge DIN 18533 Abdichtung von erdberührten Bauteilen Teil 1: 2017-07 Anforderungen, Planungs- und Ausführungsgrundsätze Teil 2: 2017-07 Abdichtung mit bahnenförmigen Abdichtungsstoffen Teil 3: 2017-07 Abdichtung mit flüssig zu verarbeitenden Abdichtungsstoffen DIN 18540: 2014-09-00 Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen DIN 18550 Planung, Zubereitung und Ausführung von Außen- und Innenputzen Teil 1: 2018-01 Ergänzende Festlegungen zu DIN EN 13914-1 für Außenputze Teil 2: 2018-01 Ergänzende Festlegungen zu DIN EN 13914-2 für Innenputze DIN EN 771 Festlegungen für Mauersteine Teil 1: 2015-11 Mauerziegel Teil 2: 2015-11 Kalksandsteine Teil 3: 2015-11 Mauersteine aus Beton (mit dichten und porigen Zuschlägen) Teil 4: 2015-11 Porenbetonsteine Teil 5: 2015-11 Betonwerksteine Teil 6: 2015-11 Natursteine DIN EN 845 Festlegungen für Ergänzungsbauteile für Mauerwerk Teil 1: 2016-12 Maueranker, Zugbänder, Auflager und Konsolen DIN EN 1996 Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten Teil 1-1: 2013-02 Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk Teil 1-1/NA: 2012-05 Nationaler Anhang – Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk

523

524

XIII Äußere Hüllen

Teil 2: 2010-12 Planung, Auswahl der Baustoffe und Ausführung von Mauerwerk Teil 2/NA: 2012-01 Nationaler Anhang – Planung, Auswahl der Baustoffe und Ausführung von Mauerwerk Teil 3: 2010-12 Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten Teil 3/NA: 2012-01 Nationaler Anhang – Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten DIN EN 12056 Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden Teil 1: 2001-01 Allgemeine und Ausführungsanforderungen Teil 2: 2001-01 Schmutzwasseranlagen, Planung und Berechnung Teil 3: 2001-01 Dachentwässerung, Planung und Bemessung DIN EN 12208: 2000-06 Fenster und Türen – Schlagregendichtheit – Klassifizierung DIN EN 12602: 2016-12-00 Vorgefertigte bewehrte Bauteile aus dampfgehärtetem Porenbeton DIN EN 12620: 2008-07-00 Gesteinskörnungen für Beton DIN EN 13914 Planung, Zubereitung und Ausführung von Außenund Innenputze≠n Teil 1: 2016-09 Außenputze Teil 2: 2016-09 Innenputze Teil 2/Ber 1: 2017-05 Innenputze Zentralverband des Deutschen Dachdeckerhandwerks (DDH) (Hg) Fachregeln für Abdichtungen – Flachdachrichtlinien, 12/2016; mit Änderungen 11/2017 und 05/2019

Produktdatenblatt für Dampfsperrbahnen, 12/2011 Produktdatenblatt für Wärmedämmstoffe, 11/2017 Produktdatenblatt für Bitumenbahnen, 12/2016 Produktdatenblatt für Kunststoff- und Elastomerbahnen, 12/2016 Produktdatenblatt für Flüssigkunststoffe, 12/2016

Merkblatt zur Bemessung von Entwässerungen, 03/2011 Bundesverband Porenbeton (Hg) Bericht 6: Bewehrte Wandplatten – Dimensionierung und Abdichtung von Fugen, 09-2014 Bericht 7: Oberflächenbehandlung – Putze, Beschichtungen, Bekleidungen, 09-2007

XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME AUFBAUPRINZIP

AUSSENWÄNDE

STEILDÄCHER

Sandwich-Wandpaneel

Wabenkern-Wandpaneel

☞ 2., S. 529

☞ 3., S. 542

Sandwich-Dachpaneel ☞ 2.3, S. 533

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Grundsätzliches........................................................ 528 2. Sandwichsysteme..................................................... 529 2.1 Herstellung........................................................ 529 2.2 Formgebung und Elementierung...................... 532 2.3 Fugengestaltung und Befestigung.................... 532 2.4 Sandwichelemente aus Holz..............................541 3. Wabensysteme......................................................... 542 Anmerkungen................................................................. 543 Normen und Richtlinien................................................. 543

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

528

XIII Äußere Hüllen

1. 1. Grundsätzliches

Mehrschichtverbundsysteme gehen aus einer funktionalen Ausdifferenzierung eines ursprünglich homogenen Schalenbauteils in einzelne spezialisierte Einzelschichten hervor, daher der Begriff der Mehrschichtigkeit, der sich im Namen dieser Elemente wiederfindet. Auf diese Weise kann eine gesonderte Aufgabenzuteilung an Außen- oder Deckschichten (Kraftleiten, vor Witterung schützen) wie auch an Kernschichten (Wärmedämmen) stattfinden, die eine deutliche Gewichtsreduktion und eine erhöhte Effizienz im Vergleich mit vollwandigen Schalensystemen erlaubt. Im Wesentlichen liegt dieses konstruktive Prinzip auch den Rippensystemen zugrunde, die im Kapitel XIII-5 untersucht werden. Der fundamentale Unterschied zu Rippensystemen beruht darin, dass die Differenzierung oder Diskretisierung der Bauteilstruktur bei Mehrschichtverbundsystemen nicht, wie bei Rippensystemen, in der Bauteilebene in Rippe und flächenbildende Platte stattfindet (Ebene yz), sondern in der Dickendimension (➝ x), und zwar in jeweils immer vollständig flächenbildende Einzelschichten. Damit das Bauteil, trotz der Auftrennung in ein inhomogenes Paket von Einzelschichten, mechanisch dennoch als ein homogenes Bauteil wirkt – und folglich die statische Höhe des Gesamtpakets nutzbringend aktiviert werden kann –, wird ein mechanischer Verbund zwischen den Schichten geschaffen, ein Umstand, der sich in der Namensgebung des Konstruktionsprinzips ebenfalls widerspiegelt. Mehrschichtverbundsysteme treten im Hochbau vorwiegend als Sandwichsysteme in Erscheinung, weitaus seltener hingegen als Wabensysteme.

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 4. Mehrschichtverbundsysteme, S. 142 ff

z

y x

M 1:10 0

z 100 mm

x

A

1 Abstrahierende Darstellung des Konstruktionsprinzips verschiedener Ausführungen mehrschichtiger Bauteile. A mehrschichtiges, aber nicht im Verbund wirkendes hinterlüftetes Hüllbauteil: kein Mehrschichtverbundelement. B Mehrschichtverbundelement in Holzbauweise mit druck- und schubfestem Dämmkern und gegenseitiger Verklebung der Einzelschichten. C Mehrschichtverbundelement: Sandwichelement mit Deckschalen aus Blech.

B

C

4 Mehrschichtverbundsysteme

529

Grundlegende Erwägungen zum konstruktiven Aufbau von Sandwichsystemen im Vergleich mit anderen Hüllenaufbauten finden sich in Kapitel VI-2 und VIII. Sandwichkonstruktionen vereinen wichtige Vorteile von Schalenbauteilen bei einer signifikanten Gewichtsreduktion gegenüber diesen. Sandwichpaneele zählen aufgrund ihres sehr günstigen Verhältnisses von Steifigkeit zu Masse zum Extremleichtbau. Anfänglich eine technische Entwicklung des Flugzeugbaus, wo geringstmögliches Eigengewicht eine fundamentale Anforderung darstellt, fanden Sandwichpaneele später auch Einzug in das Bauwesen.

Sandwichsysteme

Sandwichpaneele bestehen aus zwei Deckschichten oder -schalen und einer dazwischenliegenden Kernschicht. Zwischen Kern- und Deckschichten besteht ein Haftverbund, der sich entweder beim Schäumen der Kernschicht oder alternativ durch Verklebung der Schichten untereinander einstellt. Das Resultat ist ein Verbundbauteil, das gleichzeitig über hohe Biege- und Schubsteifigkeit sowie über hohe Dämmfähigkeit verfügt. Die Deckschalen bestehen im Regelfall aus Metall, im Bauwesen entweder aus

Herstellung

• korrosionsgeschütztem Bandstahl, zumeist feuerverzinkt und zusätzlich kunststoffbeschichtet (Polyvinyl- oder Polyesterbeschichtungen);

& DIN EN 10169

2.

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.7 Mehrschichtverbundelement, S. 632 sowie Band 2, Kap. VIII, Abschn. 4.1 Sandwichsysteme, S. 142

& DIN EN 14509

• nichtrostendem Bandstahl; • Blechen aus Aluminiumlegierungen. Übliche Blechdicken liegen im Bereich von 0,5 bis 0,7 mm. Im Flugzeugbau finden auch Deckschichten aus Faserprepegs, also Glas- oder Kohlenstofffasern in einer duroplastischen Kunststoffmatrix, Verwendung. Kernschichten werden im Bauwesen vorzugsweise hergestellt aus • Polyurethanhartschaum (PUR) – hauptsächlich für Hüll-bauteile mit vorwiegend wärmedämmender Funktion bei verhältnismäßig geringen Dicken bis 140 mm. PU-Kernschichten werden zwischen den Deckschalen geschäumt;

& DIN EN 13165

• Mineralfaser (MF) – hauptsächlich für Hüllbauteile mit Brandschutzfunktion oder für erhöhten Wärmeschutz (bis 200 mm Dicke) (2 6, 8). Mineralfaser-Kernschichten werden mit den Deckschalen verklebt;

& DIN EN 13162

2.1

530

XIII Äußere Hüllen

& DIN EN 13163, 13164, 13166, 13167

daneben auch aus Polystyrol (EPS oder XPS), Phenolharzschaum (PF) oder Schaumglas (CG). Die Deckschalen lassen sich profilieren, sowohl um das visuelle Erscheinungsbild zu beeinflussen wie auch um die Beulsteifigkeit der dünnen Schalen zu erhöhen. Dies lässt sich bei Blechen durch Kaltverformen vor dem Schäumen durchführen. Zur Beulsteifigkeit der Bleche trägt naturgemäß auch die Haftung mit den Kernschichten bei. Zur Verbesserung der Schallabsorption lässt sich die innere Deckschale auch gelocht ausführen.

2 Sainsbury Centre (Arch.: N. Foster). M 1:10

M 1:10 0

0

100 mm

100 mm

☞4

☞ 3

K

K

V

P

K D

V

P

St

D

y x

3 Vertikale Stoßfuge der in 2 2 gezeigten Fassade: Die Sandwichpaneele sind rückseitig an einer Sekundärkonstruktion K mittels einseitig zugänglicher Verschraubung V befestigt. Hierfür sind die Paneele mit einem eingeschäumten Verstärkungsprofil P versehen. Im Bereich der Fugendichtung D entsteht eine Lücke in der Dämmebene, die sich als Wärmebrücke auswirkt. Im rechten Feld ist eine Glasfläche in die Blechkonstruktion eines Paneels eingeschnitten (Sainsbury-Centre, Arch: N. Foster).

z x

4 Horizontale Fuge der in 2 3 gezeigten Konstruktion. Die Sandwichpaneele sind an den Stirnseiten St mit geneigten Flächen ausgebildet, um das Abfließen des Niederschlagswassers zu erlauben. Die Blechkanten sind am Ende aufgebördelt, um das Eintreiben des Wassers in den Fugenraum durch Winddruck zu verhindern.

4 Mehrschichtverbundsysteme

531

M 1:20 200 mm

100

0

A Elementbreite = Baubreite + 20 mm 20

B

Feder

Nut

d

Baubreite 1000 mm ca.14

y

= Außenseite

x

5 Sandwichpaneele (ThyssenKrupp Hoesch): mit PUR-Kernschicht in zwei verschiedenen Dicken A und B. Unten das zugehörige Anschlussdetail.

z

6 Sandwichpaneel (ThyssenKrupp Hoesch): mit MineralfaserKernschicht mit einer Dicke von 200 mm.

y

x

7 Schematische Darstellung eines Sandwichpaneels mit im Tiefziehverfahren geformten Deckblechen. Es ist eine Ringsum-Profilierung (➝ x, ➝ z) des Kantenbereichs möglich.

8 Sandwichpaneel, im Endlosverfahren gefertigt.

532

2.2

XIII Äußere Hüllen

Formgebung und Elementierung

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 3.1.2 Pfosten-Riegel-Fassade, S. 629 ff

2.3

Fugengestaltung und Befestigung

Form und Abmessungen der Sandwichbauteile sind vornehmlich von denjenigen der Deckschalen vorbestimmt. Im Regelfall sind dies Stahl- oder Aluminiumbleche. Werden Deckbleche im linearen Endlosverfahren geformt, wie beispielsweise beim Kaltwalzen, ergeben sich notwendigerweise unterschiedliche Profilierungen für Längs- und Querkanten: Längskanten lassen sich zum Zweck eines konstruktiven Anschlusses nach Bedarf profilieren, Querkanten werden stumpf abgelängt. Entsprechend sind bei derartiger Ausführung in Längs- und in Querrichtung verschiedene konstruktive Anschlüsse zu realisieren. Typisch für diese Herstellungsvariante sind lange, schmale Elemente, die dank ihrer großen Steifigkeit auch größere Spannweiten überbrücken können. Übliche Elementbreiten liegen im Bereich von 1 m, maximale Lieferlängen erreichen bis zu 20 m. Hingegen können Sandwichpaneele mit Deckschalen aus tiefgezogenen Blechen nahezu beliebige Formgebungen und Kantenprofilierungen annehmen (2  7). Es lässt sich ringsum die gleiche Kantenprofilierung realisieren. Da die Werkstückform durch das Tiefziehwerkzeug vorgegeben ist, sind die Abmessungen des Sandwichelements – anders als die Länge bei der oben beschriebenen Ausführung – verhältnismäßig eng begrenzt. Insbesondere Formstücke für singuläre Punkte (Ecken, Attiken, etc.) werden oftmals mithilfe tiefgezogener Bleche ausgeführt. Sandwichelemente können aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Steifigkeit größere Spannweiten überbrücken und lassen sich deshalb oftmals ohne Sekundärkonstruktion direkt am Primärtragwerk befestigen. Sie können aber auch als kleinformatige Elemente im Sekundärtragwerk einer Fassade eingebaut werden, beispielsweise innerhalb einer Pfosten-Riegel-Konstruktion. Sandwichpaneele sind – anders als mehrschalige Aufbauten – nach dem einstufigen Dichtprinzip wirkende Hüll-konstruktionen, die sich in ihrem Regelaufbau aus Kernund Deckschichten durch große konstruktive Einfachheit kennzeichnen. Hingegen ist besondere Aufmerksamkeit den Stößen zu schenken, um dort vergleichbare Dämmund Dichtheitsverhältnisse zu gewährleisten wie im Paneel selbst. Die Fugenausbildung ist zwar herstellerabhängig, doch haben sich folgende Fugenausbildungen weitgehend durchgesetzt: • Pressleistenverbindung: Die Paneelränder sind derart profiliert, dass eine rund 2 bis 3 cm breite Nase in einer Pressleistenkonstruktion gefasst werden kann (2 10). Das Dicht- und Befestigungsprinzip ist analog zu Pressleistenverglasungen. Auf diese Weise werden Sandwichpaneele im Regelfall in Pfosten-Riegel-Konstruktionen gehalten. Mit Pressleisten werden im Regelfall auch unprofilierte Querstöße zwischen Paneelen ausgeführt (2  13–15). Diese Fuge lässt sich auch mit Überbreite zur Toleranzauf-

4 Mehrschichtverbundsysteme

533

nahme ausführen. Dies ist zumeist in den Stößen zwischen Eck- und Wandelementen erforderlich. • Nut-und-Feder-Verbindung: Die Bauteilränder sind nutund federartig profiliert (2  11, 12). Das Dichten gegen Wind und Wasser erfolgt im Wesentlichen durch mehrfache Überlappung, Kammerbildung sowie dazwischen geschaltete elastische Dichtprofile. Die Befestigung erfolgt zumeist durch •• verdeckte Verschraubung des zuerst montierten Elements an der tragenden Unterkonstruktion und formschlüssiges Halten des anschließend montierten Elements durch seitliches Einschieben in Nuten; der Schraubenkopf wird mit Dichtscheibe ausgeführt sowie vom zweiten Paneel überdeckt und dadurch witterungsgeschützt; es kommen selbstschneidende oder selbstbohrende Schrauben zum Einsatz; •• formschlüssiges Befestigen beider anstoßender Elemente durch seitliches Einschieben in eine entsprechend geformte Klammer aus Profilblech. Die Klammer wird ihrerseits durch Blechschrauben an der Unterkonstruktion befestigt. Zusätzliche Sicherheit gegen Eindringen von Wasser ist bei Stößen von Dachelementen erforderlich. Zu diesem Zweck werden die profilierten Fugen über die wasserführende Ebene erhöht ausgeführt. Dies wird durch entsprechende Profilierung der oberseitigen Deckschale ermöglicht. Zusätzlich wird die Fuge mit einer Abdeckleiste gegen Niederschlagswasser geschützt (2 16–18). Grundsätzlich stehen die inneren und äußeren Deckschalen zwecks thermischer Trennung an den Bauteilrändern nicht im Kontakt miteinander (2 12). Verschraubungen der Paneele mit der Unterkonstruktion werden bevorzugt durch das Element hindurchgeführt. Die Schraubenköpfe sind außenseitig adäquat gegen die Witterung zu schützen, beispielsweise durch eine Abdeckung. Innenseitiges Verschrauben ohne Verletzung der äußeren Deckschale ist möglich und dem Durchschrauben grundsätzlich vorzuziehen. Da bei dieser Art der Befestigung Kräfte in der inneren Deckschale konzentriert werden, sind Schale und Kern im Bereich der Verschraubung durch eingelegte Metallprofile zusätzlich zu verstärken. Dabei dürfen keine Wärmebrücken zwischen den beiden Deckschalen entstehen. Derartige Verstärkungsprofile lassen sich bereits vor dem Schäumen des Kerns innenseitig an der Deckschale befestigen und anschließend in der Kernschicht einschäumen.

☞ Siehe beispielsweise im Detail in 2 3 und 4.

534

XIII Äußere Hüllen

M 1:5 50 mm

0

A a

B a

L

C a

z

x

D a

10 Knotendetail einer Pfosten-Riegel-Konstruktion mit geklemmten Sandwichpaneelen. Die Paneelränder sind so geformt, dass eine Nase in der geeigneten Dicke für die Klemmbefestigung entsteht. Der Anpressdruck wird durch eine eingebaute Kunststoffleiste L aufgenommen.

a

M 1:5

E

50 mm

0

Feder thermische Trennung

25

a

F

14

1 a

Nut

2

G z

a

a

x

9 (Oben) Verschiedene Ausführungen von handelsüblichen Sandwichpaneelen (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). A Wandpaneel mit PUR-Kernschicht und unprofilierten Deckblechen B Wandpaneel mit Mineralfaser-Kernschicht C Wandpaneel (PUR) mit profiliertem Deckblech D Dachpaneel (MF) mit Profilierung und zusätzlichen Deckleisten im Stoß E Wandpaneel (PUR) mit trapezförmiger Profilierung des Außendeckblechs F Wandpaneel (PUR) mit wellenförmiger Profilierung des Außendeckblechs G Wandpaneel (PUR) mit trapezförmiger Profilierung des Außendeckblechs

12 (Rechts) Nut- und Federverbindung zweier anstoßender Sandwichpaneele mit direkter Schraubenbefestigung des unteren Paneels an der Unterkonstruktion. Das obere Paneel wird formschlüssig gehalten. Alternativ Verwendung einer Dichtscheibe (links) (1) oder einer Lastverteilungsplatte (rechts) (2). Längsstoß (Herst.: Thyssen Krupp Hoesch).

11 Nut-und-Feder-Verbindung zweier anstoßender Sandwichpaneele mit Klammerbefestigung an der Unterkonstruktion. Diese erfolgt mit Hilfe einer verdeckten Verschraubung und einer Halteklammer (1), die am Flansch 2 des Tragprofils befestigt ist. Man beachte die thermische Trennung der Deckschalen untereinander. Modulmaß a ist in der Regel 1000 mm. Längsstoß (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). M 1:5 50 mm

0

2 1

z

x

4 Mehrschichtverbundsysteme

y

535

y

M 1:5

M 1:5 0

50 mm

0

50 mm

x

x

13 Querstoß zweier stumpf geschnittener Sandwichpaneele mit Pressleistenbefestigung an der Unterkonstruktion. Flache Pressleiste (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

14 Querstoß wie links, tiefe Pressleiste mit Schattennut (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

M 1:5 50 mm

☞  12

0

min 50 1

50

min 50

4 8

7

6 5

3

2

y x

15 Querstoß wie oben. Befestigung an einer Stütze aus Stahlbeton. Die dargestellte Verschraubung an der Stütze ist im Bereich des Längsstoßes der Paneele angeordnet, wie in 2 12 (2) dargestellt (Herst.: Thyssen-Krupp Hoesch). 1 Heftnietung 2 Steinwolle 3 Alu-Abdeckleiste 4 Dichtband 5 Alu-Fugenleiste 6 Kunststoffdichtung 7 Lastverteilungsplatte 8 Auflagerprofil

536

XIII Äußere Hüllen

Rastermaß 1000

Rastermaß 1000 1

Rastermaß 1000

1 2

Rastermaß 1000 2

4

5

3

6 6 M 1:5

z

0

M 1:5

z 50 mm

x

50 mm

0

x

16 Längsstoß zweier Sandwichpaneele einer 17 Längsstoß in einer Dachfläche analog zu 18 Längsstoß wie in 2 17. Dachfläche. Befestigung mittels verdeckter 2  16 mit vergrößerter Paneeldicke (Herst.: Verschraubung. Zusätzliche Sicherung durch ThyssenKrupp Hoesch). Emporheben der Fuge aus der wasserführenden Ebene und Abdecken durch Blechleiste (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). 1 Elementhalter 2 Fugenabdeckleiste 3 Fugenspalt an der Traufe 4 Dichtband 5 Längsstoßverschraubung 6 Flansch des Tragprofils

0

100 mm

3

2

☞  16

☞  16

M 1:10

19 Quersstoß zweier Sandwichpaneele einer Dachfläche. Befestigung mittels verdeckter Verschraubung im Längsfugenraum. Überlappen der Elemente durch vorstehende obere Deckschale und zwischengelegte Butyldichtschnur und Dichtband (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). 1 Pfette 2 Dichtband 3 Butyldichtschnur

1 ☞  28 z x

4 Mehrschichtverbundsysteme

537

0

100 mm

M 1:10

50

20 Eckausbildung bei horizontaler Verlegung. Die Ecke bildet ein Winkelstück, die Fassadenpaneele werden an ihren stumpf geschnittenen Stirnkanten mit Pressleisten angeschlossen (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

y x

0

100 mm

M 1:10

50

y x

21 Eckausbildung bei vertikaler Verlegung. Die Ecke bildet ein Winkelstück, die Fassadenpaneele werden geschnitten und an einem Dehnstoß mit Pressleisten angeschlossen (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

538

XIII Äußere Hüllen

☞  16

☞  16

4

5

3

4

3

1

1

2

2

8

5

8 6

7

☞  19, 28

☞  19, 28

6 9

M 1:10

M 1:10

z

0

9

7

z 0

100 mm

22 Ortgangausbildung bei vertikaler Verlegung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

100 mm

x

y

23 Ortgangausbildung bei horizontaler Verlegung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

1 Ortgangprofil 2 Ortganghalter 3 Dichtband 4 Ortschaum 5 Dachpaneel 6 Wandpaneel 7 Wandriegel 8 Winkel 9 Halteklammer

4

2

☞  16

☞  19, 28

3 5

12

13

6

24 Attikaausbildung bei vertikaler Verlegung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). 1 Dachpaneel 2 Attikaprofil 3 Attikahalter 4 Dichtband 5 Sonderformteil 6 Wandanschlussprofil 7 Stützblech 8 Winkel 10 Halteklammer 11 Wandriegel 12 Wandpaneel 13 Ortschaum

8 4 7

1

11

z x

M 1:10

10

0

100 mm

4 Mehrschichtverbundsysteme

539

100

25 (Links) Attikaausbildung bei horizontaler Verlegung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

50

C 1

3

C-C

5 2

C

6 11

1 Aluminium-Pressleiste 2 gebogenes Blech, Attika 3 PE-Schaumstreifen 4 Dichtband 5 Abdeckprofil 6 gebogenes Flachblech als Fugenhinterlegung 7 Dampfsperre 8 Trapezprofil 10 Halteklammer 11 Stützkonstruktion 12 Winkel

7 26 (Unten links) Traufausbildung bei horizontaler Ver­le­gung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

12 4

27 (Unten rechts) Traufausbildung bei vertikaler Verlegung der Fassadenpaneele (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

10

8

M 1:10

z

0

100 mm

x

1 Aluminium-Elementhalter 2 Wasserleitblech 3 Rinneneinlaufblech 4 Toleranzfuge bei Montage geschlossen 5 Dichtband 6 Randprofil 7 Halteklammer

☞  19, 28

☞  19, 28

1

1

2

2

3

5

3

5

6

6 ☞2 2-24 ☞1 6

☞2 2-24 ☞1 6

4

4

7 M 1:10

z

0

x

M 1:10

z

0

100 mm

x

100 mm

540

XIII Äußere Hüllen

☞  19

5

4

2

6

3

1

ca. 30

☞  16

2

28 Firstausbildung (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch). 1 Dachpaneel 2 Firstblech 3 Dichtband 4 Zahnblech 5 Profilfüller 6 PUR-Ortschaum

M 1:5

z

M 1:5

☞  13-15 50 mm

0

M 1:10

x

100 mm

0

☞  11 50 mm

0

3 2 3

min. 40 mm

min. 100

Baubreite

falls erforderlich

1 4

3

2 1 5

z

z x

x

6

29 Fußpunktausbildung bei horizontaler Verlegung der Fassadenelemente (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

30 Fußpunktausbildung bei vertikaler Verlegung der Fassadenelemente (Herst.: ThyssenKrupp Hoesch).

1 Stützwinkel 2 Sockelprofil 3 Dichtband

1 Halteklammer 2 dauerelastische Versiegelung im Fugenraum 3 Dichtband 4 Montagehilfe 5 evtl. Montageabstützung 6 Sockelprofil

4 Mehrschichtverbundsysteme

In letzter Zeit sind verschiedene Ausführungen von Sandwichelementen in Holz entwickelt und in der Praxis eingesetzt worden. Hauptziel dieser Konstruktionsvariante ist es, die bei herkömmlichen Holztafeln in Rippenbauweise vorhandenen, gewissermaßen im System angelegten Wärmebrücken über die Rippen zu vermeiden und stattdessen die Vorteile der Mehrschichtverbundbauweise, insbesondere in Form hoch dämmender Außenwände für den Passivhausbau, zu nutzen. Die hierfür geeigneten Fertigungsverfahren ähneln denjenigen, die bei der Fertigung von Metall-Sandwichpaneelen zum Einsatz kommen, mit dem wesentlichen Unterschied, dass die Deckschichten aus Holzwerkstoffplatten bestehen. Auch hier kommen im Wesentlichen zwei Verfahren infrage: Entweder wird der Dämmkern unter Verwendung von PUR geschäumt, sodass sich der Verbund zwischen Kernschicht und Deckschalen beim Schäumvorgang selbst einstellt, oder es werden alternativ Dämmplatten aus Mineral-, Holzfaserdämmstoff oder Polystyrolhartschaum mit den Deckschalen verklebt. Bei diesem Vorgang lassen sich erforderlichenfalls auch Dampfsperrfolien im Aufbau integrieren. Das Element weist infolgedessen keinen modularen Aufbau aus Rippen und Gefachen auf, wie er für Rippenelemente kennzeichnend ist, sodass Öffnungen, beispielsweise für Fenster, in das Element einfach eingeschnitten werden können. Auf die Diffusionswiderstände der drei beteiligten Schichten ist zu achten, insbesondere auf denjenigen der außenliegenden Deckschale, der eine ausreichende Diffusion nach außen gewährleisten sollte, da eine zuverlässige vollständige Dampfdichtheit wie beim Metallsandwich in diesem Fall nur schwer herzustellen ist und deshalb ein Feuchteanfall im Sandwichkern nicht vollständig auszuschließen ist. Üblicherweise ist das Sandwichelement außenseitig mit einer zusätzlichen vorgehängten Wetterschale zu schützen.

541

Sandwichelemente aus Holz

2.4

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.1.2 Holztafelwände, S. 566

31 Holz-Sandwichelement mit Deckschalen aus OSB-Platten, und Kern aus eingeklebtem Polyurethanhartschaum. (Herst.: Kingspan).

542

3.

XIII Äußere Hüllen

Wabensysteme ☞ Das konstruktive und bauphysikalische Grundprinzip wird in Band 2, Kap. VIII, Abschn. 4.2 Wabensysteme, S. 143, beschrieben.

32 Wabenkernelement.

Mehrschichtverbundelemente mit Wabenkern sind im Bauwesen – noch – selten und sollen hier nur am Rand angesprochen werden. Verbundelemente mit Wabenkern finden sich gelegentlich in Holzbauweise, wobei die Kernschichten beispielsweise aus in Hexagonalmustern gefaltetem, phenolharzgetränktem Papier bestehen. In Aluminiumausführung finden sich Produkte aus zwei Deckblechen, die bereits oberflächenbeschichtet sein können, wie etwa einbrennlackiert, und mit ihnen zähelastisch verklebte Wabenkerne aus Aluminiumfolien mit Zellgrößen im Bereich von wenigen Millimetern.1 Die Platten zeichnen sich durch große Steifigkeit und geringes Gewicht aus, weisen jedoch aufgrund der vielfältigen Stege einen verhältnismäßig geringen Wärmedurchgangswiderstand auf. Sie sind infolgedessen kaum für Außenwände geeignet und kommen eher im Innenausbau zum Einsatz. Jedoch sind auch experimentelle Anwendungen mit Faserverbundwerkstoffen, wie beispielsweise GFK, SFK- oder CFK-Laminaten für die Deckschalen und Aramid-Werkstoffe für den Wabenkern, in Entwicklung, die eine deutliche Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften erwarten lassen.2

4 Mehrschichtverbundsysteme

1 2

Produktinformation Alucore von Alcan Composites, Alcan Singen GmbH Funke, H (1999) Höchstleistungen durch Wabensandwichbauweise; in R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH Faserverbundwerkstoffe Handbuch, S. 188

DIN 10169: 2012-06 Kontinuierlich organisch beschichtete (bandbeschichtete) Flacherzeugnisse aus Stahl – Technische Lieferbedingungen DIN EN 13162: 2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW) DIN EN 13163: 2017-02 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS) – Spezifikation DIN EN 13164: 2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS) – Spezifikation DIN EN 13165: 2016-09 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum (PU) – Spezifikation DIN EN 13166: 2016-09 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Phenolharzschaum (PF) – Spezifikation DIN EN 13167: 2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG) – Spezifikation DIN EN 14509: 2013-12 Selbsttragende Sandwich-Elemente mit beidseitigen Metalldeckschichten – Werkmäßig hergestellte Produkte – Spezifikationen DIN EN 14509 Selbsttragende Sandwich-Elemente mit beidseitigen Metalldeckschichten – Werkmäßig hergestellte Produkte – Spezifikationen Teil 2: 2017-10 (Entwurf) Tragende Anwendungen – Befestigungen und mögliche Nutzung zur Stabilisierung von einzelnen tragenden Bauteilen DIN EN 15254 Erweiterter Anwendungsbereich der Ergebnisse von Feuerwiderstandsprüfungen – nichttragende Wände Teil 5: 2018-06 Sandwichelemente in Metallbauweise

543

Anmerkungen

Normen und Richtlinien

XIII-5 RIPPENSYSTEME AUFBAUVARIANTEN

AUSSENWÄNDE

Holzrahmenwände Holzrahmenwände Holzrahmenwände ☞ 2.1.1, S. 555 mit Aufbau mit Aufbau ☞ 2.1.1, S. 559 ☞ 2.1.1, S. 559

FLACHDÄCHER

Holzrahmenwände mit dopp. Aufbau ☞ 2.1.1, S. 559

Holzrahmenwände hochdämmend ☞ 2.1.1, S. 564

Pfostenfassade ☞ 3.1.1, S. 628

Pfosten-RiegelFassade ☞ 3.1.2, S. 629

Elementfassade ☞ 3.1.2, S. 658

Structural-Glazing-Fassade ☞ 3.1.3, S. 662

STEILDÄCHER

Holzbalken ☞ 3.3.2, S. 681

Holzbalken ☞ 2.3.2, S. 623

Holzbauelement ☞ 2.3.2, S. 623

Dachziegeldeckung ☞ 2.2.7, S. 581

Faserzement-Wellplattendeckung ☞ 2.2.8 S. 598

Dachziegeldeckung ungedämmt ☞ 3.2.2, S. 670

Stehfalzblechdeckung ☞ 2.2.10, S. 612

Klemmrippenprofildeckung ☞ 2.2.10, S. 616

Holzbalken, Klemmrippen- Stahlträger, Klemmrippenprofildeckung profildeckung ☞ 3.2.2, S. 671 ☞ 3.2.2, S. 676

Dachziegeldeckung Aufsparrendämmung ☞ 3.2.2, S. 670

Holzbauelement ☞ 3.3.2, S. 681

geneigte Verglasungen ☞ 3.1.2, S. 650

Stahl ☞ 3.3.2, S. 682

durchlüftet ☞ 2.3.2, S. 624

Gitterschalen ☞ 4.3, S. 692 zweiachsig ☞ 4.2, S. 690

Faserzementplattendeckung ☞ 2.2.9, S. 606

1. Allgemeines.............................................................. 546 1.1 Modulare Ordnung der Grundstruktur.............. 546 1.1.1 Krafteinleitung...........................................547 1.1.2 Ausschnitte und Öffnungen......................548 1.1.3 Bauphysikalische Aspekte.........................552 1.1.4 Gebäudeplanerische Aspekte...................552 1.2 Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme................................................. 552 2. Rippensystem mit integriertem Hüllpaket................ 554 2.1 Außenwände..................................................... 554 2.1.1 Holzrahmenwände....................................555 2.1.2 Holztafelwände.........................................566 2.1.3 Holzfachwerkwände.................................566 2.1.4 Stahlrahmenwände...................................566 2.1.5 Elementwände.........................................568 2.2 Geneigte Dächer................................................570 2.2.1 Tragwerk...................................................570 2.2.2 Idealtypischer Aufbau............................... 574 2.2.3 Luftdichtheit..............................................575 2.2.4 Belüftung der Dachkonstruktion...............575 2.2.5 Dachdeckung............................................576 2.2.6 Zusatzmaßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung......................................578 2.2.7 Dächer mit Deckung aus Dachziegeln oder Dachsteinen......................................581 2.2.8 Dächer mit Deckung aus Faserzement-Wellplatten..........................598 2.2.9 Dächer mit Deckung aus ebenen Faserzementplatten.....................606 2.2.10 Dächer mit Deckung aus Metall...............610 2.3 Flache Dächer.................................................... 622 2.3.1 Idealtypischer Aufbau...............................622 2.3.2 Ausführungsvarianten...............................623 3. Rippensystem mit Trennung von Hüllpaket und Rippung.............................................................. 626 3.1 Außenwände..................................................... 626 3.1.1 Pfostenfassade.........................................628 3.1.2 Pfosten-Riegel-Fassade............................629 3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural Glazing-Fassade).......................................662 3.2 Geneigte Dächer............................................... 666 3.2.1 Idealtypischer Aufbau...............................666 3.2.2 Ausführungsvarianten...............................670 3.2.3 Anschlüsse...............................................673 3.3 Flache Dächer.................................................... 680 3.3.1 Idealtypischer Aufbau...............................680 3.3.2 Ausführungsvarianten...............................681 4. Zweiachsig gespannte Rippensysteme.................... 688 4.1 Gitter- und Rahmenwände................................ 688 4.2 Dächer und Decken aus Trägerrosten............... 690 4.3 Überdeckungen aus Gitterschalen.................... 692 4.3.1 Konstruktive Ausbildung des Gitters.........692 4.3.2 Herstellung des gekrümmten Schalenstabwerks.....................................694 4.3.3 Herstellung der gekrümmten flächenhaften Abdeckung.........................696 Anmerkungen................................................................. 698 Normen und Richtlinien................................................. 698

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

546

XIII Äußere Hüllen

1. Allgemeines

Das Aufbauprinzip von Rippensystemen wird hinsichtlich verschiedener baurelevanter Funktionen – sowie in deren Zusammenspiel innerhalb des konstruktiven Aufbaus – in verschiedenen Kapiteln diskutiert. Im Folgenden sollen weiterführende Aspekte der Anwendung dieses strukturellen Prinzips auf äußere Hüllbauteile besprochen werden. Zahlreiche leichte Hüllbauteile sind nach dem Rippenprinzip aufgebaut. Zu den ältesten Beispielen zählen Dachkonstruktionen. Auch die meisten Verglasungen folgen in ihrem konstruktiven Aufbau dem Rippenprinzip. Die Zuweisung der Tragfunktion an stabförmige – also nicht flächige – Rippen R einerseits und flächenbildende, leichtere Füll- und Deckelemente H im Fach oder Gefache andererseits ist kennzeichnend für Rippensysteme (2 1 bis 3). Als Füllelemente sollen in diesem Zusammenhang Füllstoffe für die Rippenzwischenräume, zumeist Wärmedämmstoffe, verstanden werden; als Deck- oder Abdeckelemente sollen fortan die vornehmlich dünnen Platten benannt werden, welche das Bauteil ein- oder beidseitig flächig abschließen. Man kann diesen Vorgang der funktionalen Ausdifferenzierung entwicklungsgeschichtlich als eine Art Diskretisierung der – ursprünglich – kontinuierlichen Struktur einer vollwandigen Platte oder Scheibe auffassen (2 4 bis 6). Diese Bauart eröffnet größere Freiheiten bei der Gestaltung der im engeren Sinn flächenbildenden Bauteile, die bei Rippensystemen die Füll- oder Deckelemente im Bereich zwischen den Rippen sind, als dies beispielsweise bei Schalensystemen der Fall ist, da flächenbildende Elemente bei Rippensystemen von einer primären Tragfunktion entbunden sind – im Gegensatz zu solchen bei Schalensystemen.

☞ hinsichtlich Kraftleitung: Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.4 Element aus einachsig gespannten Rippen, S. 605 ff hinsichtlich Thermohygrik: Band 1, Kap. VI-3, Abschn. 3.11 bis 3.13, S. 670 ff hinsichtlich Schallschutz: Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > zweischalige Bauteile, S. 689 ff hinsichtlich Brandschutz: Band 1, Kap. VI5, Abschn. 10.3 Bauteile aus Holz, S. 736 ff und 10.4 Bauteile aus Stahl, S. 744 ff hinsichtlich Aufbau: Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5. Rippensysteme, S. 146 ff

R

1.1

H

Modulare Ordnung der Grundstruktur ☞ Band 1, Kap. II-3 Maßordnung, S. 64 ff

Wie insbesondere gemauerte Schalensysteme aus Ziegelmauerwerk auch, richten sich Rippensysteme, deren Charakter als ein differenziales Gefüge aus Einzelteilen konstruktive Gesichtspunkte maßgeblich bestimmt, in den meisten Fällen nach einer modularen Ordnung. Ein modularer Aufbau ergibt sich bereits aus der rhythmischen Gliederung des Bauteils in zwei unterschiedliche Bereiche: nämlich den Rippenbereich einerseits und den Bereich zwischen den Rippen andererseits, der entweder als Hohlraum verbleibt oder – was der baulichen Praxis eher entspricht – mit einem Füllelement belegt ist. Die mechanischen und bauphysikalischen Eigenschaften dieser beiden Bereiche sind grundsätzlich verschieden und werden uns im Folgenden weiter beschäftigen. Die Zugrundelegung eines immer wiederkehrenden Moduls ergibt sich aus planerischen, konstruktiven wie auch aus herstellungstechnischen Überlegungen. Ein modularer Aufbau findet sich sowohl bei handwerklichen Bauweisen – wie zum Teil für die Holzrippenbauweisen zutreffend – als auch in besonderem Maß für industrielle Bauweisen mit hohem Vorfertigungsgrad. Diese gewissermaßen systembedingte Modularität des Einzelbauteils ist ein charakteristisches Kennzeichen von Rippensystemen und unterscheidet sie

5 Rippensysteme

547

F R

z

D FR

z y

y

x

x

1 Rippensystem mit integrierter Hüllfläche. R Rippe, F Füllelement.

F RD

z

2 Rippensystem mit integrierter Hüllfläche und innenseitig addiertem Aufbau. D Deckelement.

1

y x

2

3 Rippensystem mit integrierter Hüllfläche und außenseitig addiertem Aufbau.

3 D

D

R

R

y

y x

4 Vollwandiges Schalenbauteil.

y x

x

5 Rippenbauteil mit gesondert geformter Rippe R und Deckelement D, stofflich miteinander verbunden.

6 Rippenbauteil mit stofflich getrennter Rippe R und Deckelement D, ggf. aus zwei verschiedenen Werkstoffen.

von Schalensystemen grundsätzlich. Der inhomogene, modulare Aufbau eines Rippenbauteils spielt bei der Einleitung von äußeren Kräften in das Flächenbauteil eine wichtige Rolle. Er macht sich in statischer Hinsicht umso mehr bemerkbar, je dünner das abdeckende Flächenbauteil bzw. Deckelement ist, das die Rippenschar zu einem geschlossenen Flächenbauteil macht. Besonders kritisch stellt sich diese Frage folglich bei Leichtbauweisen, bei denen die Rippen – ein- oder beidseitig – mit dünnen Beplankungen oder Bekleidungen versehen sind. Folgende Fälle unterscheiden sich grundsätzlich voneinander:

Krafteinleitung

1.1.1

548

XIII Äußere Hüllen

• Punktlast auf der Rippe oder Streckenlast entlang der Rippe (Fall A,  7): Dies stellt den günstigsten Fall dar. Dies gilt beispielsweise für die Auflagerung von nichttragenden Trennwänden auf Balkendecken, wenn sie unmittelbar längs auf einem Balken angeordnet sind oder wenn sie – ausreichende Scheibensteifigkeit der Wand vorausgesetzt – quer zu den Balken verläuft und ihre Last effektiv nur punktuell über jeder Rippe abträgt. • Punktlast zwischen Rippen oder Streckenlast parallel zu den Rippen, zu diesen versetzt angeordnet (Fall B,  8): Die Last muss vom Deckelement über Biegung und Querkraftbeanspruchung an benachbarte Rippen abgetragen werden. Dies kann in Abhängigkeit seiner Dicke und Tragfähigkeit sowie auch von der Kraftgröße dazu führen, dass ggf. verstärkende Querrippen einzuführen sind ( 10). Dies kann beispielsweise bei der Auflagerung einer nichttragenden Trennwand parallel zu den Trägern einer Balkendecke der Fall sein.

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 2.1 Ein- und zweiachsiger Lastabtrag, S. 196 ff sowie ebd. Kap. IX-2, Abschn. 2.1.2 Flache Überdeckung aus Stabscharen > Querverteilung von Lasten bei Stabsystemen, S. 290

1.1.2

Ausschnitte und Öffnungen

• Streckenlast quer zu den Rippen oder kontinuierlich verteilte Flächenlast (Fall C,  9): Die Verhältnisse sind vergleichbar mit einer Kombination aus den beiden vorigen Fällen. Die betrachtete Streckenlast ist – gleicher Kraftbetrag vorausgesetzt – in diesem Fall hingegen wesentlich günstiger verteilt, da sie alle Rippen beansprucht. Zur Bedeutung der Querverteilung von Lasten bei Rippensystemen wird auf Kapitel IX-1 und -2 verwiesen. Abweichend von Schalensystemen, bei denen Ausschnitte und Öffnungen, wie sie für den Betrieb eines Gebäudes erforderlich sind, nahezu ohne Einschränkungen am oder im Flächenbauteil angeordnet werden können, stellt die Grundstruktur eines Rippensystems einen modularen Rahmen dar, der für diesen Zweck deutliche geometrische Randbedingungen vorgibt. Sofern die Breite eines Ausschnitts oder einer Öffnung größer ist als der Rippenabstand, muss mindestens eine Rippe unterbrochen werden. Die Last, welche die Rippe entweder axial über Druck oder Zug oder quer zur Achse über Biegung und Querkraft auf die Lagerung zu übertragen hätte, muss umgeleitet und auf benachbarte Rippen, meist die beiden unmittelbar anliegenden, abgetragen werden. Zu diesem Zweck sind Querrippenabschnitte, sogenannte Auswechslungen, erforderlich ( 14, 16). Je nach Lastgröße kann es nötig sein, die zusätzlich belasteten, beidseits der Öffnung anschließenden Rippen zu verstärken. Je mehr Rippenfelder vom Ausschnitt oder von der Öffnung belegt sind, desto mehr Zwischenrippen müssen ausgewechselt werden und desto größer werden die Lastkonzentrationen auf die durchgehenden Seitenrippen der Öffnung sein ( 15). Sofern die an der Öffnung unterbrochene Rippe Axialkräfte

5 Rippensysteme

A

549

C

B

q, f F, q

F, q

y

y

y x

x

x

7 Krafteinleitung: Punktlast F oder Streckenlast q (➝ z) auf Rippe.

8 Krafteinleitung: Punktlast F oder Streckenlast q (➝ z) zwischen Rippen.

9 Krafteinleitung: Streckenlast q (➝  x) quer zu den Rippen oder Flächenlast f auf gesamtes Bauteil verteilt.

F, q

y

Q x

10 Verbesserung des Lastabtrags in Fall B durch eine lokal angeordnete Querrippe Q.

11 (Oben Mitte) Auflagerung einer nichttragenden Trennwand auf einem Deckenbalken (Vertikalschnitt). Die Eigenlast wird unmittelbar an die Rippe (den Balken) abgegeben. 12 (Oben rechts) Auswechslung von Deckenbalken an einem Kamin (Horizontalschnitt). In der unteren Lösung werden die Kamine getrennt und auseinandergerückt, um einen Balken durch­laufen zu lassen und somit die Spannweite der Auswechslung zu verringern. 13 (Rechts) Historische Darstellung einer herkömmlichen Holzbalkenlage. Im Bereich der Treppe sind die Deckenbalken (l) zu unterbrechen. Sie werden auf einer Auswechslung A1 aufgelagert. Die Balken g werden nicht bis an den Kamin herangeführt (Hitze!), sondern werden davor auf einer Auswechslung A2 aufgelegt, die ihrerseits zwischen der Außenmauer und dem benachbarten Balken spannt. In analoger Weise wird der Deckenbalken im Bereich des linken Kamins auf der Auswechslung A3 aufgelagert.

A1 A2

A2

A3

550

XIII Äußere Hüllen

F F

F

6 5

6 5

4

4

3

3

2

2

1

1

W

W

R2

R2 z

z

y

R1

x

y

R1

x

14 Öffnung über zwei Rippenfelder. Die Rippe 4 wird unterbrochen. Die hier angenommene axiale Last F wird mithilfe der Auswechslung W durch Biegung auf die benachbarten Rippen 3 und 5 verteilt.

15 Öffnung über drei Rippenfelder. Die Rippen 3 und 4 werden unterbrochen. Die hier angenommenen axialen Lasten F auf diesen Rippen werden mithilfe der Auswechslung W auf die benachbarten Rippen 2 und 5 verteilt.

F

R2

F

6 5

R1

4

G

4 3

6 5

3 2

2

1

q

1

W

W1 W2

R’2

q

R’1 z

y x

16 Öffnung über zwei Rippenfelder. Die Rippe 4 wird unterbrochen. Die hier angenommene quer zur Rippe verlaufende Streckenlast q auf diese Rippe wird mithilfe der Auswechslungen W1 und W2 auf die benachbarten Rippen 3 und 5 verteilt.

R2 z

y x

R1

17 Alternative zur Auswechslung in  15: Ausbildung eines wandartigen Trägers durch schubfesten Verbund zwischen Rippenabschnitten und Beplankung und Einführung eines zusätzlichen Gurts G, der im Regelfall identisch mit der abschließenden Randrippe des Elements ist. Es steht dann eine deutlich größere statische Höhe zur Verfügung. Der Gurt W wird dadurch entlastet: Er wirkt nicht mehr als Biegeträger (wie in  15), sondern als – schlankerer – Zuggurt.

5 Rippensysteme

(Druck/Zug) übertragen muss (wie in  14 und 15), lässt sich die Beplankung des Rippenelements zur Lastabtragung heranziehen. Rippe und Beplankung lassen sich bei schubfestem Verbund als wandartiger Träger ausbilden, der eine deutlich größere statische Höhe aufweist als die Auswechslung für sich alleine ( 17). An Kanten von Öffnungen entstehen ähnliche Verhältnisse wie an Bauteilrändern. Bei sehr dünnen Decklagen kann es dort deshalb erforderlich sein, analog zu abschließenden Randrippen, ebenfalls Querrippen einzuführen, um die ansonsten freien Ränder der Decklage zu versteifen. Dies ist beispielsweise bei Holzrahmenelementen oder Holztafeln der Fall. Baupraktische Beispiele für Auswechslungen in Rippenbauteilen sind Treppenöffnungen in Balkendecken oder Dachfensteröffnungen in Sparrenlagen bei Steildächern ( 18).

551

☞ Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände > Ausführung der Beplankung, S. 556

18 Auswechslung durch Querbalken (d) an der Deckenöffnung sowie auch durch Grat- und Kehlsparren (f) – jedoch ohne im letzteren Fall die Last auf benachbrate Balken abzugeben.

552

1.1.3

XIII Äußere Hüllen

Bauphysikalische Aspekte

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.3 Rippensystem mit integrierter Hüllkonstruktion, S. 148 ff

1.1.4

1.2

Wesentlich für die Wärmedämmung eines Rippenbauteils ist die Lage des Dämm- bzw. Hüllpakets bezüglich der Rippenschar. Einen Einfluss hat die Rippenstruktur nur dann, wenn Dämmung und Rippung in der gleichen Ebene integriert sind, sodass sich eine unstetige Verteilung der Wärmeleitfähigkeit ergibt. Detaillierte Überlegungen zu dieser Frage sowie auch zu bauakustischen Gesichtspunkten finden sich in Kapitel VIII. Auf weitere konstruktive Auswirkungen wird in den folgenden Abschnitten näher eingegangen.

Gebäudeplanerische Aspekte

Überlegungen zur modularen Ordnung von Rippensystemen spielen auch bei der Gebäudeplanung deshalb eine besonders große Rolle, weil die Anschlüsse – wie beispielsweise von Trennwänden – an ein Hüllbauteil in Rippenbauweise zumeist nur an den Rippen selbst möglich sind (2 21). In den Feldern dazwischen ist ein Anschluss nur dann realisierbar, wenn die Deckfläche entsprechende Tragfähigkeit aufweist, was der konstruktiven Logik der Aufteilung der Konstruktion in tragende Rippen und getragene, dazwischen spannende, vergleichsweise dünne Deckflächen im Wesentlichen zuwiderläuft, bzw. was mit aufwendigeren Überbrückungskonstruktionen zu bewältigen ist. Beim Sonderfall der verglasten Rippenhülle ist der Anschluss im Zwischenfeld naturgemäß grundsätzlich ausgeschlossen. Zwar kann auch bei gemauerten Hüllkonstruktionen der Fall eintreten, dass bei Trennwandanschlüssen die modulare Ordnung des Mauerverbands zu berücksichtigen ist, z. B. wenn man eine Verzahnung zwischen den anschließenden Wänden bei gleichzeitigem Aufmauern ausführen möchte (2 20). Dennoch tritt dies in der Praxis selten auf. Ist dies nicht beabsichtigt, ist bei Schalensystemen grundsätzlich praktisch an jedem beliebigen Ort ein Anschluss möglich (2 19). Anders bei Rippensystemen: Je größer das Feld zwischen zwei benachbarten Rippen wird, desto stärker ist der Raster der möglichen Lagen anschließender Hüllteile eingeschränkt. Insbesondere bei großflächig verglasten Hüllen ist deshalb der modulare Aufbau des Rippensystems mit den gewünschten möglichen Trennwandlagen sorgfältig abzustimmen. Im Folgenden sollen einige grundsätzliche modulare Verhältnisse bei Rippensystemen geklärt werden.

Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme

Grundlegende Überlegungen zu ein- und mehrachsig spannenden Rippenbauteilen finden sich in Kapitel VIII. Baupraktische Bedeutung besitzen vor allem einachsig spannende Rippensysteme. Sie stehen in diesem Kapitel deshalb im Vordergrund der Betrachtung und sollen in den Abschnitten 2 und 3 näher untersucht werden. Gesichtspunkte der Kraftleitung bei zweiachsig spannenden Rippenbauteilen finden sich in den Kapiteln VI-2 und IX-2. Dies sind in ihrer baulichen Anwendung insbesondere Trägerroste für Decken und flache Dächer sowie auch Gitterschalen. Sie stellen wegen ihrer Seltenheit eher einen

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.2 Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme, S. 146 f ☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.5 Element aus zwei- oder mehrachsig gespannten Rippen, S. 620 ff sowie Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3. Ungerichtete Systeme, S. 328 ff

5 Rippensysteme

553

Spezialfall dar und sollen im Abschnitt 4 in ihren wichtigsten Merkmalen gesondert behandelt werden.

S

T

y x

19 Nicht modularisierter Anschluss einer Trennwand T an ein Schalensystem S an beliebiger Stelle.

S

T

y x

20 Modularisierter Anschluss einer Trennwand T an ein Schalensystem S bei gegenseitiger Verzahnung des Mauerverbands.

D

R

T

y x

21 Modularisierter Anschluss einer Trennwand T an ein Rippensystem R/D in Rippenachse (D: Deckelement).

554

2.

XIII Äußere Hüllen

Rippensystem mit integriertem Hüllpaket ☞ Grundsatzüberlegungen hierzu vgl. Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.3 Rippensysteme mit integrierter Hüllkonstruktion, S. 148 ff.

Die tragenden Rippen und das raumabschließende Schichtenpaket der Hüllfläche – dieses soll fortan vereinfachend als Hüllpaket bezeichnet werden – sind bei dieser Variante in der gleichen Ebene integriert (2 1). Ein wesentlicher Vorteil der Integration bzw. räumlichen Verschränkung beider Elemente ist die Einsparung an Konstruktionsdicke oder -höhe (➝ x) sowie die Schaffung ebener, unprofilierter Begrenzungsflächen am Bauteil (Ebenen yz). Konstruktiv muss die vom Prinzip her angelegte Inhomogenität aus dem Wechsel der jeweils tragenden oder ausfachenden Hüllenbereiche (➝ y) gelöst werden, insbesondere weil zumeist die Rippen eine geringere Dämmfähigkeit aufweisen als der Rest der Hülle, und folglich eine – zumindest relative – Wärmebrücke darstellen. Oftmals führt dies zur Addition einer zusätzlichen Schicht oder eines Schichtenpakets, das die gesamte Konstruktion innen- oder außenseitig (2 2, 3) überzieht und diese Wärmebrücke neutralisiert. Diesem Prinzip entsprechen die folgenden äußeren Hüllkonstruktionen: • Außenwände – Rahmen- oder Fachwerkwände in Holz oder Stahl sowie Elementwände; • geneigte Dächer – herkömmliche geneigte Dachkonstruktionen mit ausgefülltem Sparrenzwischenraum; • flache Dächer – Flachdachkonstruktionen aus Balkenlagen, insbesondere Holzkonstruktionen; • Gitterschalen.

2.1 Außenwände

☞ Abschn. 3., S. 626 ff

Außenwände aus Rippenelementen mit integriertem Hüllpaket stellen ein Beispiel dar für die getrennte Funktionszuweisung an einzelne spezialisierte Bauteile: in diesem Fall an eine tragende und versteifende Rippe und an ein wärmedämmendes Gefache. Den Vorteilen der funktionalen Trennung, also der erhöhten Leistungsfähigkeit des Elements bezogen auf seine Einzelaufgabe, stehen auch Nachteile des räumlichen Zusammentreffens funktional unterschiedlich besetzter Teile entgegen: Dämmstärken und Rippenquerschnittshöhen stehen im Hüllpaket in gegenseitiger Abhängigkeit; Rippen stellen im Gesamthüllpaket ausnahmslos eine Wärmebrücke dar. Dieser letztgenannte Nachteil relativiert sich im Holzbau aufgrund der günstigen Wärmeleitung von Holz verhältnismäßig stark, weshalb Außenwände aus Holz häufig in Rippenbauweise hergestellt werden. Indessen sind derartige Außenwände in Stahl selten. Diesen Konflikten aus der räumlichen Integration von Rippe und Hüllpaket gehen die Rippensysteme mit konsequenter räumlicher Trennung zwischen beiden aus dem Weg. In dieser Variante werden sie in Abschnitt 3 behandelt.

5 Rippensysteme

555

Holzrahmenwände sind rechteckige Tafeln mit einem Grundgerüst aus lotrechten, in regelmäßigen Abständen angeordneten Rippen, inklusive horizontaler Kopf- und Fußrippe, das ein- oder beidseitig mit Holz- oder Gipswerkstoffplatten bekleidet ist (2 22). Durch das statische Zusammenwirken von Rippung und Beplankung, wie an anderer Stelle beschrieben, erhält die Wandtafel die erforderliche Tragfähigkeit in Form einer Scheibe, einer Platte oder einer Kombination beider. Wandtafeln, die vorwiegend scheibenartig beansprucht werden, müssen an allen Rändern durch Randrippen begrenzt sein. Das tragende Grundelement der Wandtafel lässt sich zur Erfüllung weiterer Funktionen, insbesondere bauphysikalischer Teilfunktionen der Außenwand wie Wärme- oder Feuchteschutz, mit verschiedenen zusätzlichen Schichten oder Stabscharen ergänzen (2 23). ar

KR

SR

& DIN 1052-10, 6.7 & DIN EN 1995-1-1, 9.1.2 sowie DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 9.1.2 ☞ Zum konstruktiven Prinzip des Rahmenbaus vgl. Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.4 Element aus einachsig gespannten Rippen, S. 605 ff. ☞ Zur Bauweise des Holzrahmenbaus vgl. Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.4 Holzrippen-, Holzrahmenbau, S. 513 ff.

P

IR

RR

Q

Q 5

z x

z

2.1.1

Holzrahmenwände

(4)

3

(2)

1 Q

Q

FR R

x

22 (Oben) Prinzipielle Struktur einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit ihren wesentlichen Bestandteilen in Seitenansicht. ar Rippenabstand KR Kopfrippe IR Innenrippe SR Stoßrippe, Rippe, auf welcher zwei angrenzende Platten P gestoßen werden RR Randrippe FR Fußrippe P Platte (Beplankung), ein- oder beidseitig, hier geschosshoch 23 (Rechts) Prinzipieller Aufbau einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit ihren wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Horizontal- und Vertikalschnitt. 1 Wetterschale (notwendig) 2 außenliegende Dämmebene, Querstablage (Q) (optional) 3 mittlere Dämmebene, Hauptrippenlage (R) (notwendig), entspricht dem Grundelement der Wandtafel 4 innere Dämmebene, Querstablage (Q) (optional) 5 innere Beplankung (notwendig)

DS 5

(4)

3

(2)

1

B R

y

DOF

x

23 (weiter) Es sind zwei alternative Lagen der Dampfbremse/-sper­re bzw. Luftdichtheitsschicht möglich (DS). Ihre diffusionshemmende/-sperrende und luftdichtende Wirkung kann alternativ auch von der inneren Beplankung (5 oder B innen) übernommen werden. Die versteifende Beplankung lässt sich einfach oder doppelt ausführen. Mögliche Lagen sind mit B gekennzeichnet. An der inneren Grenzfläche der Wetterschale kann ggf. eine diffusionsoffene Folie DOF verlegt werden. Innen- und außenliegende Dämmebenen (2 und 4) lassen sich auch ohne Unterkonstruktion (Querstablagen Q) ausführen.

556

XIII Äußere Hüllen

Ausführung der Beplankung & DIN EN 1995-1-1, 9.1.2 sowie DIN EN 1995-1-1/NA, NCI zu 9.1.2

Die aus Platten bestehende Beplankung wird längs zur Rippenschar aufgebracht und jeweils auf einer Rippe gestoßen. Freie Plattenränder an Stößen sind bei Wandtafeln nicht zulässig und müssen durch untergelegte Stoßhölzer schubsteif ausgebildet werden (2 24 bis 27). Es ist pro Geschoss nur ein horizontal verlaufender Plattenstoß möglich. Die Abstände der Verbindungsmittel (av) sind an allen Plattenrändern über Rippen oder Stoßhölzern konstant. Druck- oder biegebeanspruchte Rippen gelten als in Tafelebene ausreichend gegen Kippen und gegen Knicken gesichert, wenn sie mit einer beidseitigen aussteifenden Beplankung kontinuierlich verbunden sind und der Rippenabstand ar nicht größer als das 50fache der Beplankungsdicke ist. Dies gilt auch für Rippen mit einer einseitigen aussteifenden Beplankung, sofern sie mit Rechteckquerschnitt und einem Seitenverhältnis von h/b ≤ 4 ausgeführt werden. Eine kontinuierliche Verbindung von Beplankung und Rippen besteht dann, wenn der Abstand der Verbindungsmittel av entlang der Plattenränder folgende Werte nicht überschreitet: • Nägel und Klammern: 150 mm; • Schrauben: 200 mm. In anderen Bereichen darf der Abstand höchstens 300 mm betragen. Eine Beplankung lässt sich auch als diagonale Brettschalung ausführen. Die Brettschalung muss im Bereich der ganzen Tafel mit den gleichen Anschlüssen und Materialien hergestellt werden, wobei jedes Brett durch mindestens zwei Verbindungsmittel je Anschlusspunkt mit den Rippen zu verbinden ist. Die Randrippen müssen in den Ecken zugund druckfest verbunden werden. Beplankungen und Rippen lassen sich auch miteinander verkleben.

Ecken

Aus geometrischen Gründen ist bei der Eckausbildung zwischen zwei Wandtafeln zum Zweck der Befestigung aller dort anstoßenden Beplankungstafeln eine Zusatzrippe einzuführen (2 29).

Idealtypischer Aufbau

Grundlegender Bestandteil einer Außenwand in Holzrippenbauweise ist die Wandtafel aus Rippen und Beplankung (2 23, Paket 3). Die Zwischenräume zwischen den Rippen werden mit Wärmedämmung ausgefüllt, den heutigen Dämmstandards entsprechend und bei üblichen statisch erforderlichen Rippendimensionen, in ihrer vollen Dicke. Für einen erhöhten Wärmeschutz lässt sich innenseitig wie auch außenseitig (bzw. beidseitig) eine Zusatzlattung anbringen, deren Zwischenräume ebenfalls mit Dämmstoff gefüllt werden. Ist sie als horizontale Querlattung verlegt, wird nicht nur die Dämmstärke des Gesamtpakets erhöht, sondern auch die (relative) Wärmebrücke der Rippe neutralisiert.

5 Rippensysteme

557

ar

SH

ar

SH

SH

SR

SR

z

z

x

x

24 Nicht geschosshohe Beplankung einer Holzrahmenwand mit längs zur Rippung (➝ z) verlegten Platten. Die Stöße in Längsrichtung (➝ z), die ihrerseits in ➝ x verlaufen und hier zueinander versetzt ausgeführt sind, erfordern Stoßhölzer SH.

y

25 Nicht geschosshohe Beplankung mit längs zur Rippung (➝ z) verlegten Platten ohne gegenseitigen Versatz.

y

SH

P

IR

x

x

av

av

z

26 Ausführung eines Plattenstoßes über einer Stoßrippe SR; Abstand der Verbindungsmittel av.1 27 Ausführung eines Plattenstoßes über einem Stoßholz SH beiderseits einer Innenrippe IR.2

z x

x

RR 1

RR 2

P

ZR WT 1

RR 1

WT 2

28 Zwei mögliche Ausführungen eines Wandtafelstoßes mit zwei anstoßenden Randrippen RR. 3 jeweils durch Übergreifung einer Platte über die benachbarte Randrippe (oben) oder durch Querverbindung V der anstoßenden Randrippen (unten). Es ist stets der Schubfluss zwischen den Tafeln zu gewährleisten.

V RR 2

RR 1

y x

RR 2

29 Eckausbildung bei zwei anstoßenden Wandtafeln. Neben den regulären Randrippen RR ist eine Zusatzrippe ZR erforderlich, um die Platte P befestigen zu können.

558

XIII Äußere Hüllen

Legende für die rechte Seite: 1 innere Beplankung 2 Querlattung, Gefache gedämmt oder ungedämmt 3 Dampfbremse/-sperre, Winddichtung 4 Wärmedämmung im Rippengefache 5 Rippe 6 äußere Beplankung des Gerippes, diffusionsoffen 7 Querlattung, Gefache gedämmt 8 Konterlattung, vertikal 9 Querlattung 10 Ausklinkung in der Querlatte, Durchlüftungsöffnung 11 belüftete Luftschicht, Hinterlüftung 12 Deckleistenschalung, vertikal (Wetterschale)

& Zur Schlagregenbeanspruchung von Vorhangfassaden vgl. DIN EN 12155.

Luftdichtheit & Vgl. hierzu die Empfehlungen der DIN 4108-7. & Vgl. hierzu DIN 4108-3, 7. & Zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit ausgeführter Gebäude siehe DIN EN ISO 9972.

☞ Kap. XI, Abschn. 3. Entwurflich-konzeptionelle Maßnahmen, S. 12 f

Innenseitig lässt sich eine Dampfbremse oder -sperre, die gleichzeitig im Regelfall auch eine Winddichtfunktion erfüllt, unter der inneren Beplankung anbringen (Paket 1) oder auch alternativ an der Grenzfläche zwischen Paket 2 und 3, sodass im Paket 2 Installationen geführt werden können, ohne die Folie durchdringen zu müssen. Es ist darauf zu achten, dass die Folie nicht in der Tauwasserzone der Konstruktion zum Liegen kommt, was die richtige Dickenrelation zwischen der Dämmschicht im Paket 2 und dem restlichen Dämmpaket voraussetzt. Außenseitig ist der Wandaufbau mittels einer Wetterschale gegen die Witterung zu schützen. Diese lässt sich mit oder ohne Hinterlüftung ausführen, wobei sich letztere Lösung bei starker Schlagregenbeanspruchung empfiehlt. Bei fehlender Hinterlüftung ist ggf. der Wandkern an der Grenzfläche zwischen den Paketen 4 und 5 (bzw. 3 und 5) mithilfe einer diffusionsoffenen Folie oder Platte zusätzlich gegen Feuchte zu schützen. Größere Dämmstärken, wie sie beispielsweise im Passivhausbau erforderlich sind, lassen sich alternativ auch durch Verwendung von zusammengesetzten Rippenprofilen mit größeren Tiefen realisieren (vgl. 2 42, 43). Holzrahmenwände sind luftdicht auszuführen. Im Regelfall wird die Luftdichtfunktion von der Dampfbrems-/-sperrfolie übernommen, oftmals aber auch durch die innere Beplankung. Auf eine fachgerechte Ausführung der Anschlüsse und Übergänge ist sorgfältig zu achten. Undichtheiten gefährden die Holzkonstruktion durch Feuchtebelastung von innen, mindern den Wärmeschutz einer Holzrahmenwand empfindlich und beeinträchtigen die Behaglichkeit in den Innenräumen. Darüber hinaus mindern sie die Leistungsfähigkeit von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung, wie sie insbesondere in hochgedämmten Holzrippenbauten installiert werden, empfindlich. Eine adäquate Luftdichtheit der Konstruktion ist ein bestimmendes Kriterium bei der Planung und Ausführung von Holzrippenwänden. Fugen stellen in dichttechnischer Hinsicht einen Nachteil der aus zahlreichen Einzelteilen differenzial gefügten Rippenwände dar gegenüber den integral oder integrierend hergestellten, oftmals von sich aus luftdichten Schalenbauteilen. Im Sinn wie in Kapitel XI beschrieben, wird deshalb bereits bei der Planung die Zahl der Anschlüsse und Durchdringungen auf das notwendige Mindestmaß reduziert. Dies gilt in besonderem Maß für Holztafelbauten mit hohem Vorfertigungsgrad, bei denen großformatige Elemente auf der Baustelle nur noch an den – möglichst wenigen – Elementstößen abzudichten sind. Luftdichtheitsschichten bzw. Windsperren sind vorzugsweise auf der Raumseite von Dämmung und Rippenkonstruktion anzuordnen, sodass verhindert werden kann, dass (feuchte) Raumluft in die Konstruktion eindringt. Da sich diese Zielsetzung mit der einer Dampfbremse/-sperre deckt,

5 Rippensysteme

1

559

2

5

3

6

4

10 9

1

y

100 mm

30 Typischer Wandaufbau einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit innenseitig aufgedoppelter Dämmschicht (Schicht 2, mögliche Installationsebene) und Wetterschale aus einer Deckleistenschalung auf Horizontallattung, hier nicht hinterlüftet dargestellt (geringe bis mäßige Schlagregenbeanspruchung vorausgesetzt).

1

5

y x

3

2

6

M 1:10

6

12

M 1:10 0

y

8

3

2

7

5

4

11

9

12

M 1:10

100 mm

32 Wandaufbau mit innen- und außenseitig addiertem Dämmpaket mit Querlattung.

100 mm

31 Wandaufbau einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit außenseitig aufgedoppelter Dämmschicht. Innenseitig Querlattung zur Installationsverlegung (Schicht 2).

1

9

12

0

x

4

10 7

9

10 7

y

M 1:10 0

x

6

5

12

4

3

2

0

100 mm

x

33 Wandaufbau mit zusätzlicher Konterlattung (8) zur Schaffung einer Hinterlüftung (11) der Wetterschale (bei hoher Schlagregenbeanspruchung).

werden beide Funktionen, wie erwähnt, oftmals durch die gleiche Folie oder Bahn umgesetzt. Alternativ lässt sich für die Aufgabe der Winddichtung auch die innere Beplankung heranziehen (vgl. Beispiel in 2 44, 45). Zu diesem Zweck sind die Stöße entsprechend fachgerecht abzudichten.

560

XIII Äußere Hüllen

Wetterschale & DIN EN 335 & DIN 68800-1, 5.2.2

& DIN 68800-2, 5.2.1.2, dort auch weitere Details

Die Hauptaufgabe der Wetterschale (Paket 5 in 2 23) ist der Regen- bzw. Schlagregenschutz der Konstruktion. Sie ist in verschiedenen Ausführungen realisierbar. Grundsätzlich ist eine Wetterschale aus Holz nach Norm hinsichtlich des Holzschutzes in die Gefährdungsklasse 3 einzustufen und der Wandaufbau insgesamt in die Gefährdungsklasse 2. Beide sind folglich mit chemischem Holzschutz auszuführen. Der Wandquerschnitt darf nach Norm unter bestimmten konstruktiven Voraussetzungen zur Gefährdungsklasse 0 (kein chemischer Holzschutz) gezählt werden, sofern eine der folgenden Ausführungen der Wetterschale gewählt wird: • vorgehängte Bekleidung auf lotrechter Lattung (2 36, 37) oder auf waagrechter Lattung mit Konterlattung (2 38, 39); Hohlraum zwischen Wand und Bekleidung belüftet; • vorgehängte Bekleidung auf waagrechter Lattung, Hohlraum nicht belüftet, wasserableitende Schicht mit diffusionsäquivalenter Luftschichtdicke sd ≤ 0,2 m auf der äußeren Wandbekleidung oder -beplankung (2 40, 41); • kleinformatige Außenwandbekleidung, z. B. Bretter, Schindeln, Schiefer auf waagrechter oder senkrechter Lattung mit dahinterliegender wasserableitender Schicht; Hohlraum (d ≥ 20 mm) zwischen Wand und Bekleidung nicht belüftet; • verdeckt auf Holzständern befestigte Blockbohlenbekleidung (d ≥ 50 mm), Tropfkante und mindestens doppelter Nut-Feder oder vergleichbarer Verbindung; • offene Außenwandbekleidung auf senkrechter Lattung mit dahinterliegender dauerhaft wirksamer, wasserableitender und UV-beständiger Schicht;

y

M 1:10

0

x

100 mm

• Wärmedämmverbundsystem oder Putzträgerplatten, mit bauafsichtlichem Verwendbarkeitsnachweis (vgl. Ausführung in 2 45); • Holzwolleleichtbauplatten nach DIN EN 13168, mit raumseitig angeordneter wasserableitender Schicht (sd ≤ 0,3 m) und wasserabweisendem Außenputz nach DIN 18550-1; • Mauerwerkvorsatzschale mit mindestens 40 mm dicker Luftschicht und Lüftungsöffnungen nach DIN EN 1996-2; auf der äußeren Wandbekleidung oder -beplankung: •• wasserableitende Schicht (sd ≤ 0,3 m bis 1,0 m) oder

y M 1:10

x

0

100 mm

34, 35 Ausführung der Außen- und Innenecke des Wandaufbaus nach  30.

•• Hartschaumplatten nach DIN EN 13163, Mindestdicke 30 mm, oder

5 Rippensysteme

561

•• mineralischer Faserdämmstoff nach DIN EN 13162, Mindestdicke 40 mm, mit außenliegender, wasserableitender Schicht mit sd ≤ 0,3 m oder •• Dämmstoff, dessen Verwendbarkeit durch einen bauaufsichtlichen Nachweis belegt ist.

M 1:10

0

M 1:10

0

100 mm

50 mm

ST

KL/HL

y

KL

HL

36, 37 Ausführung der Wetterschale mit Hinterlüftung aus horizontal verlegter Stulpschalung (ST), mit Konterlattung (KL)/ Hinterlüftung (HL).

z

ST

x

x

M 1:10

0

M 1:10

0

100 mm

50 mm

Sch

QL HL/KL y

HL

KL

QL

Sch

38, 39 Ausführung der Wetterschale aus Schin­deln (Sch), mit Konterlattung (KL) und Querlattung (QL), sodass eine Hinterlüftung (HL) entsteht.

z x

x

M 1:10

0

M 1:10

0

100 mm

50 mm

Sch

DOF y

DOF x

QL

Sch

QL

z x

40, 41 Ausführung der Wetterschale ohne Hinterlüftung aus versetzt angeordneten Brettern (Sch), mit waagrechter Lattung (QL) und wasserableitender, diffusionsoffener Folie (DOF) als zusätzlicher Feuchteschutz.

562

XIII Äußere Hüllen

& DIN 4108-3, 6.

Regelanschlüsse

Durch diese Maßnahmen soll ein zuverlässiger Schutz des Wandaufbaus vor Feuchte von außen garantiert werden. Darüber hinaus sind die Anforderungen zur Schlagregensicherheit in der Norm zu berücksichtigen. Die Wetterhaut ist die exponierte äußere Haut der Wandkonstruktion. Sie ist für den Feuchteschutz des Wandaufbaus maßgeblich und bestimmt darüber hinaus das Erscheinungsbild des Bauwerks nachhaltig. Aus der Sicht des Holzschutzes ist eine Wetterhaut aus Holz vorzugsweise durch Dachüberstände gegen direkte Bewitterung und Sonneneinstrahlung zu schützen. 2 42 und 43 zeigen Beispiele für die Sockelausbildung und den Deckenanschluss bei einer Außenwand in Holzrahmenbauweise. Folgende Punkte verdienen besondere Aufmerksamkeit: • Schwellen und Rähmhölzer werden im Holzrahmenbau grundsätzlich mindestens als Doppelprofil ausgebildet. Stöße und Ecken werden durch Überlappung der beiden Querschnitte kraftschlüssig verbunden. Zusätzlich kann am Fußpunkt ein drittes Schwellholz eingeführt werden, wenn eine größere Raumhöhe erwünscht ist – Wandtafelhöhe gleich Plattenmaß ohne Verschnitt vorausgesetzt – oder bei hohen Fußbodenaufbauten. • Wandtafeln werden im modernen Holzrahmenbau geschosshoch ausgeführt. Die Decke lagert auf dem Rähmholz einer Wandtafel auf. Die darüberliegende Wandtafel wird auf der Decke aufgesetzt (Platform-Bauweise). Es werden im Regelfall Überlappungen der Beplankung analog zu 2 28 vorgesehen, um den Schubfluss der Wandscheibe über den Stoß hinweg zu gewährleisten.

& DIN 4108-7, 5., Bild 3

• Die kombinierte Dampfbremse/-sperre und Winddichtung wird gemäß Norm vorzugsweise kontinuierlich über den Deckenanschluss geführt. Zu diesem Zweck wird ein Lappen am Stirnholz angebracht, der anschließend mit der Sperrfolie der angrenzenden Wandtafeln luft- und dampfdicht verklebt wird. • Alle in Kontakt mit Massivbauteilen stehenden Holzbauteile sind mittels dazwischengelegter Sperrbahnen vor Feuchte zu schützen.

5 Rippensysteme

563

4 10 7

4 10

9

8

7

6

9

8

1

1

13

13

3

3

5

5

2

2

11 12

11

M 1:10

12

M 1:10 100 mm

0

z

0

100 mm

x

4 10 7

8

4

10

9 14 7

1

8

9 1

z x

15 13 14

42 Sockelbereich und Deckenanschluss einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit Aufbau gemäß  30.

43 Sockelbereich und Deckenanschluss einer Außenwand in hochgedämmter Holzrippenbauweise mit Aufbau gemäß  33, Keller beheizt. Ausbildung der Deckenstirn je nach Dämmstärkenverhältnis ggf. wie in  42 zusätzlich gedämmt.

1 Schwellholz 2 Rähmholz 3 Stirnholz 4 Dampfbremse/-sperre und Windsperre 5 Folienstreifen an der Stirnfläche der Decke (Dampfbremse/-sperre und Windsperre) 6 diffusionsoffene, Wasser abweisende Folie 7 Fußbodenbelag 8 Trockenestrich aus zwei Lagen Verlegeplatten

9 Trittschalldämmung 10 Sockelleiste 11 Dämmstoff zur Hohlraumdämpfung der Decke, vollständige Füllung zur Ausschaltung von Luftschallbrücken 12 Unterdecke 13 Abtropfblech 14 Sperrbahn 15 Perimeterdämmung aus geschlossenzelligem Hartschaum

564

XIII Äußere Hüllen

Hochgedämmte Außenwände

Mögliche Ausführungen von hochgedämmten Außenwänden in Holzrahmenbauweise entsprechend dem Passivhausstandard sind beispielhaft in 2 44 und 45 dargestellt. Die bei herkömmlichen Holzrahmenwänden übliche Vollholzrippe wird bei diesen Beispielen durch zusammengesetzte Querschnitte aus Vollholzgurten und Stegen aus Holzwerkstoffplatten ersetzt. Dadurch wird gleichzeitig die Bautiefe des Wandpakets zum Zweck der Vergrößerung der Dämmstärken deutlich erhöht und die Rippe dennoch materialsparend ausgeführt. Eine Verminderung des Wärmebrückeneffekts erzielt man mit diesen Ausführungen durch die gegenüber einer Vollholzrippe deutlich verkleinerte wärmeleitende Querschnittsfläche der Rippenstege aus Holzwerkstoffplatten. Bei der Ausführung in  45 wird die Wärmebrücke der Rippe zusätzlich durch innen- und außenliegende aufgedoppelte Wärmedämmschichten (2 und 12) minimiert bzw. effektiv ausgeschaltet. Die Luftdichtheit der Konstruktion und die Ausschaltung oder Minimierung von Wärmebrücken an Anschlüssen und Übergängen (vgl. Details in  46, 47) spielen bei dieser Art von hochdämmender Bauweise eine besonders wichtige Rolle.

Legende für die rechte Seite: 1 innerer Abschluss, z. B. GK-Platte 2 Querlattung, Gefache wärmegedämmt 3 innere Beplankung des Ständerwerks Wärmedämmung 4 5 Doppel-T-Rippe 6 äußere Beplankung des Ständerwerks, diffusionsoffen 7 Konterlattung 8 belüftete Luftschicht, Hinterlüftung 9 Querlattung 10 Wetterschale 11 Boxrippe 12 Putzträgerplatte, z. B. Holzwolleleichtbauplatte 13 Verputz 14 Trockenestrich 15 Trittschalldämmung 16 Sperrbahn 17 Dichtstreifen für Luftdichtheit 18 Bodenplatte aus Stahlbeton 19 Perimeterdämmung aus geschlossenzelligem Hartschaum 20 Kiespackung

5 Rippensysteme

1

5

7

565

3

6

1

4

8

10

9

y

M 1:10

y

0

11

3

12

M 1:20 100

14 15

0

16 14 15

16 18 17

100 mm

45 Wandaufbau einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit erhöhtem Wärmeschutz. Kastenförmige zusammengesetzte Rippenprofile (Boxträger). Dampfbremse/Windsperre wie in  44, außenseitig Putz auf Putzträgerplatte

M 1:20 200 mm

13 0

x

44 Wandaufbau einer Außenwand in Holzrippenbauweise mit erhöhtem Wärmeschutz. Zusammengesetzte Doppel-T-Rippenprofile mit 360 mm Tiefe. Dampfbrems- und Winddichtfunktion hier durch innere Beplankung.

4

M 1:10

100 mm

x

0

2

100

200 mm

4

17

11

11

z x

16 19

19 20

z x

46 Sockelausbildung der Außenwand gemäß  45 (hier Wetterschale aus Deckleistenschalung) ohne Unterkellerung. Sohle auf Dämmschicht betoniert.

47 Sockelausbildung der Außenwand wie in  46, jedoch über unbeheiztem Keller, Passivhausstandard. Zur besseren Abdämmung des Sockels ist eine zusätzliche Perimeterdämmung vorgesehen.

566

XIII Äußere Hüllen

2.1.2 Holztafelwände ☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.5 Holztafelbau, S. 519 ff ☞ Zu Flachdach- und Deckenelementen vgl. auch Kap. XIV-2, Abschn. 6.1.4 Holztafeldecke, S. 958. ☞ a Kap. XIII-3, Abschn. 2.1.2 Außenwände mit leichter Wetterhaut, S. 464 ff insbesondere  75 bis 78, S. 468 f

Holztafelwände in Rippenbauweise basieren auf dem gleichen Konstruktionsprinzip wie Holzrahmenwände, zeichnen sich aber durch einen hohen Vorfertigungsgrad aus. Es werden komplette Wand- und Deckentafeln weitestgehend vorgefertigt, ebenfalls Flachdachtafeln. Wesentlich seltener werden jedoch geneigte Dächer in dieser Bauart ausgeführt; hier überwiegen herkömmliche Dachkonstruktionen. Dabei besteht oftmals das Bestreben, Elemente gerade so groß vorzufertigen, dass sie noch transportabel sind, mit dem Ziel, Anschlüsse und Montagearbeiten auf der Baustelle soweit wie möglich zu reduzieren. Kennzeichnend für die Elementbauweisen des Holztafelbaus sind die Elementstöße, bei denen stets zwei Randhölzer aufeinanderstoßen, jeweils eines pro Element. Über diese Stöße hinweg ist bei aussteifenden Wandscheiben der Schubfluss herzustellen (vgl. 2 28) sowie eine adäquate Luft- und Dampfdichtheit durch sorgfältige Abdichtung. 2 48 und 49 zeigen Beispiele für Holztafelbauten in Rippenbauweise. Daneben werden Holzwandelemente auch aus massiven Holzplatten als tragende Konstruktion ausgeführt.a

2.1.3 Holzfachwerkwände

Eine moderne Ausprägung der historischen Holzfachwerkbauweise ist praktisch nicht existent. Diese ist nahezu vollständig von der Holzrahmenbauweise abgelöst worden. Der verhältnismäßig hohe konstruktive Aufwand an den – im Konstruktionssystem angelegten – Durchdringungen zwischen Ständern bzw. Rippen und aussteifenden Diagonalhölzern wird heute im Regelfall vermieden. Diagonalstreben stellen ferner zusätzliche Wärmebrücken im wärmedämmenden Gefache dar. Stattdessen sind die aussteifenden Holzwerkstoffplatten der modernen Holzrahmenbauweise – nichts Vergleichbares stand den Zimmerleuten ehedem zur Verfügung – ein vorteilhafter Ersatz für Diagonalstreben, welcher der Logik unserer industrialisierten Bauwelt direkt entspringt.

2.1.4 Stahlrahmenwände

Im Gegensatz zu den Rippenbauweisen in Holz, wie sie bisher behandelt wurden, sind Stahlrahmenwände mit dem Nachteil der hohen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs Stahl behaftet. Sie ist 500mal (!) so hoch wie die des Bauholzes. Wärmebrücken in der Außenwandkonstruktion sind aus bauphysikalischer Sicht infolgedessen wesentlich kritischer als bei Holzrippenbauweisen. Eine thermische Trennung zwischen Innen- und Außenschale der Wandkonstruktion ist unerlässlich und kann fallweise mit erhöhtem baulichen Aufwand verbunden sein. Als Folge dieser spezifischen, vornehmlich werkstoffbedingten Verhältnisse finden sich Stahlrahmenwände in der Baupraxis eher dort, wo die Anforderungen an den Wärmeschutz der Außenwand nur mäßig sind, also insbesondere im Industrie- und Gewerbebau. Nach analogem konstruktivem Prinzip sind die im Indus-

☞ vergleichende Betrachtung der Wärmeleitfähigkeiten von Holz und Stahl in Band 4, 11.2 Wärmeleitfähigkeit

☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.3.2,  79 auf S. 602 sowie in diesem Kapitel  265, S. 678, und  270, S. 681

5 Rippensysteme

567

Element A

2

1

1

Element B

1

48 Beispiel für die Ausführung einer elementierten Holztafelbauweise mit Regelstoß der Elemente und Eckausbildung. Die Elementstöße werden mittels Deckleisten vor Ort abgedeckt. 3 y

4

6

5

M 1:10

Elementgrenze

0

100 mm

x

1 Randholz des Elements 2 Deckleiste 3 Lattung waagrecht 4 Hinterlüftung 5 Schalung senkrecht 6 Deckleiste

M 1:20 0

100

200 mm

5

1 3 4 49 Beispiel für die Ausführung einer elementierten Holztafelbauweise im Vertikalschnitt mit Darstellung des Ortgangs. Die Deckenelemente sind als einachsig spannende Kastenprofile ausgeführt und zur Lastquerverteilung mit einer Feder verbunden. In der Dachkonstruktion bleiben die Elemente zum Zweck einer guten Dampfdiffusion oberseitig zur belüfteten Luftschicht hin offen.

2 6

3

4 1

z

3

x

1 Wandtafel 2 Wetterschale hinterlüftet 3 Decken- und Dachelement 4 Fußbodenaufbau 5 Plattenstreifen für Ortgangauskragung 6 Federverbindung zwischen anstoßenden Decken- und Dachelementen

568

XIII Äußere Hüllen

triebau häufig eingesetzten Stahlblech-Kassettenwände aufgebaut ( 50). Statt durch eine stabförmige Rippe erhält die Wandkonstruktion die erforderliche Biegesteifigkeit durch die Kantung einer wannenartigen Blechkassette. Diese Elemente werden im Allgemeinen horizontal verlegt und sind ausreichend steif, um größere Spannfelder einer Pfostenkonstruktion oder gar des Primärtragwerks, d. h. also der Stützen, frei zu überspannen. Die an den Kassettenaufkantungen befestigte Wetterhaut ist von diesen mittels einer Kunststoffunterlage thermisch zu trennen. 2.1.5

Elementwände ✏ Auch als Elementwände werden oftmals halbvorgefertigte Wände in Stahlbeton bezeichnet. Diese werden in Band 2, Kap. X-5, Abschn. 6.5.2 Elementwände, behandelt, S. 696 f.

☞ a Kap. XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme, S. 528 ff ☞ b Kap. XIII-3, Abschn. 3.1. Zweischalige Wände ohne Luftschicht > 3.1.2 aus Stahlbeton, S. 507 ff ☞ c Abschn. 3.1.2 Pfosten-Riegel-Fassade > Elementfassade in Pfosten-Riegel-Bauweise, S. 658 ff

Bei der Elementfassade bzw. bei Elementwänden handelt es sich um vorgefertigte nichttragende Außenwandelemente, die direkt am Primärtragwerk, in der Regel an den Stirnkanten einer massiven Deckenkonstruktion, befestigt werden. Die Elemente bestehen aus großen, meist geschosshohen oder mehrere Geschosse hohen Tafeln, die ausreichende Steifigkeit durch innenliegende Pfosten, Riegel oder Rahmen erhalten. Diese Sekundärkonstruktion in Form eines innenliegenden Gerippes unterscheidet diese Außenwandkategorie von anderen ähnlich elementierten Wänden wie beispielsweise Sandwichwändea sowie auch Großtafeln in Beton-Sandwichbauweise.b Auch als Elementwände in diesem Sinn können entsprechend elementierte Pfosten-Riegel-Fassaden gelten wie sie in Abschnitt 3.1.2 diskutiert werden. c Vorteilhaft ist der gegenüber anderen Konstruktionen geringe Montagefugenanteil, da stets großformatige Elemente montiert werden, welche zumeist die maximalen Transportgrößen ausschöpfen. Auch ist die Montage dieser Paneele oft ohne Gerüst möglich. Besonders bei Hochhäusern, bei denen Montagearbeiten in großer Höhe notwendig sind, kommt diese Art von Fassade häufig zur Ausführung. Die Tragfähigkeit der Elemente ist meist auf eine Geschosshöhe, also 3–4 m begrenzt. Ein aktuelles Beispiel für eine Elementfassade zeigt  51.

5 Rippensysteme

1

2

3

569

4

5

6 7

89 10

11 12 50 Außenwand eines Industriebaus aus Stahlblechkassetten (System Kalzip®).

13

18 19 14 15 16

12 17 z

M 1:10 0

x

100 mm

1 Dampfsperre 2 Steinwolledämmfilz 3 Klemmrippenprofil 4 Alu-Festpunkt-Klipp mit Thermokappe 5 Schließblech 6 Formfüller 7 Befestigung Firstblech 8 Distanzprofil 9 Auffaltung 10 Hafte 11 Dämmung trittfest 12 Abschlussprofil Kassettenwand 13 Dichtband 14 Wetterhaut aus Profilblech 15 Kassettenprofil 16 Dämmung 17 thermischer Trennstreifen 18 Trapezprofil 19 Randwinkel mit Abdichtung Querstoß

51 Elementwand bei der Montage (System Schüco; Brillux-Zentrale, Münster; Arch: Verwoorts & Schindler).

570

2.2

XIII Äußere Hüllen

Geneigte Dächer ☞ Kap. XIII-1, Abschn. 4. Dach und Wand, S. 358 f sowie Abschn. 5. Dach, S. 360 ff

☞ Abschn. 3.2, S. 666 ff

2.2.1 Tragwerk ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.4 Geneigte ebene Überdeckung aus Stabscharen, S. 302 ff, sowie ebda. Abschn. 2.2.1 Geneigtes Dach aus Stabscharen > Sparrendächer, S. 308 f ☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.6 Das Komplettieren von Stabsystemen zur Fläche mithilfe von Beplankungen, S. 220

Bis auf eher seltene Ausnahmen werden geneigte Dächer in Holz herkömmlicherweise nach dem Konstruktionsprinzip der Rippensysteme ausgeführt. Grundlegende Gesichtspunkte zu geneigten Dächern, insbesondere in Abgrenzung zu Wänden, finden sich in Kapitel XIII-1. Bei der häufigsten Ausführung ist das Dämmpaket in der gleichen Ebene wie die tragende Sparrenlage integriert, d. h. tragende Rippen, also Sparren, und ausfachende Konstruktion sind räumlich miteinander verschränkt. Dies entspricht dem Prinzip der herkömmlichen Dachaufbauten mit Wärmedämmung zwischen den Sparren, bzw. der Zwischensparrendämmung. Exemplarische Aufbauten finden sich in den Spalten B und C der Matrix in 2 57. Diese Varianten sollen in den folgenden Abschnitten näher betrachtet werden. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, Rippen (Sparren) und Gefache voneinander zu trennen, also in verschiedene Ebenen zu legen. Man spricht dann in der Baupraxis von sogenannter Aufsparrendämmung. Diesem Prinzip entsprechen die Aufbauten in Spalte A. Sie zeigen dank durchgehender Dämmebene hinsichtlich des Wärmeschutzes Vorteile, erfordern hingegen eine größere Bauhöhe. Sie werden im Abschnitt 3 diskutiert. Die bei geneigten Dächern zum Einsatz kommenden Primärtragwerke gehören im Regelfall zu den gerichteten ebenen Stabtragwerken wie in Kapitel IX diskutiert. Im Dachquerschnitt treten die Haupttragelemente, die Sparren, in Form von Rippen in Erscheinung, die – analog zu einem Wandbauteil nach dem Rippenprinzip – durch ausfachende Zusatzbauteile zu einem funktionsfähigen kontinuierlichen Flächenbauteil komplettiert werden. Wie bei allen hierarchisch gegliederten, gerichteten Tragsystemen herrscht auch bei den herkömmlichen Dachkonstruktionen eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen den Querschnitten einer Trägerlage – d. h. der daraus sich ableitenden überbrückbaren Spannweiten – und den Trägerabständen der darunterliegenden. Auf die Verhältnisse geneigter Dächer übertragen bedeutet dies, dass die Art der Deckung bereits die Art und Spannrichtung der unmittelbar darunterliegenden Unterkonstruktion vorgibt, denn jede Deckung bedingt eine charakteristische Unterkonstruktion. Ziegelpfannen werden z. B. in eine Lattung eingehängt. Die Abstände der Lattung sind durch die standardisierten Abmessungen des Ziegels vorgegeben. Übliche Lattenquerschnitte sind 24/48, 30/50 und 40/60 mm. Ihre Spannweite ist auf rund 60 bis 80 cm begrenzt und gibt folglich mit diesem Maß die Sparrenabstände vor.

5 Rippensysteme

571

Die Horizontalaussteifung von Dachtragwerken in Rippenbauart ist in Kapitel IX-2 a beschrieben. Sofern eine Scheibenbildung in Dachebene zu diesem Zweck erforderlich ist, bestehen Möglichkeiten wie ebendort diskutiert.b Grundsätzliche Überlegungen zu einachsig spannenden Rippenelementen finden sich in Kapitel VI-2.c Bedeutsam für die herkömmlichen Dachkonstruktionen sind insbesondere • die Schaffung von Diagonalverbänden; • das Aufbringen von schubsteifen Beplankungen. Unter den konstruktiven Rahmenbedingungen einer herkömmlichen Dachkonstruktion aus Sparren und aufgesetzter Lattung kommen zumeist Diagonalverbände aus Windrispen wie in Kapitel IX-2 beschrieben zum Einsatz. Sie bestehen aus wenigen Millimeter dicken Flachstählen, die möglichst im Winkel von 45° zu Sparren und Lattung in der Ebene zwischen beiden Stablagen angeordnet werden ( 53). Auf diese Weise werden Ausmittigkeiten am Knoten zwischen Sparren, Latte und Windrispe weitgehend vermieden. Da es sich um reine Zugbänder handelt, die je nach Windangriffsrichtung jeweils alternierend zur Wirkung kommen, lassen sich ihre Querschnitte mit minimaler Fläche und günstigem Flachformat ausführen. Windrispen beeinträchtigen aus diesem Grund den Dachaufbau praktisch überhaupt nicht. Wie in Kap. IX-1 erwähnt, sollten die Windrispen in ihrer Länge mehrmals mit Sparren und Latte gekoppelt werden, um eine echte Scheibenwirkung zu erzielen. Um die Länge der Windrispen zu begrenzen, empfiehlt es sich, bei größeren Dachflächen mehrere zusammenhängende Dachverbände auszuführen. Statt einer Lattung kann die Übertragung der Normalkräfte in Firstrichtung auch eine Bretterschalung übernehmen.

Scheibenbildung in Dachebene ☞ a Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.4 Geneigte ebene Überdeckung aus Stabscharen > Pfettendächer, S. 302 ff sowie ebd. Abschn. 2.2.1 Geneigtes Dach aus Stabscharen > Sparrendächer, S. 308 f ☞ b Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.5 Das Aussteifen von Stabsystemen in ihrer Fläche, S. 214 ff ☞ c Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.4 Element aus einachsig gespannten Rippen, S. 605 ff

• Diagonalverband ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.2.1 Geneigtes Dach aus Stabscharen > Sparrendächer, S. 308 f

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.5.2 Diagonalverbände, S. 214 ff, insbesondere  109

52 Windrispenverband auf einem Sparrendach mit Bretterschalung. L

S

W

53 Alternative: Anordnung der Windrispen zwischen Sparrenlage und Lattung: Knotenpunkt eines Sparrens S, einer Latte L und einer Windrispe W (Flachstahl).

572

XIII Äußere Hüllen

• Schubsteife Beplankungen

& DIN EN 1995-1-1, 9.1.2, 9.2.3, 9.2.4 ☞ dies wird weiter unten in Abschn. 2.3, S. 622 ff, wieder aufgegriffen

Schubsteife Beplankungen steifen eine Sparrenschar ebenfalls zu einer Scheibe aus und schaffen eine Dachtafel aus Rippen und ein- oder auch beidseitig befestigter Platte. Für die Herstellung einer Dachtafel werden in der Norm Empfehlungen gemacht. Deckentafeln werden von der Norm in dieser Hinsicht wie Dachtafeln behandelt. Für Decken- und Dachtafeln gilt demnach: • Eine rechteckige Tafel aus Rippen und Beplankung weist stets Randrippen und eine Schar randparalleler Innenrippen auf (2 54). Als Innenrippen und dazu parallelen Randrippen wirken bei Dachscheiben die Sparren, bei Decken die Deckenbalken. Die orthogonal dazu verlaufenden Randrippen stellen bei Dächern First- und Fußhölzer dar, bei Decken ggf. Stirnbalken. • Beplankende, flächenbildende Platten können längs (2 54) oder quer (2 55) zur Innenrippenschar verlegt werden. Die Plattenstöße liegen in einer der beiden Richtungen stets auf den Innenrippen, also den Sparren oder Balken. Die Stöße auf der jeweils anderen Richtung lassen sich grundsätzlich – anders als bei Wandtafeln – frei, d. h. ohne zusätzlichen Schubverbund beispielsweise durch ein Stoßholz, ausbilden.

☞ Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände > Ausführung der Beplankung, S. 556

• Bezüglich der Ausführung und der Abstände der Verbindungen zwischen Platte und Rippe/Sparren, gelten die gleichen Vorgaben wie bei Wandtafeln. Die Platten sind, unter Wahrung der vorgegebenen Verbindungsmittelabstände, auch mit allen Innenrippen zu verbinden. • Plattenstöße auf Stoßrippen und mit Stoßhölzern schubsteif ausgebildete Plattenstöße sind analog zu Wandtafeln auszuführen. Gleiches gilt für anstoßende Tafeln, wie beispielsweise bei elementweise vorgefertigten Dachtafeln, zwischen welchen eine Übertragung des Schubflusses sicherzustellen ist.

& DIN EN 1993-1-3, 10.3

Schubsteife Dachflächen lassen sich ebenfalls durch Belegen der Sparrenlage mit Trapezblechen herstellen (2 56). Diese sind, zur Schaffung eines schubsteifen Schubfelds, in jeder Sicke mit dem darunterliegenden Sparren zu befestigen sowie an den freien Rändern zwischen den Sparren an einem weiteren Stab anzuschließen (Randrippe). Die Profilierung des Blechs verläuft rechtwinklig zu den Sparren. Aufgrund der großen Tragfähigkeit von Trapezblechen in ihrer Spannrichtung lassen sich wesentlich größere Sparrenabstände realisieren als bei herkömmlicher Plattenbeplankung.

5 Rippensysteme

ar

FH

573

ar

FR

FR

SR

SR

SP

y

y

FH

x

x

54 Prinzipielles konstruktives Gefüge einer schubsteifen Dachoder De­ckentafel aus Sparren (= Innenrippe, SP), First- und Fußholz (= Randrippe, FH) und Plattenbeplankung. Die Verlegerichtung der Platten ist in diesem Fall parallel zur Rippenschar (➝ y). Die Stöße in Rippenrichtung sind frei ausgebildet (FR), diejenigen quer dazu (➝ x) auf einer Stoßrippe (SR) d. h. auf einem Sparren. Die Plattenstöße in Rippenrichtung sind zueinander versetzt ausgeführt, was die Schubsteifigkeit der Tafel erhöht.

55 Tafel wie in  54, nur mit Plattenorientierung rechtwinklig zur Rippenschar (➝ x). Die Plattenstöße rechtwinklig zur Rippenspannrichtung erfolgen auf einer Stoßrippe (SR) oder Sparren, die Stöße in der anderen Richtung (➝ y) bleiben hier frei (FR).

T

Q

z

Q

y x

S

S

56 Ausbildung eines schubsteifen Gefaches (Schubfeld) aus Trapezblech T, Sparren S und mit ihrer Oberkante bündig angeordneten Querhölzern Q. Das Trapezblechfeld ist ringsum auf der Unterkonstruktion zu befestigen.

574

XIII Äußere Hüllen

2.2.2

Idealtypischer Aufbau ☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, S. 362 ff ☞ Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände, S. 555

☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, S. 362 ff

57 Prinzipieller Aufbau eines geneigten Dachs in Rippenbauweise mit Sparrenlage und Dämmung in gleicher Ebene mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Längs- und Querschnitt.

1 1

1 Dachdeckung (= Wetterschale, notwendig) 2 Dichtschicht, wahlweise diffusionsoffen (notwendig) 3 belüftete Luftschicht (optional) 4 mittlere Dämmebene, Hauptrippen- bzw. Sparrenlage (R) (notwendig), kann als ein- oder beidseitig beplankte Dachtafel ausgeführt werden 5 innere Dämmebene, Querholzlage (Q) (optional) 6 innere Beplankung (notwendig)

2

2 (3)

(3)

4

4

(5)

(5)

6

6 R

(B)

z

DS

R

Q

DS

z

y

Grundlegende Aussagen zur Belüftung von geneigten Dächern sowie wesentliche Unterscheidungsmerkmale gegenüber derjenigen von Wänden finden sich an anderer Stelle. Dennoch bestehen große Gemeinsamkeiten zwischen dem konstruktiven Aufbau eines geneigten Dachs und einer Außenwand jeweils in Rippenbauart. Kernbestandteil der Dachkonstruktion, wie wir sie in diesem Abschnitt betrachten, ist das integrierte Paket aus Dämmung und Rippung, die bei geneigten Dächern in Form der Sparrenlage in Erscheinung tritt (Paket 4 in 2 57). Die heute üblichen Dämmstandards erfordern unter Ansatz der herkömmlichen Querschnittsdimensionen von Sparren im Regelfall das komplette Ausfüllen der Sparrenzwischenräume mit Wärmedämmung. Alternativ lässt sich bei belüfteten Dachkonstruktionen ein Luftquerschnitt für eine bewegte Luftschicht freihalten (Schicht 3). Die tragende Konstruktion im Aufbaupaket 4 kann allein aus der Sparrenschar bestehen oder alternativ zusätzlich oberseitig beplankt sein. Diese Beplankung kann als Trägerschale für die Dichtschicht (Schicht 2) oder auch zum Zweck der Scheibenbildung in Dachfläche herangezogen werden, wobei dann eine schubsteife Dachtafel entsteht. Zusätzlich zur oberen lässt sich auch eine untere Beplankung vorsehen, wenn es sich um elementierte vorgefertigte Dachtafeln handelt. Oberseitig ist die Konstruktion mittels einer Wetterschale, der Dachdeckung, vor der Witterung geschützt. Sie lässt sich belüftet oder nicht belüftet ausführen. Sie ist regensicher, im Regelfall jedoch nicht wasserdicht. Aus diesem Grund muss sie unterseitig immer mit einer zusätzlichen Dichtschicht (Schicht 2) ergänzt sein, entweder ein Unterdach, eine Unterdeckung oder eine Unterspannung. Ein Unterdach setzt indessen eine Tragschale, also die oberseitige Beplankung des Pakets 4 voraus. Auch Unterdeckungen können aus einer Schale aus Plattenmaterial bestehen. Im

x

Es sind zwei alternative Lagen der Dampf­bremse/-sperre bzw. Luftdichtheitsschicht möglich (DS). Ihre diffusionshemmende/-sperrende und luftdichtende Wirkung kann al­ter­nativ auch von der inneren Beplankung (6) übernommen werden. Die optionale (ggf. ver­steifende) Beplankung lässt sich einfach oder doppelt ausführen. Mögliche Lagen sind mit B gekennzeichnet. Die Wetterschale oder Dachdeckung kann alternativ belüftet oder nicht belüftet ausgeführt werden.

5 Rippensysteme

Paket der Wetterschale ist oftmals eine Lattung integriert, die für die Halterung des Deckungsmaterials wie auch ggf. für die Weiterleitung von Normalkräften aus der Dachaussteifung – z. B. bei Diagonalverband – verantwortlich ist. Analog zu Wandbauteilen lässt sich unterseitig eine zusätzliche Dämmschicht zwischen einer Querlattung addieren (Paket 5). Sie neutralisiert die Wärmebrücke der Rippe/ des Sparrens und bietet freien Installationsraum, wenn die Dampfsperre/-bremse zwischen Paket 4 und Paket 5 angeordnet wird. Ihr Diffusionswiderstand muss besonders hoch sein, wenn keine Belüftung des Dachs erfolgt (in Schicht 3), da eine Kondensation unter der Dichtschicht 2 unbedingt zu vermeiden ist. Gleichzeitig wirkt sie als Luftdichtheitsschicht oder Windsperre. Bild 2 58 zeigt in einer Matrix verschiedene übliche Dachaufbauten im Querschnitt. Sie sind horizontal gemäß der Belüftung sowie gemäß der Beschaffenheit der Dichtschicht (Schicht 2) – jeweils Unterspannung, Unterdeckung oder Unterdach – gruppiert. Vertikal sind sie hinsichtlich des räumlichen Bezugs von Trag- und Hüllelementen gegliedert. Dachaufbauten in Spalte A werden gesondert weiter unten besprochen.

575

☞ Abschn. 3. Rippensystem mit Trennung von Hüllpaket und Rippung > 3.2 geneigte Dächer, S. 666 ff

Zur Luftdichtheit von Dachkonstruktionen gilt sinngemäß das für Holzrahmenwände Gesagte.

Luftdichtheit

Grundsätzlich lassen sich Steildachkonstruktionen in Rippenbauweise belüftet oder unbelüftet ausführen (2 58). Bei der unbelüfteten Variante wird im Regelfall der verfügbare Zwischensparrenarum vollständig mit Wärmedämmstoff ausgefüllt. Dies ist ein Gebot der heute geforderten hohen Wärmedurchlasswiderstände. Bei der belüfteten Variante wird zwischen Oberkante Wärmedämmung und dem Restaufbau eine belüftete Luftschicht eingeführt (Schicht 3 in 2 57) bzw. Schicht UL 2 in 2 59). Sie hat die Aufgabe, ggf. in die Konstruktion (zumeist von innen) eingedrungene Feuchte nach außen abzuführen. Gegebenenfalls kann zur Verbesserung des Wärmedurchlasswiderstands unterseitig eine zusätzliche Wärmedämmschicht aufgebracht werden (Schicht 5 in 2 57). Diese darf bei nicht belüfteten Dächern nach Norm a (ohne rechnerischen Nachweis) höchstens 20 % des Gesamtwärmedurchlasswiderstands besitzen. Damit es in der Konstruktion nicht zu Feuchtebildung kommt, müssen bei nicht belüfteten Dachkonstruktionen die Dampfdiffusionswiderstände beidseits der Wärmedämmschicht abgestimmt sein. Hierzu schreibt die Norm entsprechende sd -Werte vor (2 58). Befindet sich oberhalb der Wärmedämmung eine vollwertige Dachabdichtung, muss der innenseitige Wert sd,i mindestens 100 m betragen;

Belüftung der Dachkonstruktion

58 Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd für nichtbelüftete Dächer mit Zwischensparrendämmung, gemäß DIN 4108-3.

2.2.3

☞ Abschn. 2.1.1, > Luftdichtheit, S. 558

& a DIN 4108-3, 5.3.3.2 Zeile

a

b

wasserdampfdiffusionsäquivalente [m] Luftschichtdicke außen sd,e a

innen sd,i b ≥ 0,1

1

≤ 0,1

2

0,1 < sd,e ≤ 0,3

≥ 2,0

3

0,3 < sd,e ≤ 2,0

≥ 6 · sd,e

sd,e ist die Summe der Werte der wasserdampfdifussionsäquivalenten Luftschichtdicken der Schichten, die sich oberhalb der Wärmedämmschicht befinden bis zur ersten belüfteten Luftschicht. sd,i ist die Summe der Werte der wasserdampfdifussionsäquivalenten Luftschichtdicken aller Schichten, die sich unterhalb der Wärmedämmschicht befinden.

2.2.4

576

XIII Äußere Hüllen

& DIN 4108-3, 5.3.3.3

2.2.5 Dachdeckung ☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.2.1 Ableitung des Regenwassers, S. 362, sowie 5.2.4 Dachdeckung, S. 370 f & DIN 4108-3, 5.3.3.1

& DIN 4108-3, 5.3.3.1

59 (Seite rechts) Darstellung üblicher Dachaufbauten geneigter Dächer im Querschnitt. Dachdeckung (hier durchweg belüftet angenommen) L Lattung KL Konterlattung UL 1 belüftete Luftschicht 1 (Belüftung Dachdeckung, Luftstrom L2) UDK Unterdeckung USP Unterspannbahn, diffusionsoffen SB Sperrbahn BP Beplankung UL 2 belüftete Luftschicht 2 (Belüftung Dach, Luftstrom L3) SP Sparren WD Wärmedämmung DS Dampfsperre/-bremse IB innere Beplankung D

zwischen der Schicht sd,i und der Dachabdichtung dürfen weder Holz noch Holzwerkstoffe enthalten sein. Bei belüfteten Dächern mit Dachneigungen ≥ 5 ° muss der Wert sd,i mindestens 2,0 m betragen, bei solchen mit Neigungen unter 5 ° mindestens 100 m. Sowohl wegen der Notwendigkeit, möglichst große Dämmschichtdicken zu erzielen wie auch wegen der Unberechenbarkeit von nicht kontrollierbaren Hohlräumen, in denen ggf. entstehende Feuchte schwer oder überhaupt nicht rechtzeitig bemerkt wird, werden heute im Regelfall nichtbelüftete gegenüber belüfteten Steildächern bevorzugt. Grundsätzliches zu den Aufgaben der Dachdeckung (Paket 1 in 2 57) findet sich an anderer Stelle. Dachdeckungen lassen sich aus verschiedenen Deckwerkstoffen ausführen, die durch Überlappung die erforderliche Regensicherheit der Wetterhaut gewährleisten. Voraussetzung dafür ist, dass die Dachneigung die unterste Grenze der Regeldachneigung (RDN), die für jede Deckungsart charakteristisch ist, nicht unterschreitet. Wird diese unterschritten, ist die Dachdeckung mit unterstützenden Zusatzmaßnahmen zu ergänzen: Moderne Dächer werden hierfür unterseitig zumeist mit einer regensicheren oder wasserdichten zusätzlichen Deckunterlage (Schicht 2) ergänzt, um das Dämmpaket zuverlässig vor Feuchte zu schützen. Hinsichtlich ihrer Belüftung unterscheidet man folgende Dachdeckungsvarianten: • Belüftete Dachdeckungen: Dies sind geschuppte Deckungen auf linienförmiger Unterlage, zumeist einer Lattung. Diese ist parallel zur Firstrichtung verlegt und im Regelfall mit einer darunter angeordneten, in Gefällerichtung verlegten Konterlattung zu ergänzen, um einen wirksamen Lüftungsquerschnitt zu schaffen. Belüftete Dachdeckungen müssen gemäß Norm bei Dachneigungen ≥ 5 ° mindestens folgende Merkmale besitzen: •• die Höhe des freien Lüftungsquerschnitts (UL 1 in 2 59) muss mindestens 2 cm betragen; •• an den Traufen, bzw. an Traufe und Pultdachabschluss, muss der freie Lüftungsquerschnitt mindestens 2 ‰ der zugehörigen geneigten Dachfläche, mindestens jedoch 200 cm2 betragen; •• an First und Grat sind Mindestlüftungsquerschnitte von 0,5 ‰ der zugehörigen geneigten Dachfläche erforderlich, mindestens jedoch 50 cm2 /m. Bei Dachneigungen unter 5 ° gelten folgende Anforderungen:

5 Rippensysteme

577

D L KL

UL 1 USP

UL 2

SP

DS

L

DS

IB

B1

UL 1 USP UL 2 WD

D L KL

A2

UL 1

SB

BP

WD

IB

D L KL

UL 1

SB BP UL 2 WD

DS x

IB

SB

BP WD

SP

L

UL 1 USP UL 2 WD

WD

SP

IB

C2

x

D L KL UL 1

IB

DS

B3

x

SP

SB

WD

BP WD

SP

IB

L

C3

x

D L KL UL 1 SB BP UL 2 WD

DS

IB

z

A4

IB

z

D L KL UL 1 SB BP UL 2 WD

SP

SP

C1

DS

IB

B2

DS z

L

z

A3

x

WD

WD

x

D L KL

x

D L KL UL 1

SP

UDK

z

DS

DS

z

SP

z

SP

x

DS

IB

x

D L KL

WD

UL 1

z

DS z

D L KL

Dach nicht belüftet

WD

z

A1

x

UDK

WD

SP

IB

z

x

B4

x

1 Unterdeckung

SP

UL 1

Dach belüftet

IB

D L KL

2 Unterspannung

DS

z

WD

Dach nicht belüftet

UDK

3 Unterdach

UL 1

Dach belüftet

D L KL

C Dämmung zwischen und unter Sparren

C4

4 Unterdach

B Dämmung zwischen Sparren

A Dämmung auf Sparren

578

XIII Äußere Hüllen

•• Die Sparren-/Luftraumlänge (Entfernung zwischen Zu- und Abluftöffnung) muss ≤ 10 m lang sein; •• die Mindestlüftungsquerschnitte an mindestens zwei gegenüberliegenden Dachrändern müssen mindestens 2 ‰ der zugehörigen geneigten Dachfläche betragen, mindestens jedoch 200 cm2 /m;



•• die Höhe des freien Lüftungsquerschnitts muss mindestens 2 ‰ der zugehörigen geneigten Dachfläche betragen, mindestens jedoch 5 cm. • Nicht belüftete Dachdeckungen: Dies sind zumeist großflächige, beispielsweise bahnenförmige Deckelemente, die flächig auf einer Unterlage aufgelegt oder auch als selbsttragende Schale punktuell auf ihr abgestützt werden. Die erforderliche Regensicherheit ist also abhängig von der Einhaltung der nötigen Regeldachneigungen und der Überdeckung in der Schuppung. Aus dieser wechselseitigen Abhängigkeit leitet sich die Notwendigkeit ab, die Dachneigung an die Art der Deckung anzupassen bzw. umgekehrt die für eine vorgegebene Dachneigung geeignete Deckungsart zu wählen. Eine grobe Zuordnung von Deckungsart und zugehöriger Regeldachneigung zeigt das Diagramm in 2 69. 2.2.6

Zusatzmaßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung & Deutsches Dachdeckerhandwerk: Regeln für Dachdeckungen, Merkblatt für Unterdächer, Unterdeckungen und Unterspannungen, 01/2010

☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, S. 362 ff & wie oben

60 (Seite rechts) Übersicht der Merkmale von zusätzlichen Deckunterlagen unter der Dachdeckung: Unterdach, Unterdeckung, Unterspannung gemäß Quelle 4.

Es sind verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung der Dachdeckung realisierbar. Sie sind in ihrer Wirksamkeit – wie auch in ihrem technischen Aufwand – an den Grad der Witterungsbeanspruchung wie auch an die festgelegte Dachneigung und Deckungsart anzupassen. Herkömmliche Zusatzmaßnahmen sind eine Vermörtelung und ein Innenverstrich der Dachdeckung. Dies schließt die offenen Fugen und dient der Minderung des Eintriebs von Regen, Schnee und Staub. Moderne geneigte Dächer, die eine Zusatzmaßnahme erfordern, werden hingegen mit zusätzlichen Deckunterlagen unterhalb der regulären Dachdeckung ausgeführt. Wie an anderer Stelle diskutiert, lässt sich eine Deckunterlage als Zusatzmaßnahme alternativ als Unterdach, Unterdeckung oder Unterspannung ausführen. Diese Varianten erzielen jeweils abnehmende Stufen der Dichtheit gegen Wasser. Bild 2 60 zeigt die für die jeweilige Ausführung notwendigen Maßnahmen und beispielhafte konstruktive Ausbildungen. Die Varianten sind durch folgende Merkmale gekennzeichnet: • Unterdächer bestehen grundsätzlich aus einer tragenden flächigen Unterlage – einer Vordeckung aus Holz oder Holzwerkstoffen – und aus einer darauf aufgebrachten wasserdichten Dichtbahn. Sie lassen sich insgesamt wasserdicht ausführen, wenn die Bahn über die Konterlatte

Art

Unterdach

1

579

Ausführung

Einbindung der Naht- und StoßKonterlatte ausbildung

1.1 wasserdichtes Unterdach

• Bahnen gemäß Produktdatenblatt Bitumenbahnen, Tab. 5, über Konterlatte Nr. 2, 3 und 5 bis 10 • Bahnen gemäß Produktdatenblatt Kunststoff- und Elastomerbahnen, Tab. 5, Nr. 1 bis 4

1.2 regensicheres Unterdach

wie 1.1

unter Konterlatte mit Zusatzmaßnahmen

verschweißt oder verklebt

Klasse

5 Rippensysteme

1

Konstruktionsbeispiel

D L KL

UL 1

BB

BP WD

SP

OK Restaufbau

verschweißt oder verklebt

2

D L KL

UL 1

KB

BP WD

SP

OK Restaufbau

Unterdeckung

2

• Unterdeckplatte mit 2.1 naht- und perfora- Zubehör tionsgesicherte • Unterdeckbahnen gemäß (Befestigungsmit- Produktdatenblatt tel) Unterdeckung Unterdeckbahnen mit Zubehör 2.2 verschweißte oder verklebte Unterdeckung

• Unterdeckplatte mit Zubehör • Unterdeckbahnen gemäß Produktdatenblatt Unterdeckbahnen

2.3 • überdeckte Unterdeckung mit Bitumenbahnen

Bahnen gemäß Produktdatenblatt Bitumenbahnen, Tab. 5, Nr. 1 bis 10

verschweißt, unter Konterlatte mit Zusatz- verklebt, mit Nahtband oder maßnahmen vorkonfektioniertem Dichtrand

3

D L KL

unter Konterlatte

verschweißt oder verklebt

4

unter Konterlatte

überdeckt und genagelt

4

UL 1

UDB

WD

SP

OK Restaufbau

D L KL

UL 1

BB

BP WD

SP

OK Restaufbau

2.4 überlappte oder verfalzte Unterdeckung

unter Konterlatte

• Unterdeckplatte • Unterdeckbahn gemäß Produktdatenblatt

lose überlappend oder verfalzt

5

D L KL

UL 1

UDP

WD

SP

OK Restaufbau

Unterspannung

3

unter Konterlatte mit Zusatzmaßnahmen

verschweißt, verklebt, mit Nahtband oder vorkonfektioniertem Dichtrand

3*

• gespannte oder frei hängende Unterspannbahn gemäß Produktdatenblatt

unter Konterlatte

verschweißt, verklebt, mit Nahtband oder vorkonfektioniertem Dichtrand

4

• gespannte oder frei hängende Unterspannbahn gemäß Produktdatenblatt

unter Konterlatte

lose überlappend

6

• gespannte oder frei 3.1 hängende Unterspannnaht- und bahn gemäß Produktdaperforationsgesitenblatt cherte Unterspannung 3.2 nahtgesicherte Unterspannung

3.3 Unterspannung

D L KL

UL 1 USB UL 2

OK Restaufbau

* wenn alle Anfordrungen gemäß USB-A erfüllt sind D Dachdeckung L Lattung KL Konterlattung UL 1 Belüftung der Dachdeckung

BB Bitumenbahn KB Kunststoffbahn UDB Unterdeckbahn UDP Unterdeckplatte

WD SP

USB Unterspannbahn UL 2 Belüftung des Dachs WD Wärmedämmung SP Sparren BP Beplankung

580

XIII Äußere Hüllen

geführt wird und die Stöße der Dichtbahn wasserdicht verschweißt oder verklebt werden. Wasserdichte Unterdächer dürfen keine Öffnungen haben; eine Belüftung des Dachs ist in diesem Fall deshalb nicht möglich. Sind Öffnungen und Durchdringungen bzw. eine Belüftung des Dachs vorhanden, und liegt die Konterlatte auf der Bahn, gilt das Unterdach lediglich als regensicher.

& DIN 4108-3, 5.3.3.2, 5.3.3.3 ☞ vgl. auch Abschn. 2.2.4 auf S. 575 sowie ebda. 2 58

• Unterdeckungen können mit Bahnen oder Platten ausgeführt werden. Sie gelten als regensicher. Die Konterlatte liegt oberhalb der Deckunterlage und wird durch diese hindurch im Sparren vernagelt. Unterdeckbahnen lassen sich verschweißt, verklebt oder auch lose überlappend stoßen. Unterdeckplatten sind in den Stößen wasserdicht zu schließen. Sie werden entweder überlappend oder verfalzt verlegt. Unterdeckungen auf nicht belüfteten Dachkonstruktionen müssen eine ausreichende Diffusionsfähigkeit gemäß der Norm aufweisen. • Unterspannungen bestehen aus Bahnen oder Folien, die frei zwischen den Sparren spannen oder hängen. Sie sind nur bei belüfteten Dachkonstruktionen zulässig. Sie wirken hinsichtlich der gegen Regen sichernden Aufgabe der Dachdeckung unterstützend. Die Konterlattung befindet sich oberhalb der Unterspannung. Unterspannbahnen sind hinsichtlich ihrer Wasserdichtheit weniger zuverlässig als Unterdeckbahnen.

& DDH Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 1.3

Zusätzliche Deckunterlagen sind gemäß Fachregel erforderlich, wenn erhöhte Anforderungen an die Dachkonstruktion gestellt werden. Dies ist der Fall bei • Unterschreitung der Regeldachneigung (RDN); • konstruktiven Besonderheiten; • Nutzung des Dachgeschosses, vor allem zu Wohnzwecken; • besonderen klimatischen Verhältnissen; • besonderen örtlichen Bestimmungen. Einen Überblick erforderlicher Zusatzmaßnahmen zu Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen in Abhängigkeit von Dachneigung und Anzahl der erhöhten Anforderungen gibt 2 60.

5 Rippensysteme

581

Gemäß Norm sind Dachziegel kleinformatige Deckungsprodukte für die überdeckende Verlegung auf geneigten Dächern – sowie auch für Außen- und Innenwandbekleidungen –, die durch Formgebung (Strangpressen oder Formpressen), Trocknen und Brennen aus tonigen Massen hergestellt werden, mit oder ohne Zusätze. Ihre Regendichtheit hängt vom Überlappungsmaß (ungefalzte Ziegel) oder von der Profilierung der Stöße (gefalzte Ziegel) ab. Ungefalzte Ziegel erlauben ein variables Überdeckungsmaß; bei gefalzten Ziegeln ist dieses Maß im Allgemeinen unveränderbar. Es ist ferner die Stoßausbildung horizontal und in Gefällerichtung zu unterscheiden. Diese Stöße lassen sich jeweils gefalzt oder ungefalzt ausführen.

Dächer mit Deckung aus Dachziegeln oder Dachsteinen

Falze sind Stoßausbildungen benachbarter Dachziegel derart, dass eine oder mehrere Erhebungen, sogenannte Rillen, in eine oder mehrere Vertiefungen, sogenannte Nuten, eingreifen. Sie verursachen den Dichteffekt einer Labyrinthdichtung und leiten in den Nuten das Wasser kontrolliert auf die Oberfläche des Ziegels der darunterliegenden Ziegelreihe. Ein Längsfalz ermöglicht das Zusammenfügen von zwei Dachziegeln der gleichen horizontalen Reihe, ein Querfalz von solchen in Gefällerichtung aufeinanderfolgender horizontaler Reihen. Mehrfache Falzungen, wie in 2 67 Varianten 2 bis 4 dargestellt, erhöhen den Widerstand gegen Eindringen von Wasser, schränken jedoch die Verschiebemöglichkeit der Dachziegel bei der Verlegung ein.

Verfalzung

Dachziegel werden hinsichtlich der Stoßausbildung sowie des Überdeckungsbereichs in folgende Kategorien unterteilt:

Dachziegelarten

• Falzziegel – Dachziegel, die in Längsrichtung und/oder in Querrichtung mit einem einfachen oder mehrfachen Falzsystem zusammengefügt werden; • Strangfalzziegel – Dachziegel mit einer Falzausbildung in Längsrichtung, jedoch ohne Falzausbildung in Querrichtung; diese Geometrie leitet sich vom Herstellungsprozess her und erlaubt das Verlegen mit unterschiedlicher Höhenüberdeckung (2 71, rechts); • Querfalzziegel – Dachziegel mit einer Falzausbildung in Querrichtung, jedoch ohne Falzausbildung in Längsrichtung; • Ziegel mit Ringverfalzung – Falzziegel, die in Längsrichtung und in Querrichtung mit einem einfachen oder mehrfachen Falzsystem (ein-, mehrfache Ringverfalzung) zusammengefügt werden; man unterscheidet die Ringverfalzung mit übereck durchgehender oder unterbrochener Verfalzung (2 76); typische Dachziegel mit mehrfacher Ringverfalzung sind Flachdachziegel, solche mit unterbro-

Allgemeines & DIN EN 1304, 3.1.1 & Deutsches Dachdeckerhandwerk: Regeln für Dachdeckungen, Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 12/2012

& DIN EN 1304, 3.3.1

2.2.7

582

XIII Äußere Hüllen

61 Frühes Beispiel eines Falzziegels, Oberitalien, 11. Jh.

63 Mönch-und-Nonne-Deckung

62 Leistenziegeldeckung

64 Angeschnittener Falzziegel mit Darstellung der Entwässerungskanäle (Herst.: ERLUS AG). 1 2 3 4

65 Moderner Falzziegel, Untersicht (Herst.: ERLUS AG).

doppelte Längs- oder Seitenverfalzung dreifache Quer- oder Kopfverfalzung Dreifachüberdeckung am Vierziegeleck drei Fußfalzrippen

1 2

3

4

66 Moderne Falzziegel. 67 Verschiedene Ausführungen des gefalzten Stoßes zwischen zwei Dachziegeln nach DIN EN 1304. Die untere Variante 4 zeigt eine Falzung mit durchgehender Oberkante für besseren Wasserabfluss.

5 Rippensysteme

583

Standardpfanne

Trauf-Ortgangpfanne, rechts

Firstanschluss-Schiebepfanne Ortgang, links

Pult-Ortgangpfanne, rechts

Firstanschluss-Ortgangpfanne, links

Firstanschluss-Lüfter-Schiebepfanne

Ortgangpfanne, links

Firstanschluss-Doppelwulstpfanne

Trauf-Ortgangpfanne, links

Doppelwulstpfanne

Trauf-Doppelwulstpfanne Pult-Ortgangpfanne, links

Firstanschluss-Schiebepfanne

Pult-Doppelwulstpfanne

Lüftungspfanne Firstanschlusspfanne

Traufpfanne

Pultpfanne

keramische Durchgangspfanne

Schneefangpfanne

Firstanschluss-Schiebepfanne Ortgang, rechts

ERGO-Lüfter

Firstanschluss-Ortgangpfanne, rechts

Firstziegel Nr. 14

Ortgangpfanne, rechts

68 Dach- und Formziegelprogramm eines Ziegelherstellers (Fa. Ergoldsbacher).

Firstziegel Nr. 15

584

XIII Äußere Hüllen

chener Ringverfalzung beispielsweise Reformziegel; • Ziegel mit variabler Decklänge (Verschiebeziegel) – Falzziegel, bei denen die Form eine variable Decklänge ermöglicht; man spricht auch von Dachziegeln mit Verschiebefalz; • Ziegel mit variabler Deckbreite – Falzziegel, bei denen die Form eine variable Deckbreite ermöglicht; • Flachziegel (Biberschwanzziegel) – Dachziegel, die meistens eine flache Form mit oder ohne geringfügiger Wölbung in Längs- und/oder Querrichtung haben und keine Verfalzung aufweisen; sie sind in der Regel rechteckig, können aber auch eine speziell ausgebildete Vorderkante aufweisen (z. B. Rundschnitt oder Spitzschnitt); • Hohlpfanne – Dachziegel, die in S-Form gewölbt sind und weder eine Längs- noch eine Querverfalzung aufweisen; • Mönch-und-Nonnen-Ziegel (Klosterziegel) – Dachziegel in Rinnenform, die mit variabler oder eingeschränkter Höhenüberdeckung (konstruktive Ausbildungen zur Begrenzung der Höhenüberdeckung) verlegt werden; sie werden mit keilförmig oder parallel verlaufenden Kanten hergestellt; • spezielle Ziegel – Dachziegel mit variabler, im Wesentlichen dekorativer Formgebung, beispielsweise handgeformte Ziegel. Diese Begriffe bezeichnen verschiedene Formen von Standardziegeln. Daneben existieren diverse Form- oder Zubehörziegel, die eine Anpassung an singuläre Orte und spezielle Aufgaben erlauben (2 68). Es wird unterschieden zwischen: • koordinierten Formziegeln – Formziegel, die an Dachziegeln, mit denen sie verlegt werden, unmittelbar ausgerichtet oder mit diesen verfalzt sind – z. B. Ortgangziegel mit Falz, Lüfterziegel mit Falz, eineinhalber Ziegel, Firstziegel mit Falz, Gratziegel mit Falz oder zur Verlegung in Reihe, Kehlziegel zur Verlegung in Reihe, Winkelziegel mit Falz oder zur Verlegung in Reihe; • unkoordinierten Formziegeln – Formziegel, die nicht an Dachziegeln, mit denen sie verlegt werden, ausgerichtet oder mit diesen verfalzt sind – z. B. Firstziegel, Gratziegel, Kehlziegel, Ortgangziegel, Winkelziegel.

5 Rippensysteme

585

Die Befestigung der Dach- und Formziegel an der tragenden Konstruktion kann bei geneigten Dächern mit Einhängenasen (über Gravitationsschluss) an der Lattung und/ oder an Befestigungslöchern (zumeist mittels Nagelung) erfolgen. Andere Befestigungsmittel sind ebenfalls zulässig. Es lassen sich auch Klammern zur zusätzlichen Sicherung des Ziegels verwenden. Die traditionell übliche Befestigung der Dachziegel an einer Lattung mittels Einhängenasen setzt ausreichendes Eigengewicht des Ziegels voraus, der durch Aufliegen auf der darunterliegenden Ziegelreihe gleichzeitig diese Ziegel mit seinem Gewicht in Position hält. Mit steigender Dachneigung wird die Kraftkomponente rechtwinklig zur Dachebene, welche für die Befestigung des Ziegels verantwortlich ist, stetig kleiner. Bei größeren Dachneigungen sind Dachziegel deshalb ggf. mit Klammern zusätzlich gegen Windsog und Herabfallen zu sichern. Bei Dachneigungen größer als 65° muss jeder Dachziegel oder Dachstein zusätzlich befestigt werden. Unabhängig von einer eventuell erforderlichen Klammerung der Dachdeckung ist an Dachkanten wie Ortgang, Frist, Grat und Pult jeder Dachziegel oder -stein mechanisch zu befestigen.5

Befestigung

Hinsichtlich der Verlegegeometrie unterscheidet man die Begriffe der

Verlegegeometrie

• Decklänge – Maß des eingedeckt von oben sichtbaren Ziegels oder koordinierten Formziegels, gemessen in Längsrichtung. Dieses Maß entspricht auch dem Lattenabstand; • Deckbreite – Breite des eingedeckten, von oben sichtbaren Ziegels oder Formziegels. In beiden Deckmaßen sind die Überlappungsmaße folglich nicht enthalten. Man unterscheidet ferner: • Eindeckung in Linie – die Längsstöße aufeinanderfolgender Ziegelreihen liegen in einer Linie. Diese Verlegegeometrie ist kennzeichnend für gefalzte Dachziegel. Man spricht auch von Eindeckung in Reihe; • Eindeckung mit versetzten Längsstößen – die Längsstöße von aufeinanderfolgenden Reihen sind jeweils um eine halbe Ziegelbreite versetzt; diese Verlegegeometrie ist insbesondere für flache, ungefalzte Ziegel geeignet, da die Fugen einer Ziegelreihe teilweise durch die Ziegel der darüberliegenden Reihe abgedeckt und gedichtet werden – man spricht auch von Eindeckung im Verband.

& Näheres in: Deutsches Dachdeckerhandwerk: Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 1.4.1, 1.4.2 und Anhang 1.

586

XIII Äußere Hüllen

Oberflächenbehandlung

Dachziegel lassen sich zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit ihrer Oberfläche behandeln. Es ist eine Oberflächenbehandlung mit hydrophoben oder hydrophilen Mitteln möglich, die das Verhalten der Oberfläche bei Kontakt mit Wasser beeinflussen. Ferner kommen folgende Möglichkeiten in Betracht: • Glasur – eine eingebrannte Oberflächenschicht auf Glasbasis; • Engobe – eine poröse bzw. dichtere eingebrannte Oberflächenschicht auf Tonbasis.

Regeldachneigung

Deckbild bei Flachziegeln

Regeldachneigungen von Dachziegel- und Dachsteindeckungen in Abhängigkeit der Ziegelform und der Deckungsart zeigt 2 69. Die am häufigsten angewendeten Flachziegel sind Biberschwanzziegel. Folgende Deckungsgeometrien werden unterschieden: • Doppeldeckung: Jede Traglatte träg eine Biberreihe. Jede Reihe ist gegenüber der nächsten um eine halbe Ziegelbreite versetzt (Halbverband). Die erste und übernächste Ziegelreihe befinden sich dann in Reihe und überlappen sich um das Maß der Höhenüberdeckung. First- und Traufgebinde sind mit Sonderziegeln oder als Kronenverband ausführbar (2 72).

RDN 22° 25°

Dachziegelart/Merkmal Dachziegel mit Ringfalz gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.2

Deckungsart Einfachdeckung

Beispiel Flachdachziegel Romanische Dachziegel Doppelmuldenfalzziegel mit besonderen Merkmalen oder Deckung im Verband

Dachziegel mit Kopffalz oder Kopfrippe und Fußrippe und Seitenverfalzung gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.3

Reformziegel mit besonderen Merkmalen Glattziegel bei Deckung im Verband Verschiebeziegel mit besonderen Merkmalen

30°

Dachziegel mit Kopffalz oder Kopfrippe und Fußrippe und Seitenfalz gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.4

Doppelmuldenfalzziegel Reformziegel Glattziegel Verschiebeziegel

35°

Dachziegel mit seitlich eingreifender Überdeckung gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.5

Strangfalzziegel

Dachziegel mit seitlich übergreifender Überdeckung gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.6

Krempziegel

35° 40° 40°

gewölbte Dachziegel gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.7

Aufschnittdeckung Vorschnittdeckung Einfachdeckung

Hohlpfanne Hohlpfanne Mönch- und Nonne

30°

ebene Dachziegel gemäß DDH-FDDD Abschn. 2.2.2.8

Doppel- und Kronendeckung

Biberschwanzziegel

40°

Einfachdeckung mit Spließen

69 Regeldachneigungen (RDN) von Dachdeckungen aus Dachziegeln und Dachsteinen gemäß Quelle 6. Die Hinweise DDH-FDDD beziehen sich auf die Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen des Deutschen Dachdeckerhandwerks.

5 Rippensysteme

587

Unterschreitung der Regeldachneigung

Nutzung – Konstruktion – klimatische Verhältnisse eine weitere erhöhte keine weitere erhöhte zwei weitere erhöhte Anforderung 1 Anforderung 1 Anforderungen 1

drei weitere erhöhte Anforderungen 1

keine

Klasse 6

Klasse 6

Klasse 5

Klasse 4

3.3 Unterspannung (USB-A)

3.3 Unterspannung (USB-A)

2.4 überlappende/verfalzte Unterdeckung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind oder

2.2 verschweißte/verklebte Unterdeckung 2.3 überdeckte Unterdeckung mit Bitumenbahnen

Klasse 4 nahtgesicherte Unterspannung USB-A

bis 4°

über 4° bis 8°

MDN 1

2

3

3.2 nahtgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

Klasse 4

Klasse 4

Klasse 3

Klasse 3

2.2 verschweißte/verklebte Unterdeckung

2.2 verschweißte/verklebte Unterdeckung

2.3 überdeckte Unterdeckung Bitumenbahnen

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

3.2 nahtgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

2.3 überdeckte Unterdeckung Bitumenbahnen 3.1 naht- und perforationsgesicherte Unter3.2 nahtgesicherte Unterspannung (UDB-A; spannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes UDB-B, wenn die 2), 3), 4), 5) im Produkt- Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt datenblatt erfüllt sind; sind; USB-A) USB-A)

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

3.1 naht- und perforationsgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A) Unterdeckplatte 3

Klasse 3

Klasse 3

Klasse 3

Klasse 3 2

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

2.1 naht- und perforationsgesicherte Unterdeckung

3.1 naht- und perforationsgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

3.1 naht- und perforationsgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

3.1 naht- und perforationsgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

3.1 naht- und perforationsgesicherte Unterspannung (UDB-A; UDB-B, wenn die Indizes 2), 3), 4), 5) im Produktdatenblatt erfüllt sind; USB-A)

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

Unterdeckplatte 3

10°

Erhöhte Anforderungen bilden Kategorien gemäß DDH-FDDD Abschnitt 1.1.3. Weitere erhöhte Anforderungen können sich aus der Gewichtung innerhalb einer Kategorie gemäß Abschnitt 1.1.3 ergeben. Zum Beispiel können klimatische Verhältnisse mehrere erhöhte Anforderungen ergeben. Nur zulässig, wenn ein Nachweis hinsichtlich der Funktionssicherheit der verwendeten Produkte einschließlich des Zubehörs (Dichtbänder oder Dichtungsmassen unter Konterlatten, Klebebänder, vorkonfektionierte Nahtsicherung) im Rahmen einer Schlagregenprüfung sowie eines 24-stündigen Beregnungstests bei einer Dachneigung von 15° herstellerseitig erfolgt ist. Andernfalls ist die nächsthöhere Klasse zu wählen. Unterdeckplatten sind gemäß der Klassifizierung im Merkblatt für Unterdächer, Unterdeckungen und Unterspannungen zuzuordnen. Herstellerseitige Einschränkungen sind zu berücksichtigen. Hinweise zur Perforationssicherung sind dem Produktdatenblatt zu entnehmen.

70 Erforderliche Zusatzmaßnahmen in Form zusätzlicher Deckunterlagen für Dachdeckungen aus Dachziegeln und Dachsteinen gemäß Quelle 7. Vergleiche auch 2 60. Zum Begriff der erhöhten Anforderung vgl. Abschn. 2.2.5 Zusatzmaßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung.

588

XIII Äußere Hüllen

• Kronendeckung: Jede Traglatte trägt zwei Biberreihen (Lager- und Deckschicht), die gegenseitig im Halbverband verlegt sind. Jeweils zwei Lagerschichten überlappen sich um das Maß der Höhenüberdeckung. First- und Traufgebinde werden als Kronengebinde verlegt (2 73). • Spließdeckung: Einfachdeckung mit unterlegten Längsfugen. Die Unterdeckung erfolgt mittels eines Spließes, eines 5 cm breiten Streifens aus Holz, Kunststoff, Metall oder anderen Werkstoffen. Spließdeckung ist nur bei reduzierten Anforderungen anwendbar. Sowohl bei der Doppel- wie auch bei der Kronendeckung ist folglich stets gewährleistet, dass eine Stoßfuge zwischen zwei benachbarten Ziegeln mit anderen Ziegeln unterlegt ist. Ein typisches Beispiel für unverfalzte Hohlziegel sind Mönch-und-Nonnen-Ziegel. Die Fuge zwischen zwei anstoßenden, konkav geformten Nonnenziegeln wird durch den konvex geformten Mönchziegel abgedeckt (2 74). Aufgrund der Wölbung des Nonnenziegels liegt die Fuge gegenüber der wasserführenden Fläche erhöht. Die Nonnenziegel sind in Reihe verlegt und überlappen um das Maß der Höhenüberdeckung (ü) (2 75). Mönch-und-Nonnen-Ziegeldeckungen wurden traditionell vermörtelt verlegt. Bei modernen, trocken verlegten Ausführungen werden Mönch- und Nonnenziegel mittels innenseitig angeordneter Klammern an der Lattung rückverankert.

Deckbild bei Hohlziegeln

M 1:20

0

100

200 mm

M 1:20

0

100

h

h

b

b DL = (h – ü) : 2

DL = h – ü ü

ü

y

y x

72 Biberschwanzziegel – Deckbild bei einer Doppeldeckung: Höhenüberdeckung ü, Decklänge DL.

x

73 Biberschwanzziegel – Deckbild bei einer Kronendeckung.

200 mm

5 Rippensysteme

589

Anders als bei Flachziegeln beruht die Dichtwirkung von Falzziegeln nicht auf dem mehrmaligen Überlagern von Ziegelschichten (z. B. Doppeldeckung), sodass die Fugen im Wesentlichen durch Unterlegen gedichtet werden, sondern auf der die Profilierung der Seiten- und ggf. Höhenüberdeckung. Infolgedessen werden Falzziegel in Einfachdeckung verlegt (2 77). Sie lassen sich je nach Ausführung in Reihe oder im Verband anordnen. Strangfalzziegel weisen nur eine Seitenverfalzung auf (2 71, rechts). Sie sind grundsätzlich im Verband zu decken. Die Höhenüberdeckung ist aufgrund des unprofilierten Kopfendes variabel und ist an die Dachneigung anzupassen.

Deckbild bei Falzziegeln

Nonne M 1:20

0

100

200 mm

Mönch M 1:20

0

100

200 mm

71 Biberschwanzziegel mit Rundschnitt (links) 74 Mönch- und Nonnen-Ziegel und ebener Strangfalzziegel mit Seitenverfalzung (rechts).

M 1:20

0

100

M 1:20

h

h

b

ü ü DL = h – ü DL = h – ü y

y x

75 Mönch- und Nonnen-Ziegel – Deckbild: Höhenüberdeckung ü, Decklänge DL.

100

200 mm

76 Flachdachziegel mit mehrfacher Ringverfalzung und gerader Krempe.

200 mm

b

0

M 1:20

x

77 Flachdachziegel – Deckbild.

0

100

200 mm

590

XIII Äußere Hüllen

Dachkanten & DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 4.

• First ☞ die Übersicht eines Dachziegelsortiments in  68

• Traufe & DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 4.1

☞ siehe z. B.  79

Generelle Hinweise zur Ausbildung von Standarddachdetails finden sich im Regelwerk. Exemplarische konstruktive Ausbildungen zu verschiedenen Deckungsarten mit Dachziegeln und Dachsteinen sind in 2 78 bis 91 dargestellt. Firste werden im Regelfall mit speziellen Firstziegeln ausgebildet. Sie wurden herkömmlich als Mörtelfirst ausgeführt, heute hingegen im Normalfall als Trockenfirst (2 78, 82). Firstziegel sind konisch geformt, sodass sie in Längsrichtung überlappen, alternativ in verfalzter oder unverfalzter Ausführung. Firstanfang und -ende werden mit speziellen, abgedeckt ausgeführten Formziegeln realisiert. Alle Firstziegel werden durch Verschraubung oder mittels Klammern in einer durchgehenden Firstlatte verankert, die durch Stahlschuhe (Firstlattenhalter) auf den Sparrenenden, auf der Firstbohle oder der Firstpfette befestigt ist. Gegebenenfalls erfolgt der Anschluss der Dachfläche an den First mittels spezieller Firstanschlussziegel. Bei Einsatz von Biberschwanzziegeln kann der Firstanschluss mit speziellen Firstbibern oder alternativ als Kronengebinde erfolgen. Aus Gründen der Dichtheit ist eine ausreichende Überdeckung des Firstziegels über das obere Ende des Firstanschlussziegels zu gewährleisten. Die bei profilierten Dachziegeln bei der Übergreifung durch den Firstziegel seitlich verbleibenden Lücken werden mit anpassbaren Kunststoffseitenstreifen mit Alu-Streckgittereinlage und Dehnfalten geschlossen. Traufen lassen sich grundsätzlich mit regulären Dachziegeln oder -steinen ausführen oder alternativ mit speziellen Traufziegeln oder -steinen. Letztere Variante kommt häufiger bei Deckungselementen mit profiliertem Querschnitt vor, da die stirnseitig entstehenden Öffnungen geschlossen werden müssen. Die Dachdeckung sollte die Dachrinne um maximal 1/3 der Rinnenbreite überlappen, damit das Niederschlagswasser kontrolliert abgeführt wird. Es empfiehlt sich, die Deckungsgeometrie so festzulegen, dass Traufziegel ungeschnitten verlegt werden können. Im besonderen Fall der Mönch- und Nonnenziegel ist die unterste Nonnenreihe mit den abdeckenden Mönchziegeln bündig zurückzuschneiden (2 80). Da unter dem Kopfende der Traufziegelreihe die Auflage gegenüber dem Regelfall – also zumeist Traglatte und nächsttiefere Ziegelreihe – notwendigerweise variiert, ist dafür zu sorgen, dass der Traufziegel dennoch die gleiche Neigung wie alle anderen Ziegelreihen beibehält. Zu diesem Zweck kommen Trauf- oder Keilbohlen, Doppellatten oder spezielle Traufelemente infrage. Diese dienen gleichzeitig im Allgemeinen für die Befestigung der Rinnenbügel oder alternativer Rinnenaufhängungen. An der Traufe ist dafür Sorge zu tragen, dass ein ausreichender offener Lüftungsquerschnitt zur Belüftung des Luftraums zwischen Dachdeckung und Deckunterlage verbleibt. Traufbohlen werden aus diesem Grund auf die Konterlattung aufgesetzt. Ansonsten sind spezielle Traufschienen

5 Rippensysteme

591

als Lochquerschnitt auszubilden. Ortgänge, also die giebelseitigen Abschlusskanten von geneigten Dachflächen, werden bei modernen Dachdeckungsarten im Allgemeinen mithilfe spezieller Ortgangziegel oder -steine ausgeführt (2 79, 87). Ortgangsteine weisen eine abgewinkelte Überdeckungsfläche auf, welche den Ortgang seitlich übergreift. Alle Ortgangziegel sind mit mechanischen Verbindungsmitteln an der Unterkonstruktion zu befestigen (Verschraubung oder Klammerbefestigung). Eine Ausnahme stellt die Deckschicht einer Kronendeckung mit Biberschwanzziegeln dar. Bei Biberschwanzdeckungen lassen sich Ortgänge grundsätzlich auch mit geschnittenen regulären Bibern ausführen. Die Schnittkanten sind zu hydrophobieren. Anstelle von Ortgangziegeln mit abgewinkelter Flanke, lassen sich Ortgänge auch mit Zahnleisten und Windbrettern ausführen.

• Ortgang

Grate werden im Normalfall mit Firstziegeln abgedeckt, heute zumeist als Trockengrat. Sie werden, analog zum First, an der Unterkonstruktion befestigt. Seitlich am Grat anstoßende Dachziegel sind naturgemäß schräg zu schneiden, aus Gründen der Dichtheit möglichst bis dicht an die Gratlatte. Kehlen sind aufgrund ihrer konkaven Geometrie, im Gegensatz zu Graten, wasserführende Verschneidungskanten in der Dachfläche. Sie lassen sich in vielfältigen Varianten realisieren: mithilfe einer Unterlegung der Deckung (überdeckte Kehlen), durch spezielle Teile wie Formziegel (Formziegelkehlen) oder Bleche (überdeckte Metallkehlen), oder auch durch einfache Fortsetzung der Deckung mit speziellen Ziegeln oder mit besonderen Deckgeometrien (eingebundene Kehlen, Schwenkziegelkehlen). Nähere Hinweise gibt das Fachregelwerk.

• Grat, Kehle

& DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 4.2

& DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 4.4, 4.6

XIII Äußere Hüllen

☞

2



78

592

1

6

3

M 1:20 100

☞  79

0

200 mm

1

4 5

6

M 1:20

z

z

0

y

78 Ortgangausbildung mittels spezieller ab­ gewinkelter Ortgangziegel.

100

200 mm

x

79 First- und Traufausbildung mit Deckung aus Biberschwanzziegel (Doppeldeckung, Minimaldachneigung 18 °). Trockenverlegung mit metallischer Haltekonstruktion für den First. Erforderlichenfalls Verschraubung der Ziegel in vorbereiteten Schraublöchern zur Windsogsicherung. 1 Biberschwanzziegel 2 Firstziegel 3 Traufbohle 4 Ortgangziegel 5 halber Ortgangziegel 6 Sparren

5 Rippensysteme

593

☞



81

4

3

1 2

M 1:20

1

2

3

5

Mönch abgeschnitten

6

6

0

100

200 mm

7

M 1:20

z

0

100 200 mm

x

80 First- und Traufausbildung mit Deckung aus Mönch-und-Nonnen-Ziegel (Minimaldachneigung 10 °). Trockenverlegung mit metallischen Halteklammern für den Mönch und für den Firstziegel.

☞  80

8

9

z y

81 Ortgangausbildung: Die letzte Ziegelreihe wird bei dieser Variante als 3er-Element aus einem Nonnen- und zwei Mönchziegeln im Werk vorgeklebt und vor Ort auf der Unterkonstruktion verschraubt. 1 Mönch 2 Nonne 3 Halteklammer für Mönch 4 Firstziegel 5 Aufsteckschiene aus Metall (U-Profil) über Latte 6 werkseitige Verklebung 7 selbstschneidende Blechschraube 8 Putz 9 Sparren

594

XIII Äußere Hüllen

☞  83

2

6

3 7 8

☞  85

1

9

z

M 1:10

82 Firstausbildung bei Deckung aus Flachdachpfannen in Trockenverlegung (Längsschnitt) (Minimaldachneigung 18 °). Befestigung der Firstziegel mithilfe von metallischen Klammern.

0

x

100 mm

☞  82

1

83 Traufausbildung bei Deckung aus Flachdachpfannen mit Unterdachentwässerung in die Rinne. 1 Flachdachpfanne 2 Firstanschluss-Schiebepfanne 3 Firstziegel 4 Firstendziegel vorne 5 Firstendziegel hinten 6 Firstlatte 7 Edelstahl-Firstklammer 8 Firstlattenhalter 9 Sparren 10 Flugsparren 11 handwerklich gefertigte Lochblechleiste 12 Ortgangpfanne

11

9

M 1:10

z

0

x

100 mm

5 Rippensysteme

595

☞  82

Hauptwetterrichtung

4

3

7

6

5

8 9

84 Rinne mit Rinnenhalter.

z

85 (Links) Firstausbildung mit Deckung aus Flachdachpfannen. Trockenverlegung mit metallischer Haltekonstruktion.

y

1

12

☞  82, 83

86 Befestigung des Rinnenhalters auf der Traufbohle; Abdeckblech mit Lüftungsgitter.

z

9

10

M 1:10 0

y

100 mm

87 (Links) Ortgangausbildung mit speziellem Ortgangziegel (vgl. Sortiment in  68).

596

XIII Äußere Hüllen

2

3

4

☞



89

1

15

6

11 10 16 7

88 Traufausbildung: Tragkonstruktion aus Holzbauelement in oben offener Schalenform (System Lignatur ® ), Rippen in Gefällerichtung gespannt. Außenwand aus Massivholzplatte. Die Dampfdiffusionswerte der Schichten sind zu prüfen; ggf. ist zusätzlich eine Dampfbremse einzubauen.

8 5 M 1:20

9

z

0

100 200 mm

x

1

2

4

3

17

☞  88

12

5

11 7 8 5 9

M 1:20

z

89 Ortgangausbildung der Konstruktion in  88.

0

y

100

200 mm

5 Rippensysteme

2

3

4

☞



91

1

597

15

13

12

11 18 19

z

16

14 21

2

3

24 23

22

M 1:20

5

0

100

200 mm

x

90 Traufausbildung: Tragkonstruktion aus Holzbauelement in oben offener Schalenform, Rippung quer zum Gefälle gespannt (System Lignatur®). Außenwand aus Holzrahmenkonstruktion. Die Dampfdiffusionswerte der Schichten sind zu prüfen; ggf. ist unter der Dachkonstruktion zusätzlich eine Dampfbremse einzubauen. 91 Ortgangausbildung der Konstruktion in  90.

1

2

4

3

17

☞  90

11

13

20 14 19

21

2

3

24

22

23

5

M 1:20

z

0

y

100

200 mm

1 Dachdeckung 2 Lattung 3 Konterlattung/Hinterlüftungsebene 4 Unterdachbahn, diffusionsoffen 5 Wärmedämmung 6 Holzschalung 7 Putz 8 Putzträgerplatte 9 Massivholzplatte 10 Sichtschalung 11 Holzbauelement mit integrierter Wärmedämmung 12 Dämmstofffüllung der Stoßfuge 13 Holzfaserplatte 14 Holzwerkstoffplatte zur Schaffung des Überstands 15 Traufbohle 16 Vorhangrinne 17 Ortgangbrett 18 BSH-Randbalken zur Befestigung der Fassade 19 innere Bekleidung: Gipskarton- oder Gipsfaserplatte 20 Winkel 21 Wetterhaut: z. B. Faserzementplatte 22 Beplankung, diffusionsoffen 23 Dampfbremse/-sperre, luftdicht 24 Beplankung

598

XIII Äußere Hüllen

2.2.8

Dächer mit Deckung aus Faserzement-Wellplatten Allgemeines & DIN EN 492, DIN EN 494 & DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Wellplatten, 03/2002

Faserzement-Wellplatten bestehen nach Norm im Wesentlichen aus Zement oder Calciumsilikat, das durch chemische Reaktion von silicium- und kalkhaltigen, mit Fasern bewehrten Materialien gebildet wird. Sie gelten, im Gegensatz zu Dachziegeln, als großformatige Deckelemente und weisen gegenüber jenen einen wesentlich geringeren Fugenanteil auf. Man unterscheidet • kurze Wellplatten (Kurzwellplatten) – mit Längen bis einschließlich 0,9 m; diese werden mit Eckenschnitt ausgeführt und sind mit Bohrungen für die Befestigung versehen; • lange Wellplatten (Standardwellplatten) – mit Längen von mehr als 0,9 m; sie sind mit oder ohne Eckenschnitt erhältlich; Standardwellplatten sind ungelocht. Ferner bieten die Hersteller komplette Sortimente an speziellen Ergänzungsplatten und Formteilen an. 177

Profil 177/51

130



92 Zwei handelsübliche Wellplattenprofile.

Profil 130/30

Dachneigungen

Wellplattendeckungen erlauben aufgrund ihres geringen Fugenanteils flachere Dachneigungen als die meisten Dachdeckungen aus kleinformatigen Deckelementen. Regeldachneigungen sind in der Tabelle in 2 93 zusammengefasst. Sie werden in Abhängigkeit der Entfernung Traufe–First festgelegt. Die Regeldachneigung darf bei Standardwellplatten um 2°, bei Kurzwellplatten um 5° unterschritten werden, wenn Dichtschnüre in die Höhenüberdeckung der Platten eingefügt werden ( 95, 96). Weitergehende Unterschreitungen sind nur mit wasserdichtem Unterdach zulässig. Grundsätzlich darf die Dachneigung von 5° nicht unterschritten werden.

Regensichernde Zusatzmaßnahmen

Analog zu den in Abschn. 2.2.5 beschriebenen Randbedingungen, ist bei erhöhten Anforderungen an die Dachdeckung mindestens eine Unterspannung vorzusehen, unterhalb 15° Dachneigung eine verschweißte oder verklebte Unterdeckung.

5 Rippensysteme

599

Wellplatten verlaufen mit ihrer Profilierung naturgemäß in Gefälle-, also Wasserfließrichtung. Ihre nutzbare Biegesteifigkeit entfaltet sich folglich in Gefällerichtung. Deswegen sind sie auf einer firstparallel verlaufenden Stablage aufzulagern. Die Unterkonstruktion ist ausführbar in

Unterkonstruktion

• Holz –Latten oder Pfetten müssen eine Mindestauflagerbreite von 60 mm haben; • Stahl – warmgewalzte Profile, offen oder rohrförmig, kaltgeformte Blechprofile; Rundrohre müssen einen Durchmesser von min. 40 mm haben, eckige Profile eine Auflagerbreite von min. 40 mm; • Stahlbeton – Auflagerbreite mindestens 40 mm. Die zulässigen Auflagerabstände von Standardwellplatten zeigt die Tabelle in 2 94. Kurzwellplatten erfordern grundsätzlich einen Auflagerabstand von 500 mm. Die maximalen Auskragungslängen entsprechen den jeweils zulässigen Auflagerabständen.

Wellplatte

Entfernung Traufe–First in m

Standardwellplatte

Kurzwellplatte

< _ 10 >10–20

Regeldachneigung in ° (%)

>20–30

> _ 9 (~15,8) > _ 10 (~17,6) > _ 12 (~21,3)

>30

> _ 14 (~24,9)

< _ 10

> _ 15 (~26,8)

>10–20

> _ 17 (~30,6)

>20–30

> _ 19 (~34,4)

>30

> _ 20 (~36,4)

Gilt nur für Wellplatten gemäß Produktdatenblatt

Dachneigung

Profil

< 20 ° (~36,4 %) 177/51 und 130/30 > _ 20 ° (~36,4 %) 177/51

130/30

Wellplattenlänge

2500 2000 1600 1250 2500 2000 1600 1250 2500 2000 1600 1250

Auflagerabstände höchstüblicher zulässig Abstand < _ 1150 1150 900 700 1050 < _ 1450 1150 900 1400 1050 < _ 1175 1150 900 700 1050

93 Regeldachneigungen von Dächern mit Faserzementwellplattendeckung in Abhängigkeit der Entfernung zwischen First und Traufe gemäß DDH-Fachregel.

94 Vorgeschriebene Auflagerabstände für Wellplatten in Abhängigkeit von Länge, Profil und Dachneigung, gemäß DDH-Fachregel.

600

XIII Äußere Hüllen

Die Befestigung der Wellplatten an der Unterkonstruktion kann werkstoffabhängig erfolgen durch

Befestigung

• Holz – Holzschrauben nach DIN 571 oder selbstbohrende Holzschrauben mit Bohrlochaufreibern (2 95); Kurzwellplatten wer­den üblicherweise mit Glockenschrauben (Ø = 3,8 mm, feuerverzinkt, Eindringtiefe ≥ 36 mm) befestigt (2 95); • Stahl – Stahlhaken nach DIN EN 10025 (2 97) oder gewindefurchende Blechschrauben; • Stahlbeton – Holzschraube nach DIN 571 in Dübel. & DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Wellplatten, 2.3

95 Befestigung von Wellplatten auf einer Holzunterkonstruktion mittels einer Holzschraube mit Kunststoffdichtung, gemäß DDH-Fachregel. 96 Befestigung von Kurzwellplatten auf einer Holzunterkonstruktion mittels einer Glockenschraube, gemäß DDH-Fachregel.

e nterlatt rren/Ko O.K.Spa

er

d O.K. Bin

der

in O.K. B

97 Befestigung von Wellplatten auf einer Stahl-Unterkonstruktion mittels eines L -Hakens, ge­mäß DDH-Fachregel.

Nähere Bestimmungen finden sich im Fachregelwerk. Die verwendeten Verbindungsmittel müssen an ihrem Kopf grundsätzlich mit einer Dichtung versehen sein und sind stets in den Wellenbergen anzuordnen.

5 Rippensysteme

601

Wellplatten sind mit Seiten- und Höhenüberdeckung zu verlegen (2 99, 100). Die erforderlichen Überdeckungsmaße zeigt die Tabelle in 2 98. Um geometrische Konflikte am Vierplatteneck zu vermeiden, sind die Platten mit Eckenschnitt versehen. Auf diese Weise lassen sich am Eck diagonal anstoßende Platten höhengleich verlegen (2 101). Für die passende Einteilung der Dachfläche kann man spezielle Zuschnittplatten erforderlichenfalls auf Sondermaße zuschneiden.

Deckung

Wellplatte

Profil

Standardwellplatte

177/51

200

47

873

130/30

200

90

910

177/51

125

47

873

Kurzwellplatte

Höhenüberdeckung Seitenüberdeckung in mm in mm

Deckbreite in mm 98 Überdeckungsmaße und Deckbreiten genormter Wellplatten gemäß DDH-Fachregel.

200 47

99 Höhenüberdeckung zweier am Stirnstoß übergreifender Wellplatten. 100 Seitenüberdeckung zweier am Längsstoß übergreifender Wellplatten.

602

XIII Äußere Hüllen

Abb. 101 grafisch aktualisiert

5-10 2

125

4

3

2

47

3

101 Der schräge Eckenschnitt an Wellplatten verhindert, dass an den Eckpunkten beim Zusammentreffen von Höhen- und Seitenüberdeckung geometrische Konflikte auftreten.

1

102 Der schräge Eckenschnitt. Platte 2 und 3 liegen in der gleichen Ebene und stoßen am Schrägschnitt stumpf aneinander. Dadurch lässt sich die korrekte relative Lage der Platten zueinander durchgängig beibehalten.

10

E

9 6

D

3 C

8 D

5 2 C

7 4

B

103 Verlegung der Wellplatte; Verlegeablauf (1 bis 9), Plattentypen (A, B, C, D, E).

1

B A

5 Rippensysteme

603

Für singuläre Kanten und Punkte an der Deckung sind heute komplette Lieferprogramme an speziellen Formteilen aus Faserzement erhältlich. Bilder 2 107 bis 110 zeigen herkömmliche Ausbildungen von Regeldetails der Wellplattendeckung. Nähere Hinweise zur Detailausbildung gibt das Fachregelwerk.

Dachkanten

Analog zu modernen Firstausbildungen mit Firstziegeln in Trockenverlegung werden Firstformstücke auf Firstlatten aufgelegt und befestigt (2 107). Es sind entsprechenden Vorkehrungen für die Entlüftung der Luftschicht unter der Deckung vorgesehen.

• First

Die Traufe lässt sich mit speziellen Formstücken, sogenannten Traufenfußstücken, ausbilden, die sich durch gewellte Schenkel an die Wellplattendeckung anpassen und rinnenseitig in einem abgewinkelten ebenen Streifen enden (2 109). Diese Lösung ist für Platten mit Eckenschnitt geeignet. Deckungen mit freiem Überstand sind in der Traufplattenreihe ohne Eckenschnitt auszuführen. Rinnenhalter und sonstige Ergänzungselemente wie Traufbleche oder -blenden sind grundsätzlich an der Unterkonstruktion zu befestigen.

• Traufe

Im Prinzip ist auch der Ortgang mit Formstücken, freiem Überstand oder mit Sonderkonstruktionen ausführbar. Formstücke lassen sich als Winkelelemente mit ebenen Schenkeln, welche die anstoßenden Wellplatten einfach überdecken, oder als gewellte Anschlussstücke (Wellgiebelwinkel), welche in die Deckung regulär einbinden, ausführen.

• Ortgang

Grate werden üblicherweise mit speziellen Faserzement-Gratkappen, Kehlen als unterlegte Metallkehlen ausgeführt.

• Grat, Kehle

104 Kurzwellplatte Profil 5 aus Faserzement.

105 First mit Well-Firstkappen.

& DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Wellplatten, 4.

106 Formteile am Übergang von Dach- zu Wandflächen.

604

XIII Äußere Hüllen

☞  108, 109

4

1

9

3

6 5 2

13

12 10

11

15°

14

M 1:10

z

0

107 First eines geneigten Dachs mit Wellplattendeckung (System Eternit®).

100 mm

x

108 Traufe eines geneigten Dachs mit Wellplattendeckung (System Eternit®).

110

☞  107

14 13 8

☞

1 Faserzement-Wellplatte 2 Formstück First-/Gratkappe (GKK) 3 First-/Gratlüftungsrolle 4 Dichtprofil 5 Firstlatte 6 First-/Gratlattenhalter 7 Spezial-Glockenschraube 8 Traglattung 9 Konterlattung 10 Dachfolie 11 Firstpfette 12 Wärmedämmung 13 Dampfbremse/-sperre 14 innere Beplankung auf Unterkonstruktion 15 Fußpfette 16 Sparren 17 Verschalung 18 Traufbohle, Rinnenhalter in die Traufbohle eingelassen 19 Traufenlüftungskamm 20 Lüftungsprofil 21 Einlaufblech 22 Rinnenhalter 23 hoch hängende Rinne 24 Traufblech 25 Katalog-Dachuntersicht 26 Katalog-Traufenfußstück 27 Katalog-Wellgiebelwinkel 28 Verkleidungsbrett

8 7

7 15 12 1

9

16 10 17

18 19 20 21 22 23

24 15°

z

M 1:10 0

x

100 mm

5 Rippensysteme

605

☞

110

☞  107

7 8

13 15 12 1

9 20 16 10 25

18 26 20

22 23

14

15°

z

M 1:10 100 mm

0

109 Traufe eines geneigten Dachs mit Wellplattendeckung. Traufenausbildung mit Traufenfußstück (System Eternit®).

☞  108, 109

x

7 14 13 12

10 1 8 9

7 27 28

20

16

M 1:10

z

0

y

100 mm

110 Ortgangausbildung eines Dachs mit Wellplattendeckung mithilfe eines Formstücks (System Eternit®).

606

2.2.9

XIII Äußere Hüllen

Dächer mit Deckung aus ebenen Faserzementplatten  DDH: Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Dachplatten 05/2018  DDH: Fachregel für Außenwandbekleidung mit ebenen Faserzement-Platten 06/2001

Ebene Faserzementplatten sind kleinteilige, schindelartige Deckelemente, die mit Seiten- und Höhenüberdeckung verlegt werden. Sie sind in verschiedenen Zuschnitten erhältlich und erlauben verschiedene Deckungsbilder (Beispiel:  112), mit Gebindesteigung – also diagonal verlegt – oder ohne Gebindesteigung, d. h. orthogonal angeordnet. Traufe, First, Ortgang und Grate werden mit den Standardplatten in Form spezieller Gebinde, also Plattenmuster, hergestellt. Auch Kehlen lassen sich dank der Anpassungsfähigkeit des kleinteiligen Deckmusters, ebenfalls mit der Standardplatte, als kontinuierlich ausgerundete, sogenannte Plattenkehlen ausführen. Die Deckung kann alternativ auf einer vollflächigen Unterlage mit Unterdeckung (Vollschalung und Vordeckung) (2 113, 115, 117) oder auf einer herkömmlichen Traglattung auf Konterlattung aufgebracht werden (2 114, 116, 118). Dachplatten aus Faserzement werden mit feuerverzinkten oder nichtrostenden Schieferstiften auf der Traglattung oder Schalung befestigt ( 112). Ein Durchdringen der Deckunterlage mit den Nagelspitzen ist möglich, bei unterseitig sichtbaren Dachüberständen aber möglichst zu umgehen. Mit dem gleichen Plattentyp lassen sich auch vorgehängte Außenbekleidungen – Wetterhäute – von Außenwänden ausführen, wie exemplarisch in 2 111 sowie in den Konstruktionsdetails in 2 115 bis 118 dargestellt.

111 Dachdeckung und Außenwandbekleidung mit ebenen Faserzementplatten (System Eter­nit®).

Unterdeckung

ng

cku

Vollschalung

üb

n

112 Deckbild einer Deutschen Deckung mit gerundeten ebenen Faserzementplatten, Format 30 x 30 cm wie in  111 dargestellt (System Eternit®). Darstellung des Traufgebindes und des Anfangsorts der Eindeckung. Regeldachneigung ≥ 25°. Unten: Katalog-Plattenformate für diese Deckungsart.

40 x 40 cm

30 x 40 cm

30 x 30 cm

d

ng

an

cku

bst

rde

üra

be

nü

hn Sc

he

Hö

ite

Se

e erd

25 x 25 cm

20 x 20 cm

5 Rippensysteme

607

☞  115

1

2

3

4

5

6

7

113 First eines geneigten Dachs mit Faserzementplattendeckung, direkt auf der Schalung befestigt (System Eternit®).

30°

z

M 1:10 100 mm

0

x

1 Dachschindeln, Deutsche Deckung 2 diffusionsoffene Vordeckung 3 Schalung 4 Sparren 5 Firstpfette 6 Wärmedämmung 7 Dampfsperre luftdicht verlegt

☞  116

1

2 3 8

9 10 11

12

13 4

6

7

114 Firstausbildung eines geneigten Dachs wie in  113, alternative Lösung mit Deckung auf Lattung sowie Firstentlüftung (System Eternit®).

30°

z

5

M 1:10 0

x

100 mm

1 Dachschindeln, Deutsche Deckung 2 Traglattung 3 Konterlattung 4 Sparren 5 Firstpfette 6 Wärmedämmung 7 Dampfsperre luftdicht verlegt 8 diffusionsoffene Unterdeckbahn 9 Firstbrett 10 Vordeckung 11 Firstbrett 12 Knaggen 13 Lüftungsprofil

608

XIII Äußere Hüllen

☞  113

4

117

6

3

2

1

5

☞



7

30°

M 1:10

z

0

115 Ortgangausbildung eines geneigten Dachs mit Faserzementplattendeckung (System Eternit®).

100 mm

x

☞  114

4 3

2 8

7

1

9 10

☞



118

6

116 Traufausbildung eines geneigten Dachs mit Faserzementplattendeckung, alternative Lösung zu derjenigen in   115, Deckung hier auf Lattung aufgelegt (System Eternit®). Vgl. auch  114, 118.

30° z

M 1:10 0

x

100 mm

☞  115

5 Rippensysteme

11 6

609

4

3

2

1

12 13 14

M 1:10

z

100 mm

0

☞  116

y

11 6

4

2

8 7

1

117 Ortgangausbildung des Dachs wie in   113, 115.

13 14

118 Ortgangausbildung des Dachs wie in   114, 116.

M 1:10

z

0

y

100 mm

1 Dachschindeln 2 diffusionsoffene Unterdeckbahn 3 Schalung 4 Sparren 5 Unterlegstreifen 6 Wärmedämmung 7 Traglattung 8 Konterlattung 9 Traufbohle 10 Lüftungsprofil 11 Dampfsperre luftdicht verlegt 12 Verwahrungsblech 13 Dachschindeln auf Ortgangbrett 14 Lüftungsband

610

2.2.10

XIII Äußere Hüllen

Dächer mit Deckung aus Metall & DDH: Fachregel für Metallarbeiten im Dachdeckerhandwerk, 06/2017 & DIN EN 501, DIN EN 502 & DIN EN 504 bis DIN EN 508

Dachdeckungen aus Metall werden mittels weitgehend handwerklich verarbeiteten Bändern und Tafeln aus Feinblechen verschiedener Baumetalle hergestellt oder alternativ aus industriell vorgefertigten profilierten Scharen, vorwiegend aus Aluminium. Als Schare werden in der Fachsprache der Dachdeckung Deckelemente bezeichnet, die der sichtbaren Decklänge und Deckbreite von Bändern oder Tafeln entsprechen. Schare werden sowohl handwerklich als auch industriell gefertigt. Grundsätzlich unterscheidet man (2 119): • Selbsttragende Metalldeckungen: Sie bestehen aus maschinell vorgeformten Blechbahnen, die aufgrund der Biegesteifigkeit, die sich aus ihrer Profilierung oder Verfalzung ergibt, in der Lage sind, die Lasten auf punktuelle Lagerungen zu übertragen. Sie erfordern also keine vollflächigen Deckunterlagen. Sie sind im Wesentlichen identisch mit den angesprochenen industriell gefertigten Decksystemen und werden zumeist aus Aluminium oder aus Stahlblechen gefertigt. • Nicht selbsttragende Metalldeckungen: Es handelt sich um die handwerklich ausgeführten Metalldeckungen, die grundsätzlich eine vollflächige Deckunterlage benötigen. Gängige Werkstoffe sind Baumetalle wie Kupfer, Titanzink, Aluminium, nichtrostender Stahl, verzinkter Stahl und Blei. Sie treten in folgenden Ausführungsvarianten auf: •• Doppelstehfalzdeckung; •• Winkelstehfalzdeckung; •• Leistenfalzdeckung; •• rollnahtgeschweißte Deckung aus nichtrostendem Stahl; •• Bleideckung mit Hohlwulst oder Holzwulst. Beide Ausführungsvarianten von Metalldeckungen werden vorzugsweise dem Grundsatz folgend ausgeführt, die Deckhaut aus Feinblech aus Gründen der Dichtheit für Befestigungszwecke nicht zu durchbohren. Es kommen infolgedessen für die Verbindungen von Blechen untereinander in erster Linie formschlüssige Falzverbindungen oder adhäsionsschlüssige Lötverbindungen zum Einsatz. Die Halterung der Schare auf der Unterkonstruktion bzw. Deckunterlage erfolgt dann indirekt, d. h. im Regelfall mithilfe sogenannter Hafte. Als Hafte werden in der Fachsprache der Dachdeckung Einzelteile bezeichnet, die auf der Unterkonstruktion mit mechanischen Verbindungsmitteln befestigt und mit den Scharen formschlüssig verfalzt oder verbördelt sind. Schiebehafte erlauben Temperaturdehnungen der Metalldeckung

5 Rippensysteme

611

Gruppen

Untergruppen

Unterteilung

Angaben zu

Dacheindeckungsprodukte aus Metall

selbsttragende Produkte (EN 506)

Kupfer/ Zink

Werkstoff

Stahl

Qualitätssicherung

Aluminium

Berechnung, Prüfung

nichtrostender Stahl

vollflächig unterstützte Produkte (EN 501)

Kupfer/ Zink

Werkstoff

Stahl

Qualitätssicherung

Blei nichtrostender Stahl

119 Übersicht der Dacheindeckungsprodukte aus Metall gemäß DIN EN 506 und DIN EN 501 mit Darstellung des Normenwerks.

Kupfer Cu

Aluminium AI

Blei Pb

Aluminium (AI)

+

+

-

Blei (Pb)

+

+

+

+

+

Kupfer (Cu)

-

+

+

-

+

-

Titanzink (Zn)

+

+

-

+

+

+

nichtrostender Stahl (S.S)

+

+

+

+

+

+

verzinkter Stahl (VSt)

+

+

-

+

+

+

Titanzink nichtverzinkter Zn rostender Stahl Stahl VSt S.S + + +

2)

+ 1) 2)

+ zulässig, – nicht zulässig 1) Stahlstifte von Hohlnieten sind im Außenbereich unzulässig. 2) Galvanische Verkupferungen verzinkter Bauteile können Korrosionsvorgänge verstärken; sie stellen keinen Korrosionsschutz dar. Wasserfließrichtung, Zusammenbau mit Kupfer In abfließendem Wasser enthaltene Kupferionen können die Flächenkorrosion von Aluminium, Zink und verzinktem Stahl fördern, insbesondere wenn es sich um größere Kupferflächen handelt. Deshalb sollten diese Metalle in Fließrichtung nicht unterhalb von Kupfer-Werkstoffen verwendet werden. Abkürzungen für Werkstoffe

Ag = Silber

P

AI = Aluminium

Pb = Blei

= Phosphor

VSt = verzinkter Stahl

Cd = Cadmium

Si = Silicium

Zn = Zink/Titanzink

Cu = Kupfer

Sn = Zinn

S.S = nicht rostender Stahl

120 Übersicht der aus Sicht der Kontaktkorrosion untereinander kompatiblen Metalle für Zwecke der Dacheindeckung, gemäß DDH-Fachregel.

612

XIII Äußere Hüllen

☞ Kap. XI, Abschn. 3. Entwurflich- konzeptionelle Maßnahmen, S. 12 f

Nicht selbsttragende Metalldeckungen • Scharenstöße ☞ Kap. XII-7, Abschn. 3. Falzen und Bördeln von Feinblech, S. 303 ff

in Scharlängsrichtung. Dichttechnisch betrachtet erfolgt bei einer Stehfalzdeckung eine Erhöhung der zwar labyrinthartigen, bei herkömmlicher Ausführung jedoch grundsätzlich offenen Falz- oder Bördelfuge über die wasserführende Deckfläche des Schars hinweg. Bei erhöhten Anforderungen lässt sich zusätzlich ein Dichtband in die Fuge einlegen. Metalldeckungen werden im Regelfall mit weiteren Metallteilen für Abdeckungen, An- und Abschlüsse oder Einfassungen ergänzt. Auf die Verträglichkeit der dabei verwendeten Metalle hinsichtlich Kontaktkorrosion ist jeweils zu achten. Die Tabelle in  120 zeigt mögliche Metallkombinationen. Sie treten am häufigsten in Form von Stehfalzblechdeckungen in Erscheinung. Längsverbindungen, also Stöße zwischen nebeneinanderliegenden Scharen, lassen sich bei modernen Stehfalzblechdeckungen ausführen als • einfacher Falz – der einfache Stehfalz kommt wegen seiner eingeschränkten Dichtwirkung nur bei Einfassungen und Leibungen zum Einsatz; • Winkelstehfalz – ein doppelt gefalzter Stoß, der auf eine Seite gelegt wird;

1)

2)

3) 4)

Ausführungsart

Regeldachneigung

Doppelstehfalzdeckung

7°

1) 4)

Winkelstehfalzdeckung

25°

2)

Leistenfalzdeckung Deutsche Art

7°

1) 4)

rollnahtgeschweißte Edelstahldeckung

gefällelos

Bleideckung mit Hohl-, Holzwulst oder Leisten

10°

3)

Die Mindestdachneigung bei nicht selbsttragenden Metalldeckungen beträgt 3°, bei Unterschreitung der Regeldachneigung sind Zusatzmaßnahmen erforderlich. (Ausnahme: bei Sparrenlänge bis zur halben maximalen Scharenlänge nach Tabelle I.6 der Fachregel können Zusatzmaßnahmen erforderlich werden.) 35° bei erhöhten Anforderungen. Erhöhte Anforderungen können sich ergeben aus klimatischen Verhältnissen oder exponierten Lagen, z. B. starkem Wind, schneereichen Gebieten. Holzwulst mit sichtbaren Haften zulässig bis 30°. Bis 15° sind bei Titanzink zusätzliche Maßnahmen, z. B. Trennlage mit Drainagefunktion, erforderlich.

121 Regeldachneigungen von Stehfalzblechdeckungen in Abhängigkeit der Ausführungsart, gemäß DDH-Fach­regel.

• Doppelstehfalz – ein vollständig umgelegter, doppelt gefalzter Stoß der verschieden hoch ausgeführten Aufkantungen der Schare (35 und 45 mm), Mindesthöhe im fertigen Zustand ist 23 mm; mit eingelegt und verfalzt wird der Haft, die Stehfalzhöhe wird bei erhöhten Anforderungen, immer bei Graten, bis maximal 35 mm erhöht; • Leistenfalz – eine Holzleiste wird zwischen die anstoßenden Schare gelegt, seitlich an ihr liegen die Aufkantungen an, oberseitig wird sie mit einem Leistendeckel abgedeckt, der seinerseits mit den Aufkantungen verfalzt wird. Längsstöße werden im Regelfall mit 3 bis 5 mm Toleranz zur Aufnahme von Temperaturdehnungen ausgeführt. Querverbindungen zum Stoßen von Scharen hintereinander lassen sich ausbilden als: 8 • einfacher Querfalz (Dachneigungen ≥ 25 °) – als einfacher Liegefalz durch Ineinanderhängen von entgegengesetzten Umkantungen; die offene Falzfuge ist der Wasserfließrichtung abgewandt;

5 Rippensysteme

613

• Querfalz mit durchlaufendem Zusatzhaft (Dachneigungen ≥ 10 °) – der Haftstreifen wird aufgelötet oder aufgenietet; • doppelter Querfalz (Dachneigungen ≥ 7 °) – Liegefalz wie oben, jedoch doppelt gefalzt; • wasserdichte Ausführung (Dachneigungen < 7 °) – lässt sich durch Weichlöten, Hartlöten, Schweißen, Nieten oder Kleben der Schare realisieren. Regeldachneigungen sind in Abhängigkeit der Ausführungsvariante in der Tabelle in 2 121 dargestellt. Wird die Regeldachneigung unterschritten, sind Zusatzmaßnahmen wie Einführung eines Dicht­bands in die Falzfuge, Erhöhung des Stehfalzes oder Ausführung eines Unterdachs erforderlich.

• Dachneigung

Dachkanten werden bei nicht selbsttragenden Metalldeckungen nach den gleichen handwerklichen Umformverfahren hergestellt wie die regulären Anschlüsse. Sie können in diesem Zusammenhang nicht im Einzelnen diskutiert werden. Es wird zu diesem Zweck auf das Fachregelwerk verwiesen. Bilder 2 128 bis 134 zeigen exemplarisch einige herkömmliche Ausführungen von Regeldetails.

• Dachkanten

& DDH: Fachregel für Metallarbeiten im Dachdeckerhandwerk, 5. bis 9.

Um Verformungen der Dachdeckung durch Temperaturdehnun­gen aufzunehmen, müssen die Schare durch eine Kombination von Fest- und Schiebehaften befestigt werden. Festhafte werden in einem Festhaftbereich von 1 bis 3 m konzentriert; alle anderen Hafte werden verschieblich ausgeführt. Die Lage des Festhaftbereichs ist abhängig von der Dachneigung.

• Befestigung

Deckunterlagen für die Metalldeckung werden vorzugsweise aus Holz oder Holzwerkstoffen hergestellt. Es sind aber auch Ausführungen in anderen Werkstoffen wie druckfeste Wärmedämmungen oder korrosionsgeschützte Stahltrapezbleche möglich. Deckunterlagen aus Holz und Holzwerkstoffen müssen eine Mindestdicke von 24 mm haben. Mechanische Verbindungsmittel sollten die Platten nicht vollständig durchdringen. Brettschalungen sind quer oder diagonal zum Scharenverlauf zu verlegen, sodass Hafte an unterschiedlichen Brettern befestigt werden. Spanplatten (nicht mineralisch gebunden) und OSB-Platten sind als Deckunterlage nicht geeignet.

• Deckunterlage

Selbsttragende Metalldeckungen werden in der Regel unterschieden in solche aus großformatigen und solche aus kleinformatigen Deckelementen. Als großformatige selbsttragende Metalldeckungen werden folgende Ausführungen bezeichnet:

Selbsttragende Metalldeckungen

614

XIII Äußere Hüllen

1

2

122 Herstellung einer Quetschfalte am Dachanschluss.

123 Fertigfalzen mit der Falzmaschine.

3

4

125 Anwendung einer Doppelstehfalzmaschine.

5

124 Vorprofilieren mit einem Walzengerät. 126 Ausführungsschritte einer Stehfalzdeckung. Dichtheit durch Hochlegen der Fuge gegenüber der wasserführenden Schicht und mehrfaches Umlegen des Stehfalzes.

12

3

4

5

6

7

127 Firstanschluss mit Doppelstehfalz.

8

128 First- und Traufdetail eines belüfteten Dachs mit Steh­falzblechdeckung, Firstausführung belüftet. 1 Firstabdeckung aus Titanzinkblech 2 Haftstreifen, verzinkt 3 Lochstreifen 4 Stehfalzdeckung aus Titanzinkblech 5 Haftstreifen 6 gekr. Haftstreifen 7 Schiebenaht 8 Traufstreifen 9 Haftstreifen, verzinkt 10 Rinne halbrund inklusive Rinnenhalter 11 Lochstreifen 12 zusätzlicher Traufstreifen

9 10 11 12

4

z x

5 Rippensysteme

615

1

2

1

2 3

129 Firstausbildung einer Dachdeckung mit Leiste ohne Lüftung. Gratausbildung analog.

7

4 OK Re

6

staufba

u

2

5 taufbau OK Res

1 M 1:10

z

0

M 1:10

z x

x

1

3

4

OK

100 mm

0

100 mm

Re st

bau

2

≥ 10°

OK Res

taufbau

M 1:10

z

0

1

M 1:10

z 100 mm

100 mm

0

x

x

1

2

1 Stehfalzdeckung aus Titanzinkblech 2 Haftstreifen, verzinkt 3 Traufstreifen 4 Lochstreifen 5 Tropfblech 6 Kastenrinne 7 Firstabdeckung

131 Ausbildung einer Kehle für Dachneigungen über 30° mit Kehlblech und Einfachfalzung. 132 Ausbildung einer Kehle für Dachneigungen über 10° mit Kehlblech und Zusatzfalzung für größere Sicherheit gegen Eindringen von Feuchte (Dachdeckung).

≥ 30°

auf

3

130 Ausbildung einer integrierten Kastenrinne.

1

3

1 Stehfalzdeckung aus Titanzinkblech 2 Haftstreifen, verzinkt 3 Kehlblech 4 Zusatzfalzung

2 133 Ortgangausbildung mit Leiste über beliebiger Fassadenkonstruktion.

4 3 5

OK Restaufbau

134 Ortgangausbildung über Fassade oder Blen­de aus Stehfalzblech. OK Restaufbau

1

1 M 1:10

z

0

x

M 1:10

z 100 mm

0

x

100 mm

1 Stehfalzdeckung aus Titanzinkblech 2 Stehfalzdeckung – Ortgangschar mit Aufstel- lung und Rückkantung 3 Haftstreifen, verzinkt 4 Lochstreifen 5 Ortgangabdeckung

616

XIII Äußere Hüllen

Deckungen mit Trapezprofilen & a DIN EN 508-1

Deckungen mit Klemmrippenprofilen

135 KAL -ZIP -Profiltafeln.

☞ Abschn. 3.2 Geneigte Dächer, S. 666 ff ☞ Kap. XII-7, Abschn. 3. Falzen und Bördeln von Feinblech,  28, 29, S. 305

Trapezbleche sind derart geformt, dass sie längs und quer überlappen können. Gurt- und Flankenflächen des Profils können durch Profilierungen zusätzlich versteift sein. Obergurtflächen können rund ausgebildet sein. Trapezbleche werden stets so verlegt, dass die breitere Gurtfläche als Untergurt zum Liegen kommt, sodass sie als wasserführende Oberfläche wirkt. Die Überdeckung der Längsverbindung liegt dann oben. Stahltrapezprofile für Dachdeckungen werden mit geeigneten Beschichtungen gegen Korrosion geschützt.a Dazu gehören metallische Überzüge wie Feuerverzinkung (Typ Z), Aluminium-Zink-Legierungen (Typ ZA) oder Aluminium-Tauchüberzüge (Typ A). Zusätzlich lassen sich auf dem metallischen Tauchüberzug wie beschrieben organische Polymer-Beschichtungen auftragen. Die Befestigung der Trapezprofile an den Längsstößen untereinander erfolgt in Abständen von maximal 500 mm, im Regelfall durch Blechschrauben oder Blindniete. Die Befestigung an der quer zur Sickenausrichtung verlegten Tragstabschar der Unterkonstruktion ist entweder im Obergurt angeordnet und mit Kalottendichtungen versehen, oder alternativ in den Untergurten mit dazwischengelegten Dichtscheiben. Da die Befestigung im letzten Fall in der wasserführenden Ebene liegt, sind regelmäßige Inspektion und Wartung notwendig. Klemmrippenprofile erlauben, analog zu handwerklichen, nicht selbsttragenden Metalldeckungen, eine Ausführung der Dachhaut ohne Durchdringungen und Bohrungen. Die Längsverbindungen werden zu diesem Zweck verdeckt ausgeführt, und zwar mithilfe von speziellen Haltekonstruktionen aus Haltern oder Klipps, in welche die Profiltafeln eingehängt, geklemmt, gedreht oder gekippt werden. Die Klipps werden bei geneigten Dächern mit integriertem Dämm­paket oder Zwischensparrendämmung auf der oberen Beplankung bzw. einem Unterdach befestigt. Sie lassen sich aber auch mit entsprechender Höhe ausführen, um das komplette Dämmpaket zu durchdringen. Sie sind dann für Dachkonstruktionen mit getrennter Dämmebene bzw. mit Aufsparrendämmung geeignet. Diese Ausführung wird weiter unten im entsprechenden Abschnitt diskutiert. Die Köpfe der Klipps rasten in die Verbördelung der beiden anstoßenden Klemmrippenprofile ein und sichern sie formschlüssig. Der Klippkopf ist derart ausgebildet, dass Längsschiebebewegungen der Profiltafeln, analog zu einem Schiebehaft, ermöglicht werden. Die einzelnen Deckelemente sind an einem Punkt unverschieblich gehalten. Zu diesem Zweck wird die erste Profiltafel am Kopf des Festklipps mittels Blindniet befestigt, anschließend die zweite Profiltafel deckend darübergelegt. Alternativ lassen sich beide Profiltafeln mittels Verschraubung durch den Klippsteg hindurch lokal fixieren. Querstöße der Profiltafel werden entweder als wasser-

5 Rippensysteme

dichte unterstützte Schweißstöße ausgeführt oder alternativ ab 3 ° Dachneigung als Dichtstöße mit 200 mm Überlappung, Dichtstoffsträngen und zwei Reihen Dichtnieten. Die meisten im Handel befindlichen Klemmrippenprofile bestehen aus Aluminiumlegierungen. Zum verbesserten Schutz der Oberfläche können die Profiltafeln mit einer beidseitigen aufgewalzten Schicht aus einer speziellen Aluminiumlegierung, der Schutzplattierung, versehen werden. Diese weist ein niedrigeres Potenzial als der Trägerwerkstoff auf und wirkt folglich als Opferanode.a Der Korrosionsangriff beschränkt sich im Regelfall auf diese äußere Schicht. Ebenfalls sind Beschichtungen aus Aluminium-Zink-Legierungen möglich sowie auch – analog zu Stahlblechen – organische Beschichtungen, die zumeist aus eher optischen Gründen aufgetragen werden. Dachdeckungen aus Klemmrippenprofilen lassen sich in belüfteter und nicht belüfteter Ausführung realisieren. Bei der nicht belüfteten Variante ist sicherzustellen, dass kein Luftraum zwischen Deckung und Wärmedämmung verbleibt, was zumeist durch Komprimieren des Wärmedämmfilzes um rund 20 mm sichergestellt wird. Es sind auch Befestigungssysteme einsetzbar, bei denen die Klipps in Schienen gehalten sind, die ihrerseits in großen Abständen an der Unterkonstruktion befestigt werden. Hierdurch sind nahezu wärmebrückenfreie Aufbauten herstellbar. Klemmrippenprofile erlauben die Ausführung sehr flach geneigter Dächer mit großen Dachtiefen. Dachneigungen ab 1,5° sind bei Verlegung ohne Querstöße oder mit geschweißten Querstößen ausführbar. Bei nur gedichteten Querstößen lassen sich Neigungen ab 2,9° realisieren. Im Firstbereich kann die Dachneigung auch bis 0° zurückgehen, wenn die Profiltafeln von Traufe zu Traufe ungestoßen durchlaufen. Aufgrund der Werkstoffeigenschaften von Aluminium lassen sich die Profiltafeln auch in Profilrichtung ausrunden und zum Teil auch an doppelte Krümmungen anpassen. Dies kann sowohl werkseitig wie auch vor Ort erfolgen. Ferner bieten die Hersteller auch keilförmig ausgebildete Profiltafeln an, mit denen verschiedene gekrümmte Oberflächen, insbesondere konische, gedeckt werden können. Exemplarische Ausführungen von Regeldetails bei Deckung mit Klemmrippenprofilen zeigen 2 139, 140, 143, 144. Sandwichprofile gelten im Sinn der Norm als großformatige Deckelemente aus Stahlblech und erfüllen somit vergleichbare Aufgaben wie andere selbsttragende Deckungen aus Metall. Wegen ihres abweichenden konstruktiv-bauphysikalischen Aufbauprinzips werden sie hingegen an anderer Stelle behandelt ( 145).

617

& DIN EN 508-2

☞ a Band 1, Kap. VI-6, Abschn. 2.3.5 Kathodischer Schutz, S. 773

136 KAL -ZIP Binder-Dachkonstruktion

4 5

6

2

1

3

z x

137 Deckung aus Klemmrippenprofilen auf Tragschale aus Trapezblech (System KAL -ZIP  ®). 1 KAL -ZIP -Profiltafel 2 KAL -ZIP -Alu-Klipp mit Thermokappe 3 Wärmedämmung (komprimierbar) 4 Dampf- und Luftsperre 5 Trapezprofile als Tragschale 6 Binder/Pfette

Deckungen mit Sandwichprofilen ☞ Kap. XIII-4, Abschn. 2. Sandwichsysteme, S. 529 ff

618

XIII Äußere Hüllen

☞  144

2

5

7

3

140

1

Halteklipp

☞

8

138 Verlegung von Klemmrippenprofilen. Aus der Dämmschicht überstehend sind die Gleitklipps erkennbar.

4

M 1:10

z

0

100 mm

x

☞  139

139 Dachaufbau eines geneigten Dachs mit Zwischensparrendämmung und Dachdeckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL -ZIP  ®). Schnitt in Gefällerichtung.

6

8

1

2

3

4

5

6

140 Dachaufbau eines geneigten Dachs wie oben, Schnitt quer zur Gefällerichtung (System KAL -ZIP  ®). 1 Klemmrippenprofil 2 diffusionsoffene Vordeckung 3 Holzschalung 4 Steinwolledämmfilz 5 Dampfsperre 6 Holzlattung 7 Innenbekleidung 8 Kunststoff-Verbundklipp 9 Sparren 10 Sichtschalung 11 Fußpfette 12 Lochblech 13 Bördelfüller 14 Rinneneinlaufblech 15 Traufenwinkel mit Kompri-Klebeband 16 Rinne 17 Verblendschalenmauerwerk 18 Hinterlüftung 19 Wärmedämmplatte 20 Hintermauerung 21 Klemmschiene mit Dichtband

9

7

M 1:10

z

0

y

100 mm

5 Rippensysteme

619

8

1

141 KAL -ZIP -Gleitklipp.

4

4

5

z

6

9

142 Bördelmaschine. 143 (Links) Dachaufbau eines geneigten Dachs mit Zwischensparrendämmung und Dachde­ ckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL -ZIP  ®). Axonometrische Übersicht.

7

y

144 (Unten) Traufausbildung des Dachs wie in  139, 140.

x

8

4

1

2

3

12

10

14

13

☞  139

11

☞

140

21

17

9

15

16

18 19 20

z

M 1:10 0

x

100 mm

620

XIII Äußere Hüllen



Deckungen mit Wellprofilen

Wellprofile unterscheiden sich von Trapezprofilen im Wesentlichen nur durch ihre insgesamt gekrümmte Profilierung. Es gelten sinngemäß die gleichen Aussagen wie für Trapezprofile.

Deckungen mit kleinformatigen Deckelementen – Dachpfannenprofile

Kleinformatige selbsttragende Deckelemente aus Metall sind im Sinn der Norm insbesondere Dachpfannenprofile. Sie sind in ihrer Verarbeitung und Verlegung vergleichbar mit handwerklichen kleinformatigen Deckelementen in anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Ton, und sollen an dieser Stelle nicht näher behandelt werden.

& DIN EN 508-1

145 Ausschnitt aus einem Dachsandwichelement.

5 Rippensysteme

621

146 Transport von vorgebogenen Klemmrippenprofilen in großer Länge. Es sind Tafellängen über 40 m realisierbar. Dies erlaubt, Längenstöße auf ein Minimum zu reduzieren. Viele Dachflächen lassen sich dadurch vollständig ohne Längenstöße ausführen (Herst.: KAL -ZIP  ®).

147 Das dargestellte Beispiel zeigt die große Anpassungsfähigkeit der Deckungen aus Klemmrippenprofilen an gekrümmte Geometrien, auch an doppelt gekrümmte bis zu gewissen minimalen Krümmungsradien (Herst.: KAL -ZIP  ®).

622

2.3

XIII Äußere Hüllen

Flache Dächer

☞ zu Dächern auf massiver Tragschale: Kap. XIII-3, Abschn. 2.3 Flache Dächer auf tragender Schale, S. 476 ff

2.3.1

Idealtypischer Aufbau

Flache Dächer in Rippenbauweise mit integriertem Dämmpaket sind kennzeichnend für Leichtbauweisen – insbesondere für den Holzbau –, bei denen Massivdecken wegen ihres hohen Eigengewichts und der mit ihnen verbundenen Nassbauweise nur in Sonderfällen sinnvoll sind. Die räumliche Integration von Tragkonstruktion und Dämmschicht und die damit verbundene Einsparung an Bauhöhe ist ein fundamentaler Vorteil dieser Dachkonstruktion. Abweichend vom konstruktiven Aufbau eines flachen Dachs in Schalenbauweise, befindet sich bei Rippenkonstruktionen mit integriertem Hüllpaket die Dämmebene in der gleichen Ebene wie die Rippung, d. h. in den Hohlräumen zwischen den Trägern oder Rippen (2 148). Dies hat folgende Auswirkungen auf den idealtypischen Aufbau: • Im Allgemeinen bietet die statisch erforderliche Trägerhöhe aus­reichend Raum für eine bauphysikalisch angemessene Dämmschicht. Ist dies nicht der Fall, lässt sich unterseitig eine weitere Dämmschicht (Schicht 6) addieren, die dann raumseitig mit der – ohnehin notwendigen – Bekleidung (Schicht 7) abgeschlossen wird. Diese Dämmschicht bietet ferner den Vorteil, die Wärmebrücke an der Rippe auszuschalten (s. u.). • Die Träger oder Rippen bilden notwendigerweise eine Wärmebrücke im konstruktiven Aufbau. Sie lässt sich durch zusätzliche Dämmschichten neutralisieren, bevorzugt an der Unterseite. Zwar lässt sich eine Dämmschicht grundsätzlich auch oberseitig addieren, doch setzt dies entweder voraus, die Dichtschicht (2) auf den wenig tragfähigen Untergrund des Dämmstoffs aufzubringen oder alternativ oberseitig eine weitere tragfähige Beplankung auf einer Unterkonstruktion aufzusetzen. Dieser Aufwand wird im Regelfall mithilfe einer unterseitigen Dämmschicht umgangen (2 151). Fallweise kann es notwendig sein, zugunsten eines größeren Belüftungsquerschnitts (s. u.) die Dämmschicht zwischen den Rippen (Schicht 5) zu verkleinern und dafür die unterseitig addierte Dämmschicht (6) dicker auszubilden. • Die Dichtschicht (2) lässt sich auf einer gut tragfähigen und formbeständigen Unterlage, der Beplankung (Schicht 3), aufbringen. Dies ist bei Dächern in Schalenbauweise nicht möglich, da dort die Dichtschicht – der Logik des Aufbauprinzips entsprechend – direkt auf die Wärmedämmschicht aufgebracht wird. • Durch Belassen eines Hohlraums (Schicht 4) zwischen Dämmschicht (5) und Beplankung (Schicht 3) kann ohne konstruktiven Zusatzaufwand eine Belüftung der Dachkonstruktion erfolgen, sofern dieser Luftraum mit dem Außenraum in Verbindung gebracht wird. Auch dies ist

5 Rippensysteme

bei flachen Dächern in Schalenbauweise nicht gegeben. Der Belüftungsquerschnitt ist – der Rippenschar folgend – ausgerichtet. In dieser Richtung muss notwendigerweise auch die Belüftung erfolgen. Ist dies nicht möglich oder nicht ausreichend, ist auf der Rippenschar ggf. eine zusätzliche Querschar aufzulegen (2 150, 151). Grundsätzlich ist dabei stets zu berücksichtigen, dass die besonderen Verhältnisse bei Flachdächern besonders große Lüftungsquerschnitte voraussetzen.

623

☞ Kap. XIII-1, Abschn. 5.2.2 Bauphysikalische Gesichtspunkte, S. 362 ff

• Das Aufbauprinzip des Umkehrdachs, also Dämmschicht über Dichtschicht, widerspricht unter diesen Voraussetzungen dem konstruktiven Grundgedanken.

☞ 2 118 in Kap. XIII-3, Abschn. 2.3.7 Nicht belüftetes Dach > Dämschicht über Dichtschicht, S. 492

Ansonsten gelten zur Funktionsbestimmung der einzelnen Schichten im Wesentlichen sinngemäß die gleichen Aussagen wie für Dächer in Schalenbauweise. Flache Dächer, wie oben beschrieben, weisen in ihrem konstruktiven Aufbauprinzip große Gemeinsamkeiten mit geneigten Dächern in Rippenbauweise auf.

☞ Abschn. 2.2.2 Idealtypischer Aufbau, S. 574

Flache Dächer in Rippenbauweise mit integriertem Dämmpaket werden nahezu ausschließlich in Holzbauweise ausgeführt. Dies ist die einzige Bauart, bei der die gleichsam systembedingte Wärmebrücke der tragenden Rippe nur mäßige Wärmebrückenwirkung zeigt. Bei Tragwerken aus anderen Werkstoffen wird aus diesem Grund im Regelfall die Konstruktionsvariante mit getrenntem, aufgesetztem Dämmpaket bevorzugt.

Ausführungsvarianten

2.3.2

☞ diese wird in Abschn. 3.3.1 Idealtypischer Aufbau diskutiert, S. 680

148 Prinzipieller Aufbau eines flachen Dachs in Rippenbauweise mit Balkenlage und Dämmung in gleicher Ebene mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen im Querschnitt. 1 Schutzschicht (optional) 2 Dichtschicht (notwendig) 3 oberseitige Beplankung (notwendig) 4 belüftete Luftschicht (optional) 5 mittlere Dämmebene im Rippenzwischenraum (RZ), Balkenlage (R) (notwendig); das Dach lässt sich auch als zusätzlich unterseitig beplankte (UB) Dachtafel ausführen 6 Unterdeckenraum, ggf. mit zusätzlicher Dämmebene und Querstablage(n) (Q) (optional) 7 unterseitige Bekleidung des Dachs (notwendig) oder Decklage der Unterdecke Die Dichtschicht (2) kann je nach gewählter Ausführung exponiert bleiben oder mit einer Schutzschicht (1) abgedeckt werden. Die – ggf. versteifende – Beplankung (3) lässt sich einfach oder auch doppelt mit einer zusätzlichen unterseitigen Beplankung (UB) ausführen. Die notwendige Dampfbremse/-sperre bzw. Luftdichtheitsschicht (DS) ist in der Grenzfläche zwischen Dämmpaket (5) und unterseitiger Beplankung oder Bekleidung angeordnet. Dies kann alternativ Schicht 7 sein oder UB. Ihre diffusionshemmende/-sperrende und luftdichtende Wirkung kann alternativ auch von dieser unteren Beplankung/ Bekleidung (7 oder UB) übernommen werden.

(1) 2 3 (4) 5 (6) 7 (UB) z y

DS

R

RZ

(Q)

624

XIII Äußere Hüllen

Tragkonstruktion ☞ Kap. XIV-2, Abschn. 6.1 Decken in Rippenbauweise aus Holz, S. 952 ff

Als tragende Dachdecken kommen die gleichen Konstruktionen wie für innere Geschossdecken infrage. Sie werden im Detail im Kapitel XIV-2 behandelt. Baupraktische Bedeutung haben in diesem Zusammenhang die folgenden: • Holzbalkendecken, • Holztafeldecken, • Decken aus Holzbauelementen. Dachdecken in Holz-Beton-Verbundbauweise werden wie massive Schalenkonstruktionen behandelt und weisen ein oberseitig addiertes Schichtenpaket auf, da man aus raumklimatischen Gründen die thermische Speichermasse der Betonplatte im Allgemeinen raumseitig gegenüber der Dämmebene aktiviert.

Aussteifung in Dachebene ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.2.1 Geneigtes Dach aus Stabscharen, S. 308 f ☞ Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände, S.555 und 2.1.2 Holztafelwände, S. 566, sowie insbesondere Abschn. 2.2.1 Tragwerk > Scheibenbildung in Dachebene > schubsteife Beplankungen, S. 572

Belüftung

☞ Kap. XIII-3, Abschn. 2.3.8 Belüftetes Dach, S. 493

4

3

2

1

Sofern die Dachebene als Scheibe im baustatischen Sinn auszubilden ist, sind geeignete Maßnahmen der Aussteifung in der Bauteilebene vorzusehen. Grundsätzlich kommen alle für Stab- oder Rippensysteme geeigneten Lösungen infrage. Sie werden in Kapitel IX-2 diskutiert. Im praktischen Einsatz sind indessen Diagonalverbände selten. Im Regelfall wird die ohnehin unverzichtbare Beplankung des Rippenelements für die Versteifung der Dachkonstruktion herangezogen. Es entsteht dann ein tafelartiges, in seiner Ebene schubsteifes Rippenelement. Flache Dächer in Rippenbauweise mit integriertem Hüllpaket lassen sich in belüfteter wie auch in nicht belüfteter Variante ausführen. Einen herkömmlichen nicht belüfteten Aufbau zeigt  149. Besonders vorteilhaft ist die in diesem Abschnitt betrachtete Konstruktionsart hingegen für belüftete Flachdächer, die besonders in dieser Konstruktionsart sinnvoll realisiert werden können. Dies ist deshalb der Fall, weil übliche gerichtete Balkendächer – insbesondere solche mit mehr als einer Balkenlage, also beispielsweise mit Hauptund darauf aufgesetzten Nebenträgern – von sich aus, d. h. ohne zusätzliche Aufwendungen, bereits ausreichende Konstruktionshöhe bieten, um die verhältnismäßig großen freien Querschnitte zu schaffen, die aus bauphysikalischen Gründen für die zuverlässige Belüftung eines Flachdachs erforderlich sind. Zwei exemplarische belüftete Flachdächer mit Holzbalkenkonstruktion zeigen  150 und 151. 149 Flachdach in Holzbauweise mit nicht belüftetem Aufbau.

z

5 x

6

7

8

9

1 Kieslage 2 Abdichtung, zweilagig 3 Dampfdruckausgleichsschicht 4 Beplankung 5 Wärmedämmung zwischen Bal­ken

6 durchgehende Wärmedämmschicht zwischen querspannender Unterkonstruktion, federnd an Balken aufgehängt 7 Dampfsperre 8 Gipskartonplatte 9 Deckenbalken

5 Rippensysteme

625

4

3

2 1

10

9

150 Lüftungsöffnung im Attikabereich eines belüfteten Flachdachs in Holzbauweise.

6

7

8 5

z y x

5

4

3

1 Kiesschüttung 2 bituminöse Bahn als Abdichtung 3 Holzschalung 4 Nebenträger (➝ x) 5 Hauptträger (➝ y) 6 Wärmedämmung aus Mineralfaser 7 Dampfbremse 8 Gipskartonplatte 9 Luftzwischenraum längs (➝  y), auf Höhe der Hauptträger 10 Luftzwischenraum quer (➝  x), auf Höhe der Nebenträger

2 1

151 Attikadetail, belüftetes Flachdach in Holzbauweise.

z

5 x

9 6 7 8 10

1 Kiesschüttung 2 bituminöse Bahn als Abdichtung 3 Glasvliesbahn gelocht, zur Verklebung der Abdichtung auf der Tragschale 4 4 Holzschalung 5 Nebenträger (➝ y) 6 Wärmedämmung aus Mineralfaser 7 Dampfbremse 8 Gipskartonplatte 9 Hauptträger bzw. Luftzwischenraum längs (➝ x), auf Höhe der Hauptträger 10 Luftzwischenraum quer (➝  y), auf Höhe der Nebenträger

626

3.

XIII Äußere Hüllen

Rippensysteme mit Trennung von Hüllpaket und Rippen

H R

152 Prinzipschema eines Rippenbauteils mit Trennung bzw. Entflechtung von Hüllpaket H und Rippen R.

Rippensysteme, bei denen die tragenden Hauptelemente, also die Rippen R, in einer anderen Ebene angeordnet sind als die flächenbildenden Bauteile des Hüllpakets H, umgehen die im vorigen Abschnitt 2 angesprochenen wärmeschutztechnischen Probleme aus der Integration der Rippe in das Hüllpaket. Grundsätzlich erlauben dann die geometrischen Verhältnisse, eine weitgehend wärmebrückenfreie, durchgehende Dämmebene zu realisieren. Andererseits stehen bei dieser konstruktiven Variante die Rippen aus der Hüllebene hervor, zumeist innenseitig, sind als addierte Elemente sichtbar und beanspruchen zusätzlichen Raum. Dies äußert sich im Regelfall in Form einer vergrößerten Bauhöhe oder -tiefe. Besonders kennzeichnend ist die Rippenbauart mit abgesonderter Rippenschar für Verglasungen. Da die bauphysikalisch wirksame Dämmebene, also der Scheibenzwischenraum, bei dieser Art von Hüllen und bei Einsatz herkömmlicher Isolierverglasungen aus physikalischen Gründen auf eine Dicke von wenigen Zentimetern begrenzt bleibt, ist die Integration einer statisch ausreichend bemessenen Rippenschar im Innern des Hüllpakets von vornherein ausgeschlossen. Eine solche würde im Übrigen die Wärmedämmwirkung des Gases im Scheibenzwischenraum deutlich verringern, da sie als Wärmebrücke wirken würde. Tragende Rippen und flächenbildende sowie wärmedämmende Einhüllung sind aus diesem Grund bei Verglasungen fast ausnahmslos in getrennten Ebenen angeordnet. Aber auch bei nicht verglasten Gebäudehüllen kann es aufgrund der zu überbrückenden Spannweiten, des gewählten Konstruktions- oder Herstellungsprinzips oder aus anderen Gründen sinnvoll und angesichts der Randbedingungen angebracht sein, Rippenschar und Hüllpaket voneinander zu trennen. Konstruktive Lösungen dieser Art können in diesem Zusammenhang nur insoweit diskutiert werden, wie sie eine in sich geschlossene Bauart darstellen. Äußere Hüllflächen mit diesen Merkmalen sind beispielsweise:

☞ Abschn. 3.2, S. 666 ff

• nicht massive geneigte Dächer mit Aufsparrendämmung;

☞ Abschn. 3.3, S. 680 ff

• flache Dächer mit durchgehender Dämmschicht auf Balkendecken;

☞ Abschn. 4.3, S. 692 ff

• Gitterschalen mit durchgehender Dämmschicht.

3.1 Außenwände & DIN EN 12152 bis 12155 DIN EN ISO 12631 & DIN EN 13050, DIN EN 13051 & DIN EN 13116, DIN EN 13119 DIN EN 13830, E DIN EN 13947 DIN VOB 18351

Am häufigsten treten äußere Hüllen mit getrennter Rippenschar in Form von weitgehend verglasten Vorhangfassaden auf, nämlich als Pfosten- und Pfosten-Riegel-Fassaden. Diese Bezeichnung bezieht sich auf die Art der Sekundärkonstruktion der Fassade, die aus vertikalen Stäben (Pfosten) und ggf. horizontalen Stäben (Riegeln) besteht. Die dazwischenliegenden Gefache werden meistens mit Glasscheiben ausgefüllt, manchmal, wie etwa bei Brüstungsfeldern, mit nichttransparenten Paneelen.

5 Rippensysteme

Im Gegensatz zu einer schalenförmigen Fassade wie in Kapitel XIII-3 und -4 besprochen, werden bei der Pfostenbzw. Pfosten-Riegel-Fassade die Lasten nicht direkt in das Primärtragwerk eingeleitet, sondern zunächst über die – vertikal verlaufenden – Fassadenpfosten gesammelt und erst von diesen Pfosten an das Primärtragwerk weitergeleitet. Dies geschieht im Regelfall durch punktuelle Verbindungen an den Decken- oder Dachstirnkanten. Man kann das Prinzip der Lastabtragung folglich als ein gerichtetes, hierarchisch gestuftes bezeichnen: Die Fassadenpfosten wirken bei diesen Fassaden als biegebeanspruchte Stäbe, sind an den Deckenrändern – dem Primärtragwerk – im Achsmaß des Ausbaurasters angeschlossen und leiten die Lasten aus dem Eigengewicht der Füllelemente und dem Wind in die Deckenkonstruktion ein. Ein Vorteil dieser Konstruktionsart gegenüber einem Schalensystem liegt in der geringeren Spannweite, die von den Füllelementen überbrückt werden muss, nämlich der Abstand zwischen Pfosten bei der Pfostenfassade (Spannweite B in  154) oder zwischen Riegeln bei der Pfosten-Riegel-Fassade (Spannweite C in  155). Die Pfosten übernehmen die längere Spannrichtung, nämlich üblicherweise die Geschosshöhe bzw. den Abstand zwischen Geschossdecken (Spannweite A in 154). Übliche horizontale Rastermaße (Ausbauraster), also die vom Füllelement (bzw. vom Riegel) zu überbrückende Spannweite, liegen bei rund 1,20 bis 1,40 m, während übliche Geschosshöhen, die Spannweite des Pfostens, im Bereich von 3 m liegen. Unter besonderen Randbedingungen kann es sinnvoll sein, die Spannrichtung des Haupttragelements der Fassade, nämlich den Pfosten, horizontal zu spannen (er wird zum Riegel) und ihn an den Stützen zu lagern. Dies empfiehlt sich zumeist immer dann, wenn diese Spannrichtung eine kleinere Spannweite ergibt als die vertikale (oder auch andere Gründe dafür sprechen). Dies ist beispielsweise bei großen Geschosshöhen der Fall (z. B. in Hallenbauten), wenn diese größer sind als die Stützenabstände. Bei nichttransparenten Fassaden gelten die oben angesprochenen Einschränkungen hinsichtlich der Integration von Rippen im flächenbildenden Hüllpaket nicht, weshalb in diesem Fall die Nachteile der innenseitig vorstehenden, unnötig raumbeanpruchenden Rippen den Ausschlag geben. Aus diesem Grund sind nichttransparente Außenwände mit Trennung von Rippung und Hüllpaket in der Baupraxis eher selten.

627

☞ Kap. XIII-3 Schalensysteme, S. 434 ff, und Kap. XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme, S. 528ff

628

XIII Äußere Hüllen

B Geschossdecke Pfosten Ankerschiene Anschlusswinkel

Glasscheibe

Pressleiste Pfosten

Schraube Pressleiste A

Brüstungspaneel

z

y x

153 Explosionszeichnung einer herkömmlichen Pfostenfassade. Die Hüllelemente, also Brüstungspaneel und Glas, spannen einachsig (➝ y) zwischen den senkrechten Pfostenprofilen, welche die Horizontallast über Biegung (xz) an die Geschossdecke abgeben. Die Dichtkonstruktion an der waagrechten Stoßkante der Fassadenelemente (➝ y) erlaubt verschiedene Ausführungen und steht in keinem direkten Zusammenhang mit der Pfostenkonstruktion.

3.1.1 Pfostenfassade

Pfostenfassaden bestehen aus Pfosten und darauf gelagerten flächigen Füllelementen: Glasscheiben oder Paneelen ( 154). Diese spannen in die kurze Richtung (Spannweite B in  154) zwischen den Fassadenpfosten. Letztere spannen über die lange Spannweite (Spannweite A in   154) und überbrücken im Regelfall die komplette Geshosshöhe zwischen Decken. Die Füllelemente sind folglich auf zwei Seiten gelagert (auf den Pfosten) und spannen an den anderen beiden Seiten (den horizontalen) frei. Die Verglasungs- und Dichtkonstruktion ist folglich an jeweils beiden Rändern verschieden. Bauphysikalisches Verhalten und konstruktive Details von Pfostenfassaden sind ansonsten vergleichbar mit denen von Pfosten-Riegel-Fassaden. Sie werden im Einzelnen im

5 Rippensysteme

629

B Geschossdecke Pfosten Ankerschiene Anschlusswinkel

Riegel

Glasscheibe

Pressleiste Pfosten Pressleiste Riegel Schraube Pressleiste

A C

Brüstungspaneel

z

y x

154 Explosionszeichnung einer herkömmlichen Pfosten-Riegel-Fassade. Die Fassadenelemente – Glas und Brüstungspaneel – sind ringsum auf Pfosten und Riegel gelagert, spannen also zweiachsig (➝ y, ➝ z). Die Dichtkonstruktion ist ringsum gleich und ist in der Pressleiste integriert.

folgenden Abschnitt diskutiert. Während das Stabsystem der Pfostenfassade ausschließlich aus vertikalen Stäben, den Pfosten, besteht, existieren bei der Pfosten-Riegel-Fassade zusätzlich die horizontalen Riegel, die eine zusätzliche Stabhierarchie schaffen ( 154). Sie sammeln die Lasten aus den Füllelementen und verteilen sie auf die Pfosten. Dadurch lassen sich die Spannweiten der Elemente nochmals reduzieren (Spannweite C in  155) bzw. diese lassen sich zweiachsig spannen und linear ringsum auflagern. Die horizontale Zäsur des Riegels bietet einen geeigneten Übergangsort zwischen unterschiedlichen Füllelementen wie Fenstern und Paneelen. Oft wird eine Einteilung in Brüstungs-, Fenster- und Sturzfeld gewählt.

Pfosten-Riegel-Fassade

3.1.2

630

XIII Äußere Hüllen

6 Dichtprofil aus Kunststoff innen 7 Dichtprofil aus Kunststoff außen 2 Pressleistenprofil

9 Nut zur Aufnahme des Steckverbinders 1 Pfostenprofil

12 Langloch zur Justierung und Toleranzaufnahme 10 Steckverbinder aus Kunststoff 11 Unterlagscheibe aus Kunststoff

virtueller Ausschnitt zu Veranschaulichungszwecken

5 Schraube

4 Abdeckprofil

3 Isolierglasscheibe 14 Tragklotz für die Isolierglasscheibe 13 Riegelprofil

18 Öffnung im Dichtprofil zur Falzraumentwässerung 4 Abdeckprofil 2 Pressleistenprofil 7 Dichtprofile aus Kunststoff außen 15 Stützbolzen für den Tragklotz 17 Kunststofflappen zur Abdeckung der Isolierglasscheibe und Ableitung von Feuchte aus dem Falzraum 16 Nut zur Aufnahme des Stützbolzens

155 Aufgeschnittene axonometrische Darstellung eines exemplarischen Knotens einer Pfosten-Riegelfassade (System Schüco-Jansen ®).

5 Rippensysteme

631

1 Pfostenprofil 10 Steckverbinder aus Kunststoff 11 Unterlagscheibe aus Kunststoff Schraube

6 Dichtprofil aus Kunststoff innen 3 Isolierglasscheibe 7 Dichtprofile aus Kunststof außen 2 Pressleiste

4 Abdeckprofil

14 Tragklotz

156 Explosionszeichnung eines exemplarischen Knotens einer Pfosten-Riegelfassade wie in  155.

632

XIII Äußere Hüllen

Die an ihrer Außenkante bündig angeordneten Pfosten- und Riegelprofile erlauben ferner nicht nur eine umlaufende lineare Lagerung, sondern (anders als bei der Pfostenfassade) an allen Stößen der Füllelemente, horizontal wie vertikal, konstruktiv identische Verhältnisse für die Dichtung der Fugen zwischen zusammenstoßenden Glas- und Paneelfeldern. Hierfür kommen heute fast ausschließlich Trockenverglasungen in Form von Pressleistenkonstruktionen zum Einsatz. Im Folgenden sollen einzelne konstruktive Gesichtspunkte im Zusammenhang mit der Pfosten-Riegel-Fassade näher diskutiert werden ( 155). Pressleistenkonstruktion

Halterung der Füllelemente ☞ Kap. XIII-9, Abschn. 2.7.2 Die Einfassung und Abdichtung des Glases > Klotzung, S. 780  ff

☞ Abschn. thermische Trennung, S. 636

☞ Abschn. thermische Trennung, S. 636



Dichtung der Fugen

Glas- wie auch Paneelelemente werden in Pfosten- und Pfosten-Riegel-Fassaden nach dem gleichen Prinzip der Pressleistenhalterung am Sekundärtragwerk der Fassade, also am Stabwerk aus Pfosten und Riegeln, befestigt. Die Pressleiste – aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff – wird in den Riegel- bzw. Pfostenprofilen, oder in einem an diesen befestigten Kunststoffteil, punktuell verschraubt und erzeugt, dank ihrer Biegesteifigkeit, einen linearen Anpressdruck auf Glas und Unterkonstruktion. Analog zu Fensterverglasungen werden Füllelemente aus Glas oder Paneele auf Klötze oder konsolenartige tragende Klipps aufgesetzt, welche auf den Riegelprofilen aufliegen oder in diesen integriert sind ( 155, 156). Über diese Auflagerung werden die lotrechten Lasten in die Sekundärkonstruktion eingeleitet. Hierbei werden die Riegelprofile zuvorderst auf Biegung in der lotrechten Ebene beansprucht. Die Anpresskraft aus der nachträglich verschraubten Pressleiste sichert die Füllelemente in erster Linie gegen horizontale Lasten. Aus dieser Bauart folgt, dass Pfosten- wie auch Pfosten-Riegel-Fassaden stets von außen zu montieren sind. Eine eher seltene Ausnahme stellen umgekehrt konstruierte und montierte Pfosten-Riegel-Fassaden dar. Pressleisten werden grundsätzlich punktuell an Pfostenund Riegelprofilen befestigt, um den wärmeleitenden Metallquerschnitt zu minimieren. Um einen möglichst gleichmäßigen Anpressdruck der Pressleiste auf das Füllelement sicherzustellen, erfordert das Pressleistenprofil eine ausreichende Biegesteifigkeit. Dies setzt ein geeignetes Widerstandsmoment des Leistenquerschnitts voraus. Versteifende hervorstehende Rippen lassen sich sichtbar belassen oder auch als Halterung für aufgeklippste Deckschalen verwenden ( 155, 156). Zwischen Füllelement und Pfosten- bzw. Riegelprofil ( 157 -1) sowie auch Pressleiste ( 157 -2) sind Dichtprofile aus Polychloroprene (Neopren), Ethylen-Propylen-Dien (EPDM), weichmacherhaltigem PVC oder Silicon zwischengelegt und in der Metallkonstruktion unverschieblich gehalten ( 155, 156) ( 157-6, 7). Ihre Verträglichkeit mit

5 Rippensysteme

633

angrenzenden Materialien muss sichergestellt sein. Sie sind zum einen dafür verantwortlich, den Anpressdruck gleichmäßig, ohne Kraftkonzentrationen auf die Füllelemente zu übertragen. Dies ist vor allem bei Glaselementen ( 157-3) bedeutsam, da direkter Kontakt zwischen Glas und Metall wegen des Bruchrisikos des Glases zu vermeiden ist. Sie stellen ferner die Dichtheit gegen Wasser und Wind an allen Kontaktfugen her, und zwar in zwei Dichtebenen, jeweils außen- ( 157-7) und innenseitig ( 157-6). Dichtprofile sind heute nahezu ausnahmslos als Lippenprofile ausgebildet. Sie liegen mit der profilierten Seite an der ebenen Grenzfläche des Füllelements an und entfalten aufgrund des Anpressdrucks aus der Pressleiste die nötige Dichtfunktion. In den aufeinanderfolgenden Luftkammern zwischen den Lippen ist ein Abführen ggf. eindringenden Wassers möglich. Die Entwässerung erfolgt in das Falzentwässerungssystem der Konstruktion( 157-8). Die Dichtprofile werden an den Ecken durch Klebung, Heiß- oder Kaltvulkanisierung verbunden. Bei besonderen Voraussetzungen sind auch Dichtsysteme aus kombinierter Dichtung aus Dichtstoffen (Nassverglasung) und Dichtprofilen (Trockenverglasung) möglich. Dichtstoffe werden auf der Witterungsseite angeordnet.

☞ Kap. XI, Abschn. 4.3.4 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck, S. 23 ☞ Abschn. Entwässerung und Belüftung des Falzraums, S. 638

157 Pressleistenverglasung einer Pfosten-Riegel-Fassade. 1

1 Pfosten- oder Riegelprofil (Aluminium) 2 Pressleiste (Aluminium) 3 Isolierverglassung 4 Abdeckschale (Aluminium) 5 Verschraubung 6 Lippendichtprofil (innen) 7 Lippendichtprofil (außen) 8 Falzraum zur Entlüftung und Entwässerung 9 Nut zur Aufnahme der Schraubhülse 10 und der Schraube 5 10 Schraubhülse aus Kunststoff 11 Fahne 12 Zentrierhilfe in der Schraubhülse 10 beim Positionieren der Schraube 5

8 6

9

10 11

8 8

7

2 4

5

12 0

10

20 mm

☞  159

M 1:2,5

3

☞  158

158 Pfosten einer Pfosten-Riegel-Fassade aus Aluminium. Ausführung als extrudiertes Rechteck-Rohrprofil. Pressleiste mit aufgeklippstem Blendenprofil (System Schüco ®). y

0

x

M 1:5

z

M 1:5

0 50 mm

x

50 mm

159 Riegel der Pfosten-Riegelfassade aus Aluminium wie in  158 (System Schüco ®).

634

XIII Äußere Hüllen

160 Pfosten einer Pfosten-Riegelfassade aus Aluminium. Ausführung mit reduzierter Ansichtsbreite a = 35 mm. Spezieller Isolator I für verbesserte Wärmedämmung im Falzraum (System Schüco ®).

I

161 Pfosten einer Pfosten-Riegelfassade mit Aufsatzelement aus Aluminium, auf Holzprofil aufgesetzt (System Schüco ®).

y

y

a

M 1:5 0

M 1:5 0

50 mm

x

50 mm

x

☞  163

☞  162

162 Pfosten einer Pfosten-Riegelfassade aus Aluminium. Ausführung als extrudiertes Hohlprofil mit Doppel-T-Profilierung. Pressleiste als U-Profil (System Schüco  ®).

163 Riegel der Pfosten-Riegelfassade aus Aluminium wie links. Reduzierter tragender Querschnitt (System Schüco  ®).

y

M 1:5 0

M 1:5

z 50 mm

0

x

50 mm

x

164 Pfosten einer Pfosten-Riegelfassade aus Aluminium. Ausführung als extrudiertes Hohlprofil mit T-Profilierung. Riegelausbildung wie in  163 (System Schüco ®). y

165 Alternative Ausführung des Pfostens in  164 (System Schüco ®).

M 1:5 0

x

y

M 1:5 0

50 mm

x

50 mm

5 Rippensysteme

635

166 Außenecke einer Pfosten-Riegel-Konstruktion (System Schüco  ®). y

y

M 1:5 0

M 1:5 0

50 mm

50 mm

x

x

167 Innenecke einer Pfosten-Riegel-Konstruktion (System Schüco  ®).

168 Pfosten einseitig angeformt, flacher Winkel (System Schüco ®). y

y

M 1:5 0

50 mm

x

M 1:5 0

50 mm

x

169 Pfosten einseitig angeformt, steiler Winkel (System Schüco ®).

170 Pfosten zweiseitig angeformt, flacher Winkel (System Schüco ®). y x

y

M 1:5 0

50 mm

M 1:5 0

x

50 mm

171 Pfosten zweiseitig angeformt, steiler Winkel (System Schüco ®).

636

XIII Äußere Hüllen

Thermische Trennung

Wenn wärmedämmende Füllelemente wie Isolierverglasung ( 157-3) eingebaut werden, was durchweg dem heutigen Standard entspricht, ist auch die Pressleiste ( 157-2) vom Tragprofil ( 157-1) thermisch zu trennen. Dies wird bei modernen Pressleistensystemen gewährleistet durch • ihre nur lokale Befestigung mittels Schrauben ( 157-5) in Abständen von rund 250 mm; • eine lokale Schraubhülse, bzw. Steckverbinder, aus Kunststoff ( 155-10, 156-10), die formschlüssig verschieblich in eine Nut ( 155-9) der Pfosten- bzw. Riegelprofile eingreift, oder: • eine durchgehende Kunststoffleiste, die vorderseitig in einer Nut des Tragprofils gehalten ist ( 157-10); sie reduziert den Wärmedurchgangskoeffizienten Uf um etwa 0,1  W/ m2K und dient gleichzetig zur Schraubenzentrierung bei der Montage ( 157-12); • mehrfache Fahnen ( 157-11) seitlich am o. g. Kunststoffprofil ( 157-10), die den Falzraum in mehrere Kammern ( 157-8) unterteilen und somit die Konvektion und den Wärmetransport in diesem Hohlraum minimieren; entweder sind die Lappen am Kunststoffprofil angeformt oder alternativ als gesondertes u-förmiges Schaumstoffprofil ausgeführt, was den U f -Wert noch einmal zusätzlich herabsetzt; weitere Verbesserungen sind durch zusätzliches Einlegen eines Schaumstoffprofils und teilweises Ausfüllen des Falzraums möglich. Insgesamt sind bei Pfosten-Riegel-Fassaden in Aluminium, je nach Ausführung, Uf -Werte zwischen 2,2 und 0,9 W/ m2K erzielbar. Die Begrenzung des wärmeleitenden Metallquerschnitts auf den Schraubenschaft ( 157-5) und die beschriebenen zusätzlichen Maßnahmen minimieren den Wärmefluss zwischen innen und außen und Verhindern die Tauwasserbildung im Innern der Konstruktion. Das hier beschriebene Prinzip der thermischen Trennung ist unter der Voraussetzung wirksam, dass der größere Massenanteil der aus zwei Schalen zusammengesetzten Konstruktion, nämlich die Pfosten- und Riegelseite ( 157-1), auf der warmen Seite liegt, der leichtere Anteil, die Pressleiste ( 157-2), auf der kalten. Der warme größere Massenanteil wärmt dabei den verbindenden Schraubenquerschnitt ( 157-5) und minimiert die Tauwasserbildung im Innern der Konstruktion. Werden diese Verhältnisse umgekehrt, ist mit vergrößerter Tauwasserbildung zu rechnen. Im Algemeinen ist in solchen Fällen zur Reduktion des Wasseranfalls im Falzraum im Sinn einer erhöhten Sicherheit auf der bewitterten und unbewitterten Seite eine Nassverglasung zu realisieren.

5 Rippensysteme

637

1

3

f

d

2 4

172 Ebenenversatz zwischen den Vorderkanten von Pfosten- und Riegelprofil zur Falzentwässerung des Riegels in den Pfosten (System Schüco ®). v

5 6

M 1:2,5

z

0

10

20 mm

y

1 Pfostenprofil 2 Riegelprofil 3 Dichtprofil des Pfostens mit Übermaß 4 Dichtprofil des Riegels mit Normalmaß 5 Falzraum des Riegelprofils 6 Querschnitt des Pfostenprofils zum Vergleich d Breite des Pfostenprofils f Breite des Pfostenfalzraums v Ebenenversatzmaß zwischen Pfostenund Riegelprofil

PL

DP

FR z y x

173 Entwässerungs- und Belüftungsöffnung für den Falzraum FR: unterbrochenes Dichtprofil DP unter der Pressleiste PL des Riegelprofils.

638

XIII Äußere Hüllen

Entwässerung und Belüftung des Falzraums

☞ Vgl. die Öffnung am Dichtprofil unter der Riegelpressleiste wie in  173 dargestellt.

UV-Schutz des Randverbunds von Isolierverglasungen

☞ Abschn. 3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural-Glazing-Fassade), S. 662 ff

Lagerung

Durch Dichtungen ggf. eindringendes Wasser und Tauwasser wird im Falzraum (  157-8, 172-5), der an den Stößen zwischen Füllelementen entsteht, gesammelt, durch kontrollierte Kanäle innerhalb der an den Knotenpunkten miteinander räumlich gekoppelten horizontalen Falzräume der Riegel und vertikalen Falzräume der Pfosten abgeführt und durch Öffnungen in den tiefgelegenen Punkten der Fassadenkonstruktion, oft an der Unterseite der horizontal verlaufenden Riegelpressleisten, spätestens am Fußpunkt des Pfostenprofils, nach außen abgeleitet. Zu diesem Zweck ist der Falzraum des Pfostens an Kopf- und Fußpunkt zum Außenraum hin zu öffnen. Oftmals werden Dichtprofile an den horizontal verlaufenden Riegelprofilen bereits mit einem wannenartigen Lappen zur Wasserableitung über Öffnungen nach außen oder seitlich in die Falzräume der stehenden Pfostenprofile ausgeführt ( 155-17, 156). Diese schützen darüber hinaus den empfindlichen Randverbund der darunterliegenden Isolierglasscheibe gegen Feuchte. Bei einigen Ausführungen werden die Anschlagsebenen von Pfosten- und Riegelprofilen versetzt ausgeführt, sodass ein ungehindertes Ablaufen des Falzwassers vom Falzraum des Riegelprofiles in den Falzraum des Pfostenprofils möglich ist. Das Differenzmaß zum zurückgesetzten Pfostenprofil wird dann durch Dichtungsprofile mit Übermaß ausgeglichen (2 172). Gleichzeitig wird ggf. von innen her sich im Falzraum aufstauender Dampfdruck über die gleichen Öffnungen nach außen abgebaut. In den Falzkammern kann sich auch der Winddruck, der Luft und Wasser über Ritzen und Fugen an den Dichtprofilen in den Falzhohlraum presst, durch Verwirbelung entspannen. Pressleisten überdecken den Randverbund von Isolierverglasungen, der hauptverantwortlich für die Dichtheit des Scheibenzwischenraums ist, und schützen ggf. zu diesem Zweck verwendete, nicht UV-beständige Dichtstoffe auf diese Weise gegen die UV-Strahlung. Kommen Verglasungssysteme ohne abdeckende Pressleisten zum Einsatz, wie beispielsweise bei Structural-Glazing- Fassaden, sind entsprechend UV-beständige Dichtstoffe für den Randverbund zu verwenden, wie beispielsweise Silicone. Bei der stehenden Fassadenkonstruktion findet bei Windbelastung eine Vergrößerung des Feldmoments durch die axiale Druckkraft des Eigengewichts statt. Das Eigengewicht wirkt hier ungünstig (Analogie zum Druckstab). Bei der hängenden Fassadenkonstruktion hingegen wird das Moment aus Windkraft durch die Zugkraft infolge Eigengewichts verringert. In beiden Fällen lassen sich durch eine Lagerung als Durchlaufträger die Feldmomente verkleinern und so die Bauteile schlanker gestalten.

5 Rippensysteme

639

Die Fassadenpfosten oder Fassadenelemente werden mit korrosionsgeschützten Winkelprofilen (verzinkter Stahl, nichtrostender Stahl) am Rohbau, zumeist an den Stirnkanten von Massivdecken, befestigt. Die Verschraubung in Langlöchern oder die Verwendung von einbetonierten Ankerschienen gewährleistet den Ausgleich von baulichen Toleranzen zwischen Rohbau und Fassade. Dies ist deswegen notwendig, da der Rohbau, insbesondere im Fall eines Betonbaus, wesentlich größere Maßtoleranzen aufweist

Befestigung am Primärtragwerk

174 Herkömmliche Befestigung des Pfostens einer Pfosten-Riegelfassade an einer Deckenstirnfläche mit Justiermöglichkeit in den drei Raumdimensionen x, y und z (System Schüco-Jansen ®).

M 1:5

z

0

50 mm

x

1 4

2 175 Darstellung einer Deckenbefestigung des Pfostens analog zu der in   174 gezeigten. 3 5 1

z x

z y x

6 7

4 5

2

1 Rohdecke 2 Pfosten 3 Dehnverbinder 4 Ankerschienenstück: Justierung in ➝ y 5 Anschlusswinkel 6 Langloch vertikal: Justierung in ➝ z 7 Langloch horizontal: Justierung in ➝ x

XIII Äußere Hüllen

Lospunkt

640

RI MD

AP

DV

PF 2

z x

AP

MD

Festpunkt

MD

AP

PF 2

PF

DV

AL

Lospunkt

US

PF 1

PF 1 DV

176 Befestigung des Pfostens am Primärtrag­werk. Deckenanschluss Mitte: in linker Vignette gestoßen, in rechter Vignette als Alternativlösung ohne Stoß dargestellt. Jeder Pfostenabschnitt (PF 1, PF 2) mit maximal etwa 6 m Länge ist an beiden Enden jeweils fest und lose verbunden. Die Horizontalbewegung (➝ x) ist am mittleren Deckenanschluss durch die Wirkung einer Riffelung der Anschlusslasche AL und einer klammerartig geformten Unterlagscheibe US gesperrt.

OKFF

RI

FP Festpunkt

MD

MD Massivdecke PF Pfostenprofil RI Riegelprofil DV Dehnverbinder AP Anschlussplatte FP Fußplatte AL Anschlusslasche US klammerartige Unterlagscheibe

5 Rippensysteme

641

z OKFF

x

SS MD

AW

Lospunkt

PF 2

M 1:5

0

50 mm

als der Metallbau der Fassade. Ferner dürfen Verformungen aus dem Primärtragwerk nicht in die Fassadenkonstruktion übertragen werden. Die dreidimensionale Justierungsmöglichkeit ist an regulären Deckenanschlüssen in herkömmlicher Ausführung (2 175) durch Ankerschiene (parallel zur Fassadenebene, horizontal, ➝ y), horizontale Langlöcher (hier rechtwinklig zur Fassadenebene, ➝ x) sowie vertikale Langlöcher (parallel zur Fassadenebene, vertikal, ➝ z) gewährleistet. Es kommen jedoch auch spezielle Anschlusselemente mit Justiermöglichkeit durch Stellschrauben zum Einsatz (2 177). In horizontaler Ebene lassen sich die Anschlüsse durch Langlöcher einjustieren. An Fuß-, oberen Anschlusspunkten und Zwischenstößen werden vertikal bewegliche Steckverbindungen zwischen Pfostenrohrprofil und speziellen Anschlussstutzen, sogenannten Dehnverbindern, ausgeführt (2 175, 176), die eine Aufnahme der Deckenverformungen, also insbesondere Deckendurchbiegungen in lotrechter Richtung (➝ z) erlauben. Pfostenstöße in Längsrichtung werden nach maximal 6 m Pfostenlänge erforderlich und lassen sich ebenfalls als Steckverbindungen mit Dehnverbinder ausführen. Jeder Pfostenabschnitt ist an einem Befestigungspunkt vertikal fest zu lagern (Festpunkt), an den restlichen beweglich (Lospunkt).

177 Befestigung des Pfostens an der Geschossdecke mittels Spezialelement, höhenjustierbar mit Stellschraube. DV

PF 1

MD Massivdecke PF Pfostenprofil DV Dehnverbinder AW Anschlusswinkel SS Stellschraube

☞ Band 2, Kap. IX-3, Abschn. 2.2 Auswirkungen auf die Funktionstüchtigkeit, S. 402 f, und 3. Statische und konstruktive Lösungen des Hochbaus, S. 404 ff

642

XIII Äußere Hüllen

TM

AP MD SV 2 (DV) RI

PF

SV 1 FP S

178, 179 Fußpunkt und oberster Deckenanschluss einer Pfosten-Riegelfassade. Während die untere Steckverbindung SV 1 mithilfe einer doppelten Schraubenverbindung (S) fixiert ist, können am oberen Pfostenende in der Steckverbindung SV 2 mit Dehnverbinder DV Deckenverformungen bis zum maximalen Toleranzmaß TM aufgenommen werden (System Schüco ®). MD Massivdecke PF Pfostenprofil RI Riegelprofil SV 1 Steckverbindung unten, Festpunkt SV 2 Steckverbindung oben, Lospunkt DV Dehnverbinder AP Anschlussplatte FP Fußplatte TM Toleranzmaß Deckenverformung

M 1:5

z

0

x

50 mm

5 Rippensysteme

643

Die tragende Konstruktion (Sekundärtragwerk) aus Pfosten und Riegeln lässt sich entweder aus einzelnen Profilen zusammenbauen oder alternativ – was heute dem Standard entspricht – in vormontierten Gerüsten aus Pfostenund Riegeln, bei sogenannter Leitermontage. Im letzten Fall werden die Anschlüsse zwischen Pfosten und Riegeln im Werk vormontiert oder – bei Stahl – geschweißt; an den Elementstößen werden Zwischenriegel eingeführt und Anschlüsse mit Rohrverbindern oder durch Schweißung ausgeführt.

Elementierung

Je nach gewünschtem Erscheinungsbild der Fassade, sind verschiedenartige Ausführungen der Pfosten-RiegelKonstruktion realisierbar, beispielsweise:

Erscheinungsbild

• Verschiedenartige Profilausführungen erlauben unterschiedliche Formgebungen der Pfosten- und Riegelprofile. Es stehen, neben der Standardausführung als Rechteckrohrprofile, beispielsweise auch T-Querschnitte (2 164) oder Doppel-T-Querschnitte (2 162) zur Wahl. Dadurch lässt sich eine feingliedrigere Innenansicht der Fassadenkonstruktion erzielen. • Diverse Ausführungen der Pressleiste erlauben verschiedene Gestaltungen der von außen sichtbaren Sprosse (2 203-206). • Integrierte Blend- und Flügelrahmen von Öffnungsflügeln (2 187, 188, 194) verbergen die zusätzlichen Rahmenansichten des Öffnungselements und erlauben ein ruhigeres, einheitlicheres äußeres Erscheinungsbild der Fassade. • Pressleistenfreie Konstruktionen, ausgeführt als Trockenoder Nassverglasung (2 199 bis 202). Dies sind Beispiele von Structural-Glazing-Fassaden. Dadurch lässt sich der Scheibenstoß, von außen betrachtet, auf eine schmale Schattenfuge reduzieren. Übergänge zwischen unterschiedlich aufgebauten Fassadenbereichen oder zu anschließenden Bauteilen erfolgen grundsätzlich an Pfostenprofilen (vertikale Fugen) oder an Riegelprofilen (horizontale Fugen). Anschließende Dämmund Dichtschichten werden zu diesem Zweck analog zu einer Isolierglasscheibe in der Pressleistenkonstruktion eingeklemmt. Gegebenenfalls sind hierfür Distanzklötze aus Kunststoff erforderlich, um zusammen mit der eingeklemmten Schicht das nötige Klemmmaß von rund 2 bis 3 cm zu erreichen (2 186). Eine mögliche Ausbildung von Sockel und oberstem Anschluss der Fassade zeigen 2 178 und 179. Beispiele für Wandanschlüsse finden sich in 2 189 und 190. Anschlüsse von Fenster- und Türelementen sind in 2 187 und 188 sowie 193 und 194 dargestellt.

☞ Abschn. 3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural Glazing-Fassade), S. 662 ff

Anschlüsse

644

XIII Äußere Hüllen

Nicht durchsichtige Brüstungsfelder lassen sich alternativals belüftete (2 183, 184) oder nicht belüftete Konstruktion (2 181, 182) ausbilden. Die äußere Wetterhaut kann aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, sie wird aber häufig ebenfalls aus Glas hergestellt, um von außen betrachtet eine Ganzglasfassade zu schaffen. Um den dahinterliegenden Aufbau zu verbergen, lassen sich diese Brüstungsscheiben verspiegelt oder rückseitig beschichtet ausführen. Diese gläsernen Außenwandbekleidungen in Brüstungsfeldern von Pfosten-Riegel-Fassaden sind besonderen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, da sich infolge der hinter ihnen angeordneten Wärmedämmun2 g ein Wärmestau bilden kann. Sie sind deshalb grundsätzlich aus thermisch vorgespanntem ESG herzustellen. Auf eine zwängungsarme Lagerung der Scheiben ist besonders zu achten. Brüstungsscheiben aus ESG, die der Gefahr einer besonderen Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind, beispielsweise einer Aufheizung aufgrund unmittelbar dahinter angeordneter Dämmschichten, oder die eine Energieabsorption von mehr als 65 % aufweisen, z. B. infolge Einfärbung oder Beschichtung, oder die nicht auf allen Seiten eingefasst werden, sind durch Heißlagerung (Heat-Soak-Test) besonders zu prüfen. Dadurch wird das Vorhandensein von Nickelsufideinschlüssen und Kantenverletzungen ausgeschlossen. Dies gilt für Einscheiben-Brüstungsplatten, hingegen nicht für Isolierverglasungen mit ESG.

Brüstungsfelder & DIN 18516-4

& TR Glaserarbeiten – Linienförmig gelagerte Verglasungen, 3.3.2

180 Fassadenanschluss an eine Zwischendecke, Brüstungsfeld als Feuerschürze gegen Brandüberschlag ausgebildet. Nicht massives Brüstungsfeld aus ESG, Feuerschutzplatte 4 und Wärmedämmung. Plattenstreifen 6 als Brandschott im Dämmpaket. Die Scheiben sind zusätzlich zur Aluminium-Pressleiste – die im Brandfall wegschmilzt – lokal zusätzlich mit Stahlwinkeln befestigt. Unter- und oberseitig ist der Zwischenraum zwischen Decke und Fassade mit Stahlwinkeln 9 geschlossen. Das Pfostenprofil wird in diesem Abschnitt mit Faserdämmstoff ausgefüllt, ebenso alle Hohlräume zwischen Fassade und Decke. Der Fußbodenaufbau (Mindestdicke 100 mm) schützt die Fassadenbefestigung vor Brandeinwirkung von oben (System Schüco ®). 1 Riegelprofil 2 Pfostenprofil, im Brüstungsbereich mit Mineralfaser gefüllt 3 Dämmpaneel mit rückwärtiger Deckschale aus Blech 4 Feuerschutzplatte W 90 5 ESG 6 Plattenstreifen als Brandschott 7 Dehnverbinder (vgl.  177) 8 Aufhänge- und Justiervorrichtung zur Befestigung des Pfostens an der Massivdecke (vgl.  177) 9 Stahlwinkel

9

2

1

7

3 9

8

9

6

4

5

9 M 1:10

z

0

x

100 mm

5 Rippensysteme

645

BP

DV DW

181, 182 Fassadenanschluss an eine Zwischendecke mit massiver Brüstung. Brüstungsfeld nicht hinterlüftet (System Schüco ®). M 1:10 z 0

x

100 mm

BP Brüstungspaneel (Sandwich) DV Dehnverbinder DW Deckenanschlusswinkel, justierbar

646

XIII Äußere Hüllen

PF

RI

BL

AW

VP HR MD SG

183, 184 Fassadenanschluss an eine Zwischendecke mit massiver Brüstung. Der Hohlraum des Brüstungsfelds ist zum Dampfdruckausgleich über die Pfosten- und Riegelprofile mit dem Außenraum verbunden (System Schüco ®). MD Massivdecke PF Pfostenprofil RI Riegelprofil AW Anschlusswinkel HR Hohlraum des Brüstungsfelds BL Belüftungsöffnung SG Sicherheitsglas VP Verbundpaneel als rückwärtige Verblendung

AW

RI BL PF

M 1:5 0

z

50 mm

x

5 Rippensysteme

647

M 1:5 0

50 mm

FS KP AD WD DS z

M 1:5

z

0

x

185 Anschluss eines Sandwichpaneels an einem Riegelprofil. Gleiches Halteprinzip mittels Presswirkung wie bei der Isolierglasscheibe im oberen Verglasungsfeld (System Schüco ®).

y x

50 mm

x

M 1:5

z

M 1:5 0

186 Anschluss eines bauseits hergestellten Dämmpakets an einem Riegelprofil. Die Klemmwirkung wird mittels eines Füllstücks FS auf die einfassende Abdeckung AD ausgeübt (System Schüco ®).

0

50 mm

187 Pfosten mit visuell in der Pressleistenbreite integriertem Öffnungselement (optisch von außen rahmenlos) (System Schüco ®).

50 mm

x

188 Riegel mit integriertem Öffnungselement wie links; unten Anschluss eines Sandwichpaneels, oben einer Festverglasung (System Schüco ®).

Sind Brüstungsfelder aus Gründen des Brandschutzes als feuerbeständige Feuerschürzen auszubilden, ist dies am einfachsten durch massive Hintermauerungen im Brüstungsfeld sicherzustellen (wie in 2 181 bis 184). Alternativ ist die Brüstung auch in Leichtbauweise ausführbar. Zu diesem Zweck sind geeignete feuerbeständige Platten und Abschottungen im Aufbau zu integrieren sowie besondere konstruktive Vorkehrungen zu treffen (2 180).

FS Füllstück aus Kunststoff AD Abdeckung, z. B. Aluminiumblech WD Wärmedämmung KP Klemmprofil, Aluminium DS Dampfsperre

648

XIII Äußere Hüllen

189 Seitlicher Anschluss an eine Außenwand mit hinterlüfteter Wetterhaut WH aus Blechpaneelen (konstruktiver Aufbau wie in  170) (System Schüco ®).

y

M 1:5 0

WH

x

50 mm

FP

DV AK Bodenplatte

190 Seitlicher Anschluss an eine Außenwand mit Wärmedämmverbundsystem, Darstellung der Fußplatte und des Dehnverbinders (System Schüco ®). FP Fußplatte DV Dehnverbinder

y

M 1:5 0

x

50 mm

5 Rippensysteme

649

M 1:5

z

0

50 mm

x

z x

M 1:5 0

M 1:5

z

0

50 mm

50 mm

x

191, 192 Oberer und unterer Anschluss eines Türelements. Schwellenlose Ausführung (System Schüco ®).

193 (Oben) Öffnungselement in Pfosten-Riegel-Konstruktion. Von außen sichtbarer Blend- und Flügelrahmen (System Schüco ®). 194 (Unten) Öffnungselement in Pfosten-Riegel-Konstruktion. Von außen optisch rahmenlose Fensterkonstruktion durch Verklebung der Stufenfalz-Isolierglasscheibe (System Schüco ®).

650

XIII Äußere Hüllen

Geneigte Verglasungen & Technische Richtlinie des Glaserhandwerks, Nr. 17 Glaserarbeiten – Verglasen mit Isolierglas, 09/2016

& wie oben

Geneigte Verglasungen sind, analog zu Dachflächen, einer er­höh­ten Witterungsbeanspruchung ausgesetzt. Über die Anforderungen an stehende Fassadenverglasungen hinaus ist sicherzustellen: • Eine ausreichende Dachneigung sorgt dafür, dass Wasser sich nicht aufstaut. Dies kann an quer zur Wasserfließrichtung orientierten Sprossen geschehen, die deshalb mit speziellen, flach gefasten Pressleisten gedeckt sein sollten ( 195, 197). Ferner ist bei sehr flach geneigten Verglasungen mit starker Verschmutzung zu rechnen, was bei größeren Neigungen durch den Selbstreinigungseffekt infolge abfließenden Wassers verhindert wird. Die Richtlinie empfiehlt eine Mindestdachneigung von 8 °. • Temperaturunterschiede in der Scheibenfläche, beispielsweise durch Teilbeschattungen, sollten möglichst vermieden werden, um Glasbruch infolge thermischer Spannungen vorzubeugen. Ist dies nicht möglich, sollte die äußere Scheibe in vorgespanntem Sicherheitsglas ausgeführt sein. • Das Isolierglas ist ringsum im Glasfalz zu halten. Ansonsten ist die Scheibe zumindest ausreichend zu unterstützen. Dies kann beispielsweise bei der Traufausbildung erforderlich sein. • Der Randverbund ist gegen Sonnenbestrahlung abzudecken. Ansonsten sind zu diesem Zweck UV-beständige Werkstoffe zu verwenden.

& Technische Richtlinie des Glaserhandwerks, Nr. 19 Glaserarbeiten – Linienförmig gelagerte Verglasungen, 08/2012 & Technische Richtlinie des Glaserhandwerks, Nr. 8 Glaserarbeiten – Verkehrssicherheit mit Glas in öffentlichen Verkehrsbereichen, 08/2013 ☞ zum Begriff der Resttragfähigkeit, siehe Kap. XIII-6, Abschn. 2. Sicherheit, S. 704  f Legende für rechte Seite: Pfostenprofil, geneigt Riegelprofil, horizontal Pressleiste, herkömmlich Pressleiste, abgeschrägt für Wasserabführung Rinnenraum, mit Schutzblende gegen Überschwappen FV Festverglasung, innen VSG FF Fensterflügel, innen VSG ES Entwässerungsspalt PF RI PL PLa RR

• Um Aufheizung und Glasbruch zu verhindern, empfiehlt die Richtlinie einen Glaseinstand von maximal 20 mm. Überkopfverglasungen aus Einfachglasscheiben müssen gemäß TRLV aus Drahtglas oder splitterbindenden Glaserzeugnissen wie VSG aus Spiegelglas ausgeführt sein. Gleiches gilt für die untere Scheibe von Isolierverglasungen über Kopf. Scheiben in Ausführung VSG aus ESG sind zu diesem Zweck nicht geeignet, da bei Zerstörung beider Scheiben keine Resttragfähigkeit besteht. Die obere Scheibe des Isolierglases kann aus verschiedenen Glaserzeugnissen wie Spiegelglas, Gussglas, ESG, VSG oder VG bestehen. TVG oder Gießharzverbundscheiben erfordern eine bauaufsichtliche Zulassung im Einzelfall. Kennzeichnend für einige Ausführungsarten des Stützprofils von geneigten Verglasungen sind kleine Auffangrinnen beidseits des Profils unterhalb der Scheibenunterseite, welche die Funktion haben, ggf. raumseitig anfallendes Tauwasser, das an der Scheibenfläche haftet, zu sammeln und am Abtropfen zu hindern. Manchmal sind diese Auffangrinnen einfache Ausstülpungen am Profil der Lippendichtungen. Mit den heutigen Isolierglasscheiben, die deutlich verbesserte

651

0

M 1:5

PL

FV

50 mm

FF

☞  195

5 Rippensysteme

FF PLa

RR

☞



PLa

6 19

FV

ES PL RR

RI

RI

PF

z

z

PF

y

x

0

FV

PL

0

50 mm

196 Öffnungselement in geneigter Pfosten-Riegel-Konstruktion, Schnitt quer zur Gefällerichtung. Pfosten mit Doppel-T-Profilierung in Stahl (Sys­tem Schüco ®).

50 mm

FF

M 1:5

☞  197

195 Öffnungselement in geneigter Pfosten-Riegel-Konstruktion, Schnitt in Gefällerichtung. Riegel mit T-Profilierung in Stahl (System Schüco  ®).

M 1:5

FF PLa

RR ☞



8 19

PLa

FV

ES PL RR

RI z

PF x

197 Öffnungselement in geneigter Pfosten-Riegel-Konstruktion. Riegel als Rechteckrohr in Stahl (System Schüco ®).

z

RI y

PF

M 1:5

0

50 mm

198 Öffnungselement in geneigter Pfosten-Riegel-Konstruktion, Schnitt quer zur Gefällerichtung. Pfosten als Rechteckrohr in Stahl (System Schüco ®).

XIII Äußere Hüllen

☞  200

652

0

50 mm

M 1:5

☞  199

DP

DP y

z

M 1:5

x

0

50 mm

x

199 Pfosten einer Verglasung ohne Pressleiste (Structural Glazing). Variante mit Trockenverglasung: U-förmiges Dichtprofil DP (System Schüco ®).

200 Riegelprofil, Konstruktion wie in  199 (System Schüco ®).

☞  202

0

50 mm

M 1:5

☞  201

NV

NV y x

z

M 1:5

0

50 mm

x

201 Pfosten einer Verglasung ohne Pressleiste (Structural Glazing). Variante mit Nassversiegelung NV (System Schüco ®).

202 Riegelprofil, Konstruktion wie in  201 (System Schüco ®).

U-Werte aufweisen, erübrigen sich diese Zusatzmaßnahmen indessen weitgehend. Ist bei verhältnismäßig flachen Neigungen, bei Verwendung der oben erwähnten Pressleisten mit abgeschrägter Kante, dennoch damit zu rechnen, dass Wasser steht, später trocknet und unschöne Schmutzstreifen bildet, kommen auch andere Lösungen infrage:

5 Rippensysteme

653

• Eine Maßnahme, die sich bei geneigten Verglasungen grundsätzlich empfiehlt, ist das Kürzen der Pressleiste der horizontalen Quersprosse um wenige Zentimeter dort, wo sie an der geneigten Pressleiste anstößt. Dadurch entsteht eine Entwässerungsöffnung, die ermöglicht, dass ggf. aufgestautes Wasser auf die nächsttiefere Scheibenfläche abfließt ( 196, 198). Die angeschnittene Stirnkante der Pressleiste wird mit einem Füllstück geschlossen. • Es sind auch flache, nahezu flächenbündige Deckprofile aus Kunststoff in Verwendung, die kein Hindernis für das abfließende Wasser darstellen. Sie werden auf die Scheiben aufgeklebt. Die Presskraft für die Halterung der Scheiben wird durch gesonderte Winkel aufgebracht. • Schließlich sind auch vollständig flächenbündige Konstruktionen für die Quersprossen realisierbar. Es kommen dann Structural-Glazing-Lösungen zum Einsatz wie in  199 bis 202 dargestellt sowie auch in Abschnitt 3.1.3 beschrieben. Prinzipiell lassen sich auch übergreifende Stoße mithilfe von Stu­fenfalz-Isoliergläsern ausführen. Schematisch ist dies in Kap. XI dargestellt. Die obere Scheibe der übergreifenden Isolierglasscheibe mit Stufenfalz ragt über die im Gefälle untenliegende Isolierglasschiebe. Die Fuge zwischen beiden anstoßenden Scheiben wird mit vorkomprimiertem Dichtband und Dichtstoffstrang gedichtet. Die Scheiben werden dann lediglich an beiden in Gefällerichtung verlaufenden Kanten mittels Pressleisten gehalten, die an den leicht versetzten Scheibenstößen verkröpft oder gestoßen werden. Bei Situationen, die dichtungstechnisch besonders heikel sind, beispielsweise bei verhältnismäßig geringen Neigungen, empfiehlt es sich, den Pressleistenstoß zur Sicherheit zusätzlich mit Butyldichtstreifen zu dichten. Diese werden an der Grenzfläche zwischen dem Lippendichtprofil der Pressleiste und der Isolierglasscheibe eingelegt und verhindern, dass Wasser in den Falzrraum eindringt ( 195 bis 198). Die Konstruktionsdetails in 2 156 bis 202 zeigen Ausführungen von Pfosten-Riegel-Konstruktionen aus Strangpressprofilen aus Aluminiumlegierungen. Alternativ sind sie aus Stahlprofilen herstellbar, wahlweise gewalzt, gezogen oder rollverformt. Bilder 2 203 bis 220 zeigen die wichtigsten Regeldetails in Stahlausführung. Dank der wesentlich höheren Festigkeitswerte von Stahl im Vergleich mit Aluminium lassen sich in dieser Ausführung deutlich größere Schlankheiten der Sekundärkonstruktion erzielen. Es lassen sich entsprechend auch größere Spannweiten als 6 m – dies ist die Grenze bei den meisten Aluminium-Systemkonstruktionen der Hersteller – realisieren. Auch im Hinblick auf den Brandschutz bietet die Stahlausführung deutliche Vorteile. Während Aluminiumlösungen maximal

☞ Abschn. 3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural-Glazing-Fassade), S. 662 ff

☞ Kap. XI,  79, S. 37

Pfosten-Riegel-Fassaden aus Stahl

XIII Äußere Hüllen

☞  203

☞  204

654

PF

203 Pfosten (Standard-Stahl-Doppel-TProfil) mit angeschweißter Aufsatzkonstruktion aus Stahlblech zur Aufnahme der Dichtprofile (System Schüco ®).

RI

AK

AK

204 Riegelprofil, Konstruktion wie in  203 (System Schüco ®). y 0

M 1:5

x

205 Pfosten (Standard- Rechteckrohrprofil) mit angeschweißter Aufsatzkonstruktion aus Stahlblech zur Aufnahme der Dichtprofile (System Schüco ®).

M 1:5

z

0

50 mm

☞  205 PF

AK AK

RI

206 Riegelprofil, Konstruktion wie in  205 (System Schüco ®). AK Aufsatzprofil aus Stahlblech, lochgeschweißt PF Pfostenprofil, Walzstahl-Rechteckrohr RI Riegelprofil, Walzstahl-Rechteckrohr

y 0

50 mm

0

50 mm

x

☞  208

☞  207 PF

KL ZS

ZS

208 Riegelprofil, Konstruktion wie in  207, an Pfos­ten angeschweißt. Inneres Dichtprofil mit Lappen LA zur Falzentwässerung über Lücken im äußeren Dichtprofil DP (System Schüco ®). Zwischenstück aus Kunststoff Pfostenprofil, Stahl kalt verformt Riegelprofil, Stahl kalt verformt Lappen zur Falzentwässerung Dichtprofil, unterbrochen

M 1:5

z

M 1:5

x

207 Pfosten aus kalt verformtem Profilstahlrohr mit Nut zur Aufnahme der Kunststoff-Zwi­schenstücke zur Pressleistenverschraubung. Press- und Deckleiste aus Aluminium (System Schüco ®).

ZS PF RI LA DP

50 mm

x

☞  206

AK Aufsatzprofil aus Stahlblech, lochgeschweißt PF Pfostenprofil, Walzstahl RI Riegelprofil, Walzstahl

DP

RI LA y x

M 1:5

z

M 1:5

0

0

50 mm

x

50 mm

5 Rippensysteme

655

209 Eckpfosten (System Schüco ®). y

y

M 1:5

x

0

50 mm

M 1:5

x

0

50 mm

210 Pfosten zweiseitig angeformt, Außenecke und flacher Winkel (System Schüco ®).

211 Pfosten zweiseitig angeformt, Innenecke (System Schüco ®). y

y

M 1:5

x

0

50 mm

M 1:5

x

0

50 mm

212 Pfosten zweiseitig angeformt, Innenecke und steiler Winkel (System Schüco  ®).

213 Pfosten aus kaltverformtem Profilstahlrohr, Querschnitt mit spindelförmigem Auslauf (System Schüco ®). y x

y

M 1:5

0

50 mm

x

M 1:5

0

50 mm

214 Pfosten aus kaltverformtem Profilstahlrohr, Querschnitt mit T-förmiger Geometrie (System Schüco ®).

XIII Äußere Hüllen

☞  216

656

PP

AB

AS

PR

0

50 mm

M 1:5

PP

☞



21

5

RP

FR

PF

RI

z

RI

z y

M 1:5

0

50 mm

215 Pfostenprofil einer Schrägverglasung im orthogonalen Schnitt. Pressleiste des Riegelprofils PR zur Entwässerung von der Pressleiste des Pfostenprofils PP abgesetzt (AS) (System Schüco ®).

y

BR

M 1:5 0

x

PF

50 mm

x

216 Riegelprofil einer Schrägverglasung, Schnitt 217 Pfostenprofil mit Öffnungsflügel in Stahlrahin Gefällerichtung. Pressleiste des Riegelprofils menkonstruktion (System Schüco ®). PR zur leichteren Entwässerung flach und ab-geschrägt (System Schüco ®).

PF Pfostenprofil RI Riegelprofil PP Pressleiste Pfostenprofil PR Pressleiste Riegelprofil AS Absatz der Riegelpressleiste AB Abschrägung der Riegelpressleiste FR Flügelrahmenprofil des Öffnungsflügels BR Blendrahmenprofil des Öffnungsflügels

y

218 Seitlicher Anschluss an eine Außenwand mit vorgehängter Wetterhaut aus Naturstein (System Schüco ®).

x

M 1:5 0

50 mm

Feuerwiderstandsdauern bis zu F 30 erreichen, kann mit Stahl bis G 120 realisiert werden. Nachteilig wirken sich bei Stahllösungen die Montagestöße zwischen Riegel und Pfosten aufeinanderstoßender vorgefertigter Rahmeneinheiten auf der Baustelle aus (Leitermontage), die aufwendig geschweißt werden müssen, während es für Aluminiumkonstruktionen viel einfacher herzustellende, zugelassene Montage-Steckverbindungen gibt. Das Schweißen setzt auch eine Nachbeschichtung

5 Rippensysteme

657

BL DS WH

PF

RI

219, 220 Fußpunkt und oberster Deckenanschluss (System Schüco ®).

BL BV KL

AB ABS PD

z x

M 1:5 0

50 mm

PF Pfostenprofil RI Riegelprofil BV Blechverwahrung BL Aluminiumblech KL Klemmleiste AB Abdichtung ABS Abdichtungsstreifen im Sockelbereich, an Hauptadichtung AB anzuschließen PD Perimeterdämmung DS Dichtstreifen WH hinterlüftete Wetterhaut aus Naturstein

658

XIII Äußere Hüllen

bzw. Oberflächenbehandlung auf der Baustelle voraus, die bei Aluminiumkonstruktionen nicht nötig ist. Pfosten-Riegel-Fassaden aus Stahl weisen insgesamt niedrigere Wärmedurchgangskoeffizienten Uf auf als vergleichbare Aluminiumlösungen. Die thermisch getrennte Befestigung der Presskonstruktion am tragenden Profil des Pfostens oder Riegels kann entweder durch eine Nut (2 207, 208), durch ein aufgeschweißtes Aufsatzprofil aus kaltverformtem Stahlblech (2 205, 206) oder auch durch aufgeschweißte Setzbolzen erfolgen. Die beiden letzten Lösungen erlauben, Standard-Profilmaterial für die tragende Sekundärkonstruktion zu verwenden (2 203 bis 206). Elementfassade in Pfosten-RiegelBauweise ☞ Abschn. 2.1.2 Holztafelwände, S. 566

Analog zu Elementbauweisen von tafelförmigen Außenwänden, lassen sich Pfosten-Riegel-Fassaden auch in kompletten Fassadenfeldern elementieren und vorfertigen, wodurch die Montagearbeiten deutlich verkürzt werden können. Die Befestigungselemente am Rohbau lassen sich vor Lieferung der Fassade präzise ausrichten, sodass die Montage in kürzester Zeit erfolgen kann. Auch außenliegende Verschattungselemente können bereits vormontiert werden. Da keine Pressleiste von außen montiert werden muss (vgl. 2 221, 222), weil sie in zwei Halbschalen bereits am Element befestigt ist, entfällt im Allgemeinen ein Außengerüst. Wenngleich der Aufwand im Werk größer ist als bei herkömmlichen Pfosten-Riegel-Fassaden, kann eine Elementfassade dennoch auch kostenbezogen konkurrenzfähig sein, sofern eine Mindestfassadengröße erreicht wird, die etwa bei 500 m2 liegt. Insbesondere bei schwierigen Montagebedingungen, also vor allem bei Hochhäusern, zeigen Elementfassaden große Vorzüge. Die weitgehende Vorfertigung erlaubt ferner eine bessere Qualitätssicherung. Unmittelbar nach Montage der Elemente kann mit dem Innenausbau begonnen werden. Die Randpfosten und -riegel der Elemente werden in zweischaliger Ausführung realisiert, sodass jede Schale einem der beiden in einer Fuge anstoßenden Elemente zugeordnet ist. Exemplarische Ausführungen von entsprechenden Konstruktionsdetails in Aluminiumbauweise zeigen 2 221 bis 231. Eine Dehnungsaufnahme in den Elementen selbst ist bis zu einer Fassadenlänge von 50 m möglich. Die Sekundärkonstruktion befindet sich innenseitig im Warmen, sodass insgesamt mit nur eingeschränkten Dehnungen zu rechnen ist. Diese lassen sich an den Halbschalenstößen der Elemente aufnehmen. Die Dehnungen an der thermisch exponierten Außenkonstruktion werden an den Stößen der Pressleisten durch Schneiden auf Lücke aufgenommen. Asonsten ist mit Schäden oder mit hörbaren Knackgeräuschen zu rechnen.

5 Rippensysteme

659

ES

M 1:10

z

0

100 mm

x

221 Deckenanschluss einer Elementfassade mit Aluminiumkonstruktion ohne Brüstung (System Schüco ®). ES Elementstoß

ES

M 1:10

z

0

x

100 mm

222 Deckenanschluss einer Elementfassade mit Aluminiumkonstruktion mit Brüstungspaneel (System Schüco ®). ES Elementstoß

XIII Äußere Hüllen

☞  224

660

☞  223

HS B HS A

ES

HS B

HS A

ES

y

z

M 1:5 0

x

M 1:5 0

50 mm

50 mm

x

223 Vertikaler Elementstoß einer Elementfassade in Aluminiumkonstruktion (System Schüco ®).

224 Horizontaler Elementstoß der Elementfassade in  223 (System Schüco ®).

☞  226

HS A Halbschale Element A HS B Halbschale Element B ES Achse des Elementstoßes

☞  225

y

M 1:5

z

M 1:5 0

0

50 mm

x

225 Zwischenpfosten eines Fassadenelements wie in  223, 224 dargestellt (System Schüco ®).

50 mm

x

226 Zwischenriegel eines Fassadenelements wie in  223, 224 dargestellt (System Schüco ®).

☞  228

☞  227

HS B HS A

ES

HS B

HS A

ES y

M 1:5 0

M 1:5

z

0

50 mm

x

50 mm

x

☞  230

227 Vertikaler Elementstoß analog zu 2 223, jedoch ohne Pressleiste, in Structural-Glazing-Ausführung (System Schüco ®).

228 Horizontaler Elementstoß der Elementfassade in  227 (System Schüco ®).

☞  229

y

0

M 1:5

z

M 1:5

0

50 mm

50 mm

x

x

229 Zwischenpfosten eines Fassadenelements in Structural-Glazing-Ausführung wie in  227, 228 dargestellt (System Schüco ®).

230 Zwischenriegel eines Fassadenelements wie in  227, 228 dargestellt (System Schüco ®). HS A Halbschale Element A HS B Halbschale Element B ES Achse des Elementstoßes

y

M 1:5 0

x

50 mm

231 Vertikaler Elementstoß, alternativ zu 2 227 (SystemSchüco ®).

662

XIII Äußere Hüllen

3.1.3 Geklebte Verglasung (Structural-Glazing-Fassade) & DIN EN 13022-1, -2

232 Pfosten-Riegel-Knoten einer Structural-GlazingFas­sade wie in  233 dargestellt.

Dem Bestreben folgend, Sprossenansichtsbreiten beständig zu minimieren, um ein möglichst feingliedriges Erscheinungsbild von Glasfassaden zu erzielen, wurden Structural Glazing-Fassadenkonstruktionen entwickelt, bei denen Scheibenstöße von außen nur noch als schmale Schattenfugen wahrnehmbar sind. Zu diesem Zweck werden die Glasscheiben nicht mithilfe von Pressleisten gegen die Unterkonstruktion gepresst, sondern auf ihr verklebt. Die Verklebung der Scheiben erfolgt im Werk an einem umlaufenden Adapter-Metallrahmen. Das komplette Flächenelement wird dann vor Ort an der tragenden Pfosten-Riegel-Konstruktion mechanisch befestigt. Da Spiegelgläser zum Einsatz kommen, die zumeist bereits aus Gründen des Sonnenschutzes erforderlich sind, bleiben die verklebten Randbereiche von außen dem Blick verborgen. Lineare Verklebungen von Glasscheiben bieten wegen ihrer guten Lastverteilung zunächst günstige Voraussetzungen für Verglasungen. Da aber ihr Langzeitverhalten nicht restlos gesichert ist und auch Fehler bei der Ausführung schwer auszuschließen sind, gibt es für reine Verklebungen von Fassadengläsern in Deutschland keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. Aus Gründen der Sicherheit gegen Herabfallen wird baurechtlich eine zusätzliche mechanische Halterung in Form punktueller Klammern vorgeschrieben. Scheiben können zwar geklebt werden, was eine Aufnahme der Horizontallasten erlaubt, ihre Eigenlasten sind aber stets mithilfe von Klotzungen oder Klammern im Kantenbereich aufzunehmen ( 233 bis 242).

663

☞  234

5 Rippensysteme

☞  233

Kl

P

S

R

y

V

K

M 1:5 0

x

M 1:5

z

0

50 mm

50 mm

x

☞  234 y

M 1:5 0

y 50 mm

x

235 Montagepfostenknoten einer Structural-Glazing-Fassade wie in  233 dargestellt. An diesem Knoten können zwei vorgefertigte Rahmen aus Pfosten und Riegel gestoßen werden (System Schüco  ®).

☞  237

234 Riegelknoten einer Structural-Glazing-Fas­sade wie in  233 dargestellt (Festfeld). Klotzung Kl, zusätzliche Stützung S der Stufenfalzscheibe mittels eines Klipps (System Schüco ®).

☞  234

233 Pfostenknoten einer Structural-Glazing-Fassade. Die Stufenfalzscheiben sind werkseitig mit einem Aluminiumrahmen R versehen, an dem sie mittels Klebung K und zusätzlicher lokaler Verklammerung V befestigt sind. Bauseitig erfolgt eine herkömmliche Montageverbindung zwischen dem Scheibenrahmen R und dem Pfosten P. Die kritische Scheibenklebung K findet infolgedessen im Werk statt. Dieses Prinzip liegt allen im Folgenden gezeigten Konstruktionsdetails zugrunde (Festfeld, System Schüco ®).

M 1:5 0

50 mm

x

236 Pfostenknoten einer Structural-Glazing-Fas­sade wie in   233 dargestellt, mit Senkklapp-Fensterelement im rechten Feld. Das Fensterelement unterscheidet sich in seiner Außen- und Innenansicht nicht vom Festfeld (System Schüco ®).

XIII Äußere Hüllen

☞  234

664

☞  236

z

y

M 1:5 0

50 mm

x

237 Riegelknoten der Structural-Glazing-Fassade wie in   236 dargestellt, mit Senkklapp-Fensterelement im oberen Feld (System Schüco®).

y

y 50 mm

x

239 Pfostenknoten einer Structural-Glazing-Fassade ohne Stufenfalzscheibe wie in  233 bis 238, mit herkömmlicher Isolierverglasung (mit UV-beständigem Randverbund aus Silicon) (System Schüco ®).

50 mm

238 Pfostenknoten einer Structural-Glazing-Fassade wie in   233 dargestellt, mit Parallel-Ausstell-Fensterelement im rechten Feld. Das Fensterelement unterscheidet sich in seiner Außen- und Innenansicht nicht vom Festfeld (System Schüco®).

M 1:5 0

M 1:5 0

x

A

M 1:5 0

50 mm

x

240 Pfostenknoten einer Structural-Glazing-Fassade mit herkömmlicher Isolierglasscheibe und ringsum verlaufender mechanischer Fassung mittels eines Aluminiumprofils A (Glasleiste) (System Schüco ®).

5 Rippensysteme

665

241 Schematische Darstellung eines typischen Knotens einer Structural-Glazing-Fassade mit Klammersicherung.

242 Fotografische Aufnahme einer Structural-Glazing-Fassade wie in   233 dargestellt.

666

3.2

XIII Äußere Hüllen

Geneigte Dächer ☞ a Abschn. 2.2 Geneigte Dächer, S. 570 ff

3.2.1

Wesentlicher Unterschied zum herkömmlichen Dachaufbau mit in der Rippung integriertem Dämmpaket ist die ununterbrochen durchgehende Wärmedämmschicht (3), die auf der flächigen Unterlage der Beplankung (B) auf den Rippen (R) aufgebracht wird ( 243). Diese – nahezu – wärmebrückenfreie Wärmedämmschicht stellt einen großen bauphysikalischen Vorzug dieses Aufbaus dar, bei dem die Wärmebrückenwirkung der Rippe durch die veränderte Schichtung des Aufbaus ausgeschaltet ist. Dennoch bleibt die Notwendigkeit bestehen, die Dachdeckung (Schichten 1 und 2) sowie die Wärmedämmschicht (3) selbst gegen Abheben infolge Windsogs zu sichern. Dies kann beim geneigten Dach nicht mehr, wie beim flachen, durch Verklebung erfolgen. Die Deckung muss stattdessen durch die Wärmedämmschicht hindurch an der tragenden Konstruktion mit mechanischen Verbindungsmitteln befestigt werden. Die dadurch entstehende Restwärmebrücke ist indessen vernachlässigbar. Die äußeren Dachlasten sind über Pressung der Wärmedämmschicht (3) von der Deckung über die Konterlattung auf den direkt darunterliegenden Sparren (Rippe R) abzutragen. Dies setzt einen

Idealtypischer Aufbau

1 1

2

2 3

3

4

4

(5)

(5) Q

R (B) (6) z

DS

(6) DS

R z

y

Geneigte Dächer in Rippenbauweise mit Trennung von Rippung und Dämmpaket werden in der Baupraxis des herkömmlichen Dachbaus als Dachkonstruktionen mit Aufsparrendämmung bezeichnet. Es erfolgt hierbei also eine klare räumliche und auch funktionale Trennung zwischen der Tragkonstruktion und der Dämmlage, sodass keine Rücksicht auf eine wechselseitige Abhängigkeit der Bauhöhen – wie beim Dach mit Zwischensparrendämmung a – zu nehmen ist. Dächer dieser Bauart kommen auch insbesondere dann zum Einsatz, wenn eine von innen sichtbare Sparrenlage gewünscht ist und man dafür bereit ist, die größere Bauhöhe des Aufbaus in Kauf zu nehmen.

x

243 Prinzipieller Aufbau eines geneigten Dachs in Rippenbauweise mit Sparrenlage und Dämmung in getrennten Ebenen mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen in Längs- und Querschnitt Dachdeckung (= Wetterschale, notwendig) Dichtschicht, wahlweise diffusionsoffen (notwendig) Dämmschicht (notwendig) Tragkonstruktion: Sparrenlage (R) oder (seltener) Dachtafel mit beidseitiger Beplankung (B) 5 Installationsraum, Querholzlage (Q) (optional) 6 innere Bekleidung (optional) 1 2 3 4

Die Wetterschale oder Dachdeckung kann alternativ belüftet oder nicht belüftet ausgeführt werden. Eine optionale – ggf. versteifende – Beplankung lässt sich einfach oder doppelt ausführen. Mögliche Lagen sind mit B gekennzeichnet. Es sind grundsätzlich verschiedene alternative Lagen der Dampfbremse/-sperre bzw. Luftdichtheitsschicht möglich (DS); zu bevorzugen ist die oberste Lage. Ihre diffusionshemmende/-sperrende und luftdichtende Wirkung kann alternativ auch von einer Beplankung (B) übernommen werden.

5 Rippensysteme

667

entsprechend druckfesten Werkstoff voraus, im Allgemeinen einen Hartschaum. Zwar ist auch eine Holzunterkonstruktion im Dämmpaket zum Zweck der Lastabtragung auf die tragende Sparrenlage denkbar, doch geht damit der wichtige Vorteil der nahezu wärmebrückenfreien Wärmedämmschicht verloren. Ist eine Scheibenbildung durch die Beplankung (B) nicht erforderlich, kann auf Letztere grundsätzlich auch verzichtet werden. Ein innenseitig addierter Zusatzaufbau (Schichten 5 und 6) ist zwar im Prinzip denkbar, ergibt jedoch unter den gegebenen Voraussetzungen nicht wirklich Sinn, da man damit die ohnehin schon große Bauhöhe unnötigerweise zusätzlich vergrößert und weil obendrein die Ansicht der Sparren verdeckt wird. Auch ein zumindest teilweises Ausfüllen der Hohlräume (4) ist wenig sinnvoll, da bei Bedarf die Dicke der Hauptdämmschicht (3) einfach auf das gewünschte Maß erhöht werden kann. Ist ein Brandschutz der Decke von innen gefordert, kann eine innenseitige Bekleidung indessen dennoch angebracht sein. Eine Dampfbremse oder -sperre wird sinnvollerweise zwischen Beplankung (B) und Wärmedämmschicht (3) angeordnet.

☞  248 10

3

4

2 1

244 Regelaufbau einer Dachkonstruktion mit Aufsparrendämmung.

z y

☞  247

9

5

6

7

8 M 1:10 0

100 mm

1 Ziegeldeckung 2 Lattung 24 x 48 mm 3 Konterlattung 40 x 60 mm 4 Unterdeckbahn 5 Hartschaumdämmung 6 Steinwolledämmfilz 7 Dampfsperre 8 Holzschalung 9 Sparren 10 Verschraubung mit dem Sparren 9

668

XIII Äußere Hüllen

1

2

3

4

5

6

7

245 Traufausbildung eines geneigten Dachs mit Aufsparrendämmung. Im Traufbereich ist zur Schaffung eines Dachüberstands ein verkürzter Vorsprung- oder Stichsparren auf die Sparrenlage aufgesetzt. 1 Ziegeldeckung 2 Lattung 3 Konterlattung/ Hinterlüftung 4 winddichte Bekleidung mit bituminöser Platte 5 Wärmedämmung 6 Untersichtschalung 7 Vorsprungsparren, auf Tragsparren aufgesetzt 8 Dampfsperre 9 sichtbare Schalung 10 Tragsparren 11 Wetterhaut 12 Hinterlüftung 13 Dämmung 14 Wandelement System LignoTrend

8

9

10

11 12 4

14

13 M 1:20

8

z

0

100

200 mm

x

☞  247

10 1

2

3

4

6

7

8

9

5

246 Firstausbildung einer Dachkonstruktion mit Aufsparrendämmung.



24

8

11

z

☞

1 Ziegeldeckung 2 Lattung 24 x 48 mm 3 Konterlattung 40 x 60 mm 4 Unterdeckbahn 5 Hartschaumdämmung 6 Steinwolledämmfilz 7 Dampfsperre 8 Holzschalung 9 Sparren 10 Firstziegel 11 Firstpfette

x

M 1:10

0

100 mm

5 Rippensysteme

☞

5 1



24 8

☞  246

669

2

3

4

16

247 Traufausbildung des Dachs in  246. Der Dachüberstand wird in diesem Fall durch eine auskragende Holzwerkstoffplatte realisiert, die auf einer Montagebohle befestigt ist.

18 6 7 8

9

10

15

11

17

12

13 14 M 1:10

z

0

100 mm

☞  246, 247

x

1 Ziegeldeckung 2 Lattung 24 x 48 mm 3 Konterlattung 40 x 60 mm 4 Unterdeckbahn 5 Hartschaumdämmung 6 Steinwolledämmfilz 7 Dampfsperre 8 Holzschalung 9 Sparren 10 Putz 11 Dämmung 12 Mauerwerk 13 Holzunterkonstruktion 14 innere Bekleidung 15 Fußpfette 16 Holzwerkstoffplatte zur Schaffung des Dachüberstands 17 Luftdichtheitsfolie 18 Montagebohle

☞  244

6

7

5

1

3

2

4

8

248 Ortgangausbildung einer Dachkonstruktion wie in 2 246 und 247. Die im Freien befindlichen Flugsparren liegen wegen des dort fehlenden Dämmpakets höhenversetzt bezüglich der Normalsparren. Sie werden deshalb auf einem Pfettenstück aufgesetzt, der auf der Hauptpfette aufsitzt und in den Randsparren eingezapft ist.

8

9

11

12 M 1:10

z

10 y

0

100 mm

1 Ziegeldeckung 2 Lattung 24 x 48 mm 3 Konterlattung 40 x 60 mm 4 Unterdeckbahn 5 Hartschaumdämmung 6 Steinwolledämmfilz 7 Dampfsperre 8 Holzschalung 9 Sparren 10 porosiertes Mauerwerk oder Aufbau wie in  247 11 Flugsparren 12 aufgesetzte Kragpfette, seitlich in den letzten raumseitigen Sparren eingezapft.

670

XIII Äußere Hüllen

3.2.2 Ausführungsvarianten



Dachziegel und -steine

Die Wärmedämmplatten werden – anders als bei der Zwischensparrendämmung – von außen auf die Konstruktion aufgebracht (  244). Um die Verlegung zu vereinfachen, sind die Platten zumeist mit Nut-und-Feder-Profilierung ausgeführt. Sie können oberseitig mit einer Unterdeckbahn, oftmals mit selbstklebenden Überlappungsstreifen, werkseitig kaschiert werden, sodass nach Verlegen bereits eine geschlossene Unterdeckung geschaffen ist. Die Nut- und Feder-Verbindung zwischen den Platten bietet eine feste Unterlage für die Folgearbeiten und kann eine Beplankung auf den Sparren unnötig machen. Verschiedene am Markt erhältliche Dämmsysteme bieten fertige sandwichartige Paneele an, die mit den nötigen Schichten bereits werkseitig belegt sind. Dazu gehören, neben der oberseitigen Kaschierung, eine innenseitige Dampfsperre oder -bremse sowie eine raumseitige Abschlussplatte. Dämmschichten aus PUR-Schaum mit niedriger Wärmeleitung erlauben, die Dämmstärken zu reduzieren und damit die Befestigung der Dachdeckung zu erleichtern. Deckungen aus Dachziegeln und -steinen werden herkömmlich auf Lattung und Konterlattung verlegt (2 245 bis 248). Die Konterlattung wird mit langen Holzschrauben oder Sparrennägeln durch das Dämmpaket hindurch an der tragenden Konstruktion der Sparren befestigt. Werden diese Verbindungsmittel schräg zur Dachebene geführt, lässt sich die Biegebeanspruchung infolge des Versatzmoments der Deckung bezüglich der tragenden Ebene der Sparrenoberseite mindern (2 246).

5 Rippensysteme

671

Der Einsatz von Klemmrippenprofilen bei Dächern mit integriertem Dämmpaket oder Zwischensparrendämmung wurde bereits weiter oben behandelt. Auch bei Dächern mit getrennter Dämmebene bzw. Aufsparrendämmung sind Klemmrippenprofile anwendbar. In diesem Fall sind die Befestigungsklipps mit ausreichender Höhe gefertigt, um die komplette Dämmschicht zu durchdringen. Diese Klipps, die lokale Wärmebrücken schaffen, lassen sich für die Verminderung der Wärmeleitung mit Kunststoffplatten unterlegen oder ganz aus Kunststoff herstellen. Sie sind auf der tragenden Unterkonstruktion befestigt. Die Regeldetails in Holzbauweise zeigen 2 249 bis 256, in Stahlbauweise 2 257 bis 267.

Klemmrippenprofile ☞ Abschn. 2.2.10 Dächer mit Deckung aus Metall > Selbsttragende Metalldeckungen > Deckungen mit Klemmrippenprofilen, S. 616  ff

249 Aufbau einer Dachkonstruktion mit Aufsparrendämmung und Deckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL - ZIP  ®), axonometrische Darstellung. 8

7

1

3

5 z y x

9

4

6

1 Klemmrippenprofil 2 Kantholz, mindestens 10/6 cm 3 Steinwolledämmfilz 4 Dampfsperre 5 Holzschalung 6 Holzsparren 7 Alu-Klipp mit Kunststoff-Thermokappe 8 Alu-Halteschiene mit Klipp 9 Wärmedämmung trittfest, im Firstbereich 10 Firstblech 11 Distanzprofil 12 Befestigung Firstblech im Schließblech 13 Schließblech 14 Formfüller 15 Festpunktklipp nach Statik: hier AluKlipp 16 Abdeckblech 17 Schließblech und Formfüller 18 Festpunktklipp nach Statik: hier Kunststoff-Verbundklipp (alternativ: Alu-Klipp mit Thermokappe)

672

XIII Äußere Hüllen

☞  252

☞  253

7

1

3

4

5

254

2

251,

6

x

M 1:10 100 mm

0

☞

z

☞  254 ☞  253

☞  250, 252

250 Aufbau einer Dachkonstruktion mit Aufsparrendämmung und Deckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL-ZIP ®), Schnitt in Gefällerichtung.

7

2

1

3

4

5

6 M 1:10 z

251 Aufbau einer Dachkonstruktion wie oben, Schnitt quer zur Gefällerichtung.

0

y

100 mm

5 Rippensysteme

673

☞  250

13 14 15

9

10

2

16 11

3

1

4

18

12

Legende für nächste Doppelseite:

5

251

6

☞

z

252 Firstausbildung einer Dachkonstruktion mit Aufsparrendämmung und Deckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL - ZIP  ®). Rechts und links jeweils zwei alternative Klipp-Ausführungen.

M 1:10 0

x

Aus der getrennten Höhenlage von tragender Rippenschar und Dämmpaket ergibt sich an den Dachrändern – Traufe und Ortgang – ein konstruktiver Konflikt, dem mit verschiedenen Lösungen begegnet werden kann. Es ist bauphysikalisch nicht erforderlich, das Dämmpaket im Dachüberstand über die Fassadenebene hinaus weiterzuführen. Man kann infolgedessen entweder einen Höhenversatz in der Deckung vornehmen und die tragende Konstruktion durchlaufen lassen (2 255, 256), oder man kann die Deckung eben weiterführen und höhenversetzt ein tragendes Sonderelement auf die Sparren- oder Trägerlage aufsetzen und biegesteif mit dieser verbinden. Dies kann ein Stichsparren-/-pfettenabschnitt (2 245, 248, 254) eine geeignete Platte (2 247) oder Vergleichbares (2 253) sein.

100 mm

1 Kalzip 2 Alu-Klippstange 3 Steinwolledämmfilz 4 Distanzholz 5 Holzknagge 6 Dampfsperre 7 Holzschalung 8 Holzsparren 9 Klemmschiene mit Dichtband 10 Putz 11 Hartschaum-Dämmung 12 Hintermauerung 13 Aufmauerung 14 Fußpfette 15 Holz 16 Traufenwinkel mit Kompri-Klebeband 17 Wellblech, Welle 18/76 18 Anschlussblech 19 Rinnenhalter 20 Bördelfüller 21 Ortgangblech 22 Ortgangleiste 23 Verstärkungsprofil 24 Sturmhaken 25 Holzschalung 26 Kragpfette 27 Hafte zweiteilig 28 Pfette

Anschlüsse

3.2.3

674

XIII Äußere Hüllen

☞  252

1

2

3

4

15

16

17

20

18 10 19

11 13 6

7

8

14

9

12

254

5

251,

M 1:10

x

100 mm

0

☞

z

M 1:10

22 ☞  253

☞  250, 252

253 Traufausbildung, (Fa. KAL - ZIP) (Legende siehe S. 673)

100 mm

0

21 1

2

28

23

24

3

9 10

25

26

27

11 12

6

7

4

8

☞  251

z y

254 Ortgangausbildung (Fa. KAL- ZIP) (Legende siehe S. 673)

5 Rippensysteme

675

☞  252

1

2

13

14

15

16

3

18

21

19 20

22

17 8 9 3

4

5

10

251,

254

11

☞

12 3

6

7 M 1:10

z 100 mm

0

x

M 1:10 100 mm

0

☞  255

☞  250, 252

255 Traufausbildung abgesenkt, alternativ zu  253 (Fa. KAL - ZIP) (Legende siehe S. 673).

1

3

14

24

25

15

2

4

5

7

6

18

24

15

7 23 8 9

☞  251

10

z y

256 Ortgangausbildung abgesenkt, alternativ zu  254 (Fa. KAL - ZIP) (Legende siehe S. 673).

676

XIII Äußere Hüllen

1

9

10

11

257 Aufbau eines Dachs mit getrennter Dämmebene auf tragender Stahlkonstruktion mit Deckung aus Klemmrippenprofilen (System KAL - ZIP  ®).

45°

1 Klemmrippenprofil aus Aluminium 2 Halter mit Haltekopf, aus Aluminium 3 Thermokappe aus Kunststoff 4 Stahl-Trapezblech (Tragblech) 5 Halter mit Haltekopf, aus Kunststoff 6 Dämmstreifen zur thermischen Trennung 7 Hutprofil aus Stahlblech 8 Pfette 9 Steinwolledämmfilz 10 Dämmung trittfest 11 Dampfsperre 12 Halteschiene für Alu-Halter

z

z

6 x

☞  261

2

8

4

8

1

4

1

4

z y

1

261 Wie in  260, Querschnitt.

4

2 3

x

259 Wie in  258, Querschnitt.

260 Variante der Dachkonstruktion mit Dämmstreifen zur thermischen Trennung. Längsschnitt.

8

4

8

5 6 7

z

8 y

☞  260

2

3

z

☞  259

1

258 Dachkonstruktion mit Deckung aus Aluminium-Klemmrippenprofilen, Längs- und Quer­ schnitt. Nicht belüftete Konstruktion. Längsschnitt.

12 2

☞  258

y x

5 Rippensysteme

677

☞  264

1

5

6

7

2

3

9

8

4

262 First. Tragblech in Gefällerichtung. Rechts und links jeweils zwei alternative Klipp-Ausführungen (System KAL - ZIP  ®).

11

12

13

14

15

16 18

17 ☞  266

10

z x

M 1:10 100 mm

0

1 Klemmrippenprofil 2 Firstblech 3 Distanzprofil 4 Befestigung Firstblech 5 Schließblech 6 Formfüller 7 Festpunkt: hier Alu-Klipp mit Thermo kappe 8 alternativ: Festpunk: hier Kunst stoff-Verbundklipp 9 Auffaltung 10 Steinwolledämmfilz 11 Dämmung trittfest 12 Dampfsperre 13 Firstblech 14 Tragblech, Trapezprofil 15 Firstblech Unterschale 16 Pfette 17 Binder 18 Stahlhutprofil

☞  265

1

5

6

7

2

3

9

8

4

10 z x

11

12

13

14

☞  267

263 First. Tragblech quer zur Gefällerichtung. Rechts und links jeweils zwei alternative Klipp-Ausführungen (System KAL - ZIP  ®).

M 1:10 100 mm

1 Klemmrippenprofil 2 Firstblech 3 Distanzprofil 4 Befestigung Firstblech 5 Schließblech 6 Formfüller 7 Festpunkt: hier Alu-Klipp mit Thermokappe 8 alternativ: Festpunkt, hier KunststoffVerbundklipp 9 Auffaltung 10 Steinwolledämmfilz 11 Dämmung trittfest 12 Dampfsperre 13 Tragblech, Trapezprofil 14 Binder

678

XIII Äußere Hüllen

☞  262

2

3

4

1 14 8

13 12 11 9 10

15 16 23

M 1:10

z

264 Traufe. Tragblech in Gefällerichtung (System KAL - ZIP  ®).

5

6

7

0

100 mm

x

☞  263

4

2

3 17

8

1

13 12

11 9 10

265 Traufe. Tragblech quer zur Gefällerichtung (System KAL - ZIP  ®). 1 Kalzip 2 Steinwolledämmfilz 3 Dämmung trittfest 4 Dampfsperre 5 Trapezprofil 6 Pfette 7 Binder 8 Al-Klipp 9 Traufenwinkel mit Kompri-Klebeband 10 Bördelfüller 11 Rinneneinlaufblech 12 Traufbohle 13 Dämmung 14 Dichtband 15 Rinnenhalter 16 Vorhangrinne 17 Holzknagge 18 Randwinkel mit Abdichtung Querstöße 19 Thermischer Trennstreifen 20 Abschlussprofil Kassettenwand 21 Wellblech, Welle 18/76 22 Kassettenprofil 23 Blende

19 14

15 16 20 21 13 22 M 1:10

z

18 x

5

7

0

100 mm

1

679

☞  264

☞  262

5 Rippensysteme

2 3

4

19 9 14 10

8

15 17 16

11 13 12

18 9

5

6

7

M 1:10

z

0

100 mm

266 Ortgang. Tragblech in Gefällerichtung (System KAL - ZIP  ®).

☞  265

☞  263

y

1

2

4

8

14 10

20

9

267 Ortgang. Tragblech quer zur Gefällerichtung. Alternative Ausführungen (System KAL - ZIP  ®).

15 16

☞  265

☞  263

11

17

M 1:10

z

5 y

7

0

100 mm

1 Klemmrippenprofil 2 Steinwolledämmfilz 3 Stahlhutprofil 4 Dampfsperre 5 Trapezprofil 6 Pfette 7 Binder 8 Alu-Klipp mit Thermokappe 9 Dämmung 10 Ortgangbohle 11 Ortgangblech 12 Stützprofil 13 Lochblech 14 Dichtband 15 Ortgangleiste 16 Sturmhaken 17 Verstärkungsprofil 18 Fassadenbekleidung aus Profilblech 19 Randwinkel mit Abdichtung Querstoß 20 Hafte zweiteilig

680

3.3

XIII Äußere Hüllen

Flache Dächer ☞ Kap. XIII-3, Abschn. 2.3.4 Idealtypischer Aufbau, S. 479

3.3.1

Idealtypischer Aufbau

☞ Abschn. 3.2.1, S. 666

Flache Dächer in Rippenbauweise mit Trennung von Rippung und Dämmpaket unterscheiden sich in der konstruktiven Logik ihres Schichtenaufbaus nicht wesentlich von Flachdächern auf tragender massiver Schale. Sie sind bei Skelettbauten mit Dachdecken in Rippenbauweise die bevorzugte Lösung, wenn die Trägerlage von innen sichtbar sein soll und die verhältnismäßig große Bauhöhe, die sich systembedingt aus der Trennung von Dämm- und Rippenebene ergibt, keinen Nachteil darstellt.

Wie es bei herkömmlichen Flachdächern auf tragender Schale und auch bei geneigten Dächern mit Aufsparrendämmung – mit geringfügigen Einschränkungen – der Fall ist, lässt sich hier eine vollständig wärmebrückenfreie Wärmedämmschicht (3) realisieren ( 268). Eine Sicherung des konstruktiven Dachaufbaus (Schichten 1 bis 3) gegen Abheben durch Windsog ist in diesem Fall alternativ durch Verkleben der Schichten miteinander und mit der tragenden Unterlage (4), oder durch Beschwerung mittels einer Kieslage in der Schicht 1 zu gewährleisten. Eine zusätzliche unterseitige Bekleidung oder Unterdecke (Schichten 6 und 7) ist möglich, wirft aber die gleichen Fragen auf wie bei einem geneigten Dach mit Aufsparrendämmung. Eine Maßnahme dieser Art kann jedoch wiederum für Zwecke des Brandschutzes der tragenden Konstruktion erforderlich sein.

268 Prinzipieller Aufbau eines flachen Dachs in Rippenbauweise mit Balkenlage und Dämmpaket in getrennten Ebenen mit seinen wesentlichen notwendigen und optionalen Funktionspaketen im Querschnitt 1 Schutzschicht (optional) 2 Dichtschicht (notwendig) 3 Dämmschicht (notwendig) 4 Tragkonstruktion: Sparrenlage (R) oder (seltener) Dachtafel mit beidseitiger Beplankung (B) 5 Unterdeckenraum, ggf. mit zusätzlicher Dämmebene und Querstablage(n) (Q) (optional) 6 innere Bekleidung (optional)

(1) 2 3 4

5 (6) (7) (UB) z y

DS

R

RZ

(Q)

Die Dichtschicht (2) kann je nach gewählter Ausführung exponiert bleiben oder mit einer Schutzschicht (1) abgedeckt werden. Die (ggf. versteifende) Beplankung (4) lässt sich einfach oder auch doppelt mit einer zusätzlichen unterseitigen Beplankung (UB) ausführen. Die notwendige Dampfbremse/-sperre bzw. Luftdichtheitsschicht (DS) kann grundsätzlich in verschiedene Lagen angeordnet werden, bevorzugt jedoch in der obersten. Ihre diffusionshemmende/-sperrende und luftdichtende Wirkung kann alternativ auch von einer Beplankung/Bekleidung (4, UB oder 7) übernommen werden

5 Rippensysteme

681

Als Tragkonstruktion für diese Art von Flachdächern kommt jede denkbare Rippenkonstruktion infrage wie sie in Kapitel XIV-2 diskutiert werden. Wegen der hier zur Ausführung kommenden Trennung zwischen Tragwerk und bauphysikalisch wirksamem Dachaufbau besteht praktisch keine gegenseitige Abhängigkeit zwischen diesen Komponenten. Die Tragkonstruktion schafft eine flächige ebene Unterlage, auf der die restlichen Schichten aufgebaut werden können.

Ausführungsvarianten ☞ Kap. XIV-2, Abschn. 6. Decken in Rippenbauweise, S. 952 ff

2 1

4 5 6 3 M 1:20

z

0

100

x

M 1:20 0

100

200 mm

8 7

1 2 3 4 5

200 mm

269 Dachdecke mit aufgelegter Dämmschicht: Holzkonstruktion aus Holzbauelementen (vgl. auch Kap. XIV-2, Abschn. 6.1.5, S. 959 ff; Herst.: Lignatur ®). 1 Holzbauelement: hier Flächenelement 2 Kragplatte, auf Holzbauelement befestigt 3 Holzblockelement 4 Verputz 5 Putzträgerplatte 6 Holzfaserdämmplatte

7

270 Detail Umkehrdach auf Stahltragkonstruktion.

z x

1 Kiesschüttung 2 Glasvliesbahn als Trennlage 3 Wärmedämmung aus Hartschaum (geschlossenzellig) 4 Kunststoffbahn als Abdichtung 5 Aussteifungs-Stahlblech 7 Blech 8 Hafte

3.3.2

682

XIII Äußere Hüllen

☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.3.2 Trapezblechdecke und -dach, S. 602 f

Dächer aus Stahlträgern und Trapezblechen & DIN EN 1993-1-3 & DIN EN 1090-2, -4

☞ a Band 1, Kap. IV-6, Abschn. 5. Allgemeine Eigenschaften, letzter Absatz des Abschnitts, S. 290

☞ Abschnitt zu Schubfeldern, S. 686 f

• Grundkomponenten ☞ Band 1, Kap. V-3, Abschn. 3.3 Kaltgeformte Stahlprofile, S. 418 ff

Analog zu Flachdächern auf Massivschalen sind herkömmliche, nicht belüftete Dachaufbauten realisierbar, die eher den Regelfall darstellen (  269), wie grundsätzlich auch Umkehrdächer ( 270). Zu berücksichtigen ist bei Letzteren jedoch die im Allgemeinen fehlende thermische Speichermasse und die somit nur geringe thermische Trägheit der Tragkonstruktion, da es sich bei Rippenkonstruktionen häufig um Leichtbauweisen handelt. Im Hinblick auf die Wärmeverluste infolge des planmäßig inkaufgenommenen Unterlaufens der Dämmschicht durch Niederschlagswasser bei Umkehrdächern kann sich dies nachteilig auswirken. Dächer aus Stahlträgern und Trapezblechen sind eine außerordentlich materialökonomische und heute sehr verbreitete Konstruktionsweise des Stahlleichtbaus, die insbesondere im Industriehallenbau zum Einsatz kommt. Sie bestehen im Allgemeinen aus einer Hauptkonstruktion aus Stahlträgern – alternativ aus herkömmlichen warmverformten Walzprofilen oder manchmal auch aus kaltverformten Profilen aus dünnwandigen Blechen – und darauf lagernden Profilblechtafeln aus kaltverformtem Feinblech. Diese sind in einer Richtung rippenartig profiliert und bilden dadurch in Längsrichtung biegesteife Querschnitte aus Druck- und Zuggurt sowie aus schubsteifen Stegen. In Querrichtung sind die Tafeln hingegen nicht biegesteif. Sie wirken folglich wie einachsig spannende plattenartige Flächenbauteile. Trapezbleche sind die einzigen baupraktisch relevanten Flächenbauteile aus Stahl,a ansonsten sind Stahlkonstruktionen stets Stabwerke.9 Üblicherweise werden die Profiltafeln auf den Trägern aufgesetzt und über mehrere Stützfelder durchlaufend gespannt, wodurch die Momentenverteilung verbessert wird ( 278). Dieser Verlegeart kommen auch die verfügbaren großen Lieferlängen (bis 25 m) entgegen. Stöße sind durch Überlappen auch biegesteif ausführbar. Trapezblechdecken sind neben ihrer Plattenwirkung auch in der Lage, Normalkräfte entlag ihren Rippen zu übertragen. Dadurch werden beispielsweise die Obergurte der unterstützenden Träger gegen seitliches Ausweichen (Kippen bzw. Biegeknicken) gesichert oder mehrere Rahmen an einen Festpunkt angeschlossen und dadurch festgehalten. Trapezblechdecken können auch als aussteifende Scheiben wirken. Man spricht dann von der Ausbildung von Schubfeldern oder von einer Schubfeldwirkung. Diese können im Stahlhochbau unter bestimmten Voraussetzungen Diagonalverbände ersetzen. Es kommen beschichtete oder unbeschichtete kaltverformte Feinbleche zum Einsatz. Ihre Querschnittsprofilierungen sind trapezförmig und bestehen im Wesentlichen aus ebenen Teilflächen (Gurte, Stege), die durch gekrümmte Teilbereiche (Abkantungen) verbunden sind. Ebene Teilbereiche können zur Beulversteifung oder zur allgemeinen

5 Rippensysteme

683

ü = 100

a

271 Endauflager eines Trapezblechs auf einem I-Träger; a Auflagerbreite.

Rohrprofil z

z x

272 Endauflager eines Trapezblechs auf einem Rundrohr; ü Überstand.

x

a a

a ü

ü

273 Zwischenauflager eines Trapezblechs auf einem I-Träger, Profilblech durchlaufend; a Auflagerbreite.

z

274 Zwischenauflager eines Trapezblechs auf einem I-Träger, Profilblech überlappend gestoßen; a Auflagerbreite; ü Überstand wie bei Endauflager.

z x

x

a

a Ql K2

K1

MSt

275 Zwischenauflager eines Trapezblechs auf einem I-Träger, Profilblech stumpf gestoßen; a Auflagerbreite.

B

z

c ≈ 0,1 · L x

L

Verbesserung der Tragfähigkeit mit Sicken (Längsaussteifungen, Zwischensteifen) oder Ebenenversätzen versehen sein. Dies ist insbesondere bei größeren Profilgeometrien für größere Spannweiten der Fall. Die verarbeiteten Blechbänder werden bandverzinkt. Die verwendeten Aluminium-Zink-Legierungen erlauben

z x

276 Zwischenauflager eines Trapezblechs auf einem Rundrohr, Profilblech überlappend gestoßen, ü Überstände wie bei Endauflager.

684

XIII Äußere Hüllen

das nachträgliche Kaltumformen mit kleinen Abkantradien. Nach der Verzinkung erfolgt ggf. die Beschichtung mit Polymerüberzügen, die nicht nur zusätzlichen Schutz bieten, sondern auch eine Farbgebung erlauben. Erst im Anschluss wird das ebene Blech in der Kaltwalzstraße im Endlosverfahren mit der endgültigen Querschnittsform profiliert. Für eine verbesserte Akustik werden auch gelochte Trapezbleche hergestellt. Sie werden mit federweichem Dämmaterial hinterlegt, sodass eine Schallabsorption stattfindet. • Konstruktionsgrundsätze







Vorwiegend biegebeanspruchte Trapezbleche für Decken und Dächer besitzen eine grundsätzlich asymmetrische Querschnittsgeometrie mit breitem Ober- und schmalem Untergurt. Diese Verlegeart stellt den Regelfall dar und wird als Positivlage bezeichnet. Die breiteren, ggf. sickenversteiften Obergurte wirken sich bei der üblichen Mehrfeldlagerung im Feldbereich (unter Biegedruck) günstig aus. Die zugbeanspruchten Untergurte sind naturgemäß nicht beulgefährdet. Im Stützbereich werden die Untergurte hingegen unter Biegedruck beansprucht. Zusätzlich kommt an den Auflagerungen die Pressung infolge Querkraft hinzu. Um diese zweiachsige Druckbeanspruchung aufzunehmen, werden die Untergurte schmaler ausgebildet und die Stege profiliert.10 Die Profiltafeln lassen sich durch folgende Verbindungsmittel anschließen: • gewindeformende Schrauben und Bohrschrauben – erstere erfordern ein Kernloch; letztere zwar nicht, können indessen nur bei verhältnismäßig kleinen Blechdicken eingesetzt werden: Gesamtdicke von Blech und Unterkonstruktion ≤ 13 mm; 11 • Blindniete – nur bei kleinen Materialdicken, z.  B. zur Verbindung von Blechen untereinander; • Setzbolzen – Materialdicke der Unterkonstruktion mindestens 6 mm; 12 • Schrauben.



Grundsätzlich ist Punktschweißen ebenfalls möglich, ist aber wegen der unumgänglichen Verletzung des Korrosionsschutzes der Bleche eher unüblich. Mindestauflagerbreite an Endauflagern ist 40 mm; dort muss jeder aufliegende Untergurt mit der Unterkonstruktion befestigt werden (2 271). Mindestzwischenauflagerbreite ist 60 mm; dieser Wert erhöht sich mit ansteigender Profilhöhe auf 160 mm (2 273 bis 275). In Zwischenauflagern ist mindestens jeder zweite Untergurt auf der Unterkonstruktion zu befestigen. Dort lassen sich Bleche entweder stumpf (2 275) oder überlappend (2 274, 276) stoßen. Überlappungsstöße lassen sich bei Anordnung von Verbindungs-

5 Rippensysteme

685

277 Zwischenauflager eines Trapezblechs auf einem Rundrohr R mittels Zwischenstück U in Form eines U-Profils, beispielsweise beim Obergurt eines Fachwerkträgers.

Ql K2

K1

MSt

U B

R

c ≈ 0,1 · L

z

L

x

z x

278 Biegesteifes Zwischenauflager eines Trapezblechs, überlappend gestoßen mit jeweils zwei Befestigungspunkten der Bleche untereinander. Es ist ein Mindestüberlappungsmaß c von rund einem Zehntel der Stützweite L erforderlich (hier innerer Hebelarm = 1/10 L).13

eR ≤ 666mm

279 Längslagerung des seitlichen Randes einer Profiltafel auf einem Randträger, Befestigung alternativ am Ober- oder Untergurt. 14 280 Seitliche Einfassung des Längsrandes einer Profilblechtafel mithilfe eines umgreifenden gekanteten Randversteifungsblechs. 15

eR ≤ 333mm

bRi

281 Wie  280, mit zwei Blechen.16 282 Wie  280, mit aufgesetztem Blech. 17

mitteln wie in 2 278 biegesteif ausführen. Es wird eine Überlappungslänge von 1/10 der Stützweite empfohlen. 18 Auflagerungen auf Rundrohrprofilen lassen sich unmittelbar (2 276) oder mit Zwischenteil (Bleche, U-Profile) (2 277) ausführen. Unmittelbare Auflagerung entspricht einer linearen Schneidenlagerung. Es wird eine ausreichender Überstand empfohlen: am Endauflager in Höhe von 100 mm

686

XIII Äußere Hüllen

(2 272), bei Überlappungsstößen beidseits jeweils 50 und 100 mm (2 276). Entlang der Längsränder sind Trapezbleche grundsätzlich durchgehend zu befestigen. Dies geschieht entweder auf Randträgern oder bei freien Enden mit Hilfe von Randversteifungsblechen. • Schubfelder & DIN ENV 1993-1-3, 10.3 & DIN 1090-4

☞ Abschnitt zu Konstruktionsgrundsätzen, S. 684 ff

Ebene Profilblechtafeln sind grundsätzlich in der Lage, Schubkräfte in ihrer Ebene zu übertragen und dadurch aussteifende Schubfelder zu schaffen. Die Ausnutzung von flächigen Blechbauteilen zur Schubversteifung kommt ursprünglich aus dem Flugzeugbau, wo – zumeist nichtprofilierte – Bleche mit stabförmigen Bauteilen, den Längs- und Querstringern, zu Schubfeldern verbunden werden. 19 Analog lassen sich Trapezbleche als flächige schubsteife Elemente mit Randgliedern oder Gurten verbinden, welche die auftretenden Randkräfte als Normalkräfte abtragen (2 283). Dies bedeutet, dass Schubfelder stets ringsum mit Gurten linear einzufassen sind. Durch die Schaffung von Schubfeldern lassen sich Hüllflächen aus Trapezblechen als in ihrer Ebene tragende Faltwerke ausbilden. Die Trapezfaltung, die der erforderlichen Tragfähigkeit quer zur Bauteilebene geschuldet ist, erlaubt eine Verwindung der Flächen zu einem doppelt gekrümmten hyperbolischen Paraboloid. So lässt sich auch ein schalenartiges Tragwerk herstellen. Aus der Forderung der allseitigen Einfassung von Schubfeldern folgt, dass zusätzlich zu der Lagerung auf Querträ-gern, wie sie bei der einachsigen Lastabtragung der Trapezbleche ohnehin notwendig sind, auch Längsstäbe benötigt werden, sogenannte Lasteinleitungsträger (2 286 bis 288). Dabei handelt es sich nicht um biege-, sondern um normalkraftbeanspruchte Stäbe. Sie können sowohl am Ober- wie auch am Untergurt der Bleche angeschlossen werden (2 281). Da Schubfelder zumeist, in Abhängigkeit von der Tragfähigkeit der Trapezbleche, nur begrenzte Abmessungen aufweisen können, ist es ggf. notwendig, Schubfelder durch Einführung zusätzlicher Lasteinleitungsträger in kleinere Felder zu unterteilen. Sofern diese Stäbe quer zur Spannrichtung der Bleche verlaufen müssen, lassen sie sich wie in 2 287 anschließen. Die Befestigung der Bleche auf den Gurten hat gleichmäßig unter Verwendung der Verbindungsmittel wie oben angesprochen zu erfolgen. Der Mindestabstand der Befestigungspunkte ist 500 mm. Schubfelder können nur begrenzt mit Öffnungen versehen sein, welche ihre aussteifende Wirkung grundsätzlich schwächen. Nach der Norm können in bis zu 3 % der Gesamtfläche kleinere Öffnungen ohne Nachweis angeordnet werden, in bis zu 15 % mit entsprechendem rechnerischen Nachweis, darüber hinaus nur bei weiterer Unterteilung des Schubfelds.

5 Rippensysteme

687

6 Fa b

h

b

RS

RS

Fa b

1

2

3

F

42

5

F

a

US < h

20 1 2 3 4 5 6

h

t

Blech-Pfetten-Verbindung Pfette Blech-Schubknaggen-Verbindung Schubknagge Unterkonstruktion Überlappungsstoß

283 (Oben links) Schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Schubfelds aus Trapezblechen. 20 1 γ S < 750

284 (Oben rechts) Konstruktiver Aufbau eines exemplarischen Schubfelds aus Trapezblechen gemäß DIN EN 1993-1-3.

F 2

F 2

285 Beanspruchung eines Schubfelds und Be­grenzung der Verformung.  21

F

L

Schubfeld

286 Anordnung eines Lasteinleitungsträgers L bei einem Schubfeld längs zur Rippenspannrichtung, Befestigung am Obergurt des Blechs. 22

z y x

L

z y x

L

z y x

287 Anordnung eines Lasteinleitungsträgers L bei einem Schubfeld längs zur Rippenspannrichtung, Befestigung am Untergurt des Blechs. 23

288 Anordnung eines Lasteinleitungsträgers L bei einem Schubfeld quer zur Rippenspannrichtung, Befestigung am Untergurt des Blechs. 24

688

4.

I Konstruieren

Zweiachsig gespannte Rippensysteme ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.1.3 Trägerrost, zweiachsig gespannt, linear gelagert, S. 334 ff, sowie 3.1.4 Trägerrost, zweiachsig gespannt, punktuell gelagert, S. 338 ff

Zweiachsig gespannte Rippensysteme treten wegen ihrer verhältnismäßig aufwendigen Herstellung als Gebäudehüllen in der Baupraxis eher selten auf. Die wesentlichen Gründe hierfür sind vergleichbar mit den für Primärtragwerke gültigen und werden an anderer Stelle diskutiert. Es gibt dennoch einige spezielle Anwendungen bei Gebäudehüllen, die eine Erwähnung verdienen: • Als gitterartige Wandbauteile, bzw. Rahmenwände, immer dann, wenn eine Scheibenersatz- bzw. eine Rahmenwirkung und gleichzeitig ein gitterartig offenes Flächenbauteil – beispielsweise zwecks Schaffung von Fensteröffnungen – gewünscht ist. Dies gilt z. B. für Außenwände von Hochhaustypen, an deren Aussteifung die Fassade beteiligt ist ( 289). Gitterartige Wandbauteile treten sowohl in ebener wie auch gekrümmter – beispielsweise zylindrischer – Grundgeometrie in Erscheinung. In dieser Anwendung werden sie vorrangig in ihrer Ebene – bzw. tangential zu ihr – beansprucht. • Als Trägerroste, hier insbesondere als Dachbauteile, seltener auch als Deckenbauteile. Die Grundgeometrie von Trägerrosten ist eben. Sie werden insbesondere quer zu ihrer Ebene beansprucht, maßgeblich auf Biegung.

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 4.4.1 Membranzustand, S. 248

• Als Gitterschalen. Ihre Geometrie ist stets gekrümmt. Sie werden zwar quer zu ihrer Oberfläche belastet, die Schnittkräfte verlaufen bei kontinuierlicher Last sowie im baustatischen Sinn echter Schalenwirkung jedoch tangential zur Oberfläche. Es entsteht folglich kaum Biegung, sondern lediglich tangentiale Druck-, Zug- und Schubbeanspruchung. Die Stäbe des Gitterwerks selbst werden dann im Idealfall nur axial auf Zug oder Druck beansprucht. Die Knoten sind – ebenfalls im Idealfall – gelenkig. Hüllbauteile, die diesen Varianten entsprechen, sollen im Folgenden kurz angesprochen werden.

4.1

Gitter- oder Rahmenwände

Steht allein die Schaffung eines flächenhaften, wandartigen Bauteils aus Stäben und dünner Abdeckung in Form eines Rippenelements an, bieten sich einachsig spannende Rippensysteme, wie sie weiter oben diskutiert werden, als konstruktiv einfachste Lösung an. Sie lassen sich durch Mitwirkung der flächenhaften Abdeckung zusätzlich in ihrer Ebene schubsteif, d. h. als Scheibe ausbilden. Ist hingegen die versteifende Wirkung der Abdeckung nicht nutzbar – und gleichzeitig keine vollwandige Scheibe herstellbar oder erwünscht – ist eine Ausführung als zweiachsig spannende Gitter- oder Rahmenwand notwendig. Die erforderliche Schubsteifigkeit in der Ebene lässt sich in diesem Fall herstellen durch:

5 Rippensysteme

689

• Triangulierung des Stabwerks, also entweder durch Ausführung eines Dreiecksgitters oder durch nachträgliche – zumindest partielle – Diagonalisierung eines orthogonalen Gitters ( 289); • Ausbildung eines Rahmenwerks aus in der Bauteilebene ausreichend biegesteifen Stäben und steifen Knotenanschlüssen. Wie erwähnt, treten derartige Wandkonstruktionen in der Baupraxis immer dann auf, wenn eine Gebäudeaussteifung durch die Außenwand nötig ist und die flächenbildenden Bauteile vorwiegend transparent, also aus Glas hergestellt werden. Beispiele sind Außenwände von Hochhäusern, die nach dem tube-Prinzip ausgesteift sind. Fensteröffnungen sind in diesen Fällen innerhalb der Stabgefache ausführbar. Zwar sind Diagonalversteifungen am effizientesten und erlauben die kleinsten Stabquerschnitte, sie sind jedoch oftmals aus funktionalen Gründen unerwünscht, da sie den freien Ausblick aus den verglasten Feldern stören und Dreiecksformate bei öffenbaren Flügeln schwer ausführbar sind. Aus diesem Grund werden bei Hochhäusern häufig Rahmenwände ausgeführt. Sie weisen wegen ihrer starken Biegebeanspruchung indessen Rahmenglieder auf, die in der Bauteilebene deutlich breiter sind als die Stäbe diagonalisierter Gitterwände. Dies zwingt oftmals dazu, Fensteröffnungen in den Gefachen kleiner auszubilden als aus Gesichtspunkten der Gebäudenutzung wünschenswert wäre. Derartige Rahmenwände stellen bereits einen Grenzfall zur perforierten

☞ Band 4, Kap. 8, Abschn. 5.2.5 Anordnung der Festpunkte in der vertikalen Ebene

289 Gitterartiges Stabwerk mit Dreiecksgefachen an der Fassade eines Hochhauses. Die vier punktuell an den vorstehenden Ecken miteinander gekoppelten Fassadenfachwerke bilden ein steifes röhrenartiges Gerüst (Arch.: Foster & Ass.).

690

XIII Äußere Hüllen

Scheibe bzw. zur vollwandigen Lochfassade dar. Sie sind ein weiteres Beispiel für einen Kompromiss zwischen widerstrebenden Anforderungen aus der Tragwirkung und der Gebäudenutzung. 4.2

Dächer und Decken aus Trägerrosten ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.1.3 Trägerrost, zweiachsig gespannt, linear gelagert, S. 334 ff, sowie 3.1.4 Trägerrost, zweiachsig gespannt, punktuell gelagert, S. 338 ff

Die wesentlichen Aussagen zu Konstruktion und Aufbau von Hüllbauteilen in gerichteter Rippenbauweise, wie sie in den Abschnitten 2 und 3 getroffen werden, sind auch auf Hüllbauteile aus zweiachsig aufgebauten Trägerrosten übertragbar. Es gibt indessen einige bemerkenswerte Unterschiede: • Die Wärmebrückenproblematik, die sich bei Rippensystemen grundsätzlich immer dann ergibt, wenn die Dämmschicht und die Rippung in der gleichen Ebene liegen, verschärft sich bei zweiachsig gespannten Trägerrosten durch die zweite Rippenschar beträchtlich – sie verdoppelt sich gewissermaßen in ihrer Tragweite. Dies spricht bei derlei Systemen im Grundsatz – wenngleich nicht notwendigerweise kategorisch – gegen eine Integration von Rippung und flächenbildendem Hüllenpaket in der gleichen Ebene. Baupraktisch betrachtet betrifft diese Überlegung die Dachbauteile.

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.6 Das Komplettieren von Stabsystemen zur Fläche mithilfe von Beplankungen, S. 220f

☞ vgl. auch die Riegelsysteme im Holzbau: Band 2, Kap. X-2, Abschn. 4.1.5 Vier Träger stirnseitig an Stütze, S. 547ff

• Die bei Trägerrosten systematisch angelegte zweiachsige Last­abtragung im gitterartigen Rippengerüst aus zwei gleichwertigen, sich durchdringenden Rippenscharen zieht in logischer Konsequenz auch eine zweiachsig gespannte flächenhafte Abdeckung nach sich ( 290). Dies entspricht auch gut dem Charakter eines plattenartigen flächenabschließenden Bauteils. Denkbar sind grundsätzlich auch hierarchisch nachgeordnete zusätzliche Rostsysteme, welche die Spannweite des abdeckenden Flächenelements weiter verringern ( 291). Insgesamt einachsig spannende nachgeordnete Stabsysteme – also eine Nebenträgerschar – stellen einen Widerspruch zum Tragverhalten des Trägerrosts dar, da sie eine Rippenschar unbelastet lassen und die komplette Dachlast auf die andere konzentrieren ( 292). Dennoch erzwingt der Durchdringungsknoten beider Rippen ein Zusammenwirken beider Rippenscharen, sodass eine gewisse Lastverteilung auf zwei Achsrichtungen dessen ungeachtet stattfindet. Geometrisch hebt die einachsig spannende Trägerschar in der Untersicht das punktsymmetrische visuelle Erscheinungsbild des Rosts auf. Gerichtete Nebenträgerlagen mit feldweise wechselnder Spann­richtung sind als sekundäre Konstruktion zur Entlastung der abschließenden Platte ebenfalls denkbar, da sie die Last wiederum gleichmäßig auf alle Rippen verteilen ( 293). • Die Vorteile einachsig spannender, gestapelter Stabscharen hinsichtlich Leitungsführung sowie auch ggf. Belüftung

5 Rippensysteme

691

1 2 3 4

1

2

2

290 Abdeckung eines Trägerrosts 1 mit zweiachsig spannender Platte 2 (Ausschnitt aus einem gedachten, zweiachsig spannenden Bauteil, Untersicht).

1 3

y

y

2

4

2

1

1

x y

291 Abdeckung eines Trägerrosts 1 und eines nachgeordneten Rosts 3 mittels der Platte 2.

x

x

Trägerrost abdeckende Platte nachgeordneter Trägerrost nachgeordnete Trägerschar, Nebenträger

x y

der Konstruktion sind bei Trägerrosten nicht gegeben, da keine linear durchgehenden Zwischenräume zwischen Stäben existieren. Stattdessen müssen Rippen von den Leitungen jeweils in beiden Richtungen perforiert bzw. durchdrungen werden. • Eine Rahmenwirkung in ihrer Ebene lässt sich bei Trägerrosten durch ausreichende Biegesteifigkeit der Rippen sowie durch die Steifigkeit der Knoten, beides jeweils in der xy-Ebene betrachtet (vgl. z. B.  290), erzielen. Diese Art von Rahmenwirkung ist bei gestapelten Stabscharen praktisch nicht realisierbar. Beispielhafte Anwendungen sind Dachflächen mit Oberlichtern in den Zwischenfeldern zwischen den Rippen, in denen keine Diagonalverbände erwünscht sind.

4

292 Abdeckung eines Trägerrosts 1 und einer einachsig spannenden Trägerlage 4 mit der Platte 2. Die Nebenträgerschar 4 trägt die Last nur in die entlang ➝  y spannenden Rippen des Trägerrosts 1 ein.

293 Abdeckung eines Trägerrosts 1 und nach­geordneter, feldweise abwechselnd spannen­d er Träger 4 mittels der Platte 2.

☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.7 Einige grundlegende planerische Überlegungen zu Stabscharen, S. 222 ff, insbesondere  132 auf S. 227

692

4.3

XIII Äußere Hüllen

Überdeckungen aus Gitterschalen ☞ zu Gitterschalen: Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.2.5 Kuppel aus Stäben, S. 354 ff sowie auch ebda. > Schale aus Stäben, synklastisch gekrümmt, punktuell gelagert, S. 365 ☞ Zur Tragwirkung im statischen Sinn echter Schalentragwerke siehe Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 4.4 Flächentragwerke unter Membrankräften, S. 246 ff, sowie Abschn. 4.5.1 Schalen, S. 250 ff. ☞ zur Bauweise: Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.6 Gitterschalen, S. 614 ff

4.3.1

Konstruktive Ausbildung des Gitters

Gitterschalen sind – wie auch Trägerroste – äußeren Lasten ausgesetzt, die im Wesentlichen quer zur Fläche ausgerichtet sind. Da es sich bei ihnen durchweg um gekrümmte Flächenbauteile handelt, findet sich stets eine nicht unerhebliche Lastkomponente, die rechtwinklig zur Bauteiloberfläche orientiert ist. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal gegenüber Trägerrosten ist hingegen, dass diese äußere Lastkomponente keine Biegung und keine Querkraft orthogonal zur Oberfläche hervorruft, sondern – echte Schalen im statischen Sinn sowie kontinuierlich auf der Schale verteilte Flächenlasten vorausgesetzt – nur tangential ausgerichtete Membrankräfte. Für das Stabwerk einer Gitterschale hat dies weitreichende konstruktive Folgen: • Für eine Schalentragwirkung ist eine ausreichende Schubtragfähigkeit des Stabwerks in seiner Oberfläche erforderlich. Diese ist beim vollwandigen, homogenen Bauteil – wie bei der Betonschale – von sich aus gegeben. Bei einem Gitterwerk ist sie grundsätzlich auf drei Arten herstellbar: •• durch Ausbildung eines Dreiecksgefaches; •• durch Diagonalversteifung eines Vier- oder Mehrecksgefaches; um eine zusätzliche Zahl von Stäben im – konstruktiv ohnedies schon aufwendigen – Stabknoten zu vermeiden, werden oft zwei sich kreuzende, im Knoten durchlaufende Einzelseile ( 294) oder ganze Seilscharen ( 297) diagonal gespannt;

☞ siehe auch  299, 300, S. 697

•• durch eine Rahmenwirkung des Stabwerks in der Schalenoberfläche; dies führt notwendigerweise zu einer Biege- und Querkraftbeanspruchung der Gitterstäbe tangential zur Schalenoberfläche; diese Lösung nutzt zwar die statische Leistungsfähigkeit eines Schalentragwerks nicht vollständig aus, kann aber unter bestimmten Voraussetzungen dennoch erwünscht sein (Beispiel: Rahmenkuppel). • Die maßgebliche Beanspruchung der Gitterstäbe ist bei Schubversteifung der Gitterschale durch Triangulierung (nach den beiden ersten Varianten oben) nicht – wie beim Trägerrost – Biegung und Querkraft, sondern Axialkraft, also normaler Druck und Zug. Anders als beim Rost, bei dem die Stäbe rechtwinklig zur Bauteilebene ausreichende statische Höhe benötigen, sind Gitterstäbe bei Schalen axial beanspruchte Fachwerkstäbe, weisen also bevorzugt schlanke, zentrisch symmetrische Querschnitte auf. Die Stabschlankheit ist bei Gitterschalen infolgedessen wesentlich größer als bei Trägerrosten vergleichbarer Spannweite.

5 Rippensysteme

693

295 Gittermasche, vor Montage quadratisch, im Endzu­stand rautenförmig (Multihalle Mannheim, Arch.: Mutschler, Otto). 294 Gitterschale aus Holzstäben mit diagonaler Seilversteifung, über die Knoten hinweg durchgehend (Multihalle Mannheim, Arch.: Mutschler, Otto).

• Wiederum eine Triangulierung des Stabwerks der Gitterschale vorausgesetzt, handelt es sich bei den Knoten um gelenkige Anschlüsse, tangential zur Schalenfläche betrachtet. Orthogonal zur Bauteilfläche ist lediglich eine begrenzte Biegesteifigkeit für wechselnde Lastzustände erforderlich ( 295, 296). Dies vereinfacht die konstruktive Ausführung im Vergleich zu Trägerrosten erheblich. Einzig durch Rahmenwirkung versteifte Gitterschalen benötigen ausreichende Knoten- und Stabsteifigkeit, hingegen nicht orthogonal zur Bauteilfläche – wie bei Trägerrosten –, sondern tangential zu ihr. Die Größenordnung der in diesem Fall auftretenden Biegemomente und Querkräfte ist indessen wesentlich geringer als diejenige bei Trägerrosten.

296 Gitterknoten aus durchlaufenden, zangenartig gekoppelten Holzstäben. Der durchgesteckte Bolzen erlaubt eine Verdrehung während der Montage. Nach Einstellung des Sollzustands werden die Bolzen angezogen und die Diagonalseile gespannt (Multihalle Mannheim, Arch.: Mutschler, Otto).

694

4.3.2

XIII Äußere Hüllen

Herstellung des gekrümmten Schalenstabwerks ☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 3.2.2 Die Kugel, S. 98 ff

☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.2.5 Kuppel aus Stäben, S. 354 ff

☞ vgl. hierzu auch Band 2, Kap. X-2, Abschn. 6.2 Frühe Holzschalen, S. 561 f, sowie Abschn. 6.3.1 Moderne Zollinger-Bauweisen, S. 563

Außerordentlich große konstruktive Bedeutung hat für Gitterschalen die Herstellung der notwendigerweise gekrümmten Bauteilform. Die geometrischen Fragen, die dabei auftreten, werden in Kapitel VII am Beispiel der Kugeloberfläche im Detail beschrieben. Gitterschalen mit Dreiecksmaschen lassen sich, unter strikter Wahrung der Ebenheit der Facetten – ein für Ausführungszwecke wichtiger Vorteil –, grundsätzlich in jeder beliebigen Form mit jeder denkbaren Krümmung ausführen. Voraussetzung für die Schaffung beliebiger Geometrien sind indessen ungleiche Stablängen und Knotenwinkel. Bei geraden Gitterstäben, die den Normalfall darstellen, sind die Knotenwinkel wegen der stets vorhandenen Schalenkrümmung nicht nur in der Knotenebene – also der Tangentialebene – sondern im dreidimensionalen Raum zu erfassen. Diese noch bis vor wenigen Jahren baulich nahezu unlösbare Aufgabe kann man heute mithilfe digitaler Planungswerkzeuge und CNC-gesteuerter Fertigungseinrichtungen mit einigermaßen vernünftigem Aufwand meistern. Gitterschalen mit Vierecksmaschen sind von sich aus – wie wir gesehen haben – nicht schubsteif und müssen zusätzlich versteift werden. Dieser relative Nachteil erweist sich hingegen bezüglich der Schaffung gekrümmter Oberflächen im Montagezustand als bedeutender Vorzug. Näheres hierzu wird in Kapitel IX ausgeführt. Sofern der Knoten beweglich konstruiert wird, kann sich das – in der Ebene ausgelegt – regelmäßig quadratisch und orthogonal ausgeführte Gitter durch Rautenbildung, also durch Verdrehung der Stäbe zueinander im Knoten und Veränderung der Knotenwinkel in der Tangentialebene, an jede beliebige gekrümmte Form anpassen. Die Krümmung der Schalenfläche muss dann durch ausreichende Elastizität der Stäbe bewältigt werden. Die Stabknoten bleiben indessen stets in der Tangentialebene. Wie bei anderen ungerichteten Stabwerken, wie beispielsweise Trägerrosten, bei denen sich Stäbe gegenseitig durchdringen, ist auch bei Gitterschalen – sofern sie nicht mit Stablagen in versetzten Ebenen wie oben beschrieben ausgeführt werden – ein verhältnismäßig großer baulicher Aufwand erforderlich, um die zahlreichen Stabdurchdringungen auszuführen. Gussbauweisen wie der Ort­be­tonbau, bei denen sich dieses Problem gleichsam von alleine löst, da man den Knoten monolithisch gießen kann, kommen heute wegen des hohen Schalungsaufwands kaum infrage; eher noch Fertigteilbauweisen, bei denen nur der Knoten vergossen wird. Bei Stahl- und Holzbauweisen bietet sich eine Vereinfachung des Knotens an, indem man zumindest einen Stab durchgehend ausführt und den quer zu ihm verlaufenden beidseitig an diesem stößt. Dadurch lässt sich der konstruktive Aufwand etwa halbieren (siehe z. B. die Zollinger-Bauweise 25  298). Knoten mit vier zusammenstoßenden Stäben treten bei Vierecksmaschen auf. Eine in der Schalenoberfläche biegesteife Ausführung des Knotens

5 Rippensysteme

695

297 Gitterschale mit Vierecksmaschen. Die Schubversteifung des Gitters erfolgt durch zwei gegenläufige, diagonale Doppelseilscharen. Die Form entspricht nicht durchgängig einer Translationsfläche (Museum für Hamburgische Geschichte, Arch.: gmp, Ing.: Schlaich & Bergermann).

298 Zollinger-Bauweise: Die von Baurat F. Zollinger Anfang der 1920er Jahre entwickelte Lamellenbauweise (sog. Zollbau) zeichnet sich durch Materialökonomie, Einfachheit und Eignung zum Selbstbau aus. An den Stabknoten ist jeweils ein Stab durchgehend ausgebildet, der andere leicht versetzt beidseits gestoßen, sodass ein Bolzen durchgesteckt werden kann.

zeigen  299, 300, eine mit Diagonalversteifung findet sich in  301, 302. Bei Dreiecksmaschen entsteht zwar ein in der Oberfläche schubsteifes Gefüge, das keine zusätzliche Diagonalversteifung benötigt, indessen sind dann insgesamt sechs Stäbe im Knoten zusammenzuführen.

696

4.3.3

XIII Äußere Hüllen

Herstellung der gekrümmten flächenhaften Abdeckung ☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 3. Die konstruktive Umsetzung kontinuierlicher gekrümmter Schichtflächen, S. 80 ff, (insbesondere plattenförmige Ausgangselemente)

Die Schalengeometrie muss naturgemäß auch von der flächenbildenden Abdeckung der Gitterschale, die ja systembedingt unverzichtbarer Bestandteil der Konstruktion ist, reproduziert werden. Die dabei zu klärenden geometrischen Fragen werden im Detail in Kapitel VII diskutiert. Dabei sind grundsätzlich zwei Fälle zu unterscheiden: • Gitterschalen mit einachsiger Krümmung: Zylinder- oder kegelförmige Schalen lassen sich mit ebenem Material abdecken. Hierfür kommt sowohl Glas wie auch anderes ebenes Plattenmaterial infrage. • Gitterschalen mit zweiachsiger Krümmung: Wiederum sind mehrere Fälle zu unterscheiden:

☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 2.3.3 Nach Entstehungsgesetz > Translations- oder Schiebflächen, S. 48 ff

•• Die Form der Gitterschale entspricht einer Translations- bzw. Schiebfläche: alle Gittermaschen – es handelt sich stets um ebene Parallelogramme – lassen sich mit ebenem Plattenmaterial abdecken. Schiebflächen sind beispielsweise hyperbolische Paraboloide.

☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 3.2.2 Die Kugel > Plattenförmige Ausgangselemente, S. 102 ff, insbesondere  282, 283, S. 105 ☞ Vgl. die Reichstagskuppel in Berlin: ebda.,  278 auf S. 103.

•• Die Gitterschalengeometrie ist zwar regelmäßig, jedoch nicht abwickelbar. Dies trifft beispielsweise auf eine Kugeloberfläche zu. Es sind, wie beim oberen Fall, Annäherungen aus ebenen Bauteilen realisierbar, beispielsweise eine Facettierung in Trapezen aus der Unterteilung der Kugelfläche in einzelne Kegelabschnitte.

☞ Band 2, Kap. VII, Abschn. 3.2.2 Die Kugel > Plattenförmige Ausgangselemente, insbesondere  282, S. 105

•• Die Gitterschalengeometrie entspricht keiner regelmäßigen Geometrie. Sie entsteht beispielsweise im Modellversuch und nimmt die Form einer Hängefläche an. Es ist folglich damit zu rechnen, dass die Vierecksmaschen nicht eben sind. Eine Abdeckung mit ebenem Material ist nur unter Hinnahme bestimmter Einschränkungen zu realisieren, wie beispielsweise eine abhebende Ecke. Anders als ebenes Plattenmaterial, kann sich dehnfähiges, oder zumindest elastisch verformbares Band- oder Bahnenmaterial – wie beispielsweise Membranen – durch die materialbedingte Verformungsfähigkeit an gewisse Krümmungen anpassen ( 294 bis 296). Bei stärkeren Krümmungen lässt sich das Bahnenmaterial mithilfe geeigneter Zuschnitte mit der gegebenen Krümmung zur Deckung bringen. Membranen treten in dieser Anwendung dann nicht als tragendes Primärbauteil in Erscheinung, sondern als raumabschließende und dichtende Schicht. Die Befestigung und die zu diesem Zweck ggf. notwendige Perforation der Membrane sind jeweils sorgfältig zu planen. Selbst laminiertes, nicht vorab thermisch verformtes Glas lässt sich innerhalb gewisser Grenzen an doppelte Krümmungen anpassen. Verbundglas kann man, unterhalb einer gewissen Belastungsgrenze, in

5 Rippensysteme

299 Gitterschale in Stahlbauweise mit geschweißten Stößen. Die Felder werden mit Pneus geschlossen. Eine Schubversteifung der Gitterschale kann hier deshalb nur schwer mithilfe eines Verbands gelöst werden. Sie erfolgt stattdessen über die Rahmenwirkung der – tangential zur Schalenoberfläche betrachtet – biegesteif zu einer Raute verbundenen Stäbe (Schlosshofüberdachung Dresden; Arch: P. Kulka, Ing.: Leonhardt, Andrä & P).

697

300 Knoten der in  299 gezeigten Gitterschale. Der Stoß erfolgt stumpf an zwei sich kreuzförmig durchdringenden Stahlplatten. Mehrere Gitterfelder können im Werk vorgefertigt werden. Somit lässt sich ein Teil der Schweißungen im Werk ausführen. Die restlichen Stoßfugen werden auf der Baustelle geschweißt.

301 Gitterschale aus Vierecksmaschen mit diagonaler Seilver- 302 Explosionszeichnung eines Knotens (oben montiert, unten steifung (Überdachung Schlüterhof, DFM, Berlin. Ing.: Schlaich demontiert) der links abgebildeten Gitterschale. & Bergermann).

die gewünschte Form pressen. Die geschichtete Struktur des Verbundglases mit elastischen Zwischenschichten begünstigt diese Verformung.

698

XIII Äußere Hüllen

Anmerkungen

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25



Normen und Richtlinien

Gemäß der zurückgezogenen DIN 1052, 8.7.2. Gemäß der zurückgezogenen DIN 1052, 8.7.2. Gemäß der zurückgezogenen DIN 1052, 8.7.2. Deutsches Dachdeckerhandwerk, Fachregelwerk, Merkblatt Unterdächer, Unterdeckungen und Unterspannungen, 1.3 Deutsches Dachdeckerhandwerk, Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 1.4.2 Ebda. 2.4.1 Ebda. 1.3.2 Zinkberatung e.V. Düsseldorf, Titanzink im Bauwesen, 7. Auflage, Seite 93 Bei Vollplatten aus Stahl würde sich ihr hohes Eigengewicht trotz ebenfalls hoher Festigkeit des Werkstoffs negativ auswirken. Trapezbleche umgehen die Problematik hypothetischer Vollplatten aus Stahl dadurch, dass sie infolge ihrer Formgebung (trotz identischer Rohdichte des Werkstoffs) ein ungleich effizienteres Tragsystem sind als jene: ein Faltwerk anstelle einer Platte. Petersen Ch (1994) Stahlbau, S. 766 f Ebda. S. 765 Ebda. S. 765 Ebda. S. 769f Ebda. S. 769f Ebda. S. 769f Ebda. S. 769f Ebda. S. 769f Ebda. S. 769f Ebda. S. 776 Nach der zurückgezogenen DIN 18807-1 Nach der zurückgezogenen DIN 18807-1 Petersen Ch (1994), S. 780 Ebda. S. 780 Ebda. S. 780 Zollinger-Bauweise, Messehalle Rostock, Schlaich leicht weit – light structures, S. 178–181

DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden DIN 18516 Außenwandbekleidungen, ninterlüftet Teil 1: 2010-07 Anforderungen, Prüfgundsätze Teil 4: 1990-02 Einscheiben-Sicherheitsglas – Anforderungen, Bemessung, Prüfung DIN 18531: 2016-09 VOB Teil C (ATV) – Vorgehängte hinterlüftete Fassaden DIN 18540: 2014-09 Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Dichtstoffen DIN 18545: 2015-07 Abdichten von Verglasungen mit Dichtstoffen – Anforderungen an Glasfalze und Verglasungssysteme DIN 52452 Prüfung von Dichtstoffen für das Bauwesen – Verträglichkeit der Dichtstoffe Teil 2: 2015-07 Änderung des Haft- und Dehnverhaltens nach Lagerung in flüssigen Chemikalien Teil 4: 2015-12 Verträglichkeit mit Beschichtungssystemen DIN 52453 Prüfung von Materialien für Fugen- und Glasabdich-

5 Rippensysteme

tungen im Hochbau Teil 2: 2013-03 Bestimmung der Bindemittelabwanderung mittels Filterpapiermethode DIN 52460: 2015-12 Fugen- und Glasabdichtungen – Begriffe DIN 68800: 2011-10 Holzschutz DIN EN 492: 2018-07 Faserzement-Dachplatten und dazugehörige Formteile – Produktspezifikation und Prüfverfahren DIN EN 494: 2015-12 Faserzement-Wellplatten und dazugehörige Formteile – Produktspezifikation und Prüfverfahren DIN EN 501: 1994-11 Dachdeckungsprodukte aus Metallblech – Spezifikation für vollflächig unterstützte Dachdeckungsprodukte aus nichtrostendem Zinkblech DIN EN 502: 2013-06 Dachdeckungsprodukte aus Metallblech – Spezifikation für vollflächig unterstützte Dachdeckungsprodukte aus nichtrostendem Stahlblech DIN EN 504: 2000-01 Dachdeckungsprodukte aus Metallblech – Festlegungen für vollflächig unterstützte Bedachungselemente aus Kupferblech DIN EN 505: 2013-06 Dachdeckungsprodukte aus Metallblech – Spezifikation für vollflächig unterstützte Dachdeckungsprodukte aus Stahlblech DIN EN 506: 2009-07 Dachdeckungsprodukte aus Metallblech – Festlegungen für selbsttragende Bedachungselemente aus Kupfer- oder Zinkblech DIN EN 507: 2000-01 Dachdeckungs- und Wandbekleidungselemente aus Metallblech – Festlegungen für vollflächig unterstützte Bedachungselemente aus Aluminiumblech DIN EN 507: 2017-08 (Entwurf) Dachdeckungs- und Wandbekleidungselemente aus Metallblech – Festlegungen für vollflächig unterstützte Bedachungselemente aus Aluminiumblech DIN EN 508 Dachdeckungs- und Wandbekleidungsprodukte aus Metallblech – Spezifikation für selbsttragende Dachdeckungsprodukte aus Stahlblech, Aluminiumblech oder nichtrostendem Stahlblech Teil 1: 2014-08 Stahl Teil 2: 2009-07 Aluminium Teil 2: 2017-06 (Entwurf) Aluminium Teil 3: 2009-07 Nichtrostender Stahl Teil 3/Ber 1: 2009-11 Nichtrostender Stahl DIN EN 539 Dachziegel für überdeckende Verlegung – Bestimmung der physikalischen Eigenschaften Teil 1: 2005-12 Prüfung der Wasserdurchlässigkeit Teil 2: 2013-08 Prüfung der Frostwiderstandsfähigkeit DIN EN 1090 Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 1: 2012-02 Konformitätsnachweisverfahren für tragende Bauteile Teil 1: 2018-12 (Entwurf) Bewertung und Überprüfung der Leistungsbeständigkeit für tragende Bauteile aus Stahl und Aluminium Teil 2: 2018-09 Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken

699

700

XIII Äußere Hüllen

Teil 3: 2019-07 Technische Regeln für die Ausführung von Aluminiumtragwerken Teil 4: 2018-09 Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Stahl und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Ddecken-, Boden- und Wandanwendungen Teil 4/A100: 2019-04 (Entwurf) Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Stahl und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Decken-, Boden- und Wandanwendungen Teil 5: 2017-07 Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Aluminium und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Decken-, Boden- und Wandanwendungen Teil 5/A100: 2019-04 (Entwurf) Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Aluminium und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Decken-, Boden- und Wandanwendungen DIN EN 1024: 2012-06 Tondachziegel für überlappende Verlegung – Bestimmung der geometrischen Kennwerte DIN EN 1304: 2013-08 Dach- und Formziegel – Begriffe und Produktspezifikationen DIN EN 1993 Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-1: 2010-12 Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau Teil 1-1/NA: 2018-12 Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau Teil 1-1/A1: 2014-07 Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau Teil 1-3: 2010-12 Allgemeine Regeln – Ergänzende Regeln für kaltgeformte Bauteile und Bleche DIN EN 1995 Eurocode 5 Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: 2010-12 Allgemeines – Allgemeine Regeln für den Hochbau Teil 1-1/A2: 2014-07 Allgemeines – Allgemeine Regeln für den Hochbau Teil 1-1/NA: 2013-08 Allgemeines – Allgemeine Regeln für den Hochbau DIN EN 12152: 2002-08 Vorhangfassaden – Luftdurchlässigkeit – Leistungsanforderungen und Klassifizierung DIN EN 12153: 2000-09 Vorhangfassaden – Luftdurchlässigkeit – Prüfverfahren DIN EN 12154: 2000-06 Vorhangfassaden – Schlagregendichtheit – Leistungsanforderungen und Klassifizierung DIN EN 12155: 2000-10 Vorhangfassaden – Schlagregendichheit – Laborprüfung unter Aufbringung von statischem Druck DIN EN 12179: 2000-09 Vorhangfassaden – Widerstand gegen Windlast – Prüfverfahren DIN EN 13022 Glas im Bauwesen – Geklebte Verglasungen Teil 1: 2014-08 Glasprodukte für Structural-Sealant-Glazing (SSG-) Glaskonstruktionen für Einfachverglasungen und Mehrfachverglasugnen mit oder ohne Abtragung des Eigengewichts Teil 2: 2014-08 Verglasungsvorschriften für Structural-Sealant-Glazing (SSG-) Glaskonstruktionen

5 Rippensysteme

DIN EN 13050: 2011-09 Vorhangfassaden – Schlagregendichheit – Laborprüfung mit wechselndem Luftdruck und Besprühen mit Wasser DIN EN 13051: 2001-11 Vorhangfassaden – Schlagregendichtheit – Feldversuch DIN EN 13116: 200-11 Vorhangfassaden – Widerstand gegen Windlast – Leistungsanforderungen DIN EN 13119: 2016-12 Vorhangfassaden – Terminologie DIN EN 13830: 2015-07 Vorhangfassaden – Produktnorm DIN EN 13947: 2006-06 (Entwurf) Wäremetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten DIN EN 14019: 2016 -11 Vorhangfassaden – Stoßfestigkeit – Leistungsanforderungen DIN EN 16758: 2016-12 Vorhangfassaden – Bestimmung der Beanspruchbarkeit von auf Abscheren beanspruchten Verbindungen DIN EN 18516: 2010-06-00 Außenwandbekleidungen, hinterlüftet DIN EN ISO 9972: 2018-12 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden – Differenzdruckverfahren DIN EN ISO 12631: 2013-01 Wärmetechnisches Verhalten von Vorhangfassaden – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten Deutsches Dachdeckerhandwerk, Fachregel für Dachdeckungen mit Dachziegeln und Dachsteinen, 2012-12 Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Wellplatten, 2002-03 Fachregel für Dachdeckungen mit Faserzement-Dachplatten, 2018-05 Fachregel für Außenwandbekleidung mit ebenen Faserzement-Platten, 2001-06 Fachregel für Metallarbeiten im Dachdeckerhandwerk, 2017-06 Merkblatt Unterdächer, Unterdeckungen und Unterspannungen, 2010-01 Produktdatenblatt für Unterdeckbahnen, 2010-01 Produktdatenblatt für Unterspannbahnen, 2010-01 Produktdatenblatt für Unterdeckplatten aus Holzfasern, 2012-12 Produktdatenblatt für Bitumenbahnen, 2016-12 Produktdatenblatt für Kunststoff- und Elastomerbahnen, 2016-12 Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) Technische Richtlinien des Glaserhandwerks (TRG) TRG Nr. 3 (2016) Klotzung von Verglasungseinheiten, 8. Aufl. TRG Nr. 8 (2013) Verkehrssicherheit mit Glas, 3. Aufl. TRG Nr. 1 (2016) Glaserarbeiten: Dichtstoffe für Verglasungen und Anschlussfugen. 10. Aufl. TRG Nr. 17 (2016) Verglasen mit Isolierglas, 8. Aufl. TRG Nr. 19 (2012) Linienförmig gelagerte Verglasungen

701

XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN AUFBAUVARIANTEN

AUSSENWÄNDE

Verglasungen mit Stahlrohren

Verglasungen mit Glasschwertern

Verglasungen mit seilverspannte Seilbindern Verglasungen

☞ 3.5.1, S. 715

☞ 3.5.2, S. 715

☞ 3.5.3, S. 718

FLACHDÄCHER

☞ 3.5.4, S. 720

STEILDÄCHER

horizontale Verglasungen

geneigte Verglasungen

☞ 3.2., S. 707

☞ 3.2., S. 707

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Punktuelle Halterung................................................. 704 2. Sicherheit.................................................................. 704 3. Konstruktives Grundprinzip....................................... 706 3.1 Befestigung der Glasscheiben...........................707 3.2 Glassorten..........................................................707 3.3 Abdichtung der Glasscheibenstöße...................710 3.4 Lagerung des Glases..........................................712 3.5 Sekundärtragwerk..............................................715 3.5.1 Rippen aus Stahl.......................................715 3.5.2 Rippen aus Glas........................................716 3.5.3 Seilbinder..................................................718 3.5.4 Seilverspannungen...................................720 Anmerkungen ............................................................... 722 Normen und Richtlinien................................................. 722

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

704

1.

XIII Äußere Hüllen

Punktuelle Halterung

☞ a Band 1, Kap. V-2, Abschn. 7.3.10 Vierseitig gelenkig punktuell gelagertes Element (Platte) unter orthogonaler Flächenlast, S. 570, und 7.3.11 Vierseitig gelenkig punktuell gelagertes Element (Platte) unter orthogonaler Flächenlast mit Auskragungen, S. 571, sowie ebda. Abschn. 9.1.2 Punktuell gelagerte Platte, S. 589 ff ☞ b Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.4.4 Rippensystem mit Schale und Aufbau mit Längsrippung, S. 160 ff, insbesondere 2 87

2.

Sicherheit

Innerhalb der logischen Sequenz, die vom homogenen vollwandigen Schalenbauteil zum Rippensystem führt, nehmen auch punktgehaltene Gebäudehüllen aus Glas einen spezifischen Platz ein. Sie gehen – wie auch Mehrschichtverbund- und Rippensysteme – aus dem Prozess der Ausdifferenzierung oder Diskretisierung der ursprünglich homogenen Schale in ein Gefüge aus zwei differenzierten, funktional verschieden belegten Bestandteilen hervor. Dies ist jeweils ein flächenbildendes und ein kraftleitendes bzw. stützendes Element. Während die der Kraftleitung gewidmeten Elemente beim Mehrschichtverbundsystem flächig und beim Rippensystem linear sind, nehmen sie in diesem Fall, zumindest was die Stützung des Flächenbauteils angeht, punktförmige Gestalt an. Das flächenbildende Element ist, wie bei den anderen beiden Kategorien auch, eine dünne, materialsparende Platte, die in verhältnismäßig kurzen Abständen durch das kraftleitende Element gestützt ist, und zwar puntkuell. Sie verhält sich statisch grundsätzlich wie andere punktgestützte Platten auch. a Eine Herleitung des konstruktiven Gefüges von punktgehaltenen Hüllen im Kontext andersartiger Bauarten findet sich in Kapitel VIII. b Wenngleich dieses Konstruktionsprinzip grundsätzlich für alle denkbaren Ausführungen von Hüllbauteilen infrage kommt, besitzen punktgestützte Hüllelemente bei Glashüllen eine besondere Bedeutung. Bei diesen erfüllt die Punkthalterung die bei transparenten Hüllen wichtige Voraussetzung, die verglaste Fläche mit tragender Sekundärkonstruktion visuell nur minimal zu beeinträchtigen. Die Punkthalterung, in Kombination insbesondere mit extrem filigranen Sekundärkonstruktionen aus Seilen, stellt die technisch am weitesten minimierte tragende Unterkonstruktion für eine Glashülle dar, insbesondere im Vergleich mit Rippensystemen wie z. B. der Pfosten-Riegel-Fassade. Aus diesem Grund soll im Folgenden von punktgehaltenen Glashüllen die Rede sein. Opake punktgehaltene Hüllen sollen wegen ihrer sehr begrenzten baulichen Bedeutung nicht näher angesprochen werden. Die Sicherheitsbewertung, welche als festzusetzende Vorgabe letztlich die Konstruktionsart und Dimensionierung des Bauteils sowie der Gesamtkonstruktion bestimmt, unterscheidet sich bei Glasfassaden wegen der besonderen Werkstoffeigenheiten von Glas grundsätzlich von derjenigen von Konstruktionen in anderen Werkstoffen. Die ansonsten übliche Forderung der Baustatik nach bedingungsloser Ausfallsicherheit eines Bauteils, unabhängig von seiner Einbettung und Wirkungsweise innerhalb der Gesamtkonstruktion (safe-life concept), lässt sich bei Glas nicht erfüllen. Dies liegt an der relativen Unberechenbarkeit des Werkstoffs, bei dem ein Spontanbruch infolge verschiedener Einflüsse nicht in allen Fällen vollständig ausgeschlossen werden kann und der überdies außerordentlich empfindlich gegen mechanische

6 Punktgehaltene Glashüllen

705

Einwirkung ist. Erschwerend kommen bei punktgehaltenen Glasfassaden die erhöhten Spannungen hinzu, die an den Lagerungspunkten auftreten. Deshalb wird bei Glas unter der Annahme bemessen, dass ggf. einzelne Glasbauteile ausfallen können, ohne dass die Gesamtkonstruktion deshalb kollabiert (fail-safe concept). Diese muss dann auch im Versagensfall des Einzelbauteils eine sogenannte Resttragfähigkeit bewahren. Dabei werden zeitweise größere Verformungen bzw. ein geringeres Sicherheitsniveau in Kauf genommen. Es bleibt aber die Forderung bestehen, dass das geschädigte Bauteil sich nicht ablöst und herabstürzt, weshalb das Bauteil selbst ebenfalls eine Resttragfähigkeit aufweisen muss. Dies lässt sich beispielsweise durch Einsatz von Verbundgläsern mit geeigneten Zwischenfolien gewährleisten.1 Bei Bruch anfallende Glassplitter werden von der zähfesten Folie gebunden und am Herabfallen gehindert. Größere Bruchstücke, wie sie bei Einsatz von TVG enstehen, erhöhen die Resttragfähigkeit zusätzlich.

☞ Band 1, Kap. V-4, Abschn. 4.2.3 Teilvorgespanntes Glas (TVG), S. 446

1 (Links) Punkthalterung einer Isolierglasscheibe aus Verbundsicherheitsgläsern (System Pilkington Planar®).

2 Schnittdarstellung der Punkthalterung links inklusive des Glasscheibenstoßes.

3 Punkthalterfitting mit Senkkopf.

4 Punkthalterfitting wie in 2 3. Die Verdreh- 5 Frogfinger. In den Langlöchern werden barkeit der Glashalterung am integrierten (hier Fittings wie in 2 3 abgebildet eingeschraubt. nicht sichtbaren) Kugelkopf ist deutlich an der Verwinkelung bezüglich des Gewindestifts zu erkennen.

706

3.

XIII Äußere Hüllen

Konstruktives Grundprinzip & DIN 18008-3

Im Gegensatz zur linearen Lagerung von Glasscheiben, die zunächst den Materialeigenschaften des spröden Werkstoffs Glas am ehesten entspricht, weil sie die Lasten gleichmäßig verteilt, erfolgt die Befestigung der Scheibe bei dieser Art von Systemen punktuell (2 1 bis 5). Es muss folglich mit lokalen Spannungskonzentrationen im Bereich der Halterungen gerechnet werden, denen durch geeignete Glassorten sowie adäquate Anschlusskonstruktionen Rechnung zu tragen ist. Die Entwicklung von der linearen zur punktuellen Halterung von Glas erklärt sich aus dem Wunsch, die sichtbare Ansichtsbreite von üblichen Pressleistenverglasungen (mindestens 50 mm) weiter zu reduzieren. An den Stößen punktgehaltener Glasscheiben ist nur noch ein Dichtstoß erforderlich, der zumeist aus Kombinationen von elastischen Dichtungsprofilen und Dichtstoffverfugung besteht. Am Elementstoß findet folglich eine Trennung von Dichtfunktion und Kraftleitung statt, wie sie ansonsten im herkömmlichen Pressstoß in einer gleichen Fugenkonstruktion zusammentreffen. Dieser Dichtstoß lässt sich mit sichtbaren Breiten unter 50 mm herstellen. Diese technische Möglichkeit, die bei Pressleistenverglasungen praktisch nicht gegeben ist, kann man sozusagen als die konstruktiv-technische Rechtfertigung des verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwands

3

1

2

≥ 80 mm

4

≥ 80 mm

≥ 80 mm

s

Abstand Bohrlöcher 4 1 6 Prinzipschema eines Tellerhalters, nach DIN 18808-3.

6

1 T

7 Randabstände von Bohrungen im Glas, nach DIN 18808-3.

T

Ansicht Tellerhalter 2

8 (Rechts) Prinzipschema eines Klemmhalters, nach DIN 18808-3. 1 Klemmteller 2 elastische Zwischenlage 3 Hülse 4 Glas 5 Klemmhalter 6 Anschluss an Sekundärtragwerk T Tellerdurchmesser s Glaseinstand

5

6

4

5 s 1

Ansicht Klemmhalter

4

6 Punktgehaltene Glashüllen

707

betrachten, der bei punktgehaltenen Glasfassaden im Normalfall getrieben wird. Die Glasscheiben können an den Kanten bzw. im Randbereich durch Klemmhalter geklemmt (2  9, 10) oder alternativ durch Tellerhalter gestützt werden, die durch Bohrungen in der Scheibe hindurch geschraubt werden (2 13 bis 16). Die Lasten werden dabei mittels einer geeigneten Sekundärkonstruktion, an der die Befestigungsknoten angeschlossen sind, abgetragen. Zumeist bemüht sich der Konstrukteur auch bei dieser um möglichst große Schlankheit, da, aufgrund der Transparenz der Hülle, ansonsten der Effekt der Leichtigkeit, den man mit punktgehaltenen Glasfassaden erzielen möchte, aufgehoben wäre. 2 Sowohl bei Klemmverbindung als auch bei Verschraubung ist sorgfältig darauf zu achten, dass die Scheiben statisch bestimmt gelagert werden, d. h. dass Zwängungskräfte ausgeschlossen sind, die zum Bruch der Scheibe führen können. Auch müssen mögliche Kontaktpunkte zwischen Metallbefestigung und Glas mithilfe von elastischen Zwischenschichten vermieden werden (2 2). 3 Zu diesem Zweck kommen als Werkstoffe Elastomere (Silicon, EPDM, Chloropren-Kautschuk), Thermoplaste (PSU), Polyamid (PA6) u. ä. infrage. Als Punkthalter kommen Klemm- oder Tellerhalter aus Stahl, Aluminium oder nichtrostendem Stahl infrage, wobei grundsätzlich auch Kombinationen mit linienförmiger Lagerung möglich sind. Tellerhalter müssen einen Mindestdurchmesser von 50 mm haben, der Mindest-Glaseinstand ist 12 mm (2  6, 7). Die zugehörigen Bohrlöcher müssen einen Mindestabstand von den Scheibenrändern sowie auch untereinander von 80 mm haben. Bei Klemmhaltern muss die Klemmfläche mindestens 1000 m2 groß sein, der Glaseinstand mindestens 25 mm (2 8).

Befestigung der Glasscheiben

Bei punktgehaltenen Vertikalverglasungen kommen aus Sicherheitsgründen ausschließlich gehärtete Gläser nach Norm zum Einsatz (ESG, ESG-H,5 TVG oder VSG). Es lassen sich auch keramische Siebdrucke auf das Glas aufbringen. Die Glasdicken der Einzelscheiben von VSG dürfen maximal um den Faktor 1,7 voneinander abweichen. Die Resttragfähigkeit der Scheiben muss gemäß Norm gesichert sein, was bei Einsatz von Zwischenfolien aus Polyvinylbutyral (PVB) mit einer Mindestdike von 0,76 mm gewährleistet ist. Kanten der Glasbohrungen müssen geschliffen oder in höherwertiger Qualität ausgeführt sowie im 45 °-Winkel mit einer Fase von 0,5 mm bis 1,0 mm beiseitig gesäumt werden. Einzelscheibenkanten sind ebenfalls mindestens zu säumen, im Fall von Floatglas zu schleifen. Diese Maßnahmen haben zum Zweck, Unregelmäßigkeit, kleine Risse und Ausbrüche an den Kanten zu vermeiden, welche die Integrität der Scheiben beeinträchtigen könnten. Einen Sonderfall stellen punktgehaltene Horizontalvergla-

Glassorten

3.1

& DIN 18008-3, 5.

☞ Band 1, Kap. V-4, Abschn. 4.2 Sicherheitsgläser, S. 445 f & DIN 18008-1

& DIN 1249-11

& DIN 18008-3, 4.

3.2

708

XIII Äußere Hüllen

9 Punktuelle Halterung einer Einscheibenverglasung mittels Klemmvorrichtung: keine Bohrung der Scheiben erforderlich. Komponentenprüfhalle der MPA Stuttgart (Arch.: Prof. F. Wagner).

3 1

7

1

3

2

z

z y

10 (Rechts) Klemmhalterung der Scheiben beim in 2 9 dargestellten Projekt. Die Aluminium-Sandgusselemente der Klemmbacken (1) sind an der Stahlunterkonstruktion aus Rechteckrohrprofilen (2) befestigt. Sie fixieren die ESG-Scheiben (3) durch Pressdruck über Neoprenteller (4) und sind für die Aufnahme der Horizontalkräfte (➝ x) verantwortlich. Die Scheibenlast (➝ -z) wird über Neoprenklötze (5) auf Edelstahlkonsolen (6) abgetragen. Vertikal- und Horizontalfugen zwischen den Glasscheiben werden durch beidseitig gleichzeitig aufgetragene Dichtstoffstränge (7) geschlossen.

x

7

3

1

3 1 2

6

11 (Unten links) Klemmhalterung. 12 (Unten rechts) Ansicht der punktgehaltenen Fassade.

5

z

4

z y

7 x

6 Punktgehaltene Glashüllen

709

5 1 3

9

2 7 4

6

13 Senkkopfhalterung einer ESG-Einfachverglasung (System Matrixpoint®).

8

z

z

M 1:5 0

M 1:5 0

50 mm

x

50 mm

x

14 Senkkopfhalterung einer VSG-Einfachverglasung (System Matrixpoint®). 15 Senkkopfhalterung einer Isolierverglasung aus zweimal ESG (System Matrixpoint®).

12 3

95

16 Senkkopfhalterung einer Isolierverglasung aus zweimal VSG (System Matrixpoint®). 11 10 7 4

6

8

z

M 1:5

z

M 1:5 0

0

50 mm

50 mm

x

x

b

6,5

3

a

M 1:1 0

6,5 mm 5

a

2 1 6

5

0

10 mm

M 1:1

10 mm

7

2 1

3

1 Mutter 2 Unterlegscheibe 3 Unterkonstruktion 4 Grundkörper 5 Überwurfmutter 6 Gewindebolzen M14 7 Kontakthülse 8 Beilegscheibe 9 Manschette 10 Dichtungsmasse 11 Abstandsring

b

5 3

6,5 mm 2 1

a

3 5 9 7

8 6

b

6

10 (8) mm

M 1:1

10/12/15 mm

0

5

10 mm

1,52 mm 10/12 mm

7 8/10 mm 1,52 mm 10/12 mm

17 Hinterschnittanker für Einfachverglasung 18 Hinterschnittanker für VSG-Verglasung (2 x 19 Verdeckter Hinterschnittanker für VSG(ESG-H) (System Troesch®). Die Glasfläche ist ESG) (System Troesch®). Verglasung (ESG emaiiliert + ESG) (System außenseitig ungestört. Die Verankerung tritt Troesch®). Durch die Emaillierung der Außenvisuell weniger in Erscheinung; die V erschmutscheibe bleibt die Punkthalterung von außen zung ist geringer und die Reinigung einfacher. vollständig unsichtbar. 1 Anker 2 elastische Zwischenschicht 3 ESG-Scheibe 4 ESG-H-Scheibe 5 PVB-Zwischenfolie

6 Anschluss-Gewindebolzen 7 Hinterschnitt 8 FIS-V Kunstzharzinjektion 9 emaillierte ESG-Scheibe

a Verankerungstiefe (6-7 mm bei 11a und c; 15,5 bis 17,5 mm bei 11b) b freie Gewindelänge für den Anschluss an die Sekundärkonstruktion

710

XIII Äußere Hüllen

& DIN 18008-3, 6.

& Siehe hierzu DIN 18008-3, 6.

sungen dar, bei denen ein erhöhtes Sicherheitsniveau gilt: In diesem Fall sind nach Norm nur Einfachverglasungen aus VSG mit gleich dicken Glasscheiben aus teilvorgespanntem Glas (TVG) einsetzbar (mindestens 2 x 6 mm). Zur Sicherung der Resttragfähigkeit wird eine PVB-Zwischenfolie mit einer Dicke von mindestens 1,52 mm eingesetzt. Weitere Bedingungen sind einzuhalten. Der Nachweis der Resttragfähigkeit gilt nach Norm für die Glasaufbauten, Tellerdurchmesser und maximalen Stützweiten in 2 20 als erbracht (2 21, 22). Tellerdurchmesser

20 Glasaufbauten mit nachgewiesener Resttragfähigkeit bei rechtwinkligem Stützraster, gemaß DIN 18008-3.

3.3

Abdichtung der Glasscheibenstöße

21 Punktgehaltene Schrägverglasung eines Hallendachs.

TVG Glasdicke

mm

mm min.

Stützweite in Richtung 1 mm max.

Stützweite in Richtung 2 mm max.

70

2x6

900

750

60

2x8

950

750

70

2x8

1100

750

60

2 x 10

1000

900

70

2 x 10

1400

1000

Die Fuge zwischen den Glasscheiben erfüllt systembedingt keinerlei Funktion der Kraftübertragung mehr: Sie muss im Gegenteil nachgiebig sein, damit keine Spannungskonzentrationen an der Scheibenkante auftreten. Die Fuge hat lediglich dichtende Funktion gegen Wind und Wasser. Verschiedene Ausführungen von Dichtstößen mit variierenden Geometrien und Glassorten zeigen 2 26 bis 33. Um die Fuge optisch so wenig wie möglich in Erscheinung treten zu lassen, können transparente Silikondichtungen – entweder vor Ort aufgezogen oder als feste Strangpressprofile – verwendet werden.

22 Punktgehaltene Horizontalverglasung eines Hallendachs.

6 Punktgehaltene Glashüllen

711

y

max. 15°

y

x

x

23 Senkkopfhalterung einer Isolierverglasung, 24 Fotografisches Bild der in 2 23 gezeigten 25 Eckhalterung. gelenkig dank integriertem Kugelgelenk (Sys- Senkkopfhalterung. tem Trösch®).

26 Sprossenlose Glasscheibenstöße mit Dichtprofil und außenseitiger Dichtstoffverfugung für verschiedene Ausführungen von Isolierglasscheiben.

2

27 Glasscheibenstoß mit Dichtprofil und außenseitiger Dichtstoffverfugung. 1 Dichtstoffdichtung außen 2 Dichtprofil innen 3 geschlossenzellige Polyethylen-Rundschnur 4 selbstklebende Beilage 5 versteifendes Glasschwert aus Sicherheitsglas 6 Randverbund der Isolierglasscheibe 7 Abstandshalter der Isolierglasscheibe

1 y

M 1:5

0

50 mm

x

☞  20, 21

☞  20, 21

5

5

1

3

5

4

y x

28 Stoß zweier VSG-Scheiben mit versteifendem Glasschwert aus VSG.

y

1 3

y

6 7

x

29 Stoß zweier Isolierglasscheiben mit versteifendem Glasschwert aus ESG.

1

3

4 6

7

x

30 Stoß zweier Isolierglasscheiben mit versteifendem Glasschwert aus VSG.

712

XIII Äußere Hüllen

☞  18,19

☞  18, 19

7

2

6

4

2

1

4

6 7

1

y

y

y

x

x

31 Sprossenlose Außenecke aus zwei Isolierglasscheiben.

3.4

☞  18, 19

34 Schematische Darstellung einer punktgehaltenen Glasfassade mit hängenden Scheiben. Am oberen Fassadenrand und im vergrößerten Scheibenfeld ist die Abhängung der obersten Scheibenreihe erkennbar. Alle anderen Scheibenfelder sind von dieser oberen Glasreihe über die Punkthalterung abgehängt. Diese überträgt ferner die Horizontallasten aus Wind in die dahinter liegende, hier nicht abgebildete Sekundärkonstruktion. Rechts schematisches Detail der Punkthalterung (Parc de la Villette, Ing.: P. Rice).

☞ Abschn. 3.1 Befestigung der Glasscheiben, S. 707

6

7

x

32 Sprossenlose Innenecke aus zwei Isolierglasscheiben.

Lagerung des Glases

2 1

33 Sprossenloser Wandanschluss einer Isolierglasscheibe.

Glasscheiben können an vier oder mehr Punkten befestigt werden, abhängig von der Scheibengröße und der Rasterung des Sekundärtragwerks der Fassade. Üblicherweise werden die vier Eckhalterungen an einer Kreuzfuge von vier Glasscheiben oder zwei Randhalterungen an der Stoßfuge von zwei Scheiben zu einer Halterung zusammengefasst (2 34). Um die Knickgefahr bei stehenden Verglasungen, bei denen die Scheiben unter Druck stehen, auszuschalten, werden bei punktgehaltenen Systemen die Gläser in der Regel hängend eingebaut (2 34, 44). Die Aufhängung erfolgt entweder an einzelnen festgelegten Punkthaltern oder auch gelegentlich derart, dass die übereinanderliegenden Scheiben zu einem zusammenhängenden Streifen gekoppelt und nur am oberen Ende verankert werden. Die lotrechte Lastkomponente wird durch Zugbeanspruchung der Scheibe aufgenommen und in die festen Punkthalterungen bzw. nur oben in die Randhalterung abgetragen. Zur Aufnahme der horizontalen Lastkomponente infolge Wind ist eine zusätzliche Halterung der Scheibe erforderlich, die orthogonal zu ihrer Ebene von sich aus nur sehr wenig Biegung aufnehmen kann. Eine typische Lagerung einer punktgehaltenen Glasscheibe wird im Einzelnen folgendermaßen ausgeführt: Eigenlast, Windlast und sonstige äußere Lasten sind ohne Zwängungen der Glasscheibe in die Halterung zu übertragen. Für Verdrehungen rechtwinklig zur Glasebene werden die Verbindungen zu diesem Zweck in dieser Richtung gelenkig ausgeführt (2 35). In der Glasebene selbst werden die Scheiben derart gelagert, dass sie sich von einem Festpunkt aus in allen Richtungen frei bewegen können (2 36). Zwei obere Punkthalterungen werden zu diesem Zweck jeweils fest und horizontal verschieblich ausgeführt, sodass die Eigenlast der Scheibe an diesen Punkten abgetragen wird und die Scheibe folglich hängend, d. h. unter Zugbeanspruchung befindlich, gelagert ist. Alle anderen Punkthalterungen sind in der Ebene beweglich ausgeführt, sodass sie lediglich Kräfte rechtwinklig zur Scheibenebene aufnehmen, vorwiegend Windlasten.

6 Punktgehaltene Glashüllen

713

A2

Fest-Lager

Horizontal-Lager

A1

Los-Lager

Los-Lager

Los-Lager

Los-Lager

B2 B1 z x

35 Die Biegebeanspruchung der Glasscheiben, beispielsweise infolge Windlast, muss an den punktuellen Auflagerungen durch gelenkige Verbindungen zwängungsfrei aufnehmbar sein. Dargestellte Lagerung analog zu rechter Lagerachse in 2 36.

z y

A1 Loslager in ➝ y Festlager in ➝ z, x B1 Loslager in ➝ y, z Festlager in ➝ x A2 Kugelgelenk B2 Kugelgelenk

0

36 Exemplarische Lagerung einer Glasscheibe in ihrer Ebene an sechs Punkten: Die Eigenlast wird zwängungsfrei an den oberen beiden Halterungen – jeweils fest und horizontal (➝ x) verschieblich – eingeleitet, wodurch die Scheibe unter Zug steht. Die restlichen Halterungen sind Loslager, d. h., es werden nur Kräfte rechtwinklig zur Scheibenebene (➝ y) aufgenommen, also im Wesentlichen Windlasten.

100 mm

0

M 1:10

100 mm

M 1:10

S

S

y

z x

x

S-S

37 Vierpunkthalterung einer Isolierverglasung an einer Kreuzfuge. Ausführung des Pfostens als Rundrohrprofil (System Matrixpoint®).

S

S

z

y x

x

S-S

38 Vierpunkthalterung einer Isolierverglasung an einer Kreuzfuge. Ausführung des Pfostens als Glasschwert (System Matrixpoint®).

Die jeweils notwendige Beweglichkeit wird durch die geeignete Lagerung der Kugel innerhalb des Gelenkbolzens sichergestellt (2 23). Es sind Justiermöglichkeiten an den Halterungen vorzusehen.

714

XIII Äußere Hüllen

1

3

2

6

5 8

39 Fußpunkt einer punktgehaltenen Fassade aus VSG-Einfachverglasung, Pfosten aus Flachstahl (System Matrixpoint®). 1 Pfosten, Flachstahl 2 Haltewinkel 3 Punkthalter 4 Dichtstoffverfugung 5 Alu-Blech 6 Tragprofil, Quadrat-Rohrprofil aus Stahl 7 Stützfuß des Tragprofils 8 Fußplatte des Pfostens

4 5

7

z

M 1:10

x

1

0

100 mm

0

100 mm

3

2

6 5 8

4 5

7

40 Fußpunkt einer punktgehaltenen Fassade aus ESG-Isolierverglasung, Pfosten aus Flachstahl (System Matrixpoint®).

z x

M 1:10

6 Punktgehaltene Glashüllen

715

Neben den bereits behandelten herkömmlichen Fassadenkonstruktionen wie Pfostenfassaden oder PfostenRiegel-Fassaden, die alternativ mit opaken oder verglasten Füllungen ausgeführt werden können, sind für vollverglaste Fassaden spezielle Sekundärkonstruktionen entstanden, die das Ziel verfolgen, die auf die Fassade auftreffenden Lasten mit einem Minimum an Materialaufwand abzutragen. Dabei steht das formalästhetische Ziel im Vordergrund, die Transparenz der Verglasung so wenig wie möglich durch die tragende Konstruktion der Hülle zu beeinträchtigen. Es kommen also Konstruktionen zum Einsatz, die möglichst feingliedrig sind und visuell möglichst wenig in Erscheinung treten; denn aufgrund der Transparenz der flächenbildenden Glashaut ist die stützende Sekundärkonstruktion nicht nur von innen, sondern auch von außen, sozusagen systembedingt und unausweichlich, strets sichtbar. Als Sekundärkonstruktion eignen sich verschiedene konstruktive Lösungen, von denen einige exemplarische im Folgenden kurz angesprochen werden sollen.

Sekundärtragwerk

Herkömmliche Pfostenprofile, wie beispielsweise Doppel-T-Querschnitte, werden wegen der verhältnismäßig großen, durch das Glas hindurch sichtbaren Ansichtsbreite vermieden. Stattdessen können beispielsweise schmale , schwertartige Flachstähle verwendet werden (2 39, 40). Die seitliche Steifigkeit der schmalen Pfosten ist entsprechend mit geeigneten Mitteln, beispielsweise stützende Riegel

Rippen aus Stahl



2

3

8 10

z

S-S

y

7 8 S

10

4 5 6

Gefälle

41 Fußpunkt einer punktgehaltenen Fassade aus ESG-Isolierverglasung, Pfosten als Glasschwert. Bündiger Übergang innen/außen (System Matrixpoint®).

UK Glasschwert

S

z x

3.5.1

1 9 7

1

9

3.5

0

M 1:10

100 mm

1 Glasschwert aus VSG 2 Haltewinkel 3 Punkthalter 4 Dichtstoffverfugung 5 Alu-Flachprofil 6 Alu-Blech 7 Stahl-Befestigungswinkel 8 Silikonauflage für das Glasschwert 9 elastischer Randstreifen ringsum 10 Auflagerplatte aus Stahl

716

XIII Äußere Hüllen

oder Verspannungen, zu sichern. Auch Rundrohrprofile kommen bei kleineren Spannweiten zum Einsatz (2 37). 3.5.2

Rippen aus Glas

Rippenartige Pfosten aus Glas bzw. in Form von Glasschwertern bieten die nötige Biegesteifigkeit rechtwinklig zur Hüllebene und treten wegen ihrer Transparenz visuell nur wenig in Erscheinung (2 41). Sie entsprechen gut der formalästhetischen Zielsetzung punktgehaltener Glasfassaden. Die Biegesteifigkeit des in seiner Ebene beanspruchten Glasstreifens steift die Fassadenscheibe gegen Windlasten aus.

42 (Oben) Bürogebäude Willis Faber Dumas in Ipswich, Nachtaufnahme (Arch.: Foster & A). 43 (Rechts Mitte) Innenansicht der Glasfassade. Im oberen Glasfeld sind die versteifenden Glasschwerter erkennbar. 44 (Rechts außen) Isometrische Schnittdarstellung der Fassade. z x

45 Haltebeschlag an der Kreuzfuge von vier aneinanderstoßenden Glasscheiben. Zwischen Glas und Metall befinden sich elastische Zwischenschichten. 46 (Rechts) Aufhängekonstruktion der Glasfassade an der Stirnkante der Dachdecke.

6 Punktgehaltene Glashüllen

47 (Oben) Punktgehaltene Glasfassade mit aussteifenden Glasschwertern. 48 (Rechts) Punktgehaltene Glasfassade mit Sekundärkonstruktion aus Stahlfachwerk: Hauptrippen sind die (stehenden) Pfosten, Nebenrippen die (liegenden) Riegel, die mittels Seilen nach oben gehängt und dadurch gegen Kippen gesichert sind.

49 (Oben) Punktgehaltene Glasfassade mit aussteifenden Glasschwertern. 50 (Rechts) Punktgehaltene Glasfassade mit Kombination aus aussteifenden Glasschwertern (vertikal) und Seilbindern (horizontal).

717

718

XIII Äußere Hüllen

Die Befestigung der Fassadenscheiben an den Schwertern kann ebenfalls punktuell über die gleichen Punkthalter, die die Fassadenscheiben stützen, erfolgen. In Längsrichtung der Schwerter ist eine bewegliche Befestigung an den Scheiben der Hülle erforderlich, damit die Bewegungen der zumeist hängenden Verglasung aufgenommen werden können (2 42 bis 46 sowie 47, 48). 3.5.3 Seilbinder ☞ Vgl. auch Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.7.4 Seiltragwerke > Seilbinder, S. 619.

51 Seilbinder (Prinzip C im Vertikalschnitt in 2 53, Glasfassade hier in Bindermittelachse; in diesem Fall keine Punkthalterung) (Flughafen Madrid, Arch: R. Rogers)

Bei einer anderen Variante werden Seilbinder eingesetzt: Zwei gegensinnig polygonförmig geführte Seilstränge übertragen, je nachdem, ob Druck oder Sog wirkt, alternativ über Zugbeanspruchung jeweils der einen oder der anderen Verspannung die Last an die tragende Konstruktion. Das von der Belastung nicht betroffene Seil würde ohne Zugkraft durchhängen. Um dies zu verhindern, und um die Verformung der Seile unter Last möglichst klein zu halten, werden beide Seile unter Vorspannung gesetzt (2 51 bis 55).

52 Seilbinder (Prinzip A im Vertikalschnitt in 2 53), im Außenraum vor der Glasfassade angeordnet (Geschäftszentrum in Helsinki).

6 Punktgehaltene Glashüllen

719

z x

A

B

C

A

B

C

y x

53 Sekundärtragwerk einer punktgehaltenen Verglasung; oben Vertikal-, unten Horizontalschnitt. A Pfosten als Seilbinder ausgeführt, B Pfosten als Binder ausgeführt, C Pfosten als verspannter Stab ausgeführt

54 Beispiel für eine Sekundärkonstruktion aus Seilbindern.

720

3.5.4

XIII Äußere Hüllen

Seilverspannungen

☞ a Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.9 Mechanisch vorgespannte Membranen, S. 635 ff, insbesondere 2 244 bis 246

55 Seilbinder-Fassade. Lehrter Bahnhof, Berlin (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

Bei einer anderen Variante werden zwei geradlinige Seilscharen, jeweils horizontal und vertikal verlaufend, unter Vorspannung gesetzt und die Glasscheiben an ihnen befestigt (2 56-61). Horizontalkräfte infolge Wind müssen von den Seilen weitgehend orthogonal zu ihrer Spannrichtung aufgenommen werden. Dies ist nur nach einer gewissen Anfangsverformung der Seile möglich, also wenn diese einen ausreichenden Winkel zur Fassadenebene einnehmen, der es erlaubt, eine zusätzliche Zugkraft im Seil aufzubauen.a Die Scheiben werden an den Kreuzungspunkten der Seile mittels spezieller Fittings geklemmt. Wegen der systembedingt verhältnismäßig starken Verformungen der Fassade rechtwinklig zu ihrer Ebene, die ursächlich mit der oben angesprochenen Anfangsverformung zusammenhängen, können nur kleinere Glasformate (ca. 1 x 1 m) zum Einsatz kommen. Die Vorspannkraft der Seile ist in geeigneten Randgliedern zu verankern, was beispielsweise im Bereich der oberen und seitlichen Fassadenabschlüsse entsprechend biegesteife Träger erfordern kann. Visuell tritt diese Art der tragenden Sekundärkonstruktion im Vergleich mit anderen Lösungen insgesamt am wenigsten in Erscheinung.

6 Punktgehaltene Glashüllen

1

2

56 Detail, Aussenansicht. Hotel Kempinski München (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

721

1

2

3

4

1

2

4

57 Detail, Innenansicht. Hotel Kempinski München (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

58 Detail, Schnit 1-1. Hotel Kempinski München (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

82,5

1 Edelstahlseil Durchmesser 22 mm 2 VSG-Scheibe 3 Neopren-Formteil 4 Zylinderschraube mit Innensechskant

A 21,5 10

A

65

65

59, 60 Seilverspannte Fassade, Details. Hotel Kempinski München (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

61 Seilverspannte Fassade. Hotel Kempinski München (Ing.: Schlaich Bergermann & P.).

722

XIII Äußere Hüllen

Anmerkungen

1 2 3 4 5



DIN 1249-11: 2017-05 Flachglas im Bauwesen Teil 11: 2017-05 Glaskanten – Begriffe, Kantenformen und Ausführung DIN 1259 Glas Teil 2: 2001-09 Begriffe für Glaserzeugnisse DIN 1863-1 Glas im Bauwesen – Teilvorgespanntes Kalknatronglas Teil 1: 2012-02 Definition und Beschreibung Teil 1/A1: 2015-05 (Entwurf) Definition und Beschreibung Teil 2: 2005-01 Konformitätsbewertung/Produktnorm DIN 18008 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln Teil 1: 2010-12 Begriffe und allgemeine Grundlagen Teil 1: 2019-06 (Entwurf) Begriffe und allgemeine Grundlagen Teil 2: 2010-12 Linienförmig gelagerte Verglasungen Teil 2 Ber 1: 2011-04 Linienförmig gelagerte Verglasungen, Berichtigung 1 Teil 2: 2019-06 (Entwurf) Linienförmig gelagerte Verglasungen Teil 3: 2013-07 Punktförmig gelagerte Verglasungen DIN 18516 Außenwandbekleidungen, hinterlüftet Teil 1: 2010-06 Anforderungen, Prüfgrundsätze Teil 4: 1990-02 Einscheiben-Sicherheitsglas – Anforderungen, Bemessung, Prüfung

Normen und Richtlinien

Gesamtabschnitt: Schittich et al (2004) Glasbau Atlas, S. 96 f Rice P, Dutton H (1995) Transparente Architektur Compagno A (1995) Intelligente Glasfassaden Flachglas Markenkreis (Hg) (20019) GlasHandbuch, S. 86 Aus GlasHandbuch 2019, S. 183: „Eine Überbeanspruchung von ESG kann auch durch Einschlüsse aus Nickelsulfid (NiS) erfolgen, die unter bestimmten Voraussetzungen einen Spontanbruch auslösen kann. Um dem vorzubeugen, wurde in Bauregelliste A Teil 1 lfd. Nr. 11.13 und Anlage 11.11 das Bauprodukt ESG-H definiert, bei dem latent NiSbruchgefährdete Gläser durch eine spezielle Heißlagerung aussortiert werden. Ein geringes Bruchrisiko von ca. 10 -6 a -1 ist aber auch bei ESG-H vorhanden.

DIN EN 12488: 2016-11 Glas im Bauwesen – Empfehlungen für die Verglasung – Verglasungsgrundlagen für vertikale und geneigte Verglasung DIN EN 14449:2005-07 Glas im Bauwesen – Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas – Konformitätsbewertung/Produktnorm DIN EN ISO 12543: Glas im Bauwesen – Verbund- und VerbundSicherheitsglas Teil 1: 2011-12 Definitionen und Beschreibung von Bestandteilen Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) Technische Richtlinien des Glaserhandwerks (TRG) TRG Nr. 1 (2016) Glaserarbeiten: Dichtstoffe für Verglasungen und Anschlussfugen, Arten, Eigenschaften, Anwendung, Verarbeitung. 10. Aufl. TRG Nr. 3 (2016) Klotzung von Verglasungseinheiten, 8. Aufl.

6 Punktgehaltene Glashüllen

TRG Nr. 10 (2006) Fachliche Begriffe aus dem Berufsbereich des Glaserhandwerks, 10. Aufl. TRG Nr. 6 (2017) Ganzglasanlagen, 1. Aufl. TRG Nr. 8 (2013) Verkehrsssicherheit mit Glas, 3. Aufl. TRG Nr. 13 (1987) Verglasen mit Dichtprofilen TRG Nr. 14 (2012) Glas im Bauwesen – Einteilung der Glaserzeugnisse, 6. Aufl. TRG Nr. 17 (2016) Verglasen mit Isolierglas, 8. Aufl. TRG Nr. 19 (08-2012) Linienförmig gelagerte Verglasungen TRG Nr. 20 (09-2014) Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung, 6. Aufl.

723

XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE AUSSENWÄNDE

Lamellen

Jalousien

Klappläden

Schiebeläden

☞ 1., S. 726

☞ 2., S. 728

☞ 1., S. 726

☞ 1., S. 726

Glasdoppelfassade – Schachtfassade

Glasdoppelfassade – Schachtfassade begehbar

Glasdoppelfassade – Korridorfassade

Glasdoppelfassade – Kastenfensterfassade

☞ 3., S. 732

☞ 3., S. 734

☞ 3., S. 734

☞ 3., S. 734

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines...............................................................726 2. Blend-, Sonnenschutz und Lichtlenksysteme.......... 728 2.1 Funktionen......................................................... 728 2.1.1 Sonnenschutz...........................................728 2.1.2 Blendschutz..............................................728 2.1.3 Verteilung bzw. Steuerung von Licht........730 3. Glasdoppelfassaden.................................................. 732 3.1 Aufbau............................................................... 732 3.2 Segmentierung des Zwischenraums................ 734 3.3 Thermisches und lüftungstechnisches Verhalten........................................................... 736 Anmerkungen..................................................................741 Normen und Richtlinien..................................................741

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

726

XIII Äußere Hüllen

1. Allgemeines

Gebäudehüllen, die aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus be­­reits als funktionstüchtige Hüllelemente gelten, lassen sich zu verschiedenen Zwecken mit vielfältigen addierten Elementen ergänzen. Dies kann entweder mit Einzelelementen lokal, beispielsweise im Be­reich von Fensteröffnungen, geschehen oder mithilfe kompletter Schalen, über die gesamte Hüllfläche verteilt. Addierte Elemente können in verschiedenen Formen auftreten, beispielsweise als • saisonal montier- und demontierbare zusätzliche Hüllelemente zur Verbesserung der Wärmedämmung, wie beispielsweise Winterfenster an Kastenfenstern, die nur während der Winterperiode angebracht werden, oder temporäre Wärmeschutzpaneele; • außen- oder innenliegender Blend- und Sonnenschutz (2 1); • Lichtlenksysteme zur Beeinflussung des Lichtmilieus im Innern und zur Ausleuchtung größerer Raumtiefen (2 2); • in einem bestimmten Abstand addierte äußere Glasschalen an Glasfassaden (Glasdoppelfassaden) mit thermischen, lüftungs- und schallschutztechnischen Zielsetzungen; • addierte Glasschalen zur Verbesserung des Witterungsund Wärmeschutzes denkmalgeschützter Bauwerke bei nur minimaler Beeinträchtigung des Erscheinungsbilds; • raumbildende addierte Glasschalen, die zusätzlichen, meist temporär nutzbaren Raum schaffen; zu dieser Kategorie zählen Glasanbauten wie Wintergärten oder auch Hofüberdachungen aus Glas (2 4); • Wohn-, Wartungs- oder Fluchtbalkone; • verschiedene Strukturen zur Beeinflussung des äußeren Erscheinungsbilds des Gebäudes (2 3) • sowie auch diverse Funktionslemente zum Schutz vor Einbruch, Vandalismus, Stoß, Insekten, Feuer, Schall etc. Die Anbindung derartiger addierter Elemente an die Gebäudehülle und ihre Integration im Gebäudekonzept ist meist mit spezifischen konstruktiven und bauphysikalischen Fragen verbunden. Die wichtigsten Varianten sollen im Folgenden näher besprochen werden.

7 Addierte Funktionselemente

727

1 Blend- und Sonnenschutz in Form von faltbaren Läden mit verstellbarer Lamellenfüllung.

2 Sonnenschutz- und Lichtlenklamellen (Verwaltung Fa. Gartner Gundelfingen, Arch.: Ackermann & P).

3 Vorgesetzte Glaswand mit kryptisch verschlüsselter Funktionalität.

4 Außenseitig addierter Glasraum mit thermischer Funktionalität (Arch.: Schneider Schumacher).

728

2.

XIII Äußere Hüllen

Systeme zur Einstrahlungsbeeinflussung & VDI 6011-1 & DIN EN 12216 & DIN EN 1932 & DIN EN 13363-1 & DIN EN 13561 & DIN EN 13659 & DIN EN 14500, DIN EN 14501

Addierte Elemente mit Aufgaben der Einstrahlungsbeeinflussung 1 erfüllen wesentliche Schutz- und Versorgungsfunktionen für Gebäudehüllen – insbesondere solche mit hohem Verglasungsanteil – und wirken sich damit nachhaltig auf die Behaglichkeit im Innern sowie auch auf den Energieverbrauch beim Gebäudebetrieb aus. Dabei kann es oft zu Konflikten zwischen Zielsetzungen des Schutzes und der Versorgung kommen, wie insbesondere zwischen der Tageslichtversorgung oder der Anforderung nach Durchsicht einerseits und dem Sonnen- oder Blendschutz andererseits. Die Gesamtheiten der technischen Einrichtungen zur Einstrahlungsbeeinflussung wird unter dem Begriff des Tageslichtsystems subsumiert. Tageslichtsysteme werden hinsichtlich ihrer Regulierbarkeit unterschieden in statische, aktive – durch Nutzer regulierbare – sowie selbstregulierende. Die Hauptfunktionen addierter Elemente sind:

2.1 Funktionen

• Schutz: Hitzeschutz, Blendschutz; • Versorgung: gezielte Verteilung von Licht, solare Wärmegewinnung, ggf. Stromgewinnung – neben den Grundversorgungsfunktionen der Gebäudehülle: Versorgung mit Tageslicht, Ermöglichung der Durchsicht. 2.1.1 Sonnenschutz & DIN 4108-2, 8.

Hauptaufgabe des Sonnenschutzes ist die Verminderung des Energieeintrags in das Gebäude. Die Norm definiert zu ihrer Erfassung den Abminderungsfaktor Fc, der im Zusammenwirken mit dem g-Wert der Verglasung für die Sonnenschutzwirklung verantwortlich ist. Der abgeminderte gf-Wert der Kombination aus Glas und Sonnenschutz errechnet sich somit als:

gf = g · Fc

Maßgeblich für den Hitzeschutz sind der Strahlungstransmissionsgrad, der Strahlungsreflexionsgrad sowie der Strahlungsabsorptionsgrad der Schutzeinrichtung. 2.1.2 Blendschutz & DIN 5035

Blendung ist nach Norm eine visuelle Störung durch zu hohe Leuchtdichten und/oder zu große Leuchtdichteunterschiede. Man unterscheidet • Direktblendung – durch Lichtquellen im Gesichtsfeld; • Reflexblendung – durch gerichtet reflektiertes Licht im Gesichtsfeld; • Kontrastblendung – durch, verglichen mit dem Blickziel, zu helles visuelles Umfeld.

7 Addierte Funktionselemente

729

9

19 3 11

7 18

5 Motorbetriebene Außenjalousie zum Zweck des Sonnen- und Blendschutzes und ihre Bestandteile nach DIN EN 12216.

16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

12 21

8

10 5 2 14 1 6 13

4

15

15

14

4

6

7

Lamelle Behang Oberschiene Unterschiene Leiterkordel Aufzugsband Lager mit Wendung und Bandspule Wende und Aufzugswelle Montageträger Texband-Schutzöse Motor Steckerkupplung Führungsdraht/-seil Führungsöse Spannwinkel Führungsschiene Führungsschienen-Keder Führungsschienenhalter Führungsnippel

8 15 10 13 5 6 Vorsatzrollladen zum Zweck des Sonnen-, Blend und ggf. Wärmeschutzes und seine Bestandteile nach DIN EN 12216.

H

1 2

11

3 12 9

11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rollladenpanzer Rolladenstab Schlussstab Abweisblech Gurtaufhängung Welle Welleneinsatz mit Achsstift Lager Führungsschiene Einlauftrichter Endstopfen Anschlagwinkel/-stopfen Verriegelung automatisch Rolladenkasten Seitenteil mit integriertem Adapter

730

2.1.3

XIII Äußere Hüllen

Diese Funktion umfasst die:

Verteilung bzw. Steuerung von Licht

• Lichtstreuung – wandelt gerichtetes in diffuses Licht um; • Lichtlenkung – ändert die Richtung des einfallenden Lichts ohne es zu streuen; • Lichtleitung – Transport von Licht über längere Strecken in einem Transportkanal mit reflektierenden Flächen.

Welle Markisentuch

Fallrohr

Abdeckung aus Aluminium oder Acrylglas

Konsole

Profilrohr

z

Profilrohr doppelt

x

Profilrohr einfach 0

M 1:20

Welle Fallrohr y 0

x

50 mm

M 1:5

7 (Links) Außenliegende Jalousieanlage.

z x

8 (Oben) Senkrechtmarkise mit Profilrohrführung (Herst.: Clauss Markisen).

100

200 mm

7 Addierte Funktionselemente

731

Wandkonsole Abdeckung Markisentuch

Fallschiene ausgefahren

Welle Gelenkarm ausgebreitet

Fallschiene

Volant Gelenkarm gefaltet

Armbügel

z 0

M 1:5

x

50 mm

9 Hülsen-Gelenkarm-Markise, ausstellbar (Herst.: Clauss Markisen).

Abdeckung aus Aluminium Markisentuch

Führungsprofil doppelt Führungsprofil einfach

Welle

Antriebsseil

Konsole Antriebsseil

0

50 mm

M 1:5

z x

10 Gegenzug-Schrägmarkise (Herst.: Clauss Markisen).

M 1:20

0

100

200 mm

732

XIII Äußere Hüllen

3. 3. Glasdoppelfassaden (GDF)

Glasdoppelfassaden lassen sich zu den Außenwänden mit addierter Funktionsschale rechnen, da die Innenschale stets die primäre Hüllfunktion übernimmt, die Außenschale hingegen grundsätzlich ergänzenden Charakter hat. Die Hauptzielsetzung von GDF ist es, einen zusätzlichen, thermisch und akustisch wirksamen Luftpuffer zu schaffen sowie auch eine indirekte Belüftung der Innenräume zu ermöglichen. Derartige Fassaden sind folglich stets eng mit dem Lüftungskonzept sowie auch indirekt mit dem Energiehaushalt des Gebäudes verknüpft. Eine weitere, in ihrer Bedeutung nicht zu unterschätzende Zielsetzung ist es, eine technisch vereinfachte Glasaußenschale mit visuell stark reduzierter Sprossung zu ermöglichen. Dies erklärt sich aus dem weitverbreiteten Unbehagen an modernen wärmegedämmten Sprossenkonstruktionen mit ihren schwer zu umgehenden großen Ansichtsbreiten, die das äußere Bild der Glasfassade stark beeinträchtigen. Um dieses, als solches betrachtet zweifellos erstrebenswerte Ziel zu erreichen, sind vielfach technisch und klimatisch fragwürdige Lösungen in Kauf genommen worden – dazu ist auch in vielerlei Hinsicht die Glasdoppelfassade zu rechnen.

3.1 Aufbau

Glasdoppelfassaden bestehen aus zwei getrennten Glashüllen, die einen ca. 30 bis 100 cm breiten Luftraum einschließen. Die Funktionen der verschiedenen Bestandteile dieser Fassaden sind: • Äußere Glashülle: Es handelt sich hierbei in den meisten Fällen um eine Einfachverglasung; vereinzelt kommt bei aufwendigeren Lösungen auch eine ZweischeibenIsolierverglasung zum Einsatz. Diese Glasebene erfüllt zunächst die Aufgabe einer Wetterhaut, sodass der Fassadenzwischenraum als allseitig umschlossener, witterungsgeschützter Raum gelten kann. Zusätzlich bietet diese Schale einen besseren Schallschutz als bei einschaligen Fassadenlösungen. Dies liegt vornehmlich an der Wirkung der Gesamtkonstruktion der GDF als akustisches Masse-Feder-System, bestehend aus zwei schwingenden Schalen (den beiden Glasfassaden) und einer federnden Zwischenschicht (dem Luftpuffer dazwischen). In der Variante als Zweischeiben-Isolierverglasung bietet dieses Bauteil eine wesentliche Verbesserung des Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizienten. • Fassadenzwischenraum: Dieser führt zu einer Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten der Gesamtfassade. Zusätzlich erfüllt dieser Luftraum die für das System der GDF wesentliche Funktion der indirekten Belüftung der Innenräume. Dabei tritt die Frischluft über geeignete, an spezifischen Orten lokalisierte Öffnungen in

7 Addierte Funktionselemente

733

den Zwischenraum, wo sie sich aufgrund der Thermik, der Staudruckverhältnisse oder einer mechanischen Lüftung ausbreitet, um dann über Fensteröffungen der Innenfassade in die Innenräume zu gelangen. Es handelt sich folglich um eine indirekte Gebäudelüftung über den Zwischenraum, die bezwecken soll, dass •• die Frischluft im Winter durch die Wärme des Luftpuffers zwischen den Glasschalen vorgewärmt wird und somit keine unangenehmen Zugerscheinungen beim Eintritt ins Innere hervorruft; •• der Schallschutz dadurch verbessert wird, dass keine unmittelbar gegenüberliegenden Öffnungen in beiden Fassadenschalen mit direktem Schallweg existieren; bauakustisch kommt, wie angemerkt, das MasseFeder-Prinzip zwischen zwei elastisch gekoppelten Schalen zur Wirkung, das gegenüber einer einschaligen Fassade eine bedeutetende Verbesserung der Schallschutzwerte zur Folge hat; •• bei Hochhäusern in den oberen Geschossen ein natürliche Belüftung ermöglicht wird, die bei direkter Lüftung über herkömmliche Fensteröffnungen wegen der hohen Windgeschwindigkeiten und -drücke in größeren Höhen nicht möglich ist. Bei konventionellen Klimakonzepten von Hochhäusern wird die Lüftung auf mechanischem Weg, meistens durch Vollklimatisierung gesichert. Bei GDF werden Windgeschwindigkeiten durch die indirekte Lüftung stark herabgesetzt und unschädlich gemacht. Ferner lässt sich im Luftzwischenraum der Sonnenschutz anordnen, wo er als – bezüglich der thermisch relevanten Innenschale – außenliegender Sonnenschutz seine Wirkung gut entfalten kann, andererseits aber durch die Außenschale gegen Wind und sonstige äußere Einwirkungen geschützt ist. Dies ist insbesondere bei Hochhäusern eine gewichtiger Faktor, da in größeren Gebäudehöhen die hohen Windgeschwindigkeiten außenliegende Sonnenschutzeinrichtungen nahezu unmöglich machen. Bei einigen GDF wird der Abstand zwischen beiden Schalen so groß gewählt, dass der Zwischenraum begehbar ist. Man spricht dann von sogenannten Korridorfassaden. Auf diese Weise sind alle technischen Komponenten der Fassade für Wartungszwecke gut zugänglich und die Glasreinigung, insbesondere diejenige der dem Zwischenraum zugewandten Glasflächen, erfordert keinen erhöhten Aufwand. • Innere Glashülle: Diese Fassade wird nahezu ohne Ausnahme als Zwei- oder heute vorwiegend Dreischeiben-Isolierverglasung ausgeführt. Sie wird nicht direkt

z y x 11 Axonometrische Darstellung des Aufbaus einer Glasdoppelfassade mit Zweischeibenisolierverglasung innen und außen (Verwaltungsgebäude Fa. Goetz, Arch.: Webler & Geißler).

734

XIII Äußere Hüllen

bewittert. In Kombination mit der äußeren Hülle bildet sie, wie angemerkt, in schallschutztechnischer Sicht ein federndes System aus gegeneinander schwingenden, vergleichsweise biegeweichen Schalen, die zumeist einen hevorragenden Schall­schutz bieten. Die Durchdringungen durch die innere Schale, die sich notwendigerweise aus der Befestigung der Außenschale ergeben, sind im Hinblick auf den Wärmeschutz und die Dichtheit unproblematisch, da im Luftzwischenraum keine Bewitterung stattfindet und dort stets mäßige Temperaturen herrschen, sodass Kondensatbildung durch Wärmebrücken kaum zu befürchten ist. Dies gilt sowohl für in den Zwischenraum auskragende Geschossdecken wie auch für jegliche Art mechanischer Befestigung. 3.2

Segmentierung des Zwischenraums

Große Bedeutung für die Funktionsfähigkeit der Glasdoppelfassade hat die Art der Unterteilung des Zwischenraums zwischen beiden Glasschalen. Sie beeinflusst Fragen der Lüftung, des Schallschutzes und des Brandschutzes nachhaltig. Grundsätzlich sind folgende Segmentierungen möglich: • Keine oder vertikale Segmentierung: Der Luftraum zwischen beiden Schalen erstreckt sich ununterbrochen über die gesamte Höhe der Glasdoppelfassade und ist dabei entweder gar nicht oder alternativ, in horizontaler Richtung, durch lotrechte Abschottungen in schmale vertikal durchgehende Lufträume segmentiert. Diese Lösung wurde in der Anfangszeit der GDF gewählt und zeigte bald große Unzulänglichkeiten wegen der Schallleitung und der Brandübertragung im kamintartig wirkenden Zwischenraum. Man spricht dabei auch von Schachtfassaden (2  12). Die Be- und Entlüftung des Fassadenzwischenraums erfolgt im Normalfall jeweils am unteren und oberen Ende der GDF, mit dem Zweck, durch den langen Transportweg innerhalb des Schachts eine möglichst gute Vorkonditionierung der Frischluft zu ermöglichen (2 12). • Horizontale Segmentierung: Der Zwischenraum wird durch waagechte Abschottungen auf Deckenhöhe vertikal in geschosshohe Abschnitte unterteilt. Man spricht von Korridorfassaden (2 13, 14). Die Luftbewegung erfolgt entweder horizontal, wobei die Lüftungsöffnungen der äußeren Schale gewöhnlich an den Gebäudeecken angeordnet werden (2 14); oder sie erfogt vertikal derart, dass die Luft an einer Öffnung in Bodenhöhe einströmt und an einer anderen knapp unter Deckenhöhe entweicht (2 13). Diese Lösung ist eine Antwort auf die Gefahr der oben erwähnten vertikalen Schall- und Brandübertragung über den Fassadenzwischenraum. Jedes Geschosss ist dabei jeweils vom unten und oben anschließenden Geschoss

7 Addierte Funktionselemente

735

L

L

z

z

z

x

y

12 Glasdoppelfassade mit vertikal durchgehendem Luftraum L (Schachtfassade).

z x

13 Glasdoppelfassade mit horizontal durchgehendem Luftraum L (Korridorfassade). Lüftung jeweils oben und unten in jedem Geschossabschnitt.

L

z

L

z

z x

y

x

y

14 Glasdoppelfassade mit horizontal durchgehendem Luftraum L (Korridorfassade). Lüftung horizontal in jedem Geschossabschnitt durchgehend.

z y

15 Glasdoppelfassade mit horizontal und vertikal abgeschottetem Luftraum L (Kastenfensterfassade). Lüftung jeweils oben und unten in jedem individuellen Fassadenfeld.

durch horizontale Schotts – im Normalfall die auskragende Geschossdecke oder angeschlossene Korridorböden – getrennt. • Horizontale und vertikale Segmentierung: Es entsteht eine feldweise Unterteilung des Fassadenzwischenraums.

736

XIII Äußere Hüllen

Jedes Feld ist lüftungstechnisch infolgedessen von den Nachbarfeldern abgekoppelt. Man spricht von Kastenfensterfassaden (2 15). Diese Lösung behebt das oben diskutierte Schall- und Brandschutzproblem zwischen Geschossen und bietet gleichzeitig das größtmögliche Maß an individueller Steuerbarkeit, und zwar in jedem einzelnen Fassadenfeld. Sie ist in der Regel auch mit dem größten technischen Aufwand verbunden. 3.3

Thermisches und lüftungstechnisches Verhalten

Befürworter dieser Fassaden preisen ihre Vorzüge im Hinblick auf die Energieeinsparung wegen • guten winterlichen Wärmeschutzes (niedrige U-Werte); • natürlicher Lüftung bei gutem Schallschutz, selbst bei Existenz erheblicher Schallimmissionen (wie in Innenstadtlagen); dadurch Vermeidung einer Vollklimatisierung möglich; • natürlicher Lüftung auch in größeren Höhen (Hochhäuser) und damit verbundener Reduktion von Energieverbräuchen für eine Klimatisierung; • der Möglichkeit, auch bei Hochhäusern in großen Gebäudehöhen einen thermisch effizienten außenliegenden Sonnenschutz zu gewährleisten, der hinter der äußeren Glashaut vor starken Winden gut geschützt ist. Mit dieser Argumentation werden GDF häufig als ökologisch besonders wertvolle Lösungen bezeichnet. Die Praxis stellt sich hingegen zumeist anders dar.2 Es hat sich beim Betrieb ausgeführter Bauten mit GDF mittlerweile immer deutlicher gezeigt, dass ein entscheidender Nachteil dieser Lösung – gemessen an herkömmlichen Varianten – sogar zu erhöhten Energieverbräuchen führt. Dieser Nachteil ist zurückzuführen auf das Verhalten dieser Fassaden im Sommer: • Aufgrund der systembedingten indirekten Lüftung von Innenräumen, ist ein schnelles Abführen von überschüssiger Wärme über eine schnelle Stoßlüftung nicht möglich. • Das Luftvolumen zwischen den Glasschalen heizt sich im Sommer stark auf und strahlt zusätzlich Wärme in die Innenräume bzw. kann dann für Lüftungszwecke nicht mehr sinnvoll genutzt werden. • Die in fast allen Fällen realisierte Vollverglasung beider Fassadenschalen führt zu starker Wärmeeinstrahlung durch diese hindurch in die Innenräume. Dies erzeugt unweigerlich hohe Kühllasten im Sommer mit entsprechend hohem Energieaufwand (höher als bei

7 Addierte Funktionselemente

737

y

x

☞  20

y

☞  19

☞  19

☞  20

x

16 (Oben) Horizontalschnitt durch die Innenfassade in 2 18, die als elementierte Holzkonstruktion ausgeführt ist. Die Fensteröffnungen sind Schiebeflügel. Sie erlauben die natürliche Belüftung der Innenräume über die Korridorfassade. 17 (Mitte) Horizontalschnitt durch die Außenfassade in 2 18, die als Pfosten-Riegelkonstruktion in Stahl ausgeführt ist. Rechts ist die mit Lamellen bestückte Zuluftöffnung für den Fassadenzwischenraum erkennbar. Links ist der Anschluss an den Kern gezeigt. 18 (Links) Grundriss eines Regelgeschosses des Turms der Messe-Hauptverwaltung in Hannover (Arch.: Herzog & P). Rings um den Gebäudekorpus ist die zweischalige Glasdoppelfassade erkennbar. Die äußeren Stützen sind in den Fassadenzwischenraum gelegt, sodass der Ausbau grundsätzlich nicht mit ihnen in Konflikt gerät. Der Korridor ist breit genug, um begehbar zu sein, was Wartungsarbeiten erleichtert. Die äußere Fassade wurde als erste montiert, alle weiteren Arbeiten konnten witterungsgeschützt im Innern stattfinden.

738

XIII Äußere Hüllen

1

6

1

2 3 4

5

z z x x

19 Vertikalschnitt durch die Glasdoppelfassade in 2 16–18, Schnitt 20 Vertikalschnitt durch die Glasdoppelfassade in 2 16–18, Schnitt durch ein Standardfeld. durch das Lüftungsband in der Außenfassade. 1 Außenfassade: Wärmeschutz-Isolierverglasung in Pfosten- 1 Glaslamellen aus Wärmeschutz-Isolierglas: beweglich, autoRiegelkonstruktion aus Stahl matisch gesteuert 2 Korridor 2 Wetterschutzlamellen 3 Stütze 4 Innenfassade: Wärmeschutz-Isolierverglasung in Holzkonstruktion 5 Zuluftkanal zur mechanischen Belüftung der Innenräume 6 im Korridorraum geschützt angeordnete Sonnenschutzjalousie

2

7 Addierte Funktionselemente

739

y x

21 (Oben) Horizontalschnitt durch eine Glasdoppelfassade nach dem Prinzip des Kastenfensters (wie in 2 15). Die äußere Hülle besteht aus einer Einfachverglasung, die sich während der Sommerperiode automatisch ausstellen lässt, sodass ein Hitzstau vermieden wird. Die Innenhülle ist festverglast, Lüftungsklappen ermöglichen die natürliche Belüftung der Innenräume (Braun-Hauptverwaltung, Arch: Schneider Schumacher). 22 (Rechts) Vertikalschnitt durch die Fassade in 2 21. Der Sonnenschutz ist im Kastenfensterraum integriert.

z x

740

XIII Äußere Hüllen

Heizung) bzw. zu unbehaglichen Raumtemperaturen im Innern. Diese Probleme werden bei Verwaltungsbauten zusätzlich durch die in ihnen stets vorhandenen hohen internen Wärmelasten – beispielsweise infolge Beleuchtung, Büromaschinen etc. – verschärft, was dazu führt, dass ab Außentemperaturen von ca. 0 º solche Gebäude bereits gekühlt werden müssen. Einzelne Konzepte von GDF haben in letzter Zeit als Antwort auf diese Problematik öffenbare Außenschalen eingeführt, die sich bei sommerlichen Temperaturen ausstellen oder -klappen lassen und somit ein schnelles Entlüften des Luftzwischenraums zwischen beiden Schalen ermöglichen (2 21, 22). Abschließend kann gesagt werden, dass GDF bei spezifischen Einsatzzwecken – insbesondere bei Hochhäusern oder bei Existenz starker Schallimmissionen – eine geeignete Lösung darstellen können, hingegen nicht undifferenziert als Lösung aller Probleme zu betrachten sind. Insbesondere der hohe technische Aufwand und die damit zusammenhängenden hohen Kosten sind bei einer Entscheidung jeweils in Betracht zu ziehen.

7 Addierte Funktionselemente

1 2

Die in diesem Abschnitt verwendeten Begrifflichkeiten lehnen sich im Wesentlichen an VDI 6011-1 an. Vgl. Gertis K (1999) Sind neuere Fassadenentwicklungen bauphysikalisch sinnvoll? Teil 2: Glas-Doppelfassaden (GDF) In Bauphysik Heft 21, S. 54–66

DIN EN 1932: 2013-09-00 Abschlüsse und Markisen – Widerstand gegen Windlast – Prüfverfahren und Nachweiskriterien DIN 4108: 2006-03-00 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden DIN 5035: 2006-07-00 Beleuchtung mit künstlichem Licht VDI 6011: 2016-07-00 Lichttechnik – Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung DIN EN 12216: 2016-08-00 Abschlüsse – Terminologie, Benennungen und Definitionen DIN EN 13363: 2007-09-00 Sonnenschutzeinrichtungen in Kombination mit Verglasungen – Berechnung der Solarstrahlung und des Lichttransmissionsgrades DIN EN 13561: 2015-08-00 Markisen – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen DIN EN 13659: 2015-07-00 Abschlüsse außen und Außenjalousien – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen DIN EN 14500: 2008-08-00 Abschlüsse – Thermischer und visueller Komfort - Prüf- und Berechnungsverfahren DIN EN 14501: 2006-02-00 Abschlüsse – Thermischer und visueller Komfort – Leistungsanforderungen und Klassifizierung

741

Anmerkungen

Normen und Richtlinien

XIII-8 MEMBRANSYSTEME

Membrane, mechanisch gespannt

Membrane, pneumatisch gespannt

☞ 1., S. 744

☞ 1., S. 744

1. Allgemeines...............................................................744 2. Werkstoffe.................................................................746 3. Herstellung.................................................................748 3.1 Formfindung.......................................................748 3.2 Konfektion..........................................................748 4. Bauphysikalische Gesichtspunkte............................ 750 4.1 Innenklima und Lüftung.................................... 750 4.2 Belichtung und Energiegewinne........................751 4.3 Kondensation......................................................751 4.4 Schallschutz........................................................752 4.5 Raumakustik.......................................................752 4.6 Brandschutz....................................................... 754 5. Membranaufbauten.................................................. 754 5.1 Einlagige Membranen....................................... 754 5.2 Mehrlagige Membranen.................................... 754 5.2.1 Ohne Wärmedämmung............................754 5.2.2 Mit Wärmedämmung................................756 6. Anschlüsse................................................................ 758 6.1 Bahnenstöße..................................................... 758 6.2 Ränder............................................................... 760 6.2.1 Frei spannende Ränder.............................760 6.2.2 Starr gehaltene Ränder.............................762 6.3 Punktuelle Verankerungen................................ 762 6.4 Membranverstärkungen.................................... 762 6.5 Außenwandanschlüsse innerhalb von Membranfeldern......................................... 766 6.6 Aubführung von Regenwasser.......................... 766 Anmerkungen................................................................. 768 Normen und Richtlinien................................................. 768

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

744

1.

XIII Äußere Hüllen

1. Allgemeines

Gebäudehüllen aus Membranen unterscheiden sich in einigen Gesichtspunkten grundsätzlich von herkömmlichen Hüllkonstruktionen. • Sie sind, in der Hüllfläche betrachtet, hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus außerordentlich einfach, da es sich oftmals um einlagige Membranen handelt, die werkseitig komplett vorgefertigt sind. Seltener kommen mehrlagige Membranaufbauten zum Einsatz, die aber oftmals ebenfalls komplett werkgefertigt werden. Fragen des konstruktiven und bauphysikalischen Zusammenspiels unter­schiedlicher Schichten mit stark divergierenden Materialeigenschaften sowie der mechanischen Kopplung zwischen diesen stellen sich bei Membranen von vornherein gar nicht. • Es sind zumeist nur wenige Flächenstöße zu realisieren, vornehmlich die Bahnenstöße, die im Werk ausgeführt werden, und ggf. einzelne Montagestöße zwischen größeren Membran­einheiten. Fragen der Dichtung, wie sie sich bei vielen herkömmlichen Hüllaufbauten stellen, sind bei Membranhüllen dank verhältnismäßig geringem Fugenanteil und weitgehender Werksvorfertigung der Stöße vergleichsweise einfach zu lösen. • Membranen sind im baustatischen Sinn bewegliche Tragwerke, die starken Formänderungen unterworfen sind. a Der Anschluss an biegesteife, unbewegliche Bauteile muss diese Formänderungen enweder durch entsprechende bewegliche Kopplungen ermöglichen oder planmäßig als eine feste randeinspannng der Membrane ausgeführt sein.

☞ a Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 4.2 Bewegliche Systeme, S. 514 ff ☞ b Zum Tragverhalten und zur Form von Membrantragwerken vgl. Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 4.4 Flächentragwerke unter Membrankräften, S. 246 ff, sowie 4.5.2 Membranen und Seilnetze, S. 254 ff.

• Membranen nehmen ihre Form aufgrund der Art und Lage der Randhalterungen sowie aufgrund der herrschenden Kraftverhältnisse selbsttätig ein.b Wenngleich diese Randbedingungen zu den steuerbaren Planungsparametern des Entwerfenden gehören, so herrschen bei der planerischen Festlegung der Hüllgeometrie dennoch insgesamt größere Einschränkungen als bei herkömmlichen Gebäudehüllen aus biegesteifen Werkstoffen, die – innerhalb der werkstoff- oder herstellungsspezifischen Grenzen – grundsätzlich frei gestaltet werden können. Es lässt sich also behaupten, dass die gestaltende Hand des Entwerfenden in diesem Fall nicht direkt, sondern gleichsam indirekt über den Umweg der einstellbaren Parameter der Lagerungsgeometrie und – sofern beeinflussbar – auch des Lastbilds, bestimmend auf die Bauform einwirkt. • Einlagige Membranen bieten nahezu keine Wärmedämmung und sind für beheizte Innenräume als dauerhafte Hüllen ohne Hinzufügungen nicht geeignet. Mehrlagige Membranenaufbauten bieten zwar eine mäßige, für nicht

8 Membransysteme

745

allzu hohe Ansprüche ausreichende Wärmedämmung, können indessen erhöhte Anforderungen, wie sie bei hochgedämmten Gebäudehüllen für den Niedrigenergiestandard üblich sind, nach heutigem Stand der Technik nicht erfüllen. Allgemeine Aussagen zur Kraftleitung bei Membranen finden sich in Kapitel VI-2.a Grundsätzliche Aspekte zu Gebäudehüllen aus Membranen werden in Kapitel VIII besprochen,b Membrantragwerke werden in Kapitel IX-2 näher untersucht.c Im Folgenden sollen Konstruktion und, sofern relevant, auch Aufbau von Membranhüllen einschließlich der wichtigsten Anschlüsse diskutiert werden. Wegen der engen Verschränkung von Hülle und Tragwerk bei Membranbauwerken ist es unumgänglich, dabei stets auch Fragen der Kraftleitung zu erörtern.

1 Membranüberdeckung (Einkaufszentrum Riad, Arch.: SL-Rasch)

☞ a Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.8 und 9.9, S. 632 ff ☞ b Band 2, Kap. VIII, Abschn. 7. Membransysteme, S. 169 ff ☞ c Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.3 Zugbeanspruchte Systeme, S. 366 ff

2 Membrandach mit darauf stehendem Monteur. Das Bild veranschaulicht die membrantypische Kombination von Tragfähigkeit und extremer Leichtigkeit.

746

2.

XIII Äußere Hüllen

Werkstoffe

Als Membranmaterialien kommen Gewebe, zumeist beschichtet, sowie auch Folien zum Einsatz. Gewebebeschichtungen aus PVC, PTFE oder Silicon werden beidseitig ein- oder zweischichtig auf das Grundgewebe aufgebracht und zusätzlich mit Oberflächenveredelungen zur Verbesserung ihrer Wetterfestigkeit ver­se­hen. Beschichtungen erlauben eine Schweißverbindung von Membranbahnen an Stoßstellen, dichten die ansonsten offene Gewebemaschen­ struktur gegen Feuchte und Luft, versteifen das Gewebe zusätzlich und schützen es gegen äußere Einflüsse. Folien besitzen von sich aus ein kontinuierlich wasser- und luftdichtes Materialgefüge. Die am häufigsten verwendeten beschichteten Gewebe sind: • Polyestergewebe mit Beschichtung aus PVC (Polyvinylchlorid). Herkömmliches Membranmaterial für durchschnittliche Anforderungen mit einem guten KostenLeistungsverhältnis, seit den 1950er Jahren im Einsatz. • Glasgewebe mit Beschichtung aus PTFE (Polytetrafluorethylen). Neueres Membranmaterial, seit den 1970er Jahren eingesetzt, für erhöhte Anforderungen an Dauerhaftigkeit und Tragfähigkeit. Daneben werden auch in geringerem Umfang silikonbeschichtete Glasgewebe sowie PTFE-beschichtete PTFEGewebe eingesetzt. Als Gewebewerkstoffe kommen auch Aramidfasern sowie LCP-Polymere (liquid crystal polymer) zur Anwendung. Für Sonnenschutzzwecke oder im Innenausbau kommen auch unbeschichtete oder lediglich imprägnierte Gewebematerialien zum Einsatz. Ferner sind auch Folien in Gebrauch, insbesondere: • Folien aus ETFE (Ethylentetrafluorethylen) – hochtransparente Hochleistungsfolien mit großer Dauerhaftigkeit und guten mechanischen Eigenschaften.

☞ Hinweise zur Tragfähigkeit von Membranwerkstoffen finden sich in Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.3 Zugbeanspruchte Systeme, S. 366 ff.

Daneben stehen auch THV- und PVC-Folien zur Auswahl. Es lassen sich ebenfalls Membranmaterialien mit low-eBeschichtung einsetzten. Dabei handelt es sich um Glasgewebe mit Fluorpolymerbeschichtung.

8 Membransysteme

747

3 Membranwerkstoff: ETFE-Film, bedruckte, transparente Hochleistungsfolie (Herst.: Toray, Japan).

4 Membranwerkstoff: Fluorpolymerbeschichtetes Glasgewebe, Lichtdurchlässigkeit 10 % (Herst.: Interglas, Deutschland).

Eigenschaften

Flächengewicht [kg/m2]

5 Membranwerkstoff: PTFE (Teflon) Kunststoffbeschichtetes Polyestergewebe, Lichtdurchlässigkeit 11 % (Herst.: Carl Nolte).

Membranwerkstoff PVC-beschichtetes Polyestergewebe

PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe

siliconbeschichtetes Glasfasergewebe

ETFE-Folie

0,6 – 1,65

0,4 – 1,6

0,4 – 1,6

0,05 – 2,0

124 / 100

107 / 105

Reißfestigkeit Kette/Schuss [kN/m] 115 / 102 Reißfestigkeit längs/quer [N/mm2]

58 / 57 (d = 100 μ)

Regendichtheit

ja

ja

ja

ja

Brennbarkeit (nach DIN 4102)

schwer entflammbar (B1)

nicht brennbar (A2)

nicht brennbar (A2)

schwer entflammbar (B1)

UV-Beständigkeit

gut

sehr gut

sehr gut

sehr gut

Lebensdauer [Jahre]

15 – 20

mehr als 25

mehr als 20

mehr als 25

Lichtdurchlässigkeit [%]

0 – 25

4 – 22

10 – 20

bis 96

Lichtreflexion [%]

50 – 70

65 – 75

50 – 70

bis 60

Selbstreinigungseffekt

gut

sehr gut

in Entwicklung

sehr gut

Faltbarkeit

gut

nicht faltbar

nicht faltbar

nicht faltbar

Bemerkung

Standardmaterial, vielseitig einsetzbar

hochwertiges Standardmaterial, technisch anspruchsvolle Konfektion

Anschmutzverhalten verbesserungsfähig

hochwertiges Standardmaterial mit vergleichbaren Eigenschaften wie Glas oder Acrylglas

6 Übersicht über die wichtigsten Kennwerte und Eigenschaften gängiger Membranmaterialien.1

748

XIII Äußere Hüllen

3. 3. Herstellung

Rohgewebe werden gemäß verschiedenen Webmustern aus endlosen Kettgarnen gewebt, zwischen welche in orthogonaler Richtung die Schussgarne gezogen werden. Dabei steht der Schuss unter geringerer Zugspannung als die Kette, sodass die Schussgarne sich mehr oder weniger locker um die Kettgarne schlingen. Bei Anlegen biaxialer Zugkraft – wie bei Membranen im Endzustand der Fall – erfährt nach Spannen der Schussgarne die Schussrichtung deshalb eine größere Dehnung als die Kettrichtung. Unbeschichtete oder offene Materialien werden ggf. imprägniert und in diesem Zustand weiterverarbeitet. Geschlossene oder beschichtete Werkstoffe werden in weiteren Arbeitsgängen beidseitig mit einer PVC-, PTFE- oder Siliconschicht versehen.

3.1 Formfindung

Wie oben angemerkt, wird die endgültige Form einer Mem­ rane nicht vom Planer unmittelbar durch formal bestimmte b Vorgaben festgelegt und anschließend vom Ausführenden nach Anleitung umgesetzt, sondern die Membrane nimmt ihre Form selbsttätig ein. Die sich ergebende Gleichgewichtsform ist eine Folge der Lagerung und der angreifenden Kräfte. Sie ist stets doppelt gekrümmt und folglich nicht auf der Ebene abwickelbar. Dennoch muss die Membrane aus ebenem Grundmaterial – den Gewebe- oder Folienbahnen – zusammengesetzt werden. Dies wird ermöglicht durch den individuellen Zuschnitt der Ränder der Membranbahnen gemäß einem zu ermittelnden Zuschnittsmuster. Membranen treten in der Baupraxis gelegentlich in eben gespannter Form auf. Dies stellt nur scheinbar einen Widerspruch zur Aussage dar, dass Membranen stets doppelte Krümmung aufweisen. Die Hauptfunktion eben gespannter Membranen ist die eines Witterungsschutzes bzw. einer Abdichtung und nicht die der primären Lastabtragung über größere Spannweiten hinweg. Eben verlegte Membranen können nur verhältnismäßig kleine Flächen überdecken und sind üblicherweise an geeigneten rahmenartigen Unterkonstruktionen befestigt. Sie sind gegen Windbelastung ex­trem empfindlich, neigen zum Flattern und treten deshalb nur an temporären Bauten auf oder dort, wo nur geringe Windlasten zu erwarten sind. Flach angeordnete ebene Membranen sind unter Niederschlag darüber hinaus auch der Gefahr der Wassersackbildung ausgesetzt.

☞ Vgl. Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.3.1 Membran und Seiltragwerk, mechanisch gespannt, punktuell gelagert, insbesondere 2 277 und 278 auf S. 371.

☞ Zum Tragverhalten eben gespannter Membranen vgl. Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.9 Mechanisch vorgespannte Membrane, S. 635 ff, insbesondere 2 238 bis 248.

3.2 Konfektion

Die Folien oder Textilien, die als Grundwerkstoff für Membranen verwendet werden, stehen in Form von ebenen Bahnen mit konstanter, begrenzter Breite für die Weiterverarbeitung zur Verfügung. Die Membrane wird aus einzelnen Bahnen vernäht, verklebt oder verschweißt. Durch die spezifische Zuschnittsgeometrie der Bahnen gelingt es, die nicht ebene und nicht abwickelbare Gleichgewichtsform der Membrane zu schaffen. Es sind radiale wie auch parallele Einteilungen der Membrane möglich. Die Wahl des Zuschnittsmusters hat Auswirkungen auf den Verschnitt

8 Membransysteme

749

wie auch insbesondere auf das endgültige Erscheinungsbild des Bauwerks. Zuschnittsmuster wurden ehemals am physischen Modell ermittelt, heute werden sie mithilfe geeigneter Software berechnet. Da die meisten Membrantextilien in Kett- und Schussrichtung jeweils unterschiedlichen Dehnungen unterworfen sind, d. h. anisotrop sind, müssen die Bahnen in Schussrichtung zur Kompensation ggf. mit entsprechendem Mindermaß geschnitten werden. Des Weiteren werden die nötigen Randeinfassungen und Verankerungen mit geeigneten Anschlussteilen im Werk konfektioniert.

7 Ausgelegte Membrane während der Konfektionierung im Werk. 8 Anfertigen einer Eckverstärung an der Membran.

9 Konfektionerte Membranecke mit Umschlag und integrierten Kederstäben.

10 Schweißvorgang bei der Anfertigung einer Randtasche.

750

4.

4.1

XIII Äußere Hüllen

Bauphysikalische Gesichtspunkte

Membranbauwerke sind Beispiele extremen Leichtbaus mit sehr kleinen Konstruktionsdicken (im Regelfall im Bereich von 1 mm). Als Folge davon zeichnen sich Membranhüllen zwar durch extreme Materialökonomie aus, bieten hingegen nur sehr eingeschränkte Wärmedämmwerte und vernachlässigbare thermische Speichermasse. Dieser Umstand kann dieser Bauweise schwerlich als Makel angelastet werden, da er nur die Kehrseite ihres größten Vorzugs ist, nämlich der außerordentlich großen statischen Effizienz. Diese Eigenart von Membranen hat dessen ungeachtet schwerwiegende Auswirkungen auf das thermische und bauphysikalische Verhalten von Membranbauten, die im Folgenden diskutiert werden sollen. 2 Anders als bei herkömmlichen Tragwerken aus biegesteifem Baumaterial spielen ungedämmte einlagige Membranhüllen beim textilen Bauen eine große Rolle, da sie der eher temporären Nutzung vieler Membranbauten nicht hinderlich sind. Anders als bei herkömmlichen Hüllen, sollen deshalb in diesem Kapitel auch ungedämmte Aufbauten in die Betrachtung mit einbezogen werden.

Innenklima und Lüftung

Dünne Membranlagen ohne zusätzliche Wärmedämmung sind an ihren Oberflächen, innen- wie außenseitig, starken Temperaturschwankungen unterworfen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hüllen, bei denen die Wärmeleitung durch den Wandaufbau den relevantesten Wärmetransportweg darstellt (erfasst im U-Wert), spielen bei einlagigen Membranhüllen die Wärmestrahlung und -konvektion die bedeutendere Rolle. So ist zu erwarten, dass Änderungen der Außentemperatur sich ohne nennenswerte Pufferung auch im Innenraum einstellen. Innentemperaturen können auch die Maxima/Minima über- bzw. unterschreiten, beispielsweise bei direkter Sonneneinstrahlung auf die Membrane oder unter der Wirkung der Kältestrahlung des Nachthimmels. Anders als bei den meisten herkömmlichen Gebäuden, stellt sich in den zumeist großen und hohen Innenräumen von Membranbauten eine starke vertikale Temperaturschichtung ein und, als Folge davon, starke Luftumwälzungen, welche durch die glatten und gleichmäßig gekrümmten Hülloberflächen begünstigt werden. Als planerische Maßnahmen, um diese klimatisch wirksamen Erscheinungen unter Kontrolle zu halten, bietet sich Sektorenbildung zur Konvektionsabschottung mittels zusätzlicher untergehängter Membranbahnen an sowie auch eine Aktivierung von Speichermassen im Fußboden oder in Einbauten. Zusätzlich kommt auch eine gezielte Lüftung infrage, entweder auf natürlichem Weg durch witterungsangepasste Steuerung der Öffnungen oder mittels geeigneter Lüftungsanlagen, ggf. mit Heiz- oder Kühlfunktion. Eine deutliche Verbesserung des thermischen Verhaltens bieten mehrlagige Membranaufbauten mit Wärmedämmung wie weiter unten behandelt, wenngleich sie heute noch verhältnismäßig selten umgesetzt werden.

☞ Abschn. 5.2.2, S. 756 f

8 Membransysteme

751

Dem Nachteil geringer Wärmedämmung und Speichermasse steht der nicht zu vernachlässigende Vorzug der Transluzenz der meisten Membranwerkstoffe gegenüber. Übliche Materialien wie PVC/Polyester reflektieren rund 75 % des Sonnenlichts, absorbieren 15 % und sind für 10 % durchlässig. Gemeinhin genügt diese Durchlässigkeit, um eine physiologisch günstige und sehr angenehme diffuse natürliche Belichtung der Innenräume zu gewährleisten. Darüber hinaus sind hierdurch auch Energiegewinne zu erzielen, welche die ungünstigen Dämmwerte von Membranen in der Winterperiode, zumindest teilweise, wettmachen können. Dies beruht – wie auch bei verglasten Hüllflächen – auf dem Treibhauseffekt infolge der geringen Durchlässigkeit der Membranwerkstoffe gegenüber langwelliger Wärmestrahlung von innen. Zum Zweck der passiven Solarenergienutzung sind wiederum thermische Speichermassen erforderlich, die nicht von der Membrankonstruktion bereitgestellt werden können. Während der Sommerperiode wirkt sich die Transluzenz thermisch naturgemäß eher ungünstig aus. Wärmeüberschüsse müssen durch geeignete Lüftung abgeführt werden.

Belichtung und Energiegewinne

4.2

Eine weitere Folge der sehr geringen Wärmedämmwerte von einlagigen Membranhüllen ist die Gefahr der Kondensatbildung bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur auf der Membranoberfläche. Diese Gefahr ist besonders groß während kalter Nächte unter dem Einfluss strahlungsbedingter Abkühlung der Außenfläche, die sich aufgrund extrem kleiner Materialdicken unmittelbar auf die Innenfläche überträgt. Dort kann es dann zur Entstehung eines Feuchtefilms und zu Tropfenbildung kommen, die sich im Innenraum unangenehm bemerkbar macht. Die hydrophobe Materialcharakteristik der Membranwerkstoffe unterstützt diesen Effekt, da – anders als beispielsweise bei mineralischen Werkstoffen – keinerlei Feuchte im Material zwischengespeichert werden kann. Dieses typischerweise in den frühen Morgenstunden auftretende Tauwasser verdunstet indessen tagsüber zumeist unter der Wirkung der Sonnenstrahlung. Zweilagige Membranen mit dazwischenliegender Luftschicht verbessern die thermohygrischen Verhältnisse, da eventuell an der Innenseite der äußeren Haut anfallendes Kondensat von der inneren Haut abgefangen werden und auf ihr abfließen kann. Ferner kann der Luftpuffer zwischen den Membranlagen auch die Dämmfähigkeit des Hüllenaufbaus verbessern, sofern es sich um eine weitgehend stehende Luftschicht handelt. Ist sie hingegen belüftet, so kann Feuchte zusätzlich durch Verdunstung und Luftbewegung aus der Konstruktion entweichen. Mehrlagige Membranen mit wärmedämmender Füllung sind, analog zu herkömmlichen Außenhüllen, daraufhin zu überprüfen, ob im Innern des Aufbaus ggf. Kondensat

Kondensation

4.3

752

XIII Äußere Hüllen

entstehen kann, das die Dämmfähigkeit herabsetzt und zu Verfärbungen und Trübungen der Membranhülle führen kann. Maßgeblich hierfür sind die Diffusionsfähigkeit der beteiligten Werkstoffe sowie die Dichtheit der Bahnenstöße. 4.4 Schallschutz ☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 7. Membransysteme, S. 169 ff





Das bauakustische Verhalten von Membranen ist – analog zum thermischen – stark von der extremen Leichtigkeit dieser Bauweise bestimmt. Schalldämmung durch Einsatz von Masse, wie sie bei herkömmlichen Bauweisen oftmals auftritt, ist bei Membranbauten folglich nahezu von vornherein ausgeschlossen. Einlagige Membran­hüllen zeigen geringe Schalldämmwerte im Bereich zwischen 5 und 10 dB, wobei die Vorspannung eine nur geringe Rolle spielt. Nach neueren Forschungsarbeiten lässt sich der Schallschutz einlagiger Membranen durch punktuelles Anbringen kleiner Gewichte um rund 5 bis 11 dB verbessern, insbesondere im Bereich niedriger Frequenzen. 3 Deutliche Verbesserungen des Schallschutzes lassen sich hingegen bei Ausnutzung des Masse-Feder-Prinzips erzielen, also bei zwei- oder mehrlagigen Aufbauten. Mit ihnen lassen sich bei Frequenzen oberhalb der Doppelwandresonanz wesentlich höhere Schalldämmwerte erzielen als mit einlagigen Aufbauten gleicher Gesamtmasse.4 Einen wesentlichen Einfluss auf die erzielbaren Dämmwerte haben • die Ausführung der seitlichen Abschlüsse des Hohlraums, in dem keine unerwünschte Schalltransmission stattfinden sollte; die Abschlüsse sind mit einer etwaigen Belüftungsfunktion im Aufbau sorgfältig abzustimmen;



• die Hohlraumdämpfung, die eine deutliche Verbesserung der Schalldämmung zur Folge hat. Diese Aufgabe kann eine integrierte Dämmschicht mit adäquater dynamischer Steifigkeit übernehmen. Auch mikroperforierte Folien können die Funktion des Absorbers im Hohlraum erfüllen.5



Noch bessere Dämmwerte lassen sich durch pneumatische Konstruktionen erzielen.6



4.5 Raumakustik



Das raumakustische Verhalten von Membranhüllen gilt ebenfalls als nicht unproblematisch. Erschwerend wirkt sich in den meisten Fällen die hinsichtlich raumakustischer Wirkung schwer beeinflussbare und schwer einschätzbare Gesamtgeometrie der Hüllflächen aus, sodass oftmals störende Schallreflexionen stattfinden. Membranmaterialien haben eine nur sehr begrenzte akustische Absorptionsfähigkeit und wirken sich eher negativ auf die zumeist unzulängliche Raumakustik aus. Hier zeigen zweilagige Membranaufbauten wiederum positive Auswirkungen, wobei gün­stige Membranflächengewichte und Hohlraumdicken offensichtlich im Widerspruch zu bauakustischen Zielsetzungen stehen.7 Es bieten sich auch kompensierende Maßnahmen wie unterge-

8 Membransysteme

753

hängte Absorberpaneele oder schallschluckende Fußböden und Raumausstattung an. Die meisten gängigen Membranwerkstoffe sind als schwerentflammbar (B1) oder als nichtbrennbar (A) einzustufen (2 6). Die systembedingt außerordentlich kleinen Materialdicken erlauben indessen keine wirksame Brandabschottung, sodass unter direkter Brandeinwirkung davon auszugehen ist, dass Membranmaterialien rasch aufschmelzen. Dies kann indessen einer schnellen Abführung von Rauchgasen förderlich sein. Heiße Brandgase sammeln sich in den Hochpunkten von Membranbauten, wo sie entweder durch vorhandene Entlüftungsöffnungen entweichen oder sich selbsttätig Öffnungen in die Membranhaut brennen. Dieser Effekt hält die ebenerdigen Fluchtwege weitgehend frei von Rauchgasen. Ohne kontinuierliche Brandeinwirkung kommen lokale Brandstellen in Membranwerkstoffen zu einem baldigen Stillstand.8 Bei drohenden Personenschäden, wie insbesondere bei Versammlungsstätten, sind Werkstoffe einzusetzten, bei denen brennendes Abtropfen von schmelzendem Material ausgeschlossen ist. Günstig verhalten sich diesbezüglich PTFE-beschichtete Glasfasergewebe sowie ETFE-Folien. PVC-Materialien lassen sich mit geeigneten Zusätzen herstellen, die ein brennendes Abtropfen verhindern. Tragende Membranen lassen sich zur Verbesserung des Brandverhaltens erforderlichenfalls innenseitig mit einer untergehängten Membranlage aus nichtbrennbarem Material ergänzen. Der zweilagige Aufbau bietet auch in thermischer wie akustischer Hinsicht deutliche Vorteile.

12 (Unten rechts) Aufbau und akustische Eigenschaften von zweischaligen Konstruktionen aus zwei Membranen. Die Frequenz fR kennzeichnet die Doppelschalenresonanz der Anordnung.9

0,4

0,2

1,5

0,9

0,4

0,7

0,2

1,9

1582

927

2143

1350

Flächenmasse in kg/m2 Rohdichte in kg/m3

0,1

1,6

1160

2600

Zugfestigkeit in N/mm2

9

43

19

25

169

99

279

109

187

2110

668

2368

1305

38

633

154

18

10

6

19

15

Flächenmase in kg/m2

Konstruktion

1,0

akustische Eigenschaften

0,1

1

2

3

4

5

6

7

1,1

1,4

1,6

1,6

1,6

0,2

0,2

1,1

1,4

1,6

1,4

0,2

0,2

0,2

100

0

100

100

100

100

100

Schale 1

Schale 2

Schalenabstand in mm Hohlraumbedämpfung

ohne ohne ohne ohne ohne ohne mit*

Resonanzfrequenz fR 230 230 in Hz Schale 1 16 16

bew. Schalldämm-Maß in dB

Messgröße

Dicke

Elastizitätsmodul 6 in N/mm2 Koinzidenzgrenzfrequenz 324 in kHz bewertetes Schalldämm2 Maß in dB

11 (Unten links) Schalldämmung und akustische Materialeigenschaften von Folien und Membranen. Statistische Auswertung von Messungen an 8 Folien und 15 Membranen mit Angabe der Minimal-, Maximal- und Mittelwerte.9

Aufbau Nr. Mittelwert

Maximum

Minimum

Mittelwert

Membranen Maximum

statistische Größe

Minimum

Folien

4.6

Brandschutz

210 220 420 560 560

18

18

18

6

6

Schale 2

Doppelschale

16

16

18

16

6

6

6

17

17

23

18

18

8

10

* 20 mm dicke Fasermatte mit einer Flächenmasse von 0,6 kg/m2

754

XIII Äußere Hüllen

5. Membranaufbauten

Grundlegende Aspekte zu Membranaufbauten werden in Kapitel VIII diskutiert. Im Folgenden sollen weitere Detailfragen im Zusammenhang mit Hüllenaufbauten von Membranbauwerken erörtert werden.

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 7. Membransysteme, S. 169 ff

5.1 Einlagige Membranen

5.2

Mehrlagige Membranen

Einlagige Membranen stellen den Regelfall des Membranbaus dar und kommen bei temporar genutzten Bauten oder bei nicht umschlossenen Überdachungen zum Einsatz. Die dünne Membran­haut hat sämtliche Teilfunktionen bei minimaler Dicke zu erfüllen und stellt in dieser Hinsicht einen notwendigen, insgesamt aber verhältnismäßig guten Kompromiss zwischen stark divergierenden Zielsetzungen der Kraftleitung und zahlreicher bauphysikalischer Anforderungen dar. Bei nur mäßigen Anforderungen an das Innenklima – wie es bei vielen temporären Bauwerken der Fall ist – lässt sich dieser Kompromiss sogar als hervorragend bezeichnen. Deutliche Verbesserungen des Innenklimas lassen sich durch mehrlagige Hüllenaufbauten erzielen. Ausführbar sind: • mehrlagige Membranen, alternativ mit belüfteter (2 14) oder nicht belüfteter Luftschicht (2 13); • mehrlagige Membranen mit wärmedämmender Füllung (2 15); • mehrlagige Membranen mit wärmedämmender Füllung und belüfteter Luftschicht (2 16). Mehrlagige Membranaufbauten bestehen bei mechanisch vorgespannten Konstruktionen nahezu durchweg aus zwei Lagen, wobei die äußere Membrane tragende und dichtende Funktion hat, die innere von dieser in geeignetem Abstand abgehängt ist und in erster Linie raumumgrenzende und bauphysikalische Aufgaben erfüllt. Die Innenhaut kann aus entsprechend leichteren Membranfabrikaten hergestellt sein. Sie ist folglich auch nicht notwendigerweise in den Anschlüssen der tragenden Hauptmembrane mit eingebunden, sondern lässt sich konstruktiv separat anschließen. Pneumatisch vorgespannte Membranen kann man auch mehr als zweilagig ausführen. Häufig werden drei Lagen realisiert: zwei synklastisch gekrümmte Außenhäute und eine weitgehend ebene Zwischenlage.

5.2.1

Ohne Wärmedämmung

Der Aufbau aus zwei Membranhäuten und dazwischen eingeschlossener Luftschicht (2 13, 14) kann folgende Verbesserungen zur Folge haben: • Schaffung eines Luftpuffers zur Verbesserung des Wärmedurchgangswiderstands des Hüllpakets. Dies setzt eine weitgehend stehende – nicht belüftete und entsprechend nicht zu dicke – Luftschicht voraus.

8 Membransysteme

755

1

1

2

2

13 Hüllenaufbau mit zweilagiger Membrane und Luftschicht.

3

1

4

1

14 Hüllenaufbau mit zweilagiger Membrane und belüfteter Luftschicht.

15 Hüllenaufbau mit zweilagiger Membrane und dazwischen angeordneter Wärmedämmschicht. 16 Hüllenaufbau mit zweilagiger Membrane, Wärmedämm- und belüfteter Luftschicht.

2

5 2

5

4

17 Zweilagige Membrane mit erhöhter Wärmedämmung als Überdeckung eines ganzjährig nutzbaren Aufenthaltsbereichs (Reha-Klinik Masser).

1 tragende Membrane 2 abgehängte Membrane 3 Luftschicht, nicht belüftet 4 Luftschicht, belüftet 5 Wärmedämmung

18 Zweilagiger Membranenaufbau mit Belüftung des Zwischenraums.

756

XIII Äußere Hüllen

• Abführung überschüssiger Wärme bei direkter Sonneneinstrahlung auf die äußere Haut durch Thermik. Dies erfordert Be- und Entlüftungsöffnungen der Luftschicht, jeweils am unteren und oberen Ende. Der im Vergleich zum konvektiven Wärmetransport wesentlich wichtigere Strahlungsaustausch zwischen beiden Häuten ist von dieser Maßnahme indessen nicht betroffen. Zur Verringerung des Strahlungsanteils ist die Emissivität der Membranoberflächen für langwellige Wärmestrahlung zu verringern, beispielsweise durch low-e-Beschichtungen (lowemissivity coatings). Die Durchlüftung des Zwischenraums erlaubt auch, ggf. ent­standenes Kondenswasser abzuführen, bzw. dieses auf der inne­ren Haut abfließen zu lassen. Es ist darauf zu achten, dass dieses Wasser sich nicht in Säcken sammeln kann, sondern kontrolliert abgeführt wird. Die Funktionen der thermischen Pufferung und der Wärme- und Feuchteabführung lassen sich durch Regelung der Belüftung des Zwischenraums nach Bedarf steuern. • Herabsetzung der Transluzenz und damit des Gesamtenergiedurchlassgrads der Hülle, insbesondere für den sommerlichen Wärmeschutz. • Verbesserung der raum- und bauakustischen Qualität des Membranaufbaus durch Erhöhung der Schallabsorption und Schaffung eines schwingenden Masse-FederSystems. • Verbesserung des Brandschutzes der Hauptmembrane.

5.2.2

Mit Wärmedämmung

Als wärmedämmende Füllungen zwischen zwei Membranlagen (2 15, 16) kommen Schaumstoffe, fasrige Dämmstoffe, Granulate (z. B. transluzente Aerogele), Luft-Noppenfolien sowie auch transparente Wärmedämmung (TWD), beispielsweise in Form von Röhrchenmatten aus Polycarbonat, infrage. Wärmedämmschichten werden vorzugsweise von der tragenden Außenmembran abgehängt und getrennt montiert oder auf der Innenmembran aufgelegt. Diese Arbeitsgänge dürfen nicht mit der zumeist heiklen Montage des Haupttragwerks in Konflikt geraten. Folgende Gesichtspunkte verdienen besondere Beachtung: • Die Schichtung der Dampfdiffusionswiderstände in den einzelnen Lagen muss so gestaltet werden, dass Kondensation im Innern des Aufbaus unschädlich ist. Dies betrifft in erster Linie die inneren Schichten, die möglichst diffusionsdicht auszuführen sind. Weist das Membranmaterial der inneren Haut keinen ausreichenden Dampfdiffusionswiderstand auf, muss ggf. eine Dampfsperrfolie zwischen dieser und der Wärmedämmschicht eingeführt werden. Dies kann zu einer deutlichen Verringerung der

8 Membransysteme

757

Transluzenz des Aufbaus führen. • Membranwerkstoffe sind transluzent und lassen die Struktur der Wärmedämmschicht unter Umständen visuell in Erscheinung treten. Erforderlichenfalls sind Bahnenstöße von Dämmmatten auf den Bahnenzuschnitt der Membranen abzustimmen. Dämmstoffe können die Transluzenz des Aufbaus deutlich herabsetzten. Zur Kompensation lassen sich entsprechend lichtdurchlässigere Membran­ werkstoffe wählen – z. B. silikonbeschichtete Glasfaser, PTFE-beschichtetes PTFE-Gewebe oder ETFE-Folien. • Aufgrund der starken Temperaturschwankungen im Nahbereich der Außenmembrane sowie infolge des nahezu vollständigen Fehlens von Speichermasse ist ggf. mit starken thermischen Spannungen in den äußeren Schichten des Dämmpakets zu rechnen. • Da tragende äußere Membranhäute gemeinhin einen großen Diffusionswiderstand aufweisen und ggf. in der Kernschicht anfallende Feuchte folglich nicht durch sie hindurch ausdiffundieren kann, werden wärmegedämmte Aufbauten vorzugsweise mit einer zwischen Dämmschicht und äußerer Membrane angeordneten belüfteten Luftschicht ausgeführt.

19 (Oben) Befestigungspunkte für die Wärmedämmung an der Hauptmembrane. (Unten) Haltebügel für die Befestigung der Wärmedämmplatten, mit Membranstreifen an der Hauptmembrane verbunden.

20 Anbringen der Wärmedämmung an der Unterseite der Hauptmembrane mithilfe von Tellerankern (Arch.: SL-Rasch).

758

XIII Äußere Hüllen

6. Anschlüsse

Membranbauten sind hinsichtlich der Anzahl der konstruktiv zu lösenden Anschlüsse im Vergleich zu den meisten herkömmlichen Bauwerken verhältnismäßig einfach, insbesondere was Montageverbindungen angeht. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass gemeinhin große zusammenhängende Flächen im Werk unter günstigen Arbeitsbedingungen vorgefertigt werden können und sich Montagearbeiten auf ein Minimum reduzieren lassen. Diese Aussage darf nicht dazu verleiten, die Schwierigkeiten des Membranbaus insgesamt zu unterschätzen. Sie sind jedoch auf anderen Feldern angesiedelt als beim herkömmlichen Bauen. Besonders hinzuweisen ist auf die Tatsache, dass Membranbauten grundsätzlich nichtebene und nichtorthogonale Geometrien aufweisen. Anschlüsse sind dementsprechend sorgfältig auf die Lage und Winkel anschließender Membranflächen abzustimmen. Insbesondere starre Anschlusselemente wie Stahlplatten und dergleichen sind exakt der Membranfläche folgend zu fertigen bzw. auf ein Minimum zu reduzieren. Membranbauten zählen zu den beweglichen Tragwerken, weshalb an den Anschlüssen mit größeren Formänderungen infolge wechselnder Lastzustände zu rechnen ist. Verbindungen müssen infolgedessen die auftretenden Verschiebungen und Verdrehungen aufnehmen können. Im Zusammenhang unserer Betrachtung sollen die wichtigsten Regelanschlüsse in exemplarischen Standardausführungen diskutiert werden.

6.1 Bahnenstöße

Folgende Ausführungen von Bahnenstößen sind im Membranbau gebräuchlich: • Genähte Stöße – vorwiegend bei unbeschichteten Geweben. Auch grundsätzlich schweißbare beschichtete Gewebe werden bei geringen Anforderungen an Nahtfestigkeit und Wasserdichtheit gelegentlich genäht. Dichtheit lässt sich nur durch zusätzliches Beschichten der Naht gewährleisten (2 21, 22); • Geschweißte Stöße – stellen den gegenwärtigen Standard bei beschichteten Geweben dar. Sie sind als wasserdicht zu betrachten. Sie werden durch einfaches Überlappen der Bahnenenden hergestellt. Hochfrequenzschweißen eignet sich für PVC-beschichtetes Polyestergewebe, Temperaturschweißen für PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe. Miteinander verschweißt werden die Beschichtungen, nicht die Gewebe selbst (2 23, 24). • Geklebte Stöße – diese Technik ist auf Sonderanwendungen beschränkt, bei denen alternative Methoden nicht einsetzbar sind, beispielsweise auf bestimmte Reparaturarbeiten.

8 Membransysteme

759

21 Beispiel eines genähten Stoßes von Mem­branen. 22 Foto eines genähten Stoßes.

23 Ausführungen geschweißter Stöße von Membranen. 24 Foto eines geschweißten Stoßes.

25 Konfektionierter Membranrand mit Keder. 26 Konfektionierte Membranecke mit Keder und Wulste zur Regenwasserleitung.

760

XIII Äußere Hüllen

Nähte, Klebungen und Schweißungen sind vorwiegend Werksverbindungen. Daneben existieren auch Montageverbindungen: • Verseilte Stöße – durch Verseilen der anstoßenden Bahnenenden durch eingearbeitete Ösenöffnungen hindurch; • Geklemmte Stöße – Klemmen mithilfe zweier verschraubter Flachprofile (2 27). Es sind zwei Ausführungen möglich:

27 Geklemmter Stoß zweier Membranen. Unter der Schutzabdeckung sind die Klemmleisten erkennbar.

•• mit überlappenden Membranenden – die Halterung der Mem­brane erfolgt weder durch Reibschluss noch durch die Schraubenlöcher in der Membrane; zu diesem Zweck werden die Löcher mit ausreichendem Übermaß geschnitten, stattdessen ist das überstehende Membranende um einen Kederstab geschlungen; dieser wird infolge der Zugkraft auf der Membrane gegen die Seitenfläche des Klemmprofils gedrückt (2 28); •• ohne Überlappung der Membranenden – Ausführung analog zu oben, jedoch Kederstäbe in Nuten im Profil gehalten; dadurch keine Notwendigkeit, die Membrane zu perforieren (2 29). Klemmplattenstöße lassen sich auch einseitig auf anschließenden starren Bauteilen realisieren (2 30).

6.2 Ränder

6.2.1

Frei spannende Ränder

Membranränder können frei zwischen Verankerungspunkten spannen oder an starren umgrenzenden Bauteilen angeschlossen werden.  Girlandenförmige, frei spannende Ränder werden im Membranbau an linearen Seitenbegrenzungen von Membranfeldern zwischen punktuellen Verankerungen sowie auch ggf. in schlaufen- oder rosettenförmigen Hoch- oder Tiefpunkten innerhalb eines Membranfelds ausgeführt. Sie werden grundsätzlich in drei Varianten konstruiert: • Integriertes Randseil in umgeschlagenem Membranrand (in Membrantasche eingezogen) (2 35). Das Seil übernimmt die Normalzugkräfte aus der Membrane, zusätzlich entstehen aus dem biaxialen Zug der Membrane entlang des Seils ausgerichtete Tangentialkräfte, die zu einem Gleiten der Tasche am Seil führen können. Diese müssen ab einer gewissen Kraftgröße gesondert in den Punktlagerungen verankert werden. • Freies Randseil außerhalb des Membranrands mit punktuellen Halterungen der Membrane (2 36).

8 Membransysteme

KS

M2

761

KP

M1

KP KS

KP

M2

KS

KS

28 Klemmplattenstoß zweier Membranen mit Keder. Perforierung der Membrane zum Durchführen des Bolzens. Übermaß im Loch erforderlich.

M1

29 Beispiel eines Klemmplattenstoßes mit Halterung der Kederstäbe in Nuten des Klemmprofils. Keine Perforierung der Membrane nötig.

KP

M Membrane KS Kederstab KP Klemmplatte

1

2 3 5

31 Zwei benachbarte Klemmplattenränder an einem Kehlseil.

z x

30 Einseitiger Klemmplattenstoß an einer linearen festen Halterung der Membrane.

1

6

2

3

4

z

RG

M

y

32 (Oben) Starrer linearer Anschluss einer Membrane an massive Bauteile.

34 Girlande

33 Detail eines in die Membrane eingenähten Gurts; RG Randgurt, M Membrane.

1 Membrane 2 Klemmplatte 3 Kederstab 4 Verwahrungsblech 5 Rinne 6 Membranlappen zur Abdeckung

762

XIII Äußere Hüllen

• In die Membrane eingenähte oder -geschweißte Bänder oder Gurte (2 34). 6.2.2

Starr gehaltene Ränder

Lineare Befestigungen an starren Bauteilen können an Randbegrenzungen von Membranfeldern auftreten wie auch an innerhalb eines Membranfelds angeordneten Hoch- und Tiefpunkten, die als starre Fassungen ausgebildet sind, wie beispielsweise in Form von Ringen. Einige Ausführungsvarianten: • Rohr in Membrantasche – ein steifes Rohr wird in eine Membran­tasche eingezogen (2 37). Es gelten die gleichen Bedingungen wie beim Randseil. Für PVC-beschichtetes Polyestergewebe geeignet. • Verseilung in Randprofil – die Verseilung wird durch Ösen am Membranrand geführt (2 38). Die dreieckförmige Verseilung ist imstande, Normal- und Tangentialkräfte am Membranrand zu übertragen. Für PVC-beschichtetes Polyestergewebe geeignet. • Geklemmter Rand – Ausführung analog zum geklemmten Bahnenstoß, mit einseitigem Klemmprofil und Keder (2 30). Geeignet für PVC-beschichtetes Polyestergewebe und PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe.

6.3

Punktuelle Verankerungen

6.4 Membranverstärkungen

Die punktuelle Lagerung von Membranen in Form von Zwickeln ist eine charakteristische konstruktive Lösung des Membranbaus. An ihr wird entweder ein durchgehendes Randseil umgelenkt oder die Randseile von zwei zusammenstoßenden Randgirlanden zusammengeführt und verankert. Dabei sind sowohl die Kräfte aus dem Randseil wie auch die Tangentialkräfte in der Membrane aufzunehmen (2 43). Dies muss an starren Anschlussteilen im richtigen Angriffswinkel erfolgen, um Exzentrizitäten und Spannungsspitzen zu vermeiden. Die Verankerungen müssen nachjustierbar sein. Es sind Ausführungen mit um die Ankerplatte herum frei ausgeschnittener Membran möglich (2 39). Dabei werden die Tangentialkräfte entlang der Randseile mit gesonderten Gurten verankert, die auf die Membranfläche geschweißt sind. Ebenfalls kann die Membrane am Rand der Ankerplatte linear geklemmt sein (2 45–48). Die Randseile können entweder durchgehend ausgebildet sein (2 39–41) oder alternativ beidseits der Ankerplatte in Rohrhülsen verankert werden (2 43). Bei der ersten Lösung wird die Mem­brane beispielsweise ohne Ausschnitt zwischen zwei ovalförmigen Klemmplatten gehalten (2 39, 41) oder auch ausgeschnitten und an der sattelförmigen Eckplatte befestigt (2 40). Bei punktuellen Membranverankerungen treten Spannungskonzentrationen auf, die manchmal die Zugfestigkeit des Membranwerkstoffs übersteigen. In diesen Fällen lässt

8 Membransysteme

763

RS

M

RS

KL

KS KP M

35 Randseil in Membrantasche. 36 Detail eines freien Randseils mit punktuellen Klammerhalterungen. M Membrane RS Randseil KL Klammer KS Kederstab KP Klemmplatte

HB

RR MÖ

M

H

VS

KS

Ö

M

37 Detail eines Randrohrs in einer Membrantasche. RP

38 Verseilung einer Membrane mit einem Randprofil. M Membrane RR Randrohr RP Randprofil KS Kederstab MÖ Membranöffnung Ö Öse VS Verseilung H Haken HB Haltebügel

KP

RS

39 Membranzwickel: durchgehende Randseile zwischen ovalförmigen Klemmplatten.

R

KP Klemmplatte, ausgerundet für Seilumlenkung RS Randseil R Rohr 40 Membranzwickel analog zu 2 39 (Arch.: SL-Rasch).

764

XIII Äußere Hüllen

41 Membranzwickel, an der Ankerplatte punktuell geklemmte Membrane.

M M

M Membrane KP Klemmplatte, ausgerundet für Seilumlenkung RS Randseil RG Randgurt HB Haltebügel R Rohr tP Tangente an die Girlande im Punkt P AP Anker- oder Eckplatte

KP

RS RG RS

R HB

42 Membranzwickel, Standardausführung, frei ausgeschnittene Membrane, Tangentialkräfte mit zusätzlichen Randgurten RG verankert. 43 Verteilung von Normal- und Tangentialkräften am Randseil einer Girlande. Der reguläre biaxiale Spannungszustand (Zx, Zy) steht in der Membrane am Punkt A mit den äußeren Lasten im Gleichgewicht. Die Zugkräfte Zx und Zy ergeben die Resultierende R. Sie gliedert sich in jedem Punkt P des Randseils RS auf in eine normale Komponente Fq, die durch das Seil aufgenommen wird, und eine tangentiale Komponente F t. Die zugehörige Reaktionskraft Rt ist durch Reibung in der Seiltasche nicht aufnehmbar, sondern muss durch einen gesonderten Zuggurt RG übertragen werden, oder alternativ durch direkte Verknüpfung der Membran an der Eckplatte EP.

Zy R Z’x

Zx

tP

A Z’y

R

Fq P Ft

RG

Rt Rq

q t

RS EP

Ry

y x

44 Membranzwickel, Standardausführung, frei ausgeschnittene Membrane, Tangentialkräfte mit zusätzlichen Randgurten RG verankert.

45 Membranzwickel: Randseile in Rohrhülsen verankert, Membrane mittels Klemmplatten linear an der Ankerplatte befestigt. 46 Membranzwickel, Ausführung analog zur Abbildung links. Über die Eckplatte ist eine Regenrinne hinweggeführt.

AP

R

8 Membransysteme

765

1

☞ A-A

B

8

B-

11

☞

11

10 8 9 2

3

9 47 Membranzwickel: Es werden Randseile (4) wie auch Gratseile (3) und ein Kehlseil (2) an der Eckplatte (5) verankert (Arch.: SL-Rasch).

5

14 5

13 12

A-A

y x

B-B

7

8 9 10

4

1

3

15

6

11

15

14

M 1:20 0

100

200 mm

1 Membran 2 Kehlseil 3 Gratseil 4 Randseil 5 Eckplatte 6 Rohrhülse 7 Pressfitting mit Gewinde 8 Kederstab 9 Klemmplatte 10 Haltebügel aus Stahl 11 Schweißsaum der Membrantasche um das Gratseil 12 Mutter und Sicherungsmutter 13 flache Unterlagscheibe 14 Gewindestange 15 Sackloch mit Gewinde

48 Membranzwickel, während der Montage: Ausführung analog zu 2 47 (Arch.: SL-Rasch).

766

XIII Äußere Hüllen

sich die Membranhaut durch Aufbringen von verstärkenden zusätzlichen Lagen (2 50) oder durch lokales Einfügen von zugfesterem Material (2 51) zur Aufnahme der Spannungen ertüchtigen. Eine kontinuierliche Einleitung der Kräfte in das Membranfeld wird durch spitz zulaufenden Zuschnitt in Richtung der Membranbahnen begünstigt. Es entstehen oftmals sternförmige Muster an den Punkthalterungen (2 52). 6.5

Außenwandanschlüsse innerhalb von Membranfeldern

 Anschlüsse zwischen starren Umfassungen und Membranen mit freispannenden Girlandenrändern erfolgen im Membranfeld und sind notwendigerweise beweglich aus-zuführen. Die Bewegungen der Membrane unter wechselnden Lasten dürfen von den starren anschließenden Bauteilen nicht behindert werden. Zu diesem Zweck lassen sich werkseitig Lappen an der Membrane anbringen und vor Ort an die Außenwand anschließen. Zur Verbesserung der Wärmedämmung kann man sie doppellagig (2 53), bei Bedarf auch wärmegedämmt ausführen (2 49). Es sind auch pneumatisch gespannte Schläuche in Anwendung (2 54).

6.6

Abführung von Regenwasser

Herkömmliche Rinnenausführungen sind für Membranen nicht geeignet. Stattdessen wird das Niederschlagswasser an Membranrändern durch geeignete Aufkantungen oder aufgesetzte Führungen auf der Membranfläche zu den punktuellen Verankerungen oder sonstigen singulären Punkten geleitet, dort gesammelt und abgeführt (2 56).

5

4

1

49 Beweglicher Anschluss einer Membrane an eine nicht bewegliche Außenwand mithilfe eines Dämmstreifens (Arch.: SL-Rasch). 1 Hauptmembran 2 Membrananschlussstreifen für Fassade 3 Innenmembran, unterge hängt 4 Mineralfaser-Wärmedäm mung d = 12 cm, 3 x 4 cm 5 Dampfsperre 6 Fassade 7 Druckstrebe 8 Ausleger 9 Konsole 10 Ankerplatte für Membran

10

7 3

2

8

9 6 M 1:50

z

0 100

x

500 mm

8 Membransysteme

767

50 Verstärkung der Membrane durch zusätzliche Lagen oder Borte.

51 Verstärkung der Membrane durch lokales Einfügen von zugfesterem Material.

52 Sternförmiges Bortenmuster.

53 Beweglicher Anschluss einer innenliegenden Membrane an einer festen Außenwand (Arch.: J. L. Moro).

1

1 Hauptmembrane, ETFE doppellagig 2 zweischaliges Übergangselement aus Polycarbonat, an der Sprosse 6 befestigt 3 alte Fassade mit Stahlsprossung und Einfachverglasung 4 neue Inennfassade mit Holzsprossung und Isolierverglasung 5 Schwert zur Membranbefestigung 6 Holzsprosse 7 Luftpuffer 8 Öse 9 Membranlappen, auf Hauptmembrane 1 auf­geschweißt

9 7

3 2 6

8

z

4

5

x

54 Beweglicher Anschluss einer Membrane an eine feste Außenwand, mit überlappenden Acrylglasscheiben.

55 Beispiel für eine Führung (4) auf einer Membrane zur Wasserableitung. 1

3

30

4

30

6 8

115 60

16 2

5

z x

7

9

10

1 Hauptmembran 2 Anschlusslappen für Fassade 3 aufgeschweißter Membranstreifen 4 Wulst zur Regenwasserleitung aus Schaumstoffschlauch Ø 40 mm 5 Hauptmembranumschlag, ver schweißt 6 Klemmplatte aus Aluminium 7 Schutzlage aus PVC 8 Kederstab, Ø 10 mm 9 Haltebügel aus Stahl 10 Randseil 56 Regenschläuche zur Abführung des Niederschlagswassers.

768

XIII Äußere Hüllen

Anmerkungen

1

2

3 4

5 6

7 8 9

Normen und Richtlinien

Nach Koch K M (Hg) (2004) Bauen mit Membranen – Der innovative Werkstoff in der Architektur und Forster B, Mollaert M (Hg) (2004) European Design Guide for Tensile Surface Structures Der Text des folgenden Abschnitts 4 orientiert sich im Wesentlichen an Forster B, Mollaert M (Hg) (2004), Kap. 4: Chilton J, Blum R, Devulder T, Rutherford P Internal Environment Forster B, Mollaert M (Hg) (2004), S. 134 f Maysenhölder W (2006) Zur Prognose der Schalldämmung zweischaliger Membrankonstruktionen, in Bauphysik 28 (2006), Heft 5 (S. 289–296), S. 291 Ebda. S. 295 Mehra S R (2001) Aufblasbare Schallschirme, IBP-Mitteilung 386, Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart; Mehra S R, Weber L (2005) Schalldämmung und Einfügungsdämpfung aufblasbarer Lärmschutzwände, in Zeitschrift Lärmbekämpfung 52, Heft 1, (S. 6–13); Mehra S R, Weber L (2002) Luftschalldämmung und akustische Eigenschaften von Folien und Membranen, in Zeitschrift Lärmbekämpfung 52, Heft 4 (S. 129–136) Forster B, Mollaert M (Hg) (2004), S. 136 f Ebda. S. 138 f Mehra S R, Weber L (2002), S. 130, 132

DIN 18204 Bauteile aus textilen Flächengebilden und Folien Teil 1: 2018-11 Hallen und Zelte Teil 101: 2018-11 Konformitätsnachweis für Hallen und Zelte nach DIN 18204-1 DIN 53363: 2003-10 Prüfung von Kunststoff-Folien – Weiterreißversuch an trapezförmigen Proben mit Einschnitt DIN 53366: 2007-10 Prüfung von Kunststoff-Folien und Kunststoffbahnen – Bestimmung der Blockkraft DIN 53435: 2018-09 Prüfung von Kunststoffen– Biegeversuch und Schlagbiegeversuch an Dynstat- Probekörpern DIN 53504: 2017-03 Prüfung von Kautschuk und Elastomeren – Bestimmung von Reißfestigkeit, Zugfestigkeit, Reißdehnung und Spannungswerten im Zugversuch DIN 53835: 1981-08 Prüfung von Textilien – Prüfung des zugelastischen Verhaltens – Garne und Zwirne aus Elastofasern, mehrmalige Zugbeanspruchung zwischen konstanten Dehngrenzen DIN 60000: 1969-01 Textilien – Grundbegriffe DIN 60001 Textile Faserstoffe Teil 1: 2001-05 Naturfasern und Kurzzeichen Teil 2: 1990-10 Faser- und Herstellungsformen DIN 60900 Garne Teil-1: 1988-07 Technologische Einteilung, Begriffe DIN 61100 Gewebe Teil 2: 1976-01 Technologische Angaben für die Beschreibung DIN 61853 -1 Textilglas – Textilglasmatten für die Kunststoffverstärkung Teil 1: 1987-04 Technische Lieferbedingungen Teil 2; 1987-04 Einteilung, Anwendung DIN 61854 Textilglas – Textilglasmatten für die Kunststoffverstär-

8 Membransysteme

kung Teil 1: 1987-04 Filamentgewebe und Rovinggewebe – Technische Lieferbedingungen Teil 2: 1987-04 Filamentgewebe und Rovinggewebe – Typen DIN EN 1778: 1999-12 Charakteristische Kennwerte für geschweißte Thermoplast-Konstruktionen – Bestimmung der zulässigen Spannungen und Moduli für die Berechnung von ThermoplastBauteilen DIN EN 12814 Prüfen von Schweißverbindungen aus thermoplastischen Kunststoffen Teil 3: 2014-07 Zeitstand-Zugversuch DIN EN 12943: 1999-12 Schweißzusätze für thermoplastische Kunststoffe – Geltungsbereich, Kennzeichnung, Anforderung, Prüfung DIN EN 15344: 2008-02 Kunststoffe – Kunststoff-Rezyklate – Charakterisierung von Polyethylen (PE)-Rezyklaten DIN EN ISO 178: 2019-08 Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften DIN EN ISO 472: 2013-06 Kunststoffe – Fachwörterverzeichnis DIN EN ISO 472/A1: 2019-03 Kunststoffe – Fachwörterverzeichnis – Änderung 1: weitere Einträge DIN EN ISO 527 Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften Teil 1: 2012-06 Allgemeine Grundsätze Teil 1: 2018-08 (Entwurf) Allgemeine Grundsätze Teil 2: 2012-06 Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen Teil 3: 2019-02 Prüfbedingungen für Folien und Tafeln Teil 4: 1997-07 Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe Teil 5: 2010-01 Prüfbedingungen für unidirektional faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe DIN EN ISO 899 Kunststoffe – Bestimmung des Kriechverhaltens Teil 1: 2018-03 Zeitstand-Zugversuch Teil 2: 2015-06 Zeitstand-Biegeversuchbei Dreipunkt-belastung DIN EN ISO 2076: 2014-03 Textilien – Chemiefasern – Gattungsnamen DIN EN ISO 2898 Kunststoffe – weichmacherhaltige Polyvinylchlorid (PVC-P)-Formmassen Teil 2: 2009-03 Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften DIN EN ISO 3167: 2014-11 Kunststoffe – Vielzweckprobekörper DIN EN ISO 6383 Kunststoffe – Folien und Bahnen – Bestimmung der Reißfestigkeit Teil 1: 2016-05 Hosenreiß-Verfahren DIN EN ISO 17855 -1 Kunststoffe – Polyethylen (PE)-Formmassen Teil 1: 2015-02 Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen DIN EN ISO 19069 Kunststoffe – Polypropylen (PP)-Formmassen Teil 1: 2015-06 Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen Teil 2: 2016-07 Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften

769

XIII-9 ÖFFNUNGEN FENSTER

Holzfenster ☞ 2.9, S. 808

Holz- Aluminiumfenster ☞ 2.9.4, S. 818

AUSSENTÜREN Aluminiumfenster ☞ 2.10, S. 821

Kunststofffenster ☞ 2.11, S. 828

Stahlfenster ☞ 2.12, S. 834

Außentür Holz ☞ 3., S. 838

Außentür Metall und Glas ☞ 3., S. 838

1. Öffnungen................................................................. 772 2. Fenster...................................................................... 772 2.1 Entwicklungsgeschichte................................... 772 2.2 Funktionen..........................................................774 2.3 Fenstertypen......................................................774 2.4 Konstruktive Voraussetzungen......................... 776 2.5 Der Fensterrahmen........................................... 778 2.6 Das Glas............................................................ 778 2.7 Die wesentlichen konstruktiven Lösungen....... 778 2.7.1 Der Anschlag Blend-/Flügelrahmen....... 779 2.7.2 Die Einfassung und Abdichtung des Glases............................................. 780 2.7.3 Der Anschluss an die Außenwand........ 784 2.7.4 Die äußere Fensterbank, die Sohlbank.. 794 2.7.5 Beschläge.............................................. 796 2.8 Bauphysikalische Teilfunktionen....................... 798 2.8.1 Luft- und Schlagregendichtheit............. 798 2.8.2 Wärmedämmung des Rahmens............ 800 2.8.3 Schallschutz........................................... 800 2.9 Besonderheiten des Holzfensters..................... 808 2.9.1 Werkstoffe und Herstellung.................. 808 2.9.2 Dauerhaftigkeit.......................................811 2.9.3 Wärmedurchgang am Rahmen...............817 2.9.4 Sonderform Holz-Aluminiumfenster.......818 2.10 Besonderheiten des Aluminiumfensters...........821 2.10.1 Werkstoffe und Herstellung...................821 2.10.2 Dauerhaftigkeit...................................... 822 2.10.3 Wärmedurchgang am Rahmen.............. 822 2.11 Besonderheiten des Kunststofffensters........... 828 2.11.1 Werkstoffe und Herstellung.................. 828 2.11.2 Dauerhaftigkeit...................................... 829 2.11.3 Wärmedurchgang am Rahmen.............. 831 2.12 Besonderheiten des Stahlfensters.................... 834 2.12.1 Werkstoffe und Herstellung.................. 834 2.12.2 Dauerhaftigkeit...................................... 834 2.12.3 Wärmedurchgang am Rahmen.............. 835 3. Außentüren............................................................... 838 3.1 Allgemeine Merkmale....................................... 838 3.2 Feuchteschutz................................................... 838 3.3 Schallschutz....................................................... 840 Anmerkungen................................................................. 849 Normen und Richtlinien................................................. 849

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

772

XIII Äußere Hüllen

1. Öffnungen

In diesem Kapitel sollen Hüllelemente innerhalb von Öffnungen in äußeren Hüllbauteilen diskutiert werden, die diese klimatisch nach außen hin abschließen. Bei Öffnungen handelt es sich um singuläre Orte in einem flächigen Hüllbauteil, wie einer Außenwand oder einer Dachfläche, die zu einem bestimmten Zweck, sei es Lüftung, Belichtung, Ausblick oder Durchgang, hergestellt werden und mit einem flächigen Abschluss besonderer, auf die Funktion zugeschnittener Bauart klimatisch geschlossen sind. Kennzeichnend für Abschlüsse von Öffnungen ist folglich stets der Wechsel in der Bauart gegenüber dem umgebenden Hüllbauteil. Zu Abschlüssen von Öffnungen in äußeren Hüllbauteilen zählen nach dieser Definition:

& Zur Terminologie im Zusammenhang mit Fenstern und Türen vgl. die dreisprachige Aufstellung in DIN EN 12519.

• Fenster in Außenwänden oder Dächern; • Außentüren, die sich von Fenstern durch die Möglichkeit des Durchgangs unterscheiden.

☞ Kap. XIV-4, Abschn. 2. Türen, S. 1054 ff

2. Fenster & DIN EN 14351-1

2.1 Entwicklungsgeschichte ☞ Vgl. auch Band 1, Kap. V-4, Abschn. Geschichtliche Entwicklung des transparenten Raumbschlusses, S. 434 f. ☞ Zum Begriff der Lochfassade: Band 2, Kap. X-1, Abschn. 3.5 Lage und Form von Wandöffnungen, S. 455.

Innentüren, die mit Außentüren naheliegenderweise verschiedene konstruktive Gemeinsamkeiten aufweisen, werden im Kapitel XIV behandelt. Fenster sind Abschlüsse von Öffnungen in Außenwänden verschiedener massiver oder leichter Bauart, die für Ausblick, Belichtung, Belüftung, aber nicht für einen Durchgang vorgesehen sind. Die Entstehung des Fensters als eigenständige Baukomponente erklärt sich aus der Logik der herkömmlichen Mauerwerksbauweise, bei der die Außenwände für Belichtung, Belüftung und Ausblick nicht geeignet sind und infolgedessen notwendigerweise lokal durchbrochen werden müssen. Aus dieser Voraussetzung leitet sich der Begriff der Lochfassade ab. Die ursprünglich vermutlich vorwiegend zum Zweck der Lüftung (window = Windauge) und Belichtung in den Mauerverband eingearbeiteten Fensteröffnungen waren zunächst ungeschützt oder wurden notdürftig mit Fellen oder Tüchern verhängt. Zum Schutz vor Wetter und Wind wurden in der Antike dünne, durchscheinende Marmorscheiben in die Öffnungen gesetzt. Erst mit der breiteren Verfügbarkeit von Glas entstand das Fenster in seiner heutigen Ausprägung. Die Dimensionen der Fensteröffnung waren dabei stets begrenzt durch • die limitierten Glasformate – mundgeblasene Gläser konnten nur in kleinen Scheibengrößen gefertigt werden; Fensterflächen in der erforderlichen Größe waren lediglich aus zahlreichen kleineren Glasformaten mittels einer Haltekonstruktion aus Blei herzustellen, darüber hinausgehende Fensterflächen erforderten eine zusätzliche Sprossenkonstruktion aus Holz;

9 Öffnungen

1 Historisches Holzfenster mit einfacher Kittverglasung (ca. 1900).

773

2 Historisches Kastenfenster in Holz mit verkitteter Einfachverglasung.

• die Grenzen der im Mauerverband realisierbaren Öffnungsgrößen; • die hohen Preise von Glasprodukten; • die schlechte Dämmfähigkeit und mangelnde Dichtheit der Glasflächen, die wärmetechnisch einen Schwachpunkt in der gemauerten Außenwand darstellten. Die großflächigen Glasfenster in gotischen Kathedralen des Mittelalters sind eines der seltenen Beispiele, bei denen vor dem 20. Jh. echte großformatige Glaswände ausgeführt wurden. Die damit verbundene herausragende bautechnische Leistung sowie der hohe bauliche Aufwand, der dabei getrieben wurde, erklären sich aus dem sakralen Charakter dieser Bauten.

774

XIII Äußere Hüllen

Ein Fenster, oder eine verglaste Fläche allgemein, kann folgende Funktionen ausüben bzw. Aufgaben erfüllen:

2.2 Funktionen & DIN 5034-1 bis 6

• Tageslicht in das Rauminnere zu leiten. Dies leisteten an­fänglich transluzente (Marmor, Butzenglas, Gussglas) später transparente Materialien. • Ausblick zu ermöglichen. Diese Forderung ließ sich erst seit der Entwicklung von poliertem Flachglas (17. Jh.), also echtem transparenten Glas, umsetzen. Davor erlaubten Glasprodukte wegen ihrer unregelmäßigen Oberfläche und der vielfältigen Verunreinigungen und Lufteinschlüsse keinen wirklich ungetrübten Durchblick.

& DIN 4108-2 bis -4, -7, DIN 18055 & DIN EN 12207, 12208, 12210 & DIN EN 1026, 1027

• Vor Wind, Niederschlag und thermischen Schwankungen zu schützen, d. ­h., im Wesentlichen die gleichen Hüllfunktionen wie die umgebende Außenwand zu erfüllen.

& DIN EN 1946-6, DIN EN 15726

• Die Lüftung des Innenraums zu ermöglichen. Aus dieser Forderung leitet sich die Öffenbarkeit des Fensters, oder zumindest von Teilen desselben ab. • Formalästhetische oder symbolische Aufgaben. Diese Funktion lässt sich beispielsweise an den farbigen gotischen Glasfenstern veranschaulichen, die von innen als leuchtende Tableaus wahrgenommen werden. Fenster sind ferner ein wichtiges Gestaltelement an Fassaden und beeinflussen das Erscheinungsbild des Gebäudes nachhaltig. Insbesondere bei Lochfassaden treten sie als kompositorisches Pendant zu den geschlossenen Wandflächen in Erscheinung. Sie sind hinsichtlich ihres Formats und ihrer formalen Ausprägung stets eng im Gestaltkonzept des Gesamtgebäudes eingebunden. Fenster werden gemeinhin klassifiziert bezüglich folgender Merk­male:

2.3 Fenstertypen  DIN EN 12519, 2.

• Anzahl der Fensterebenen: •• Einfachfenster (2 5) – diese stellen heute den Standard dar; •• Verbundfenster (2  6) – bestehen aus zwei miteinander verbundenen Flügeln mit jeweils Einfachverglasung, die sich zu Reinigungszwecken entkoppeln lassen; sie sind heute nicht mehr gebräuchlich; •• Doppel- oder Kastenfenster (2 7) – traditionelle Fensterform in Mittel- und Nordeuropa; eine Fensterebene wurde gewöhnlich im Sommer demontiert; heute nur noch in Sonderfällen, beispielsweise bei Glasdoppelfassaden, im Einsatz.

9 Öffnungen

775

Innen

Innen

Außen

Außen

f f

s

c

3 Fensterstock eines historischen Holzfensters mit Falz- und Fensterbrettentwässerung nach außen. Es ist der überstehende Wetterschenkel mit Tropfnut erkennbar. Optional ist ein Blechkasten c zum Einfangen des Kondenswassers vorgesehen. Außenliegende Holzflächen weisen keine waagrechten Flächen auf, um das Niederschlagswasser möglichst rasch abzuführen und die Dauerhaftigkeit zu erhöhen.

1

4 Fensterstock eines historischen Verbundfensters mit getränkten Filzdichtungen f und Sturmschiene s aus Eisen, um das Eintreiben von Regenwasser in den Stoßfalz zu verhindern. Der Wetterschenkel ist unterseitig mit Gefälle nach außen ausgebildet. Die kritische Fuge bei f wird mit der Sturmschiene s vor eingetriebenem Regenwasser geschützt.

2 B

F

5 Prinzipschema eines Einfachfensters: B Blend-, F Flügelrahmen.

3 B

F

B

6 Prinzipschema eines Verbundfensters.

• Drehrichtung: Man unterscheidet zwischen links- und rechtsöffnenden Fenstern sowie zwischen Öffnungsund Schließfläche. Die Verhältnisse sind analog zu denen bei Türen und werden in Kapitel XIV-4 näher erläutert. • Bewegungsart: Dies ist ein bedeutsames Ordnungsmerkmal, um ein Fenster zu charakterisieren. In der Übersicht in 2 8 sind die wichtigsten Fenstertypen in Abhängigkeit ihrer Bewegungsart klassifiziert. Der in Deutschland am weitesten verbreitete Fenstertyp ist gegenwärtig zweifelsohne das Drehkippfenster. In anderen Ländern überwiegen hingegen andere Fenstertypen. • Öffnungsrichtung: nach außen bzw. nach innen;

F

7 Prinzipschema eines Doppel- oder Kastenfensters.

 DIN 107 ☞ Kap. XIV-4, Abschn. 2.4 Konventionelle Festlegungen, S. 1059

776

XIII Äußere Hüllen

• Lage am Gebäude: Als Fenster versteht man in der Regel solche an einer Fassade. Daneben spricht man auch von Dachflächenfenstern, Kellerfenstern etc. • sowie auch konstruktive Merkmale wie der Werkstoff des Rahmens (Holz-, Aluminium-, Stahl-, Kunststofffenster) – diese Klassifikation übernehmen wir im nachfolgenden Text – oder die Verglasungart (Isolierglasfenster). 2.4

Konstruktive Voraussetzungen ☞ Abschn. 2.1, S. 772 f

Aus den in Abschnitt 2.1 angesprochenen Randbedingungen der Entwicklung von Fenstern lassen sich die folgenden konstruktiven Voraussetzungen ableiten: • Das Fenster ist ein Flächenbauteil, in nahezu allen Fällen aus dem spezifischen Ma­terial Glas, das in einer Öffnung in der geschlossenen Mauerschale konstruktiv integriert ist. Wegen der großen Sprödigkeit des Glases und der daraus folgenden außerordentlich großen Empfindlichkeit gegen lokale Spannungsspitzen und Zwängungen, verbietet sich ein direkter Kontakt zwischen Mauer und Glas. Es ist eine plastische oder elastische Zwischenschicht erforderlich, bzw. allgemein eine bewegliche Fuge, die Relativbewegungen zwischen Glas und Mauer aufnimmt. Zumeist werden dieser ausgleichenden Zwischenschicht auch dichtende Aufgaben zugeteilt. • Die nur kleinen verfügbaren Scheibengrößen setzten bei älteren Fenstern eine tragende und einfassende Rahmenkonstruktion aus Holz voraus, um größere Fensterflächen aus Einzelscheiben zusammenzusetzen. Diese verlieh dem Gefüge der Verglasung ausreichende Steifigkeit. Sie besteht aus umgebenden Randhölzern und Zwischensprossen. Die Holzumrahmung bietet auch eine geeignete Verstärkung des Rands der Glasfläche dort, wo sie an der Laibung der Maueröffnung angeschlagen wird und wo sie am geöffneten Flügel der Gefahr von Stößen ausgesetzt ist. • Die elementare Forderung nach Öffenbarkeit von Glasflächen zu Lüftungszwecken ist baupraktisch (wiederum) nur unter Zuhilfenahme eines umlaufenden Rahmens aus geeignetem Werkstoff zu realisieren. Dies aus folgenden Gründen: •• Die nötige Dichtheit gegen Wasser und Wind ist bautechnisch zuverlässig nur an einer Fuge zwischen Teilen aus Ma­terialien mit relativ engen Toleranzgrenzen zu bewerkstelligen – dies geschah entwicklungsgeschichtlich mit Teilen aus dem gleichen Material, und zwar Holz. Eine bewegliche Kontaktfuge zwischen Mauer und Glas, bzw. zwischen Mauer und Holzrahmen, ist mit der nötigen Präzision nicht ausführbar.

9 Öffnungen

777

•• Die im geöffneten Zustand beim Drehflügel nur an einer Kante gehaltene bewegliche Fensterfläche muss freitragend ausgeführt werden. Herkömmliche Fenstergläser lassen sich nicht freitragend ausführen bzw. aufhängen, sodass auch aus diesem Grund eine Rahmenkonstruktion erforderlich ist. Der Holzrahmen mit steifen Rahmenecken ist dafür verantwortlich, die Last der Glasfläche auf den festen (Blend)rahmenteil zu übertragen. Die Scheibe gibt ihre Last zumeist über eine sogenannte Klotzung – ein punktuelles Futter aus elastischem Material – an mehreren Punkten an den Rahmenschenkel ab.

Drehen

Drehfenster, einflügelig

Drehkippfenster

Wendefenster

Schwingfenster

Schieben

Vertikalschiebefenster

Horizontalschiebefenster

Hebeschiebefenster

Hebeschiebekippfenster

Kippfenster

Klappfenster

Heben/Schieben

Kippen, Klappen

konventionelle Darstellungssymbolik:

Bewegung in Richtung zum Betrachter Bewegung weg vom Betrachter

8 Tabellarische Übersicht der wichtigsten Fenstertypen in Abhängigkeit ihrer Bewegungsart gemäß DIN EN 12519.

778

2.5

XIII Äußere Hüllen

Die Folge dieser konstruktiven Voraussetzungen ist also die Umrahmung der Glasfläche mittels eines geeigneten Materials: früher ausschließlich Holz, heute auch Aluminium, Stahl oder Kunst­stoff. Ferner die Aufteilung des Rahmens in den öffenbaren Fensterabschnitten in einen

Der Fensterrahmen

• festen Blendrahmen und einen • beweglichen Flügelrahmen. Beide schlagen in geschlossenem Zustand gegeneinander an und schließen dank einer geeigneten Falzung wind- und wasserdicht ab. 2.6

Das Glas

☞ Band 1, Kap. V-4, Abschn. 4.1 Isoliergläser, S. 438 ff

☞ 2.7.1 Der Anschlag Blend-/Flügelrahmen, S. 779, sowie Abschn. 2.7.5 Beschläge, S. 796  f

2.7

Die wesentlichen konstruktiven Lösungen & DIN 68121-2

Die ursprünglich in kleine Scheibenfelder unterteilten Glasflächen älterer Fenster wichen mit der Verfügbarkeit immer größerer Glasformate und preiswerterer Glasprodukte der bereits seit den 1960er Jahren üblichen sprossenlosen Fensterausführung. Die Einscheibenverglasung von Fenstern, die bis vor 60 Jahren der Standard war, ist heute wegen der unzureichenden Wärmedämmung bei beheizten Räumen nicht einsetzbar. Bis vor Kurzem war Zweischeiben-Isolierglas die Norm. Neuerdings kommen standardmäßig hochdämmende Dreischeiben-Isoliergläser oder vergleichbare Produkte zum Einsatz. Als Folge der vergrößerten Scheibenformate und der Verwendung von Mehrscheiben-Isolierglas haben sich die Lasten, die der Fensterrahmen zu tragen hat, um ein Mehrfaches erhöht. Aus diesem Grund haben sich die sichtbaren Breiten bei Fensterrahmen nach heutigem Stand der Technik gegenüber älteren Fenstern mit Einfachglasscheiben deutlich vergrößert. Auch die heute übliche doppelte Falzung sowie die im Rahmen integrierten, für die Betätigung des Fensters erforderlichen Getriebeteile haben zu deutlich vergrößerten Rahmenbreiten geführt. Es wird ferner angestrebt, dass die drei Scheiben eines Dreischeiben-Isolierglases in Summe nicht dicker sind als die zwei Scheiben bei der Zweischeibenverglasung, um eine Gewichtszunahme möglichst gering zu halten und die Rahmenstärken nicht noch weiter in die Höhe zu treiben. Moderne Fensterprofile sind komplex geformte, industriell hergestellte Bauteile mit zahlreichen Funktionszuweisungen, deren konstruktive Gestalt das Resultat eines längeren technischen Optimierungsprozesses ist. Wesentliche Parameter sind dabei – unter anderen – Fragen des Witterungsschutzes, der Wärmedämmung, der Dichtheit, der Herstellung sowie der Bedienung. Die einzelnen technischen Lösungen sollen im Folgenden anhand des entwicklungsgeschichtlich älteren und auch heute sehr verbreiteten Holzfensters diskutiert werden. Die Aussagen sind zum großen Teil auch auf Fenster aus anderen Werkstoffen übertragbar. Besonderheiten von Fenstern aus Aluminium, Stahl und Kunststoff werden im

9 Öffnungen

779

Anschluss besprochen. Die Fuge zwischen Blend- und Flügelrahmen wird stets in gefalzter Ausführung ausgebildet. Eine Falzung schafft einen Fugenabschnitt, der parallel zur Fensterebene verläuft (2 9–12, Fugenabschnitt a) und zwei wichtige Vorteile bietet:

Der Anschlag Blend-/Flügelrahmen

2.7.1

☞ Kap. XI, Abschn. 6.5 Überlappende Fuge, S. 36 f

• Relativbewegungen zwischen Blend- und Flügelrahmen, wie sie beispielsweise auftreten können aufgrund •• von Verformungen des Blend- oder Flügelrahmens infolge Quellens oder Verziehens des Holzes bzw. •• Nachgebens der steifen Rahmenecken unter dem Gewicht der Scheiben oder durch vielfache Betätigung des Flügels und ggf. zum Festklemmen des beweglichen Flügels führen würden, lassen sich frei aufnehmen und haben keinen Einfluss auf die Fugenbreite im Dichtbereich (Fugenabschnitt a). Dadurch herrschen, unabhängig von der Verformung, stets gleiche Verhältnisse für die Dichtkonstruktion. • Es lässt sich ein Anpressdruck zwischen den Fugenflanken im Fugenabschnitt a durch Gegeneinanderdrücken des Flügel- und Blendrahmenprofils rechtwinklig zur Fensterebene erzeugen, der ein Dichten durch elastisches Zwischenelement und Pressdruck erlaubt. Eine – hypothetische – linear durchgehende Fuge ohne Falzung (wie in 2 9) bietet diese Möglichkeiten nicht. Ein Anpressdruck auf die Fuge ist in Fensterebene unter diesen Voraussetzungen nur schwer herzustellen. Die aus Toleranzgründen vergleichsweise große notwendige Fugenbreite zwischen beiden Rahmenteilen (in Fugenabschnitten b), ist auf der Außenseite der Witterung ausgesetzt und lässt raumseitig eventuelle Verschiebungen zwischen Flügel- und Blendrahmen in Form variierender Fugenbreiten mit bloßem Auge deutlich erkennen. Die horizontalen Fugenabschnitte werden infolgedessen sowohl aus formalästhetischen wie dichttechnischen Gründen ebenfalls gefalzt ausgeführt, sodass sie beidseitig frontal überdeckt sind (2 11). Auch die Bündigkeit der Ansichtsflächen von Blend- und Flügelrahmen, wie sie bei Aluminiumfenstern üblich ist, lässt sich mithilfe des Anschlags am Falz eher sicherstellen. Somit entsteht die für heutige Fenster übliche doppelte Falzung. Durchgesetzt hat sich die doppelte Falzung mit Mitteldichtung an der Anschlagsfläche 2 nach 2 11. Diese ist für die Fensterdichtheit hauptverantwortlich. In der Regel besteht sie aus einem Elastomer-Lippenprofil, auf das der Anpressdruck der Schließmechanik wirkt.

☞ Kap. XI, Abschn. 4.3.4 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck, S. 23

 

☞ 2 13, Teil 11

780

XIII Äußere Hüllen

☞ 2 11, Anschlag 1 ☞ 2 11, Teil WS

☞ 2 11, Teil WSS, 2 13, Teil 15 ☞ 2 13, Fläche 3 ☞ 2 13, Raum 13 ☞ 2 13, Teil 17

☞ 2 13, Raum 13 ✏ Bevorzugt werden Fensterbauarten (nach DIN 18055), bei denen Schlagregen- und Winddichtung in verschiedenen Ebenen mit mindestens 15 mm Abstand liegen.

Als notorische Schwachstelle bleibt bei dieser Konstruktion die äußere Falzung, die insbesondere am unteren Rahmenteil vom Regenwasser sowie vom herabfließenden Fassadenwasser stark beaufschlagt wird und obendrein noch, aus geometrischer Notwendigkeit, nach oben offen ist. Traditionellerweise wurde bei älteren Holzfenstern diese offene Fuge mithilfe eines sogenannten Wetterschenkels abgedeckt. Da dieses Holzteil jedoch aufgrund der hohen Beanspruchung frühzeitig verrottete, wird in modernen Holzfenstern eine metallische Regenschiene bzw. Wetterschutzschiene eingebaut. Direkt auftreffendes Niederschlagswasser wird an der geneigten Außenfläche abgeleitet. Eventuell eindringendes Wasser wird im Falzraum gesammelt und durch geeignete Neigung und Öffnungen wieder ins Äußere geleitet. Auch das durch die Fugen an den seitlichen Rahmenteilen ggf. hindurchtretende Wasser fließt in die Hohlkammer der Regenschiene und gelangt von dort auf gleichem Weg nach außen. In dieser Entspannungskammer (A) kann sich ferner der Winddruck abbauen. Es handelt sich um ein Beispiel einer mehrstufigen Dichtung zum Zweck der • Schlagregendichtung außen an der Fuge zwischen Flügelrahmen und Wetterschutzschiene; • Winddichtung und Dichtung gegen Feuchte an der Mitteldichtung des Falzes. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Regenwasser nicht aktiv durch den Winddruck durch die Fugendichtung gepresst wird. Die Wasserabführung an diesem Detailpunkt erfolgt bei Metall- oder Kunststofffenstern analog.

2.7.2

Die Einfassung und Abdichtung des Glases  Verglasungsarbeiten: vgl. VOB Teil C, DIN 18361 und DIN 18545  Technische Richtlinien des Glaserhandwerks Nr. 17 (2016) Verglasen mit Isolierglas

Glas benötigt eine weiche Lagerung, die punktartige Lastkonzentrationen ausschließt. Neben der Einbettung in weichem Metall wie Blei, war früher insbesondere die Kittverglasung üblich (2 14). Kitt ist eine Leinölmasse (Leinöl + Kreide als Füllstoff), die bei der Verarbeitung plastisch ist, und nach einem längeren Trocknungsvorgang erhärtet. Hierbei wird das Glas – grundsätzlich Einscheibenglas – zunächst an einem Kittbett an die Falzfläche gelegt, mit Stiften gesichert und zuletzt rückseitig – also raumseitig – mit einem an der Rahmenkante abgezogenen Kittkeil gedichtet. Grundsätzlich gilt für nahezu alle Arten der Glaseinfassung am Rahmen, dass ein • Einsetzen der Scheibe nach Zusammenbau des Rahmens sowie auch ein • leichtes Auswechseln einer zerbrochenen Scheibe ermöglicht werden muss. Dies ist nur bei Einsetzen der

9 Öffnungen

781

A

B G

G

FR

FR b a

FZ BR

b

BR AW

AW

C

D G

FR

b 1

FZ

BR

a

DB

WS

2

3 b

AW

FR

1 FZ

BR

9-12 Schematische Darstellung einer hypothetischen nichtgefalzten Rahmengeometrie (A) und gefalzten Ausführungen von Fugen zwischen Flügel- und Blendrahmen von Fenstern (B bis D).

b a

G

2

WSS

3 b

AW

y x

Glas G FR Flügelrahmen (beweglich) FZ Falz BR Blendrahmen (fest) DB Dichtungsband AW Außenwand WS Wetterschenkel aus Holz WSS Wetterschutzschiene aus Metall

Scheibe in einen seitlich offenen Falz gegeben, nicht in eine beidseitig geschlossene Nut. Als zusätzliche, leicht erneuerbare oder abnehmbare Befestigung dient dann entweder • eine Verkittung (heute nicht mehr in Anwendung) oder • eine Glashalteleiste bzw. Glasleiste. Die Glashalteleiste bzw. Glasleiste stellt heute bei Fenstern den Standard der Scheibenhalterung dar (2 13, Teil 7). Sie wird bei Fensterbauarten in allen üblichen Materialien eingesetzt. Ihre Dimensionen liegen bei rund 20 x 20 mm. Zum Zweck eines besseren Erscheinungsbilds der Fuge sowie um die sichtbare Rahmenbreite zu gliedern, wird an der Fuge zwischen Leiste und Rahmen oftmals eine Schattennut ausgeführt. Um eine unnötige zusätzliche Schwachstelle nach außen zu vermeiden, liegen sowohl Verkittung als auch Glasleiste stets raumseitig.

Glashalteleiste  DIN 18545, 5.2

782



XIII Äußere Hüllen

Glasfalz  DIN 18545, 4.2 und 5.2



 zu Verglasungssystemen mit Dichtstoffen siehe DIN 18545

Klotzung  DIN 18545, 5.5  Technische Richtlinien des Glaserhandwerks Nr. 17 (2016) Verglasen mit Isolierglas

Moderne Fenster sind mit Dreischeiben-Isolierglas ausgestattet (2 13, Teil 1). Der Abstandhalter zwischen den Scheiben, der mittels der Falzung vor UV-Strahlung zu schützen ist, fordert einen Mindest-Glaseinstand (2 19). In der Summe mit der notwendigen Fuge zwischen Scheibe und Rahmen, also dem Falzraum (2 13, Raum 8), ergibt sich eine Falzgrundtiefe von mindestens 18 mm. Der Falzraum, der früher mit Dichtstoff ausgefüllt wurde, wird heute als dichtstofffreier Hohlraum, der entwässert und für den Dampfdruckausgleich von außen (Wetterseite) belüftet werden muss, ausgeführt. In der Vergangenheit haben sich Verglasungssysteme bewährt, die im Glasfalzraum eine Trennung von Raum- und Außenklima vorsehen. Für mitteleuropäische Verhältnisse erfolgt eine Glasfalzraum-Belüftung zur Wetterseite. Der Luftaustausch von der Raumseite in den Glasfalzraum wird durch eine Dichtung verhindert. Die Lage der Dichtung bildet im Idealfall eine Verlängerung der raumseitigen Glasscheibe des Isolierglases und schließt dicht mit dem Glasfalz ab. Eventuell in den Falzraum eindringendes Wasser muss durch ge­eignete Kanäle durch das Rahmenprofil hindurch nach außen geleitet werden (2 13, Teil 10). Diese Kanäle dienen gleichzeitig dem Dampfdruckausgleich im Falzraum, dienen also einer Falzentlüftung. Die Falzentwässerung ist nötig, weil man nicht von einer dauerhaften absoluten Dichtheit der Versiegelung ausgehen kann. Die Dichtelemente zwischen einer Isolierglasscheibe und dem Rahmen sind auf der Abbildung rechts beschrieben (2 13). Die letzte Maßnahme ist das Versiegeln der außenund innenseitigen Fuge mit dauerelastischer Dichtmasse, weshalb diese Art der Verglasung als Nassverglasung bezeichnet wird (2 13, Teil 2, sowie 2 15). Alternativ ist bei größeren Fassadenflächen bzw. bei anderen Rahmenwerkstoffen die sogenannte Trockenverglasung mit elastischen Dichtprofilen üblich (2 16). Im Falzgrund findet die Klotzung der Scheibe Platz, auf der diese vor dem Versiegeln aufgesetzt wird und über welche die Scheibenlast auf den Rahmen übertragen wird (2 13, Teil 8). Diese Klötze aus Kunststoff oder Hartholz (l = 80 bis 100 mm) müssen • eine weiche Auflagerung des Glases gewährleisten; • verhindern, dass das Glas an irgendeiner Stelle den Rahmen berührt, damit keine Spannungen auf das Glas übertragen werden; hierfür sind nicht nur Tragklötze unter-, sondern auch Distanzklötze oberseitig erforderlich; • durch ihre Dicke gewährleisten, dass ein freier Falzraum für die Entwässerung sowie für die Belüftung bzw. den Dampfdruckausgleich entsteht;

9 Öffnungen

783

1 2 3 4 5 6 8

2 7

9 10 11

19 18 20

21 23

14

innen

M 1:2,5 0

10

20

außen

30 mm

z

Metallsprosse

Kitt

x

12 13 3 15 16 17 3 22 16 24

26

25 Dichtstoff

Dichtstoff

13 Anschlag des Blend- und Flügelrahmens eines Holzfensters gemäß Rosenheimer Standard sowie Sohlbank und unterer Wandanschluss. Benennung der Bestandteile und Gestaltmerkmale. 1 Dreischeibenisolierverglasung 2 Dichtstoff, Nassverfugung 3 Ablaufneigung für Wasserabführung 4 Kantenausrundung 5 Glasfalzanschlag 6 Kompriband 7 Glashalteleiste 8 Klotzung/Falzraum 9 Flügelrahmenprofil 10 Kanal zur Entwässerung und Entlüftung des Falzraums (Dampfdruckausgleichsöffnung) 11 Falzdichtung, Mitteldichtung 12 Wasserabreißnut 13 Entspannungskammer 14 Kunststoffprofil: Anschlag für Mitteldichtung 15 Wetterschutz- bzw. Regenschiene aus Aluminium 16 Tropfkante 17 Entwässerungsöffnung 18 Nut für Getriebemechanik (Euronut) 19 Mittelkerbe für guten Schraubensitz bei Getriebeeinbau 20 Eurofalz mit vergrößerter Falzluft zur Aufnahme und zum Aufschrauben der Schließplatten der Getriebemechanik 21 zusätzliche Innendichtung (optional) 22 Blendrahmenprofil 23 Fensterbank 24 Kunststoffdichtungsprofil 25 Sohlbank 26 Abdichtung

Dichtprofil

Dichtprofil

14,15,16 Historische Kittverglasung mit Ein­ fachglas und einfacher T-Sprosse (oben), Nassverglasung mit Dichtstoff (Mitte) und Trockenverglasung mit Dichtprofilen (unten).

784

XIII Äußere Hüllen

• so weit in Eckennähe liegen, dass möglichst wenig Biegung im Rahmen hervorgerufen wird (aber Mindestabstand zu Ecken = eine Klotzlänge). Dichtelemente  Dichtstoffe siehe DIN 18545, DIN 18361, DIN EN ISO 6927  Verträglichkeit der Dichtstoffe gemäß DIN 52460  BFS (Hg) Technische Richtlinien für das Abdichten von Fugen im Hochbau und von Verglasungen  IVD (Hg) Glasabdichtung am Holzfenster mit Dichtstoffen sowie: Glasabdichtung am Holz-Alu-Fenster mit Dichtstoffen  Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) Dichtstoffe für Verglasungen und Anschlussfugen

Glaserkitt ist heute für Verglasungen nicht mehr gebräuchlich. Für Versiegelungen werden dauerelastische Dichtstoffe eingesetzt (2 13, Teil 2). Diese haben die Aufgabe, das Glas dicht abzuschließen, so einzubetten, dass Verformungen und äußere mechanische Einflüsse nicht übertragen werden, und die Fugen dauerhaft luftdicht zu schließen. Zum Einsatz kommen: • Silicone • MS-Polymer-Dichtstoffe • Polysulfide • Polyurethane • Acrylate Als Fugengrund zwischen Glasfalzanschlag und Glasscheibe dienen elastische Dichtprofile oder -bänder (2 13, Teil 6). Alternativ einsetzbare Werkstoffe für Dichtprofile sind Neopren, EPDM, PVC oder festes Silicon (2 56, Teil 10). Sie werden in Nuten eingepresst oder -gezogen. Die Eckstöße sind zu verkleben oder zu vulkanisieren bzw. das Profil ist mithilfe eines Keilschnitts kontinuierlich um die Ecke zu führen.

2.7.3

Anschluss an die Außenwand  Vgl. zu Toleranzen: DIN 18202.

 Vgl. Richtlinie Institut für Fenstertechnik Rosenheim e.V. Anschlussausbildung zwischen Fenster und Baukörper.  vgl. Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks, Bundesverband Metall, Bundesverband Holz und Kunststoff (Hg) Technische Richtlinie Einbau und Anschluss von Fenstern und Fenstertüren mit Anwendungsbeispielen, Nr. 20, 2014

Moderne Fenster sind technisch hochentwickelte, vollständig vor­gefertigte Baukomponenten, die zumeist vor Ort in eine Öffnung der Außenwand des Gebäudes eingebaut werden. Je nach Bauart der umgebenden Außenwand sind entsprechende Toleranzen zwischen den beiden Gewerken zu berücksichtigen. Da es sich beispielsweise bei Einbau eines Fensters in eine massive Außenwand um zwei Gewerke mit höchst unterschiedlichen Toleranzspannen und Verformungsverhalten handelt, sind geeignete Fugenbreiten und Verbindungsmittel zu wählen. Die Fuge zwischen Blendrahmen und umgebender Außenwand ist so auszuführen, dass folgende Kriterien erfüllt werden: • die kontinuierliche Dichtheit der Außenwand gegen Wasser und Wind – und damit auch in großem Maß gegen Schall; • die Durchgängigkeit der Dämmebene und damit die Freiheit von Wärmebrücken; • ein effektiver Schutz gegen Eindringen von Feuchtigkeit sowohl von außen als auch – in Form von Wasserdampf –

9 Öffnungen

785

M 1:5 0

50 mm

☞  20 ☞  21

z x

17, 18 Vertikalschnitt durch ein Holzfenster in einer Außenwand mit Wärmedämmverbundsystem

786

XIII Äußere Hüllen

von innen in die Konstruktion bzw. gegen Kondensation im Innern derselben. Um diese vergleichsweise hohen Anforderungen an die Fuge effektiv und dauerhaft zu erfüllen, wurden Fenster früher mithilfe eines Maueranschlags an der Außenwand befestigt (2 32, 62, 64). Hierfür wurde in der Maueröffnung, zumeist im Mauerwerks-Modularmaß, außenseitig ein geeigneter Vorsprung gemauert, also im Regelfall 12,5 cm breit und 11,5 cm tief. Die auf diese Weise entstehende verlängerte und verwinkelte Fuge bietet bessere geometrische Voraussetzungen für Dichtzwecke als eine kürzere, geradlinig durchgehende. Der verhältnismäßig hohe Arbeitsaufwand für gemauerte Anschläge, die heutige Tendenz zu großformatigen Mauersteinen sowie die leistungsfähigen und dauerhaften modernen Dichttechniken haben dazu geführt, dass Fenster heute grundsätzlich ohne Maueranschlag, also mit einem sogenannten stumpfen Anschlag eingebaut werden (2 31 sowie Beispiele wie in 2 17, 18).

Anschluss an massive Außenwand  BFS (Hg) Technische Richtlinien für das Abdichten von Fugen im Hochbau und von Verglasungen  IVD (Hg) Dichtstoffe in der Anschlussfuge für Fenster und Außentüren  Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) Dichtstoffe für Verglasungen und Anschlussfugen

t

t

außen

b d

a2

a1

c

Glasfalzanschlag

e

a1

Glashalteleiste

Glasfalzanschlag

h

h

i

i

Glashalteleiste

außen

b a2

g

g

c

d

Verglasung in Holzrahmen mit Glashalteleisten und angefaster Falzoberkante

Verglasung in Kunststoff- oder Metallrahmen mit Glashalteleisten

a1 äußere Dichtstoffdicke a2 innere Dichtstoffdicke b Glasfalzbreite

e Dicke der Verglasungseinheit g Glasfalzgrund h Glasfalzhöhe

c Breite der Auflage für die Glashalteleiste d Breite der Glashalteleiste

Dichtstoffdicke a1 und a2 bei ebenen Verglasungseinheiten, Mindestmaße

Glasfalzhöhe h, Mindestmaße Längste Seite der Verglasungseinheit bis 1000

Glasfalzhöhe h bei MehrEinfachscheibenglas Isolierglas 1 min. min. 10

i Glaseinstand t Gesamtfalzbreite

Längste Seite der Verglasungseinheit

Holz

Werkstoff des Rahmens Metall, Kunststoff, Oberfläche Oberfläche hell

dunkel a1 , a2

18

hell

dunkel

3 4

1

3 3

4 5

4 5

3 4

5

6

über 1000 bis 3500

12

18

bis 1500 über 1500 bis 2000

über 3500

15

20

über 2000 bis 2500

4

4

5

über 2500 bis 2750

4

5

5

über 2750 bis 3000

4

5

über 3000 bis 4000

5

1

Bei Mehrscheiben-Isolierglas mit einer Kantenlänge bis 500 mm darf mit Rücksicht auf eine schmale Sprossenausbildung die Glasfalzhöhe auf 14 mm und der Glaseinstand auf 11 mm reduziert werden.

1

Die innere Dichtstoffdicke a2 darf bis 1 mm kleiner sein. Nicht angegebene Werte sind im Einzelfall zu vereinbaren.

19 Anforderungen an Glasfalze bei Verglasungen mit Dichtstoffen gemäß DIN 18545.

9 Öffnungen

787

M 1:5

☞  22

☞  21

50 mm

☞  17,18

0

y x

M 1:5 0

50 mm

☞  22

20 Horizontalschnitt durch das Holzfenster in 2 17, 18 mit Anschluss an die Außenwand.

F

☞  20

y x

21 Horizontalschnitt durch Holzfenster: Anschluss eines öffenbaren Doppelflügels Ö mit Stulpanschlag an eine Festverglasung F (oben) und Anschluss zweier öffenbarer Flügel mit Stulpanschlag an einem Pfosten (unten).

788



XIII Äußere Hüllen

Anschluss an leichte Außenwand

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 1.1.2 Ausschnitte und Öffnungen, S. 548 ff



Lage in der Öffnung

☞ Kap. XIII-3, Abschn.1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk > Fenster- und Türanschluss, S. 442

☞ beispielsweise das Fenster in 2 20

☞ beispielsweise die Fenster in 2 17 bis 20 oder in 2 53 bis 55

Leichte Außenwände sind im Regelfall Rippenkonstruktionen, beispielsweise Holzahmenwände oder ansonsten auch Verglasungen wie etwa Pfosten-Riegel-Fassaden. In beiden Fällen ergibt sich aus dem konstruktiven Grundprinzip der Rippenwand, dass am Rand der Fensteröffnung stets eine Randrippe für den Anschluss des Fensters zur Verfügung stehen muss. Es sind stumpfe Anschlüsse möglich (2 27) sowie auch solche mit Überlappung von Blendrahmen und Dämmebene (2 28, 29). Bei den herkömmlichen einschaligen gemauerten Außenwänden wurden Fenster ursprünglich zumeist tief in die Öffnung gesetzt, um das empfindliche Bauteil möglichst gut vor direktem Schlagregen und herabfließendem Fassadenwasser zu schützen. Auch wenn dieses Kriterium für die Festlegung der Fensterlage heute noch nichts von seiner Gültigkeit eingebüßt hat, sind bei Außenwandkonstruktionen auch folgende Aspekte von Bedeutung: • Bei hochdämmenden einschaligen Außenwänden ohne Wärmedämmschicht – beispielsweise aus porosierten Leichthochlochziegeln – empfiehlt sich eine Mittellage des Fensters in der Mauerdicke. Dies stellt hinsichtlich des Verlaufs der Isothermen die günstigste Lösung dar (2 24 sowie 2 66 bis 68). • Bei ein- oder mehrschaligen Außenwänden mit Dämmschicht ist die Lage des Fensters in Fortsetzung der Dämmebene ideal (2 25 sowie 2 58 bis 60). Eine Befestigung, die am Wärmedämmmaterial selbst ja nicht möglich ist und zumeist an der raumseitigen Schale (z. B. Hintermauerung) erfolgt, ist in diesem Fall mit einem Bandeisen möglich. Soll das Fenster hingegen aus anderen Überlegungen heraus dennoch gegenüber der Dämmebene versetzt werden, ist die Wärmedämmung bis an den Blendrahmen mit ausreichender Überlappung, ggf. übereck, heranzuführen (2 26). Diese Anforderung kann zur Folge haben, dass das Blendrahmenprofil mit vergrößerter Breite bzw. mit Zusatzteilen ausgeführt werden muss, um das bauphysikalisch erforderliche Überlappungsmaß zu gewährleisten. • Bei Rippenwänden kommen zwei Fälle in Betracht: •• Holz- oder Metallrahmenwände: Das Fenster wird entweder in der Ebene der Hauptrippung angeordnet, wo es seitlich unmittelbar an der Randrippe befestigt werden kann (2 27 sowie 2 33–35). Da bei Holzrahmenwänden die Holzrippe selbst einen tolerablen Wärmedurchgangswiderstand besitzt, lässt sich diese Lösung als weitgehend wärmebrückenfrei betrachten. Alternativ kann eine außenseitig aufgedoppelte Dämm-

9 Öffnungen

789

M 1:5 0

50 mm

☞  21

22 Vertikalschnitt durch Holzfenster wie in 2 21: Festverglasung mit Kämpfer (rechts) und öffenbare Flügel mit Kämpfer (links). z

23 (Unten) Verglasungssysteme für Fenster gemäß DIN 18545.

x

Beanspruchungsgruppe

1

1)

3

2

5

4

Verglasungssysteme mit ausgefülltem Falzraum (Va) Va 1

Kurzzeichen

werkstoffunabhängige schematische Darstellung

Dichtstoffgruppe nach DIN 18545, 5.4

für Falzraum

A / B 2)

Nachweis der Falzgrundverklebung und Verträglichkeit mit dem Isolierglas-Randverbund über Regelwerke für geklebte Verglasungssysteme 3)

Verglasungssysteme mit dichtstofffreiem Falzraum (Vf) Kurzzeichen

Vf 3

1)

für Versiegelung

Dichtstoff des Falzraums

Vf 5

20 LM

25 LM

Für die Beanspruchungsgruppe 1 und 2 sind Verglasungssysteme mit dichtstofffreiem Falzraum nicht möglich

werkstoffunabhängige schematische Darstellung

Dichtstoffgruppe nach DIN EN 15651-2

Vf 4

Dichtstoff der Versiegelung

20 / 25 HM Vorlegeband

) Nach Ift-Richtlinie VE06. 2 ) Für das Verglasungssystem Va1 dürfen auch Dichtstoffe der Gruppe B eingesetzt werden, wenn sie von den Herstellern dafür empfohlen werden. 3 ) Nach Ift-Richtlinie VE08. 1

790

XIII Äußere Hüllen

schicht entweder überlappend über das Fensterprofil gezogen (2 29) oder dieses direkt in Fortsetzung dieser Dämmebene angeordnet werden (2 28). Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Rippe selbst keine ausreichende Dämmfähigkeit besitzt – also etwa bei Metallkonstruktionen – und ihrerseits mit einer aufgedoppelten Dämmschicht thermisch abzukoppeln ist. •• Pfosten-Riegel-Fassaden: Die Lage des Fensters ergibt sich in diesem Fall notwendigerweise aus der Pressleistenkonstruktion. Das Fensterprofil wird in der gleichen Ebene an der Sekundärkonstruktion geklemmt wie andere ausfachende Elemente (Isolierglasscheiben, Paneele) auch (2 30). Aufgrund der heutigen Tendenz, Fenster aus wärmetechnischen Erwägungen heraus nicht mehr tief in die Laibung zu legen, wie dies zum Schutz dieses empfindlichen Elements gegen die Witterung bei der traditionellen einschaligen Ziegelmauer stets der Fall war, sondern in die zumeist im äußeren Wandquerschnittsbereich liegende Dämmebene zu setzen, hat sich die Lage des Fensters deutlich zur Außenfläche der Außenwand hin verlagert, wie es die thermisch sinnvolle Lage der Wärmedämmung vorgibt. Fenster oder Verglasungen werden auch formalästhetisch heute oftmals eher als transparente, aber ansonsten bündige Bereiche einer kontinuierlichen Haut, die das gesamte Gebäude einhüllt, angesehen, statt als tiefe Einschnitte oder Löcher in einer massiven Außenwand. Befestigung

Das Fenster ist derart an der Außenwand zu befestigen, dass keine Verformungen oder Zwängungen aus der Wandkonstruktion auf das Fenster übertragen werden. Starre Verbindungen sind folglich ungeeignet. Üblich sind heute: • Bandeisen: Das biegsame Metallteil erlaubt Dehnungen zwischen Mauer und Rahmen (2 20). Es wird werkseitig am Rahmen befestigt. Das an der Mauer befestigte Ende ist für die Montage frei zugänglich und wird anschließend eingeputzt. • Verdübelung durch den Blendrahmen hindurch (2 66, 68): Der Blendrahmen wird durchgebohrt und mittels einer Schraube (und ggf. Durchsteckdübeln) an der Mauer befestigt. Diese Befestigungen sind zwar geeignet, die Kräfte aufzunehmen, die rechtwinklig auf die Fensterfläche wirken, nicht aber die Last des Fensters selbst. Die Fenster werden deshalb zu diesem Zweck unterbaut, also (mit Tragklötzen) geklotzt. Trag- und Distanzklötze werden vor der endgültigen Befestigung aber nach der Einjustierung des Fensters

9 Öffnungen

791

innen

S1

innen

S2

innen

S3 ü

außen

außen

24 Fensteranschluss in Mittellage an eine ein­schalige Schalenwand aus porosiertem Werkstoff mit gutem Dämmwert.

innen

R1 R

25 Fensteranschluss an eine Schalenwand mit Dämmschicht; Fensterlage in Fortsetzung der Dämmebene.

R2

innen

R

außen

26 Fensteranschluss an eine Schalenwand mit Dämmschicht mit Versatz bezüglich der Dämmebene. Es ist ein Mindest-Überlappungsmaß ü erforderlich.

R3

innen

R

ü

außen

27 Fensteranschluss in Mittellage an eine Rippenwand, Rippe R mit gutem Dämmwert.

R4

D

außen

28 Fensteranschluss an eine Rippenwand mit außen aufgedoppelter Dämmschicht D in Fortsetzung der Dämmebene.

innen

innen

R

Dichtstoff Hinterfüllung Hohlraumfüllung

P

30 Fensteranschluss an eine Pfosten-Riegelkonstruktion. P Pressleiste.

außen

29 Fensteranschluss an eine Rippenwand mit aufgedoppelter Dämmschicht D mit Versatz bezüglich der Dämmebene. Es ist ein Mindest-Überlappungsmaß ü erforderlich.

innen Dichtstoff Hinterfüllung Hohlraumfüllung

Dichtstoff Hinterfüllung

Hinterfüllung Dichtstoff

außen

D

außen

31 Prinzipschema eines stumpfen Maueranschlusses eines Fensters mit Dichtelementen.

außen

32 Übergreifender Maueranschlag eines Fensters mit Dichtelementen.

792

XIII Äußere Hüllen

(z. B. mithilfe von Holzkeilen) eingebaut. Alternativ hierzu werden bei Fenstern in der Dämmebene Winkel oder Konsolen eingesetzt (2 59). Abdichtung  DIN 18540  Vgl. Industrieverband Dichtstoffe IVD (Hg) IVD-Merkblatt Nr. 9 Anwendung von Dichtstoffen in der Anschlussfuge.  DIN 4108-7  BFS (Hg) Technische Richtlinien für das Abdichten von Fugen im Hochbau und von Verglasungen

An die Fugenausbildung am Fensteranschluss sind ähnliche Anforderungen zu stellen wie an die flankierenden Bauteile, also Außenwand und Fenster. Es muss also gewährleistet sein, dass eine ausreichende • Dichtheit gegen Bewitterung (Schlagregen); • Wärme- und Schallschutz; • Luft- und Dampfdichtheit gegenüber dem Innenraum gewährleistet sind. Zu diesem Zweck kommen bei Anschlussfugen drei Komponenten zum Einsatz: • dauerelastische Dichtmassen; • Dichtungsbänder aus Schaumstoffen; • Hinterfüllung der Fuge aus Faserdämmstoffen oder Ortschäumen (Ein- oder Zweikomponentenschäume). Gegebenenfalls werden zum Zweck der Dichtheit zusätzlich Fugendichtbänder (Butyl, Silicon, Gewebe) eingesetzt.

Dichtstoffe

☞ Abschn. 2.7.2 Die Einfassung und Abdichtung des Glases > Dichtelemente, S. 784  Technische Richtlinie des Glaserhandwerks Nr. 20 (2003) Einbau und Anschluss von Fenstern und Fenstertüren mit Anwendungsbeispielen, S. 35  Ausfüllen der Fuge in der Tiefe: Vgl. EnEV und DIN 4108-2

Dauerelastische Dichtstoffe schließen zum Zweck des Wind- und Regenschutzes die Fuge nach außen hin ab. Zumeist handelt es sich dabei um eine einstufige Abdichtung. Alternativ kann auch eine zweistufige Abdichtung zum Einsatz kommen, bei welcher der Regenschutz mithilfe einer Wetterhaut geleistet und eventuell eindringendes Wasser über geeignete Hohlräume kontrolliert abgeführt wird. Geeignete Dichtwerkstoffe wurden bereits angesprochen. Dichtstoffe sind nur mit einem nichtsaugenden, geschlossenzelligen Hinterfüllmaterial zu verwenden. Das eingelegte Hinterfüllmaterial bildet in der Regel auch die Begrenzung der Fuge im Fugengrund. Dies ist für die richtige Funktion der elastischen Abdichtung wesentlich; denn es ist sowohl • eine Dreiflankenhaftung als auch • die Ausbildung einer Dreiecksfuge zu vermeiden, welche die freie Dehnung des Dichtmaterials behindern und frühzeitig zu Rissen und Ablösungen führen würden. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Fuge auch raumseitig mit einer Versiegelung ausgeführt wird, welche die Luft- und Dampfdichtheit garantiert. Es soll auf diese

9 Öffnungen

793

M 1:5 0

50 mm

☞  33, 34

☞  35

y

z x

33, 34 Vertikalschnitt durch Holzfenster: Anschluss an eine Außenwand in Holzrahmenbauweise (Fa. Achenbach).

x

M 1:5

0

50 mm

35 Horizontalschnitt durch das gleiche Holzfenster (Fa. Achenbach).

794

XIII Äußere Hüllen

Weise verhindert werden, dass sich von innen Feuchtigkeit in der Konstruktion ansammelt, die kondensieren könnte. Aber auch aus schallschutztechnischen Gründen ist die Luftdichtheit der Fuge gegen den Innenraum von Bedeutung. Die umlaufende, in der Tiefe des Fugenraums vollständige Füllung der Anschlussfuge mit Dämmmaterial ist aus feuchte- und wärmetechnischen Gründen erforderlich. Auch für die bauakustische Eignung der Fuge ist diese Maßnahme notwendig. Dichtbänder

 TR Nr. 20, Einbau von ... (2014)

Fugendichtungsbänder, Abdichtungsbahnen, Dichtfolien

 Tabelle in TR Nr. 20, Einbau ... (2014)

2.7.4 Die äußere Fensterbank, die Sohlbank  Technische Richtlinie (TR) Glas Nr. 20: "Leitfaden zur Montage von Fenstern und Haustüren – mit Anwendungsbeispielen" (2014)  Richtlinie ‚Der Einbau von Fenstern, Fassaden und Haustüren mit Qualitätskontrolle durch das RAL-Gütezeichen‘

Als Fugengrund für die Versiegelung kommen in der Regel imprägnierte Dichtbänder aus Schaumkunststoffen zum Einsatz, die sich durch Expansion dicht an die flankierenden Bauteilflächen anpressen. Sie werden nach der Fenstermontage von beiden Seiten in die Fuge gedrückt. Die Dichtheit der Dichtungsbänder gegenüber Wasser, Wasserdampf und Schall wird, neben der Breite des Bands, durch den Kompressionsgrad in der Fuge bestimmt. Bei der Anwendung ist darauf zu achten, dass die vom Hersteller angegebene Fugenbreite eingehalten wird. Im Gegensatz zum oben angesprochenen Dichtungsband sind Fugendichtungsbänder und Bauabdichtungsbahnen oder Dichtfolien in der Lage, auch größere Toleranzen aufzunehmen. Sie sollten nicht straff über die Fuge gespannt werden, damit Rissbildung bei Bewegungen ausgeschlossen ist. Sie lassen sich entweder innen- und außenseitig oder nur einseitig in Kombination mit einer Dichtstofffuge (2 38, 39) ausführen. Auch hierbei ist darauf zu achten, dass innenseitig eine diffusionsdichte, außenseitig eine diffusionsfähige Folie zum Einsatz kommt. Je nach Einbausituation des Fensters lassen sich verschiedene, in der Fachregel angegebene Detaillösungen realisieren. Äußere Fensterbänke bzw. Sohlbänke werden heute im Regelfall grundsätzlich in zwei Varianten hergestellt: • Fensterbänke aus mineralischen Werkstoffen – Sohlbänke aus Natur- oder Kunststein. Sie werden in massiven Außenwänden eingebaut und lagern im Allgemeinen auf einer Verblendschale auf (2 63, 67). • Fensterbänke aus Leichtmetall – abgekantete Aluminiumprofile, die unmittelbar am Blendrahmen befestigt und angedichtet wer­d en. Sie sind zusätzlich mithilfe von Metallbügeln in verschiedenartigen Ausführungen gestützt, die an der Sekundärkonstruktion der Wand befestigt werden. Zwischen Bügel und Bank kommen im Allgemeinen Schnappverbindungen zum Einsatz, sodass keine Bohrungen erforderlich sind (2 40, 41).

9 Öffnungen

795

M 1:5

z

0

50 mm

x

M 1:10 100 mm

0

M 1:5 z

0

50 mm

x

z x

36 (Oben) Vertikalschnitt durch ein Holzfenster mit zweischaliger Verbund-Rahmenkonstruktion aus zwei verschiedenen Holzsorten (Zweiholzfenster): außen gegen Bewitterung besonders widerstandsfähiges Eichen-, Lärchen oder Fichtenholz, das bei Bedarf austauschbar ist; innen herkömmliches Nadelholz wie Fichte oder Tanne (Fabrikat Freisinger ®). 37 (Unten) Vertikalschnitt durch ein Holzfenster mit zweischaliger Verbund-Rahmenkonstruktion aus zwei verschiedenen Holzsorten mit einer wärmedämmenden Zwischenschicht (Dreiholzfenster): Dämmschicht aus Kork oder Polystyrol. Geeignet für Passivhausbau, Uw bis 0,45 W/m2K (Fabrikat Freisinger ®).

38, 39 Beispiel (oben, unten) für den Einbau eines Fensters mit Verbund-Rahmenkonstruktion und Dreifach-Isolierverglasung wie in 2 37 (Fabrikat Freisinger ®) in eine hochdämmende Außenwand in Holzrahmenbauweise (Passivhausstandard).

796

XIII Äußere Hüllen

Leichtmetall-Fensterbänke, welche heute die Standardlösung dar­stellen, sind derart an die Fensterlaibung anzuschließen, dass die verhältnismäßig großen Wärmedehnungen des Metalls aufgenommen werden können. Dies ist insbesondere bei verputzten Wänden von Bedeutung, an denen ansonsten Putzrisse entstehen können. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen Katalog-Anschlussteile verwendet, welche das Bankprofil formschlüssig mit entsprechendem Spiel umgreifen und oberseitig einen Anputz- bzw. Dicht­ flansch für eine Dichtstoffverfugung bieten. Sie stellen eine Aufkantung dar, durch welche die Anschlussfuge zur Wand über die wasserführende Ebene emporgehoben wird (2 40, 42). Aluminium-Fensterbänke werden mindestens auf 2/3 der Unterseite und über die gesamte Länge mit AntidröhnBelägen versehen, um lästige Geräuschen durch Beregnung zu vermeiden. 2.7.5 Beschläge  DIN 18357 (VOB Teil C)  DIN EN 13126-1 bis 17, -19

☞ 2 13, Teil 18 ☞ 2 13, Teil 20

 Fensterbeschläge werden als abgestimmtes Beschlagssystem im Fenster integriert. Es umfasst bei herkömmlichen Drehkippfenstern die folgenden Bestandteile (2 43): • Treibriegelverschluss mit Schließzapfen – um den Fensterflügel umlaufende Getriebebänder aus Metall mit Rollenbolzen als Schließzapfen, welche in Schließplatten am Blendrahmen eingreifen und auf diese Weise einen Anpressdruck zwischen Blend- und Flügelrahmen erzeugen. Die Dichtheit des Fensters hängt wesentlichen von dieser Kraftwirkung ab. Die Rollenbolzen sind über die Getriebebänder mechanisch mit dem Fenstergriff gekoppelt und werden durch diese angetrieben. Eckumlenkteile übertragen die Kraft um die Rahmenecken. Treibriegel- und Schließzapfenmechanik ist in einer Nut des Flügelrahmens (Euronut), die Schließplatten sind im Eurofalz untergebracht. • Fensterbänder in verschiedenen Ausführungen je nach Fenstertyp. • Fenstergriff, ggf. mit Spaltlüftungsfunktion. • Schere bei kippbaren Fenstern, bzw. feineinstellbare Spaltlüftungsschere.

9 Öffnungen

797

M 1:2,5

10 5

10

0

6

1

11

2

9

20 mm

7

4 3 z x

40 (Links) Leichtmetall-Fensterbank über einer Außenwand mit Wärmedämmverbundsystem (Anti-Dröhnbelag nicht dargestellt), an einem Holzfenster befestigt. 41 (Oben) Metall-Haltebügel wie in 2 40.

8

6

10

1

7

42 Axonometrische Darstellung des Wandanschlusses der Fensterbank wie oben in 2 40 im Schnitt dargestellt.

9 11

z y x

2

1 Alu-Fensterbankprofil 2 seitliches Alu-Anschlussteil 3 verstellbarer Metallhaltebügel 4 Schnappverbindung Bügel/Fensterbank 5 EPDM-Anschlussdichtung 6 Verschraubung mit Kunststoffkappe (siehe auch 2 13) 7 Anschlussflansch des Formteils 2 8 Verputz 9 Dehnstreifen aus elastischem Kunststoff, außenseitig Dichtstoffverfugung 10 Blendrahmen des Fensters 11 übergreifender Flansch des Formteils 2

798

2.8

XIII Äußere Hüllen

Bauphysikalische Teilfunktionen & DIN EN 14351-1

2.8.1

Luft- und Schlagregendichtheit & DIN 18055 & DIN EN 12207, DIN EN 12208 & DIN EN 1026, DIN EN 1027

Vergleichbare Anforderungen wie an die umgebende Hüllkonstruktion sind auch an das Öffnungselement selbst zu stellen. Dabei ist die Besonderheit der Öffnungsfuge, die ja gewissermaßen systembedingt ist, konstruktiv zu bewältigen. Die Luft- und Schlagregendichtheit eines Fensters oder einer Außentür ist abhängig von der fachgerechten Ausführung der wichtigsten Anschlüsse, nämlich des Wandanschlusses, des Anschlags zwischen Blend- und Flügelrahmen sowie der Einfassung des Glases. Die größte Rolle spielt dabei der Anschlag zwischen Blend- und Flügelrahmen, da es sich um eine öffenbare Fuge handelt und diese aufgrund der spezifischen Zusatzanforderungen sowie auch aufgrund von etwaigen Verformungen eines oder der beiden Rahmenanteile besonders gefährdet ist. Die konstruktiven Maßnahmen zur Sicherstellung einer ausreichenden Dichtheit sind oben angesprochen worden. Zur Erfassung der Luftdurchlässigkeit eines Fensters werden in der Norm zwei Parameter definiert: die Luftdurchlässigkeit bezogen auf die Gesamtfläche und diejenige bezogen auf die Fugenlänge. Sie stehen in Funktion der zu erwartenden Drücke auf das Fenster, was wiederum von seiner Höhenlage im Gebäude abhängt. Die Schlagregendichtheit ist die Fähigkeit des Fensters, dem Wasserdurchtritt bis zu einem Maximaldruck (der normativ festgelegten Grenze des Schlagregendichtheit) zu widerstehen. Die europäische Normung sieht eine getrennte Erfassung jeweils der Luftdichtheit und der Schlagregendichtheit eines Fensters vor:

& DIN EN 12207 & DIN EN 1026

• Luftdichtheit: Es erfolgt eine kombinierte Erfassung der Luftdurchlässigkeit bezogen auf die Fugenlänge und die Fensterfläche. Es wird diejenige Luftmenge erfasst, welche über die Fläche oder die Fuge zwischen Blend- und Flügelrahmen je Zeit, Gesamtfläche (bzw. Meter Fugenlänge) und Luftdruckdifferenz von 100 Pa ausgetauscht wird. Die Werte werden im Laborversuch gemessen. Die Einheit der Luftmenge ist m3/h; bezogen auf die Fläche entsprechend m 3 /h · m2; bezogen auf die Fugenlänge m3/h · m. Es werden Klassen 1 bis 4 mit ansteigender Dichtheit festgelegt (2 44).

& DIN EN 12208 & DIN EN 1027

• Schlagregendichtheit: Es werden Klassen definiert von 1 bis 9 mit ansteigender Dichtheit. Die Klassenbezeichnung wird mit einem Zusatz A versehen bei nicht geschützten Fenstern, bzw. mit einem Zusatz B bei teilweise geschützten. Fenster, die unter Prüfdrücken höher als diejenigen der höchsten Klasse 9 erfolgreich geprüft wurden, werden mit E und dem maximalen Prüfdruck in Pa als Zusatzangabe bezeichnet (z. B. E750).

9 Öffnungen

799

Schere Eckumlenkung

Flügelband

Schließplatte

Eckumlenkung

Getriebe

Rosette

Hebel

Falzeckband

Ecklager

Eckumlenkung

Mittelverschluss

43 Übersicht über die Band- und Schließmechanik eines Drehkippfensters aus Holz (Fabrikat Siegenia ®).

800

XIII Äußere Hüllen

Bild 2 44 gibt einen Überblick über die Klassifikation der europäischen Normung mit der Entsprechung zur (alten) DIN 18055. Grundsätzlich gilt, dass moderne Fenster im Regelfall sehr hohe Dichtheitswerte aufweisen. Dies spricht für die technische Ausgereiftheit der Dichtmechanik im Anschlag zwischen Blend- und Flügelrahmen. Dies kann und sollte einem Fenster nicht als Mangel angelastet werden, wenn womöglich, insgesamt betrachtet, kein ausreichender Luftaustausch im Innenraum stattfindet. Um aufgrund dessen ggf. raumseitig auftretende Kondensatbildung zu vermeiden, sind geeignete gezielte Lüftungsmaßnahmen angebracht wie kontrollierte manuelle Stoßlüftung oder steuerbare Dauerlüftungsaggregate. 2.8.2

Wärmedämmung des Rahmens & DIN EN ISO 10077-1, -2 & DIN 4108-4

& DIN EN 12412-2

& Zur praxisnahen Ermittlung von UfWerten hat das ift Rosenheim folgende Richtlinien herausgegeben: ift-Richtlinie WA-01/02 für thermisch getrennte Metallprofile ift-Richtlinie WA-02/04 für Kunststoffprofile sowie auch die ift-Richtlinie WA-04/01 für Uw-Werte von Holzfenstern.

2.8.3 Schallschutz ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.5, S. 708 ff

Einflussfaktoren & VDI-Richtlinie 2719 & DIN 4109-35 und DIN 4109-35/A1  VOB/C, ATV DIN 18355 Tischlerarbeiten & DIN EN 14351-1, Anhang B

Der Wärmedurchgangskoeffizient Uw des Gesamtfensters setzt sich aus dem Wert Ug der Verglasungsfläche und dem Wert Uf des Rahmens zusammen, wobei naturgemäß der Rahmenanteil an der Gesamtfensterfläche proportional in die Rechnung einfließt. DIN EN ISO 10077-1 enthält Diagramme zur angenäherten Erfassung der Wärmedurchgangskoeffizienten verschiedener Rahmenausführungen. Sie sind in den folgenden Abschnitten zu Holz-, Metall- und Kunstofffenstern wiedergegeben. Die DIN EN ISO 10077-2 gibt ein Rechenverfahren für die Ermittlung der Uf -Werte eines Rahmens vor. Alternativ steht für diesen Zweck das Heizkastenverfahren nach DIN EN 12412-2 zur Verfügung. Fortan wird der Wärmedämmwert eines Rahmenprofils folglich stets durch Angabe des Nennwerts des RahmenWärmedurchgangskoeffizienten U f erfasst. Weitere Merkmale des Rahmens, die einen Einfluss auf den Wärmedurchgang haben, wie etwa die Anschlagsart, unbelüftete Lufthohlräume oder Rollladenkästen, werden durch den Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten Uf,BW des Rahmens nach DIN EN ISO 10077-2 erfasst.

Aussagen zu grundlegenden physikalischen Verhältnissen im Zusammenhang mit dem Schallschutz von Fenstern werden an anderer Stelle getroffen. Demnach sind die wesentlichen physikalischen Einflüsse auf den Schallschutz eines Fensters, bzw. die entsprechenden konstruktiven Maßnahmen zur seiner Verbesserung, die Folgenden: 1 • Scheibendicke und Frequenz – mit ansteigender flächenbezogener Masse der Glasscheibe erhöht sich das bewertete Schalldämm-Maß Rw. Werden bei Zweischeiben-Isolierverglasungen verschieden dicke Scheiben eingebaut, wird der ungünstige Spuranpassungeseffekt abgeschwächt. Das Schalldämmmaß lässt sich – insbe-

9 Öffnungen

801

Luftdichtheit

Anforderung

DIN EN 12207

Norm Klasse

ungeschützt (A)

DIN EN 12208

1

2

3

4

Referenz-Luftdurchlässigkeit bei 100 Pa bezogen auf die Gesamtfläche [m3/(h·m2)]

50

27

9

3

Referenz-Luftdurchlässigkeit bei 100 Pa bezogen auf die Fugenlänge [m3/(h·m)]

12,5

6,75

2,25

0,75

Entsprechung mit der Klassifikation nach DIN 18055 a

A

B

C

–

150

300

600

600

geschützt (B)

maximaler Prüfdruck [Pa] a

Schlagregendichtheit

1A

2A

3A

4A

5A

6A

7A

8A

1B

2B

3B

4B

5B

6B

7B

–

A 0

50

B 100

150

200

250

9 A Exxx –

–

C 300

450

600 > 600

DIN 18055:1981-10 (zurückgezogen, nur informativ)

44 Übersicht über die Klassen der Luftdichtheit nach DIN EN 12207 und der Schlagregendichtheit nach DIN EN 12208 von Fenstern und Außentüren.

sondere im Frequenzbereich der Spuranpassung – darüber hinaus durch Verbundglasscheiben mit optimierten viskoelastischen organischen Gießharz-Zwischenschichten erhöhen. • Masse-Feder-Prinzip – zwei- oder Mehrscheibenisolierverglasungen nutzen in bauakustischer Sicht das schwingende System aus den Schalen und dem dazwischenliegenden Luft- oder Schwergaspolster. Die ungünstigen Resonanzfrequenzbereiche lassen sich durch Vergrößerung des Scheibenabstands in einen unschädlichen tieferen Frequenzbereich verlagern. • Schwergasfüllung – träge Schwergase, zumeist Edelgase wie Argon oder Krypton, verbessern die Schalldämmung in bauakustisch relevanten Frequenzbereichen. Ferner haben folgende Faktoren fallweise einen Einfluss auf den Schallschutz eines Fensters: • Schallabsorbierende Fensterlaibungen – diese Maßnahme ist lediglich bei Kastenfenstern wirksam und bietet nur begrenzte Verbesserungen von bestenfalls rund 2 dB. • Fugendichtheit – die Schalldichtheit der Fugen nimmt mit sich vergrößernden Fugenlängen und -breiten ab. Es besteht indessen kein direkter Zusammenhang zwischen der Luftdichtheit und der bauakustischen Dichtheit von Fugen. Auch bei luftdurchlässigen Fugen lässt sich durch

802

XIII Äußere Hüllen

☞ Abschn. 2.8.1 Luft- und Schlagregendichtheit, S. 798 f

den Schalldämpfereffekt ein guter Schallschutz erzielen. Umgekehrt gilt jedoch, dass die Luftdichtheit von sich aus eine gute Voraussetzung für einen wirksamen Schallschutz darstellt. • Rahmenkonstruktion – bei fachgerechter Ausführung ist der Einfluss des Rahmens vernachlässigbar. • Alterung – die Schalldämmung eines Fensters kann sich im Lauf der Zeit durch Mängel im Einbau, durch Formänderungen der Rahmen, Beschläge oder Dichtungen sowie durch deren Verlust an Elastizität oder sonstiger Funktionsmerkmale deutlich verringern. Erforderlichenfalls sind Wartungs- oder Instandsetzungsarbeiten in geeigneten Intervallen durchzuführen. • Scheibengröße – die Schalldämmung eines Fensters kann bei großen Formaten geringer ausfallen als im Prüfstand nach Norm gemessen.



Schallschutzklassen

& VDI-Richtlinie 2719, 5.

& DIN EN 14351-1, Anhang B.3

& DIN 4109-35, Tab. 2

& DIN E EN 12758, 9.

Zur Erfassung der bauakustischen Qualität eines Fensters führt die VDI 2719 in Abhängigkeit des erreichten bewerteten Schalldämmmaßes R‘w sechs Schallschutzklassen mit den Bezeichnungen 1 bis 6 ein (2 45). Verschiedene Fensterkonstruktionen nach dem Stand der Technik mit den jeweils erreichbaren Schallschutzklassen bzw. Schalldämmmaßen zeigt in Anlehnung an VDI 2719 2 46. Auch der Wandanschluss des Fensters hat einen Einfluss auf die erreichbare Schallschutzklasse, da er die Schalldichtheit der Gesamtkonstruktion mitbestimmt. Für geringere Ansprüche (Klassen 1 und 2) genügt das dichte Ausfüllen des Fugenraums mit Schalldämmmaterial. Eine Verbesserung bietet die beidseitige Verfugung mit Dichtstoff (Klassen 4 und 5). Für höhere Ansprüche sind weitere, situationsspezifische Maßnahmen erforderlich. Neben der Konstruktionsweise des Fensters selbst sind hinsichtlich des erreichbaren Schallschutzes auch Zusatzelemente wie Rollladenkästen oder Lüftungsaggregate zu berücksichtigen. Nähere Angaben zur rechnerischen Erfassung der zugehörigen Schalldämmwerte finden sich in der VDI 2719. Die DIN EN 14351-1 enthält tabellarische Werte zur Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes Rw des Fensters in Abhängigkeit der Schalldämmung der Isolierglaseinheit sowie der Anzahl der Fensterdichtungen. Weitere Schalldämmmaße gemäß DIN 4109-35 zeigt in Abhängigkeit der Fensterkonfiguration und der Rahmenbedingungen 2 47. Ferner finden sich in dieser Norm Schalldämmmaße von Einfachfenstern mit Einfachglas sowie von Verbund- und Kastenfenstern. Typische, allgemein anerkannte Schalldämmwerte R w sowie die Spektrumanpassungswerte C und C tr von Einscheiben-, Verbund- und Mehrscheibenisoliergläsern finden sich in der DIN EN 12758.

9 Öffnungen

803

Schallschutzklasse

bewertetes SchalldämmMaß R'w des am Bau funktionsfähig eingebauten Fensters, gemessen nach DIN 52 210 Teil 5 in dB

erforderliches bewertetes Schalldämm-Maß Rw des im Prüfstand (P-F) nach DIN 52 210 Teil 2 eingebauten funktionsfähigen Fensters in dB

1

25 bis 29

2

30 bis 34

> - 27 > - 32

3

35 bis 39

4

40 bis 44

5

45 bis 49

6

> - 50

> - 37 > - 42 > - 47 > - 52

45 Festlegung der Schallschutzklassen von Fenstern in Abhängigkeit der bewerteten Schalldämmmaße Rw bzw. R‘w nach VDI 2719.

804

XIII Äußere Hüllen

Beispielsammlung von Schallschutzfensterkonstruktionen für Dreh-, Dreh-Kipp-Fenster und Festverglasungen Anforderungen an die Ausführung der Konstruktion 0) Schallschutzklasse

bewertetes SchalldämmMaß R´w des funktionsfähig eingebauten Fensters

Fenster mit Systemskizze Nr.

1.1 Einfachfenster mit Einfachverglasung 1

1

25 bis 29 dB

2

30 bis 34 dB

3

35 bis 39 dB

4

40 bis 44 dB

54)

6

0)

1) 2)

3)

45 bis 49 dB

> - 50 dB

2 Verbundfenster 9)

1 Einfachfenster 1.2 Einfachfenster mit Isolierverglasung

2

1

2

2.1 mit 2 Einfachscheiben

2

1

Konstruktionsmerkmale

Wegen des Einsatzes Vorschriften der Energieiensparverordnung beachten U- Werte 1)

U- Werte 1)

U- Werte 1)

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

> - 4 mm > - 27 dB 1 erforderlich

> - 6 mm > - 8 mm > - 27 dB nicht erforderlich

> - 6 mm keine Anforderungen nicht erforderlich

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

> - 8 mm > - 32 dB 1 erforderlich

7) > - 8 mm >- 12 mm > 32 dB 1 erforderlich

> - 8 mm > - 30 dB 1 erforderlich

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

-

> - 37 dB 1 erforderlich

> - 8 mm > - 40 dB 1 + 2 8) erforderlich

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

-

> - 45 dB 1 + 2 erforderlich

> - 14 mm > - 40 dB 1 + 2 erforderlich

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

-

-

> - 18 mm > - 60 dB 1 + 2 erforderlich

Verglasung: Gesamtglasdicke Scheibenzwischenraum Rw-Verglasung 2) Dichtung; 3)

5)

Allgemeingültige Angaben für Fensterkonstruktionen der Schallschutzklasse 6 sind nicht möglich. 6)

Die Angaben über die erforderlichen Gesamtglasdicken und Scheibenabstände (Scheibenzwischenräume) können nach Gösele (1983) Zur Berechnung der Schalldämmung von Fenstern rechnerisch variiert und optimiert werden. Eine solche Rechnung ersetzt jedoch nicht eine Prüfung nach DIN 52 210. U-Werte: siehe dazu DIN 4108. Rw von Isolierverglasungen Wenn eine Verglasungseinheit verwendet wird, deren Aufbau von den unter „Gesamtglasdicke“ und „Scheibenzwischenraum (SZR)“genannten Werten abweicht, gilt als Beurteilungs- und Einstufungskriterium der genannte Rw-Wert der Verglasung, der nach DIN 52 210 Teil 3 in einem Prüfstand nach Teil 2 ermittelt worden sein muss. Die Verglasungseinheiten müssen eine dauerhafte und im eingebauten Zustand gut sichtbare Kennzeichnung des Produktes sinngemäß wie DIN 1286 Teil 2 mit daraus abzuleitender Rw-Angabe erhalten. Siehe ferner auch Abschnitt 2.8 der Richtlinie VDI 2719. Die Tabelle gilt nur für Verglasungen nach DIN 18545 sowe für solche mit vorgefertigten Dichtprofilen. Dichtungen Dichtungsprofile müssen in einer Ebene ohne Unterbrechung umlaufend angeordnet werden. Art und Anzahl der Verriegelungen und die Bemessung der Profile (VDI 2719, Abschnitt 2.6) müssen sicherstellen, dass die Dichtungen eines Fensters im Sinne von VDI 2719, Abschnitt 2.5 letzter Absatz akustisch dicht sind. Sie 2 sollen außerdem weich federnd, elastisch, alterungsbeständig und auswechselbar sein. Bei Konstruktionen entsprechend Spalten 2.1, 2.2, 3.1 und 3.2 erhöht die Dichtung die Tauwassergefahr im Scheibenzwischenraum. Konstruktionen, bei denen die Scheibenzwischenräume zur Reduzierung der Tauwassergefahr nach außen belüftet werden, benötigen Unterbrechungen in der Dichtungsebene zwischen Außenflügel und Rahmen sowie auch zwischen Innen- und Außenflügel.

46 Beispiele von Fensterkonstruktionen mit erhöhtem Schallschutz für Dreh-, Drehkippfenster und Festverglasungen, und ihre Einordnung in Schallschutzklassen nach VDI 2719.

9 Öffnungen

805

Zusammenstellung der Konstruktionskriterien für Fenster in den Schallschutzklassen 1 bis 6 (10;11); Fußnoten 0) bis 9) besonders beachten Anforderungen an die Ausführung der Konstruktion 0 ) 3 Kastenfenster 9) 2.2 mit 1 Einfach- und 1 Isolierglasscheibe 2

2.3 mit 1 Einfachscheibe und 1 Aufsatzflügel

2.4 mit 1 Isolierglasscheibe und 1 Aufsatzflügel

1 1

1

2

4)

5) 6)

7) 8) 9)

3.2. mit 1 Einfach- und 1 Isolierscheibe 1

2

1

2

3

3

U-Werte

3.1 mit 2 Einfachscheiben

1

1)

U-Werte

1)

U-Werte

1)

U-Werte

1)

U-Werte

1)

keine Anforderungen keine Anforderungen nicht erforderlich

> 6 mm keine Anforderungen 1 erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen 3 erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen nicht erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen nicht erforderlich

> - 4 mm + 4/12/4 keine Anforderungen 1 erforderlich

> 8 mm > - 30 mm 1 + 3 erforderlich

> - 4 mm + 4/12/4 keine Anforderungen 1 + 3 erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen keine Anforderungen

keine Anforderungen keine Anforderungen keine Anforderungen

> 6 mm + 4/12/4 > - 40 mm 1 erforderlich

> 8 mm > - 40 mm 1 + 3 erforderlich

> - 6 mm + 4/12/4 > - 40 mm 1 + 3 erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen 1 erforderlich

keine Anforderungen keine Anforderungen 1 erforderlich

> 8 mm + 6/12/4 > - 50 mm 1 + 2 erforderlich

-

-

> - 8 mm > - 100 mm 1 + 2 erforderlich

> 6 mm + 4/12/4 > - 100 mm 1 + 2 erforderlich

> - 8 mm + 8/12/4 > - 60 mm 1 + 2 erforderlich

-

-

> 12 mm > - 100 mm 1 + 2 erforderlich

> - 8 mm + 6/12/4 > - 100 mm 1 + 2 erforderlich

(Fortsetzung Anmerkung 3) Derartige Konstruktionen müssen zur schalltechnischen Beurteilung im Prüfstand nach DIN 52 210 gemessen werden. Bei Konstruktionen entsprechend Spalten 2.3 und 2.4 muss die Dichtung 3 umlaufend und ohne Unterbrechung dicht angedrückt werden. Die Möglichkeit der Tauwasserbildung im Scheibenzwischenraum ist jedoch auch bei gleichmäßig anliegender Dichtung nicht auszuschließen. Schallschutzklasse 5 Bei Fenstern der Schallschutzklasse 5 müssen alle Details in Konstruktion und Verarbeitung besonders sorgfältig beachtet werden. Da verschiedene Einflüsse (z. B. Undichtheiten, Körperschallübertragung) u. U. die Schalldämmung wesentlich verringern können, sollte in jedem Fall eine Baumusterprüfung im Prüfstand nach DIN 52210 vorgesehen werden. Einfachfenster mit Isolierverglasung für die Klasse 5 müssen einer Baumusterprüfung im Prüfstand nach DIN 52210 unterzogen werden. Schallschutzklasse 6 Die höchste schalltechnische Wirksamkeit weisen Kastenfenster auf, deren Glasdicken und Scheibenabstände noch über den für die Klasse 5 angegeben Werten liegen müssen. Außerdem sind schallabsorbierende Laibungen zwischen Außen- und Innenfenster zu empfehlen. Zur Vermeidung von Körperschallübertragungen sollten die beiden Fenster schalltechnisch entkoppelt werden. Einfachfenster mit 4/12/4 mm-Isolierglasscheiben erreichen am Bau R´w = 32 dB. Auf die Dichtung in der Stelle 2 kann verzichtet werden, wenn die Außenflügel dicht am Blendrahmen anliegen und kein Luftspalt zwischen beiden Flügelrahmen vorhanden ist. Bei Kasten-, Verbund- und aufgedoppelten Festern sollten Maßnahmen ergriffen werden, um den Dampfdruckausgleich nach außen herzustellen, damit der Tauwasserniederschlag zwischen den Scheiben möglichst gering bleibt.

806 Zeile

XIII Äußere Hüllen Rw

Ca

Ctr a

dB

dB

dB

1 25

2 30

–

–

33

–2

–5

34

–2

–6

35

–2

–4

36

–1

–4

37

–1

–4

38

–2

–5

39

16

– ≥6

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 12 ≥ 30

–2

–5

40

–2

–5

41

–2

–5

42

–2

–5

43

–2

–4

44

–1

–4

45

–1

–5

≥ 46 d

–1

–5

KRA

KS

KFV

KF, 1.5

KSp

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–2

0

–1

0

0

–2

0

–1

0

0

–2

0

–1

0

0

–2

0

–1

0

0

–2

0

–1

0

0

–2

0

0

0

0

–2

0

0

0

0

–2

0

0

–1

–1

0

0

0

–1

–2

0

–1

0

–1

–2

0

–2

0

–1

–2

0

–2

+1

–1

–2

0

–2

+1

–1

–2

0

–2

+1

–1

–2

1

≥4+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 12 ≥ 30 1

≥4+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 16 ≥ 30 1

≥6+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 12 ≥ 32 1

≥6+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 16 ≥ 33 1

≥6+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

≥ 16 ≥ 35 1

≥8+4

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB Falzdichtung dGes in mm

9

15

Falzdichtung dGes in mm

≥8

Falzdichtung dGes in mm

8

14

≥8

Falzdichtung dGes in mm

7

13

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

Falzdichtung dGes in mm

6

12

≥6

Falzdichtung dGes in mm

5

11

dGes in mm

Falzdichtung dGes in mm

4

Korrekturwerte dB

Einfachfenster mit MIG b

Falzdichtung dGes in mm

3

10

Konstruktionsmerkmale

≥ 16 ≥ 38 2

SZR in mm oder Rw, GLAS in dB

(AD/MD + ID) ≥ 10 + 4

c

≥ 20 ≥ 39

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID) c

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID)

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID)

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID)

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID)

Falzdichtung Rw, GLAS in dB

2

(AD/MD + ID)

Falzdichtung

2

(AD/MD + ID)

≥ 39 ≥ 41 ≥ 44 ≥ 46 ≥ 49 ≥ 51

9 Öffnungen 47 Schalldämmung von Einfachfenstern mit Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) in Abhängigkeit der Fensterkonfiguration und externer Randbedingeungen, nach DIN 4109-35. C Spektrumanpassungswert: Additionswert zur Luftschallübertragung (Rw, R'w, DnT,w) zur Berücksichtigung von Merkmalen typischer schallspektren, z. B. innerhalb von Wohnungen Ctr Spektrumanpassungswert Straßenverkehr: wie C, jedoch für teiffrequenten Lärm, z. B. von innerstädtischem Straßenverkehr. dGes Gesamtglasdicke Zusammensetzung der außenliegenden Glasscheiben Glasaufbau Scheibenzwischenraum (bei 3-fach MIG: Summe der ZwiSZR schenräume); mit Luft oder Argon gefüllt. ist der nach der zutreffenden DIN-EN-Norm deklarierte Wert Rw,Glas des bewerteten Schalldämmmaßes R w (z. B. bei MIG: DIN EN 1279-5) Anmerkung: Die Angabe Rw,Glas dient dem Nachweis abweichender Glasprodukte und korreliert nicht zwingend mit dem beschriebenenen Glasaufbau. Falzdichtung AD umlaufende Außendichtung MD umlaufende Mitteldichtung ID umlaufende Innendichtung im Flügelüberschlag 1

mindestens eine umlaufende elastische Dichtung, in der Regel als Mitteldichtung angeordnet. 2 zwei umlaufende elastische Dichtungen, in der Regel als Mittel- und Innendichtung oder auch als Außen- und Innendichtung angeordnet. Die Spektrum-Anpassungswerte gelten für das Bauteil Fenster. Sie können von den glasspezifischen Werten abweichen. b Doppelfalze bei Flügeln von Holzfenstern; mindestens zwei wirksame Anschläge bei Flügeln von Metall- und Kunststofffenstern. Erforderliche Falzdichtungen sind umlaufend, ohne Unterbrechungen anzubringen und müssen weiche federnd, dauerelastisch, alterungsbeständig und leicht auswechselbar sein. Um einen möglichst gleichmäßigen und hohen Schließdruck im gesamten Falzbereich sicherzustellen, ist eine genügende Anzahl von Verriegelungsstellen vorzusehen (zu Anforderungen an Fenster siehe auch DIN EN 14351- 1). c Bei Holzfenstern genügt eine umlaufende Dichtung. d Nachweis nach DIN EN 14351-1 durch Prüfung. a



Der aus der Tabelle links abzulesende Wert für das bewertete Schalldämmmaß Rw, Fenster für Einfachfenster mit Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) kann nach folgender Gleichung bestimmt werden: Rw,Fenster = Rw + KAH + KRA + KS + KFV + KF,1.5 + KF,3 + KSP [dB] wobei: Rw der Wert für das bewertete Schalldämmmaß des Fensters in der 2. Spalte, in dB KAH der Korrekturwert für Aluminium-Holzfenster; KAH = – 1 dB; diese Korrektur entfällt, wenn die Aluminiumschale zum Flügel- und Blendrahmen hin abgedichtet wird. Kleine Öffnungen zum Zweck des dampfdruckausgleichs zwischen Aluminiumschale und Holzrahmen sind zulässig. KRA der Korrekturwert für einen Rahmenanteil < 30%, in dB; der Rahmenanteil ist die Gesamtfläche des Fensters abzüglich der sichtbaren Scheibengröße. KR darf bei Festverglasungen nicht berücksichtigt werden. KS der Korrekturwert für Stulpfenster (zweiflügelige Fenster ohne festes Mittelstück), in dB; KFV der Korrekturwert für Festverglasungen mit erhöhtem Scheibenanteil, in dB; KF,1.5 der Korrekturwert für Fenster < 1,5 m2, in dB; KF,3 der Korrekturwert für Fenster mit Einzelscheibe > 3 m2; KF,3 = – 2 dB; KSp der Korrekturwert für glasteilende Sprossen, in dB. Anmerkung:

Die Werte gelten für ringsum dicht schließende Fenster. Fenster mit Lüftungseinrichtungen werden nicht erfasst.

807

808

2.9

XIII Äußere Hüllen

Besonderheiten des Holzfensters  Allgemeine Bestimmungen vgl. DIN 18355 und 18361.  Rahmenprofile für Dreh-, Drehkipp- und Kippfenster: DIN 68121-1  Rahmenprofile für Schwing-, Wendeund Hebefensterrahmen: DIN 68121-3  Abgerundete Profilkanten nach DIN 68121-2 & ift-Richtlinie WA-04/01

2.9.1

Werkstoffe und Herstellung & DIN EN 14220 & DIN EN 350-1, -2 & DIN 68364 & Verarbeitung von Fenstern: Vgl. Richtlinien der Gütegemeinschaft Holzfenster e.V., FFM.

Holz ist der älteste Werkstoff für Fensterrahmen. Moderne Fensterkonstruktionen sind das Resultat eines langen technischen Entwicklungsprozesses und sind in der Lage, hohe Anforderungsstandards zu erfüllen. Sie werden in der Baupraxis auch heute ausgiebig eingesetzt und erfreuen sich großer Beliebtheit. Zu ihren Vorzügen zählen das gute materialspezifische Dämmvermögen und die damit zusammenhängende Wärmebrückenfreiheit und geringe Kondensationsgefahr, die sehr günstige Ökobilanz, die Kostengünstigkeit sowie nicht zuletzt auch die visuellen und haptischen Qualitäten des Holzes. Maßgebliche Gesichtspunkte der Gestaltung und Konstruktion von Holzfenstern sind bereits in den vorangegangenen Passagen zu den allgemeinen konstruktiven Regeln näher diskutiert worden. Im Folgenden sollen weitere Besonderheiten dieser Ausführung angesprochen werden.

Die im Fensterbau in Deutschland am häufigsten eingesetzten Hölzer sind: 2 • Meranti (~ 38%) • Kiefer (~ 34%) • Fichte (~ 12%) • Lärche (~ 6%)

☞ Abschn. 2.9.2 Dauerhaftigkeit > Holzschutz, S. 811 ff 48 (Seite rechts) Exemplarisches Holzfenster mit Maueranschluss.

Von den drei oben genannten einheimischen Nadelhölzern gelten die Kiefer und die Lärche (möglichst splintholzfrei) als die dauerhafteren. Harzreiche Nadelhölzern neigen zum Ausscheiden von Harz, insbesondere bei dunklen Beschichtungen, die bei Besonnung zu hohen Oberflächentemperaturen führen. Dies gilt auch für einige Tropenlaubhölzer. Die hohen Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften der Fenster- und Außentürprofile erfordern eine strenge Sortierung der Qualitäten und eine Zuordnung zu entsprechenden Beanspruchungsgruppen. Um die Anforderungen einer bestimmten Qualitätsklasse zu erfüllen, sind gelegentlich Zusatzmaßnahmen erforderlich, wie das Ausbessern von Fehlstellen, wie weiter unten näher erläutert. Um eine weitere Verbesserung des Stehvermögens

9 Öffnungen

809

33 34

29 6 32 6

22 11 21 9 8 7

35

29 6 30 31

2

1

8 9 19 18 20 21 23 22 6 32 6 29

33

6 2 5 3 4 11 10 12 14 13 15 16 17

3 22 29 28 27

24 25

35

26

3

31

34

1 Dreischeibenisolierverglasung 2 Dichtstoff, Nassverfugung 3 Ablaufneigung für Wasserabführung 4 Kantenausrundung 5 Glasfalzanschlag 6 Kompriband 7 Glashalteleiste 8 Klotzung/Falzraum 9 Flügelrahmenprofil 10 Kanal zur Entwässerung und Entlüftung des Falzraums (Dampfdruckausgleichsöffnung) 11 Falzdichtung, Mitteldichtung 12 Wasserabreißnut 13 Entspannungskammer

14 Kunststoffprofil: Anschlag für Mitteldichtung 15 Wetterschutz- bzw. Regenschiene aus Aluminium 16 Tropfkante 17 Entwässerungsöffnung 18 Nut für Getriebemechanik (Euronut) 19 Mittelkerbe für guten Schraubensitz bei Getriebeeinbau 20 Eurofalz mit vergrößerter Falzluft zur Aufnahme und zum Aufschrauben der Schließplatten der Getriebemechanik 21 zusätzliche Innendichtung (optional) 22 Blendrahmenprofil 23 Fensterbank

24 Kunststoffdichtungsprofil 25 Leichtmetall-Sohlbank 26 Abdichtung 27 seitlicher Alu-Abschlussflansch 28 Anschlussflansch der Sohlbank für Verputz 29 Dichtstoffverfugung 30 Putzleiste 31 Putzschicht des Wärmedämmverbundsystems 32 Dämmstofffüllung 33 Hintermauerung 34 Innenputz 35 Wärmedämmschicht des Wärmedämmverbundsystems

810

XIII Äußere Hüllen

& DIN EN 13307-1

und der Dauerhaftigkeit eines Holzprofils zu erzielen sowie um Holzteile effizienter auszunutzen, werden heute oftmals an Längsstößen verklebte Massivprofile (alternativ Blockoder Keilzinkenverklebung) oder auch schichtverklebte Holzprofile eingesetzt (2 49). Dies sind im Sinn der Norm Profile aus mindestens zwei an den Längskanten miteinander verklebten massiven Holzlamellen – Massivhölzer mit einer Dicke von mindestens 7 mm – die (nur) in Längsrichtung ggf. auch block- oder keilzinkenverklebt sind. Man unterscheidet • Kanteln – ein halbfertiges, gehobeltes oder ungehobeltes Stück aus Massivholz oder schichtverklebtem Holz, mit oder ohne Keilzinkung oder Blockverklebung, mit rechteckigem Querschnitt; • Halbfertigprofile – wie Kanteln, jedoch mit besonderem Querschnitt in L -, T - oder Z -Form. Kanteln und Halbfertigprofile werden anschließend in der Fräsvorrichtung zum endgültigen Fensterprofil verarbeitet (2 49). Klebefugen von schichtverklebten Profilen verlaufen stets parallel zur Fensterebene, sodass sie nie an die bewitterte Außenfläche stoßen. Längsstöße in Form von Block- oder Keilzinkenverklebung sind – aus den gleichen Gründen – nur in den inneren Lagen zulässig. Außenlagen, die bei Einsatz unter Bewitterung naturgemäß der höheren Beanspruchung ausgesetzt sind, müssen eine Mindestdicke von 18 mm aufweisen. Der Winkel der Jahrringe in angrenzenden Lagen hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Maßhaltigkeit und das Langzeitverhalten von schichtverklebten Profilen und ist sorgfältig zu beachten. Grundsätzlich müssen die Winkel beidseits der Klebefuge annähernd gleich bzw. spiegelbildlich sein (2 50).

49 Holzrahmen aus laminiertem Holz.

50 Geeignete (links) und ungeeignete (rechts) Jahresringverläufe bei Lamellen von schichtverklebten Holzprofilen für Fensterrahmen nach DIN EN 13307-1.

9 Öffnungen

811

Die Lamellierung erlaubt grundsätzlich auch eine gezielte Mischung verschiedener Holzarten mit dem Ziel, außenseitig widerstandsfähigere Hölzer oder Holzschnitte (z.­ B. auch Kernholz), innenseitig kostengünstigere Holzarten (z. B. Splintholz) zu verarbeiten. Hinsichtlich ihrer Klebfestigkeit und Maßhaltigkeit müssen die miteinander kombinierten Holzarten verträglich sein. Eckverbindungen werden verzapft. Die sichtbare Stoßfuge zwischen den Rahmenhölzern wird dabei nicht geschlossen ausgeführt, da die Verformungen des Holzes unweigerlich zu einem Riss im Anstrich führen würden. Stattdessen werden die Kanten der anstoßenden Hölzer gefast und die Fuge somit sichtbar belassen. Holzfenster- und -außentürprofile werden heute in vollautomatisierten Fertigungsanlagen hergestellt. Beliebige Fensterformate lassen sich praktisch ohne Zusatzkosten individuell fertigen. Größere Einschränkungen bestehen hingegen bei der Querschnitts- und allgemeinen konstruktiven Gestaltung der Fenster. Ihre Querschnitte entstehen durch lineares Fräsen entlang ihrer Stabachse. Analog zu Strangpressprofilen aus dem Metall- oder Kunststofffensterbau, sind Holzfensterprofile aufgrund des linearen Fertigungsprozesses nur quer zur Stabachse gestaltbar, parallel zur Achse sind ihre Kanten notwendigerweise geradlinig und zueinander parallel. Durch weitere Arbeitsgänge lassen sich selbstverständlich weitere Nuten oder Aussparungen, beispielsweise für die Eckverbindungen, einarbeiten. Aufgrund der Standardisierung der Fräsvorrichtungen sind Profilquerschnitte zumeist innerhalb eines modularen Systems des Herstellers vorgegeben, sodass für den Planer im Allgemeinen nur innerhalb des Herstellerprogramms eine Auswahlmöglichkeit, nur selten hingegen eine Gestaltungsmöglichkeit für das Fenster besteht. Trotz der zahlreichen Vorteile, die Holzfenster im Vergleich mit Fenstern aus anderen Werkstoffen aufweisen, ist die Dauerhaftigkeit von Holzfenstern nicht in den Werkstoffeigenschaften selbst angelegt, sondern kann nur durch gezielte Maßnahmen sichergestellt werden. Diese umfassen die im Sinn des Holzschutzes richtige Materialwahl und Verarbeitung sowie auch die geeignete Beschichtung.

Dauerhaftigkeit

Holz und Holzprodukte, die für Verwendung in Fenster- und Außentürbauteilen geeignet sind, müssen verhältnismäßig strengen Qualitätsmaßstäben gerecht werden. Dazu gehörende Anforderungen sind

Holzschutz

• Aussehen: Es werden verschiedene Aussehensklassen definiert in Abhängigkeit verschiedener Merkmale wie:

& DIN EN 350 & DIN EN 460 & DIN 68 800-2, -3 & Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2010) Holz im Freien

2.9.2

812

XIII Äußere Hüllen

•• Drehwuchs; & Informationsdienst Holz (Hg) (2009) Spezial – Holzschutz für konstruktive Vollholzprodukte

•• Faserneigung; •• Äste, Durchfalläste und Fauläste;

& Informationsdienst Holz (Hg) (2015) Holzschutz – Bauliche Maßnahmen, Reihe 5, Teil 2, Folge 2

•• Harzgallen, Rindeneinwuchs; •• Risse; •• sichtbare Markröhre; •• verfärbtes Splintholz; •• Schädigung durch Ambrosiakäfer.

& DIN EN 942

Nach Norm wird eine Aussehensklasse mit einem Kürzel zwischen J2 (hohe Anforderungen) und J50 (geringe Anforderungen) bezeichnet. Die geforderten Aussehensklassen werden festgelegt in Abhängigkeit

& DIN EN 14220, Anhang A, Tabelle A.9

•• des Deckvermögens der Beschichtung – deckend oder nicht­deckend; •• dem Grad der Exponiertheit der Bauteilfläche gegenüber der Witterung; die Norm unterscheidet zwischen sichtbaren, halbverdeckten und verdeckten Flächen (2 51). Fehler wie Ausfalläste, Fauläste, breitere Risse, Harzgallen, Rindeneinwuchs, sichtbare Markröhre oder Befall durch Ambrosiakäfer müssen ggf. ausgebessert werden durch Verwendung von Dübeln aus derselben Holzart wie das umgebende Holz oder von Füllmitteln.

& DIN EN 350 sowie DIN EN 599-1, -2

• biologische Dauerhaftigkeit: maßgeblich ist die Einstufung des Holzelements in eine Gebrauchsklasse nach DIN EN 335, die in Abhängigkeit der Witterungsbeanspruchung festgelegt werden. Im Innern liegende, nicht bewitterte Holzteile gehören zur Gebrauchsklasse 1; unter Dach befindliche, nur periodischer Feuchte ausgesetzte Holzteile werden der Gebrauchsklasse 2 zugeordnet; direkt der Witterung ausgesetzte Flächen gelten als der Gebrauchsklasse 3 zugehörig (2 51 ); steht das Holz in direktem Erdkontakt oder direkten Kontakt mit Süßwasser, gilt die Gebrauchsklasse 4; bei Kontakt mit Salzwasser, die Gebrauchsklasse 5. Die natürliche Dauerhaftigkeit verschiedener Holzarten gegen holzzerstörende Pilze und andere Organismen sowie ihre Tränkbarkeit für Holzschutzmittel wird in der Norm durch verschiedene Dauerhaftigkeitsklassen erfasst (2 52). Die Kennwerte der für den Fensterbau wichtigsten Holzarten zeigt 2 53;

9 Öffnungen

813

4

1 2 45º 5

3

Gebrauchsklasse 3 nach DIN EN 335 2 51 Klassifikation der Flächen einer Holzfensterkonstruktion hinsichtlich ihrer Witterungsbeanspruchung nach DIN EN 14220.

6

4

Dauerhaftigkeitsklasse

1 Wetterseite, mindestens 15 mm von der Außenkante und vom 45°-Punkt von der Senkrechten 2 sichtbare Fläche 3 halbverdeckte Fläche 4 verdeckte Fläche 5 der 45°-Punkt von der senkrechten Fläche von waagrechten Teilen 6 Bekleidungsprofil

Beschreibung

gegenüber Befall durch holzzerstörende Pilze DC 1

sehr dauerhaft

DC 2

dauerhaft

DC 3

mäßig dauerhaft

DC 4

wenig dauerhaft

DC 5

nicht dauerhaft

gegenüber Befall durch holzzerstörende Käfer DC D

dauerhaft

DC S

nicht dauerhaft

gegenüber Befall durch Termiten DC D

dauerhaft

DC M

mäßig dauerhaft

DC S

nicht dauerhaft

gegenüber Befall durch marine Organismen DC D

dauerhaft

DC M

mäßig dauerhaft

DC S

nicht dauerhaft

Tränkbarkeit 1

Beschreibung leicht tränkbar

2

mäßig tränkbar

3

schwer tränkbar

4

sehr schwer tränkbar

n/a

keine ausreichenden Daten verfügbar

v

die Art weist eine ungewöhnlich hohe Variabilität auf

52 Dauerhaftigkeitsklassen (DC) von Holz und Holzprodukten gegenüber verschiedenen Schädlingen, gemäß DIN EN 350.

814

XIII Äußere Hüllen

• Mechanische Eigenschaften: Maßgeblich hierfür sind: •• Der Feuchtegehalt: Dieser ist in der Norm abhängig von na­tionalen Anforderungen geregelt. In Deutschland gilt für Rahmen und Zargen von Fenstern und Türen ein empfohlener maximaler Feuchtegehalt von durchschnittlich 13 ± 2 %. & DIN EN 14220, Anhang A, Tabelle A.10

•• Die Oberflächenbehandlung: Die Oberfläche muss ohne weitere Vorbehandlung, außer Schleifen, einen geeigneten Untergrund für ein Beschichtungssystem bieten. •• Die Rohdichte: Die nationalen Anforderungen setzen im Allgemeinen eine Mindestrohdichte des Holzes von

& Zu Rohdichten handelsüblicher Holzarten siehe DIN EN 350 bzw. 2 53.

Beschichtung ✏ Der Begriff Beschichtung gilt in der aktuellen Normung als Oberbegriff für Lacke, Anstrichstoffe und ähnliche Produkte, vgl. DIN EN ISO 4618 & DIN EN 927-1 bis -3, -5, -6 & Vgl. DIN 18363 (VOB Teil C). & Empfehlungen des Instituts für Fenstertechnik e. V. Rosenheim (ift)



350 kg/m3 für Nadelholz und



450 kg/m3 für Laubholz voraus.



Die Rohdichte des Holzes ist ein wesentlicher Gradmesser für die Qualität seiner physikalischen Eigenschaften.

Fenster- und Außentürrahmen werden im Allgemeinen mit Anstrichen oder Beschichtungen versehen. 3 Diese übernehmen Aufgaben • des Feuchteschutzes – zur Verhinderung der Fäule des Holzes sowie von Maßänderungen; • des Schutzes gegen UV-Strahlung, die zu einer Zerstörung der Materialgefüges des Holzes führen kann; • der visuellen Gestaltung.

& Empfehlungen des Arbeitsausschusses Anstrich und Holzschutz & BFS (Hg) Beschichtungen auf Holz und Holzwerkstoffen im Außenbereich

Es kommen im Normalfall abgestimmte Beschichtungssysteme aus festgelegten Schichtenfolgen zum Einsatz, im Allgemeinen bestehend aus einer Grundierung und einem ein- oder mehrschichtigen Schlussauftrag. Als Untergrund sind geschliffene, von Schleifstaub gesäuberte Oberflächen gut geeignet sowie auch finierte oder hydrogehobelte Oberflächen. Beschichtungen für Fenster und Außentüren lassen sich nach verschiedenen Kriterien untergliedern:

& DIN EN 927-1, 4.

• Nach vorgesehener Anwendung: Fenster und Außentüren zählen nach Norm – in Abgrenzung zu Bauteilen wie beispielsweise überlappende Verbretterungen oder freistehende Stützen – zu den maßhaltigen Holzbauteilen, d. h. zu solchen, deren Gebrauchstauglichkeit auf der Einhaltung geringer Maßtoleranzen beruht. Daneben spricht

9 Öffnungen

Anmerkg.

Tanne

440-460-480

4

S

S

S

2–3

2v

a

Larix decidua

europäische Lärche

470-600-650

3–4 D

D

S

4

2v

b

Picea abies

Fichte

470-460-470

4

S

S

S

3–4

3v

b

Pinus elliottii

Southern Pine

400-450-500

4

D

D

S

3

1

b

Pinus sylvestris

Kiefer, Föhre

500-520-540

3–4 D

D

S

3–4

1

c

Pseudotsuga menziesii

Douglasie europäisch

470-510-520

3–4 D

D

S

4

2–3

b

Douglasie nordam.

510-530-550

3

D

D

S

4

3

b

Thuja plicata

Western Red Cedar

330-370-390

2

D

D

S

3–4

3

b

Tsuga heterophylla

Western Hemlock eur.

470-490-510

4

D

S

S

2

2

Western Hemlock nordam.

470-490-510

4

D

S

S

3

1

Termiten

Abies alba

Käfer

Splintholz

Tränkbarkeit

Kernholz

Bohrmuscheln

Dauerhaftigkeit von Kernholz

Anobium

Rohdichte in kg/m3 bei 12% Holzfeuchte

Hylotrupes

Handelsname

Pilze

wissenschaftlicher Name

815

Nadelholzarten

Laubholzarten gemäßigter Zonen Acer pseudoplatanus

Spitzahorn

610-640-680

5

D

S

1

1

b

Fagus sylvatica

Buche

690-710-750

5

S

S

1v

1

b, d

Quercus robur

Eiche

650-670-760

2–4

D

M

4

1

e

Robinia pseudoacacia

Robinie

720-740-800

1–2

D

D

4

1

b

Tropische Laubholzarten Dicorynia guianensis

Basralocus

720-750-790

2v

D

M

D

4

2

Entandrophragma cyl.

Sapelli

640-650-700

3

D

M

S

3

2

Entandrophragma utile

Sipo/Sipo-Mahagoni

590-640-660

2–3

D

M

M

4

2

Heritiera spp.

Niangon

670-680-710

3

D

M-D

S

4

3

Lophira alata

Bongossi

950-1060-1100 3

D

M-D

S

4

3

Nauclea diderrichii

Bilinga

740-750-780

1

n/a

D

M-D

2

1

Shorea spp.

Dark Red Meranti *

600-680-730

2–4

D

M

S

4v

2

Shorea spp.

Light Red Meranti *

490-520-550

2–4

D

S

S

4v

2

Tectona grandis

Teak

650-680-750

1–3

D

M

M-D

4

3

f

Anfällig für Bläue. Nicht beständig gegen Bohrmuscheln. Diese Art zeigt bei Prüfung unter Laborbedingungen eine große Spannweite der dauerhaftigkeit gegen Basidiomyceten. Nicht beständig gegen Trichoferus holosericeus; Tränkbarkeit bezieht sich auf Rotkern. Splintholz nicht beständig gegen Lyctus und Trichoferus holosericeus; diese Art zeigt bei Prüfung im Endkontakt eine große Spannweite der Dauerhaftigkeit gegen Pilze. f Unter Laborbedingungen nicht beständig gegen Termiten. * Bei Meranti handelt es sich nicht um eine bestimmte Holzart, sondern um ein Handelssortiment, wobei individuelle Hölzer ungewöhnlich große Eigenschaftsschwankungen aufweisen können. a b c d e

53 Handelsübliche Holzarten für den Fensterbau. Klassifizierung hinsichtlich ihrer natürlichen Dauerhaftigkeit gegenüber Pilzbefall und anderen Organismen. Angaben nach DIN EN 350 (Auszug). Die Angaben zur Dauerhaftigkeit gelten nur für das Kernholz. Das Splintholz ist grundsätzlich als nicht dauerhaft einzustufen (zu Klassenbezeichnungen vgl. 2 52).

816

XIII Äußere Hüllen

man von nicht oder nur begrenzt maßhaltigen Bauteilen. Maßhaltige Bauteile sind besonders gegen Feuchte zu schützen, weshalb sie grundsätzlich mit diffusionshemmenden Beschichtungen zu versehen sind. Diese weisen diffusionsäquivalente Luftschichtdicken s D von mindestens 1,2 m auf. • Nach Aussehen: Man unterscheidet verschiedene Beschichtungen hinsichtlich: •• Ihrer Fülle oder Schichtdicke, zwischen minimal (5 mm) und sehr hoch (> 100 mm). Sie beeinflusst unmittelbar die Sperrwirkung der Beschichtung. •• Ihres Deckvermögens: Man unterscheidet zwischen deckenden, halbtransparenten und transparenten (nichtdeckenden) Beschichtungen, in Abhängigkeit vom Grad ihrer Pigmentierung. Das Deckvermögen ist ein Merkmal für die Fähigkeit der Beschichtung, schädliche Sonnenstrahlung, insbesondere den UV-Anteil, zu absorbieren oder zu reflektieren. Hellfarbige Beschichtungen reflektieren stärker als dunkelfarbige und schützen das Holz dementsprechend wirksamer gegen hohe Oberflächentemperaturen und deren schädliche Auswirkungen wie Reißen, Ausschwitzen von Harz, Verwitterung, Durchfeuchtung und Pilzwachstum. Vollständig transparente Beschichtungen lassen zwar die Holzstruktur und -farbigkeit erkennen, sind aber für bewitterte Fensterbauteile nicht geeignet. Halbtransparente Beschichtungen wie Dünnschichtoder Imprägnierlasuren bzw. Dickschichtlasuren stellen einen Kompromiss zwischen Aussehen und Schutzwirkung dar, sind jedoch hinsichtlich ihrer Wirksamkeit mit deckenden Beschichtungen nicht vergleichbar. •• Ihres Glanzes: Zwischen matt und hochglänzend. Glanz wirkt eher schmutzabweisend und erleichtert die Reinigung, beeinflusst die Haltbarkeit aber ansonsten kaum. • Nach Beanspruchungsbedingungen: Es werden verschiedene Stufen definiert, die von der Konstruktion und der klimatischen Beanspruchung abhängig sind. Für Fenster- und Außentürbauteile aus Holz kommen als Beschichtungsarten infrage: • Dickschichtlasuren mit Grundierung mit einer Schichtdicke zwi­schen 60 und 80 mm. Dickschichtlasuren enthalten zwischen 30 und 60 % nichtflüchtige Bestandteile und weisen eine verhältnismäßig geringe Pigmentierung auf, sodass die Holzstruktur teilweise erkennbar bleibt. Sie lassen sich zum Zweck des chemischen Holzschutzes

9 Öffnungen

817

nicht mit Fungiziden ausrüsten. • Diffusionshemmende deckende Lacksysteme mit einer Schichtdicke zwischen 80 und 120 mm, sowohl auf Lösemittel- wie auch auf Wasserbasis (Alkydharz, Acrylatharze, Hybridsysteme). Lacke sind nicht mit Holzschutzmitteln ausgerüstet. Beschichtungen auf Holzteilen von Fenstern und Außentüren erfordern eine verhältnismäßig intensive Wartung und ggf. Instandsetzung. Dickschichtlasuren mit ausreichender Pigmentierung sind je nach Klimabeanspruchung in Intervallen zwischen 12 Jahren bei geringer und 2 bis 3 Jahren bei starker Beanspruchung zu erneuern, deckende Lacke ohne Fungizide entsprechend zwischen 15 Jahren und 2 bis 3 Jahren. Die sehr günstige Wärmeleitfähigkeit von Holz, die in der Größenordnung von l = 0,13 W/mK liegt, erlaubt eine gute Wärmedämmung im Bereich des Rahmens bei gleichzeitiger konstruktiver Einfachheit des – anders als bei Metallfenstern – ungeteilten Rahmenprofils. Wärmebrücken- und daraus folgende Kondensatbildung sind dabei nahezu ausgeschlossen.

Wärmedurchgang am Rahmen & DIN EN ISO 10077-1 & DIN 4108-2

y 3

2

1 2 1 50

d2

a: Rahmen beweglich b: Rahmen fest stehend

d2

d2

x

150

100

rechts: Außenraum links: Innenraum

a b

d= d1 A Holz

d1 B Metall-Holz

d1 C Metall-Holz

d 1 + d2 2

54 Diagramm zur angenäherten Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmens Uf in W/m2/K eines Holzfensters in Abhängigkeit der Rahmendicke df in mm, bezogen auf einen Feuchtegehalt von 12 %, gemäß DIN EN ISO 10077-1. x y 1 2

Dicke des Rahmens df in mm Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens Uf in W/m2K Laubholz, Rohdichte 700 kg/m3; l = 0,18 W/mK Nadelholz, Rohdichte 500 kg/m3; l = 0,13 W/mK

2.9.3

818

XIII Äußere Hüllen

2.9.4 Sonderform Holz-Aluminium-Fenster

Als Antwort auf die verhältnismäßig große Empfindlichkeit von Holzfensterprofilen gegen Bewitterung sind HolzAluminium-Fenster entwickelt worden (2 55 bis 59). Sie lassen sich als eine Art Verbundkonstruktion auffassen, bei der eine gezielte Funktionszuweisung an Werkstoffe mit abweichenden Eigenschaften stattfindet: Die wesentlichen Aufgaben des Dichtens, Tragens und Wärmedämmens werden im Wesentlichen vom Holzanteil geleistet (2 55, Teile 1, 3), der Witterungsschutz außenseitig hingegen von Aluminiumprofilen (2 55, Teile 2, 4). Dies sind extrudierte schalenartige Profile, welche die Außenfläche des Rahmens vollflächig abdecken und die Holzkonstruktion wirkungsvoll gegen direkte Bewitterung schützen. Sie werden im Regelfall mit Abstand zum Holz auf Zapfen oder Nocken aufgeklippst und erlauben die Belüftung der empfindlichen Holzteile. Da die Aluminiumschalen demontierbar sind, folgt aus dieser Konstruktionsart in den meisten Fällen, dass innenseitig auf eine getrennte Glashalteleiste verzichtet werden kann, da das Aluminiumprofil ihre Aufgabe übernehmen kann. Innenseitig wird das Glas folglich an einem Glasfalzanschlag aus Holz angelegt (2 55, Teil 10). Die sichtbare Schattennut an der Blendrahmeninnenseite entfällt. Die weiter oben getroffenen wesentlichen Aussagen zu Holzfenstern sind sinngemäß auch auf Holz-AluminiumFenster anwendbar.

8

9

10 2

55 Holz-Aluminium-Fensterprofile (Fabrikat Alto Nova ®). 1 Flügelrahmenprofil aus Holz 2 Außenschale aus Aluminium 3 Blendrahmenprofil aus Holz 4 Außenschale/Wetterschutzschiene aus Aluminium 5 Trag- und Rinnenprofil der Außenschale aus Aluminium 6 Mitteldichtung 7 Innendichtung 8 Kunststoffdichtungen für die Trockenverglasung 9 zusätzliche Versiegelung 10 Glasfalzanschlag

1

5 6 4

7

3

z 0

56 (Seite rechts) Holz-Aluminium-Fenster mit Maueranschluss gemäß 2 57 bis 59.

x

M 1:2,5

50 mm

9 Öffnungen

819

28 16 29 17

20 15 3 6 31 1 8

6

18

2

21 26 25 24 30 23

8 1 8 14 6 31 3 27 28

2 4 10 11 12 5 12 13 26 17 21 22 23 24 19

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Flügelrahmen aus Holz Außenschale aus Aluminium Blendrahmen aus Holz Außenschale/Wetterschutzschiene aus Aluminium Tragprofil des Abdeckprofils (13) aus Aluminium und Anschlag für Sohlbank (19) Mitteldichtung Innendichtung Kunststoffdichtung für Trockenverglasung Mitteldichtung Außendichtung mit Anschlag für den Flügel und Lappen zur Rinne Rinne Entwässerungs- und Entlüftungsöffnung Abdeckprofil aus Aluminium Falzraum/Klotzung Dichtstoffverfugung Kompriband

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Winddichtung Dreifach-Isolierverglasung Sohlbank aus kaltverformtem Blech Innenputz Dämmebene Abdichtung Hinterlüftung Wetterhaut aus Profilblech Anschlussblech Dichtstreifen Fensterbank Hintermauerung Dämmstofffüllung Leibungsprofil aus kaltverformtem Blech Eurofalz mit vergrößerter Falzluft zur Aufnahme und zum Aufschrauben der Schließplatten der Getriebemechanik

820

XIII Äußere Hüllen

☞  57, 58

☞  59

y

M 1:5

z

0

50 mm

x

57, 58 Holz-Aluminium-Fenster in Außenwand mit vorgehängter, hinterlüfteter Wetterhaut aus Trapezprofilen; Vertikalschnitt (Fabrikat Rhein­zink  ®).

x

M 1:5 0

50 mm

59 Holz-Aluminium-Fenster wie links; Horizontalschnitt (Fabrikat Rheinzink ®).

9 Öffnungen

Die spezifischen Werkstoffeigenschaften des Aluminiums, ins­besondere seine gute Formbarkeit, seine Formstabilität und Witterungsbeständigkeit, finden in zahlreichen modernen Fenstersystemen aus diesem Material eine sehr vorteilhafte Anwendung. Aluminiumfenster und -außentüren lassen sich mit außerordentlich großer Präzision verarbeiten und montieren, sind bei der Montage leicht handhabbar und erreichen mit geeigneter Oberflächenbehandlung eine sehr lange Lebensdauer ohne aufwendige Wartungsarbeiten. Hingegen erfordert die hohe Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs grundsätzlich einen thermisch getrennten Aufbau des Rahmens und folglich auch einen erhöhten konstruktiven Aufwand. Aluminium kann im Allgemeinen hinsichtlich der Kosten nicht mit anderen Fensterwerkstoffen konkurrieren. Der bei Aluminium verhältnismäßig einfache Prozess des Urformens in einem Strangpressverfahren erlaubt, die Querschnitte sehr spezifisch auf die konstruktiven Anforderungen anzupassen.

Es kommen Aluminiumlegierungen mit Zulegierungen anderer Metalle wie Mangan, Magnesium, Kupfer, Silicium und Zink zum Einsatz, mit dem Ziel, Festigkeit und andere Eigenschaften zu beeinflussen. Im Fensterbau wird die Aluminiumlegierung EN AW-6060 (Al MgSi) nach DIN EN 573-3, -4 verwendet. Wenngleich der Primärenergieaufwand für die Herstellung von Aluminiumprofilen groß ist, erlaubt das Recycling durch Einschmelzen von Fertigungs- und Altschrott eine deutliche Minderung des Energieverbrauchs, bis auf 5 % des Primäranteils, ohne Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften.4 Fensterprofile aus Aluminium werden im Strangpressverfahren hergestellt. Aufgrund der spezifischen Werkstoffeigenschaften sind – anders als bei Stahlfensterprofilen – nahezu beliebige Querschnittsgeometrien realisierbar, auch außerordentlich komplex geformte, feingliedrige Geometrien mit zahlreichen dünnen Rippen und Stegen. Dies kommt dem Systemprinzip, nach dem modular gestaltete Grundprofile mit zahlreichen Zusatzelementen ausgestattet werden, die je nach Einsatzfall zur Verwendung kommen, sehr entgegen. Wie bei anderen Werkstoffen auch, sind Aluminiumfensterprofile das Resultat eines linearen Fertigungsprozesses, das eine Formgebung nur quer zur Extrusionsrichtung erlaubt. Die geringeren Festigkeitswerte von Aluminium im Vergleich mit Stahl führen zu etwas größeren Profildimensionen, die sich im Regelfall in breiteren Rahmenansichtsflächen niederschlagen.

821

Besonderheiten des Aluminiumfensters

2.10

& ift-Richtlinie WA-01/01 & DIN EN 14024 & Vgl. DIN EN 12020-1, DIN EN 485-1, -2 und DIN EN 755-1 bis -9.

Werkstoffe und Herstellung & Berechnung, Ausführung und bauliche Durchbildung vgl. DIN 1999.

& Zu Verwendung von Alu-Verbundprofilen vgl. Richtlinie des Instituts für Bautechnik, Berlin. ☞ Band 1, Kap. III-6 Recycling, S. 160 ff & Vgl. RAL-GZ 695 Fenster, Fassaden und Haustüren – Gütesicherung.

2.10.1

822

XIII Äußere Hüllen

2.10.2 Dauerhaftigkeit

☞ Band 1, Kap. VI-6, Abschn. 2. Korrosion von metallischen Werkstoffen, S. 764 ff

Im Vergleich mit Holzfenstern kann das Aluminiumfenster als ausgesprochen wartungsarm gelten. Als unedles Metall bildet Aluminium im Kontakt mit dem Luftsauerstoff selbsttätig eine dichte Sperrschicht aus Aluminiumoxiden (Passivschicht), die von sich aus einen wirksamen Korrosionsschutz entfaltet. Diese ist aber als definitive gebrauchsfähige Schutzschicht nicht ausreichend. Zusätzlich ist eine Oberflächenbehandlung der Aluminiumprofile nach geeigneter Vorbehandlung erforderlich. Sie verbessert die Witterungsbeständigkeit des Werkstoffs und erlaubt eine farbliche und haptische Gestaltung der Oberfläche. Folgende Oberflächenbehandlungen sind möglich: 5 • Pulverbeschichtung: Es erfolgt ein elektrostatisches Aufstäuben von Pulverfarbe auf Polyesterbasis auf die zu beschichtende Oberfläche. In einem nachfolgenden thermischen Verarbeitungsschritt wird das Pulver bei etwa 200 ° C aufgeschmolzen und zu einem zusammenhängenden Farbfilm vernetzt. Es entsteht eine gut haftende, gleichmäßige und dauerhafte Beschichtung. • Eloxal: Das anodisch gepolte Aluminiumbauteil wird in einem elektrochemischen galvanischen Verfahren in eine wässrige, sauer eingestellte Elektrolytlösung getaucht. Es entsteht eine technisch beeinflussbare Sperrschicht aus Aluminiumoxid. Am häufigsten kommt das Gleichstrom-Schwefelsäureverfahren (GS) zum Einsatz. Die Porenstruktur der Oxidschicht wird verdichtet, sodass ein geschlossener, gut schützender Oxidfilm auf der Bauteiloberfläche entsteht. Dieser ist von sich aus farblos, lässt sich aber durch Zugabe von Metallverbindungen sowie auch organischer Pigmente in verschiedenen Farben und Tönen einfärben. • Nasslack: Auftragen einer Lackschicht aus Bindemittel, Pigmenten und Zusatzstoffen im Spritzverfahren. Es kommen Bin­­de­mittel aus Polyurethan oder Fluorpolymeren zum Einsatz. Nasslacke erfüllen hohe Ansprüche an die Oberflächenbeständigkeit und erleichtern die Reinigung der Oberfläche.

2.10.3

Wärmedurchgang am Rahmen ☞ Vgl. auch Band 4, Kap. 3, Abschn. 11.2 Wärmeleitfähigkeit.

Bei einer mittleren Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumlegierungen von l = 160 W/mK, die etwa dem Tausendfachen derjenigen von Holz oder PVC entspricht, ist eine ausreichende Dämmfähigkeit bei Fensterrahmen aus Aluminium nur durch eine thermische Trennung des Profilquerschnitts in zwei Schalen, eine innere und eine äußere, möglich (2 60, jeweils Elemente 1 und 2 bzw. 3 und 4). Die mechanische Verbindung erfolgt durch schlecht wärmeleitende Kunststoffstege aus PA- oder PU-Kunststoffen(2  60, Element 5). Maßgeblich für den Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmens ist insbesondere:

9 Öffnungen

823

M 1:2,5 0

10

50 mm

6

5

1

60 Fensterprofile aus Aluminium (Fabrikat Schüco ®). 2

7

1 Außenschale des Flügelrahmenprofils aus Aluminium 2 Innen 3 Außenschale des Blendrahmenprofils aus Aluminium 4 Innenschale des Blendrahmenprofils aus Aluminium 5 Verbinder aus Kunststoff 6 Glashalteleiste aus Aluminium, eingeklippst 7 Mitteldichtung, jeweils außen und innen 8 Anschlagsrippe am Verbinder für die Mitteldichtung 9 Anschlagsdichtung innen 10 Kunststoffdichtungen für die Trockenverglasung d Abstand zwischen den Aluminiumschalen b Breite des Verbinderstegs 5 in der Dämmzone

8 d

3

b

9

5 4

y x

• der Abstand d zwischen den Aluminiumschalen (2 60); • die Breite b des Werkstoffs in der Dämmzone (2 60); • die Wärmeleitfähigkeit des Dämmstoffs der Verbinder; • das Verhältnis der Breite der wärmetechnischen Trennung zur Projektionsbreite des Rahmens. Y 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 X Y

4

8

12

16

20

24

28

32

36

X

kleinster Abstand d zwischen gegenüberleigenden Metallprofilen, in mm Wärmedurchlasswiderstand Rf des Rahmens, in m² · K/ W Die graue Fläche deckt eine Vielzahl von Messergebnissen ab, die in Messungen an Rahmen auf europäischer Ebene gewonnen wurden. Die Messwerte wurden aus der Oberflächentemperaturdifferenz über dem Rahmen ermittelt.

61 Wärmedurchlasswiderstand Rf von MetallFensterprofilen in Abhängigkeit des Schalenabstands d nach DIN EN ISO 10077-1.

824

XIII Äußere Hüllen

☞  62, 63

☞  65

y

M 1:5 0

50 mm

x

☞  64 ☞  64 F

y

M 1:5

z

0

50 mm

x

M 1:5 0

50 mm

x

62, 63 Aluminiumfenster in Außenwand mit vorgehängter, hinterlüfteter Wetterhaut aus Naturstein (Fabrikat Schüco ®); Vertikalschnitt.

64 (Oben) Aluminiumfenster wie in 2 62, 63; Horizontalschnitt. 65 (Unten) Aluminiumfenster: öffenbarer Doppelflügel Ö mit Stulpanschlag, Anschluss an ein festverglastes Feld F (Fabrikat Schüco®); Horizontalschnitt.

9 Öffnungen

825

☞  66, 67

☞  68

M 1:5 0

50 mm

y

z x

66, 67 Aluminiumfenster in Außenwand aus zweischaligem Muerwerkmit Kerndämmung (Fabrikat Schüco ®); Vertikalschnitt.

x

M 1:5

0

50 mm

68 (Aluminiumfenster wie in 2 66, 67 (Fabrikat Schüco®); Horizontalschnitt.

Die Norm gibt Anhaltswerte für den Wärmedurchlasswiderstand R f des Rahmens in Abhängigkeit des kleinsten Schalenabstands d (2 61) und gibt ein Rechenverfahren zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten Uf des Rahmens vor.

& DIN EN 12412-2, DIN EN ISO 10077-2 & DIN EN ISO 10077-1, 5. und 6., sowie Anhang F.4

826

XIII Äußere Hüllen

☞  66, 67

☞  68

M 1:5 0

50 mm

y

z x

69, 70 Aluminiumfenster in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung (Fabrikat Schüco ®); Vertikalschnitt.

x

M 1:5

0

50 mm

71 Aluminiumfenster wie in 2 69, 70 (Fabrikat Schüco ®); Horizontalschnitt.

9 Öffnungen

827

26 5 21 22 1 4 5 9 28 2 10 6

17 18 19 20 3 22 21 7

10

11

10 6 27 10 5 2 9 8 7 4 22 5 15 16 18

1

24

12 3 13 13 14 17 23 25 20

26

1 Außenschale des Flügelrahmens aus Aluminium 2 Innenschale des Flügelrahmens aus Aluminium 3 Außenschale des Blendrahmens aus Aluminium 4 Innenschale des Blendrahmens aus Aluminium 5 Verbinder aus Kunststoff – thermische Trennung 6 Glashalteleiste aus Aluminium, eingeklippst 7 Mitteldichtung mit Lappen zur Rinne (12) 8 Anschlagsrippe am Verbinder für die Mitteldichtung 9 Anschlagsdichtung innen 10 Kunststoffdichtung für die Trockenverglasung 11 Dreifach-Isolierverglasung 12 Rinne 13 Entwässerungs- und Entlüftungsöffnung 14 Zusatzprofil aus Aluminium, eingeklippst 15 Anschlussprofil aus Kunststoff

16 Stahl-Rohrprofil; Tragprofil, an Hintermauerung (26) befestigt 17 Winddichtung, Feuchtesperre 18 Dämmebene 19 Hinterlüftung 20 Wetterhaut, Natursteinbekleidung 21 Kompriband 22 Dichtstoffverfugung 23 Sohlbank aus kaltverformtem Blech 24 Abschlussflansch der Sohlbank 25 Aluminiumprofil zum Sperren eingetriebenen Wassers 72 Aluminiumfenster 26 Hintermauerung mit Maueranschluss ge27 Fensterbank mäß  2  62 bis 64. 28 Falzraum, Klotzung

828

XIII Äußere Hüllen

2.11 Besonderheiten des Kunststofffensters & DIN EN ISO 1163-1, -2 & DIN 16830-1 bis -4 & RAL-GZ 716/1, Abschn. 1 & ift-Richtlinie WA-02/02

☞ Band 1, Kap. III-2 Ökologie, S. 104 ff ☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 6.1 Recycling von Thermoplasten, S. 170 f

2.11.1

Werkstoffe und Herstellung ☞ Band 1, Kap. V-5, Abschn. 5.3 Polyvinylchlorid (PVC), S. 344, sowie Abschn. 2.3 Produkte aus Polyvinylchlorid (PVC), S. 457

Kunststofffenster haben sich in weiten Bereichen des Wohnungsbaus als Standardlösung etabliert. Die Rahmen weisen gute Wärmedämmeigenschaften auf, welche insbesondere auf die geringe Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs zurückzuführen ist. Heute gängige Mehrkammerprofilierungen verbessern die Wärmedämmeigenschaften des Rahmens zusätzlich. Die verhältnismäßig geringe Festigkeit der verwendeten Werkstoffe erfordert eine statische Verstärkung der Querschnitte mithilfe von Stahl- oder Aluminiumprofilen. Hinsichtlich des Preis-Leistungsverhältnisses sind Kunstofffenster gegenüber anderen Ausführungen sehr konkurrenzfähig. Kunststofffenster weisen eine günstige Ökobilanz auf unter der Voraussetzung, dass sie mit einer Recyclingrate von rund 70 % zu Neuprodukten wiederverarbeitet werden.6 Ihre ökologische Verträglichkeit ist unter diesen Vorgaben vergleichbar mit derjenigen von Holzfenstern. Indessen sind für ihre Herstellung nichterneuerbare Energien und Rohstoffe erforderlich, was sich negativ auf die Ökobilanz niederschlägt.

Kunststofffenster werden aus extrudierten Profilen aus weichmacherfreien Polyvinylchlorid-(PVC-U)-Formmassen nach DIN EN ISO 1163-1, -2 hergestellt. Zusätzlich lassen sich die Profile durch folgende Verfahren beschichten: • Koextrusion mit durchgefärbtem Polymethylmethacrylat (PMMA). Hierbei werden die zwei thermoplastischen Formmassen in getrennten Extrudern aufgeschmolzen und im Profilwerkzeug fest miteinander verbunden. • Beschichtung mit Lacken aus Acrylharzen, werkseitig in einem oder mehreren Arbeitsgängen. • Kaschierung mit witterungsbeständigen PVC-Folien unter Einsatz von Reinigungsmittel, Primer, Klebstoff, Druck und Temperatur. Sichtbare Oberfläche mit Schutzschicht auf Polyacrylatbasis.

☞ Band 1, Kap. III-6, Abschn. 6.1 Recycling von Thermoplasten, S. 170f

Für die Herstellung der Fensterprofile wird nach Norm verwendet:

9 Öffnungen

829

• Frischmaterial – eine Formmasse in Form von Pulver oder Granulat, die zum ersten Mal zu einem Profil extrudiert wird; • Regenerat – Mischung aus unterschiedlichen Fensterprofilen verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Farben und Werkstoffkombinationen, die jedoch noch nicht als Fenster eingesetzt waren; • und Recyclat – aus Mahlgut von demontierten und gesäuberten Fensterrahmen, aus Fensterprofilen, die der Norm entsprechen und bereits in Gebäuden eingesetzt waren. Wegen ihrer nur eingeschränkten Steifigkeit werden PVCFensterprofile grundsätzlich mit speziellen verzinkten, kaltgewalzten Stahlprofilen oder mit handelsüblichem feuerverzinktem Stahlrohr verstärkt (2 73, Teil 6). Alternativ kommen auch Aluminiumprofile zum Einsatz. Diese Profile (Einschieblinge) werden in Hohlkammern eingeführt und anschließend durch Verschraubung oder Nietung mit dem Kunststoffprofil verbunden. Ecken werden durch Spiegelschweißung des Kunststoffs hergestellt. Eine Eckverbindung der Aussteifungsprofile aus Metall ist nicht möglich, was die Gesamtsteifigkeit des Fensterrahmens einschränkt und somit auch die insgesamt ausfühbaren Fensterformate. Obgleich Kunstofffenster eine verhältnismäßig neue technische Entwicklung sind und wirkliche Langzeiterfahrungen noch nicht vorlie­gen, zeigen sie auch nach 20 Jahren Bewitterung eine gute Dauerhaftigkeit, abgesehen von leichten Spuren der Vergilbung und Vergrauung. Nach dem Verflüchtigen

Dauerhaftigkeit

8

3

1 4

6

5

7

73 Kunststoff-Fensterprofile, Fünfkammersystem (Fa­brikat Weru ®).

7

2 6

9

M 1:2,5

y

0

x

50 mm

1 Flügelrahmenprofil aus PVC 2 Blendrahmenprofil aus PVC 3 Glashalteleiste aus PVC, eingeklippst 4 Wetterschenkel aus PVC 5 Versteifungsstege 6 Versteifungsprofil aus Stahl, sendzimirverzinkt, in Profilhauptkammer 7 Anschlagsdichtung, jeweils außen und innen 8 koextrudierte Dichtungslippe 9 Profilvorkammer

2.11.2

830

XIII Äußere Hüllen

20 21 15 16 22 12 2 9 7 6 11 8 3

6 15 16 22 21

10

8 3 11 13 5 6 1 7 12 6 18 15 16 17

7 4

14 9 16 19

20

74 Kunststofffenster mit Maueranschuss gemäß 2 76 bis 78.

1 Flügelrahmen aus PVC 2 Blendrahmen aus PVC 3 Glashalteleiste aus PVC, eingeklippst 4 Wetterschenkel aus PVC 5 Versteifungssteg 6 Versteifungsprofil aus Stahl, sendzimirverzinkt, in Profilkammer 7 Anschlagsdichtung, jeweils außen und innen 8 koextrudierte Dichtungslippe 9 Profilvorkammer 10 Dreischeiben-Islolierverglasung 11 Verglasungsdichtung

12 Falzraum 13 Falzraum/Klotzung 14 Anschlussprofil aus Kunststoff 15 Kompriband 16 Dichtstoffverfugung 17 Winddichtung/Dampfsperre 18 Fensterbank 19 Sohlbank 20 Hintermauerung 21 Verputz 22 Putzleiste

9 Öffnungen

831

der Weichmacher tritt eine gewisse Versprödung des Werkstoffs ein und es können sich feine Risse bilden. Spezielle Pflegemittel erlauben eine periodische Reinigung. Zur Verbesserung der Oberflächenbeständigkeit ist auch eine Folierung möglich. PVC hat nach DIN EN 12524 eine Wärmeleitfähigkeit l = 0,17 W/mK und ist somit vergleichbar mit den für Fensterprofile üblichen Holzarten. Der Wärmedurchgang durch das Rahmenprofil erfolgt indessen nicht durch einen homogenen Querschnitt wie beim Holzrahmen, sondern durch einen profilierten Querschnitt mit Kammern (2 73, Teil 9). Die Dämmwirkung entfaltet sich – anders als beispielsweise beim Metallrahmen – nicht durch eine thermische Trennung in eine innere und äußere Schale, sondern durch die kombinierte Dämmwirkung der verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Verbindungsstege aus PVC und den stehenden Luftvolumina in den Hohlkammern. Diese sind zur weiteren Verbesserung der Wärmedämmung ggf. durch dünnere Trennstege weiter in kleinere Unterkammern unterteilt. Am günstigsten verhalten sich sogenannte Drei- oder Fünfkammersysteme, bei denen die Metallaussteifung in der mittleren Hauptkammer liegt und außenseitig jeweils eine oder mehrere Vorkammern ihre Dämmwirkung entfalten können. Neuere Ausführungen weisen bis zu acht hintereinandergeschaltete Profilkammern sowie thermisch getrennte, zweischalige Metallverstärkungen im Rahmeninnern auf. Sie sind als rippenartige Stege in Form einer Verbundkonstruktion im Kunststoffprofil integriert. Gemäß Norm können Werte für Wärmedurchgangskoeffizienten Uf von Kunststoffrahmen mit oder ohne Metallaussteifung wie in der Übersicht in 2 75 angesetzt werden. Nach Herstellerangaben sind Uf -Werte von bis zu 0,7 W/ m2K erzielbar.

Wärmedurchgang am Rahmen

& DIN EN ISO 10077-1, Anhang F.2

Uf

Rahmentyp

Rahmenmaterial

W/(m² · K)

Polyurethan

mit Metallkern Dicke von PUR > 5 mm

PVC-Hohlprofile *

zwei Hohlkammern

außenseitig

raumseitig

2,2

drei Hohlkammern

außenseitig

raumseitig

2,0

2,8

> _5

Hohlkammer im Kunststoffrahmen

* mit einem Abstand von mindestens 5 mm zwischen den Wandflächen der Hohlkammern (siehe Schemabild links) 75 Wärmedurchgangskoeffizient Uf von Kunststofffensterprofilen mit Metallkern nach DIN EN ISO 10077-1.

2.11.3

832

XIII Äußere Hüllen

☞  72, 73

☞  75

M 1:5 0

y

50 mm

x

☞  74 ☞  74

F

M 1:5 0

50 mm

y z x

M 1:5 0

50 mm

x

76, 77 Kunststofffenster in einschaliger Außenwand aus porosiertem Mauerwerk (Fabrikat Weru ®); Vertikalschnitt.

78 (Oben) Kunststofffenster wie in 2 76, 77; Horizontalschnitt.

79 (Unten) Kunststofffenster: öffenbarer Doppelflügel Ö mit Stulp­ anschlag, Anschluss an ein festverglastes Feld F (Fabrikat Weru ®); Horizontalschnitt.

9 Öffnungen

833

☞ 78

M 1:5 50 mm

☞ 76, 77

0

y

z x

80, 81 Kunststofffenster in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung, verputzt (Fabrikat Weru ®); Vertikalschnitt,

x

M 1:5 0

50 mm

82 Kunststofffenster wie in 2 80, 81 (Fabrikat Weru ®); Horizontalschnitt.

834

2.12

XIII Äußere Hüllen

Besonderheiten des Stahlfensters & DIN EN 10055

2.12.1

Werkstoffe und Herstellung

2.12.2 Dauerhaftigkeit & DIN EN ISO 12944-3 & DIN EN ISO 14713-1 bis -3

Stahlfensterrahmen (2 83) 7 zeichnen sich gegenüber andersartigen Ausführungen insbesondere durch die große Steifigkeit und Festigkeit des Werkstoffs Stahl aus. Dieser statische Vorteil erlaubt außerordentlich schlanke Rahmenkonstruktionen. Die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einwirkungen prädestiniert Stahlfenster ferner für den Einsatz in Bereichen mit besonderen Beanspruchungen wie öffentliche Bauten oder Gewerbe- und Industriebauten. Auch für einbruchhemmende Fenster ist die Ausführung in Stahl gut geeignet sowie auch für Brandschutzzwecke.

Rahmenprofile aus Stahl werden aus kaltverformten Profilen aus blankem oder feuerverzinktem Bandstahl hergestellt. Sie sind auch in nichtrostendem oder wetterfestem Stahl erhältlich. Die Profile werden entweder pulver- oder nasslackiert. Sofern nachlackiert werden muss, ist letztere Lösung zu wählen. Die größere Festigkeit des Stahls im Vergleich zu Aluminium ermöglicht schlankere Rahmenprofile. Die aufgrund des Fertigungsverfahrens der Kaltverformung möglichen Querschnittsgeometrien sind größeren Einschränkungen unterworfen als diejenigen extrudierter Aluminiumprofile. Einzelne Ergänzungsprofile werden deshalb ggf. in Aluminium ausgeführt. Die angewendeten Beschichtungssyteme, die das komplett werkseitig gefertigte Fensterelement vollständig einhüllen, sorgen für einen guten Schutz des korrosionsgefährdeten Werkstoffs Stahl. Es sind im Normalfall keine ungeschützten Kanten der Witterung exponiert; es werden auf der Baustelle keine Schweißungen oder Bohrungen vorgenommen, welche die Beschichtung verletzen könnten. Für höheren Ansprüche lässt sich bandverzinkter Stahl als Ausgangsmaterial verwenden, das anschließend pulver- oder nasslackiert wird (Duplex-System). Auf eine Vermeidung von Kontaktkorrosion beim Zusammenführen verschiedener Metalle, beispielsweise bei Beschlägen oder Zusatzelementen, ist stets zu achten. Profilausführungen aus nichtrostendem Stahl weisen grundsätzlich in thermischer Hinsicht etwas günstigere Wärmeleitzahlen auf und bieten insbesondere einen erhöhten Korrosionsschutz. Sie sind für Einsatzfälle unter besonders kritischen äußeren Einflüssen geeignet, wie z.  B. in emissionbelasteten Industriegebieten, in Küstennähe, in Hygienebereichen sowie in Straßennähe bei Streusalzeinsatz. 8 Es sind auch Ausführungen in wetterfestem Corten-Stahl erhältlich.

9 Öffnungen

835

Hinsichtlich der Wärmedämmeigenschaften sind Fensterprofile in Stahl vergleichbar mit Aluminiumausführungen. Es gelten sinngemäß die gleichen Aussagen.

Wärmedurchgang am Rahmen & DIN EN ISO 10077-1, Anhang D.1, D.4

10

1

5

6

11

83 Fensterprofile aus Stahl (Fabrikat SchücoJansen ®).

2 7

8

9

4

3

5

12

5

M 1:2,5

z

0

x

50 mm

1 Außenschale des Flügelrahmenprofils aus kaltverformtem Stahlprofil 2 Innenschale des Flügelrahmenprofils aus Stahl 3 Außenschale des Blendrahmenprofils aus Stahl 4 Innenschale des Blendrahmenprofils aus Stahl 5 Verbinder aus Kunststoff 6 Glashalteleiste aus Stahl, auf Schraube aufgeklippst 7 Mitteldichtung 8 Anschlagsrippe am Verbinder für die Mitteldichtung 9 Anschlagsdichtung innen 10 Kunststoffdichtungen für die Trockenverglasung 11 Wetterschenkel aus Aluminium 12 Abdeckschiene aus Aluminium

2.12.3

836

XIII Äußere Hüllen

☞ 83

M 1:5 50 mm

☞ 75, 76

0

M 1:5 z

y x

0

50 mm

x

84, 85 Stahlfenster in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung (Fabrikat Schüco-Jansen ®); Vertikalschnitt,

86 Stahlfenster wie in 2 84, 85; Horizontalschnitt

87 (Rechte Seite) Stahlfenster mit Maueranschluss gemäß 2 84 bis 86.

9 Öffnungen

837

25 26 16 4 17 27 14 8 7 9 1 13 10 6

5 22 17 16 23

24 10 3 1

28

10 6 2 18 13 8 7 9 14 5 4 21 20 25

10 1 11 3 15 12 17 16 16 17 23 19

22

1 Außenschale des Flügelrahmens aus kaltverformtem Stahlprofil 2 Innenschale des Flügelrahmens aus Stahl 3 Außenschale des Blendrahmens aus Stahl 4 Innenschale des Blendrahmens aus Stahl 5 Verbinder aus Kunststoff 6 Glashalteleiste aus Stahl 7 Mitteldichtung 8 Anschlagsrippe am Verbinder für die Mitteldichtung 9 Anschlagsdichtung innen 10 Kunststoffdichtung für Trockenverglasung 11 Wetterschenkel aus Aluminium 12 Abdeckschiene aus Aluminium 13 Falzraum/Klotzung 14 Falzraum/geneigte Abflussfläche zur Entwässerung

15 Entwässerungs-, Entlüftungsöffnung 16 Kompriband 17 Dichtsotffverfugung 18 Fensterbank 19 Sohlbank 20 Tragprofil, Stahrohrprofil 21 Anschlussprofil aus Kunststoff 22 Dämmebene 23 Winddichtung/Feuchtesperre 24 Vorsatzschale 25 Hintermauerung 26 Verputz 27 Putzschiene 28 Dreischeiben-Isolierverglasung

838

3.

XIII Äußere Hüllen

Außentüren & DIN EN 14351-1 & DIN EN 12519 ☞ Abschn. 2.2 Funktionen, S. 774

3.1

Allgemeine Merkmale ☞ Kap. XIV-4, Abschn. 2. Türen, S. 1054 ff

3.2 Feuchteschutz & DIN 18531-1, 6.8 & DIN 18531-5, 6.4.6

& DDH (Hg) Regeln für Dächer mit Abdichtungen – Flachdachrichtlinien (12-2016)

Außentüren sind Abschlüsse von Öffnungen in Außenwänden verschiedener massiver oder leichter Bauart, die stets für einen Durchgang von Personen vorgesehen sind. Die mit Hüllfunktionen im Zusammenhang stehenden Anforderungen an Außentüren sind im Wesentlichen vergleichbar mit denen an Fenster. Eher in den Hintergrund treten bei Außentüren typische Aufgaben eines Fensters, wie Innenraumbelichtung oder -lüftung bzw. Ausblick. Die Durchgangsfunktion hat hingegen eine zentrale Bedeutung. Sie beeinflusst in erster Linie die Ausbildung der Türschwelle, die auch aus konstruktiver Sicht das unterscheidende Gestaltmerkmal einer Außentür gegenüber Fenstern bildet. Da Türausgänge unmittelbar auf mehr oder weniger direkt bewitterte Außenflächen führen, erdgeschossig oder auf Balkonen bzw. Terrassen, sind auch charakteristische Fragen des Feuchteschutzes zu berücksichtigen.

Hinsichtlich allgemeiner Merkmale von Türen wird auf das Kapitel XIV-4 verwiesen. Bezüglich des Schutzes gegen Niederschlags- und Oberflächenwasser, herrschen bei Außentüren besondere Verhältnisse, da zum einen ein wirksamer Feuchteschutz, insbesondere im Schwellenbereich, erforderlich ist, zum anderen aus Gründen der Nutzung oftmals ein möglichst stufenloser Übergang zwischen innen und außen an der Türschwelle er-wünscht ist und folglich die Gefahr besteht, dass Wasser in das Gebäudeinnere gerät. Gemäß den Regeln der Technik ist auch im Bereich von Außentüren eine Anschlusshöhe der Abdichtung von mindestens 15 cm oberhalb der Kiesschüttung oder des Belags – also nicht der horizontalen Abdichtungsebene! – zu gewährleisten. Dies ist nötig, um zu verhindern, dass bei Spritzwasser, Schneematsch, Wasserstau durch verstopfte Abläufe oder Vereisung Niederschlagswasser über die Türschwelle in das Innere dringt. Um diese Bedingung einzuhalten, ist im Allgemeinen ein entsprechender Höhenversatz zwischen der Oberkante der tragenden Konstruktion innen und außen erforderlich. Bei Massivdecken ist dies oftmals mit erhöhtem

9 Öffnungen

839

Schalungsaufwand verbunden. Abweichend hiervon lässt sich diese Anschlusshöhe auch verringern, wenn bedingt durch die örtlichen Verhältnisse zu jeder Zeit ein einwandfreier Wasserablauf im Türbereich sichergestellt ist und die Spritzwasserbelastung minimiert wird. Dies ist dann der Fall, wenn im unmittelbaren Türbereich z. B. :

& DDH Regeln für Dächer mit Abdichtungen, 4.4 (2)

z x

M 1:5

0

50 mm

88, 89 Außentür aus Holz mit Schwellenanschlag, nach innen öffnend, in Außenwand aus Mauerwerk mit WDVS (Fabrikat Dana ®); Vertikalschnitt.

☞ 88, 89

☞ 90

y x

90 Außentür aus Holz wie in 2 88, 89; Horizontalschnitt durch den seitlichen Wandanschluss.

840

XIII Äußere Hüllen

• ein rinnenförmiger Entwässerunsgrost oder eine vergleichbare Konstruktion jeweils mit unmittelbarem Anschluss an die Entwässerung oder • ein rinnenförmiger Entwässerungsrost oder eine vergleichbare Konstruktion bei Belägen auf Stelzlagern eingebaut wird. In solchen Fällen soll die Anschlusshöhe jedoch mindestens 0,05 m betragen (oberes Ende der Abdichtung oder von Anschlussblechen unter dem Wetterschenkel/Sockelprofil). Wenn die Spritzwasserbelastung nicht durch eine Überdachung minimiert wird, sollten Gitterroste mit einer Breite von mindestens 150 mm verwendet werden.

& DIN 18531-1, 6.8

Vollständig barrierefreie, höhengleiche Übergänge mit einer Schwellenhöhe ≤ 2 cm, wie sie insbesondere für Behinderte erforderlich sind, gelten im Sinn der Norm als Sonderkonstruktion. Es sind auf den Einzelfall adäquate zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um sicherzustellen, dass kein Wasser in den Innenraum eindringt bzw. dass die Abdichtungsschicht nicht hinterlaufen wird, beispielsweise: • beheizbarer, wannenförmiger Entwässerungsrost mit direktem Anschluss an die Entwässerung (2 101); • von der Tür weg gerichtetes Gefälle (2 103); bei Balkonen, Loggien oder Laubengängen mit geschlossener Brüstung sind Notüberläufe so tief anzuordnen, dass bei Verstopfung des Ablaufs die Schwelle nicht überstaut wird;

& DIN 18531-5, 6.4.6

• Spritzwasserschutz durch Überdachung; • Türrahmen mit Flanschkonstruktion; • Abdichtung des Innenraums. Die Abdichtung ist mit mechanischen Verbindungsmitteln an der aufgehenden Konstruktion im Türschwellenbereich zu befestigen. Sind Relativbewegungen am Anschluss zu erwarten, müssen ge­eig­nete Maßnahmen getroffen werden, wie beispielsweise die Anordnung von Trennstreifen. 3.3 Schallschutz ☞ Vgl. auch Kap. XIV-4, Abschn. 2.7 Schallschutz, S. 1077. & DIN 4109-35, 4.3 & DIN EN 14351-1, 4.11 und Anhang B

Es gelten vergleichbare Bedingungen wie bei Innentüren: Auch Außentüren lassen sich wegen ihrer vergleichsweise geringen flächenbezogenen Masse sowie aufgrund der zahlreichen Anschlags- und Anschlussfugen als ein relativer Schwachpunkt innerhalb der Gebäudehülle betrachten. Im Wesentlichen ist der Schallschutz von Außentüren von den bauakustischen Eigenschaften des Türblatts, der Zarge und des in den Falz- und Bodenfugen wirksamen Dichtungssystems abhängig. Der Qualität der Ausführung kommt in diesem Kontext besondere Bedeutung zu, insbesondere derjenigen des Bodenanschlusses, des Baukörperanschlusses und des Bodenbelags. Zargen müssen innenseitig dicht

9 Öffnungen

841

montiert werden, was mit Ausschäumen oder Ausstopfen der Hohlräume erfolgen kann. Zusätzlich sind die Fugen mit Dichtstoff abzudichten. Schwimmende Estriche und harte Bodenbeläge sind gegen die Tür sorgfältig abzufugen. Teppichböden sind durch eine Bodenschwelle von der Tür zu trennen. 9

21 31 18 7 7 17 15 16

30 20 19 9 3 8 13 1 5

10

14 11

2 4

6

29

11 5 1 24 25 26 27 13 12 8

8 7 9 7 12 23 22 28

91 Außentür aus Aluminium mit Maueranschluss und Schwelle gemäß 2 92 bis 94. 1 Innenschale Flügelrahmen 2 Außenschale Flügelrahmen 3 Innenschale Türrahmen 4 Außenschale Türrahmen 5 Glashalteleiste 6 Isolierverglasung 7 Kunststoffverbinder – thermische Trennnung 8 Innendichtung 9 Mitteldichtung 10 Außendichtung

11 Verglasungsdichtung 12 Schwellenprofil mit Anschlag 13 Füllprofil 14 Klotzungsprofil 15 Dichtstoffverfugung 16 Kompriband 17 Winddichtung 18 Anschlagsprofil 19 Putzleiste 20 Innenputz 21 Dämmebene

22 Abdichtung 23 Perimeterdämmung 24 Bodenplatte 25 Trittschalldmmung 26 Trennlage 27 Estrich 28 Bodenbelag 29 Verblendschale 30 Hintermauerung 31 Bandeisen

XIII Äußere Hüllen

☞  92, 93

842

y x

☞  94

y

z 0

x

0

50 mm

M 1:5

92, 93 Außentür aus Aluminium mit Schwellenanschlag aus Kunststoff, nach innen öffnend, in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung (Fabrikat Schüco ®); Vertikalschnitt.

x

50 mm

M 1:5

94 (Oben) Außentür aus Aluminium wie in 2 92, 93; Horizontalschnitt durch den seitlichen Wandanschluss (Fabrikat Schüco ®). 95 (Unten) Außentür aus Aluminium wie in 2 92, 93; Vertikalschnitt durch ein nicht öffenbares Türfeld, unterer Anschluss (Fabrikat Schüco ®).

843

☞  96, 97

9 Öffnungen

y x

☞  98

z

z

x

x

0

50 mm

M 1:5

96, 97 Außentür aus Aluminium mit Schwellenanschlag aus Kunststoff, nach innen öffnend, in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung (Fabrikat Schüco ®); Vertikalschnitt.

0

50 mm

M 1:5

98 (Oben) Außentür aus Aluminium wie in 2 96, 97; Horizontalschnitt durch den seitlichen Wandanschluss (Fabrikat Schüco ®). 99 (Unten) Außentür aus Aluminium wie in 2 96, 97; Vertikalschnitt durch ein nicht öffenbares Türfeld, unterer Anschluss (Fabrikat Schüco ®).

XIII Äußere Hüllen

☞  100, 101

844

y 0

x

50 mm

M 1:5

☞  100 ☞  102

☞  102

z

z 0

x

50 mm

M 1:5

100, 101 Außentür aus Stahl mit schwellenlosem Übergang aus Lippendichtung und Hohlschiene, nach innen öffnend, in Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk mit Kerndämmung (Fabrikat SchücoJansen ®); Vertikalschnitt.

0

x

50 mm

M 1:5

102 (Oben) Außentür aus Stahl wie in 2 100, 101; Horizontalschnitt durch den seitlichen Wandanschluss (Fabrikat Schüco ®). 103 (Unten) Außentür aus Stahl wie in 2 100, 101; Alternative Türschwellenlösungen mit Anschlag, links nach innen, rechts nach außen öffnend.

☞  106

845

☞  104

9 Öffnungen

y

M 1:5

x

0

50 mm

☞  104

☞  105

☞  105

z

z 0

x

50 mm

M 1:5

x

M 1:5

0

50 mm

104 (Oben links) Schiebe-Glaselemente mit verdecktem Rahmen, Deckenanschluss; die TVG-H-Glasscheiben sind in glasfaserverstärkten Epoxidharzrahmen (GRP) eingefasst Vertikalschnitt (System Skyframe).

105 (Oben rechts) Schiebe-Glaselemente (hier Einfachverglasung) mit verdecktem Rahmen, seitlicher Wandanschlag und Zwischensprosse; Horizontalschnitt (System Skyframe).

106 (Unten links) Schiebe-Glaselemente mit verdecktem Rahmen, schwellenfreies Bodendetail mit sichtbarer Entwässerungsrinne außen; Vertikalschnitt; alternative Lösung zu 2 107 (System Skyframe).

107 (Unten rechts) Schiebe-Glaselemente mit verdecktem Rahmen, schwellenfreies Bodendetail mit versteckter Entwässerungsrinne außen; Vertikalschnitt (System Skyframe).

846

XIII Äußere Hüllen

☞  109

108 (Rechts) Schiebe-Glaselemente mit verdecktem Rahmen, schwellenfreies Bodendetail mit versteckter Entwässerungsrinne außen; Vertikalschnitt (System Schüco). z

109 (Unten) Schiebe-Glaselemente wie in 2 108, Horizontalschnitt (System Schüco).

M 1:5

x

50 mm

0

50 mm

☞  108

0

y x

M 1:5

9 Öffnungen

847

☞  111, 112

110 Hebeschiebetür aus Aluminium in Außenwand mit Wärmedämmverbundsystem (Fabrikat Schüco  ®); Vertikalschnitt

z x

M 1:5

0

50 mm

XIII Äußere Hüllen

☞  110

848

y

M 1:5

x

0

50 mm

111, 112 Hebeschiebetür wie umseitig; Horizontalschnitt Wandanschluss links und mittlerer Flügelanschlag rechts.

& DIN EN 14351-1, Anhang B

☞ Abschn. 2.8.3 Schallschutz, S. 800

☞ Vgl. hierzu Kap. XIV-4, Abschn. 2.7, insbesondere die Tabellen 2 57 bis 60, S. 1080  f.

Anmerkungen

Fenstertüren mit Isolierglaseinheiten ohne geschlossene, paneelartige Ausfachungen werden in der Norm im Hinblick auf den Schallschutz wie Fenster behandelt. Es wird deshalb auf die Aussagen im Zusammenhang mit Fenstern verwiesen. Für den rechnerischen Nachweis von nichttransparenten Türen nach DIN 4109-35 werden die Eingangswerte des bewerteten Schalldämmmaßes Rw nach DIN EN 14351-1 unter Berücksichtigung der Spektrumanpassungswerte C und C tr verwendet, die abhängig von der jeweiligen Immissionssituation in der Umgebung der Außentür sind.

1 2 3

4 5 6

7 8 9

Die folgenden Ausführungen basieren im Wesentlichen auf Aussagen der VDI 2719. Angaben der Initiative ProHolzfenster e. V., Umfrage 2002 Dieser Abschnitt basiert im Wesentlichen auf folgender Quelle: Informationsdienst Holz (Hg) (1999) Anstriche für Holz und Holzwerkstoffe im Außenbereich, Düsseldorf Schüco (Hg) Architekteninfo 03 Werkstoffe, S. 6 Schüco (Hg) Architekteninfo 03 Werkstoffe, S. 10 Nach Untersuchungen der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, zitiert in: Reichstadt U (1997) Umweltfreundliche PVC-Fenster? Ehedem gemäß DIN 4444 Einfache Fensterprofile aus Walzstahl (zurückgezogen) Broschüre Schuco International KG (11-2015) Systemübersicht Schüco Stahlsysteme Jansen, S. 16 Für den Absatz: DIN 4109-35, 4.3.3

9 Öffnungen

DIN 107: 1974-04 Bezeichnung mit links oder rechts im Bauwesen DIN 1946 Raumlufttechnik Teil 6: 2018-01 (Entwurf) Allgemeine Anforderungen, Anforderungen an die Auslegung, Ausführung, Inbetriebnahme und Übergabe sowie Instandhaltung DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden Teil 2: 2013-02 Mindestanforderungen Teil 3: 2018-10 Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung Teil 4: 2017-03 Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte Teil 7: 2011-01 Luftdichtheit von Gebäuden – Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele DIN 4109: 2016-07 Schallschutz im Hochbau DIN 4444: 1960-06 Stahlfenster-Profile, gewalzt, Reihe B 48; Maße und statische Werte (Zurückziehungsdatum 1985-04) DIN 5034: 20 Tageslicht in Innenräumen Teil 1: 2011-07 Allgemeine Anforderungen Teil 2: 1985-02 Grundlagen Teil 3: 2007-02 Berechnung Teil 4: 1994-09 Mindestfenstergrößen Teil 5: 2010-11 Messung Teil 6: 2007-02 Vereinfachte Bestimmung zweckmäßiger Abmessungen von Oberlichtöffnungen in Dachflächen DIN 7172: 1991-04 Toleranzen und Grenzabmaße für Längenmaße über 3150 bis 10 000 mm DIN 16830 Fensterprofile aus hochschlagzähem Polyvinylchlorid (PVC-HI) Teil 3: 2000-11 Profile mit beschichteten, farbigen Oberflächen, Anforderungen Teil 4: 2000-11 Profile mit beschichteten, farbigen Oberflächen, Prüfverfahren DIN 18008 Glas im Bauwesen – Bemessungs- und Konstruktionsregeln Teil 1: 2019-06 (Entwurf) Begriffe und allgemeine Grundlagen Teil 1: 2010-12 Begriffe und allgemeine Grundlagen Teil 2: 2019-06 (Entwurf) Linienförmig gelagerte Verglasungen Teil 2: 2010-12 Linienförmig gelagerte Verglasungen Teil 2: 2011-04 (Berichtigung 1) Linienförmig gelagerte Verglasungen Teil 3: 2013-07 Punktförmig gelagerte Verglasungen Teil 4: 2013-07 Zusatzanforderungen an absturzsichernde Verglasungen Teil 5: 2013-07 Zusatzanforderungen an begehbare Verglasungen Teil 6: Zusatzanforderungen an zu Instandhaltungsmaßnahmen betretbare Verglasungen und an durchsturzsichernde Verglasungen DIN 18055: 2014-11 Kriterien für die Anwendung von Fenstern und Außentüren nach DIN EN 14351-1 Änderung A1: 2018-11 (Entwurf) DIN 18202: 2019-07 Toleranzen im Hochbau – Bauwerke DIN 18355: 2016-09 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen

849

Normen und Richtlinien

850

XIII Äußere Hüllen

für Bauleistungen (ATV) – Tischlerarbeiten DIN 18357: 2016-09 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Beschlagarbeiten DIN 18361: 2016-09 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Verglasungsarbeiten DIN 18363: 2016-09 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen – Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) – Maler- und Lackierarbeiten – Beschichtungen DIN 18540: 2014-09 Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen DIN 18545: 2015-07 Abdichten von Verglasungen mit Dichtstoffen – Anforderungen an Glasfalze und Verglasungssysteme DIN 52460: 2015-12 Fugen- und Glasabdichtungen – Begriffe DIN 68121: 1993-09 Holzprofile für Fenster und Fenstertüren DIN 68364: 2003-05 Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten DIN 68800 Holzschutz Teil 1: 2019-0 Allgemeines Teil 2: 2012-02 Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau Teil 3: 2019-04 (Entwurf) Vorbeugender Schutz von Holz mit Holzschutzmitteln Teil 4: Bekämpfungs- und Sanierungsmaßnahmen gegen Holz zerstörende Pilze und Insekten DIN EN 350: 2016-12 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Prüfung und Klassifizierung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten gegen biologischen Angriff DIN EN 460: 1994-10 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz – Leitfaden für die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit von Holz für die Anwendung in den Gefährdungsklassen DIN EN 460: 2018-12 (Entwurf) Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz – Leitfaden für die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit von Holz für die Anwendung in den Gebrauchsklassen DIN EN 485: 2016-10 Aluminium und Aluminiumlegierungen – Bänder, Bleche und Platten DIN EN 599 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Wirksamkeit von Holzschutzmitteln wie sie durch biologische Prüfungen ermittelt wird Teil 1: 2014-03 Spezifikation entsprechend der Gebrauchsklasse Teil 2: 2016-12 Kennzeichnung DIN EN 755: 2016-10 luminium und Aluminiumlegierungen – Stranggepresste Stangen, Rohre und Profile DIN EN 927: 2013-05 Beschichtungsstoffe – Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Holz im Außenbereich DIN EN 942: 2007-06 Holz in Tischlerarbeiten – Allgemeine Anforderungen DIN EN 1026:2016-09 Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Prüfverfahren

9 Öffnungen

DIN EN 1027:2016-09 Fenster und Türen – Schlagregendichtheit – Prüfverfahren DIN EN 1999: 2014-03 Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken DIN EN 1279 Glas im Bauwesen – Mehrscheiben-Isolierglas Teil 1: 2018-10 Allgemeines, Systembeschreibung, Austauschregeln, Toleranzen und viseulle Qualität Teil 2: 2018-10 Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Feuchtigkeitsaufnahme Teil 3: 2018-10 Langzeitprüfverfahren und Anforderungen bezüglich Gasverlustrate und Grenzabweichungen für de Gaskonzentration Teil 4: 2018-10 Verfahren zur Prüfung der physikalischen Eigenschaften der Komponenten des Randverbunds und der Einbauten Teil 5: 2018-05 Produktnorm Teil 6: 2018-10 Werkseigene Produktionskontrolle und wiederkehrende Prüfungen DIN EN 10055: 1995-12 Warmgewalzter gleichschenkliger T-Stahl mit gerundeten Kanten und Übergängen – Maße, Grenzabmaße und Formtoleranzen DIN EN 12020: 2008-06 Aluminium und Aluminiumlegierungen – Stranggepresste Präzisionsprofile aus Legierungen EN AW-6060 und EN AW-6063 DIN EN 12207: 2017-03 Fenster und Türen – Luftdurchlässigkeit – Klassifizierung DIN EN 12208: 2000-06 Fenster und Türen – Schlagregendichtheit – Klassifizierung DIN EN 12210: 2016-09 Fenster und Türen – Widerstandsfähigkeit bei Windlast – Klassifizierung DIN EN 12217: 2015-07 Türen – Bedienungskräfte – Anforderungen und Klassifizierung DIN EN 12219: 2000-06 Türen – Klimaeinflüsse – Anforderungen und Klassifizierung DIN EN 12400: 2003-01 Fenster und Türen – Mechanische Beanspruchung –Anforderungen und Einteilung DIN EN 12519: 2019-02 Fenster und Türen – Terminologie DIN EN 12608 Profile aus weichmacherfreiem Polyvinylchlorid (PVC-U) zur Herstellung von Fenstern und Türen – Klassifizierung, Anforderungen und Prüfverfahren Teil 1: Nicht beschichtete PVC-U Profile mit hellen Oberflächen Teil 1/A1: 2019-05 (Entwurf) Nicht beschichtete PVC-U Profile mit hellen Oberflächen – Änderung 1 DIN EN 12758: 2011-04 Glas im Bauwesen – Glas und Luftschalldämmung – Produktbeschreibungen und Bestimmung der Eigenschaften DIN EN 12758: 2010-09 (Entwurf) Glas im Bauwesen – Glas und Luftschalldämmung – Produktbeschreibungen und Bestimmung der Eigenschaften DIN EN 13126 Baubeschläge – Beschläge für Fenster und Fenstertüren – Anforderungen und Prüfverfahren Teil 1: 2012-02 Gemeinsame Anforderungen an alle Arten von Beschlägen Teil 2: 2011-12 Einreibverschlüsse

851

852

XIII Äußere Hüllen

Teil 3: 2012-02 Betätigungsgriffe, insbesondere für drehkipp-, Kippdreh- und Drehbeschläge Teil 4: 2009-01 Kantenverschlüsse Teil 5: 2015-01 Vorrichtungen zur Begrenzung des Öffnungswinkels von Fenstern Teil 6: 2018-10 Scheren mit veränderlicher Geometrie (mit oder ohne Friktionsystem) Teil 7: 2007-12 Fallen-Schnäpper Teil 8: 2018-01 Anforderungen und Prüfverfahren für Drehkipp-, Kippdreh- und Dreh-Beschläge Teil 9: 2013-04 Beschläge für Schwing- und Wendefenster Teil 10: 2009-02 Senkklappflügelsysteme Teil 11: 2009-02 Umkehrbeschläge für auskragende schwingKlappflügelffenster Teil 12: 2009-03 Beschläge für auskragende Drehflügel-Umkehrfenster Teil 13: 2012-08 Ausgleichsgewichte für Vertikal-Schiebefenster Teil 14: 2012-08 Einreibverschlüsse für Schiebefenster Teil 15: 2019-07 Laufwagen für Horizontalschiebe- und Beschläge für Faltschiebe-Fenster Teil 16: 2019-07 Beschläge für Hebeschiebe-Fenster und -Fenstertüren Teil 17: 2019-07 Beschläge für Kippschiebe-Fenster und Fenstertüren Teil 19: 2011-05 Schiebeverschlüsse DIN EN 13245 Kunststoffe – Profile aus weichmacherfreiem Polyvinylchlorid (PVC-U) für die Anwendung im Bauwesen – Teil 1: 2010-11 Bezeichnung von Profilen aus PVC-U DIN EN 13307 Holzkanteln und Halbfertigprofile für nicht tragende Anwendungen Teil 1: 2007-01 Anforderungen DIN EN 14024: 2005-01 Metallprofile mit thermischer Trennung – Mechanisches Leistungsverhalten – Anforderungen, Nachweis und Prüfungen für die Beurteilung DIN EN 14220: 2007-01 Holz und Holzwerkstoffe in Außenfenstern, Außentüren und Außentürzargen – Anforderungen und Spezifikationen DIN EN 14351: 2019-01 Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften DIN EN 15346: 2015-01 Kunststoffe – Kunststoff-Rezyklate – Charakterisierung von Polyvinylchlorid (PVC)-Rezyklaten DIN EN 15726: 2011-12 Lüftung von Gebäuden – Luftverteilung – Messungen im Aufenthaltsbereich von klimatisierten/belüfteten Räumen zur Bewertung der thermischen und akustischen Bedingungen DIN EN ISO 1163: 1999-10 Kunststoffe – Weichmacherfreie Polyvinylchlorid (PVC-U)-Formmassen DIN EN ISO 4618: 2015-01 Beschichtungsstoffe – Begriffe DIN EN ISO 6927: 2012-10 Bauwesen – Dichtstoffe – Begriffe DIN EN ISO 10077 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen – Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten

9 Öffnungen

Teil 1: 2016-10 Allgemeines Teil 2: 2018-01 Numerisches Verfahren für Rahmen DIN EN ISO 12567 Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern und Türen – Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten mittels des Heizkastenverfahrens Teil 1: 2010-12 Komplette Fenster und Türen Teil 2: 2006-03 Dachflächenfenster und andere auskragende Fenster VDI 2719: 1987-08 Schalldämmung von Fenstern und deren Zusatzeinrichtungen RAL-GZ 695: 2016-07 Fenster, Fassaden und Haustüren – Gütesicherung RAL-GZ 716: 2016-07 Kunststoff-Fensterprofilsysteme – Gütesicherung

BFS (Hg) Technische Richtlinien für das Abdichten von Fugen im Hochbau und von Verglasungen IVD (Hg) Glasabdichtung am Holzfenster mit Dichtstoffen IVD (Hg) Glasabdichtung am Holz-Alu-Fenster mit Dichtstoffen IVD (Hg) Dichtstoffe in der Anschlussfuge für Fenster und Außentüren Richtlinien des Instituts für Fenstertechnik Rosenheim e. V. (ift). MO-01/1 (2015) Baukörperanschluss von Fenstern (2018) Fenstermontage in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk (2014) Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) TechnischeRichtlinien des Glaserhandwerks (TRG) TRG Nr. 1 (2016) Glaserarbeiten: Dichtstoffe für Verglasungen und Anschlussfugen, Arten, Eigenschaften, Anwendung, Verarbeitung. 10. Aufl. TRG Nr. 3 (2016) Klotzung von Verglasungseinheiten, 8. Aufl. TRG Nr. 10 (2006) Fachliche Begriffe aus dem Berufsbereich des Glaserhandwerks, 10. Aufl. TRG Nr. 8 (2013) Verkehrssicherheit mit Glas, 3. Aufl. TRG Nr. 13 (1987) Verglasen mit Dichtprofilen TRG Nr. 14 (2012) Glas im Bauwesen – Einteilung der Glaserzeugnisse, 6. Aufl. TRG Nr. 17 (2016) Verglasen mit Isolierglas, 8. Aufl. TRG Nr. 19 (2012) Linienförmig gelagerte Verglasungen TRG Nr. 20 (2014) Leitfaden zur Planung und Ausführung der Montage von Fenstern und Haustüren für Neubau und Renovierung, 6. Aufl. Flachglas Markenkreis (Hg) (2019) GlasHandbuch

853

XIV INNERE HÜLLEN

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN

1. Allgemeines.............................................................. 856 1.1 Klassifikation...................................................... 856 1.1.1 Decken.................................................... 856 1.1.2 Wände..................................................... 856 1.2 Funktionen......................................................... 858

XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019 J. L. Moro, Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0_4

856

XIV Innere Hüllen

1. Allgemeines

In den Kapiteln XIII-1 bis XIII-9 stehen äußere Hüllbauteile im Mittelpunkt der Betrachtung. In der Folge sollen innere Hüllbauteile in ihren bautechnisch wichtigsten Varianten näher beleuchtet werden. Die Verfasser sind davon überzeugt, dass es das Verständnis der baukonstruktiven Fragestellungen im Zusammenhang mit inneren Hüllen erleichtert, wenn diese nach vergleichbaren Kriterien und Merkmalen geordnet und untersucht werden wie äußere Hüllen. Grundsätzlich lassen sich die gleichen fundamentalen Struktur- und Aufbauvarianten unterscheiden. Sie sind in Kapitel XIII-1 in einer Übersicht zusammengefasst und auch auf innere Hüllbauteile bezogen. Diese sollen der Gliederung auch dieses Kapitels zugrundegelegt werden.

☞ Kap. XIII-1, Übersicht in 2 3 und 4, S. 350  ff

1.1 Klassifikation 1.1.1 Decken

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 3. Doppelte Schalensysteme, S. 132 ff

Es wird demnach folgende grundlegende morphologische Unterscheidung getroffen: Bezüglich horizontaler Raumabtrennungen, also Decken, werden unterschieden: • Decken in Schalenbauart: Dies sind ein- und zweiachsig gespannte Plattendecken in verschiedenen konstruktiven Varianten. Zweischalige Decken im engeren Sinn sind aus den bereits angesprochenen Gründen im Bauwesen nicht vertreten. Dennoch gibt es einige Übergangsformen zwischen Decken in Schalen- und Rippenbauart, wie beispielsweise Hohlkörperdecken, die gewisse Gemeinsamkeiten mit zweischaligen Konstruktionen zeigen. Grundsätzlich lässt sich die Grenze zwischen Decken in Schalen- und solche in Rippenbauart nicht ganz eindeutig ziehen. Hier sollen Plattenbalkendecken, obgleich ihre Rippen monolithisch mit der Deckplatte verbunden sind, dennoch als Rippensystem gelten. • Decken in Rippenbauart: Dazu gehören Träger- oder Balkendecken in verschiedenen Ausführungen. Einige Formen von Decken in Schalenbauart stellen, wie oben angemerkt, teilweise Übergangsformen zu Rippendecken dar. Es kommt vor, dass eine gleiche Deckenkonstruktion alternativ als Schalen- bzw. Plattendecke auf Wandauflagern und als Rippenkonstrukion auf Unterzügen in Erscheinung tritt. Es wird im Folgenden jeweils auf diese Doppelcharakteristik hingewiesen.

1.1.2 Wände

Bezüglich vertikaler Raumabtrennungen, also Wände, wird unterschieden zwischen: • einschaligen Wänden – gemauerte Wände aus mineralischen Werkstoffen; • mehrschaligen Wänden – wie oben, mit doppelter Schale, zumeist für erhöhten Schallschutz;

1 Grundsätzliches

857

• Wänden in Rippenbauweise – Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Holz oder Metall.

1 (Oben rechts) Massivdecke mit integrierter Beleuchtung. 2 (Oben links) Einachsig spannende Rippendecke in Stahlbetonbauweise mit Perforierungen zur Leitungsdurchführung. Leichte Trennwände ebenfalls in Rippenbauweise. 3 Zweiachsig spannende Rippendecke (Kassettendecke) in Stahlbetonbauweise. Detail des Pilzstützenkopfs.

858

XIV Innere Hüllen

1.2 Funktionen ☞ Band 1, Kap. VI Funktionen, S. 468 ff

Die von inneren Hüllen zu erfüllenden baulichen Teilfunktionen zählen zum Spektrum derjenigen, die auch äußere Hüllen leisten müssen. Diese sind im Wesentlichen in Kapitel VI zusammengefasst. Abweichend von äußeren Hüllen entfallen bei inneren die witterungsbezogenen Anforderungen wie: • Wärmeschutz, sofern nur minimale Temperaturgradienten zwischen beiden Seiten des Hüllbauteils bestehen; • Schutz vor Feuchte; • Schutz vor Wind; • Kontrolle des Dampfdurchgangs durch die Konstruktion, bzw. Schutz vor thermohygrisch bedingter Feuchte, da bis auf vereinzelte Ausnahmen gleiche Dampfdrücke beiderseits der Hülle und kaum relevante Temperaturunterschiede bestehen; • Schutz vor witterungsbedingter Fäule und Korrosion. Dennoch werden an innere Hüllen in Feuchträumen im Einzelfall vergleichbare Anforderungen gestellt. Andere Anforderungen bleiben jedoch erhalten, bzw. gewinnen je nach Einzelfall, im Vergleich zu denen an äußere Hüllen, an Bedeutung und Schärfe, wie beispielsweise: • Kraftleiten, insbesondere bei tragenden und/oder aussteifenden innenliegenden Wandscheiben oder bei Decken, die im Allgemeinen größere Lasten zu tragen haben als herkömmliche Dächer; • Schallschutz, insbesondere bei Abtrennungen zwischen Nutzungseinheiten; • Brandschutz, wie bei Bildung von inneren oder auch äußeren Brandabschnitten bei geschlossener Bauweise gefordert; • thermische Speicherfähigkeit. Darüber hinaus werden oftmals spezifische Anforderungen gestellt, die äußere Hüllen nicht oder zumindest nicht in vergleichbarem Umfang zu erfüllen haben. Dazu zählen: • Integration von Elementen des Ver- und Entsorgungssystems wie Lüftungsleitungen, Elektrokabeltrassen, Heizleitungen, Wasserleitungen, Heiz- und Kühlkreisläufe sowie die Vorhaltung damit verbundener Zapf-, Versorgungs- und Anschlussstellen an der zugänglichen Oberfläche der Hüllen;

1 Grundsätzliches

859

• Integration der Beleuchtung, insbesondere bei Decken, sowie vergleichbarer technischer Aggregate (Lautsprecher, Projektoren etc.). Anders als bei der Betrachtung äußerer Hüllen, bei der angesichts der vergleichbaren funktionalen Anforderungen – die sich nur graduell unterscheiden – keine grundlegende Differenzierung zwischen horizontalen, vertikalen oder geneigten Hüllen getroffen wurde, empfiehlt es sich, bei inneren Hüllen eine deutliche Unterscheidung zwischen Decken und Wänden, also zwischen horizontalen und vertikalen Raumabtrennungen vorzunehmen. Dies folgt aus der Tatsache, dass Decken maßgeblich von der charakteristischen Funktion des Abtragens von Lasten orthogonal zu ihrer Ebene geprägt sind, da sie begehbar sein müssen und mehr oder weniger große Verkehrslasten auf sie wirken. Dies bedingt auch den kennzeichnenden – bezüglich der Bauteilachse – asymmetrischen Schichtenaufbau von Deckenkonstruktionen. Dies trifft auf Innenwände generell nicht zu.

4 Elektroinstallation auf einer Rohdecke. Die Rohre und der Anschlusskasten werden anschließend im Estrich eingebettet.

5 In einer Unterdecke zwischen tragenden Rippen integrierte Leuchten und Luftauslässe.

XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN AUFBAUVARIANTEN

SCHALENDECKEN

RIPPENDECKEN Ortbetondecke ☞ 5.1.1, S. 908 Estriche ☞ 3.2, S. 870 Unterdecken ☞ 4., S. 890

Hohlraumböden ☞ 3.3, S. 874

Doppelböden ☞ 3.4, S. 876

Elementdecke (Verbundplatte) ☞ 5.1.2, S. 910

Fertigteildecke aus Normalbeton ☞ 5.1.2, S. 916

Holzbalkendecke ☞ 6.1.3, S. 954

Holztafeldecke ☞ 6.1.4, S. 958

Decke aus Holzbauelementen ☞ 6.1.5, S. 959

Hohl- oder Füllkörperdecke aus Normalbeton ☞ 5.1.2, S. 926 Hohl- oder Füllkörperdecke aus Normalbeton – Slim-Floor ☞ 5.1.2, S. 927 Fertigteildecke aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC) ☞ 5.1.2, S. 918

Holz-Beton-Verbunddecke ☞ 6.1.6, S. 968

Balkendecke mit Zwischenbauteilen ☞ 5.1.3, S. 929

Holz-Beton-Verbunddecke ☞ 5.1.4, S. 933

Massivholzdecke ☞ 5.1.5, S. 940

Decken in Rippenbauweise aus Stahlbeton ☞ 6.3, S. 976

Stahl-Beton-Verbunddecke ☞ 6.2.2, S. 970

1. Merkmale.................................................................. 862 2. Konstruktiver Aufbau nach Funktionen.................... 862 2.1 Fußbodenaufbau (Paket 1)................................ 862 2.2 Tragende Konstruktion (Paket 2)....................... 864 2.3 Unterdecke (Pakete 3 und 4)............................. 866 3. Fußbodenaufbauten.................................................. 868 3.1 Bodenbeläge..................................................... 868 3.2 Estriche...............................................................870 3.2.1 Werkstoffe................................................870 3.2.2 Monolithischer Estrich..............................870 3.2.3 Verbundestrich..........................................871 3.2.4 Estrich auf Trennlage.................................871 3.2.5 Schwimmender Estrich.............................871 3.2.6 Heizestrich................................................ 874 3.3 Hohlraumböden..................................................874 3.4 Doppelböden......................................................876 3.5 Feuchteschutz in feuchtebelasteten Räumen...876 3.6 Schallschutz von Vorsatzkonstruktionen auf Decken........................................................ 884 3.6.1 Nicht schwimmend gelagerter Estrich......884 3.6.2 Schwimmender Estrich.............................884 3.6.3 Hohlraumböden........................................886 3.6.4 Doppelböden............................................887 3.7 Brandschutz....................................................... 889 4. Unterdecken.............................................................. 890 4.1 Werkstoffe......................................................... 890 4.2 Ausführungsvarianten....................................... 890 4.3 Rasterung.......................................................... 894 4.4 Trennwandanschlüsse....................................... 895 4.4.1 Schalllängsleitung im Trennwandanschluss.................................895 4.4.2 Brandschutz im Trennwandanschluss.......900 4.5 Akustik............................................................... 900 4.5.1 Schalldämmung........................................900 4.5.2 Schallabsorption........................................902 4.6 Brandschutz....................................................... 903 5. Decken in Schalenbauweise..................................... 908 5.1 Ausführungsvarianten....................................... 908 5.1.1 Ortbetondecke..........................................908 5.1.2 Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton...............910 5.1.3 Balkendecke mit Zwischenbauteilen.........927 5.1.4 Holz-Beton-Verbunddecke.........................930 5.1.5 Massivholzdecke......................................938 5.1.6 Decke aus Holzbauelementen..................940 5.1.7 Thermische Trennung an Balkonplatten....940 5.2 Schallschutz....................................................... 943 5.2.1 Luftschalldämmung..................................943 5.2.2 Trittschalldämmung...................................949 5.3 Brandschutz ...................................................... 949 6. Decken in Rippenbauweise...................................... 952 6.1 Decken in Rippenbauweise aus Holz................ 952 6.1.1 Konstruktiver Aufbau................................952 6.1.2 Scheibenbildung.......................................954 6.1.3 Holzbalkendecke.......................................954 6.1.4 Holztafeldecke..........................................958 6.1.5 Decke aus Holzbauelementen..................959 6.1.6 Holz-Beton-Verbunddecke.........................968 6.2 Decken in Rippenbauweise aus Stahl................970 6.2.1 Trapezblechdecke......................................970 6.2.2 Stahl-Beton-Verbunddecke.......................970 6.3 Decken in Rippenbauweise aus Stahlbeton.......976 6.4 Schallschutz........................................................978 6.4.1 Holzbalken- und Holztafeldecken..............978 6.4.2 Trägerdecken in Stahl................................983 6.4.3 Trägerdecken in Massivbauweise.............983 6.5 Brandschutz....................................................... 983 6.5.1 Holzbalken- und Holztafeldecken..............983 6.5.2 Trägerdecken aus Stahl.............................984 6.5.3 Trägerdecken in Massivbauweise.............985 7. Treppen..................................................................... 986 7.1 Planerische Grundsätze.................................... 986 7.2 Bauarten von Treppen....................................... 986 7.3 Trittschallschutz von Treppen............................ 987 Anmerkungen................................................................. 994 Normen und Richtlinien................................................. 995

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

862

XIV Innere Hüllen

1. Merkmale

Als horizontale Raumabtrennungen sollen Decken in verschiedenen konstruktiven Ausführungen verstanden werden. Innenliegende, grundsätzlich nicht begehbare horizontale Raumabschlüsse wie beispielsweise gläserne Klima- oder Brandabschottungen in Atrien, sind vergleichbar mit einfachen Außenhüllen und sollen an dieser Stelle nicht behandelt werden. Ansonsten sind Decken immer Bestandteil des Primärtragwerks, weshalb neben den Hauptfunktionen des Schall- und ggf. des Brandschutzes – anders als bei Wänden – immer auch die Abtragung von lotrechten Lasten des Primärtragwerks, manchmal auch von waagrechten, anfällt.



2.

Konstruktiver Aufbau nach Funktionen

2.1 Fußbodenaufbau (Paket 1)

Die Funkionen des Kraftleitens, des Schallschutzes und sofern erforderlich auch des Brandschutzes, sind vom konstruktiven Gesamtaufbau der Decke zu erfüllen, das sich in der Baupraxis des Hochbaus nahezu ausnahmslos aus mehreren funktional, konstruktiv und herstellungstechnisch voneinander differenzierbaren Schichtengruppen bzw. Paketen zusammensetzt (2 1, 2). Dies sind von oben nach unten: Der Fußbodenaufbau ist ein optionales Funktionspaket, das vornehmlich die folgenden Aufgaben erfüllen kann: • Ausgleich von Unebenheiten der tragenden Decke (Paket 2) und Schaffung einer für die Nutzung geeigneten Bodenoberfläche. In diesem Fall handelt es sich um Spachtelungen, Überzüge oder Verbundestriche, die nach Erstellen der tragenden Decke (Paket 2) aufgebracht werden. Zusätzlich können spezielle Beläge hinzukommen. Derartige Ergänzungen stehen oftmals im mechanischen Verbund mit der tragenden Decke. Diese Funktionen werden – neben anderen Aufgaben – auch von den folgenden Fußbodenaufbauten übernommen.

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.4 Verbesserung des Trittschallschutzes durch schwimmende Estriche, S. 704 f sowie zur Verbesserung des Luftschallschutzes auch ebendort Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff

• Verbesserung des Schallschutzes: Sofern der Schallschutz der Gesamtdecke vorwiegend aus deren flächenbezogener Masse resultiert, können auch Verbundestriche, oder Estriche auf Trennlage, wie oben angesprochen, einen Beitrag zum Schallschutz leisten, indem sie die Masse der Decke insgesamt vergrößern. Dabei ist stets zu berücksichtigen, dass dieses Zusatzgewicht addierte Eigenlast bedeutet, welche die Tragfähigkeit der Konstruktion zusätzlich in Anspruch nimmt. Eine bedeutendere baupraktische Rolle spielen hier schwimmende Estriche. In bauakustischer Sicht bilden sie eine auf federnder Schicht schwimmende Schale, welche die Schallenergie durch das Masse-Feder-Prinzip teilweise vernichtet. Wenngleich es zum Teil gerechtfertigt wäre, das Zusammenspiel von schwimmendem Estrich und tragender Schale als zweischalige Konstruktion auf-

2 Horizontale Raumabtrennungen

863

(1)

1, 2 Prinzipieller Aufbau einer Decke mit tragender Schale (links) und mit tragender Rippenkonstruktion (rechts) inklusive optionaler Zusatzschichten.

(1) 2.1

2

2.2

(3)

(3)

(4)

(4)

R

RZ

z

z y

y

zufassen, soll an dieser Stelle wegen der Dominanz der tragenden Deckenschale (Paket 2) dessen ungeachtet von einer einschaligen Decke die Rede sein. • Brandschutz: Sofern die tragende Deckenkonstruktion nicht von sich aus gegen Brand geschützt ist, kann der Fußbodennaufbau die Decke gegen Brandeinwirkung von oben schützen. Dies kann beispielsweise bei Holzbalkendecken der Fall sein. • Verbesserung des Wärmeschutzes: Dies kann bei Decken gegen unbeheizte Räume wie beispielsweise den Keller relevant sein. Im Regelfall werden Aufbauten schwimmender Estriche unterseitig durch die thermisch erforderliche Dämmschichtdicke ergänzt. • Führung von Installationen: Dies kann grundsätzlich auch innerhalb der oben angesprochenen Fußbodenaufbauten erfolgen, beispielsweise durch Eingießen, Einbetten in eine zu diesem Zweck eingeführte Zwischenschicht, Vorhaltung von Kanälen oder sonstigen Hohlräumen. Entsprechende Zapf- und Anschlussstellen lassen sich ebenfalls integrieren. Bei erhöhten Anforderungen, wie beispielsweise in hochinstallierten Gebäuden, können auch Hohlraum- oder Doppelbodensysteme zum Einsatz kommen, bei denen eine Bodenschale aufgeständert und auf diese Weise ein frei verfügbarer und von oben zugänglicher Installationsraum geschaffen wird. Ganz ohne Fußbodenaufbau werden im Hochbau nur einfachste Decken ohne erhöhte Nutzungsanforderungen hergestellt. Gelegentlich – beispielsweise im Industriebau – kommt es vor, dass die Rohdecke selbst für bestimmte Nutzungszwecke durch Weiterverarbeitung (Glätten im

1 Fußbodenaufbau (optional) 2 tragende Schale (notwendig) 2.1 flächenbildende Schale einer Rippendecke (notwendig) 2.2 Ebene mit Rippen (R) und Rippenzwischenraum (RZ) (notwendig) 3 Unterdeckenraum (optional) 4 Unterdeckenschale (optional) Die Unterdecke (3 und 4) wird häufig ihrerseits als Rippenkonstruktion ausgeführt, bei der die Schale (4) von einer oder mehreren Stablagen im Unterdeckenraum (3) abgehängt ist.

☞ Band 2, Kap. VIII, Abschn. 3.1 Zwei Schalen mit Zwischenschicht, S. 132 ff

☞ Fall A in 2 3

864

XIV Innere Hüllen

Nasszustand, Schleifen, Imprägnieren) oberseitig veredelt wird. Diese Lösung ist aber meistens auch dem Umstand geschuldet, dass (insbesondere schwimmende) Fußbodenaufbauten den im Industriebau üblichen Belastungen nicht standhalten können. 2.2

Tragende Konstruktion (Paket 2)

☞ Fälle B, D bis F in 2 4 und 6–8

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.1 Vollwandiges Element, S. 584 ff

Die tragende Konstruktion des Deckenaufbaus ist notwendiges Element einer Decke und stets Bestandteil des Primärtragwerks. Die Funktion des Leitens von Kräften dominiert aus diesem Grund im Allgemeinen über andere bauliche Funktionen. In diesem Kapitel sollen zwei grundsätzliche Varianten tragender Deckenkonstruktionen betrachtet werden. • Tragende Deckenschale mit keiner oder nur untergeordneter Profilierung (Paket 2). In der Baupraxis werden derartige Decken entweder als Massivdecken in Stahlbeton oder als Plattendecken in Massivholz ausgeführt. Neben der Hauptfunktion als Tragschale, übernehmen diese Deckenschalen auch wesentliche Aufgaben des Schallschutzes und ggf. auch des Brandschutzes. Es treten nur wenige Zielkonflikte zwischen diesen Funktionen auf, da die statisch erforderliche Konstruktion gute Voraussetzungen für das Erfüllen von Schall- und Brandschutz bietet. Dies hängt nicht unwesentlich mit der gleichmäßigen flächenhaften Verteilung von wirksamer – im Fall von Beton und Holz brandschutzwirksamer – Baumasse ursächlich zusammen. Diesem Umstand ist zweifelsohne die außerordentlich weite Verbreitung von Massivdecken sowie neuerdings auch von Massivholzdecken im heutigen Hochbau geschuldet. Zur Sicherung erhöher Schall- und Brandschutzeigenschaften ist die Deckenschale im Einzelfall mit weiteren Funktionspaketen (Paketen 1 und 3/4) zu ergänzen. Eine Vergrößerung der Deckendicke kann zwar grundsätzlich den Schallschutz und den Brandschutz verbessern, doch stößt dies rasch an Grenzen. Dies gilt insbesondere immer dann, wenn die statisch erforderliche Deckendicke – infolge größerer Spannweiten – bereits groß ist und für eine vergrößerte Eigenlast kaum mehr Tragreserven sinnvoll aktiviert werden können, was typischerweise bei Betondecken der Fall ist. • tragende Rippendecke, d. h. in der Sprache der Baupraxis, je nach Bauweise, eine Balken- oder Trägerdecke. Diese besteht entsprechend ihrer Grundmorphologie aus •• einer zuoberst angeordneten flächenbildenden, dünneren Schale (Paket 2.1); diese ist in ihrer statischen Wirkungsweise nicht mit der oben diskutierten Hauptschale (Paket 2) vergleichbar, da sie, hierarchisch betrachtet, eine nur sekundäre Aufgabe erfüllt; je nach der aus zumeist in erster Linie statischen Erfordernis-

2 Horizontale Raumabtrennungen

1

1

2

2

3

3

4

4

z y

A

y

1

2

2

3

3

4

4

y

C

y

1

2

2

3

3

4

4

y

E

B

4 Fall B: Brandbeanspruchung der Decke von oben. Die Brandschutzwirkung ist von der tragenden Decke (Paket 2) abhängig.

5 Fall C: Brandbeanspruchung der Decke von unten. Die Brandschutzwirkung ist von der Unterdecke (Paket 4) abhängig. In diesem Fall genügt, dass die Unterdecke eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer von unten aufweist.

z

1

z

3 Fall A: Brandbeanspruchung der Decke von oben. Die Brandschutzwirkung ist vom Fußbodenaufbau (Paket 1) abhängig.

z

1

z

865

D

6 Fall D: Brandbeanspruchung der Decke von unten. Die Brandschutzwirkung ist von der Kombination aus tragender Decke (Paket 2) und Unterdecke (Paket 4) abhängig. Der Deckenhohlraum (Paket 3) ist entsprechend auch an den Rändern von Brand freizuhalten.

7 Fall E: Brandbeanspruchung der Decke von unten. Die Brandschutzwirkung ist von der tragenden Decke (Paket 2) abhängig.

z y

sen abgeleiteten Schalendicke, bzw. je nach deren Bauweise – leicht oder massiv –, können in variablem Umfang auch Aufgaben des Schall- und Brandschutzes wahrgenommen werden; •• den Rippen (R) (Balken/Trägern) (im Paket 2.2), welche die primäre Traghierarchie darstellen und auf denen die dünne Schale (Paket 2) aufliegt, sowie dem

F

8 Fall F: Brandbeanspruchung der Decke vom Deckenhohlraum (3) aus, beispielsweise bei brandgefährdeten Installationen. Die Brandschutzwirkung ist von der tragenden Decke (Paket 2) gegenüber dem oberen Raum und von der Unterdecke (Paket 4) gegenüber dem unteren abhängig. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Unterdecke eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer von oben aufweist.

866

XIV Innere Hüllen

Zwischenraum zwischen diesen (RZ), der entweder freibleiben bzw. ganz oder teilweise ausgefüllt oder mit bestimmten Elementen wie Installationen belegt werden kann.

☞ Fall A in  3 ☞ Fall C in  5

2.3 Unterdecke (Pakete 3 und 4)

Rippe und aufliegende Schale können auch zu einem monolithischen Element verschmolzen sein – wie beispielsweise bei Plattenbalkendecken aus Stahlbeton der Fall. Auch wenn Rippendecken ab einem bestimmten Spannweitenbereich aus statischer Sicht grundsätzlich als effizienter – weil materialökonomischer – gelten können, so gehen jedoch zumeist wesentliche Vorteile der einschaligen Decke hinsichtlich des Schall- und Brandschutzes verloren. Dies liegt nicht zuletzt auch an einem schwer zu lösenden Dilemma: Die differenziertere, gewissermaßen diskretisierte Massenverteilung der Rippendecke bringt zwar statische Vorteile, weil sie kraftleitendes Material dort konzentriert, wo es statisch am wirksamsten ist, und dort weglässt, wo es weitgehend überflüssig ist; dabei geht indessen die schall- und brandschutzwirksame gleichmäßige Flächenverteilung des Materials verloren. Auch die insgesamt verringerte flächenbezogene Masse wirkt sich in bauakustischer Hinsicht ungünstig aus. Als Folge davon müssen zahlreiche Rippendecken mit zusätzlichen Paketen ergänzt werden. Dies umfasst, was den Schallschutz betrifft, den Fußbodenaufbau (Paket 1) und ggf. die Unterdecke (Pakete 3 und 4); was den Brandschutz angeht, den Fußbodenaufbau und insbesondere die Unterdecke. Aus der Sicht des Brandschutzes kommt bei Rippendecken erschwerend hinzu, dass im Brandfall unterseitig eine größere Bauteiloberfläche und insgesamt schlankere Bauteile – dies gilt sowohl für Rippen wie auch für die aufliegende Schale – dem Brand ausgesetzt sind. Unterdecken sind nichttragende, optionale Funktionspakete, die insbesondere folgende Aufgaben erfüllen können: • Ausgleichen, Verdecken oder Gestalten der Untersicht der tragenden Decke (Paket 2 bzw. 2.1/2.2). Hierzu eignen sich – analog zu Lösungen auf der Deckenoberseite – bereits einfachste Maßnahmen wie ein Verputz oder direkt aufgebrachtes Plattenmaterial. Auch alle Arten mit Abstand abgehängter Unterdecken verfolgen im Allgemeinen dieses Ziel. Ferner lässt sich eine abgehängte Unterdecke zur formalen Gestaltung der Deckenuntersicht nutzen. Sie kann nahezu beliebige Formen und Oberflächen annehmen. • Verbesserung der Raum- und Bauakustik: Einfache unterseitig angebrachte Schichten wie Putze, Dämmschichten oder kombinierte Putz- und Dämmschichten können abhängig von ihrer Beschaffenheit, dank ihrer Schallabsorptionsfähigkeit, zu einer Verbesserung der

2 Horizontale Raumabtrennungen

Raumakustik beitragen. Auch abgehängte Decken können bei geeigneter Ausführung – meist bei Lochung der Sichtschale 4 und schallschluckender Hinterfüllung im Raum 3 – spürbare Verbesserungen der Raumakustik zur Folge haben. Aus Sicht der Bauakustik bzw. des Schallschutzes kommen insbesondere federnd abgehängte Unterdecken zum Einsatz. In Analogie zu schwimmenden Estrichen wirkt auch in diesem Fall ein Masse-Feder-System, das zu einer deutlichen Verbesserung von Luft- und Trittschallschutz des Gesamtdeckenpakets führen kann. Besondere Bedeutung hat die bauakustische Verbesserung durch abgehängte Unterdecken bei besonders leichten Rippendecken, wie beispielsweise den Holzbalkendecken oder trapezblechgedeckten Stahlträgerdecken.

867

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.5 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Unterdecken, S. 706 f sowie zur Verbesserung des Luftschallschutzes auch ebendort Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698f f

• Verbesserung des Wärmeschutzes: Es gelten sinngemäß die Aussagen zu Fußböden. • Verbesserung oder Gewährleistung des Brandschutzes bei unterseitiger Brandeinwirkung oder bei Brandentstehung im Deckenhohlraum: Diese Aufgabe wird im Einzelnen an anderer Stelle diskutiert. Dabei kann entweder die Unterdecke allein für den erforderlichen Brandschutz verantwortlich sein oder die Kombination aus tragender Decke und Unterdecke. In letzterem Fall ist darauf zu achten, dass der Unterdeckenraum (3) zuverlässig von Feuer freigehalten ist. • Führung bzw. Integration von Installationen: Als charakteristisches Kennzeichen vorwiegend von Innenhüllen ist diese Funktion oben bereits angesprochen worden. Leitungen können im Unterdeckenraum (3), bei Rippendecken ggf. unter Hinzuziehung der Rippenzwischenräume (RZ) verfahren werden. Spezifische Elemente wie Sprinklerköpfe, Lüftungsaggregate, Lautsprecher oder Leuchten lassen sich in der Sichtschale (4) integrieren. Decken kann man hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit im Sinne ihrer diversen Aufgaben nur in ihrer Wirkungsweise als Gesamtkonstruktion auffassen. Funktionspakete, wie sie bisher diskutiert wurden (Pakete 1 bis 4), lassen sich grundsätzlich in nahezu allen denkbaren Kombinationen miteinander zu einem Deckenpaket verknüpfen. Die konstruktiven Einzellösungen sind infolgedessen sehr zahlreich und können in diesem Rahmen nicht erschöpfend behandelt werden. Im Folgenden sollen zunächst die wichtigsten Fußbodenaufbauten und Unterdeckenkonstruktionen näher beleuchtet werden. Anschließend folgt eine Betrachtung einiger baupraktisch besonders relevanter Gesamtdeckenaufbauten, klassifiziert zunächst nach ihrer Grundmorphologie (Schalenbzw. Rippensystem) und in zweiter Rangfolge nach dem Werkstoff der tragenden Konstruktion.

☞ Fälle C, D, F in 2 5, 6 und 8 ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.5 Unterdecken, S. 750 ff

☞ Abschn. 1. Allgemeines ☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.7 Einige grundlegende planerische Überlegungen zu Stabscharen, S. 222 ff

868

XIV Innere Hüllen

Fußbodenaufbauten 3.

Fußbodenaufbauten bilden die nutzbare Oberfläche von Decken und sind im Hochbau im Allgemeinen oberseitig mit einem Bodenbelag versehen, der als oberste Nutzschicht dient. Die unter dem Bodenbelag befindlichen Schichtenaufbauten oder Konstruktionen sind, ihren Aufgaben entsprechend, vielfältig. Die wichtigsten Ausführungen von Fußbodenaufbauten, wie in der Baupraxis gebräuchlich, sind:

Bodenbeläge 3.1

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.3 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Bodenbeläge, S. 704

& DIN 4102-14

Verkehrlast

Nutzung des Estrichs, Beispiele

p ≤ 1,5 kN/m2

Wohnräume

Die Wahl des Bodenbelags auf einer Geschossdecke ist nicht in erster Linie durch Fragen des Zusammenspiels mit anderen Teilen des konstruktiven Aufbaus bestimmt, sondern vornehmlich durch nutzungsbezogene Aspekte. Die Tabelle in  10 verleiht einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften üblicher Bodenbeläge. Bedeutsam für die Gesamtkonstruktion der Decke ist indessen die bauakustische Wirkung von Bodenbelägen, und zwar hier insbesondere die den Trittschall verbessernde Wirkung von weichfedernden Belägen, die am zugehörigen Trittschallverbesserungsmaß ΔLw,R des jeweiligen Bodenbelags ablesbar ist. Exemplarische Werte für Massivdecken zeigt die Übersicht in  24. Auch die brandschutzbezogene Qualität des Bodenbelags kann je nach Einsatzfall relevant sein, insbesondere die Kriterien der Flammenausbreitung, der kritischen Strahlungsintensität sowie der Rauchentwicklung im Brandfall.

Estrichart

Estrichnenndicke in mm 1) bei einer Zusammendrückbarkeit der Dämmschicht bis 5 mm

p ≤ 2,0 kN/m

Büroräume, Flure in Wohn- und Bürogebäuden, Krankenzimmer und Aufenhaltsräume in Krankenhäusern

p ≤ 3,5 kN/m2

Treppen einschl. Zugängen in Wohngebäuden, Klassenzimmer, Behandlungsräume in Krankenhäusern

p ≤ 5,0 kN/m2

Versammlungsräume, Ausstellungs- und Verkaufsräume, Gaststätten

2

1)

ZE 20

ZE 30

5 bis 10 mm

≥ 35

≥ 40

≥ 40

≥ 45

≥ 55

≥ 60

≥ 65

≥ 75

Bei Dämmschichtdicken über 30 mm ist die Estrichdicke um 5 mm zu erhöhen.

9 Anforderungen an Dicke und Festigkeit von schwimmenden Estrichen in Abhängigkeit ihrer Nutzung (nach Schneider 1).

2 Horizontale Raumabtrennungen

chemische Resistenz

Verschmutzungsresistenz

elektrostatisches Verhalten

Fußbodenheizg.-Eignung

+

+

+

™

™

+

+

–

EN 686-688 B1 + EN ISO 24011 B2

™

™

™

™

™

™

+

+

+

PVC ohne Träger

EN 649-652

PVC mit Träger

EN 655

Elastomer ohne Unterschicht

EN 14521

Estriche

Elastomer mit Unterschicht

EN 1816

Gussasphalt

18 354

B1 + B2 B1 + B2

x

(x)

+

x

x

x

(x) x

™

™

™

™

™

™

+

–

+

™

(x)

x

(x)

™

™

™

™

™

™

+

–

+

™

x

x

(x) (x)

+

™

™

™

™

™

+

™

™

+

(x)

x

x

x

(x)

™

™

™

™

+

™

+

™

™

+

(x)

x

x

x

(x)

(x)

x

x

™

+

+

™

+

+

–

+

–

+

+

™

™

+

+

™

+

™

–

™

™

™

™

™

+

+

+

(x)

Magnesia

™

–

™

™

™

™

™

+

+

+

(x)

Zement

™

–

™

™

™

™

™

+

+

+

Dielenboden

™

+

™

™

–

–

™

+

–

™

x

™

+

™

™

–

–

+

+

+

™

x

x

™

+

™

™

–

–

™

+

+

™

x

x

(x)

+

+

+

™

™

–

™

+

–

+

x

x

–

–

+

+

+

+

+

+

+

–

x

x

x

x

–

–

+

+

+

™

™

+

+

™

x

x

x

x

–

–

+

+

+

™

™

+

–

–

+

–

+

+

+

™

+

+

–

™

18 560

EN 13226

Holzpflaster RE und GE

68 702 EN 14411

Plattenbelag

B1 + B2 A1 A1

Pflaster Betonwerksteinplatten

A1

EN 13488

Massivholz mit Nut und Fedrer

Keramische Fliesen und Platten

x

(x)

(x) (x)

x

(x) x

x

(x)

x

x

x

x

x

A1

–

–

+

+

+

™

+

+

–

™

18 185

A1

–

–

+

+

+

+

+

+

+

–

A1

–

–

™

™

+

™

+

™

™

™

Webteppiche

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

Wirkteppiche

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

x

x

x

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

x

x

x

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

Nähwirkteppiche

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

Vlieswirkteppiche

+

+

™

™

–

–

™

™

™

+

x

Spachtelböden

Tuftingteppiche Nadelvlies Flockteppiche

66090 und ISO 2424

B2

10 Übersicht der Eigenschaften von Bodenbelägen (nach Schneider 2).

x

x

18 500

Terrazzo

Bodenklinkerplatten Textile Fußbodenbeläge

(x)

+

Mosaikparkett

Zementgebundene Beläge

x

+

Calciumsulfat

Naturstein

+

™

Hartstoff

Holzfußböden

Nassraum/Labors

Feuchtigkeitsresistenz

™

Linoleum

Kaufhaus/Fabrik

Verschleißfestigkeit

A1

Elastische Fußbodenbeläge

DIN-Norm

Krankenhaus/Schule/Sport

Belastbarkeit

18 354

Belagsart

Ausstellung/Konferenz

Wärmeschutz

Asphaltplattenbeläge

Belagsgruppe

Rutschsicherheit

Trittschallschutz

Anwendungsbereich

Wohnen

Eigenschaften/Eignung Brandverhalten/Baustoffkl.

Die Bewertung und Eignung sind im Einzelfall anhand genauer Produktdaten zu überprüfen: + (gut), ™ (neutral), – (negativ), x (anwendbar), (x) (beschränkt anwendbar)

869

x x

x

870

3.2

XIV Innere Hüllen

Estriche & DIN 18560-1 bis -4, -7

3.2.1 Werkstoffe

Nach DIN EN 13318 sind Estriche Schichten aus Estrichmörtel oder -massen, die auf der Baustelle direkt auf dem tragenden Untergrund, mit oder ohne Verbund, oder auf einer zwischenliegenden Trenn- oder Dämmschicht verlegt werden. Der Estrich lässt sich, sofern kein Bodenbelag verlegt wird, bei normaler Beanspruchung adäquat oberflächenbehandeln; bei starker Beanpruchung, wie beispielsweise im Industriebau, kann er oberseitig mit einer Hartstoffschicht versehen werden, die einen erhöhten Widerstand gegen Verschleiß und Abrieb aufweist. Hinsichtlich der beteiligten Werkstoffe lassen sich folgende Nassestricharten unterscheiden: • Calciumsulfatestrich (CA): Estrich, dessen Bindemittel aus Calciumsulfat besteht. Diese Estriche werden auch als Anhydritestriche (AE) bezeichnet. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Zementestrichen u. a. durch ihre Selbstnivellierungsfähigkeit in fließfähiger Konsistenz (siehe nächsten Punkt) sowie durch eine geringere Risstendenz. • Calciumsulfat-Fließestrich (CAF): auch als Anhydritfließestriche (AFE) bezeichnet. • Gussasphaltestrich (AS): Estrich, dessen Bindemittel aus Bitumen besteht. Die Estrichmasse wird von Hand oder maschinell bei einer Temperatur von rund 220 ° C bis 250 ° C aufgebracht. • Magnesiaestrich (MA): Das Bindemittel besteht aus Magnesiumoxid und einer wässrigen Lösung aus Magnesiumsalz. • Kunstharzestrich (SR): Estrich mit synthetischem Reaktionsharz als Bindemittel (Polymerbindemittel), der durch eine chemische Reaktion des synthetischen Reaktionsharzes aus einem flüssigen oder glättbaren Gemisch auf der Baustelle zu einer festen Schicht wird. • Zementestrich (CT): Estrich, dessen Bindemittel aus Zement besteht. Kunstharzmodifizierter Zementestrich: ein Estrich, dessen Bindemittel aus Zement besteht und der als Zusatzstoff Kunstharzdispersion oder dispergierbare Kunstharze enthält.

3.2.2 Monolithischer Estrich

Ein Zementestrich, der frisch-in-frisch auf einen noch nicht erstarrten Betonuntergrund aufgebracht wird ( 11). Er kann der Betonfläche Ebenheit und besondere mechanische Eigenschaften verleihen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

871

Verbundestriche werden auf dem abgebundenen Betonuntergrund aufgebracht und gehen mit diesem durch Verguss eine mechanische (haft- und formschlüssige) Verbindung ein ( 12). Die Estrich-Nenndicke ist bei AS-Estrichen nicht größer als 40 mm, bei anderen nicht größer als 50 mm.

Verbundestrich

Auf Trennlagen vergossene Estriche gehen keinen Verbund mit dem tragenden Untergrund ein ( 13). Trennschichten werden in der Regel zweilagig, bei CA- und AS-Estrichen einlagig ausgeführt. Es lassen sich PE-Folien, kunststoffbeschichtetes oder bitumengetränktes Papier, Rohglasvlies oder Ähnliches verwenden.

Estrich auf Trennlage

Als schwimmende Estriche versteht man solche, die auf einer schall- und/oder wärmedämmenden Schicht verlegt werden und vollständig von allen aufgehenden Bauteilen, wie zum Beispiel Wänden oder Rohrleitungen, getrennt sind. Schwimmende Estriche lassen sich grundsätzlich in zwei Varianten ausführen:

Schwimmender Estrich

& DIN 18560-3

& DIN 18560-2

• Trockenestriche – in Trockenbauweise aus Plattenmaterial, vorwiegend auf leichten Deckenkonstruktionen, insbesondere aus Holz ( 15).

Im Bereich aufgehender Bauteile sind Randfugen mit Hilfe vor dem Vergießen einzulegender Randstreifen aus Dämmstoff auszubilden. Grundsätzlich ist jede Art von Schallbrücke zwischen Estrichplatte und aufgehendem Bauteil zu vermeiden. Aus diesem Grund sind gemauerte Wände vor dem Verlegen eines Nassestrichs zu verputzen, damit im Zuge der Putzarbeiten keine Mörtelbrücken entstehen können. Die bei gewöhnlichen Grundrissen geometrisch in ihrem Randumriss stark gegliederten Estrichplatten werden durch zusätzliche Estrichfugen zwecks Rissvermeidung oder -minimierung in einzelne, möglichst gedrungene Estrichfelder unterteilt.

3.2.4

& DIN 18560-4

• Nassestriche – in Nassbauweise aus verschiedenen Werkstoffen, vorwiegend auf Massivdecken aufgebracht ( 14);

Im Gegensatz zu den oben angesprochenen Estrichausführungen handelt es sich bei schwimmenden Estrichen – wie oben angesprochen– um schalltechnisch wirksame, schwingende Schalen innerhalb eines Masse-Feder-Systems. Ihre bauakustische Wirkung wird an anderer Stelle eingehend beschrieben. Die Norm betrachtet schwimmende Estriche im bauakustischen Sinn als biegeweiche Vorsatzschalen, auch wenn sie manchmal nicht als biegeweich gelten können.a Grundvoraussetzung für ihre zuverlässige akustische Wirkung ist die sorgfältig auszuführende Randabfugung der Estrichschale von allen angrenzenden wie auch durch sie hindurchdringenden Bauteilen.

3.2.3

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.4 Verbesserung des Trittschallschutzes durch schwimmende Estriche, S. 704 f sowie zur Verbesserung des Luftschallschutzes auch ebendort Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff & a DIN 4109-34, 4.1.1

Estrichfugen

3.2.5

872

XIV Innere Hüllen

Bewehrung

Grundsätzlich gilt, dass schwimmende Nassestriche im Normalfall keine Bewehrung benötigen. Fallweise kann es dennoch empfehlenswert sein, Bewehrungen einzubauen, um die Verbreitung von ggf. auftretenden Rissen und einen Höhenversatz der Risskanten zu vermeiden. Zu diesem Zweck lassen sich Stahlmatten, Betonstahlmatten nach DIN 488-4 (Maschenweiten 150 mm x 150 mm) oder Betonstahlgitter (Maschenweite 50 bis 70 mm, Stabdurchmesser 2 bis 3 mm, Stahlfestigkeit ≥ 500 N/mm2) einlegen. Auch Faserbewehrungen sind möglich.

& DIN 18560-2, 5.3.2

Dämmschicht

& Hinweis auf anzuwendende Normen in DIN 18560-2, 3.3

& DIN EN 12431, 3.

Die Dämmplatten unter einem schwimmenden Estrich sind vor dem Verguss eines Nassestrichs dicht zu stoßen. Mehrlagige Dämmschichten sind mit überlappenden Stößen zu verlegen. Um Schallbrücken durch Mörtelstege zuverlässig zu vermeiden, wird vor dem Verguss des Estrichs eine Trennlage auf der Dämmung verlegt, beispielsweise eine PE-Folie mit mindestens 0,1 mm Dicke. Die Bahnen müssen sich an den Stößen mindestens 80 mm überlappen. Diese Trennlage ist seitlich an den Estrichrändern bis zur Oberkante der Randstreifen hochzuführen. Diese Trennlagen können keine feuchteschützende Funktion übernehmen. Die zulässigen Dämmstoffe sind in der Norm geregelt. Es kommen vorwiegend Faserdämmstoffe und Schaumstoffe infrage. Die Dämmschicht muss drei wesentliche Voraussetzungen erfüllen: • Sie muss die Druckkraft aus den Lasten bei begrenzter Pressung aufnehmen können. Es ist also die Zusammendrückbarkeit c zu begrenzen, welche aus der Differenz zwischen der Lieferdicke dL und der Dicke unter Belastung dB errechnet. • Sie muss die für ihre akustische Wirkung notwendige geringe dynamische Steifigkeit aufweisen. Diese Forderung steht grundsätzlich in Konflikt mit der obengenannten. • Sie muss je nach Anwendungsfall auch einen ausreichenden Wärmeschutz bieten. Die für den Wärmeschutz möglicherweise erforderlichen Dämmschichtdicken führen bei den eher federweichen Dämmstoffen, die geeignete dynamische Steifigkeit besitzen, zu insgesamt unzulässigen Pressungen. Deshalb ist es in solchen Fällen zweckmäßig, die Dämmschicht in eine weichfedernde, dünne Trittschalldämmschicht und in eine druckfestere, dickere Wärmedämmschicht aufzugliedern.

2 Horizontale Raumabtrennungen

7

5

4

1

873

7

5

4

1

11 Monolithischer Estrich, nass in nass mit der Rohdecke vergossen. z

z x

7

12 Verbundestrich, nach Abbinden der Rohdecke aufgetragen.

x

5

4

3

7 6 5 4 3

1

2 1

13 Estrich auf Trennlage.

z

z

x

7 6 5 9 2 8

z x

x

14 Schwimmender Estrich in Nassbauweise. Durch geeignete Randdämmstreifen wird dafür gesorgt, das kein Kontakt mit flankierenden Bauteilen stattfindet. Eine Trennlage stellt sicher, dass beim Verguss keine Mörtel- und damit Schallbrücken zu Rohdecke und Wand entstehen.

15 Schwimmender Estrich in Trockenbauweise. 1 Rohdecke 2 Trittschalldämmung 3 Trennfolie 4 Estrich 5 Bodenbelag 6 Randdämmstreifen 7 Fußleiste 8 Beplankung Decke 9 Estrichplatten zweilagig

874

XIV Innere Hüllen

3.2.6 Heizestrich & DIN 18560-2

Schwimmende Estriche lassen sich als Heizestriche für Fußbodenheizungen ausführen. Zu diesem Zweck wird ein Wasserkreislauf aus Kunststoffrohren im Estrichaufbau integriert. Bezüglich der Lage des Rohrkreislaufs wird unterschieden zwischen: • A Systeme mit Rohren innerhalb des Estrichs ( 16), • B Systeme mit Rohren unterhalb des Estrichs ( 17), • C Systeme mit Rohren im Ausgleichsestrich, auf den der Estrich mit einer zwischengelegten zweilagigen Trennschicht aufgebracht wird ( 18). Durch geeignete Festlegung der Zusammendrückbarkeit c der beteiligten Dämmschichten ist sicherzustellen, dass die Estrichplatte nach Pressung der Dämmung nicht auf den Rohren aufliegt. Die Rohrüberdeckung muss mindestens 15 mm betragen. Einzelne Heizkreise sind auf die gegeneinander abgefugten Estrichfelder abzustimmen. Im Bereich von Türdurchgängen sind in der Regel Bewegungsfugen anzuordnen.

3.3

Hohlraumböden & DIN EN 13213

Als Hohlraumböden bezeichnet man Fußbodenaufbauten mit einem vor Ort auf einer speziellen profilierten Unterlage vergossenen Estrich. In alternativer Ausführung wird eine fugenlose Platte auf Stützfüßen aufgeständert, entweder auf verlorener Schalung gegossen oder aus Einzelplatten zusammengebaut. Bei beiden Ausführungen entsteht zwischen tragender Decke und Estrichplatte ein Hohlraum, der für verschiedene Installationszwecke verwendbar ist, beispielsweise für elektrische Unterflurinstallation, Lüftung bzw. Klimatisierung, Heizung, etc. Es entsteht folglich, wie bei herkömmlichen Estrichen, eine fugenlos durchgehende Bodenfläche. Gleichzeitig wird ein nach allen Seiten durchgängiger Hohlraum geschaffen, in welchem sich nach Bedarf Leitungen einziehen lassen. Dies kann auch nach Einbau erfolgen, indem an den nötigen Stellen einzelne Bohrungen im Estrich vorgenommen oder alternativ von vornherein Revisionsöffnungen geschaffen werden. Hohlraumböden werden in zwei Varianten ausgeführt: • Monolithische Systeme: Der Estrich wird auf einer verlorenen Schalung vergossen, sodass ein einschichtiger Aufbau entsteht ( 19). • Mehrschichtige Systeme: Der Estrich wird auf einer ebenen Unterlage vergossen, an welcher geeignete Stützfüße befestigt oder angearbeitet sind. Zwischen Estrich und Unterlage wird eine Trennlage angeordnet. Es entsteht ein mehrschichtiger Aufbau ( 20, 22).

2 Horizontale Raumabtrennungen

875

1

1 2 3 4 5

6

2 7

3

z

z

x

x

16 Heizestrichaufbau der Bauart A nach DIN 18560-2: Heizelemente im Estrich integriert.

x

17 Heizestrichaufbau der Bauart B nach DIN 18560-2: Heizelemente in der Dämmschicht integriert.

18 Heizestrichaufbau der Bauart C nach DIN 18560-2: Heizelemente in einer gesonderten Ausgleichsschicht integriert. 1 Estrich 2 Heizelement 3 Abdeckung 4 Dämmschicht 5 tragender Untergrund 6 Trennschicht 7 Ausgleichsschicht

4

6 5

5

1 2 3 4 5

z

1

4

3

2

z

3 1 4a 2 5

7

4b 6

8

z

x

x

19 Schematischer Aufbau eines Hohlraumbodens, monolithische Ausführung gemäß VDI 3762.

20 Schematischer Aufbau eines Hohlraumbodens, mehrschichtige Ausführung gemäß VDI 3762.

1 Schalungselement 2 Bodenbelag 3 Estrich 4 Hohlraum (≤ 200 mm) 5 eventuell flächige oder punktuelle Trittschalldämmung 6 Rohdecke

1 Trennlage (Gleitfolie) 2 Trägerplatte (Schalungselement) 3 Estrich 4a eingegossener Tragfuß 4b alternativ: Stahlstütze 5 Gewölbehohlraum (≤ 200 mm) 6 eventuell flächige Trittschalldämmung 7 eventuell punktuelle Trittschalldämmung 8 Rohdecke

876

XIV Innere Hüllen

Wegen der hohen Ansprüche an derartige Estriche hinsichtlich Verlegung, Konstruktion sowie Schwind- und Quellverformung, werden in der Regel ausschließlich Calciumsulfatestriche eingesetzt. Die hohe Festigkeit dieser Estriche ermöglicht es, alle Arten von Trennwänden direkt auf ihnen aufzusetzen. Doppelböden 3.4 & DIN EN 12825 & VDI 3762

3.5

Feuchteschutz in feuchtebelasteten Räumen

Doppelböden sind nach DIN EN 12825 industriell hergestellte Bodensysteme aus Platten, die aufgeständert werden auf einer Unterkonstruktion aus Stützen und/oder Rasterstäben oder, soweit erforderlich, aus anderen Bestandteilen, die als tragende Konstruktion dienen ( 21, 23). Sie sind Teil des Ausbaus von Gebäuden. Sie schaffen mittels der aufgeständerten Bodenebene einen Hohlraum, der durch Abnehmen einzelner der lose verlegten Bodenplatten ohne erhöhten Aufwand an jeder beliebigen Stelle von oben frei zugänglich ist und als Installationsraum für Stromversorgung, Datenübertragung per Kabel, Lüftung bzw. Klimatisierung oder auch die Wasserver- und -entsorgung dient. Vereinzelt wird auch der gesamte Hohlraum des Doppelbodens zur Luftführung genutzt. Stützfüße sind höhenjustierbar und werden auf dem Rohboden befestigt. Zwischen Bodenplatte und Stützenauflager wird im Allgemeinen eine körperschalldämmende federnde Zwischenschicht eingebaut. Platten lassen sich punktuell auf Stützfüßen oder, soweit bei größeren Lasten erforderlich, linear auf Traversen (Rasterstäben), die ihrerseits von Stütze zu Stütze spannen, auflagern. Erforderlichenfalls lassen sich auch mehrere Plattenfelder durch Überbrückungen frei überspannen, beispielsweise zwecks Einbaus größerer Lüftungsrohrquerschnitte. Ergänzend kommen in der Regel Hohlraumabschottungen für Lüftungs-, Brand- und Schallschutzzwecke hinzu. Doppelböden bieten ein deutlich höheres Maß an Flexibilität als Hohlraumböden. Sie sind im Allgemeinen mit entsprechend hohem technischen Aufwand verbunden und kommen insbesondere bei hochinstallierten Gebäuden zum Einsatz. Fußböden müssen zur Vermeidung von Bauschäden, aber auch zur Vermeidung von Schimmelpilz, für die Begehsicherheit sowie für eine allgemeine Gebrauchstauglichkeit, dauerhaft frei von Feuchte bleiben. Bei besonderen Gebäudenutzungen wie etwa dem Forschungs-, Gewerbe- und Industriebau kann das Wasser zusätzlich mit aggressiven chemischen Substanzen versetzt sein. Neben Wasser in flüssiger Form kann bei Fußböden, die an nicht beheizte Räume angrenzen, auch Dampfdiffusion zu Feuchteansammlungen führen. Ferner ist auch die Baufeuchte zu berücksichtigen, die bei Massivbauteilen (Estrich inklusive) anfällt. Das Freihalten der Fußbodenoberfläche von Feuchte ist, neben den genannten Zielsetzungen, auch für die Begehsicherheit von entscheidender Bedeutung. Nicht nur aus Grün-

2 Horizontale Raumabtrennungen

1

2

7 4

5

3

6

877

8

21 Schematischer Aufbau eines Doppelbodens mit seinen wesentlichen Bestandteilen gemäß VDI 3762. 1 Bodenbelag 2 Platte 3 Auflagescheibe 4 Stützenkopf 5 Verstellmutter 6 Stützenfuß 7 Kleber 8 Rohdecke

z x

5 cm

4

1

9

6

5

2

7

4

11 8

10

5

15

12

16

2

14 24 13 4

1

11 2

9

12

35 Aufbau und Wandanschluss eines Nassraumfußbodens mit Bahnenabdichtung. Die Abdichtung liegt unter dem Estrich und bildet eine wasserdichte Wanne. Ihre Ränder werden bis mindestens 5 cm über Bodenfläche geführt. Es ist mit einer dauerhaften Durchfeuchtung des Estrichs zu rechnen. Wasser ist durch eine Dränlage (23), Gefälle und Abläufe abzuführen. 36 Aufbau und Wandanschluss eines Nassraumfußbodens mit mäßiger Beanspruchung (Badezimmer in Wohngebäude). Dichtschicht als Verbundabdichtung (AIV) (System Sopro).

1

2 14 4

x

3

15 21

z

13

2 14 24 10 11

5 16

1

13 6

8

1

24 14

4

1

12

18

8 10

13 19

2

6

12

37 Aufbau und Wandanschluss mit hoher Beanspruchung (Schwimmbäder, Duschanlagen, Gewerberäume) (BK A) (System Sopro). 38 Aufbau und Bodeneinlauf eines Nassraumfußbodens mit mäßiger Beanspruchung (Badezimmer in Wohngebäude). Estrich auf Massivdecke (System Sopro).

z x

25 26 4 5

1

26 13 27 28 29 12 1

1

13

26

19

5 12

15

30 31 10

27

15

39 Nassraumfußboden in Trockenbauweise, auf Schüttung verlegt. Wandanschluss (System Fermacell). z

z x

1 Fliesenbelag 2 Dünnbettmörtel 3 Verputz 4 Dichtstoff 5 Randdämmstreifen 6 Estrich 7 Dränlage 8 Zementmörtelfuge 9 Abdichtung 10 Trittschalldämmung 11 Gefälleestrich 12 tragender Untergrund

x

13 Verbundabdichtung (AIV), zwei Arbeitsgänge 14 Grundierung 15 Dichtband 16 PE-Rundschnur 17 Dichtmanschette 18 Vergussmörtel 19 Bodeneinlauf 20 Pressdichtflansch 21 Unterschneidung des wandverputzes (um einen Pressanschlag der Hohlkehlfliese an der Wand zu vermeiden)

40 Nassraumfußboden auf Holzbalkendecke im Duschenbereich (System Fermacell) 22 Hohlkehlfliese 23 Reaktionsharz-Verbundabdichtung 24 Trennlage 25 Flüssigfolie 26 flexibler Fliesenkleber 27 Gipsfaser-Duschelement 28 gebundene Ausgleichsschüttung 29 Rieselschutz 30 Gipsfaserplatte, zweilagig 31 Gipsfaserplatte, lose verlegt

884

3.6

XIV Innere Hüllen

Schallschutz von Vorsatzkonstruktionen auf Decken & DIN 4109-34 ☞ vgl. hierzu Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > Längsleitung, S. 695 ff, insbesondere  23 ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.1 Trittschalldämmmaß, S. 702 ff

3.6.1

Nicht schwimmend gelagerter Estrich

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.3 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Bodenbeläge, S. 704 sowie die Aussagen zu schwimmenden Estrichen weiter unten

3.6.2 Schwimmender Estrich



Fußbodenaufbauten, die gemäß Norm im bauakustischen Sinn als Vorsatzkonstruktionen gelten, führen im Allgemeinen zu einer Verbesserung des Luftschallschutzes von Decken. Dies gilt für die Direktschalldämmung durch das Bauteil hindurch, aber – unter geeigneten Kopplungsbedingungen an den Stoßstellen – auch für die Flankenübertragung (Pfade Fd und Df). Bedeutender ist hingegen ihr Beitrag zur Verbesserung des Trittschallschutzes, insbesondere wenn es sich um schwimmende Estriche handelt. Die bauakustische körperschallbezogene Wirksamkeit eines Fußbodenaufbaus bzw. einer Deckenauflage wird mithilfe des Trittschallverbesserungsmaßes D Lw,R bzw. die Trittschallminderung D Lw erfasst. In diesen Kennwerten ist die Wirkung der Deckenauflage wie auch des Fußbodenbelags berücksichtigt. Nicht schwimmend gelagerte Estriche werden bauakustisch durch ihre anteilige Erhöhung der Masse des Deckenpakets erfasst und gehen hinsichtlich des Luftschallschutzes entsprechend in die Einstufung nach der Tabelle in  166 ein, hinsichtlich des Trittschallschutzes gemäß  170. Verbundestriche, bzw. Estriche auf Trennlage, haben heute insbesondere in Verwaltungsbauten mit erhöhten Anforderungen an die Nutzungsflexibilität eine besondere Bedeutung. Sie erlauben, in Kombination mit weichfedernden Bodenbelägen die erforderlichen Trittschallschutzmaße zu erreichen, bei gleichzeitiger freier Versetzbarkeit von Trennwänden. Weichfedernde Bodenbeläge sind imstande, den Trittschallschutz einer Decke deutlich zu verbessern. Sie vernichten die Körperschall­energie gewissermaßen an der Entstehungsquelle selbst. Die erzielbare Trittschallminderung D Lw von verschiedenen weichfedernden Bodenbelägen ist in der Tabelle in  42 wiedergegeben. Bodenbeläge führen indessen zu keiner Verbesserung des Luftschallschutzes der Gesamtdeckenkonstruktion. Die Trittschallminderung D Lw der wichtigsten Ausführungsarten von schwimmenden Nass- und Trockenestrichen verschiedener flächenbezogener Massen lässt sich den Diagrammen in  43 und 44 entnehmen. Der Trittschallschutz eines schwimmenden Estrichs lässt sich durch folgende zusätzliche Maßnahmen verbessern: 4 • Aufteilung der Dämmschicht in zwei verschieden federweiche Lagen; • Einbau einer Bitumenpappe unter der Dämmschicht, sodass infolge der punktuellen Lagerung auf der unebenen Rohdecke die Schwingungsfähigkeit des Aufbaus erhöht wird; ferner werden dadurch Mörtelbrücken ausgeschlossen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

885

3 5

1

4 3

7

6

2 600

300 41 Hohlraumboden auf Stützen (System Knauf). Rechts oben Stützendetail mit gefalztem Plattenstoß. Spalte

1 Deckenauflagen; weichfedernde Bodenbeläge

Zeile 1

1 Bodenplatte aus Gips, Fugen geklebt und verspachtelt 2 Bodenstütze, im 600-mm-Raster 3 Revisionsöffnung 4 Bodendose 5 Installation 6 zusätzliche Zwischenstütze im Randbereich 7 alternativ zu 6: Randstab 2 ∆ Lw dB

Linoleum-Verbundbelag nach DIN EN 687

14 ¹)²)

PVC-Verbundbeläge 2

PVC-Verbundbelag mit genadeltem Jutefilz als Träger nach DIN EN 650

13 ¹)²)

3

PVC-Verbundbelag mit Korkment als Träger nach DIN EN 652

16 ¹)²)

4

PVC-Verbundbelag mit Unterschicht aus Schaumstoff nach DIN EN 651

16 ¹)²)

5

PVC-Verbundbelag mit Synthesefaser-Vliesstoff als Träger nach DIN EN 650

13 ¹)²)

Textile Fußbodenbeläge nach DIN ISO 2424 ³) 6

Nadelvlies, Dicke = 5 mm

20

Polteppiche 4 ) 7

Unterseite geschäumt, Normdicke a 20 = 4 mm nach ISO 1765

19

8

Unterseite geschäumt, Normdicke a 20 = 6 mm nach ISO 1765

24

9

Unterseite geschäumt, Normdicke a 20 = 8 mm nach ISO 1765

28

10

Unterseite ungeschäumt, Normdicke a 20 = 4 mm nach ISO 1765

19

11

Unterseite ungeschäumt, Normdicke a 20 = 6 mm nach ISO 1765

21

12

Unterseite ungeschäumt, Normdicke a 20 = 8 mm nach ISO 1765

24

¹) Die Bodenbeläge müssen durch Hinweis auf die jeweilige Norm gekennzeichnet sein. Die maßgeblich bewertete Trittschallminderung Δ LW muss auf dem Erzeugnis oder der Verpackung angegeben sein. ²) Die in den Zeilen 1 bis 5 angegebenen Werte sind Mindestwerte; sie gelten nur für aufgeklebte Bodenbeläge. ³) DIN EN 10204 ist zu berücksichtigen. Die textilen Bodenbeläge müssen auf dem Produkt oder auf der Verpackung mit dem entsprechenden Δ LW der Spalte 2 ausgeliefert werden. 4

) Pol aus Polyamid, Polypropylen, Polyacrylnitril, Polyester, Wolle und deren Mischungen.

42 Trittschallminderung DLw von weichfedernden Bodenbelägen für Massivdecken (Rechenwerte), gemäß DIN 4109-34, 4.6.

886

XIV Innere Hüllen

& DIN 4109-34, 4.6.4

☞ Zur Verbesserung des Luftschallschutzes einer Decke durch die Wirkung des schwimmenden Estrichs siehe Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff. ☞ Abschn. 5.2.1 Luftschalldämmung, S. 943  ff

Bei Trennwandanschlüssen auf Decken mit schwimmenden Estrichen wirken diese als flankierende Bauteile, die bei den üblichen (geringen) Estrichdicken die Schalldämmung der Trennwand durch Schalllängsleitung deutlich mindern können. Dies gilt insbesondere für die unter der Trennwand durchgehende Estrichplatte nach Ausführung 1 in  45. Erhöhte Anforderungen an den Schallschutz sind nur durch Auftrennen der Estrichplatte (Variante 2) oder durch Aufsetzen der Trennwand auf der tragenden Decke (Variante 3) zu erreichen. Es liegt auf der Hand, dass beide Lösungen die freie Versetzbarkeit von Trennwänden stark eingrenzen. Alternativ kön­­nen Verbundestriche oder Estriche auf Trennlage in Kombination mit weichfedernden Bodenbelägen zum Ein­satz kommen. Wird ein weichfedernder Bodenbelag auf einem schwimmenden Boden aufgebracht, dann ist gemäß der Norm als Trittschallminderung D Lw nur der jeweils höhere Wert – entweder des schwimmenden Bodens oder des weichfedernden Bodenbelags – anzusetzen. Auch der Luftschallschutz einer Decke wird durch einen schwimmenden Estrich günstig beeinflusst. Die erzielbare Verbesserung des bewerteten Schalldämm-Maßes R‘w liegt im Bereich von 15 bis 20 dB.5 Die luftschall- sowie trittschallbezogene Wirkung von schwimmenden Estrichen auf einschaligen Decken sowie Rippendecken wird weiter unten im Zusammenhang mit dem Schallschutz der Gesamtdecke diskutiert. Berechnungsverfahren für die Verbesserung des Luftschallschutzes von Massivdecken durch Deckenauflagen finden sich in  168; für die Verbesserung des Trittschallschutzes in  170. Zu berücksichtigen sind sowohl bei Hohlraum- wie auch Doppelböden die folgenden Parameter:

3.6.3 Hohlraumböden & VDI 3762

• die Flankenschalldämmung über die Estrichplatte ( 46); • die vertikale Trittschalldämmung über das Deckenpaket hinweg • sowie die horizontale Trittschalldämmung zwischen benachbarten Räumen über die Estrichplatte. Dominierend ist bei Hohlraumböden hinsichtlich der Flankenschalldämmung die Körperschallübertragung über die Estrichplatte (Weg K); die Luftschallübertragung im Hohlraum (Weg L) ist hingegen nachgeordnet. Die Körperschallübertragung lässt sich wie bei schwimmenden Estrichen durch einen Fugenschnitt (F) stark mindern. Die vertikale Trittschallminderung wird am stärksten durch das Maß der Trittschallminderung DLw des verwendeten Bodenbelags beeinflusst. Auch eine federnde Lagerung des Hohlraumbodens auf der Rohdecke wirkt sich günstig

2 Horizontale Raumabtrennungen

887

Δ Lw

Δ Lw

40

40

35

35

30

30

160 140 120 100 80 60

25

20

15

6

12

24

60

25 A

15

s‘

43 Bewertete Trittschallminderung D Lw schwimmend verlegter Zement-, Calciumsulfat-, Calciumsulfatfließ-, Magnesia- und Kunstharzestriche auf Dämmschichten aus Dämmstoffen nach DIN 4108-10, für ausgewählte flächenbezogene Massen, gemäß DIN 4109-34, 4.5.4.2.1. D Lw s‘ A B C

60

C

15

B

20

bewertete Trittschallminderung, in dB flächenbezogene dynamische Steifigkeit der Dämmschicht, in MNm–3 flächenbezogene Masse der Estrichplatte, in kgm–2 Fertigteilestriche – flächenbezogene Masse der Estrichplatte m‘ = 15 kg/m2 Gussasphaltestriche – flächenbezogene Masse der Estrichplatte m‘ = 60 kg/m2

15

20

30

40

s‘

44 Bewertete Trittschallminderung D  Lw schwimmender Gussasphalt- oder Fertigteilestriche auf Dämmschichten aus Dämmstoffen nach DIN 4108-10 und nach DIN 18560-2, für ausgewählte flächenbezogene Massen, gemäß DIN 4109-34, 4.5.4.2.2.

aus ( 19 und 20, jeweils rechts). Die horizontale Trittschalldämmung hängt auch in starkem Maß von der Trittschallminderung DLw des Bodenbelags ab ( 42). Auch hierbei wirken sich Fugenschnitte günstig aus. Diese kann man auch von vornherein planerisch vorsehen ( 46, Element F), sie begrenzen jedoch wie bei schwimmenden Estrichen die freie Versetzbarkeit von Trennwänden. Bezüglich der Flankenschalldämmung spielen bei Doppelböden insbesondere Parameter wie die flächenbezogene Masse der Platten, die Fugendichtheit und Körperschallentkopplung der Plattenstöße, die Hohlraumdämpfung und die Größe und Anzahl der Öffnungen eine Rolle. Diese Faktoren stehen teilweise in Konflikt miteinander, wie beispielsweise die Dichtheit der Plattenfugen für eine verringerte Luftschallübertragung (Weg LF in  47) und ihre Körperschallentkopplung für eine reduzierte Übertragung über den Plattenboden (Weg K). Deutliche Verbesserungen lassen sich auf den Übertragungswegen LF und LD durch Absorberschotts aus Dämmstoff im Hohlraum erzielen. Elastische Stützenkopfauflagerungen haben nach Norm keine nennenswerte Wirkung.

Doppelböden & VDI 3762

& VDI 3762, 5.1.1

3.6.4

888

XIV Innere Hüllen

Norm-Flankenschallpegeldifferenz Dn,f,w

Ausführungsbeispiele

Zeile

Zement-, Calciumsulfatoder Magnesiaestrich

[dB]

Gussasphaltestrich

1

1

40

46

2 3 4

1 5

2

57 a

2 3 4

1

3

70

b

2 3 4

1 Trennwand als Einfach- oder Doppelständerwand mit Unterkonstruktion aus Holz oder Metall oder elementierte Trennwand; Anschluss am Estrich ist mit Anschussdichtung abgedichtet. a

b

2 3 4 5

Estrich Mineralwolle MW, Anwendungsgebiet DES flächenbezogene Masse der Massivdecke m’ ≥ 300 kg/m² durchgehende Fuge im Estrich

Nachträglich ausgeführte Fugenschnitte seitlich der Trennwand führen zu ungünstigeren Werten. Orientierungswert. Fall nicht in DIN 4109:2016-07 betrachtet.

45 Bewertete Norm-Flankenschallpegeldifferenz Dn,f,w von schwimmenden Estrichen nach DIN 18560-2 bei Trennwandanschlüssen (Rechenwerte) in verschiedenen Ausführungen, gemäß DIN 4109-33, 5.3.4.2. Die Angaben gelten auch für Trennwände in Holzbauart.

Wesentlich für die vertikale Trittschallminderung ist der Einfluss des Trittschallverbesserungsmaßes DLw,R des Bodenbelags sowie die akustischen Eigenschaften des Systembodens selbst. Diese werden deutlich verbessert durch schwere Bodenplatten auf lose aufgestellten oder federnd gelagerten Stützfüßen. Auch die horizontale Trittschalldämmung ist wesentlich vom Trittschallverbesserungsmaß DLw,R des Bodenbelags beeinflusst.

2 Horizontale Raumabtrennungen

F

H

K

L

889

Li

46 Schematische Darstellung der möglichen Flankenübertragungswege von Schall bei einem Hohlraumboden gemäß VDI 3762.

V

V

LF

K

LD

Li

z x

Die Brandschutzwirkung von Estrichen auf Massivdecken für Brandbeanspruchung von oben ist in Abhängigkeit ihrer Dicke und Ausführung in der Norm geregelt. Dämmschichten unter schwimmenden Estrichen müssen mindestens der Baustoffklasse B2 angehören und eine Rohdichte von ≥ 30 kg/m3 besitzen. Grundsätzlich übernimmt bei Decken in Holztafelbauart, wie auch bei Holzbalkendecken, ein schwimmender Estrich – dann zumeist ein Tockenestrich – eine Schutzfunktion gegen Brandeinwirkung von oben. Dies ist immer dann nicht erforderlich, wenn eine obere Beplankung der tragenden Deckenkonstruktion, d. h. der Rippen- bzw. Balkenlage, derart ausgelegt ist, dass sie diese Aufgabe für sich allein übernehmen kann. Dies ist grundsätzlich dann der Fall, wenn sie aus Sperrholzplatten nach DIN 68705-3, -5, aus Spanplatten nach DIN 68763 oder aus gespundeten Brettern aus Nadelholz nach DIN 4072 bestehen. Detailliertere Anforderungen finden sich in der Norm.

47 Schematische Darstellung der möglichen Flankenübertragungswege von Schall bei einem Doppelboden gemäß VDI 3762. H Hohlraumdämpfung bei der Laborprüfung K Körperschallübertragung Li Luftschallübertragung im Hohlraum bzw. Schallausbreitung über Lüftungsöffnungen V Verzweigungsdämmung F Fugen LD von der Dämmung des Plattenmaterials abhängige Übertragung LF von der Fugendurchlässigkeit zwischen den Platten abhängige Übertragung

Brandschutz & DIN EN 1992-1-2, 5.7.1 (2) und Bild 5.7

& DIN 4102-4, 10.7 und 10.8 ☞ gemäß Fall A in  3

& DIN 4102-4, 10.7 und 10.8

3.7

890

XIV Innere Hüllen

4. Unterdecken

Als Unterdecke oder abgehängte Decke wird ein flächiges Bauteil bezeichnet, das durch Abhänger oder durch eine direkt am tragenden Bauteil – Boden, Dach, Balken oder Wand – befestigte Unterkonstruktion oder Randauflager mit einem Abstand von der tragenden Konstruktion abgehängt ist.

& DIN EN 13964 & DIN EN 18340 VOB

4.1 Werkstoffe & VDI 3755 & DIN EN E 14566 & DIN EN 14190 & DIN EN 520 & DIN EN 18180 bis DIN EN 18183

Als Werkstoffe für die flächenbildenden Decklagen einer Unterdecke kommen zahlreiche Varianten in Frage. Einige in der Baupraxis häufig eingesetzte sind: • Gipsplatten – häufig in der fugenlosen Variante aus Gipskartonplatten mit verspachtelten Stoßfugen; auch Gipsfaserplatten; • Mineralwolleplatten – stärke- oder kunstharzgebundene Platten mit unterschiedlichem Aufbau und Oberflächenstruktur; • Holzspan-Akustikplatten – poröse Holzspanplatten mit einer Oberfläche aus mikroporösem Akustikvlies und einer Akustik-Farbbeschichtung; • Metallbleche – zu biegesteifen Kassetten kaltverformte Feinbleche; • Holz oder verschiedene Holzwerkstoffe – Bretter, Paneele, Platten, Formsperrholz etc.; • Textilien – beispielsweise mit Vliesauflage oder sonstiger absorbierender Auflage.

& DIN EN 13964, 4.3.2.2

Die Unterkonstruktion, an welcher die Decklage befestigt wird, ist ausführbar in: • Holz – Güteklasse mindestens S 10 (MS 10) nach der Norm DIN EN 1912, Feuchtegehalt höchstens 20%, Mindestquerschnitt der Grundlattung ist 40 x 60 mm, der Traglattung 24 x 48 mm;

& DIN EN 14195

• Stahl – feuerverzinktes Band oder Blech aus unlegiertem Stahl, Güte mindestens DX51D + Z nach DIN EN 10346; • Aluminium – Aluminiumlegierungen nach DIN EN 573-3.

4.2 Ausführungsvarianten

Es sind zahlreiche Ausführungsvarianten von Unterdecken mit sehr unterschiedlichen funktionalen Zielsetzungen möglich. Im Fol­genden soll eine grobe Unterteilung zu Orientierungszwecken erfolgen. Hinsichtlich der Art ihrer Untersicht lassen sich Unterdecken geschlossen oder offen ausführen. Geschlossene Unterdecken lassen sich ihrerseits fugenlos oder gerastert ausbilden. Die Einzelmodule gerasterter Unterdecken kön-

2 Horizontale Raumabtrennungen

nen in ihren Formaten variieren. Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen • Kassetten – je nach Seitenverhältnis spricht man von Quadratkassetten oder bei Rechteckformaten von Langfeldkassetten; • Platten – schmalere Rechteckformate; • Paneele – Formate mit deutlich kleineren Breiten als Längen. Aus konstruktiver Sicht kann die Decklage alternativ aus dick- oder dünnwandigen Elementen bestehen. Als dickwandige Teile kommen Gipsplatten, Holzwerkstoffe oder Vergleichbares in Frage; als dünnwandige Elemente kommen zumeist gekantete, tiefgezogene oder sonstwie kaltverformte Feinbleche zum Einsatz. Alle Decklagen können zu raumakustischen Zwecken gelocht oder mit anderen Geometrien perforiert sein. Aus montagetechnischer Sicht sind diese Ausführungen üblich: • Unterdecken mit Platten, an Unterkonstruktion befestigt – die Unterkonstruktion bleibt dabei verdeckt; die Stöße können sichtbar belassen werden, oder die Platten lassen sich alternativ zu einer fugenlosen Fläche verspachteln (2 52 bis 55); • Unterdecken mit eingeschobenen Decklagenelementen, Unterkonstruktion verdeckt ( 59); • Einlegesysteme – die Decklagenelemente werden in die sichtbare Unterkonstruktion von oben eingelegt und gewöhnlich form- und gravitationsschlüssig gesichert ( 60); • Einlegesysteme mit Stufenfalz – wie oben, jedoch mit gefalzter Elementkante, sodass die Unterkonstruktion im Grund einer Schattenfuge liegt ( 61); • Klemmsysteme – die Decklagenelemente werden durch eine federnde Klemmverbindung von unten befestigt ( 42); • Einhängesysteme – die Decklagenelemente werden von der Seite in die Unterkonstruktion eingehängt ( 63); • Paneelsysteme (offen oder geschlossen) – die Paneele werden entweder press gestoßen oder auf Lücke verlegt von unten an der Unterkonstruktion befestigt ( 64); • Lamellensysteme – die stehend angeordneten Deckele-

891

892

XIV Innere Hüllen

48 Prinzipaufbau und Hauptbestandteile einer Unterdecke gemäß DIN 13964 ohne Dämmauflage. Es werden nicht in jedem Fall alle Bauteile für den Einbau benötigt.

49 Prinzipaufbau und Hauptbestandteile einer Unterdecke mit Dämmauflage zwecks Hohlraumdämpfung.

3

2

5

1

3

9

4

2

11

5 1

9

4

7

z

6 8

x

7

z

10

6 8

x

10

50 Prinzipaufbau und Hauptbestandteile einer Unterdecke mit Dämmauflage für thermische Zwecke. 51 Prinzipaufbau und Hauptbestandteile einer Unterdecke mit Perforierung und Dämmauflage für Akustikzwecke. 1 tragendes Bauteil 2 obere Halterung 3 Abhänger 4 Grundprofil 5 Decklagenelement 6 Randauflager 7 sichtbare Deckenfläche 8 Innenraum 9 Unterdeckenraum 10 Wand 11 Dämmstoff 12 Trennlage 13 Perforierung der Decklage 14 Dampfbremse/-sperre

2 11

3

14

5

1

7

z

6 8

x

52 Unterdecke mit Metallunterkonstruktion, Längskante.

3

9

4

2

11

5

1

4

7 12 13

z

10

6 8

x

1

9

10

1

53 Unterdecke mit Metallunterkonstruktion, Stirnkante. 1 Rohdecke 2 Gipskartonplatte doppellagig 3 Grundprofil, Metallschiene 4 Tragprofil, Metallschiene 5 Abhänger

2

4

3 5

2

3

4

5

2 Horizontale Raumabtrennungen

893

1

1

2 8

8

2 3 4

5 5

z

6

7

3

7

4

z 0

M 1:5

x

6

50 mm

0

M 1:5

y

54 Unterdecke aus Gipskartonplatten mit Metallunterkonstruktion, Abhängung durch justierbare Noniushänger (Stirnkante) (Fabrikat Knauf ®).

55 Unterdecke wie in  54 (Längskante) (Fabrikat Knauf ®).

1 Abhänger, Oberteil 2 Abhänger, Bügel 3 Ankerwinkel oder Kreuzverbinder 4 Grundprofil

5 Gipskartonplatten, zwei Lagen 6 Schnellbauschraube 7 Tragprofil 8 Sicherungssplint

z

50 mm

z x

M 1:5

0

50 mm

56 Anschluss einer Unterdecke aus Gipskartonplatten an eine Wand, Ausführung mit Schattenfuge (Längskante) (Fabrikat Knauf ®).

y

M 1:5

0

50 mm

57 Anschluss einer Unterdecke wie in  56 (Stirnkante) (Fabrikat Knauf ®).

894

XIV Innere Hüllen

mente werden auf Abstand zueinander an der Unterkonstruktion befestigt; von einem schrägen Blickwinkel quer zur Lamelle ist die Sicht in den Unterdeckenraum verwehrt ( 65). • Waben- und Gittersysteme – die Decklage besteht aus einem Wabenraster oder Gitter; es stellt sich aus allen Richtungen ein ähnlicher visueller Effekt wie bei einer Lamellendecke ein ( 66). Geschlossene gerasterte wie auch offene Deckensysteme werden in der Regel mit den möglichen Trennwandstellungen modular abgestimmt. Dabei können sogenannte

4.3 Rasterung

l

l

1

w

w

l

2

58 Verschiedene Formate der Elemente einer Decklage 1 Kassette, Quadratkassette und Langfeldkassette 2 Platte 3 Paneel

59 Montagesystem 1: Deckenplattenstoß, dickwandige Decklage, gefalzt und genutet, mit verdeckter Unterkonstruktion.

w

l 3

60 Montagesystem 2: Deckenelementstoß, dünnwandige Decklage in Unterkonstruktion eingelegt.

w

61 Montagesystem 3: Deckenelementstoß, dünnwandige Decklage in Unterkonstruktion eingelegt, mit Stufenfalz.

2 Horizontale Raumabtrennungen

895

Achs- oder Bandrastersysteme zum Einsatz kommen. Bei letzteren wird an jeder möglichen Trennwandlage ein separates Bandelement vorgehalten, das sich bei Bedarf für einen Wandanschluss entfernen lässt, bzw. entsprechende Anschlussmöglichkeiten bietet. Die zwischen den Bändern liegenden Decklagen lassen sich bei Bandrastersystemen stets mit gleichen Modulmaßen ausführen.

☞ Band 1, Kap. II-3, Abschn. 3.1 Bauteilbezug zum Raster, S. 77 ff

Bei der konstruktiven Gestaltung von Trennwandanschlüssen an Unterdecken sind, neben Fragen der Kraftübertragung, auch die Schalllängsleitung über das Deckenpaket sowie ggf. auch der Brandschutz zwischen den benachbarten Räumen zu berücksichtigen.

Trennwandanschlüsse

Bei Decken mit abgehängten Unterdecken sind bei Trennwandanschlüssen grundsätzlich drei Schallübertragungswege über das Deckenpaket möglich ( 67):

Schalllängsleitung im Trennwandanschluss

4.4

& DIN 4109-33, 5.3.3 & DIN 4102-4

• über die tragende Deckenkonstruktion, insbesondere über eine Massivdecke (Weg KD);

62 Montagesystem 4: Deckenelementstoß, dünnwandige Decklage, Klemmsystem, Unterkonstruktion verdeckt.

63 Montagesystem 5: Deckenelementstoß, dünnwandige Decklagen, Einhängesystem, Unterkonstruktion verdeckt.

64 Montagesystem 6: Paneelsystem, offen oder geschlossen.

65 Montagesystem 7: Lamellensystem mit vertikalen Decklagen.

66 Montagesystem 8: Waben- bzw. Gittersystem.

4.4.1

896

XIV Innere Hüllen

• über den Deckenhohlraum (Weg LDH ); • über die Deckschale der Unterdecke (Weg KDS ). 5

2

6

4

Diese Schallübertragungswege können je nach Ausführung der Deckenkonstruktion unterschiedliche Bedeutung haben. Die Schalllängsleitung über Deckenhohlraum und Decklage fällt insbesondere bei Unterdecken ohne Abschottung des Deckenhohlraums ins Gewicht. Eine Abschottung unterbindet diese Wege weitgehend, sodass dann allenfalls die Leitung über die tragende Deckenkonstruktion wirksam ist.

3

67 Wege der Schalllängsleitung bei Trennwandanschlüssen an Unterdecken.

B

A

h

C

h

5

h

5

5

1 2

6

4

2

3

z

6

4

3

6

4

3

z

z

x

2

x

x

68 Trennwandanschluss an Unterdecke; Decklage durchlaufend, nach DIN 4109-33.

69 Trennwandanschluss an Unterdecke; Decklage getrennt, nach DIN 4109-33.

70 Trennwandanschluss an Unterdecke; Decklage in Trennwanddicke getrennt, nach DIN 4109-33.

1 Fuge 2 Gipskartonplatten mit geschlossener Fläche nach DIN 18180, verarbeitet nach DIN 18181 3 Hohlraumdämpfung aus Faserdämmstoffen nach DIN EN 13162, die einen längenbezogenen Strömungswiderstand von​ r ≥ 5 kN · s/m4 aufweisen. 4 die Unterkonstruktion aus Holzlatten oder Deckenprofilen aus Stahlblech nach DIN 18182-1 bzw. DIN EN 13964, Achsabstände ≥ 400 mm, kann durchlaufen 5 Abhänger nach DIN 18168-1 bzw. DIN EN 13964 6 Trennwand als zweischalige Einfachoder Doppelständerwand mit dichtem Anschluss: durch Verspachtelung, dicht gestoßene Schalen oder durch Verwendung einer Anschlussdichtung 7 Mineralfaser-Deckenplatten in Einlegemontage 8 perforierte Metall-Deckenplatten mit Einlage aus Faserdämmstoff nach DIN 18165-1 9 Trennwand aus biegeweichen Schalen mit dichtem Anschluss an Deckenzarge 10 Unterkonstruktion der Unterdecke mit

Abhänger nach DIN 18168-1 11 Schwerauflage, z. B. aus Gipskartonplatten nach DIN 18180 oder Stahlblech; die Schwerauflage kann auch auf die Stirnseiten der Plattenkonstruktion gelegt werden 12 Rostwinkel zur Fixierung der Zargenabstände 13 Gipskartonplatten nach DIN 18180, verarbeitet nach DIN 18181, Fugen verspachtelt 14 Hohlraumdämpfung aus Faserdämmstoff nach DIN EN 13162, längenbezogener Strö­mungswiderstand r ≥ 5 kN · s/m4, Mindestdicke 40 mm 15 dichter Deckenanschluss mit Anschlussdichtung/Fugenverspachtelung 16 Unterkonstruktion der Unterdecke, z. B. Bandrasterprofil 17 Decklage der Unterdecke aus Platten mit geschlossener Fläche nach DIN  4109 Bbl.1/A1, 6.4.2.2 oder Schallschluckplatten nach 6.4.2.3 mit poröser oder durchbrochener (gelochter) Struktur 18 Trennwand aus biegeweichen Schalen mit dichtem Anschluss an die Unterdecke 19 Leichtspan-Schallschluckplatten

20 Trennwand aus biegeweichen Schalen mit dichtem Anschluss an Deckenzarge 21 Trennwand als zweischalige Einfach- oder Doppelständerwand, Bekleidung mit Gipsplatten GK, Hohlraumdämpfung aus Mineralwolle MW sowie dichter Anschluss an die Massivdecke 22 Fugendichter Anschluss der Unterdecke an die Trennwamd, z. B. durch Anschlussprofil oder Anschlussdichtung 23 Unterkonstruktion aus C-Deckenprofilen nach DIN 18182-1 bzw. DIN EN 13964 und Abhängern nach DIN 18168-1 bzw. DIN EN 13964 bekleidet mit Gipsplatten GK mit m‘ ≥ 8,5 kg/m2, Fugen verspachtelt 24 Mineralwolle MW, Anwendungsgebiet DI, Mindestdicke 40 mm 25 dichter Deckenanschluss mit Anschlussdichtung/Fugenverspachtelung 26 dichte Decklage der Unterkonstruktion bzw. der Beplankung der Wand, m‘≥ 8,5 kg/m2, z. B: aus Gipskartonplatten (mit dichten Fugen) nach DIN 18181 ausgeführt 27 Absorberschott aus Mineralwolle MW, Anwendungsgebiet DI, längenbezogener Strömungswiderstand r ≥ 8 kPa s/m2

2 Horizontale Raumabtrennungen

897

F

E

D

h

10

5

2

6

3 10

z

7

9

3

x

72 Trennwandanschluss an Unterdecke; Unterdecke mit Bandprofilen und MineralfaserDeckenplatten in Einlegemontage, nach DIN 4109-33.

G

G

9

17

12

25

14

18

z

≥ 400 mm

I

27

26

18

26

21

3

z x

77 Trennwandanschluss an Unterdecke; Decklage getrennt mit Absorberschott aus Mineralwolle ≥ 400 mm, nach DIN 4109-33.

75 Trennwandanschluss an Massivdecke; Abschottung des Deckenhohlraums durch ein Plattenschott, nach DIN 4109-33.

22

23 24

26

z

x

x

74 Trennwandanschluss an Unterdecke; Unterdecke mit Bandprofilen und perforierten Metall-Deckenplatten in Einlegemontage, nach DIN 4109-33.

5

14 13

14

z

19

73 Trennwandanschluss an Unterdecke; Unterdecke mit Bandprofilen und LeichtspanSchallschluckplatten in Einlegemontage, nach DIN 4109-33.

15 16

11

10

H

10

3

20

x

x

71 Trennwandanschluss an Massivdecke; Trennung der Unterdecke in Decklage und Unterkonstruktion, nach DIN 4109-33.

8

3

z

z

x

76 Trennwandanschluss an Massivdecke; Abschottung des Deckenhohlraums durch durchlaufende Trennwand, nach DIN 4109-33.

898

Zeile

XIV Innere Hüllen

Konstruktionsdetails

flächenbezogene Masse der Decklage kg/m2

Norm-Flankenschallpegeldifferenz Dn,f,w in dB Dicke der vollflächigen Faserdämmstoff-Auflage in mm 0

40

80

Unterdecken mit geschlossenen Flächen, Abhängehöhe h 400 mm bei horizontaler Schallübertragung 1 2

Nach Variante A in  68 Trennwand an Unterdecke anschließend, Decklage durchlaufend ohne Fuge

GK m’ ≥ 8,5

48

49

50

2 x GK m’ ≥ 8,5

55

56

56

GK m’ ≥ 8,5

50

54

56

3

Nach Variante B in  69 Trennwand an Unterdecke anschließend, Decklage getrennt

4

Nach Variante C in  70 Trennwandanschluss an Unterkonstruktion der Unterdecke, Decklage in Trennwanddicke getrennt

2 x GK m’ ≥ 8,5

55

63

5

Nach Variante D in  71 Trennwandanschluss an Massivdecke mit Trennung der Unterdecke in Decklage und Unterkonstruktion

2 x GK m’ ≥ 8,5

55

63

≥ 4,5

28

39

a

47

a

≥6

30

42

a

50

a

54

a

Unterdecken mit gegliederten Flächen, Abhängehöhe h 400 mm 1 2 3

Mineralfaser-Deckenplatten in Einlege-Montage (Ausführung nach Variante E in  72), Platten mit durchbrochener Oberfläche und ohne oberseitige Dichtschicht

4 5 6 7

Mineralfaser-Deckenplatten in Einlege-Montage (Ausführung nach Variante E in  72), Platten mit unterseitig geschlossener Oberfläche oder mit oberseitiger Dichtschicht

8

≥8

33

45

a

≥ 10

35

46

a

56

a

54

a

≥ 4,5

32

45

a

≥6

37

50

b

59

b

62

a

≥8

42

55

a

≥ 10

46

59

a

9

Leichtspan-Schallschluckplatten (Ausführung nach Variante F in  73), oberseitig Papier aufgeklebt, Mineralwolle-Auflage nur in Plattenstücken auf den Leichtspanplatten

≥8

10

Metall-Deckenplatten (Ausf. nach Variante G in  74)

≥8

45

30

46

54

a

53

Abminderung der bewerteten Norm-Flankenschallpegeldifferenz Dn,f,w von Unterdecken mit gegliederter Fläche mit Absorberauflage, Abhängehöhe h > 400 mm b Abhängehöhe h mm

Abminderung für Dn,f,w dB

bis 600

2

2

> 600–800

5

3

> 800–1.000

6

Zeile 1

Wenn die Mineralfaser-Auflage in Form einzelner Plattenstücke und nicht vollflächig aufgelegt wird, sind bei Unterdecken aus Mineralfaser-Deckenplatten und Stahlblechdecken von den oben genannten Df,n,w-Werten folgende Korrekturen vorzunehmen: --- – 6 dB bei 80 mm Auflage, --- – 4 dB bei 40 mm Auflage. b Hohlraumdämpfung mit MW, Anwendungsgebiet DI, mindestens 50 mm dick, über die gesamte Fläche der Unterdecke. a

78 Bewertete Norm-Flankenschallpegeldifferenz Df,n,w von Unterdecken, nach DIN 4109-33, 5.3.3.

a

2 Horizontale Raumabtrennungen

899

Bei Unterdecken ohne Abschottung kann die Ständerkonstruktion nur bis zur Unterdecke geführt werden (2 68, 69), wobei in diesem Fall eine Verbesserung des schalltechnischen Verhaltens durch eine Unterbrechung der Decklage erzielbar ist ( 69, 70). Alternativ lässt sich das Ständerwerk bis zur tragenden Decke führen ( 71). Einen Überblick über die nach Norm erreichbare Norm-Flankenschallgeldifferenz Df,n,w von Unterdecken in verschiedenen Ausführungen findet sich in  78. Bei Unterdecken mit Abschottung wird insbesondere

& DIN 4109-33, 5.3.3

z

z

M 1:5

0

50 mm

x

79 Anschluss einer Trennwand an eine Deckenbekleidung aus Gipskartonplatten (Fa. Knauf ®).

x

M 1:5

0

50 mm

80 Anschluss einer Trennwand an eine abgehängte Decke aus Gipskartonplatten (Fa. Knauf ®).

UW-Profil

keine Verschraubung mit dem UW-Profil

UW-Profil gleitender Anschluss an Unterdecke

81 Trennwandanschluss an Unterdecke mit Brandschutz gegen Beanspruchung von unten. Der Deckenanschluss wird ohne Verschraubung mit dem UW-Profil, jedoch mit bis an die Unterdecke anschließender Beplankung ausgeführt (Fa. Knauf ®).6

keine Verschraubung mit dem UW-Profil

82 Trennwandanschluss an Unterdecke mit Brandschutz gegen Beanspruchung ‚von unten oder von oben‘/‘von oben‘. Der Deckenanschluss wird in Standardbauart gleitend mit mindestens 15 mm Bewegungsspielraum ausgeführt (Fa. Knauf ®).7

900

XIV Innere Hüllen

die Luftschallübertragung über den Hohlraum (Weg LDH ) gemindert. Es sind Ausführungen möglich, bei denen die Trennwand inklusive Beplankung bis zur tragenden Decke geführt wird ( 76) bzw. Plattenschotts ( 75) oder Absorberschotts ( 77) eingebaut werden. 4.4.2

Brandschutz im Trennwandanschluss

Akustik 4.5

& 4109-34, 4.1.1 & VDI 3755

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.5 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Unterdecken, S. 706 f sowie zur Verbesserung des Luftschallschutzes auch ebendort Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff

Hat die Unterdecke Brandschutzanforderungen zu erfüllen, ist der Trennwandanschluss derart auszuführen, dass im Brandfall bei vorzeitiger Zerstörung der Trennwand ihre Reste abfallen können, ohne die Decke zusätzlich zu belasten. Je nach Beanspruchungsrichtung der Decke sind zwei Ausführungen möglich (2 81, 82). Bestehen auch für die anschließende Trennwand Brandschutzanforderungen, muss die Unterdecke allein mindestens den gleichen Feuerwiderstand besitzen.8 Unterdecken zählen gemäß Norm bauakustisch zu den biegeweichen Vorsatzkonstruktionen. Sie können zwei wichtige akustische Aufgaben wahrnehmen: 9 • Schalldämmung für Zwecke des Schallschutzes bzw. der Bauakustik . Dabei kann ferner unterschieden werden zwischen: •• Schalldämmung zwischen benachbarten Räumen im gleichen Geschoss (Maß: Norm-Schallpegeldifferenz Dn, c); •• Verbesserung der Schalldämmung, also der Luft- und Trittschalldämmung von Decken oder Reduzierung der Schallabstrahlung von Deckeninstallationen (Maß: Einfügungsdämmmaß DE ); • Schallabsorption für Zwecke der Raumakustik.

Schalldämmung 4.5.1 & DIN 4109-34, 4.1.1

☞ Abschn. 6. Decken in Rippenbauweise > 6.4 Schallschutz, S. 892 ff

Analog zu schwimmenden Estrichen gelten Unterdecken gemäß Norm im bauakustischen Sinn als biegeweiche Vorsatzkonstruktionen. Gemeinsam mit der Rohdecke bilden sie ein schwingendes Masse-Feder-System, das sich unter vorgebenen Bedingungen bauakustisch günstiger als die unverkleidete Decke verhält. Die Verbesserung des Luft- und Trittschallschutzes einer Deckenkosntruktion durch abgehängte Decken spielt insbesondere bei leichten Deckenkonstruktionen, wie beispielsweise Holzbalkendecken, eine bedeutende Rolle. Deise Frage wird an anderer Stelle ernet aufgegriffen. Die bauakustische Wirkung der Schalldämmung einer Unterdeecke, wie sie in den Größen der Norm-Schallpegeldifferenz und des Einfügungsdämmmmaßes ihren Niederschlag findet, ist im Wesentlichen von folgenden Faktoren abhängig:

2 Horizontale Raumabtrennungen

Ausführungsart der Unterdecke

901

Schallabsorption gemessen nach DIN EN ISO 354 im Oktavfrequenzbereich 250 Hz bis 4000 Hz Schallabsorptionsklassen DIN EN ISO 11654

Metallunterdecken

Unterdecken aus Mineralplatten

Werkstoff

A u. B höchstabsorbierend αw > 0,8 1

geschlossene Oberfläche ohne Mineralwolleauflage

2

geschlossene Oberfläche mit Mineralwolleauflage

3

durchbrochene Oberfläche ohne Mineralwolleauflage

4

durchbrochene Oberfläche mit Mineralwolleauflage

5

durchbrochene Oberfläche mit zusätzlicher rückseitiger Dichtschicht

6

Kassetten, Langfeldplatten, Paneele, mit oder ohne Bandraster; Gesamtfläche gelocht, Vlies kaschiert

7

wie vor, jedoch mit 20 mm Mineralwolleauflage (teilweise ohne, teilweise 50 % der Fläche als Hohlraumbedämpfung)

8

wie Zeile 7, jedoch mit Schwerauflage, z. B. GK-Platten, Blecheinsatz o.Ä., teilweise Gipsschott

9

wie Zeile 7, jedoch zusätzlich Mineralwolleauflage (50/60/100 mm)

C hochabsorbierend αw = 0,6-0,75

D absorbierend

E gering absorbierend αw = αw = 0,3-0,55 0,15-0,25

F reflektierend

bewertete Norm-Flankenschallpegeldifferenz nach DIN EN ISO 10848-1 Dn,f,w in dB

30

Einfügungsdämmmaß nach VDI 3755 DE in dB

40

50

10

20

30

40

αw ≤ 0,1

10 Wabendecke, Lamellendecke

Unterdecken aus Gipsplatten

mit 300 mm Lamellenhöhe, Hohlraum mit 20 mm Mineralwolle bedämpft

11

Geschlossene Gipsplattendecke mit einfacher Beplankung, mit oder ohne Mineralwolleauflage

12 wie Zeile 11, jedoch mit

zweifacher Beplankung, mit oder ohne Mineralwolleauflage

13 Gipslochplattendecke mit

Mineralwolleauflage

Unterdecken aus Blähglasgranulat-Akustikplatten

14 Kassetten, Langfeldplatten,

Paneele

15 Kassetten, Langfeldplatten,

Paneele mit zusätzlicher Dämmstoffauflage

16 fugenlose Akustiksysteme

17 fugenlose Akustiksysteme

mit zusätzlicher Dämmstoffauflage

18 Lamellendecke mit 300 mm

Lamellenhöhe

83 Schematische Übersicht über die erreichbaren Werte der Schallabsorption, der Norm-Flankenchallpegeldifferenz und des Einfügungsdämmmaßes für verschiedene Konstruktionsvarianten von Unterdecken gemäß VDI 3755.

902

XIV Innere Hüllen

• der flächenbezogenen Masse der Unterdecke, einschließlich Hohlraumdämpfung und ggf. Schwerauflagen; • der Dichtheit (Fugendurchlasskoeffizient); • der Dicke und Anordnung sowie dem Strömungswiderstand der Hohlraumdämpfung; • der konstruktiven Teilung der Unterdecke.

☞ Vgl. hierzu die konstruktiven Maßnahmen in Abschn. 4.4 Trennwandanschlüsse, S. 895 ff.

☞ Tabelle in  172, S. 946

☞ Vgl. auch Tabelle in  78, S. 898.

4.5.2 Schallabsorption

Für eine Optimierung relevant sind insbesondere folgende Parameter: Erhöhung der flächenbezogenen Masse durch Schwerauflagen und Verbesserung der Absorption der schallschluckenden Auflagen, die gleichzeitig auch zu einer Verbesserung der Dichtheit führen können. Die Norm-Schallpegeldifferenz, also der Schalldämmwert zwischen benachbarten Räumen, lässt sich auch durch Einführung eines Absorberschotts aus schallschluckendem Material bzw. durch entsprechende Plattenschotts deutlich verbessern. Die bewertete Verbesserung der Direktschalldämmung durch Unterdecken lässt sich nach Norm nach dem gleichen Verfahren wie für andere Vorsatzkonstruktionen rechnerisch ermitteln. Die Übersicht in  83 gibt einen Überblick über die Norm-Flankenschallpegeldifferenzen und die Einfügungsdämmmaße der wichtigsten Ausführungsvarianten von Unterdecken. Eine ausreichende Schallabsorption kann erwünscht sein zur Regulierung der Nachhallzeit (z. B. in Vortragsräumen) oder zur Lärmminderung im Raum (z. B. in Produktionshallen). Oftmals werden beide Zielsetzungen verfolgt. Die raumakustisch relevanten Frequenzen liegen zwischen 100 und 5000 Hz, die Nachhallzeit sollte entsprechend frequenzabhängig reguliert werden. Die technische Umsetzung der Schallabsorption findet durch Schallabsorber statt. Folgende Typen werden unterschieden: • poröse Absorber – Dissipation der Schallenergie durch die porös geöffnete Oberfläche – z. B. Mineralwolleplatten, Holzspan-Akustikplatten, Akustikputze; • Lochabsorber – Lochresonatoren aus einer gelochten dünnen Abdeckung aus Blech, Gipskarton- oder vergleichbaren Platten und einer im Allgemeinen direkt dahinter angeordneten Absorptionsschicht; zusätzlich Faservlies als Rieselschutz gegen Fasern oder Partikel aus der Absorptionsschicht; • Plattenabsorber – aus dünnen, schwingend gelagerten dichten Materialien wie Blech, Sperrholz oder Kunststoffen; sie absorbieren Schall, indem sie zum Mitschwin-

2 Horizontale Raumabtrennungen

903

gen angeregt werden, ihre Wirkung lässt sich durch Dämmstoff im Unterdeckenraum verbessern; • sowie Kombinationsformen davon. Die Übersicht in 2 83 gibt einen Überblick über die Schallabsorptionsgrade der wichtigsten Ausführungsvarianten von Unterdecken. Die verschiedenen Fälle, bei denen eine Unterdecke Brandschutzanforderungen zu erfüllen hat, sind in 2 3 bis 8 (Fälle A bis F) dargestellt. Es handelt sich im Wesentlichen um folgende:

Brandschutz

4.6

& E DIN 4102-4/A1, 10.2

• Brandbeanspruchung der Unterdecke von unten, wobei grundsätzlich zwei Möglichkeiten denkbar sind:

Bauart III

Bauart II

Bauart I

•• Die Unterdecke ist für sich allein für die Gewährleistung einer Feuerwiderstandsdauer verantwortlich (Fall C). Beispiele für Ausführungen finden sich in 2 86.

Decken mit im Zwischendeckenbereich freiliegenden Stahlträgern mit einem U/A-Wert ≤ 300 m–1 und einem oberen Abschluss aus Bimsbeton-Hohldielen nach DIN 4028 oder aus Porenbetonplatten nach DIN 4223

Stahlbetonbalkendecken nach DIN 1045-100 mit Zwischenbauteilen aus Leichtbeton nach DIN 4158 bzw. aus Ziegeln nach DIN 4159 und DIN 4160

Stahlbetonrippendecken nach DIN 1045-100 mit Zwischenbauteilen aus Leichtbeton nach DIN 4158 bzw. aus Ziegeln nach DIN 4159 und DIN 4160

Stahlbetonbalkendecken in Verbindung mit in Beton gebetteten Stahlträgern

Decken mit im Zwischendeckenbereich freiliegenden Stahlträgern mit einem U/A-Wert ≤ 300 m–¹ und einer oberen Abdeckung aus Ortbeton nach DIN 1045-2 oder Fertigplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht nach DIN EN 13747 oder Fertigteilen als Hohldielen aus Stahl- oder Spannbeton Decken aus Stahlbeton oder Spannbetonplatten aus Normalbeton, jedoch nicht mit Bauteilen oder Zwischenbauteilen aus Leichtbeton oder Ziegeln

Stahlbeton- od. Spannbetonplatten nach DIN 1045-2 bzw. DIN 4227 aus Normalbeton

Stahlbeton- od. Spannbetonhohldielen n. DIN 1045-2 bzw. DIN 4227 aus Normalbeton

Stahlbetonbalkendecken mit Balken und Zwischenbauteilen n. DIN 1045-100 aus Normalbeton

Stahlbetonrippendecken nach DIN EN 13224 ohne Zwischenbauteilen oder mit Zwischenbauteilen aus Normalbeton

Pilzdecken und Kassettendecken nach DIN EN 13224 aus Normalbeton

84 Übersicht über die Bauarten I bis III von tragenden Decken, die in Kombination mit Unterdecken eine Feuerwiderstandsdauer erreichen, gemäß DIN 4102-4, 10.10.1.

904

XIV Innere Hüllen

•• Die Unterdecke stellt zusammen mit der tragenden Decke eine Feuerwiderstandsdauer sicher (Fall D). Dies entspricht bei Massivdecken den Bauarten I bis III nach DIN 4102-4. Detaillierte Vorgaben für geeignete Unterdecken finden sich in der Norm. Die infragekommenden tragenden Deckenkonstruktionen sind in  84 dargestellt. Geeignete Ausführungen von Unterdecken dieser Art finden sich in  85.

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.5 Unterdecken, S. 750 ff & E DIN 4102-4/A1, 10.2

Unterdecken in Verbindung mit Rohdecken der Bauart I–III Knauf-System

System-Konstruktion

Rohdeckenbauart nach DIN 4102-4 I

II

Beplankung

III

a

a

a

Mind.Dicke

mm

Feuerwiderstandsklasse

Dämmschicht Mindestim DeckenabhängeUnterkon- zwischenraum höhe struktion UK max. AchsRohdecke abstände OK Tragprofil Beplankung b a mm

mm

Plattendecken mit Metall-Unterkonstruktion F30

F30

F30

F60 F60

F60

F90

F90

F90

1)

15 20

500

zulässig G nicht zulässig

40 15

12,5 15 20

400/500 500 500

nicht zulässig G nicht zulässig

40 40 15

12,5 12,5 12,5 15 20

400/500 500 400 500 500

nicht zulässig G G G nicht zulässig

40 80 80 40 15

2x15 2x15

500 500

nicht zulässig nicht zulässig

15 15

2x15 2x15

500 500

nicht zulässig nicht zulässig

15 15

12,5 15 15 20

400 400 400 400

nicht zulässig nicht zulässig S nicht zulässig

80 40 80 15

15 1) 20 25 1) 25

400 400 400 400

nicht zulässig nicht zulässig nicht zulässig S

200 40 15 80

12,5 15 1) 20 20

400 400 400 400

nicht zulässig nicht zulässig nicht zulässig S

200 30 15 80

12,5 15 1) 15 15

400 400 400 500

nicht zulässig nicht zulässig S nicht zulässig

40 15 80 80

Plattenstöße mit ≥ 100 breiten und ≥ 15 mm dicken Plattenstreifen hinterlegen.

S

Baustoffklasse A, Schmelzpunkt ≥1000 ° C nach DIN 4102-17

G

Baustoffklasse A

85 Übersicht über Unterdeckenkonstruktionen, die nach Bauarten I bis III gemäß DIN 4102-4 in Kombination mit tragenden Decken eine Feuerwiderstandsdauer aufweisen (Herstellerangaben Knauf). 10

2 Horizontale Raumabtrennungen

905

Unterdecken, die allein von unten und/oder oben einer Feuerwiderstandsklasse angehören Anforderung an die Rohdecke bei Brandbeanspruchung:

Feuerwiderstandsklasse bei Brandbeanspruchung

Beplankung (Querverlegung)

von unten keine BrandschutzanforderArt/ ung an Rohdecke/Dachkonstruktion Baustoffvon unten von oben klasse von oben (Deckenzwischenraum) Rohdecke muss gleichen Feuerwiderstand wie Unterdecke besitzen

Mind.Dicke

Unterkonstruktion max. Achsabstände Tragprofil b

mm

mm

2 x 12,5 2 x 12,5

500 400

Dämmschicht brandschutztechnisch erforderlich Mind.Dicke mm

Mind.Rohdichte kg/m³

Plattendecke mit Metall-Unterkonstruktion niveaugleich ohne oder Mineralwolle

G

400 400

ohne oder Mineralwolle

G

15

500

Mineralwolle 40

S 40

2 × 12,5 2 × 12,5

500 400

ohne oder Mineralwolle

G

15

400

Mineralwolle 2 x 40

S 40

25 + 18 2 x 20

400 400

Mineralwolle 2 x 40

S 40

2 x 12,5 2 x 12,5 20

500 400 625

25 + 18 2 x 20

500 500

ohne oder Mineralwolle

G

15

500

F30

–

F90

–

25 + 18 2 x 20

F30

–

F30

F30

F90

F90

Feuerschutzplatten GKF, A2

Feuerschutzplatten GKF, A2

Plattendecke mit Metall-Unterkonstruktion weitspannend F30

F90

–

–

–

Feuerschutzplatten GKF, A2

F30

Mineralwolle

S

60

50

+ Mineralwolle

S

60

50

100 mm breit auf Grundprofil

F30

F30

Feuerschutzplatten GKF, A2

18

625

2 x 12,5 2 x 12,5

500 400

S

40

40

+ Mineralwolle

S

40

40

150 mm breit auf Grundprofil 15

25 + 18 2 x 20 F90

Mineralwolle

F90

400

500 500

Mineralwolle

S

40

40

Mineralwolle

S

40

40

+ Mineralwolle

S

40

40

150 mm breit auf Grundprofil S Baustoffklasse A, Schmelzpunkt ≥ 1000 ° C nach DIN 4102-17

G Baustoffklasse A

86 Übersicht über Unterdeckenkonstruktionen, die für sich alleine eine Feuerwiderstandsdauer aufweisen, jeweils von unten und/ oder von oben (Fall D in  6 und Fall F in  8 bzw. eine Kombination von beiden) (Herstellerangaben Knauf). 11

906

XIV Innere Hüllen

Für Decken in Holztafelbauart, die bereits von sich aus eine untere Beplankung und/oder Bekleidung aufweisen, und Holzbalkendecken mit brandschutztechnisch wirksamer Unterdecke macht die Norm entsprechede Vorgaben. Sie sind in diesem Werk an anderer Stelle zusammenfassend dargestellt. Nähere Angaben zur bautechnischen Ausführung der gesamten Deckenkonstruktion werden weiter unten gemacht.

& DIN 4102-4, 8.1, 10.7, 10.8 & DIN EN 1995-1-1, 8.; DIN EN 1995-1-1/ NA, 12. ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.3.4 Holzdecken, S. 740ff ☞ Abschn. 6.1 Decken in Rippenbauweise aus Holz, S. 952ff

Restaufbau über Trapezblech

Restaufbau über Trapezblech

87 Bekleidung einer Trapezblechdecke mit Feuerschutzplatten, direkte Befestigung, Längskantenstoß (Variante doppelte Beplankung 2 x 20 mm) (Fa. Knauf ®). 88 Bekleidung einer Trapezblechdecke mit Feuerschutzplatten, direkte Befestigung, Stirnkantenstoß (Variante einfache Beplankung 25 mm) (Fa. Knauf®).

4

1

z

1 2

2

3 M 1:5

x

1

3

4

z 0

50 mm

y

M 1:5

0

50 mm

Restaufbau über Trapezblech

3

1

2

4 5

89 Anschluss der Bekleidung einer Trapezblechdecke mit Feuerschutzplatten an eine Stahlträgerbekleidung (Fa. Knauf®).

z x

M 1:5

0

50 mm

2 Horizontale Raumabtrennungen

907

• Brandbeanspruchung der Decke von oben aus dem Deckenhohlraum (Fall F) bei Brandentstehung beispielsweise durch Brandlast aus Installationen. Beispiele für Ausführungen finden sich in  86. • Es kann auch zu einer gleichzeitigen beanspruchung der Unterdecke von unten und von oben (Kombination der Fälle C und F) kommen. Beispiele für Ausführungen finden sic in  86.

Restaufbau über Trapezblech

Restaufbau über Trapezblech

4

6

5

6

4

8

90 Unterdecke unter einer Trapezblechdecke mit Decklage aus Feuerschutzplatten, Stirnkantenstoß (Variante doppelte Beplankung 20 + 15 mm) (Fa. Knauf®).

z

3 x

8

1

2

7 M 1:5

z 0

7

50 mm

x

9

1 M 1:5

0

2

50 mm

91 Bekleidung einer Trapezblechdecke mit Feuerschutzplatten, direkte Befestigung, Längskantenstoß (Variante einfache Beplankung 25 mm) (Fa. Knauf®).

1 Schnellbauschraube 2 Spezialspachtel und Glasfaser-Fugendeckstreifen 3 Feuerschutzplatte 2 x 20 mm bzw. 20 mm + 15 mm 4 Trapezblech t ≥ 0,7 mm 5 Brandschutzbekleidung, mithilfe von Knaggen formschlüssig am Trägerprofil befestigt 6 Universalschraube 7 Direktabhänger, mit Blechschraube am Tragprofil verschraubt 8 Tragprofil 9 Feuerschutzplatte 25 mm

908

5.

XIV Innere Hüllen

Decken in Schalenbauweise ☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.1 Vollwandiges Element, S. 584 ff, sowie Abschn. 5.1.1 weiter unten

☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.6 Moderne Massivholzbauweisen, S. 523 ff ☞ Abschn. 5.1.4, 5.1.5 und 5.1.6, S. 933 ff ☞ Kap. XIII-3, Abschn. 1.2 Flache und geneigte Dächer, S. 457 sowie 2.2 Geneigte Dächer, S. 470 und 2.3 Flache Dächer, S. 476

☞ Abschn. 6., S. 952 ff

5.1 Ausführungsvarianten 5.1.1 Ortbetondecke & DIN EN 1992-1-1/NA, NCI zu 9.3.1.1

Decken in Schalenbauweise treten in der aktuellen Baupraxis vorwiegend als Massivdecke in Stahlbeton in zahlreichen Varianten, vorgefertigt, halb vorgefertigt und vor Ort hergestellt, in Erscheinung. Diese werden hinsichtlich ihres grundlegenden konstruktiven Aufbaus wie auch bezüglich ihres Tragverhaltens an anderer Stelle diskutiert. Massivdecken besitzen im heutigen Baugeschehen eine außerordentlich große Bedeutung. Immer öfter treten einschalige Decken auch in Massivholzbauweise auf. Auch diese sollen weiter unten näher betrachtet werden. Der Inhalt der folgenden Abschnitte ist sinngemäß auch auf Tragschalen von Dächern anwendbar, wie sie im Zusammenhang mit Außenhüllen an anderer Stelle diskutiert werden. In diesem Kapitel werden die Tragschalen, in ihrem Einsatz als Decken betrachtet, in Kombination mit entsprechenden Fußbodenaufbauten und ggf. auch Unterdecken wie oben diskutiert. Die im Folgenden angesprochenen Deckenkonstruktionen sind in der Lage, hochbauübliche Spannweiten zu überbrücken, sodass sie auf raumabschließenden tragenden Wänden oder auf Stützen zum Liegen kommen und im Sinn der Gliederung des Kapitels als Decken in Schalenbauweise gelten. Alternativ können die meisten hier behandelten Schalenkonstruktionen auch als Deckschale auf Trägerlagen zum Einsatz kommen, wobei sie sich dann in Verbindung mit den Trägern auch als Decken in Rippenbauweise, wie in Abschnitt 6. behandelt, auffassen lassen. Folgende Ausführungsvarianten von Decken oder Dächern in Schalenbauweise sind in der Baupraxis üblich. Vollplatten aus Ortbeton: Ihre Mindestdicken sind: 12 • allgemein 70 mm; • für Platten mit Querkraftbewehrung 160 mm; • für Platten mit Durchstanzbewehrung 200 mm. Einachsig spannende Platten: Hauptzugbewehrung in Spannrich­tung, Querbewehrung mindestens 20 % der Zugbewehrung. Zwei­­achsig spannende Platten vergleichbare Bewehrung in beiden Richtungen: Die minderbeanspruchte Richtung – beispielsweise durch kürzere Spannweite – darf nicht weniger als 20 % derjenigen in der höherbeanspruchten Richtung betragen. Die Plattenecken sind bei Ansatz einer Drillsteifigkeit unter Berücksichtigung des entsprechenden Drillmoments zu bewehren. Dies erfordert entweder eine Diagonalbewehrung – eine eher seltene Lösung – oder alternativ eine parallel zu den Kanten verlaufende obere und untere Netzbewehrung im Eckbereich (Breite = 0,3 x min leff) ( 93), was dem Standard

2 Horizontale Raumabtrennungen

909

92 Mattenbewehrung einer Ortbetondecke (links) und einer Elementdecke (rechts) vor dem Betonieren. An den Stößen zwischen den Feldern sind die Kopfbolzendübel auf den Trägerobergurten der Verbundkonstruktion erkennbar. 93 (Links) Rechtwinklige Eckbewehrung auf der Oberseite und Unterseite von Platten zur Aufnahme von Drillmomenten.13 94 (Unten links) Punktgestützte Flachdecke: Durchstanzbewehrung an einem Punktauflager (links Rund-, rechts Rechteckstütze) mit vertikalen Bügelschenkeln, gemäß DIN EN 1992-1-1, 9.4.3; 1 Lasteinleitungsfläche.

0,3 min. leff

min. leff

1

95 (Unten rechts) Durchstanzbewehrung wie in  94, jedoch mit Schrägstäben, gemäß DIN EN 1992-1-1, 9.4.3.

y

0,3 min. leff A

A 0,3 d

≤ 0,75 d

d

h

< 0,5 d

d

h

d

< 0,5 d

d

≤ 0,75 d

∼ 2,0 d

≤ 2,0 d

z x

A äußerer Rundschnitt, der noch Durchstanzbewehrung benötigt

∩ ≤1,5 d

∩ ≤1,5 d

1 ≤ 0,75 d

y

A äußerer Rundschnitt, der noch Durchstanzbewehrung benötigt

≤ 0,25 d 1

1

0,3 d 0,3 d ≤ 0,75 d

x

≤ 0,75 d

≥ 0,25 d

z

≥ 0,25 d

h

0,3 d

h

x

1

≤ 0,25 d

y

≤ 0,75 d

x

entspricht. Eine Drillbewehrung ist dann nicht erforderlich, wenn die Platte an den Rändern mit Randbalken oder benachbarten Deckenfeldern biegesteif verbunden ist. Weitere Hinweise zur Bewehrung von Vollplatten gibt die Norm. Punktgestützte Flachdecken erfordern eine Durchstanzbeweh­rung im Plattenbereich um den Stützenkopf. Diese ist zwischen der Lasteinleitungsfläche der Stütze und kD innerhalb des Rundschnitts einzulegen, an dem Durchstanzbewehrung nicht mehr benötigt wird. Sie ist im Allgemeinen mindestens in Form von zwei konzentrischen Reihen Bügel-

x

 DIN EN 1992-1-1, 9.3 sowie die ergänzenden Angaben der DIN EN 1992-1-1/NA ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.1.2 Platte zweiachsig gespannt, punktuell gelagert, S. 332 f

910

XIV Innere Hüllen

& DIN EN 1992-1-1, 9.4.3

5.1.2

Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton & DIN EN 13224

☞ Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 2.1 Ein- und zweiachsiger Lastabtrag, S. 196

☞ Kap. XII-6, Abschn. 2.5.1 Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen > Deckenstöße, S. 281 f

schenkeln einzulegen ( 94). Bei nach unten abgebogenen Stäben ( 95) darf eine Bügelschenkelreihe als ausreichend betrachtet werden. Häufig kommen als Durchstanzbewehrung vorgefertigte Bewehrungselemente zum Einsatz, sogenannte Dübelleisten ( 96, 97). Sie bestehen aus radial um das Stützenauflager gefächerte Montageleisten, an denen Ankerköpfe aufgeschweißt sind. Dies sind Doppelkopfanker mit aufgestauchten Köpfen, die einen formschlüssigen, schlupffreien Verbund mit dem Beton herstellen. Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton werden aus streifenförmigen Elementen zusammengesetzt. Sie lassen sich, je nach Anforderung, entweder ohne Querverbindung an den Längsfugen zusammenbauen oder – was eher dem Regelfall bei Decken entspricht – anschließend zu einer platten- und ggf. scheibenartig wirkenden Deckenkonstruktion verbinden. Für die Sicherung einer ausreichenden Querverteilung von Lasten zwischen benachbarten Deckenstreifen, müssen die Elementstöße an den Längskanten folglich zur Aufnahme von Querkräften orthogonal zur Bauteilebene befähigt werden, bzw. für die Aktivierung einer Querbiegung zusätzlich auch zur Übertragung von Biegemomenten. Dies kann grundsätzlich auf dreierlei Art erfolgen: • Durch ausbetonierte Fugen mit oder ohne Querbewehrung: Dies trifft insbesondere auf Fertigteilsysteme zu ( 98). Man kann auf diese Weise formschlüssige Schubfugen ausbilden. Zusätzlich lassen sich im Fugenraum auch Schweißverbindungen wie im Folgenden beschrieben ausführen. • Durch Schweiß- oder Bolzenverbindungen ( 99). Zu diesem Zweck werden geeignete Anschlussplatten aus Stahl im Fertigteil eingebaut, die auf der Baustelle verschweißt werden. Auch diese Technik ist bei vorgefertigten Systemen gebräuchlich. • Durch bewehrten Aufbeton: Dies gilt insbesondere für Halbfertigteile (Elementdecken) ( 100). Wesentlich ist, dass die Ortbetonschicht dann als Teil des statisch wirksamen Querschnitts gelten kann, wenn er mit dem Fertigteil – mit oder ohne aus den Bauteilen herausragende Bewehrung – in geeigneter Form verbunden ist. Grundsätzlich erlauben diese Arten der Verbindung zwischen Fertigteilen neben der Platten- auch eine Scheibenwirkung der Decke. Auch wenn keine Querverbindung an den Längsfugen besteht, kann eine Scheibenwirkung entstehen, wenn die Elemente mithilfe von Zwischenbauteilen ausreichend miteinander verbunden sind.

911

1

h dm

hA

2 Horizontale Raumabtrennungen

z

3

x Anordnung der HDB Durchstanzbewehrung Max. Ankerabstand an der Grenze des Bereichs C

Anker dunkelgrau = anrechenbar im Bereich C

Rand des ankerbewehrten Plattenbereichs

rnke x. A Ma bstand a

Bereich C

dm 1,7

Bereich D

Anker hellgrau = anrechenbar im Bereich D

1 2 y x

96 Anordnung einer Durchstanzbewehrung in Form einer Dübelleistenbewehrung im Stützbereich einer punktgestützten Flachdecke in Ortbeton (Herst.: Halfen-Deha).

97 Links: Montageleiste mit angeschweißten Doppelkopfankern inklusive Kunststoff-Abstandshaltern für das Aufstellen auf der Schalung. Anschließend wird die obere und untere Flächenbewehrung verlegt (Herst.: HalfenDeha). Rechts: Dübelkranz um einen Stützenkopf, mit Plattenbewehrung, vor dem Betonieren.

1 Doppelkopfanker 2 Montageleiste 3 Rand des ankerbewehrten Plattenbereichs

z

z x

98 Elementstoß mit ausbetonierter oder ausgegossener Fuge zur Übertragung von vertikalen Querkräften und damit zur Querverteilung von Lasten. Bei Längsprofilierung der Fugenflanken sowie auch bei Mitwirkung von Ringankern ist auch eine Scheibenwirkung herstellbar.

z x

x

99 Elementstoß mit Schweiß- oder Bolzenverbindung (hier: Schweißverbindung) zur Herstellung einer Querschubsteifigkeit und ggf. auch einer Scheibenwirkung.

Elementdecken zählen zu den nachträglich mit Ortbeton ergänz­ten Deckenplatten und werden als halbvorgefertigte Systeme bezeichnet. Diese Ortbetonschicht wird als statisch mitwirkend angenommen. Die Ortbetonschicht muss zu diesem Zweck eine Mindestdicke von 50 mm aufweisen. Die Verbundplatte aus Fertigteil und Aufbeton kann ein- oder zweiachsig gespannt sein. Die Hauptzugbewehrungslage

100 Elementstoß mit bewehrtem Aufbeton. Es ist eine Platten- und Scheibenwirkung herstellbar. Vertikale Bewehrungsverbindungen in den Aufbeton (Verbundbewehrung) können für die Querkraftübertragung im Grenzzustand der Tragfähigkeit erforderlich werden.

Elementdecke (Verbundplatte) ☞ Band 2, Kap. X-5, Abschn. 6.5.1 Elementdecken, S. 694 f & DIN EN 13747

912

XIV Innere Hüllen

befindet sich im Fertigteil integriert, die Querbewehrung darf entweder in den Fertigteilen oder im Ortbeton liegen. Bei zweiachsig gespannten Platten ist nur diejenige Bewehrung für die Beanspruchung rechtwinklig zur Fugenebene zu berücksichtigen, die entweder durchläuft oder gemäß  112 gestoßen ist. Der Stoß ist ferner durch biegesteife Bewehrung, wie beispielsweise Gitterträger, im Abstand zueinander von höchstens der zweifachen Deckendicke zu sichern. 14 Ein wesentlicher Vorteil der Elementdecke gegenüber den herkömmlichen Vollplatten in Ortbeton beruht in der Möglichkeit, auf Schalungsarbeiten und zum Teil auch auf Rüstungsarbeiten zu verzichten. Rüstungen zur Abtragung des Eigengewichts des Betons vor dem Erhärten können entfallen, wenn die verlorene Schalung, also das Deckenfertigteil, ausreichende Biegesteifigkeit besitzt, um diese Last während des vorübergehenden Belastungszustands im Prozess des Abbindens aufzunehmen. Zu diesem Zweck werden die Fertigteile parallel zur Hauptbelastungsrichtung der Verbundplatte mit folgenden Elementen versehen: • Mit oberseitigen Versteifungsrippen, die anschließend im Auf­­beton integriert werden ( 105): Die Schubfestigkeit der Ver­bundfläche zwischen Fertigteil und Aufbeton wird quer zur Rippenspannrichtung formschlüssig durch die Rippen hergestellt, längs zu dieser durch die Rauheit der Fertigteiloberseite. Ist dies nicht ausreichend, ist eine Verbundbewehrung einzubringen ( 102) • Mit durchgehenden Gitterträgern, ebenfalls in der Ortbetonschicht integriert ( 101): Dabei handelt es sich um zwei- oder dreidimensionale Metallträger, die aus einem oberen Steg, einem oder mehreren unteren Gurten sowie durchgehenden oder unterbrochenen Diagonalen bestehen. Gitterträger sind in ihrem Untergurtbereich bereits im Fertigteil eingebettet. Sie stellen eine Verbundbewehrung zwischen Fertigteil und Ortbetonschicht dar ( 101) sowie auch eine Schubbewehrung der Verbundplatte. Weiterhin bieten sie eine Auflage für eine obere Bewehrung der Verbundplatte während des Verlegens derselben. Bei Stößen zwischen nebeneinanderliegenden Fertigteilplatten lässt sich die Bewehrung in verschiedenen Varianten gemäß 2 106, 107 ausführen. In der Praxis kommen insbesondere Ausführungen wie in  112 zum Einsatz. Im Bereich der Auflagerkonstruktion sind Bewehrungsführungen gemäß 2 108 bis 111 möglich. Erforderlichenfalls ist die Verbindung zwischen der Hauptbewehrung und der zusätzlichen Bewehrung mit Hilfe von Verbund- oder aufgebogener Bewehrung nach 2 113 bis 116 herzustellen. Elementdecken lassen sich als Vollverbundplatten herstellen, oder alternativ durch Einlegen von Zwischenbauteilen, wie beispielsweise Füllkörpern aus Dämmstoff, als

2 Horizontale Raumabtrennungen

1

913

2

2

5

ü

4

101 Verbundbewehrung zwischen Fertigteil und Ortbetonschicht in Form von Gitterträgern. Diese sind auch gleichzeitig als Versteifung im Bauzustand geeignet. Ihre Diagonalstäbe wirken gleichzeitig als Schubbewehrung der Verbundplatte. Jede Verbundbewehrung muss einen ausreichenden Überstand ü aufweisen.

ü

3

3

102 Verbundbewehrung zwischen Fertigteil und Ortbetonschicht in Form von Schlaufen. Diese dienen im Regelfall auch als Schubbewehrung.

z

z

x

x

103 Fugenformen von Elementdeckenfertigteilen. Die Rauigkeit der Fertigteiloberseite verbessert den Verbund mit der Ortbetonschicht.

1

2 ≥ 50 mm

104 Hohlverbundplatte aus Fertigteil und vor dem Aufbringen des Aufbetons aufgeklebten Zwischenbauteilen aus Schaumkunststoff. Der Verbund entsteht über die Stege in den Zwischenräumen.

Kante ohne Fase

d b0 d

bw ≥ [85 et (b0 +2d)]

6 z

z

Kante mit Fase x

x

3

1 Gitterträger 2 Aufbeton 3 Fertigteil 4 Diagonalstab 5 Schlaufenbewehrung 6 Steg

a a1

A hr hp

a

B

a1

hr hp ws

C hr z

hp x

bw

105 Verschiedene Varianten von Versteifungsrippen auf Fertigteilplatten von Elementdecken, gemäß DIN EN 13747. Angegebene Maße sind in der Norm festgelegt. A gerade Kante ohne Fase B gerade Kante mit Fase C mit Fase und Obergurt

914

XIV Innere Hüllen

mit zusätzlichem Bewehrungsstab im Ortbeton

mit herausstehenden Bewehrungen aus der Fertigteilplatte

mit herausstehenden aufgebogenen Bewehrungen aus der Fertigteilplatte

z

z

x

106 Verschiedene Varianten der Bewehrung zwischen nebeneinanderliegenden Fertigteilplatten, gemäß DIN EN 13747.

107 Bewehrung zwischen nebeneinanderliegenden Fertigteilplatten mit zusätzlichen Bewehrungen, die in der Fertigteilplatte verankert sind, gemäß DIN EN 13747.

108 Elementdecken: Verankerungsbewehrung an einer Auflagerkonstruktion, innerhalb der Fer­tigteilplatte, gemäß DIN EN 13747; la Nennverankerungstiefe.

1

2

1

2

la

la

109 Elementdecken: Verankerungsbewehrung an einer Auflagerkonstruktion, aus der Fertigteilplatte herausragend, gemäß DIN EN 13747.

3

3 z

z

4

x

110 Elementdecken: Verankerungsbewehrung an einer Auflagerkonstruktion, herausragend, aufgebogen, gemäß DIN EN 13747.

la

4

x

1

111 Elementdecken: externe aufgelegte Verankerungsbewehrung an einer Auflagerkonstruktion, gemäß DIN EN 13747; lb,net Nennwert der Übergreifungslänge, c Nennabstand zwischen Haupt- und Zusatzbewehrung. 1 Verankerungsbewehrung 2 Aufbeton 3 Fertigteil 4 Auflagerkonstruktion 5 Sprieße

mit zusätzlichen Bewehrungen, die in der Fertigteilplatte verankert sind

x

1

2

2 lb,net + c

la

c

3 z

5 z

x

4

x

4

3

2 Horizontale Raumabtrennungen

ZB

915

GT

z

LB

QB

x

GT

ZB

z

LB

y

QB

112 Möglicher Tragstoß bei zweiachsig gespannten Fertigteildecken mit Ortbetonergänzung (Elementdecken), Längsstoß (oben) und Querstoß (unten). Längs- (LB) und Querbewehrung (QB) hier im Fertigteil integriert, Stoßfuge durch Stoßzulagenbewehrung ZB überbrückt; GT Gitterträger. 15

25

1

1

113 Elementdecken: Verbindung zwischen zu sätzlicher Bewehrung und Fertigteilplattenbewehrung, hier mit Gitterträgern, gemäß DIN EN 13747.

26

3

114 Elementdecken: Verbindung zwischen zusätzlicher Bewehrung und Fertigteilplattenbewehrung, hier mit Verbundbewehrung in Form von Schlaufen, gemäß DIN EN 13747.

3

z

z

4

x

4

x

115 Elementdecken: Verbindung zwischen zusätzlicher Bewehrung und Fertigteilplattenbewehrung, hier mit Bügeln, gemäß DIN EN 13747. 1

1

7

2

8

2

116 Elementdecken: Verbindung zwischen zu­sätzlicher Bewehrung und Fertigteilplattenbewehrung, hier mit aufgebogener Bewehrung, gemäß DIN EN 13747.

3 z

3 z

x

4

x

4

1 Zusatzbewehrung 2 Aufbeton 3 Fertigteil 4 Auflagerkonstruktion 5 Gitterträger 6 Schlaufen als Verbundbewehrung 7 Bügelbewehrung 8 aufgebogene Bewehrung

916

XIV Innere Hüllen

& schlaffe und vorgespannte Bewehrung siehe DIN EN 13747



Fertigteildecke aus Normalbeton & DIN 1045-4, DIN EN 1992-1-1 & DIN EN 13369 ✏ bei Dicken ≤ 40 mm, gemäß DIN EN 1992-1-1, 10.9.3 (8)

☞ Kap. XII-6, Abschn. 2.5.1 Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen > Deckenstöße, S. 281 f

& DIN EN 1992-1-1, 10.9.4.5

Hohlverbundplatten (  104). Diese weisen ein verringertes Eigengewicht wie ggf. auch eine erhöhte Wärmedämmung auf. Die Mindestdicke der Ortbetonschicht von 50 mm ist sowohl ab der Oberkante von Versteifungsrippen wie auch von eingelegten Zwischenbauteilen einzuhalten. Die Bewehrung der Fertigteilplatte entlang der Hauptbelastungsrichtung lässt sich schlaff oder vorgespannt einbauen. Hinsichtlich der Tragwirkung verhalten sich Elementdecken wie Vollplatten. Hinsichtlich der Bemessung gibt es im Regelfall Unterschiede: Da bei zweiachsig spannenden Platten mindestens eine Bewehrungslage – die auf der Baustelle aufgebrachte – zuoberst auf dem Halbfertigteil liegt, wird ein Teil des theoretisch möglichen statisch wirksamen Hebelarms gleichsam verschenkt. Die Deckenstärken sind deshalb bei Elementdecken im Allgemeinen – nicht zwingend – etwas größer als bei Vollplatten. Desgleichen ist zumeist mehr Bewehrung erforderlich. Da eine Aufbetonschicht bei Fertigteildecken aus Einzelbauteilen entweder nicht existiert oder eine nur untergeordnete Rolle spielt, werden die Stoßfugen zwischen Fertigteilen insbesondere durch Verguss und mechanische Verbindung nach den Verfahren in 2 98 und 99 kraftschlüssig angeschlossen. Verschiedene Deckenstöße durch Vergießen, wie in  98 schematisch dargestellt, werden unter Berücksichtigung ihrer Wirkungsweise als Platten- oder Scheibenstöße an anderer Stelle im Zusammenhang mit Verbindungen durch Urformen diskutiert. Verbindungen zur Übertragung von Biegemomenten oder Zugkräften über eine Stoßfuge hinweg sind so zu gestalten, dass die Bewehrung durch die Fuge hindurchgeht und in den benachbarten Bauteilen verankert werden kann. Die Kontinuität lässt sich erreichen beispielsweise durch: • Übergreifungsstöße; • Verpressen der Bewehrung in Aussparungen; • Übereinandergreifen von Bewehrungsschlaufen; • Schweißen von Stäben oder Stahlplatten; • Vorspannen; • mechanische Vorrichtungen (Schraub- oder Vergussmuffen); • geschmiedete Verbindungsmittel (Druckmuffen).

& DIN EN 1992-1-1, 10.9.3. (6)

Zur Sicherung einer Scheibenwirkung der Decke ist nach Norm  Folgendes nötig (2 117): 16

2 Horizontale Raumabtrennungen

917

q

A

q

B

4

3

Druck

4

Zug

1

2

C

D

q 4

4

3

3

4

4

q

1

y x

2

117 Tragsysteme für Deckenscheiben aus Fertigteilen, gemäß DIN 4213 in Abhängigkeit von Elementierung, Lagerung und Kraftangriffsrichtung. A Schematische Darstellung der Zug- und Druckspannungstrajektorien, d. h. der Kraftverläufe innerhalb eines fugenlosen, scheibenartigen Bauteils B Scheibe aus Fertigteilen: Druckbogen, Schubübertragung an den parallel zur Beanspruchungsrichtung verlaufenden Stoßfugen (Druckbogen-Zugband-Modell). Längsfugen der Fertigteile schubfest ausgeführt. Ring­anker 4 zur Sicherung der Schubfestigkeit in den Fugen

C Scheibe aus Fertigteilen: Druckbogen, Druckübertragung an den quer zur Beanspruchungsrichtung verlaufenden Stoßfugen (Druckbogen-Zugband-Modell). Längsfugen der Fertigteile schubfest ausgeführt. D Scheibe aus Fertigteilen: schubfeste Fugen (Schubtrag-Modell). Ringanker 4 zur Sicherung der Schubfestigkeit in den Fugen

• Bildung einer zusammenhängenden, ebenen Fläche; • druckfeste Verbindung der Elemente miteinander in den Fugen; • die in der Scheibenebene wirkende Beanspruchung – wie aus Windeinwirkung oder Stützenschiefstellung – muss durch Bogen- oder Fachwerkwirkung zusammen mit den dafür bewehrten Randgliedern (Ringankern) und

1 Druckbogen 2 Zugband 3 schubfeste Stoßfuge 4 umlaufender Ringanker

918

XIV Innere Hüllen

Zugankern aufgenommen werden können (2 117).

☞  28 in Kap. XII-6, Abschn. 2.5.1, S. 283

Fertigteildecke aus Leichtbeton

Verschiedene Möglichkeiten zur Scheibenbildung bei Fertigteildecken und -dächern zeigt 2 117. Die zur Fachwerkwirkung erforderlichen Zuganker sowie die Zuggurte bei Druckgewölben sind durch Bewehrungen herzustellen, die in den Fugen zwischen den Fertigteilen oder ggf. in einer Ortbetonergänzung verlegt und in den Randgliedern verankert und fachgerecht gestoßen werden. Es kann eine formschlüssige Verzahnung der Fuge in Scheibenebene, wie in Kapitel XII-6 dargestellt, erforderlich sein. Die soeben angesprochenen Grundsätze der Platten- und Scheibenwirkung von Fertigteildecken gelten im Wesentlichen für alle nachfolgenden Decken- und Dachvarianten aus verschiedenen Werkstoffen. Die jeweiligen Besonderheiten werden in den nachfolgenden Abschnitten angesprochen. Fertigteildecken können aus zweierlei Leichtbeton bestehen:

& DIN 4213, DIN EN 1520 ✏ LAC = Lightweight Aggregate Concrete

• aus haufwerksporigem Leichtbeton (LAC) nach der Norm DIN EN 1520 • oder aus Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge nach DIN 1045-2 und DIN EN 206. Deckenbauteile können in folgenden Ausführungen verarbeitet werden: • massive LAC-Bauteile mit überall gleicher Rohdichte (2 118 a); • LAC-Hohlplatten mit in Längsrichtung angeordneten Hohlräumen im Kernbereich (2 118 b); • mehrschichtige Bauteile, die aus einer Schicht LAC und einer oder mehreren Schichten aus LAC anderer Zusammensetzung oder aus einem anderen Material bestehen (2 118 c). Es gelten ansonsten sinngemäß die gleichen Aussagen wie zu Fertigteildecken aus Normalbeton. Fertigteildecken aus Leichtbeton lassen sich mit bewehrter Aufbetonschicht ausführen. Dadurch kann man die Decke für eine Scheibenwirkung ertüchtigen. Die Scheibenkräfte können dabei dem Aufbeton zugewiesen werden. Für Schnittkräfte aus Einwirkungen orthogonal zur Bauteilebene lässt sich die Aufbetonschicht als mitwirkend ansetzen, wobei zu berücksichtigen ist, dass der Aufbeton zweiachsig wirkt, die Decke selbst hingegen einachsig. Voraussetzung für die Scheibenwirkung des Aufbetons sowie für die Mitwirkung zwischen Aufbeton und Decke ist die zugfeste Verankerung der Ortbetonschicht, beispielsweise durch Zug-

2 Horizontale Raumabtrennungen

919

a

b

118 Beispiele für vorgefertigte Deckenelemente aus haufwerksporigem Leichtbeton (LCA), gemäß DIN EN 1520.

c

a massive Platte b Hohlplatte c mehrschichtige Platte

z x

119 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit zugfester Verbindung zwischen Aufbeton und Fertigteil, gemäß DIN 4213.

z

z x

x

120 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit doppelter Nut zur Schubübertragung rechtwinklig zur Bauteilebene, gemäß DIN  4213.

121 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit trockener Fuge mit Nut und Feder, gemäß DIN 4213. z

z x

x

anker wie in 2 119. Für die Schubübertragung rechtwinklig zur Bauteilebene lassen sich Stoßfugen in Trocken- oder Vergussbauweise, beispielsweise gemäß 2 120 bis 122, ausführen.

122 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit vergossener Fuge mit Nut und Feder, gemäß DIN 4213.

920



XIV Innere Hüllen

Fertigteildecke aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC) ✏ AAC = Autoclaved Aerated Concrete & DIN EN 12602 & DIN 4223-100 bis -102, -104 ☞ a Band 1, Kap. V-1, Abschn. 3.2 Porenbetonsteine, S. 364 ff ☞ b Siehe auch Kap. XIII-3, Abschn. 1.1.4 Außenwände aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC), S. 444 ff.

Näheres zu dampfgehärtetem Porenbeton (AAC) findet sich an anderer Stelle. Decken und Dächer aus diesem Werkstoff bestehen aus streifenförmigen bewehrten Fertigteilen. Wie bei anderen Fertigteildecken handelt es sich um einachsig spannende Konstruktionen, die anschließend mit geeigneten Maßnahmen zur Querverteilung von Lasten ertüchtigt und ggf. auch zu einer Scheibe ausgebildet werden. Bevorzugte Einsatzgebiete sind der Wohnbau und, was Dächer anbelangt, der Industriebau. Zur Gewährleistung der Plattenwirkung mit Lastquerverteilung ist wie bei anderen vorgefertigten Deckensystemen eine ausreichende Querschubsteifigkeit der Stoßfugen erforderlich. Dies wird bei Decken aus Porenbetonplatten entweder formschlüssig durch eine Nut-und-Feder-Verbindung bei geringeren Lasten sichergestellt, ansonsten durch zusätzlichen Verguss bei größerer Belastung (2 123, 124). Decken aus Porenbetonplatten ohne Aufbeton sind für Nutzlasten bis 3,5 N/m2 geeignet. Starke konzentrierte Belastungen sind nicht zulässig. Bei größeren Verkehrslasten, wie bei Versammlungsräumen oder Parkhäusern, ist nach der Norm ein bewehrter Aufbeton mit einer Mindestdicke von 50 mm aufzubringen. Die Scheibenwirkung der Decke wird durch Ausführungen wie in 2 95 dargestellt konstruktiv umgesetzt. Es ist jeweils ein Ringanker erforderlich, der durch Betonverguss und Bewehrung der Ränder nach Verlegen der Decken- oder Dachplatten hergestellt wird (2 126 bis 129). Die Stützweite der Deckenscheibe darf – in der Bauteilebene gerechnet – nicht größer als 6,5 m sein, die von Dachscheiben höchstens 35 m. Abweichend von anderen Fertigteilen, die eine nachträgliche Bearbeitung nach dem Verguss nicht, oder nur mit größeren Einschränkungen, erlauben, können in Längsfugen von Porenbetonplattendecken diskrete Schubdübel aus Beton in gefrästen Aussparungen vergossen werden (2 134). Die Wirkung von diskreten Dübeln ist vergleichbar mit derjenigen herkömmlicher Dübel im Holzbau. Sind Fugenbewehrungen und ein umlaufender Ringanker vorhanden, lassen sich auch Betoneckdübel in die abgefasten Ecken der Fertigteile einlegen (2 135). Es sind auch andere Maßnahmen wie beispielsweise eine Profilierung der Fugen in Längsrichtung oder metallische Einzelverbinder möglich. Auch ein für diesen Zweck dimensionierter und bewehrter Aufbeton ist hierfür geeignet. Es ist grundsätzlich nicht vorgesehen, Decken- und Dachfertigteile aus Porenbeton auf der Baustelle zu kürzen. Dies können ausnahmsweise Beauftragte des Herstellwerks durchführen, wenn die Tragfähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Das Kürzen darf nur mit technischen Hilfsmitteln wie Trennscheiben oder Sägen erfolgen. Schnittflächen von Bewehrungsstäben sind vor Korrosion zu schützen. Stemmarbeiten sind grundsätzlich unzulässig.

2 Horizontale Raumabtrennungen

921

M 1:20 0

100

1

200 mm

2

3

4 z

z

x

x

123 Querschnitt durch eine Decke aus Leichtbeton-Fertigteilen mit Nut-und-Feder-Stoß, vergossen.

124 Längskantenprofilierungen von Decken- und Dachplatten aus Porenbeton. 1 mit Nut und Feder 2 mit Vergussquerschnitt und Nut und Feder 3 mit formschlüssigem Vergussquerschnitt (für Dachscheibenausbildung) 4 mit beidseitiger Vergussnut

z 0

x

M 1:20

100

200 mm

125 Auflagerung von Leichtbeton-Deckenelementen auf einem deckengleichen Unterzug aus I-Profil, oberseitig Fußbodenaufbau mit schwimmendem Estrich dargestellt.

Hohl- oder Füllkörperdecken aus Normalbeton, oftmals auch abkürzend als Decken aus Hohlplatten bezeichnet, werden im mittleren Querschnittsbereich der Platte, wo infolge der dominierenden Biegebeanspruchung bei der Vollplatte eine verhältnismäßig geringe Materialausnutzung stattfindet, durch Einlegen entsprechender Füllkörper in die Schalung oder durch geeignete Fertigungsverfahren ausgehöhlt. Dadurch wird ihr Eigengewicht deutlich herabgesetzt und ein Nachteil, der mit Vollplatten ab einer gewissen Dicke

Hohl- oder Füllkörperdecke aus Normalbeton & DIN EN 1168 & DIN EN 15037-1 bis -3 & DIN 1045-100

922

XIV Innere Hüllen

M 1:10

M 1:10 100 mm

0

100 mm

0

z

z

x

x

126 Auflagerung einer Leichtbetondecke auf einer Wand aus dem gleichen Material, Elementstirnkante. Ausbildung eines Ringankers.

127 Wie in  126, Elementlängskante.

z

z x

128 Auflagerung einer Leichtbetondecke auf einer Wand aus dem gleichen Material. Abschalung und Bewehrung des Ringankers.

x

129 Mögliche Aussparungen in Decken- und Dachelementen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

923

M 1:20 0

100

200 mm

M 1:20 z 100

0

z

200 mm

x

x

130 Mittenauflagerung und -verankerung einer Porenbetondecke auf einem Stahlträger (Fa. Hebel ®).

131 Randauflagerung und -verankerung einer Porenbetondecke auf einem Stahlträger (Fa. Hebel ®).

h = d-10

S

S

z

M 1:20 0

100

200 mm

x

25

50

25 M 1:20

z 0

S-S 132 Mittenauflagerung und -verankerung einer Porenbetondecke auf einem Stahlbetonträger (Fa. Hebel ®).

100

200 mm

x

133 Mittenauflagerung und -verankerung einer Porenbetondecke auf einem Brettschichtholzträger (Fa. Hebel ®).

924

XIV Innere Hüllen

☞ Abschn. 5.1.3, S. 927 ff

• Einachsig spannend & DIN EN 1168, 3.1.1

& DIN EN 1992-1-1, 10.9.3 (11)

verbunden ist und zum Aufzehren der Tragreserven der Platte führen kann, spürbar abgemindert. Die Hohlräume können nach Erhärten des Betons entweder frei oder mit leichtem Material bzw. leichten Hohlkörpern gefüllt bleiben. Hohl- oder Füllkörperdecken werden im Allgemeinen vorgefertigt hergestellt. Als Fertigteile lassen sie sich ohne oder mit Aufbetonschicht ausführen. Wird die Ortbetonergänzung kraftschlüssig mit der Decke verbunden, entsteht eine Hohlplatten-Verbunddecke. Hohl- oder Füllkörperdecken sind als Fertigteile einachsig spannende Konstruktionen. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren auch vor Ort gefertigte oder halbvorgefertigte, zweiachsig spannende Hohlkörper-Deckensysteme entwickelt. Hohlkörperdecken stellen aufgrund ihres inhomogenen Gefüges aus Hohl- und dazwischenliegenden Stegbereichen bereits einen ersten Schritt in Richtung einer Ausdifferenzierung der Bauteilstruktur in kraftleitende und ausfachende Elemente dar. Sie stellen infolgedessen, trotz ihrer äußerlich in Erscheinung tretenden Schalengestalt mit jeweils unprofilierten Grenzflächen, bereits eine Übergangsform zu den Rippensystemen dar. Gleiches gilt auch für die im Abschnitt 5.1.3 zu besprechenden Balkendecken mit Zwischenbauteilen. Einachsig spannende Hohl- oder Füllkörperdecken sind nach der Norm monolithische, schlaff bewehrte oder vorgespannte Betonbauteile mit konstanter Dicke. Sie bestehen aus einem oberen und einem unteren durchgehenden Flansch, die beide jeweils die Ober- und Unterseite des Elements bilden. Beide Flansche sind in regelmäßigen Abständen durch vertikale Stege miteinander verbunden, sodass Hohlräume in Form von Längsaussparungen entstehen. Der Bauteilquerschnitt ist konstant. Er ist bezüglich einer vertikalen Mittelachse symmetrisch. Das Element besitzt zwei Längskanten, die zum Zweck eines seitlichen Anschlusses an benachbarte Elemente in geeigneter Weise profiliert ausgebildet sein können. Die Stirnkanten sind zumeist stumpf oder lassen sich abschrägen. Die Hohlkörperplatten werden entweder in Einzelformen oder in Extruder- bzw. Gleitfertigungsanlagen im Endlosverfahren hergestellt (2 136). Hohl- und Füllkörperdecken ohne Aufbeton lassen sich nach der Norm für die Schnittgrößenermittlung als Vollplatten betrachten, sofern die Ortbeton-Querrippen mit einer durch die Fertigteil-Längs­rippen durchlaufenden Bewehrung ausgeführt werden. Als weitere Voraussetzung dürfen die Abstände zwischen den Querrippen bestimmte Maße nicht überschreiten. Es ist eine Scheibenbildung zur Gebäudeaussteifung möglich. Zu diesem Zweck sind die Querkräfte entweder von den parallel zum Lastangriff verlaufenden Fugen aufzunehmen, oder alternativ von speziellen Schubelementen, die

2 Horizontale Raumabtrennungen

VR

925

SD BD

A-A

z x

B

SD SD

RA

100

A

B-B B

y x

134 Diskrete Schubdübel in der Längsfuge einer Porenbetondecke gemäß DIN 4223-102.

z

y

h = 200

A

A

100 0,6h

VR

Detail A

x

135 Scheibenbildung bei einer Porenbetondecke mit Fugenbewehrung, Betoneckdübeln (BD) und umlaufendem Ringanker (RA), gemäß DIN 4223-102.

SD Schubdübel VR Vergussraum

entlang quer zur Lastangriffsrichtung verlaufender Fugen oder Kanten angeordnet werden ( 134, 135). Diese Funktion lässt sich auch durch Aufbringen einer Ortbetonergänzung oder durch Ausfüllen einer Anzahl von Hohlräumen mit Beton unterstützen (wie in 2 142). Slim-Floor-Verbundsysteme erlauben die Herstellung deckengleicher Unterzüge durch Integration eines Stahlträgers in den tragenden Aufbau. Eine mögliche Ausführung zeigt  142.

& DIN EN 1168, Anhang D ☞ Abschnitt zu Fertigteildecken aus Leichtbeton, S. 918 ff

Zweiachsig spannende Hohlkörperdecken werden mit speziellen Bewehrungskörben hergestellt, welche die Anordnung von ballonartigen kugelförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff im Mittenbereich des Deckenquerschnitts erlauben und diese beim Betonieren am Aufschwimmen hindern. Im Endzustand entsteht ein Deckenkörper aus durchgehendem oberem und unterem Flansch sowie aus gitterartig – d. h. zweiachsig orientierten – Stegen, die sich aus der Negativform des Zwischenraums zwischen den Füllkörpern ergeben und in die eine durchgehende Bewehrung integriert ist. Aufgrund dessen ist eine reine biaxiale Lastabtragung möglich. Derartige Deckensysteme können, analog zu Elementdecken, halbvorgefertigt (2 144) oder komplett vor Ort vergossen werden (2 143). Sie sind auch für punktgestützte Flachdecken geeignet. Zu diesem Zweck werden rings um die Stützenköpfe einzelne Verdrängungskörper weggelassen, sodass beim Verguss ein massives pilzkopfartiges

• Zweiachsig spannend

☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.3.1 Decken in Verbundbauweise, S. 599 ff, sowie Kap. X-4 Fertigteilbau,  56

926

XIV Innere Hüllen

S

S

A

A < 2500 mm

Querschnitt A-A

z x

Seitenansicht

z y

136 Hohlplattenelement in Querschnitt und Seitenansicht mit Profilierung S zur Scheibenschubaufnahme.

137 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit zugfester Verbindung zwischen Aufbeton und Fertigteil, gemäß DIN 4213. Der Bewehrungsstab in der Vergussnut ist zur Verankerung des Zugbands (hier nicht dargestellt) vorgesehen. 138 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leichtbeton mit doppelter Nut zur Schubübertragung rechtwinklig zur Bauteilebene, gemäß DIN 4213. Links trapezförmige, rechts ausgerundete Nut.

z

y x

z

z x

x

z

z x

x

139 Elementstoß zweier Fertigteile aus Leicht- 140 Längsseitiger Anschluss einer Hohlkörperbeton mit doppelter Nut zur Schubübertragung decke an eine aussteifende Wand mit einem rechtwinklig zur Bauteilebene, gemäß DIN Ortbetonrandbalken, gemäß DIN EN 1168. 4213.

141 Längsseitiger Anschluss einer Hohlkörper­ decke an eine aussteifende Wand ohne Ortbetonrandbalken, starre Verbindung, gemäß DIN EN 1168.

Deckenauflager entsteht. Aufgrund der großen statischen Höhe des Plattenquerschnitts, des verringerten Eigengewichts sowie der zweiachsigen Lastabtragung sind verhältnismäßig große Spannweiten in zwei Richtungen überbrückbar, bei Flachdecken sogar frei von Unterzügen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

927

142 Slim-Floor-System aus Hohlkörperplatten (H) und deckenbündigem Verbundträger (T) aus Stahl, dessen unterer Flansch während der Montage als Auflager für die Deckenplatten dient. Einzelne Kammern werden abschnittsweise vergossen (V, Abschottung A) und bewehrt (Schnitt A-A). Am Trägersteg angeschweißte Kopfbolzendübel (K) stellen einen Schubverbund mit dem Verguss in Fugenlängsrichtung (➝ y) her. A-A T

H

V

A

K

z

B

A

B

A

B-B

143 Zweiachsig spannende Hohlkörperdecke in Ortbetonbauweise (System Cobiax ®) (Schnitt durch Betonsteg). Die Bewehrung wird in Form von modularen Körben (1) mit eingeschlossenen Verdrängungskörpern (2) in den Schalungsraum eingebracht.

x

2

3

1

2

1

144 Zweiachsig spannende Hohlkörperdecke in Halbfertigteilbauweise (System Cobiax ®). Bewehrungskörbe inklusive Verdrängungskörper im Halbfertigteil integriert.

6

z x

5

4

7

z x

Es handelt sich um Decken aus einer Kombination von parallel verlaufenden Balken und zwischen diesen angeordneten Zwischenbauteilen. Zusätzlich kann eine Ortbetonschicht hinzukommen. Sie kann ggf. als Druckplatte wirken. • Balken können aus Stahlbeton oder Spannbeton bestehen, ihre Bewehrung bildet jeweils zugleich die Hauptbewehrung der Gesamtdecke. Sie lassen sich selbsttragend ausführen, wobei ihre Tragfähigkeit, unabhängig von ergänzenden Elementen, diejenige der Gesamtdecke ergibt. In nicht selbsttragender Ausführung verleihen sie der Decke die nötige Tragfähigkeit erst im Zusammenwirken mit Ortbetonergänzung und ggf. ergänzenden Bauteilen. Der Verbund zwischen Balken und Ortbetonergänzung wird mittels einer Verbundbewehrung hergestellt, beispielsweise Schlaufen oder Gitterträger.

6

1 Bewehrungskorb 2 Verdrängungskörper, Deckenhohlraum 3 Aufbeton 4 Abstandshalter 5 Schaltafel 6 Rüstwerk 7 Halbfertigteil, Elementdecke

Balkendecke mit Zwischenbauteilen & DIN EN 15037-1 bis -5

5.1.3

928

XIV Innere Hüllen

• Zwischenbauteile sind Bauteile geringen Eigengewichts aus Normal- oder Leichtbeton, Ton, Schaumkunststoff, Polystyrol oder in ähnlichen Bauarten. Sie wirken als Füllkörper und verringern das Eigengewicht der Gesamtdecke im Vergleich mit einer gleichdicken Vollplatte erheblich. Die Zwischenbauteile werden auf die Untergurte der Balken aufgelegt, sodass die Zwischenräume zwischen den Balken abgedeckt sind und insgesamt eine geschlossene Deckenfläche entsteht, die als verlorene Schalung für eine Ortbetonergänzung dienen kann. Analog zu Elementdecken werden Balkendecken mit Zwischenbauteilen ohne Schalungsarbeiten erstellt. Bei größeren Spannweiten sind, bei Verwendung nicht selbsttragender Balken, bis zum Aushärten des Vergusses oder des Aufbetons ggf. provisorische Zwischenstützungen erforderlich. Die Aufbetonschicht lässt sich mit den Zwischenbauteilen nicht kraftschlüssig verbunden ausführen, wobei der Aufbeton lediglich im Bereich der Balken sowie innerhalb einer mittragenden Breite beidseits der Balkenachse als Druckgurt wirkt (2 149, 150), oder alternativ als Verbunddeckschicht auch mit den Zwischenbauteilen statisch mitwirkend (2 151, 152). Zu diesem Zweck werden die Zwischenbauteile mit asymmetrischen Kopfplatten ausgeführt, die beim Verlegen

145 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Bei­spiele für Querschnitte umgekehrter T-Träger (links) und I-Träger (rechts). 146 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Quer­- schnitt eines Balkens mit Gitterträger (nicht selbsttragender Balken).

z

z

x

x

147 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Beispiele für Balkenquerschnitte mit Schalungs­ziegeln. z

z

148 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Balkenquerschnitt mit Schalungsziegel.

x

x

2 Horizontale Raumabtrennungen

929

abwechselnd um 180° gedreht werden. Auf diese Weise entsteht ein formschlüssiger Längsschubverbund zwischen Füllkörper und Ortbetonschicht. Alternativ kann man eine teilweise aufgebrachte Aufbetonschicht (Teildeckschicht) ausführen, wobei sich diese auf den Fugenraum im Bereich der Balken begrenzt (2 153, 154). Schließlich lässt sich die Deckenkonstruktion auch mit selbsttragenden Balken herstellen. Diese Decken werden oberseitig direkt mit einem Fußbodenaufbau belegt, beispielsweise mit einem schwimmenden Estrich (2 153).

mitwirkende Breite: Druckgurt

149 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Decke mit tragender Aufbetonschicht, Balken als umgekehrter Plattenbalken (T-Träger), Zwischenbauteile statisch nicht mitwirkend oder partiell mitwirkend, gemäß DIN EN 15037-1.

z

z

x

x

150 Decke wie in  149, jedoch mit Balken als Gitterträger.

151 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Decke mit Verbunddeckschicht aus Beton, Balken als umgekehrter Plattenbalken (T-Träger), Zwischenbauteile verfugt und mit ihrer Oberseite statisch mitwirkend, gemäß DIN EN 15037-1. z

z x

x

152 Decke wie in  151, jedoch mit Balken als Git­terträger.

153 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Decke mit Teildeckschicht aus Beton, Balken als umgekehrter Plattenbalken (TTräger), Zwischenbauteile statisch partiell mitwirkend oder nicht verfugt statisch mitwirkend, gemäß DIN EN 15037-1. z

z x

x

154 Decke wie in  153, jedoch mit Balken als Gitterträger.

930

XIV Innere Hüllen

Auflagetiefe Füllkörper ≤ 3 cm ≥12 cm Auflagetiefe Träger Ringanker gemäß Statik Bitumenpappe Dämmung z x

155 Balkendecken mit Zwischenbauteilen: Decke mit selbst­tragenden Balken ohne Aufbeton, Balken als umgekehrter Plattenbalken (T-Träger), Zwischenbauteile statisch partiell mitwirkend oder nicht verfugt statisch mitwirkend, gemäß DIN EN 15037-1. 156 Anschluss einer Balkendecke mit Ziegelelementen an eine Außenwand aus Ziegelmauerwerk, Stirn- und Längsanschluss. Balken als vorgefertigte Ziegel-Gitterträger mit erhöhter Tragkraft während des Bauzustands, dadurch unterstützungsfreie Verlegung bis zu einer Stützweite von rund 5 m (System Wienerberger/Filigran).

Auflagetiefe Füllkörper ≤ 3 cm Ringanker gemäß Statik Bitumenpappe Dämmung z x

Zwischenbauteile lassen sich in folgenden Varianten ausführen: • statisch nicht mitwirkend: sie übernehmen nur die Aufgabe einer verlorenen Schalung, beispielsweise Füllkörper aus Kunststoff; • statisch partiell mitwirkend: sie sind an der Lastübertragung auf die Balken, also quer zur Balkenspannrichtung, beteiligt und können auch weitergehende statische Aufgaben übernehmen, jedoch nicht als Druckgurt der Decke wirkend; • statisch mitwirkend: sie übernehmen die gleichen Aufgaben wie das partiell mitwirkende Zwischenbauteil, sind jedoch zusätzlich unter bestimmten Voraussetzungen in der Lage, als Druckgurt der Decke zu wirken. Holz-Beton-Verbunddecke 5.1.4

Holz-Beton-Verbundbauweisen finden heute bei Umbauund Sanierungsmaßnahmen sowie auch beim Neubau von Geschossdecken im Wohnungs- und Verwaltungsbau Anwendung. Ein weiteres, relativ neues Anwendungsgebiet dieser Verbundbauweise ist der Brückenbau. Die sogenannte Verbundschalbauweise erlaubt die Holz-Beton-Verbundanwendung bei wandscheibenartigen Bauteilen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

Als Holz-Beton-Verbundkonstruktion werden Tragwerke bezeichnet, bei denen Holzelemente und Betonplatten schubfest miteinander verbunden sind. Holz nimmt dabei mit seiner guten Zugfestigkeit die Biegezugkräfte auf, die Betonplatte wirkt mit ihrer guten Druck­festigkeit als Druckgurt und übernimmt die Biegedruckkräfte. Auf­grund des elastischen, nachgiebigen Verbunds nimmt das Holz auch einen Teil der Druckspannungen auf, der Beton entsprechend Zugspannungen, weshalb der Beton bewehrt werden muss. Dies gilt insbesondere für Mehrfeldträger oder Träger mit Kragarmen, bei denen sich im Stützbereich die Momentenvorzeichen umkehren. Aus diesem Grund sind Holz-Beton-Verbundecken für diesen Einsatzzweck nur eingeschränkt geeignet. Die erhöhte Steifigkeit der Decke erlaubt es allerdings, größere Spannweiten zu überbrücken, als bei reinen Holzkonstruktionen möglich wäre, wobei das gute Schwingungsverhalten der Decke (erhöhte Masse) sich darüberhinaus günstig auswirkt.17 Der Beton, in der Regel als fugenlose Platte ausgeführt, dient ferner der Erfüllung bauphysikalischer Anforderungen. Im Brückenbau kommt der konstruktive Holzschutz hinzu. Weiterhin trägt der Beton durch die Scheibenwirkung der Decke zur Aussteifung der Holz-Beton-Verbundtragwerke bei. Holz-Beton-Verbunddecken erlauben im Allgemeinen einen hohen Vorfertigungsgrad. Die Holzkonstruktion dient als verlorene Schalung für den Beton, sodass – analog zu Stahl-Beton-Verbunddecken – Schalungsarbeiten entfallen. Bei der Deckenausbildung werden grundsätzlich zwei Konstruktionsweisen unterschieden:

931

Grundsätzliches ☞ zur Bauart allgemein: Band 2, Kap. X-2, Abschn. 5. Holz-Beton-Verbundbau, S. 557 ff; zum Bauelement: ebda. Abschn. 5.3 HolzBeton-Verbunddecken, S. 558

Bauweisen

• Plattenbauweise: Der Aufbeton wird auf eine flächige, plattenartige Unterlage aus Holz aufgebracht. Folgende Varianten der Holzplatte sind im Gebrauch: •• Brettstapelelement – besteht aus mit ihrem Querschnitt stehend angeordneten, ver­n agelten oder verdübelten, oftmals auch verklebten Seitenbrettern, die eine quasi fugenlose Holzplatte mit einachsiger Lastabtragung und guter Lastquerverteilung hervorbringen;

☞ Band 1, Kap. V-2, Abschn. 4.2.4 Brettstapelholz, S. 394

•• Brettsperrholzelement – Platte aus mehreren Lagen mit ihren Querschnitten liegend verlegten Brettern; die Bretter der einzelnen Lagen sind abwechselnd längs und quer ausgerichtet, sodass am Ende ein weitgehend isotropes Holzelement entsteht; HolzBeton-Verbunddecken aus Brettsprerrholz sind auch für zweiachsigen Lastabtrag geeignet;

☞ Band 1, Kap. V-2, Abschn. 4.3 Brettsperrholz, S. 394 ff

•• Furnierschichtholzelemente – Platte aus schichtweise verleimten Nadel- oder Buchenholzfurnieren, die vorwiegend in einer einzigen Richtung orientiert sind

☞ Band 1, Kap. V-2, Abschn. 5.1.2 Schichtholz, S. 398

932

XIV Innere Hüllen

und statisch folglich als einachsig spannende Platte wirken; zur Verbesserung der Querverteilung von Lasten lassen sich einzelne quer orientierte Sperrlagen einleimen. ☞ Holz-Beton-Verbunddecken in Rippenbauweise werden behandelt in Abschn. 6.1.6 Holz-Beton-Verbunddecke, S. 968 f

• Balkenbauweise (Rippenbauweise): Die Grundform stellt eine herkömmliche, einachsig gespannte Holzbalkendecke mit Holzschalung dar. Diese Bauweise zählt ihrer konstruktiven Logik nach zu den Rippensystemen. Sie wird deshalb eingehender weiter unten behandelt.

☞ Kap. XIV-3 Vertikale Raumabtrennungen

Als Wandbauweise ist weiterhin zu erwähnen:

☞ Vgl. die mit der Verbundschalbauweise verwandte Elementwand aus Stahlbeton in Band 2, Kap. X-5 Ortbetonbau, Abschn. 6.5.2 Elementwände, S. 696 f.

• Verbundschalbauweise: Die Holzschalung verbleibt an den mit Beton vergossenen Wänden. Vorteile sind die niedrigen Baukosten und der hohe Vorfertigungsgrad. Alle Einbauelemente werden werkseitig in die Schalung eingebracht. Außenwände erhalten eine zusätzliche Wärmedämmung (erreichbare U-Werte bis 0,24 W/m2K). Die Wände erfüllen einen Feuerwiderstand bis F 180.

Verbundmittel

Dem Verbundmittel kommt im Hinblick auf die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten eine entscheidende Bedeutung zu. Folgende Möglichkeiten des Schubverbundes zwischen Holz und Beton können heute unterschieden werden: • mechanische Verbindungen mit stiftförmigen Verbundmitteln (2 157); • mechanische Verbindungen mit Spezialverbindern; • Verbindungen durch reinen Formschluss ohne zusätzliche Hilfsmittel (2 158); • Verbindungen durch Verklebung. Die Kombination der einzelnen Möglichkeiten ist ebenfalls möglich und sinnvoll.

• Mechanische Verbindungen mit stiftförmigen Verbundmitteln

Hier stehen zahlreiche Verbundmittel zur Verfügung: Nägel, Schrauben, Kopfbolzendübel, Gewindestangen. Diese werden in das Holz eingetrieben, eingeschraubt oder eingeleimt. Unterschieden wird nach deren Stellung zur Verbindungsebene: • rechtwinklig zur Verbundebene; • geneigt zur Verbundebene.

2 Horizontale Raumabtrennungen

933

157 Kerben mit Holzbauschrauben. Bei diesem System werden in den Brettstapel Kerven eingefräst und die Umlenkkräfte durch Sechskant-Holzbauschrauben aufgenommen. Auf dem linken Bild kann man die Brettstapelholzbetonverbunddecke vor dem Betonieren sehen. Rechts ein Beispiel für eine Verbundschraube.

158 Prüfkörper einer Holz-Beton-Verbunddeckenkonstruktion mit formschlüssiger Verbindung. Jeweils in der unteren Schicht ist die Brettstapellage erkennbar.

 Rechtwinklig zur Verbundebene angeordnete Verbundmittel werden auf Biegung und Abscheren beansprucht. Maßgeblich für Tragfähigkeit und Steifigkeit der Konstruktion sind der Biegewiderstand des Verbundmittels und die Lochleibungsfestigkeiten des Holzes und des Betons, d. h., mit mehr Verbindungsmitteln und biegesteiferen Verbindern lassen sich größere Steifigkeiten erzielen. • Beispiel 1 Kopfbolzendübel: Er wird über eine Ringplatte mithilfe von Rillennägeln am Holz befestigt (2 159). • Beispiel 2 Kopfbolzendübel mit Dübelleiste: Im weichen Holz müssen bei diesem Beispiel nicht mehr lokale Lochleibungsfestigkeiten aktiviert werden. Die Schubübertragung erfolgt über eine konische Dübelleiste, die über die Breite des Stahlblechs angebracht wird. Durch die Schrägstellung der Pressflächen wird die Scherfuge im Holz zudem vorgespannt, was einen Sprödbruch durch Abscheren des Vorholzes verhindert. Das Verschrauben der Stahlplatte mit dem Holz wirkt dem Abheben des Verbundmittels entgegen.

• Stiftförmige Verbundmittel recht winklig angeordnet



934

XIV Innere Hüllen

Ein Vorteil der Kopfbolzendübel ist die einfache und schnelle Montage. • Stiftförmige Verbundmittel, geneigt angeordnet

Verbundmittel, die unter einem Winkel von kleiner oder größer 90° eingebaut werden, erfahren je nach Winkelgröße kaum noch Biegung, sondern vorwiegend Druck- oder Zugkräfte, also eine günstigere Form der Beanspruchung. Im Idealfall entsteht ein Fachwerk, bei dem der Beton den Obergurt, das Holz den Untergurt und die Verbundmittel die Zug- und Druckdiagonalen ausbilden. • Beispiel 1 eingeleimte Gewindestange: Sie wird in der Regel im Winkel von 30° werkseitig eingeschraubt. Wesentlich ist eine eingefräste Längsnut in der Gewindestange, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Leims im Bohrloch beim Einschrauben gewährleistet ist. • Beispiel 2 SFS-Verbundschraubensystem: Es handelt sich um Doppelkopfschrauben, die jeweils paarweise unter einem Winkel von 45° gegenläufig eingeschraubt werden. Für das Einschrauben (ohne Vorbohrung) wird ein zu diesem Zweck entwickeltes Spezialgerät verwendet. Der untere Schraubenkopf begrenzt dabei die Einschraubtiefe auf das richtige Maß. Eine eventuell vorhandene Beplankung ist nicht hinderlich. Sie wird einfach mit durchgebohrt. Derartige Verbundschraubensysteme werden vorwiegend im Hoch­bau eingesetzt.

• Spezialverbinder

Spezialverbinder sind Sonderformen von Verbundmitteln, die nicht mit stiftförmigen Verbindungsmitteln, mit Verklebungen oder formschlüssigen Verbindungen arbeiten. Beispiele sind: • Nagelplatten: Die Nagelplatten werden entweder seitlich in die Holzbalken eingepresst, oder sie dienen waagrecht liegend als Verbinder zwischen Holz und Beton. • Rohrförmiger Verbundanker: Ein segmentiertes Stahlrohr wird in einen Holzträger eingeklebt. Mit dieser deutlich erhöhten Scherfläche wird auch eine Erhöhung der Zugfestigkeit erreicht. Zugfestigkeit spielt aber bei Übertragung von Schubkräften nicht die entscheidende Rolle. Wirklicher Vorzug dieser Verbindung ist die geometrisch geänderte Krafteinleitung gegenüber senkrechtstehenden Gewindestangen oder Kopfbolzendübeln. • Balkenschuh: dient normalerweise als Holz-Holz-Verbindung, wird hier zweckentfremdet als Holz-Beton-Verbinder. Einfache, preiswerte und problemlose Verbindung. Befestigung mittels Kammnägeln. • BVD-Schubverbinder: rahmenartiges Stahlteil (2 159).

2 Horizontale Raumabtrennungen

935

159 (Oben) Ein Beispiel für einen Holz-Beton-Verbundanker (System Bertsche). Der Anker wird in das Holz eingelassen und mit der Bewehrung gekoppelt. Die Schubkräfte werden aus dem Beton über den Verbundanker in das Holz eingeleitet. (Rechts) Tecnaria-Kopfbolzendübel: Dieses Verbindungsmittel besteht aus einem Kopfbolzendübel wie er im Stahl-Betonverbundbau üblich ist, der auf eine Platte aufgeschweißt wurde. Um die Kräfte aus der Platte in den Holzquerschnitt zu übertragen, ist die Platte mit Abkantungen an den Ecken versehen. Diese Kanten werden mit Hilfe von zwei Holzschrauben in das Holz eingepresst, sodass die Schubkraft sowohl über die eingepressten Kanten als auch über die Holzschrauben übertragen werden kann.

Für die senkrechten Schenkel müssen Stemmlöcher in das Holz eingearbeitet werden. Mithilfe von Schrauben wird das Verbindungsmittel fixiert, das Restvolumen der Taschenstemmungen wird mit Vergussmörtel aufgefüllt. Abgewinkelte Betonstähle, die durch Löcher in den Balkenschuh gezogen werden, sammeln die Schubkräfte aus einem größeren Bereich ein. Vielfältige Anwendung im Geschossdeckenbau. Die formschlüssige Verbindung zwischen Holz und Beton wird durch Bohrungen oder Fräsungen an der Oberfläche der Holzbauteile geschaffen. Dies führt zu einer Verzahnung der beiden Werkstoffe und erlaubt die Übertragung der Schubkräfte. Der Formschluss ist im Gegensatz zu den bisher angesprochenen Verbundmitteln insbesondere für die flächige Anwendung von Holz- bzw. Holzelementen geeignet, wie sie durch die oben angesprochene Plattenbauweise und aneinandergefügte Rundholz- oder Halbrundholzquerschnitte entsteht. Umgekehrt gilt indessen, dass formschlüssige Verbindungen auch für rippenartige Plattenbalkenquerschnitte anwendbar sind. Der Formschluss zwischen Holz und Beton entsteht durch das Bohren oder Fräsen von 1,5 bis 4,0 cm tiefen Aussparungen, die der Beton beim Betoniervorgang ausfüllt. Diese Ausparungen werden als Betonnocken bezeichnet. Es gibt Lösungen, bei denen auf weitere zusätzliche Verbindungsmittel verzichtet werden kann, z. B. bei einer keilförmigen Aufweitung der Betonnocken. Reine formschlüssige Verbindungen sind eher selten. Es entstehen steifere Konstruktionen, wenn das Prinzip des Formschlusses mit anderen Verbindungsarten kombiniert wird.

• Formschlüssige Verbindungen

936

XIV Innere Hüllen

• Weitere Möglichkeiten formschlüssiger Verbindungen

Folgende weitere Ausführungen kommen infrage: • Betonnocken mit zusätzlichem Stahlstift. Übertragung der Schubkräfte durch Kontakt zwischen Holz und Beton, andererseits über Lochleibungskräfte mithilfe des Stahlstifts. Die Nocken lassen sich entweder in das Holzplattenelement integrieren oder in einen Holzbalken einfräsen. • System Schaffer: Der Formschluss wird hier durch eine besondere Anordnung im Gefüge der Brettstapelelemente geschaffen (Zahnleistengeometrie). Der Verbund entsteht durch die Oberflächengestaltung des Holzes und zusätzliche vertikale Gewindestangen. Die Brettstapelelemente haben eine Breite von ca. 1 m und werden im Werk vorgefertigt. Das System Schaffer wurde in erster Linie für den Brückenbau entwickelt. • Kerben-Dübel-System: die zur Zeit leistungsfähigste Methode der Herstellung eines Verbundes von Holz zu Beton. Die Kerben – auch Kerven genannt – werden quer zur Spannrichtung der Brettstapelkonstruktion eingefräst. Die Kraftübertragung erfolgt über Betonkonsolen, die sich in den keilförmig geformten Kerben bilden und Kontaktkräfte auf das Holz übertragen. Dieser Effekt wird noch durch das nachträgliche Vorspannen der Einlassdübel nach der Aushärtung des Betons verstärkt. Weiterhin werden durch das Vorspannen die Verformungen durch Schwinden reduziert. Die verwendeten Dübel sind Einlass- oder Injektionsdübel. Die Versetzung ist relativ aufwendig. Um eine Haftung des Dübels mit dem Beton zu vermeiden, wird dieser ganz oder teilweise mit einem Gummischlauch ummantelt. Sie finden Einsatz bei Brückenbauwerken und im Geschossdeckenbau. • Ein Beispiel einer vollständig vorgefertigten Holz-BetonVerbunddecke zeigen 2 160, 161. Die vorgefertigten Betonelemente werden bereits im Werk montiert. Schubkräfte werden über Stahl-Schubverbinder übertragen, die in Nuten der Betonteile bzw. der Auflagerblöcke aus Holz eingreifen. Diese werden in den Schlitzen der Betonteile werkseitig mit Mörtel eingegossen. In freigehaltenen Deckenhohlräumen lassen sich Installationen führen (Hersteller: Lignotrend).

• Klebeverbindungen

Klebeverbindungen gibt es nur bei Einsatz von Betonfertigteilen. Als Kleber kommen fast ausschließlich Epoxidharze infrage. Nur diese sind in der Lage, Fugen von mehreren Millimetern Dicke auszufüllen und ohne Pressdruck zu erhärten. Dadurch entsteht ein starrer Verbund. Eine direkte Haftung von Beton und Holz lässt sich auch durch Polymerbetone erreichen. Polymerbeton ist eine Mischung aus Kunstharz, also Epoxidharz oder Polyesterharz,

2 Horizontale Raumabtrennungen

937

und als Zuschlag gereinigtem Quarzsand. Eine Bewehrung erfolgt durch Baustahl oder glasfaserverstärkte Polyesterstäbe. Der Nachteil dieser Polymerbetone ist der hohe Preis. Klebeverbindungen werden im Bereich der Altbausanierung eingesetzt. 1 2

160 Holz-Beton-Fertigteildecke (System Lignotrend ®) aus Brettsperrholz und eingehängten Betonfertigteilen. Der Schubverbund erfolgt über spezielle Verbinder.

3 4

1 Betonfertigteil 2 Hohlräume werden mit Vergussmörtel ausgegossen 3 Schubverbinder 4 Holzauflagerblöcke 5 Beton-Druckgurt 6 Holz-Zuggurt 7 Installation quer 8 Installation längs

z y x

7

5

8

z y

6

161 Holz-Beton-Fertigteildecke wie in  160. Die Betonfertigteile sind hohl ausgeführt, sodass eine Leitungsführung im Deckenpaket möglich ist.

938

XIV Innere Hüllen

5.1.5 Massivholzdecke & DIN EN 12775, DIN EN 12369-3, DIN EN 13353, DIN EN 13354 ☞ Abschn. 5.1.4 > Bauweisen, S. 931 f

Massivholzdecken sind Flächentragwerke aus Holzwerkstoffen. Sie treten in verschiedenen Ausführungsarten in Erscheinung, die im Wesentlichen deckungsgleich mit den Holzelementen sind, die bei Plattenbauweisen von HolzBeton-Verbunddecken, wie oben beschrieben, zum Einsatz kommen: • durch mechanische Verbindungsmittel mehrlagig nachgiebig miteinander verbundene Schichten; hierzu zählen beispielsweise mechanisch verbundene Brettsperrholzdecken (2 162, 163); • mehrlagig zusammengeklebte Schichten (Furniere, Bretter, Bohlen); es herrscht ein starrer Verbund; zu dieser Kategorie gehören geklebte Brettsperrholzdecken (2 164) oder Brettsperrholz-Rippenelemente (2 165) sowie Furnierschichtholzdecken; • einlagig mechanisch verbundene oder verklebte Nadelholzlamellen; zu dieser Gruppe gehören beispielweise Brettstapeldecken;

& DIN EN 13353, 4.5.2

Holzplatten aus untereinander verklebten Holzstücken wie die beiden letzten angesprochenen Varianten werden nach der Norm als Massivholzplatten (SWP = Solid Wood Panels) bezeichnet. Man unterscheidet ein- und mehrlagige Platten. Im Sinn der Norm sind dies Platten aus Holzteilen – Furnieren, Brettern, Lamellen, Kanteln, Stäben oder Bohlen –, die ggf. an ihren Schmalseiten, und, falls mehrlagig, an den Breitseiten, miteinander verklebt sind. Mehrlagige Platten bestehen aus zwei in Faserrichtung parallel verlaufenden Decklagen und zumeist einer oder mehreren zur Faserrichtung der Decklagen orthogonal verlaufenden Innenlage. Ferner wird unterschieden, ob die Platten aus gekürzten (SC = showing cuts) oder ungekürzten (NC = no cuts) Holzstücken bestehen. Gekürzte Holzstücke werden in ihrer Länge gestoßen und zu diesem Zweck mittels Verklebung, stumpf oder keilgezinkt, verbunden. An tragende Massivholzplatten werden besondere Anforderungen gestellt. Aufgrund des beschriebenen Aufbaus ergibt sich dabei stets eine einachsig spannende Platte mit guter Lastquerverteilung. Bei einlagigen Massivholzplatten, wie sie bei Brettstapeldecken zum Einsatz kommen, folgt dies aus der Anisotropie des Werkstoffs mit Haupttragrichtung gemäß dem Faserverlauf. Die Querverteilung ergibt sich aus der Verklebung der Längsstöße und lässt sich, wegen der Empfindlichkeit von Holz quer zur Faser, nur eingeschränkt nutzen. Bei mehrlagigen Massivholzplatten ist die Haupttragrichtung durch die Orientierung und den Faserverlauf der oberen und unteren Decklage vorgegeben, wo maximale Biegedruck- und Biegezugspannungen auftreten. Der/n querorientierten Innenlage(n) ist bei dieser Betrachtung die Aufgabe der Querverteilung von Lasten zugewiesen. Je

2 Horizontale Raumabtrennungen

2

939

1 1

2

3

y

z x

x

162 Prinzipschema eines Flächenbauteils aus nachgiebig durch mechanische Verbindungsmittel untereinander verbundenen Holzlamellen, Draufsicht. 19

163 Flächenbauteil wie in  162, Schnitt.

1 Schicht, Holzlamelle 2 Befestigungsmittel 3 Kontaktfuge

z y

z y

x

x

z

z x

M 1:10

0

100 mm

164 Holzbauelement aus verklebten Holzlamellen (System Lignotrend ®), oben fünf-, unten sechslagig.

x

M 1:10

0

100 mm

165 Holzbauelement aus verklebten Holzlamellen (System Lignotrend ®), Brettsperrholz. Diese Elemente stellen bereits eine Übergangsform zu Rippenelementen dar und sind in ihrem Aufbau mit Hohlkörperdecken in Beton vergleichbar.

nach Anzahl der jeweils längs bzw. quer orientierten Lagen des Elements lässt sich die Lastabtragung gezielt steuern: • einachsig spannend ohne Querverteilung: gedübelte oder vernagelte Brettstapeldecke, Furnierschichtholzdecke ohne Sperrlagen;

940

XIV Innere Hüllen

• einachsig spannend mit guter Querverteilung: verklebte Brettstapeldecke, Furnierschichtholzdecke mit einzelnen Sperrlagen; • (eingeschränkt) zweiachsig spannend mit Haupt- und Nebenspannrichtung: Brettsperrholzdecke. 5.1.6

Decke aus Holzbauelementen ☞ Abschn. 6.1.5 Decken aus Holzbauelementen, S. 959 ff ☞ Vgl. auch Band 1, Kap. 4.4 Holzbauelemente, S. 396, sowie Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.6.3 Holzbauelemente, S. 530

5.1.7

Thermische Trennung an Balkonplatten

☞ Vgl. auch Kap. XII-1, Abschn. 3.2.2 aus der Hüllfunktion,  29 bis 31, S. 61 ff.

Decken aus Holzbauelementen ähneln in ihrer Bauart einigen Ausführungen von Massivholzplatten, sind jedoch durch rippenförmige Stege gekennzeichnet, welche die Tragfähigkeit des Elements deutlich erhöhen. Sie stellen eine Übergangsform zu Rippensystemen dar und sollen im Zusammenhang mit diesen behandelt werden. Deckenpkatten, welche die Außenwand durchdringen, wie beispielsweise bei auskragenden oder auch separat gestützten Balkon- oder Loggienplatten bzw. außenliegenden massiven Gesimsen, schaffen bauphysikalisch kritische Wärmebrücken, die zu Schimmelbildung und Feuchteschäden führen können. Der lineare Charakter des wärmeleitenden Deckenquerschnitts verschlechtert die Verhältnisse im Vergleich zu punktuellen Wärmebrücken. Kraftleitende Wärmedämmelemente, die eine thermische Trennung zwischen innenliegender Deckenplatte und außenliegender Balkon- oder Loggienplatte herstellen, aber gleichzeitig die anfallenden Querschnittskräfte am Übergang übertragen, erfüllen die bauphysikalischen Anforderungen der EnEV und erlauben, massive Platten auch one externe Stützung frei auskragen zu lassen ( 166-169). Es handelt sich um vorgefertigte Bewehrunsgelemente, welche in die Schalung der Decke eingelegt und einbetoniert (z. B.  166) oder auch nach der Deckenfertigung oder -montage in entsprechenden Vergusstaschen vermörtelt werden ( 168). Die thermische Trennung erfolgt über wenig feuchteansaugende EPS-Schaumstoffblöcke; die Kraftübertragung über punktuelle Elemente aus Metall oder Glasfaser-Verbundwerkstoff. An der Verbindung der Plattensegmente sind Biegezugund -druckkräfte sowie Querkräfte zu übertragen. Je nach Lagerung der Platte fallen negative Momente und positive Querkräfte an (Auskragung) oder positive Momente und positive Querkräfte (mit äußerer Stützung). Beim baupraktisch häufigeren ersteren Fall werden die Biegezugkräfte über im Querschnitt obenliegende Bewehrungsstäbe übertragen. Sie durchdringen den Schaumstoffblock und greifen beidseitig in beide Plattensegmente ein. Sie binden durch Übergreifung an die Plattenbewehrung der anschließenden Plattenabschnitte an. Im Bereich der thermischen Trennung bestehen sie aus Abschnitten aus nichtrostendem Stahl, die durch Vollschweißung an die überstehenden Bewehrungsstäbe aus regulärem Betonstahl verbunden sind. Dadurch wird einerseits der Wärmefluss infolge der

2 Horizontale Raumabtrennungen

941

etwas günstigeren Wärmeleitzahl des nichtrostenden Stahls reduziert; anderererseits wird die Korrosionsgefahr durch möglicherweise an dieser lokalen Wärmebrücke anfallendes Tauwasser gebannt. Die im unteren Querschnittsbereich anfallenden Biegezugkräfte werden durch Drucklager aus Glasfaserverbundwerkstoff übertragen, und zwar durch beidseitigen direkten Kontakt mit dem Plattenbeton. Dieser

1

4

5

8

4

2

Gefälle

3 7 6

M 1:20

z

0

100

200 mm

x

1

4

5 8

4

166 Kraftleitendes Wärmedämmelement zur thermischen Trennung an einer auskragenden Balkonplatte; Platten höhengleich; Türschwelle barrierefrei ausgeführt (Herst.: Schöck Isokorb).

2

Gefälle

167 Kraftleitendes Wärmedämmelement zur thermischen Trennung an einer auskragenden Balkonplatte; Platten mit Höhenversatz; Türschwelle berrierefrei (Herst.: Schöck Isokorb).

3 7 6

M 1:20

z

0

x

100

200 mm

1 Deckenplatte aus Stahlbeton 2 auskragende Balkonplatte aus Stahlbeton 3 EPS-Schaumstoffblock, linear durchgehend; thermische Trennung 4 Bewehrungsstäbe aus Betonstahl, in die Plattenbewehrung eingreifend 5 eingeschweißter Stababschnitt aus nichtrostendem Stahl 6 Druckdübel aus Glasfaser-Verbundwerkstoff 7 diagonaler Querkraftstab 8 Entwässerungsrinne

942

XIV Innere Hüllen

synthetische Werkstoff verringert den Wärmefluss an der Wärmebrücke deutlich. Die Querkräfte werden über Diagonalstäbe durchgeleitet. Bei Deckenstärken von 25 cm sind nach Herstellerangaben Auskragungen von rund 2,80 m realisierbar. 18

9

1

10 4

5

8

4

2

Gefälle

3 7 6 168 Kraftleitendes Wärmedämmelement zur thermischen Trennung an einer auskragenden Balkonplatte; nachträglciher Einbau der vorab mitsamt Bewehrungskorb vorgefertigten Balkonplatte; Einsatz der Anschlusstäbe in vorbereiteten Vergusstaschen (9) mit Anschlussbügeln (11); Türschwelle barrierefrei (Herst.: Schöck Isokorb).

M 1:20

z

0

4

> 2 cm

1 169 Kraftleitendes Wärmedämmelement zur thermischen Trennung an einer auskragenden Balkonplatte; nachträglciher Einbau der vorab mitsamt Bewehrungskorb vorgefertigten Balkonplatte; Einsatz der Anschlusstäbe in vorbereiteten Vergusstaschen (9) mit Anschlussbügeln (11); Türschwelle barrierefrei (Herst.: Schöck Isokorb). 1 Deckenplatte aus Stahlbeton 2 auskragende Balkonplatte aus Stahlbeton 3 EPS-Schaumstoffblock, linear durchgehend; thermische Trennung 4 Bewehrungsstäbe aus Betonstahl, in die Plattenbewehrung eingreifend 5 eingeschweißter Stababschnitt aus nichtrostendem Stahl 6 Druckdübel aus Glasfaser-Verbundwerkstoff 7 diagonaler Querkraftstab 8 Entwässerungsrinne 9 Vergusstasche, mithilfe von Einsatzelementen in der Ortbetondecke vorbereitet 10 Anschlussbügel 11 Balkonentwässerung

100

200 mm

x

5

8 11

4

2 Gefälle

3 7 6

M 1:20

z

0

x

100

200 mm

2 Horizontale Raumabtrennungen

Grundlegende Fragen des Schallschutzes von Decken werden an anderer Stelle diskutiert.a Überlegungen zu Wechselwirkungen zwischen Schallschutz und konstruktivem Aufbau finden sich in Kapitel VIII.b Um den Schallschutz einer Decke zu erfassen, ist naturgemäß der vollständige Deckenaufbau, inklusive Fußbodenaufbau und ggf. auch Unterdecke wie weiter oben c behandelt, als Gesamtsystem zu berücksichtigen. Die bauakustische Qualität einer einschaligen Decke ist nämlich von folgenden Faktoren abhängig: • der schalldämmenden Wirkung eines Fußbodenaufbaus; d • der flächenbezogenen Masse der tragenden Deckenschale; • der schalldämmenden Wirkung einer Unterdecke. d Je nachdem, ob der Luft-oder Trittschallschutz der Decke betrachtet wird, spielen diese Faktoren eine unterschiedliche Rolle. Abweichend vom eigentlichen Charakter der hier diskutierten Decken als einschalige Flächenbauteile – eine Kategorisierung, die sich vornehmlich aus der Morphologie des Aufbaus und der statischen Bedeutung der tragenden Schale ableitet –, gilt die Kombination aus Tragschale, Fußbodenaufbau und ggf. Unterdecke, in bauakustischer Hinsicht, indessen als mehrschaliges Bauteil. Die Luftschalldämmung einer einschaligen Decke ist in erster Linie von ihrer flächenbezogenen Masse bestimmt und ist ferner durch die Wirkung flankierender Bauteile beeinflusst. Die von der Norm vorgegebene Berechnungsmethode für das bewertete Schalldämmmaß Rw von Massivdecken findet sich in 2 170. Die Flankendämmung wird mithilfe eines Flankendämmmaßes R ij,w unter Berücksichtigung der jeweiligen Stoßstellendämmung (Stoßstellendämmmaß Kij) ermittelt. Weitere Hinweise gibt die Norm. Nicht schwimmend gelagerte Estriche auf einer Rohdecke, mit oder ohne Trennlage, gehen durch ihren zusätzlichen Beitrag an flächenbezogener Masse – Rechenwert nach DIN EN 1991-1-1 und DIN EN 1991-1-1/NA gemäß Norm gemindert um 10 % – in die Berechnung ein, Gussasphaltestriche hingegen mit ihrer Rohdichte ohne Abzug ( 170, Fußnote 2)). Schwimmende Estriche, von der Norm als akustische Vorsatzkonstruktion aufgefasst, leisten einen beschränkten Beitrag zum Luftschallschutz, der durch die bewertete Verbesserung der Luftschalldämmung D R w erfasst wird. Das Maß D Rw wird in der Norm in Abhängigkeit vom dynamischen Elastizitätsmodul EDyn des Trittschallschutzdämmstoffs und der Resonanzfrequenz f 0 der beiden beteiligten Schalen, also Rohdecke und Estrich ( 172),

943

Schallschutz

5.2

☞ a Band 1, Kap. VI-4 , Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > einschalige Bauteile, S. 689 ff sowie ebd. Abschn. 3.4.2 Trittschalltechnisches Verhalten von Decken, S. 704 ☞ b Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.2 Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme, S. 146 f ☞ c in den Abschnitten 2.1, S. 862 ff, und 2.3, S. 866 f, im Kontext der Schichtenfolge des Bauteils sowie in 3., S. 868 ff, und 4., S. 890 ff, im Hinblick auf konstruktive Gesichtspunkte ☞ d Abschn. 3.6 Schallschutz von Vorsatzkonstruktionen auf Decken, S. 884 ff ☞ d Abschn. 4.5.1 Schalldämmung, S. 900 f

Luftschalldämmung ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > einschalige Bauteile, S. 689 ff; vgl. insbesondere die Tabelle in  13, S.691 & DIN 4109-32, 4.1.4.2 & DIN 4109-32, 4.2.2.2

& DIN 4109-32, 4.8.4.2

& DIN 4109-34, 4.1.2 und 4.5.4.1

5.2.1

944

XIV Innere Hüllen

Rohichten [ρ in kg/m3]

flächenbezogene Masse

Massivdecken ohne Hohlräume m‘ = d · ρ

m‘ flächenbezogene Masse in kg/m2 d Dicke des Bauteils/der Bauteilschicht in m ρ Rohdichte in kg/m3

m‘ges = m‘Decke + m‘Putz.ges

m‘ges flächenbezogene Masse des verputzten Bauteils in kg/m2 m‘Decke flächenbezogene Masse des unverputzten Bauteils in kg/m2 m‘Putz.ges flächenbezogene Masse der gesamten Putzschichten in kg/m2

Normalbeton

ρD = 2.400 kg/m3

unverdichteter Aufbeton

ρD = 2.100 kg/m3

Zementestrich 2)

ρD = 2.000 kg/m3

Putze Gips- und Dünnlagenputze

ρPutz = 1.000 kg/m3

Kalk- und Kalkzementputze

ρPutz = 1.600 kg/m3

Leichtputze

ρPutz = 900 kg/m3

Wärmedämmputze

ρPutz = 250 kg/m3

Leichtbeton und Porenbeton

ρD = 1.000 · RDK – 12,5

Gussasphaltestrich

ρD = 2.300 kg/m3

flächenb. Masse 1)

Massivdecken mit Hohlräumen

ρD = 2.300 kg/m3

Berechnung mit den Rechenwerten nach DIN EN 1991-1-1, in Verbindung mit DIN EN 1991-1-1/NA mit einem Abzug von 15 % oder aus dem vorhandenen Querschnitt mit der entsprechenden Rohdichte.

flächenb. Masse

Massivdecken aus Deckenplatten mit Stegen ohne Füllkörper, Estrich und Unterdecke nur Deckenplatte

Massegesetze 3) [m‘ in kg/m2]

Bewertetes Luftschaldämm-Maß Rw in dB

1)

2)

3)

Beton

Rw = 30,9 · log(m‘ges / m0) – 22,2

(gültig für: 65 < m‘ges < 720)

Leichtbeton

Rw = 30,9 · log(m‘ges / m0) – 20,2

(gültig für: 140 < m‘ges < 480)

Porenbeton

Rw = 32,6 · log(m‘ges / m0) – 22,5

(gültig für: 50 ≤ m‘ges < 150)

Rw = 26,1 · log(m‘ges / m0) – 8,4

(gültig für: 150 ≤ m‘ges ≤ 300)

Rw = 26,1 · log(m‘ges / m0) – 8,4

(wenn m‘Aufbeton ≤ 0,5 · m‘Porenbeton)

Rw = 30,9 · log(m‘ges / m0) – 22,2

(wenn m‘Aufbeton > 0,5 · m‘Porenbeton)

Porenbetondecken mit Aufbeton und m‘ ≥ 150 kg/m2

Die flächenbezogene Masse ist einschließlich eines etwaigen Verbundestrichs oder Estrichs auf Trennschicht und eines unmittelbar aufgebrachten Putzes zu ermitteln. Die flächenbezogene Masse eines schwimmenden Estrichs darf nicht berücksichtigt werden. Die flächenbezogene Masse von aufgebrachten Verbundestrichen oder Estrichen auf Trennschicht ist mit einem Abzug von 10 % zu ermitteln. mit m‘0 = 1kg/m2 als Bezugsgröße

170 Ermittlung der bewerteten Luftschalldämm-Maße Rw massiver einschaliger Decken nach DIN 4109-32 (Auszug). 23

ermittelt. Die Berechnungsmethode ist nach Norm auf alle biegeweichen Vorsatzkonstruktionen anwendbar, also – neben schwimmenden Estrichen, wie sie hier betrachtet werden – auch auf: • Doppel- und Hohlraumböden; • Wand-Vorsatzschalen, freistehend, angekoppelt, flächig auf Dämmschicht befestigt, sowie Wärmedämmverbundsysteme;

2 Horizontale Raumabtrennungen

945

Deckenausbildung Zeile

Massivdecken ohne Hohlräume, gegebenenfalls mit Putz Stahlbeton-Vollplatten aus Normalbeton oder aus Leichtbeton nach DIN 1045-2

1

Fertigteilplatten mit Ortbetonergänzung nach DIN EN 13747 Deckenplatten mit Stegen nach DIN EN 13224

2

Porenbeton-Deckenplatten nach DIN 4223-100

≥ 500

Massivdecken mit Hohlräumen, gegebenenfalls mit Putz Ziegeldecken nach DIN 1045-100 mit Deckenziegeln nach DIN 4159

4

Stahlbetonrippendecken und -balkendecken nach DIN 1045-100 mit Zwischenbauteilen nach DIN EN 15037-2 oder DIN 4160

5

Stahlbetonhohldielen und -platten nach DIN 1045-2, Hohlplatten nach DIN EN 1168, Stahlbetondielen aus Leichtbeton nach DIN EN 1520, Stahlbetonhohldecke nach DIN 1045-2

6

250

250

250

250

Balkendecken ohne Zwischenbauteile nach DIN 1045-2

≥ 40

3

250

250

250

171 Ausführungsvarianten von Massivdecken: Vollplatten vor Ort gegossen und elementiert, Balkendecken mit Zwischenbauteilen, Hohlkörperdecken und Plattenbalkendecken nach DIN 4109-32, Tab. 5. Für die Schallschutzwerte dieser Deckenausführungen lassen sich die rechnerischen Nachweise nach dieser Norm (vgl. DIN 4109-32, 4.1.4.2, 4.8.4.3 und 4.8.4.4) wie in  170 dargestellt führen.

• Unterdecken, freitragend, abgehängt oder mit Lattung bzw. Profilen direkt befestigt. Nähere Angaben finden sich in der Norm. Auch Holz-Massivdecken sind im erzielbaren Luftschallschutz durch ihre flächenbezogene Masse bestimmt. In bauakustischer Hinsicht wirkt sich das verhältnismäßig ge-

& DIN 4109-34

946

XIV Innere Hüllen

Faktoren zur Berechnung der bewerteten Verbesserung der Luftschalldämmung Rw • dynamische Steifigkeit s' in MN/m3 • Resonanzfrequenz f0 (Vorsatzkonstruktionen, die direkt auf dem Grundbauteil über eine Dämmschicht – ohne Verwendung von Stützen oder Lattungen – befestigt werden) • Resonanzfrequenz f0 (freistehende Vorsatzkonstruktionen aus Blechprofilen oder Holzständern ohne körperschallübertragende Verbindung zwischen Ständerwerk und Grundbauteil, Hohlraumfüllung zu ≥ 70 % mit porösem Dämmstoff (längenbezogener Strömunsgwiderstand r von: 5 kPa s/m2 ≤ r ≤ 50 kPa s/m2) EDyn d m'1 m'2

s' =

EDyn d

(

f0 = 160 · s' ·

1 + 1 m'2 m'1

f0 = 160 · 0,08 · d

(

)

1 + 1 m'2 m'1

)

dynamischer Elastizitätsmodul in MN/m3 Dämmschichtdicke bzw. Hohlraumtiefe in m flächenbezogene Masse des Grundbauteils in kg/m2 flächenbezogene Masse der Bekleidung der Vorsatzkonstruktion in kg/m2

Dynamische Elastizitätmoduln Edyn unterschiedlicher Dämmstoffe Dämmstoff stehende Luft Mineralfaserplatten

Edyn in MN/m2 0,08 0,14 bis 0,40

EPS-Hartschaum

2 bis 4

elastifiziertes EPS

0,60 bis 0,80

XPS-Hartschaum

30

PUR-Hartschaum

1 bis 6

Edyn in MN/m2

Dämmstoff Korkplatten

10 bis 30

Naturkork

15 bis 25

Holzwolle-Leichtbauplatte

100 bis 200

Gummischrotplatten

0,63

Naturkautschuk Schaumglas

5 1.300 bis 1.600

Bewertete Verbesserung der Luftschalldämmung durch Vorsatzkonstruktionen Δ Rw in Abhängigkeit der Resonanzfrequenz f0 Zeile

172 Ermittlung der bewerteten Verbesserung der Luftschalldämmung Rw durch Vorsatzkonstruktionen nach DIN 4109-34. 24 Diese Berechnungsmethode gilt für alle biegeweichen Vorsatzkonstruktionen.

Resonanzfrequenz f0 der Vorsatzkonstruktion Hz

{

∆ Rw dB

1

30 ≤ f0 ≤ 160

2

200

–1

3

250

–3

4

315

–5

5

400

–7

6

500

–9

7

630 bis 1.600

– 10

8

> 1.600 ≤ 5.000

–5

max

74,4 – 20 lg f0 – 0,5 Rw 0

Anm. 1 Für Resonanzfrequenzen, die zwischen den tabellierten Frequenzwerten liegen, können die Werte für Rw durch Interpolation ermittelt werden. Anm. 2 Rw bezeichnet das bewertete Schalldämm-Maß des Grundbauteils (Wand oder Decke) in dB. Zur Bestimmung von Rw kann auf die Angaben in DIN 4109-32 zurückgegriffen werden. Anm. 3 Werden Vorsatzkonstruktionen sowohl im Sende- als auch im Empfangsraum angebracht, ist die Gesamtverbesserung der beiden Vorsatzkonstruktionen nach DIN 4109-2 zu berechnen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

947

ringe Eigengewicht des Holzes – anders als in statischer – deshalb ungünstig aus. 20 Der Schallschutz dieser Decken lässt sich deshalb hauptsächlich durch Addition möglichst schwerer biegeweicher Vorsatzschalen erhöhen, welche die Decke wiederum in ein schwingendes Masse-FederSystem verwandeln. Diese sind vorzugsweise schwimmend zu verlegen, also beispielsweise als schwimmende Estriche oder als lose verlegte Steine bzw. lose Schüttungen. Ferner ist darauf zu achten, dass Stoßfugen sorgfältig geschlossen werden, da diese bei dieser stets elementierten Bauweise zu potenzieller Schallleitung führen. Schichtenweiser Aufbau wie beschrieben trägt hierzu ebenfalls bei. 21 Die Übersicht in  173 zeigt Luft- und Trittschallschutzwerte einiger möglicher Massivholzdeckenaufbauten. Gegenüber Vollplatten deutlich verringerte Schalldämmwerte ergeben sich bei Massivdecken mit Hohlräumen infolge ihrer ungleichmäßig verteilten Masse und ihrer im

Zeile

Vertikalschnitt

Konstruktionsdetails mm

1

120 2

Beschreibung a

≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) Brettstapeldecke, genagelt, oder Dübelholz

Rw Ln,w (CI) (C; Ctr) dB dB

56 62 (–3) (–2, –7)

≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) ≥ 40 Betonsteinbeschwerung (m‘ ≥ 100 MN/m3) 140 Brettstapeldecke, genagelt

3

& DIN 4109-33, Tab. 24, 25

45 (–1)

≥ 70

oder flachkant verlegtes Brettschichtholz ≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) ≥ 40 Schüttung (m‘ ≥ 60 MN/m3) Rieselschutz 140 Brettstapeldecke, genagelt

46 68 (–1) (–3, –10)

oder Brettschichtholz 4

≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) ≥ 80 Schüttung (m‘ ≥ 120 MN/m3) Rieselschutz 140 Brettstapeldecke, genagelt

47 70 (–1) (–4, –10)

oder Brettschichtholz a

Nähere Angaben zu den Konstruktionselementen in DIN 4109-33, Tab. 24, 25

173 Bewertete Schalldämmmaße Rw und bewertete Norm-Trittschallpegel Ln,w von Massivholzdecken mit Aufbauten, gemäß DIN 4109-33.

948

XIV Innere Hüllen

bewerteter Norm-Trittschallpegel L‘n,w L‘n,w = Ln,eq,0,w – Δ Lw + K äquivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel L‘n,eq,0,w Ln,eq,0,w = 164 – 35 · log

m‘ m0

für

100 ≤ m‘ ≤ 720 kg/m2

• für schwimmende Mörtelestriche 1) gilt: Δ Lw = 13 · log m‘Estrich – 14,2 · log s‘ + 20,8 60 ≤ m‘Estrich ≤ 160 kg/m2 6 ≤ s‘ ≤ 50 MN/m3 • für schwimmende Gussasphalt- oder Fertigteilestriche 2) gilt: Δ Lw = (– 0,21 · m‘Estrich – 5,45) · log s‘ + 0,46 · m‘ + 23,8 für Fertigteilestriche:

15 ≤ m‘Estrich ≤ 40 kg/m2 15 ≤ s‘ ≤ 40 MN/m3

für Gussasphaltestriche 3):

58 ≤ m‘Estrich ≤ 87 kg/m2 15 ≤ s‘ ≤ 50 MN/m3

• für Massivdecken ohne Unterdecken und m‘f,m ≤ m‘ gilt: K = 0,6 + 5,5 · log

m‘ m‘f,m

• für Massivdecken ohne Unterdecken und m‘f,m > m‘ gilt: K=0 • für Massivdecken mit Unterdecken und m‘f,m ≤ m‘ gilt 4): K = 0,6 + 5,5 · log Ln,eq,0,w Δ Lw K m‘ m‘0 m‘Estrich s‘ m‘f,m 1)

2)

174 Ermittlung des bewerteten Norm-Trittschallpegels L‘n,w von Massivdecken mit oder ohne Deckenauflagen und Unterdecken, nach DIN 4109-2. 25

3) 4)

m‘ m‘f,m

äquivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel der Rohdecke in dB bewertete Trittschallminderung durch eine Deckenauflage in dB Korrekturwert für die Trittschallübertragung über die flankierenden Bauteile in dB flächenbezogene Masse der Rohdecke nach  144 (ohne schwimmende Auflagen oder Unterdecken) in kg/m2 Bezugsgröße m‘0 = 1 kg/m2 flächenbezogene Masse des schwimmenden Estrichs nach DIN EN 1991-1-1 und DIN EN 1991-1-1/NA flächenbezogene dynamische Steifigkeit der Dämmschicht s‘tot in MN/m3 mittlere flächenbezogene Masse der nicht mit Vorsatzkonstruktionen bekleideten, massiven flankierenden Bauteile in kg/m2

Zement-, Calciumsulfat-, Calciumsulfatfließ-, Magnesia- und Kunstharzestriche auf Dämmschichten aus Trittschall-Dämmstoffen nach DIN 4108-10, Anwendungskurzzeichen DES. Die flächenbezogene Masse von mineralisch gebundenen Estrichen ist aus dem Rechenwert nach DIN EN 1991-1-1 und DIN EN 1991-1-1/NA mit einem Abzug von 10 % zu ermitteln. Bei Estrichen mit Leichtzuschlägen (z. B. Magnesiaestriche mit Holzzuschlägen, Steinholzestriche) muss die tatsächliche flächenbezogene Masse z. B. nach Angabe des Herstellers angesetzt werden. Auf Dämmschichten aus Trittschall-Dämmstoffen nach DIN 4108-10, Anwendungskurzzeichen DES. Gilt für einlagige Gussasphaltestriche. Anwendung nur für Unterdecken mit einer bewerteten Verbesserung der Luftschalldämmung Δ Rw ≥ 10 dB.

2 Horizontale Raumabtrennungen

Allgemeinen insgesamt geringeren Masse, die oftmals unter 350 kg/m2 liegt.26 Je größer die Hohlräume, desto ungünstiger der Schallschutz. Gemäß Norm geht ihre rechnerisch ermittelte, effektive (unter Abzug der Hohlräume berechnete) flächenbezogene Masse mit einem Abzug von 15 % in die Berechnung ein, die ansonsten – analog zu Massivplatten – nach den Verfahren in  170 stattfindet. Der erzielbare Trittschallschutz einer Massivdecke in Gebäuden in Massivbauart, ausgedrückt durch den bewerteten Norm-Trittschallpegel L‘n,w der Decke, bzw. der Kombination aus Decke und Deckenauflage oder biegeweicher Unterdecke, wird nach Norm gemäß der Berechnungsmethode in 2 174 ermittelt. Entscheidend für den Trittschallschutz der Gesamtdeckenkonstruktion ist im Hochbau die körperschalldämmende Wirkung eines Fußbodenaufbaus, ausgedrückt in der zugehörigen Trittschallminderung D  Lw. Für verschiedene Fußbodenaufbauten bzw. Deckenauflagen anzusetzende Werte sind an anderer Stelle angegeben. Die Trittschallminderung D  Lw wird bei der Ermittlung des Norm-Trittschallpegels L‘n,w vom äquivalenten bewerteten Norm-Trittschallpegel Ln,w,eq,R subtrahiert und mit einem Korrekturwert K in dB für die Trittschallübertragung über die flankierenden Bauteile belegt:

949

☞ Abschn. 6.4 , 2 232 weiter unten, S.979

Trittschalldämmung

5.2.2

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.2 Trittschalltechnisches Verhalten von Decken, S. 704; vgl. insbesondere die Tabelle in 2 36, S. 705 & DIN 4109-2, 4.3.2.1

& DIN 4109-32, 4.8.4.4

L‘n,w = Ln,w,eq,R – D Lw + K Neben der trittschalldämmenden Wirkung von schwimmenden Estrichen, wie sie weiter oben beschrieben wurde, die gleichzeitig auch eine Verbesserung der Luftschalldämmung der Gesamtdecke zur Folge hat, sind auch weichfedernde Bodenbeläge imstande, den Trittschallschutz einer Decke zu verbessern. Die erzielbare Trittschallminderung D Lw von verschiedenen weichfedernden Bodenbelägen ist an anderer Stelle wiedergegeben. Ähnliches wie für Betondecken gilt auch für Holz-Massivdecken. 22 Trittschallschutzwerte einiger exemplarischer Massiholzdeckenaufbauten finden sich in  173. Grundsätzliches zum Brandverhalten von einschaligen Massivdecken wird an anderer Stelle diskutiert. Mindestdicken von Stahlbeton- und Spannbetonplatten aus Normalbeton ohne Hohlräume mit linien- oder punktförmiger Lagerung bei Forderung einer Feuerwiderstandsdauer sind in Kapitel VI-5 wiedergegeben. Wesentlich für die Gewährleistung einer Feuerwiderstandsklasse bei Massivdecken sind auch insbesondere die Überdeckungsmaße der Bewehrung. Mindestdicken von Decken mit Hohlräumen sind für verschiedenen Feuerwiderstandsdauern in der Tabelle in 2 175 angegeben. Dabei wird unterschieden zwischen Decken ohne brennbare Bestandteile in den Zeilen 1 und solchen mit brennbaren Bestandteilen – also der Baustoffklasse B, beispielsweise bei Verwendung von Füllkörpern

☞ 2 43, 44 in Abschn. 3.6 Schallschutz, S. 887

☞ 2 42 in Abschn. 3.6 Schallschutz, S. 885

Brandschutz ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.2.2 Decken, S. 732, und 10.2.3 Fertigteildecken, S. 732 ff ☞ Band 1, Kap. VI-5,  54 bis 57, S. 754 ff ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.2 Bauteile aus Stahlbeton, S. 730 f & DIN 4102-4, 5.4

5.3

950

XIV Innere Hüllen

Konstruktionsmerkmale hunten

h

Feuerwiderstandsklasse-Benennung ²) Zeile

F 30-A

F 60-A

F 90-A

1

Hohlräume ohne brennbare Bestandteile

1.1 1.1.1

Mindestdicke hunten in mm von Platten mit statisch bestimmter Lagerung bei Hohlräumen mit

1.1.1.1

Rechteckquerschnitt

60

1.1.1.2

Kreis- oder Ovalquerschnitt

50

1.1.2

statisch bestimmter Lagerung – ohne Massivund Halbmassivstreifen ¹) – sowie bei Einfeldplatten mit Kragarm bei Hohlräumen mit

1.1.2.1

Rechteckquerschnitt

80

1.1.2.2

Kreis- oder Ovalquerschnitt

70

2

Hohlräume mit brennbaren Bestandteilen

2.1

Mindestdicke hunten in mm von Platten mit

2.1.1

statisch bestimmter Lagerung bei Hohlräumen mit

2.1.1.1

Rechteckquerschnitt

2.1.1.2

Kreis- oder Ovalquerschnitt

2.1.2

statisch unbestimmter Lagerung, unabhängig vom Hohlraumquerschnitt

3

F 120-A

F 180-A

120

150

80 70

80

80

100

Mindestdicke hunten von Hohlplatten mit Bekleidungen aus Holzwolle-Platten nach DIN 4102-4, 5.1.4 (6) auch ohne Putz bei einer

3.1

Dicke der Holzwolle-Platten ≥ 25 mm

3.2

Dicke der Holzwolle-Platten ≥ 50 mm

50

– 50

¹) Bei Hohlplatten mit Massiv- oder Halbmassivstreifen bis zu den Momentennullpunkten dürfen die Werte von Zeile 1.1.1 verwendet werden. ²) Bei Verwendung von Füllkörpern oder Holzwolle-Platten nach Zeile 3.2 jeweils aus brennbaren Baustoffen muss die Benennung jeweils F 30-AB, F 60-AB, F 90-AB, F 120-AB und F 180-AB lauten. 175 Mindestdicken von Stahlbeton- und Spannbetonplatten aus Normalbeton mit Hohlräumen bezogen auf den erzielbaren Brandschutz, gemäß DIN 4102-4.

aus Kunststoffen – in den Zeilen 2. Die brandschutztechnische Wirksamkeit von unterseitigen Bekleidungen aus Holzwolle-Platten ist den Zeilen 3 zu entnehmen. Nähere Angaben zu Feuerwiderstandsklassen von folgenden Deckenkonstruktionen finden sich in DIN 4102-4: & DIN 4102-4, 5.13

• Decken aus Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge nach DIN EN 206-1 und DIN 1054-2;

& DIN 4102-4, 5.5

• Decken aus Stahlbetonhohlplatten (Hohlkörperdecken); die vorgeschriebenen Mindestdicken sind in der Tabelle in 2 176 wiedergegeben;

2 Horizontale Raumabtrennungen

Zeile

951

Feuerwiderstandsklasse-Benennung ²)

Konstruktionsmerkmale

F 30-A

F 60-A

F 90-A

F 120-A

F 180-A

Mindestdicke h in mm unbekleideter Stahlbetonhohlplatten

1.1

unabhängig von der Anordnung eines Estrichs

80¹)

100

120

140

170

1.2

bei Anordnung eines nichtbrennbaren Estrichs oder eines Gussasphaltestrichs bei Anordnung eines schwimmenden Estrichs mit einer Dämmschicht nach DIN 4102-4, Abschnitt 5.5.2 (2)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

80¹)

1.3

h2 h

H

h

h

h2

1

Mindestdicke H in mm = h + Estrichdicke bei Estrichen nach Zeile 1.2

80¹)

100

120

140

170

3

Mindestestrichdicke h2 in mm bei nichtbrennbaren Estrichen oder Gussasphaltestrich

25

25

25

30

40

4

Mindestdicke h in mm nach den Zeilen 1 bis 1.3 bei Stahlbetonhohlplatten mit Putzen nach 5.1.4 (1) bis (5)

5

Mindestdicke h in mm unbekleideter Porenbetonplatten unabhängig von der Anordnung eines Estrichs bei Fugen

5.1

a)

b)

5.2

d)

e)

6

h

2

c)

Mindestdicke h in mm nach den Zeilen 1 bis 3 bei Stahlbetonhohlplatten mit Unterdecken

Mindestdicke h nach den Zeilen 1 bis 1.3, Abminderungen nach DIN 4102-4, Tabelle 5.1, sind möglich, h jedoch nicht kleiner als 80 mm

75

75

75

100

125

75

75

100

125

150

h ≥ 50 mm Konstruktion nach DIN 4102-4, 10.10

¹) Bei Betonfeuchtegehalten, angegeben als Massenanteil, > 4 % (siehe DIN 4102-4, Abschnitt 5.1.5) sowie bei Hohldielen mit sehr dichter Bewehrungsanordnung (Stababstände < 100 mm) muss die Dicke mindestens 100 mm betragen. ²) Bei Anordnung von Gussasphaltestrich und bei Verwendung von schwimmendem Estrich mit einer brennbaren Dämmschicht nach Zeile 1.3 muss die Bezeichnung jeweils F 30-AB, F 60-AB, F 90-AB, F 120-AB und F 180-AB lauten. 176 Mindestdicken von Stahlbetonhohlplatten und bewehrten Porenbetonplatten mit Brandschutzqualität, gemäß DIN 4102-4.

• Decken aus bewehrten Porenbetonplatten (2 176); • Stahlbeton- und Spannbetondecken aus Fertigteilen aus Normalbeton; neben den regulären Anforderungen an die Bewehrung, die vergleichbar mit denen an Ortbetondecken sind, müssen insbesondere die Fugen der Elementstöße entweder dicht vergossen oder durchgängig mit geeigneten Estrichen überdeckt werden; Näheres hierzu wird an anderer Stelle besprochen, weitere Regelungen finden sich in der Norm; • Ziegeldecken mit Zwischenbauteilen nach DIN 1045-100.

& DIN 4102-4, 6.2

& DIN 4102-4, 5.4.5

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.2.3 Fertigteildecken, S. 732 f & DIN 4102-4, 5.8

952

6.

XIV Innere Hüllen

Decken in Rippenbauweise ☞ Zum konstruktiven Prinzip von Rippendecken Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3. Der konstruktive Aufbau des raumabschließenden Flächenelements, S. 210 ff sowie ebd. Kap. IX-2, Abschn. 2.1.2 Flache Überdeckung aus Stabscharen, S. 280 ff.

☞ a Vgl. zum konstruktiven Aufbau von Rippensystemen Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5. Rippensysteme, S. 146 ff. ☞ b Band 2, Kap. IX-1, Abschn. 3.5 Das Aussteifen von Stabsystemen in ihrer Fläche, S. 214 ff

6.1

Aus Holz & DIN EN 1995-1-1 ☞ Band 2, Kap. X-2 Holzbau, S. 498 ff

6.1.1

Konstruktiver Aufbau

Die Aufgliederung des Plattenquerschnitts der oben besprochenen Fertigteil-Deckenkonstruktionen in Stege und durchgehende Decklagen nimmt in gewisser Weise den Schritt zu den Rippensystemen vorweg und stellt gleichsam eine Übergangsform zwischen Schalen- und Rippenbauteil dar. Die monolithische Verschmelzung und die daraus folgende statische Mitwirkung von Platte und Rippe bei derartigen Plattenbalkendecken lässt jedoch noch eine gewisse Verwandtschaft mit echten Platten erkennen. Bei reinen Rippensystemen erfolgt, in einem weiteren Differenzierungsschritt, eine klare konstruktive Trennung zwischen Rippe und flächenbildender Abdeckung. Dennoch lässt sich durch Wirkung geeigneter Verbindungen in Einzelfällen – wie bei Verbunddecken – eine statische Mitwirkung zwischen Rippe und Abdeckung wiederherstellen. Im Folgenden sollen Decken in Rippenbauweise diskutiert werden, klassifiziert nach Werkstoffen als erstem Ordnungskriterium. Holz- und Stahldecken sowie Verbunddecken aus beiden Werkstoffen stehen bei der Betrachtung im Vordergrund; auch einige Fertigteildecken aus Stahlbeton gehören in diese Kategorie. Das statische und konstruktive Grundprinzip von Rippendecken ist in Kapitel IX näher beschrieben (s. Hinweis oben). Zum konstruktiven Aufbau von Rippendecken finden sich in Kapitel VIII allgemeine Aussagen.a Die Scheibenbildung bei Rippendecken ist in allgemeingültiger, werkstoffübergreifender Form in Kapitel IX-1 beschrieben.b Decken aus Holz gehören zu den ältesten Deckenkonstruktionen und sind im Hochbau erst durch das Aufkommen der Massivplatte in Beton weitgehend verdrängt worden. Zu den herkömmlichen Rippendecken aus Holz zählen in erster Linie Holzbalkendecken. In vorgefertigter, elementierter Form treten sie heute als Holztafeldecken in Erscheinung. Bei neueren Beispielen von Holz-Beton-Verbunddecken wirkt eine Abdeckung aus Beton als Druckgurt der biegebeanspruchten Holzquerschnitte. Holzbalken- und Holztafeldecken werden heute vorwiegend im Wohnungsbau eingesetzt. Insbesondere vorgefertigte Holztafelbauweisen können bei den vorherrschenden hohen Lohnkosten im Fertighausbau den Vorteil der raschen Montage gegenüber konkurrierenden Bauarten ausspielen. Rippendecken in Holzbauweise sind aus baustatischer Sicht nahezu ausnahmslos gerichtete Tragwerke aus einer oder mehreren Stabscharen mit flächigem oberseitigen Abschluss. Die Rippen oder Balken stehen vorwiegend unter Biegebeanspruchung und sind in verschiedenen Lagen aus Trägern und Platten hierarchisch gestuft. Man spricht im herkömmlichen Holzbau von • Hauptträgern bzw. Unterzügen, welche die erste Trägerhierarchie darstellen,

2 Horizontale Raumabtrennungen

953

• und Neben- bzw. Deckenträgern, welche die zweite Trägerhierarchie bilden. Mit einer dritten Hierarchie wird die Decke zwecks der Gebrauchstauglichkeit oberseitig, manchmal zusätzlich unterseitig, flächig abgedeckt. Dies erfolgt entweder • durch eine Bekleidung, die nur die Aufgabe hat, lotrechte Lasten auf die Balken zu verteilen, oder • durch eine Beplankung, welche zusätzliche statische Aufgaben übernimmt, wie •• als Druck- bzw. Zuggurt der Rippe zu wirken (mitwirkende Beplankung) – dies gilt insbesondere für Holztafeln – •• und/oder das Rippengerüst zu einer Aufnahme von waagrechten Scheibenkräften in seiner Ebene zu ertüchtigen (aussteifende Beplankung) – dies gilt für aussteifende Beplankungen von Balkendecken wie auch für Holztafeln. Im Normalfall heutiger Baupraxis wird auf die zweite Trägerhierarchie der Deckenträger verzichtet, sodass auf den (Haupt-)Trägern nur noch die abschließende Bekleidung oder Beplankung zum Liegen kommt. Dies vereinfacht den Montagevorgang deutlich und ist wegen der verringerten Lohnkosten heute die allgemein übliche Lösung, wobei als flächenbildendes Element häufig Massivholzplatten zum Einsatz kommen, die zwischen Unterzügen in größeren Abständen (mehrere Meter) spannen.

177 Holzbalkendecke, herkömmliche Deckenkonstruktion in Rippenbauweise.

954

XIV Innere Hüllen

☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 3.1.3 Trägerrost zweiachsig gespannt, linear gelagert, S. 334 ff, sowie ebd. auch 3.1.4 Trägerrost zweiachsig gespannt, punktuell gelagert, S. 338 ff

Scheibenbildung 6.1.2

& DIN CEN/TR/DIN SPEC 68005, & DIN EN 1995-1-1, 9.2.3 ☞ Kap. XIII-5, Abschn. 2.2.1 Tragwerk > Scheibenbildung in Dachebene > Schubsteife Beplankungen, S. 572 f

6.1.3 Holzbalkendecke ☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.2 Flache Überdeckung aus Stabscharen, S. 280 ff

Grundkomponenten

Ungerichtete Rippendecken, also Decken aus Trägerrosten, sind im Holzbau sehr selten. Es wird auf die allgemeine Übersicht in Kapitel IX-2 verwiesen. Da die Beplankungen oder Bekleidungen heute vielfach aus Plattenmaterial hergestellt werden und aus verschiedenen Anforderungen – wie beispielsweise dem Brandschutz – bereits größere Dicken benötigen, werden sie im modernen Holzbau im Allgemeinen auch für eine eventuell nötige Scheibenbildung aktiviert, sodass Diagonalversteifungen bei Holzbalkendecken eher den Sonderfall darstellen. Plattenbeplankte Deckenscheiben weisen auch eine deutlich größere Steifigkeit auf als solche mit Diagonalverbänden aus Stahl.27 Die Norm beschreibt mögliche Ausbildungen von schubsteifen Rippenkonstruktionen mit aussteifender Beplankung, die im Grundsatz sowohl für Decken wie auch für Dächer und Wände anwendbar sind. Die konstruktiven Empfehlungen sind an anderer Stelle im Zusammenhang mit Dächern näher beschrieben. Eine Scheibenbildung durch Beplankung ist bei Holztafeldecken im konstruktiven System gleichsam bereits angelegt. Dies gilt insbesondere bei beidseitiger Beplankung der Tafelrippen, was bei Holztafeln die Regel darstellt. Holzbalkendecken sind klassische, einachsig gespannte flache Überdeckungen aus Stabscharen. Die kennzeichnenden Merkmale dieser Art von Tragwerk sind in Kapitel IX-2 beschrieben. Im Sinn des oben beschriebenen Aufbaus bestehen herkömmliche Holzbalkendecken aus: • Balken aus Konstruktionsvollholz (KVH), Balkenschichtholz (BASH), Brettschichtholz (BSH) sowie ggf. auch aus zusammengesetzten Querschnitten;a • Bekleidungen oder Beplankungen aus Brettschalungen, orthogonal oder diagonal ausgerichtet, sowie aus diversen Holzwerkstoffplatten;

☞ a Band 1, Kap. V-2, Abschn. 2. Vollhölzer, S.386ff, sowie ebd. Abschn. 4.2 Zusammengesetzte Schichtholzprodukte, S. 392ff ☞ a Band 1, Kap. V-2, Abschn. 3. Holzwerkstoffe, S. 390ff



Anschluss zwischen Haupt- und Nebenträger

• je nach Fall, auch Elemente zur Diagonalversteifung der Decke, dies sind axial auf Zug und/oder Druck beanspruchte Stäbe, aus Holz oder aus Stahl. Alternativ können diese Aufgabe auch die oben angesprochenen Plattenbeplankungen oder Diagonalverbretterungen übernehmen. Sie weisen im Allgemeinen eine wesentlich größere Steifigkeit als Verbände auf. Kennzeichnend für die herkömmliche Deckenkonstruktion aus Holzbalken ist das einfache Stapeln der verschiedenen Elementhierarchien. Die Anschlüsse entstehen durch einfaches Aufsetzen, bei schlanken Querschnitten ggf. mit

2 Horizontale Raumabtrennungen

955

zusätzlicher Sicherung gegen Kippen, und erlauben die Durchlaufwirkung des aufliegenden Trägers. Nachteilig wirkt sich bei diesem Konstruktionsprinzip bei mehr als einer Trägerlage die verhältnismäßig große Höhe des Deckenaufbaus aus. Ist eine höhengleiche Anordnung der Haupt- und Nebenbalken erforderlich, ist eine Durchlaufwirkung des gestoßenen Nebenträgers über den Querschnitt des querverlaufenden Hauptträgers hinweg im Holzbau kaum sinnvoll zu realisieren, sodass dann eine Lagerung als Einfeldträger zur Ausführung kommt. Beispiele für mögliche höhengleiche Anschlüsse zeigen 2 178 bis 181. Untergehängte Nebenträger sind ggf. für Dächer, selten jedoch für Decken sinnvoll, wo notwendigerweise ein oberseitiger flächiger Deckenabschluss zu schaffen ist, der dann zuoberst höhengleiche Balkenlagen voraussetzt. Obgleich eher bei Dächern als bei Decken anzutreffen, wird im Holzbau häufig von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, Balken unterseitig sprengwerkartig durch schräge Abstrebungen zu unterstützen. Dadurch lassen sich die Biegemomente deutlich mindern. Gegebenenfalls ist dadurch auch zur Kippsicherung ein seitliches Festhalten schlanker Hauptträger möglich (s. u.) (2 182). Auch Unterspannungen kommen infrage (2 182).

Abstrebungen

Haupt- und Deckenbalken aus Holz, die oftmals mit schlanken Querschnitten und schmaler Aufstandsfläche ausgeführt werden, sind gegen Kippen zu sichern (2 183). Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden:

Kippsicherung von Trägern

• Das seitliche Umkippen eines Balkens oder einer kompletten Balkenlage. Dies lässt sich verhindern durch die Ausbildung von vertikalen Verbänden orthogonal zur Trägerebene in den Balkenzwischenräumen oder mit Hilfe einer Deckenscheibe, die ihrerseits an Festpunkten angeschlossen ist. • Das Biegeknicken des Balkens oder der Balkenlage, bei dem der Obergurt des Biegebalkens unter übermäßigem Biegedruck seitlich ausweicht. Dieses Phänomen wird oftmals ebenfalls als Kippen bezeichnet. Es lässt sich durch Scheibenbildung wie oben oder durch andersartiges seitliches Festhalten der Obergurte verhindern, beispielsweise durch Pfetten bzw. Nebenträger. Da stets eine abschließende oberseitige Ebene vorhanden ist, lassen sich etwaige Abstützungen ohne größere Schwierigkeiten in der Konstruktion integrieren. Beim Mauerauflager einer Holzbalkendecke ist dafür Sorge zu tragen, dass eine freie Verdrehung des Balkens unter Biegebeanspruchung gestattet wird sowie dass der Balken zuverlässig gegen Baufeuchte geschützt ist. Beim modernen



☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.4 Element aus einachsig gespannten Rippen, S. 605 ff, insbesondere 2 197 bis 199, S. 617

☞ ebd. 2 210 und 211, S. 620

☞ Band 2, Kap. X-2, Abschn. 4.2 Hallenbau, S. 552, insb. 2 114 und 115, S. 555

Mauerauflager ☞ die Bemerkungen in Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.2 Flache Überdeckung aus Stabscharen > Erweiterbarkeit, S. 280 ff

956

XIV Innere Hüllen

B

z

178 Anschluss von Haupt- (➝ y) und Nebenträger (➝ x) mit Balkenschuh.

A-A

B x

z

WE

A

x

WE

179 Anschluss von Haupt- (➝  y) und Nebenträger (➝  x) mit eingeschlitztem Winkelseisen (WE). Die Stabdübel werden im Nebenträger im unteren Querschnittsbereich angeordnet, um Querzug und Ausreißen des Holzes zu vermeiden.

180 Anschluss von Haupt- (➝  y) und Nebenträger (➝  x) als stumpfer Hirnholzanschluss mit Dübeln besonderer Bauart (DBB). 181 Anschluss von Haupt- (➝  y) und Nebenträger (➝  x) mit Z-Profil (Z). Die Krafteinleitung erfolgt beim Hauptträger im oberen, beim Nebenträger im unteren Gurtbereich, um Querzug und ein Ausreißen des Holzes zu vermeiden.

z

B-B

A

y x

y

z

z

DBB

Z

x

x

Z

DBB

y

y x

x

1

T AS

NT

HT

2

182 Abstrebung AS von Nebenträgern NT zur Verringerung ihrer statischen Höhe: 1, 2 sprengwerkartige Abstrebung, ggf. zusätzlich Kippsicherung für schlanke Hauptträger HT. 3 Unterspannung US. 183 Kippsicherung von schlanken Trägern T mithilfe von Diagonalhölzern D (Kreuzgestake).

AS

NT

HT

3 z

US

NT

HT

x

D

2 Horizontale Raumabtrennungen

957

Mauerwerk schließt die Balkendecke stets an einem durchlaufenden Ringanker oder Ringbalken aus Stahlbeton an (Breite mind. 15 cm). Die Wandlasten sind unter Vermeidung von Querpressung des Holzes über diesen Ringanker/-balken sowie über die verbleibenden Mauerpfeiler zwischen den Balken abzutragen. In  184 ist eine mögliche Ausführung des Auflagers dargestellt. M 1:10 100 mm

0

10 8

☞  185

9 4

5 6

z

3 2 1

12 11 13 7

184 Anschluss einer Holzbalkendecke an eine Außenwand aus zweischaligem Mauerwerk.

x

☞  184

M 1:10 0

4

3

2

100 mm

1 185 Aufbau der Holzbalkendecke wie in  184, Querschnitt.

z

6 y

5

12

11

13

1 Bodenbelag 2 Zementestrich 3 Trittschalldämmung 4 Beplankung aus Holzwerkstoffplatte 5 Deckenbalken; Hohlraumfüllung mit Dämmstoff im Balkengefache 6 Gipskartonplatte 7 Abdichtungsstreifen, bzw. bei größeren Spannweiten zusätzlich Zentrierleiste 8 Ringbalken 9 Aussparung für Deckenbalken, Hohlraumfüllung mit Dämmstoff; Ausmauerung im Bereich zwischen den Balken 10 Mauerwerk 24 cm 11 Federbügel 12 Metallschiene 13 weichfedernde Zwischenlage

958

XIV Innere Hüllen

Holztafeldecke 6.1.4 & DIN EN 1995-1-1, 9.1.2

Holztafeldecken werden in Form streifenartiger Elemente aus Rippen und im Allgemeinen beidseitiger Beplankung im Werk vorgefertigt (2 186). Die Elemente haben transportfähige Maße, die in der Regel im Bereich von 1,25 bis 2,5 m Breite und um die 10 m Länge schwanken, wobei das Deckenelement über mindestens zwei Deckenfelder spannt (Großtafeln). Holztafeldecken werden im Regelfall zusammen mit Holztafelwänden in einer geschlossenen Tafelbauart verarbeitet.a Fertig am Markt erhältliche Deckensysteme werden manchmal auch mit Massivwänden kombiniert.

☞ a Kap. XIII-5, Abschn. 2.1.2 Holztafelwände, S. 566, sowie Band 2, Kap. X-2, Abschn. 3.5 Holztafelbau, S. 519 ff

Tragverhalten

Holztafeldecken sind vorwiegend auf Biegung beanspruchte Bauteile. Im Gegensatz zu Holzbalkendecken, bei denen eine Beplankung durch ihr statisches Mitwirken allenfalls eine Scheibenwirkung für Belastungen in der Bauteilebene hervorruft, wirken bei Holztafeldecken die Rippen und die Beplankung(en) auch für Kräfte rechtwinklig zur Bauteilebene zusammen, also für lotrechte Lasten. Die Rippe erhält durch die schubsteife Verbindung mit der Beplankung mitwirkende Gurte (mitwirkende Beplankungsbreite) (2 187). Die Beplankung übernimmt ferner die seitliche Kippaussteifung der Rippe gegen Biegeknicken. Diese lässt sich infolgedessen mit entsprechend schmalem Querschnitt ausführen.

Grundkomponenten

Eine Holztafeldecke setzt sich im Allgemeinen aus folgenden Grundkomponenten zusammen: • Rippen – im Allgemeinen aus Vollholz der Güteklasse II nach DIN EN 14081-1, auch aus Holz mit Keilzinkenverbindungen nach DIN EN 15497, Brettschichtholz nach DIN EN 14080, Furnierschichtholz (LVL) nach DIN EN 14279 und 14374; Breite zwischen 40 und 60 mm, Höhe zwischen 140 und 200 mm, in Einzelfällen auch bis 320 mm; • Beplankung – Holzwerkstoffe nach DIN EN 13986, insbesondere Flachpressplatten nach DIN EN 312-1 bis -7, Dicken bis 19 mm. Alternativ auch Baufurniersperrholz nach DIN EN 636-1 bis -3, Massivholzplatten nach DIN EN 12275, OSB-Platten nach DIN EN 300, oder Vergleichbares, sowie auch Bretterschalungen. Die Beplankung wird bei Deckentafeln zur Gewährleistung der nötigen Schubfestigkeit vorzugsweise mithilfe einer unnachgiebigen Verbindung auf der Rippe aufgeleimt. Zu

2 Horizontale Raumabtrennungen

959

diesem Zweck sind die Rippenhölzer zu hobeln. Möglich sind auch Nagel- oder Schraubenpressklebungen. Zum Zweck der Hohlraumdämpfung werden die Hohlräume von Deckentafeln im Allgemeinen mit Dämmstoffen geringer dynamischer Steifigkeit zumindest ausgekleidet, häufiger komplett ausgefüllt. Werden die Elemente für Dächer eingesetzt, werden zusätzliche Schichten wie Dampfund ggf. auch Windsperren eingebaut. Analog zu anderen Decken aus streifenförmigen Elementen muss man diese zur Herstellung einer Scheibe in geeigneter Weise untereinander verbinden. Es sind zwei Angriffsrichtungen der horizontalen Last zu berücksichtigen (2 194 bis 196):

Scheibenbildung

• Quer zur Spannrichtung der Rippen: Die Kontaktfugen an den Elementstößen übertragen den Druck; es baut sich ein Druckgewölbe im Deckengesamtbauteil auf. Am Randelement sind Zugkräfte von den Randrippen, die als Zuggurt wirken, aufzunehmen oder es sind zusätzliche Zuggurte einzubauen. Zugkräfte an den Stößen sind durch mechanische Verbindungsmittel an der Stoßfuge zu übertragen, die gleichzeitig für die andere Spannrichtung (s. u.) wirksam sind; • In Spannrichtung der Rippen: Es entsteht eine Schubbeanspruchung an den Elementstößen, die durch Verbindung der Randrippen mit mechanischen Verbindungsmitteln (Schubdübeln) aufgenommen wird. Scheibenförmige Decken aus Deckentafeln mit den dafür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind exemplarisch in 2 197 und 198 dargestellt. Unlängst haben sich verschiedene Ausführungen von Deckenelementen aus verleimten oder mechanisch miteinander verbundenen Holzteilen am Markt etabliert. a Sie haben Gemeinsamkeiten mit Massivholzdecken, wie beispielsweise ihren Aufbau aus Holzlamellen, sind jedoch, wie auch Holztafeldecken, durch rippenartige Ste­ge gekennzeichnet. Ebenfalls analog zu Holztafeln erfolgt eine statische Mitwirkung von Steg und Decklagen. Alternativ wer­den zur statischen Ausnutzung der kompletten Elementhöhe die Decklagen durch die Stege unterbrochen (2 190). Dank ihrer hohen Tragfähigkeit sind Spannweiten bis zu 15 m möglich. Die Elementlängen erreichen fast 20 m und erlauben infolgedessen eine Durchlaufwirkung über mehrere Felder. Bezüglich der Querverteilung von Lasten und der Scheibenwirkung der Decken gilt das Gleiche wie für Holztafeldecken (2 197 und 198). Beschwerungen durch Ausfüllen der Hohlräume mittels Steinen oder Schüttungen verbessern das bauakustische Verhalten. Oben offene, U-förmige Ausführungen erlau-

Decke aus Holzbauelementen

☞ a vgl. auch Band 1, Kap. V-2, Abschn. 4.4 Holzbauelemente, S. 396, sowie Band 2, Kap. 3.6.3 Holzbauelemente, S. 530 f

6.1.5

XIV Innere Hüllen

z

186 Exemplarische Aufbauten von ein- und zweiseitig beplankten Deckentafeln.

x

bef

bef

bc,ef/2

bc,ef/2 hf

1

hw

960

0,5bt,ef

187 Mitwirkende Beplankungsbreite bef bei Deckentafeln unter Last rechtwinklig zur Deckenebene sowie unter Druckbeanspruchung. Die ansetzbaren mitwirkenden Beplankungsbreiten von Tafelelementen sind unter Berücksichtigung der Schubverformung und des Ausbeulens in der DIN EN 1995-1-1, 9.1.2 angegeben. Es wird insgesamt die Tragfähigkeit eines jeweils C-förmigen (rechts) oder doppel-T-förmigen (Mitte) Querschnitts angesetzt. 1 Schnitt.

bf

z x

bw

bf

bw

2 Horizontale Raumabtrennungen

961

z

z

M 1:10

y 100 mm

0

x

x

188 Holzbauelemente für Decken in Kastenform, unten mit F90-Qualität (System Lignatur ®).

F0

F0

F 90

F 30

M 1:20

z

0

100

189 Holzbauelemente für Decken in Kastenform (System Lignatur  ®).

M 1:20

z 200 mm

x

190 Holzbauelemente für Decken als Flächenelemente, unten mit F-90-Qualität (System Lignatur­  ®).

0

100

200 mm

x

191 Holzbauelemente in Schalenform für oben diffusionsoffene Dächer (System Lignatur ®).

962

XIV Innere Hüllen

192 Montage eines Holzbauelements (Flächenelement) für eine Geschossdecke.

a 1250

180

13

45

16

b ES

M 1:20

z

z y

c

x

193 Verschiedene Ausführungsvarianten von Deckentafeln aus Kastenoder Flächenelementen: a Aufgetrennte Decke mit Zwischenplatten aus Massivholz; b aufgetrennte Decke mit Fußbodenaufbau, trocken oder nass; c Schallschutzdecke mit Beschwerung aus Schüttung oder Steinen in den Hohlräumen (Herst.: Lignatur ®).

FP

0

100

200 mm

x

194 Schnitt durch eine Holztafeldecke mit Anschlüssen an den Elementstößen. Kraftübertragung am Elementstoß ES: Druck durch Flächenpressung, Zug durch Bolzen, Querkraft durch Nägel; FP Furnierplatte.

2 Horizontale Raumabtrennungen

963

q 4

4

3

3

4

4

q

1

y

2 x

195 Scheibenbeanspruchung quer (links) und längs (rechts) zur Deckenspannrichtung bei einer elementierten Decke. 1 Druckbogen 2 Zugband 3 schubfeste Stoßfuge 4 umlaufender Ringanker

TÖ

B=

10 m

f

5m

1,2

F

L=

EA

DT

F = 4 kN/m: max f = 3 mm ➝ L/5800 F = 8 kN/m: max f = 12 mm ➝ L/1450 F = 12 kN/m: max f = 35 mm ➝ L/500

5 17,

m

196 Scheibenbeanspruchung in Deckenspannrichtung einer exempla­rischen Holztafeldecke wie in  167. Die große Steifigkeit der Deckenscheibe trotz ungünstiger Verhältnisse durch Treppenöffnung TÖ ist an den kleinen Verformungswerten f unter verschiedenen horizontalen Belastungen F abzulesen; EA Endauflager, DT Deckentafel.28

964

XIV Innere Hüllen

y

Nd

Zd

siehe Detail unten

Ay,d,1

Windsog q-e,y,d

Winddruck q+e,y,d

h

By,d,2

x

l

Winddruck q+e,x,d Windsog q-e,x,d

Ax,d

Bx,d

RB

OSB

N

KE

Schnitt yz y

197 Scheibenbildung einer Decke aus Kastenelementen durch Deckplatte aus OSB (Herst.: Lignatur ®). OSB Deckplatte 15 mm RB Randbalken N Nagelung Ø 4 mm, l = 50 mm KE Kastenelement Decke

Schnitt xz

x

Ax,d

Ay,d

2 Horizontale Raumabtrennungen

965

y

Nd By,d,7

By,d,1

x

2

3

4

5

6

7

siehe Detail unten

Zd

Ay,d,7

Windsog q-e,y,d

Ay,d,1

Winddruck q+e,y,d

h

1

l

Winddruck q+e,x,d Windsog q-e,x,d

Ax,d

S

Bx,d

FE

SD

RB Schnitt yz y

SD

x

Schnitt xz

SD

Ax,d

Ay,d,1

S

198 Scheibenbildung einer Decke aus Flächenelementen durch Schubdübel (Herst.: Lignatur ®). FE Flächenelement Decke RB Randbalken SD Schubdübel Ø 20 mm S Schraube Ø 8 mm

966

XIV Innere Hüllen

z

z

y

y x

x

z

z

M 1:10

0

100 mm

x

x

M 1:10

0

100 mm

199 Holzbauelement aus verklebten Holzlamellen (System Ligno­ trend ®) mit Stegen und geschlossener Decklage.

200 Holzbauelement aus verklebten Holzlamellen (System Ligno­ trend ®), mit Stegen, Decklage aus auf Abstand verleimter Brettlage. Untere Decklage aus einer Einschichtplatte.

201 Holzbauelement analog zu 2 203 (System Lignotrend ®), oberseitig mit Fußbodenaufbau ergänzt.

202 Decke aus Holzbauelementen im Bauzustand (System Lignotrend ®), oberseitig werden vor Ergänzung des Fußbodenaufbaus in den Hohlräumen zwischen den Holzlamellen Installationen verlegt.

Legende rechte Seite: 1 Wandelement 2 Holzblock-Deckenelement 3 Gipskarton- oder Gipsfaserplatte 4 Randbrett

5 Auflagerbrett 6 Fußbodenaufbau 7 Außenwandaufbau 8 BMF-Winkel mit Rippe 9 Randholz

10 Stahlprofil 11 Lagesicherung 12 Z-Profil mit Steife 13 BFU-Platte 14 SFS-Schrauben 15 BSH-Unterzug

2 Horizontale Raumabtrennungen

0

967

100 mm

0

M 1:10

100 mm

M 1:10

1 9 2

4 8 5 6

6 7

7

z

☞  199

☞  200

2

3

3

z

1

1

y

x

203 Holzbauelement. Auflagerung in Spannrichtung auf Wandelement gleicher Bauart (System Lignotrend  ®), Schnitt längs zur Spannrichtung.

2

204 Holzbauelement. Deckenanschluss an Wandelement gleicher Bauart (System Lignotrend ®), Schnitt quer zur Spannrichtung.

10

2

11

15

13 14

12

z x

15

z

15 M 1:10

0

100 mm

205 Holzbauelement. Einhängelagerung mit Hilfe von Stahlwinkeln in Spannrichtung auf massiver Wand (oben) und auf Unterzug aus BSH (unten) (System Lignotrend ®).

x

M 1:10

0

100 mm

206 Holzbauelement. Lagerung in Nuten auf Unterzug aus BSH (Sys­tem Lignotrend ®).

968

XIV Innere Hüllen

ben das Installieren der Hohlräume von oben während der Montage (wie in  202). Spezielle profilierte oder gelochte Ausführungen der unteren Decklage erhöhen die Schallabsorption und verbessern dadurch die Raumakustik. Durch geeignete Ausführung der Decklagen lässt sich ebenfalls ein Brandschutz gewährleisten (2 188, 190). 6.1.6

Holz-Beton-Verbunddecke ☞ Abschn. 5.1.4 Holz-Beton-Verbunddecke, S. 933 ff

Im Unterschied zu den an anderer Stelle bereits diskutierten Schalendecken in Holz-Beton-Verbundbauweise, besteht bei der Rippenvariante die Holzkonstruktion aus einer Trägerschar und einer dazwischen spannenden Abdeckung aus Holz, Holzwerkstoffen oder anderen geeigneten Materialien. Man spricht dabei auch – in Abgrenzung zur Plattenbauweise – von der Balkenbauweise. Es erfolgt – wie stets bei Rippensystemen – eine Differenzierung der Holzkonstruktion in zwei Komponenten: in das tragende Hauptbauteil, die Rippe oder den Balken, der in statischen Verbund mit der Betondruckplatte versetzt wird, und einer flächenbildenden sekundären Abdeckung, der im Wesentlichen die Funktion einer verlorenen Schalung für die Ortbetonergänzung zukommt. Der Schubverbund ist in diesem Fall zwischen der Betonschicht und den Balken oder Rippen mithilfe geeigneter Verbundmittel herzustellen. Eine Holz-Beton-Verbunddecke aus einem vorgefertigten Holzbauelement zeigen  207 bis 210.

2 Horizontale Raumabtrennungen

969

z y x

207 Holz-Beton-Verbunddecke aus geripptem Holzbauelement mit eingeklebten Schubverbindern (System Lignotrend ®).

3

4

5

z

1

6

☞  205

2

☞  206

1

208 Verlegen der Holz-Beton-Verbunddeckenelemente wie in  207 vor dem Betonieren.

z

2

3

6

4

M 1:10 0

x

209 Holz-Beton-Verbunddecke wie in  207, Querschnitt. 1 Beton C20/25 2 Bewehrung nach Statik 3 Stamisol-Folie

100 mm

y

4 5 6

MDF-Platte Mineralfaser HBV-Schubverbinder

210 Holz-Beton-Verbunddecke wie in  207, Längsschnitt.

970

6.2

XIV Innere Hüllen

Decken in Rippenbauweise aus Stahl ☞ Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.1 Bauen mit genormten Profile und gelenkigen Anschlüssen, S. 590 f, hier insb. Anmerkung 1 sowie Band 4, Kap. 1, Abschn. 6.2 Der Einfluss des Werkstoffs

6.2.1 Trapezblechdecke

☞ Kap. XIII-5, Abschn. 3.2.2 Ausführungsvarianten > Klemmrippenprofile (geneigte Dächer), S. 670 ff, sowie Abschn. 3.3.2 Ausführungsvarianten > Dächer aus Stahlträgern und Trapezblechen (flache Dächer), S. 682 ff

6.2.2 Stahl-Beton-Verbunddecke & DIN EN 1993-1-1; DIN EN 1994-1-1,

☞ a Band 2, Kap. X-3, Abschn. 3.3.1 Decken in Verbundbauweise, S. 500 ff ☞ Vgl.  44 auf S. 591 in Band 2, Kap. X-3, Abschn. Bauen mit genormten Profilen und gelenkigen Anschlüssen > Verbundbau.

Decken in Rippenbauweise besitzen im Stahlbau eine große Bedeutung, da sie dort praktisch die einzige sinnvolle Ausführungsart sind. Stahldecken in reiner Schalenbauweise, d. h. aus massiven Stahlplatten, sind im Hochbau wegen des hohen Eigengewichts – etwa dreimal so viel wie Beton – und wegen des verhältnismäßig ineffizienten baustatischen Verhaltens der Platte nicht existent. 29 Im Folgenden werden die wichtigsten Varianten von Rippendecken diskutiert. Diese Decken bestehen aus Stahlträgern und einer flächenbildenden Trapezblechlage, auf der der weitere Fußbodenaufbau geschichtet wird. Es ist zu beachten, dass, infolge der Leichtigkeit dieser Decken sowie ihres mangelnden Feuerwiderstands ohne Zusatzmaßnahmen, ihr Einsatz auf untergeordnete Nutzungen beschränkt bleibt, die mit keinen besonderen Anforderungen hinsichtlich Schall- und Brandschutz verknüpft sind. Herkömmliche Geschossdecken des Hochbaus lassen sich in dieser Bauart nicht ausführen. Diese Konstruktionsweise ist stattdessen für Dachkonstruktionen geeignet, sowohl flach als auch geneigt, bei denen Anforderungen des Schall- und Brandschutzes eine geringere Rolle spielen, und wird im entsprechenden Kapitel behandelt. Als Stahl-Beton-Verbunddecken werden solche verstanden, bei denen ein profiliertes Blech beim Verguss des Betons als verlorene Schalung dient und im Endzustand mit dem erhärteten Beton einen Verbundquerschnitt bildet ( 211). Dies bedeutet, dass geeignete Formgebung oder Verbundmittel den Schlupf und die Trennung der Einzelelemente Stahl und Beton begrenzen. Die Verbundwirkung wird durch die Profilblechgeometrie und/oder zusätzliche mechanische Verbundmittel erzeugt. Das Profilblech wirkt als Zugbewehrung der fertiggestellten Decke.a Stahl-Beton-Verbunddecken werden auf Stahlträgern gelagert, sodass insgesamt eine plattenbalkenartige Rippendecke entsteht. Zusätzlich zum Verbund zwischen Profilblech und Beton wird dabei mit geeigneten Verbundmitteln auch ein Verbund zwischen dem Stahlträger und dem Beton geschaffen. Dabei wirkt die Betonplatte als Druckgurt des Stahlträgers und entlastet ihn, sodass im Allgemeinen verhältnismäßig geringe Konstruktionshöhen erzielbar sind. Ferner sind auch Verbunddecken aus Fertigteilen herstellbar. Dabei wird der Verbund zum Stahlträger entweder durch Verguss von Verbundmittel und Bewehrung in der Stoßfuge hergestellt oder alternativ durch vergussfreies mechanisches Verbinden durch hochfeste Schrauben. Man spricht dabei von dübellosem Reibungsverbund. Verbunddecken sind parallel zur Rippung einachsig gespannte Deckenkonstruktionen. Sie halten die Stahlträger seitlich gegen Kippen bzw. Biegeknicken fest und können als aussteifende Scheiben wirken.

2 Horizontale Raumabtrennungen

6

971

7

5

4

3

211 Stahl-Beton-Verbunddecke. Schematische Darstellung eines typischen Aufbaus. Erforderlichenfalls kommt zusätzliche Bewehrung hinzu.

2

1 Stahlträger 2 Ortbetonschicht 3 Profilblech 4 Zulagebewehrung (optional) 5 Bewehrung als Verbundmittel, bzw. Schwindbewehrung 6 Kopfbolzendübel 7 Blechverformungsanker

1

z y x

600 ± 6 (594-606)

_ 6 (594-606) 600 +

M 1:10

Z links

75

75

100 mm

Z rechts

x · 600 n · 150

0

n · 150

L Deckenausgleichsprofil

a h

z

c x

a > 50 mm h = 53 mm c = variabel

212 (Links) Stahl-Beton-Verbunddecke. Oben typische Trapezblechbahn. Unten Schnittdarstellung einer Decken­ konstruktion mit Anordnung der Kopfbolzendübel und seitlichem Abschluss durch Deckenausgleichprofile (Detail unten). 213 (Oben) Alternatives Trapezblechprofil mit Obergurtsickung (System Holorib ®).

972

XIV Innere Hüllen

4

Vorblechlänge ≥ 20

30

214 Auflagerung des Trapezblechs auf dem Stahl­träger quer zur Spannrichtung, mit Blechverformungsanker. Schnitt quer zum Träger. 215 Auflagerung des Trapezblechs auf dem Stahlträger quer zur Spannrichtung, ohne Blechverformungsanker, mit Füllelement zum Schließen des Schalungsraums an der Trapezblechsicke. Schnitt quer zum Träger.

Setzbolzen

3

Mindestauflager ≥ 65

z

≥ 40

z

2 x

x

3 z

z

216 Auflagerung des Trapezblechs auf dem Stahl­träger quer zur Spannrichtung, Profilblech durchlaufend. Schnitt quer zum Träger.

z y

y

x

217 Auflagerung des Trapezblechs auf dem Stahl­träger quer zur Spannrichtung, Schnitt durch die Decke, parallel zum Träger.

218 Auflagerung des Trapezblechs auf dem Stahlträger längs zur Spannrichtung. Schnitt quer zum Träger.

219 Deckenrandausbildung mit Kantteil aus ver­zinktem Stahlblech, quer zur Spannrichtung; R Rückverankerung des Blechs während des Betonierens.

2

R

220 Deckenrandausbildung mit Randprofil aus verzinktem Stahl, längs zur Spannrichtung. 1 Trapezblech 2 Stahl- oder Stahlverbundträger 3 Setzbolzen 4 Profilfüller, Montageschaum, Mörtel oder Klebebänder in der Stoßsicke bzw. in den Sicken ohne Blechverformungsanker 5 Abkantblech

3

z x

2

5

z x

3

2 Horizontale Raumabtrennungen

973

221 Ausbildung einer Stahlflachdecke mit de-­ ckengleichem Unterzug. Auflagerung der Trapezbleche auf dem Untergurt des Trägers, links ohne, rechts mit Blechverformungsanker.

1

1 2

2

3

3

> 40 ≥ 40

> 65

≥ 65 z

z

Mindestauflagerbreite

Mindestauflagerbreite x

x

222 Stahlflachdecke wie in  221, jedoch mit Un­tergurtverbreiterung durch angeschweißte Flachstähle. 1 Befestigung der Holoribbleche, z. B. mit Rundstäben 2 ohne Blechverformungsanker 3 mit Blechverformungsanker 4 Setzbolzen oder Schrauben

223 Mechanischer Verbund zwischen Profilblech und Beton infolge Prägung der Blechoberfläche. z

z y

y

x

x

224 Reibschlüssiger Verbund zwischen Profilblech und Beton. Zusätzlich Formschluss infolge hinterschnittener Profilgeometrie.

225 Endverankerung des Profilblechs mit durchgeschweißten Kopfbolzendübeln. z

z y

y

x

x

226 Endverankerung des Profilblechs mit Blechverformungsankern.

974

XIV Innere Hüllen

Grundkomponenten

Es kommen Bleche aus Baustahl nach EN 10025, kaltverformte Bleche nach EN 10149-2 oder -3 sowie Profilbleche aus bandverzinktem Stahlblech nach EN 10147 zum Einsatz (2 212). Blechdicken t = 0,7; 088; 1,0 und 1,25 mm. Alternativ beschichtete Ausführung: für Innenanwendung Sichtseite Farbanstrich und Rückseitenschutzlack. Für Innen- und Außenanwendung zusätzlich Sichtseite Polyesterbeschichtung. Über einen Träger durchlaufende Bleche können gelocht werden, das Dübelraster ist entsprechend anzupassen (150 mm). Eine Obergurtnoppung des Blechs verbessert den Flächenverbund zwischen Blech und Beton deutlich. Oft ist dann keine zusätzliche mechanische Endverankerung nötig. Als Verbundmittel kommen im Hochbau heute vorwiegend Kopfbolzendübel zur Anwendung. Diese werden im Allgemeinen bereits werkseitig mittels Pressschweißverfahren auf den Obergurt des Stahlträgers aufgeschweißt. Sie sind stets in den Tiefpunkten der Blechsickung angeordnet, entweder mittig oder ansonsten wechselseitig außermittig. Es sind abhängig von der Gurtbreite auch Doppel- oder Mehrfachreihen möglich.

☞ Band 1, Kap. V-3, Abschn. 3.3.3 Verbunddeckenprofile, S. 418 f

& nach DIN EN ISO 13918 ☞ Kap. XII-8, Abschn. 2.9 Bolzenschweißverfahren, S. 328 f

Verbundwirkung Profilblech-Beton & DIN EN 1994-1-1, 9.1.2.1

Die planmäßige Verbundwirkung zwischen Profilblech und Beton ist nach der Norm durch eine oder mehrere der nachfolgenden Maßnahmen sicherzustellen: • Mechanischer Verbund infolge von planmäßig in das Blech eingeprägten Deformationen (Sicken und Noppen). Dadurch entsteht ein Formschluss (2 223). • Reibschlüssiger Verbund bei Blechen mit hinterschnittener Profilblechgeometrie (2 224). Dadurch wird sowohl ein Abheben des Betons verhindert wie auch gleichzeitig die Reibung zwischen Beton und Profilblech erhöht. Ferner erlaubt diese schwalbenschwanzförmige Blechprofilierung eine unterseitige formschlüssige Verankerung von abgehängten Ausbauteilen wie Installationen oder Unterdecken. • Endverankerung mittels aufgeschweißter Kopfbolzendübel oder anderer örtlicher Verankerungen, jedoch nur in Kombination mit einer der oberen beiden Maßnahmen (2 225, 226).



• Endverankerung mit Blechverformungsankern am Blechende, jedoch nur in Kombination mit hinterschnittener Profilblechgeometrie wie oben angesprochen (2 226, 227). Derartige Anker werden durch Hammerschlag auf dem Blechende geschaffen. Sie verhindern gleichzeitig das Auslaufen des Frischbetons an der offenen Sicke. Im Aufbeton ist eine Längs- und Querbewehrung anzuordnen.

2 Horizontale Raumabtrennungen

975

Endverdübelung

D Z

Bogen 227 Wirkungsweise von Endverankerungen mit Hilfe von Dübeln oder Blechverformungsankern als Bogen-Zugband-Modell. In der Betonplatte baut sich ein Druckbogen auf, die Horizontalkräfte am Rand werden über das Profilblech als Zugband aufgenommen.  30

Verbundblech = Zugband

Querkraft Querkraft

Druck

Längskraft im Betongurt Druck

Zug

Druck

Moment Moment

Dübel Dübel 228 Dübelanordnung auf einem Verbundträger in Abhängigkeit der Momente und Querkräfte bei einem Einfeldträger.

229 Dübelanordnung auf einem Verbundträger in Abhängigkeit der Momente und Querkräfte bei einem Zweifeldträger.

Zusätzlich ist ein Abheben der Betonplatte zu verhindern. Wird diese Aufgabe vom Verbundmittel übernommen, muss dieses die ausreichende Zugtragfähigkeit in senkrechter Richtung aufweisen. Kopfbolzendübel verhindern ein Abheben durch ihre Formgebung, die einen Formschluss mit dem Beton schafft.

976



6.3

XIV Innere Hüllen

Verbundwirkung Stahlträger-Beton

Die Verbundmittel und die Querbewehrung müssen in Trägerlängsrichtung so angeordnet werden, dass die Längsschubkräfte in der Verbundfuge zwischen Stahlträger und Betongurt übertragen werden können (2 228, 229). Der natürliche Haftverbund zwischen Beton und Stahl wird dabei außer Acht gelassen. Die Anzahl und Anordnung der Verbundmittel wird an die Verteilung der Längsschubkräfte angepasst (2 228, 229). Die Dübel werden auf Abscheren und ggf. Biegung, der Beton auf Lochleibung beansprucht. Es wirkt ein mittragender Streifen des Betons als Druckgurt.

Decken in Rippenbauweise aus Stahlbeton

Als Deckenplatten mit Stegen, auch als Plattenbalkendecken bezeichnet, im Sinne der Norm werden solche schlaff bewehrten oder vorgespannten Fertigteildecken verstanden, die aus einer durchgehenden Platte bestehen, die durch einen oder mehrere Stege ausgesteift ist. Decken mit Stegen sind zwar bereits zu den Rippensystemen zu zählen, weisen indessen noch gewisse Merkmale von einschaligen Decken auf, wie beispielsweise das insgesamt monolithische Gefüge, da Rippe und Abdeckung stofflich zusammenhängen. Es gelten sinngemäß im Wesentlichen die Aussagen zu den Fertigteildecken aus Normalbeton wie in Kapitel X-4 getroffen.a Fugen an Längsstößen müssen eine Querverteilung der Last erlauben. Zu diesem Zweck sind die anstoßenden Elemente analog zu ebenen Fertigteildecken mit verschiedenen Maßnahmen vertikal schubfest zu verbinden.b Dies erfolgt beispielsweise durch Verguss im genuteten Fugenraum. Sind Zugkräfte in der Fuge aufzunehmen, lässt sich im breiteren Nutbereich des Fugenraums ein Bewehrungsstab anordnen (analog zu 2 137). Es sind verschiedene Bauteilquerschnitte gebräuchlich; einige sind in 2 230 dargestellt. Eine bedeutende Rolle spielt die Kippsicherheit der Elementquerschnitte während der Montage. Beispiele 2 bis 7 sind durch doppelte oder flächige Lagerung von sich aus standfest. Auch T-förmige Plattenbalken wie das Beispiel 1 werden oftmals mit Voutungen an den Enden gefertigt, sodass die Kippsicherheit ebenfalls garantiert ist. Im Allgemeinen werden die Deckenelemente gelenkig, also frei drehbar gelagert. Es sind aber auch Maßnahmen durchführbar, um eine vollständige oder teilweise Durchlaufwirkung zu schaffen. Wie bei anderen Fertigteilen auch, ist ebenfalls eine Scheibenwirkung erzielbar. Dies kann entweder durch geeignete Fugenausbildung erfolgen oder alternativ durch eine bewehrte Ortbetonergänzung, der dann die Scheibenfunktion vollständig zugewiesen werden kann. Plattenbalkendecken werden heute im Hochbau praktisch nur im Industriebau eingesetzt. Sie haben wesentlich an baupraktischer Bedeutung zugunsten der heute weit verbreiteten Flachdecken verloren. Deren flache Untersicht ohne Rippen erlaubt eine völlig freie Führung von Leitungen unter der Decke. Die verglichen mit der Rippendecke wesentlich geringeren Bauhöhen der Flachdecke haben heute den

& DIN EN 13224

☞ a Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6. Allgemeine Grundsätze für Konstruktion und Gestaltung von Fertigteilen, S. 644 ff ☞ b Abschn. 5.1.2 Vorgefertigte oder halbvorgefertigte Deckensysteme aus Stahlbeton, S. 910 ff, insbesondere 2 98 bis 100, S. 911

2 Horizontale Raumabtrennungen

977

1

2

3

4

6

5

z x

7

230 Verschiedene Ausführungsvarianten von Deckenplatten aus Normalbeton mit Stegen, bzw. Plattenbalkendecken, gemäß DIN EN 13224.

Vorzug der Plattenbalkendecke, nämlich den verhältnismäßig geringen Bewehrungsgrad, im Hochbau weitgehend wettgemacht.

978

XIV Innere Hüllen

6.4 Schallschutz ☞ Band 1, Kap. VI-4 , Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > zweischalige Bauteile, S. 689 ff sowie Band 2, Kap. VIII, Abschn. 5.2 Einachsig und mehrachsig gespannte Rippensysteme, S. 146 ff & DIN 4109-1, -2, -5; & DIN 4109-31 bis -34 & DIN EN 12354-5

Allgemeine Gesichtspunkte zum Schallschutz von Rippenbauteilen – sofern sie aus Sicht des Schallschutzes als zweischalige Bauteile gelten – finden sich in den Kapiteln VI-4 und VIII. Decken in Rippenbauweise, wie sie in diesem Abschnitt im Mittelpunkt der Betrachtung stehen, können aus bauakustischer Sicht auf zweierlei Art wirken: • Als einschaliges System: Es handelt sich dann um eine Rippenkonstruktion aus durchgängiger, flächenbildender Schale und tragenden Rippen, die sich in getrennter Ebene befinden: Der Schallschutz wird durch das raumabschließende, durchgängige Flächenbauteil gewährleistet, und zwar hauptsächlich durch dessen flächenbezogene Masse. Die Rippen entfalten hingegen keine nennenswerte bauakustische Wirkung. Zu dieser Kategorie gehören beispielsweise Träger- oder Balkendecken ohne Fußbodenaufbau und ohne Unterdecke (2 231). Hinsichtlich ihres bauakustischen Verhaltens unterscheidet sich diese Art von Decken nicht wesentlich von Decken in Schalenbauweise mit gleicher flächenbezogener Masse. Müssen diese Decken Schallschutzanforderungen erfüllen, ist die Deckenschale infolgedessen in Massivbauart auszubilden. • Als zwei- oder mehrschaliges System: Obengenannte Decken werden in bauakustischer Hinsicht bereits dann zu einem zwei- oder mehrschaligen System, wenn die flächenbildende Schale mit einer oder mehreren akustisch wirksamen addierten Schalen ergänzt wird, beispielsweise mit einem schwimmenden Estrich (2 233) und/ oder mit einer federnd abgehängten Unterdecke (2 234). Bereits in ihrem Grundaufbau (konstruktiv) zweischalig angelegte Decken, wie beispielsweise Holztafeldecken, gelten u. U. dennoch als (bauakustisch) einschalig, wenn die Verbindung zwischen Rippen und beidseitiger Beplankung – wie aus statischer Sicht notwendig – steif und die Beplankung verhältnismäßig dünn ist. Nachteilig können sich darüber hinaus auch Resonanzeffekte zwischen den Schalen auswirken, insbesondere dann, wenn die Abstände zwischen den Rippen größer sind (2 232). Maßgeblich für den Schallschutz der akustisch mehrschaligen Konstruktion sind eine weichfedernde Verbindung der Schalen, die Hohlraumdämpfung, die flächenbezogene Masse und die Steifigkeit der schwingenden Schalen sowie deren Resonanzverhalten. Die akustische Wirkung als mehrschaliges Masse-FederSystem hat insbesondere für leichte Deckenkonstruktionen wie z. B. Holzdecken eine große Bedeutung. Eine maßgebliche und manchmal schwer zu erfassende Rolle spielt dabei stets die Schallübertragung über flankierende Bauteile, im vorliegenden Fall also über anschließende Wände.

2 Horizontale Raumabtrennungen

979

231 Eine Rippendecke aus einer Deckenplatte DP und Rippen R wirkt bauakustisch im Wesentlichen wie eine einschalige Konstruktion. Die Rippen zeigen keine akustische Wirkung.

DP 1

DP

232 Eine (konstruktiv) zweischalige Rippendecke aus einer oberen Deckenplatte DP 1 und einer unteren DP 2 wirkt bauakustisch schlechter als eine Vollplatte gleichen Flächengewichts. Je größer die Abstände zwischen den Rippen R, desto störender können sich Resonanzeffekte zwischen den Schalen auswirken.

R z

R

DP 2

z x

x

DP

TD

DP

SE

TD

SE

233 Eine Rippendecke mit schwimmend gelagerter Deckenauflage, beispielsweise einem schwimmenden Estrich SE auf Trittschalldämmschicht TD, wirkt akustisch bereits als zweischaliges Masse-FederSystem.

R z

UD

z x

HD

234 Eine weitere Verbesserung des Schallschutzes bewirkt eine federnd abgehängte Unterdecke UD mit Hohlraumdämpfung HD aus Dämmstoff geringer dynamischer Steifigkeit im Deckenhohlraum HR. Wesentlich ist die Entkopplung von Unterdecke und Rippe an der Aufhängung.

R

HR

x

62 60

b

bewertetes Schalldämmmaß R’w (in dB)

58 56

a 54 52 50 48 46 44

73

71

69

67

65

63

61

59

57

55

53

51

49

47

45

43

bewerteter Norm-Trittschallpegel L’n.w (in dB) 235 Beziehung zwischen dem bewerteten Schalldämmmaß R‘w und bewertetem Norm-Trittschallpegel L‘n.w bei Holzbalkendecken. 31 a bei flankierenden Wänden in Massivbauweise, mindestens 350 kg/m2 schwer b bei flankierenden Wänden in Holzbauweise

980

6.4.1

XIV Innere Hüllen

Holzbalken- und Holztafeldecken

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.5 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Unterdecken, S. 706 f, insbesondere 2 45 ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > einschalige Bauteile, S. 689

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > Längsleitung, S. 695 ff, insbesondere 2 24 und 25 ☞ ebd. 2 23 auf S. 696 ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > Längsleitung, S. 695 ff

Holzbalken- und Holztafeldecken sind leichte Konstruktionen, die einen ausreichenden Schallschutz am günstigsten durch akustisch mehrschalige Wirkung als Masse-FederSystem im Zusammenwirken mit Deckenauflagen und Unterdecken erreichen können. Die verbessernde Wirkung von Deckenauflagen, ausgedrückt durch das bewertete Trittschall-Verbesserungsmaß DLw, zeigt die Tabelle in 2 236. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Verbesserung bei Holzdecken wesentlich kleiner ausfällt als bei Massivdecken. 32 Unterdecken sind schalltechnisch von der Decke zu entkoppeln. Die frequenzabhängige Wirkung der konstruktiven Ausbildung der Abhängung ist an anderer Stelle dargestellt. Zusätzlich zur – eher mäßigen – Verbesserung des Trittschallschutzes durch herkömmliche Deckenauflagen, lässt sich durch Beschwerung mit Schüttungen oder Steinen auch eine Materialdämpfung aktivieren, die den Schallschutz darüber hinaus deutlich erhöht. Wichtig ist, dass diese eine geringe Steifigkeit aufweist, was bei Stein- oder Plattenbeschwerungen durch die gelenkigen Stoßfugen gewährleistet ist. Bei Holzbalkendecken besteht zwischen dem Luftschallschutz, ausgedrückt durch das bewertete Schalldämmmaß R‘w, und dem Trittschallschutz, ausgedrückt durch den bewerteten Norm-Trittschallpegel L‘n.w, eine Beziehung wie in 2 235 dargestellt, wobei der Effekt eines Bodenbelags nicht berücksichtigt ist.33 Aus dem Diagramm wird die Auswirkung der flankierenden Bauteile ersichtlich. Da Holzdecken in akustischer Hinsicht stets als biegeweiche Bauteile gelten, sind die Anschlüsse an flankierende Wände immer (bauakustisch) gelenkig. Folglich ist nur der Schallnebenweg Ff nach DIN 52217, d. h. der Weg über das flankierende Bauteil selbst, maßgeblich. Zu unterscheiden sind massive flankierende Wände von solchen in Leichtbauweise, was im Holzrippen- und Holztafelbau den Normalfall darstellt. Maßnahmen zur Verbesserung der Schall-Längsdämmung über massive und leichte flankierende Wände finden sich in Kapitel VI-4.

ΔLw in dB

Fußbodenaufbau Trockenestriche aus Gipskarton- oder Holzspanplatten aus Hartschaumplatten Holzspanplatten auf 30/25 mm Mineralfaserplatten

4–6 9

Holzspanplatten auf Leisten, m. Mineralfaserplatten und 30 mm Sand 22 Holzspanplatten auf 30/25 mm Mineralfaserplatten und Beschwerungsplatten

236 Bewertete Trittschall-Verbesserungsmaße D Lw von Deckenauflagen auf Holzbalkendecken. 34

50 kg/m2 100 kg/m2 150 kg/m2

schwimmender Zementestrich auf 30/25 mm Mineralfaserplatten

20 30 35 16

2 Horizontale Raumabtrennungen

Zeile

Vertikalschnitt

Konstruktionsdetails mm

1

Beschreibung a

≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) ≥ 40 Betonsteinbeschwerung (m‘ ≤ 100 kg/m2)

2

22 220 ≥ 50 ≥ 40

981

Ln,w Rw (CI) (C; Ctr) dB dB

Zeile

3

4

5

Holzwerkstoffplatte HW Balken Estrich Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh)

22 220 100 24 12,5 ≥ 50 ≥ 40

Holzwerkstoffplatte HW Balken oder Stegträger Hohlraumdämpfung Lattung Gipsplatte GK Estrich Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh)

≥ 40 Plattenbeschwerung (m‘ ≥ 50 kg/m2) 22 Holzwerkstoffplatte HW 220 Balken oder Stegträger 100 Hohlraumdämpfung 24 Lattung 12,5 Gipsplatte GK ≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh) 22 220 100 27 12,5

Holzwerkstoffplatte HW Balken oder Stegträger Hohlraumdämpfung Federschiene Gipsplatte GK

≥ 40 Betonsteinbeschwerung (m‘ ≥ 100 kg/m2) 22 Holzwerkstoffplatte HW 220 Balken oder Stegträger 100 Hohlraumdämpfung 27 Federschiene 12,5 Gipsplatte GK ≥ 22 Trockenestrichelement ≥ 25 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 15 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sm)

7

50 ≥ 67 ≥ 30 Schüttung (m‘ ≤ 45 kg/m2) (–2) (–2, –6) Rieselschutz

54 63 (2) (–5, –11)

30 (0)

≥ 70

56 63 (0) (–4, –11) Holzwerkstoffplatte HW Balken oder Stegträger Hohlraumdämpfung Federschiene Gipsplatte GK Trockenestrich elementierte Beschwerung (m‘ ≥ 40 kg/m2) ≥ 20 Mineralwolledämmplatte 48 66 (s‘ ≤ 30 MN/m3; Anwen(2) (–4, –11) dungsgebiet DES-sm)

8

22 220 100 27 12,5 ≥ 22

Holzwerkstoffplatte HW Balken oder Stegträger Hohlraumdämpfung Federschiene Gipsplatte GK zementgebundene Spanplatte oder Gipsfaserplatte GF ≥ 20 Holzfaserdämmplatte WF (s‘ ≤ 30 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sg)

9

≥ 30 Schüttung (m‘ ≥ 45 kg/m2) Rieselschutz 22 Holzwerkstoffplatte HW 220 Balken oder Stegträger 100 Hohlraumdämpfung 27 Federschiene 12,5 Gipsplatte GK

70 (–3, –9)

a

Rw Ln,w (CI) (C; Ctr) dB dB

22 220 100 27 12,5 ≥ 20 ≥ 40

48 65 (3) (–5, –13)

46 (0)

Beschreibung a

≥ 50 Estrich ≥ 40 Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh)

≥ 70

Holzwerkstoffplatte HW Balken Estrich Mineralwolledämmplatte (s‘ ≤ 6 MN/m3; Anwendungsgebiet DES-sh)

22 220 ≥ 50 ≥ 40

Konstruktionsdetails mm

6

47 (–3)

Vertikalschnitt

45 67 (1) (–4, –10)

Nähere Angaben zu den Konstruktionselementen in DIN 4109-33, Tab. 15–23

237 Varianten herkömmlicher Holzbalkendeckenaufbauten mit bewerteten Schalldämmmaßen Rw,R und bewerteten Norm-Trittschallpegeln Ln.w gemäß DIN 4109-33, Tab. 15 bis 23.

Die Übersicht in 2 237 zeigt verschiedene herkömmliche Ausführungsvarianten von leichten Holzbalkendecken mit den zugehörigen Luft- und Trittschalldämmmaßen bei Direktübertragung durch das Bauteil nach DIN 4109.

& DIN 4109-33, Tab. 36

982

XIV Innere Hüllen

Zeile

Konstruktionsdetails

Bekleidung a

Dn,f,w dB

1

1 2 3

Gipsplatte GK

52

3 2

4

Spanplatte SP

48

1

1 2 3

flankierende Decke Lattung (durchlaufend) Bekleidung aus biegeweicher Schale Trennwand, parallel oder senkrecht zur Balkenlage Trennfuge (Schlitz)

Gipsplatte GK

54

flankierende Decke Lattung (durchlaufend) Bekleidung aus biegeweicher Schale an Federschienen Trennwand, parallel oder senkrecht zur Balkenlage Federschiene

Spanplatte SP

51

Spanplatte SP

59

Vertikalschnitt

1

2 4

4 2

3

3 5 4

5

4 2

4

1

1 2 3

3

4

6 4

4 2

5

1 3 6 5 4

4

4

6 7

6 1 2 3

flankierende Decke Lattung (durchlaufend) Bekleidung aus biegeweicher Schale Trennwand, parallel oder senkrecht zur Balkenlage

5 6

flankierende Decke Lattung (durchlaufend) Bekleidung aus biegeweicher Schale an Federschienen Trennwand, parallel oder senkrecht zur Balkenlage Trennfuge (Schlitz) Federschiene

3 7

Bekleidung Mineralwolle MW

4

2 x Gipsfaserplatte GF

60

3 3

7

3 3

8

a

3

Bekleidung über Lattung an Decke befestigt

2 x Gipsfaserplatte GF

61

3

Bekleidung über Federbügel an Decke befestigt

2 x Gipsfaserplatte GF

67

nähere Produktspezifikationen in DIN 4109-33, Tab. 1

238 Bewertete Norm-Flankenschallpegeldifferenz Dn,f,w von Holzbalkendecken mit Unterdecken bei horizontaler Schallübertragung über einen Trennwandanschluss, gemäß DIN 4109-33.

& DIN 4109-33, Tab. 15-23

& DIN 4109-2, Tab. 3 und 4

Angaben zur bewerteten Flankenschallpegeldifferenz von Holzbalkendecken mit Unterdecken bei horizontaler Schallübertragung über einen Trennwandanschluss zeigt  238. Korrektursummanden zur Erfassung der vertikalen Flankenübertragung bei Trittschallanregung von Holzbalkendecken in Abhängigkeit der Ausbildung der Decken, des Estrichs sowie der flankierenden Wände finden sich in der Norm.

2 Horizontale Raumabtrennungen

983

Konstruktionen aus Stahlträgern und Trapezblechen ohne Aufbeton sind wegen ihrer Einschaligkeit und ihrer außerordentlich geringen flächenbezogenen Masse aus Sicht eines Mindestschallschutzes als begehbare Decken ungeeignet. Einen guten Schallschutz bieten nur StahlBeton-Verbunddecken dank der bauakustischen Wirkung der massiven Deckenplatte. Sofern die Inhomogenitäten aufgrund der Blechprofilierung nicht zu groß sind, lässt sich der Schallschutz der Decke infolge der flächenbezogenen Masse anhand des Diagramms im Kapitel VI-4 überschlägig ermitteln. Das bewertete Schalldämmmaß der Decke mit Deckenauflage und ggf. Unterdecke ist der Tabelle in 2 170 zu entnehmen.

Trägerdecken aus Stahl

Auch bei Decken in Rippenbauweise aus Stahlbeton ist der erzielbare Schallschutz von der flächenbezogenen Masse der Deckenplatte abhängig. Es gilt sinngemäß das Gleiche wie für Trägerdecken in Stahl.

Trägerdecken in Massivbauweise

6.4.3

Allgemeine Aussagen zum Brandschutz von Decken finden sich im Kapitel VI-5. Es wird eine Beanspruchung von unten oder von oben vorausgesetzt.

Brandschutz

6.5

Grundsätze der normgerechten Ausführung von Holzbalken- und Holztafeldecken mit Brandschutzklassifikation sind in Kapitel  VI beschrieben. Darüber hinaus sind weitere konstruktive Gesichtspunkte zu berücksichtigen, die im Folgenden in Grundzügen angesprochen werden. Wegen der bezüglich des Brandschutzes abweichenden Verhältnisse ist eine Unterscheidung zwischen Holzbalkenund Holztafeldecken zu treffen:

Holzbalken- und Holztafeldecken

Balken von Holzbalkendecken können – anders als Rippen von Holztafeldecken – im Brandfall dem Feuer von unten unmittelbar ausgesetzt sein, wenn sie nach unten exponiert sind bzw. keinen ausreichenden Brandschutz von unten haben. Es wird in der Norm unterschieden zwischen vollständig freiliegenden – also dreiseitig beflammten –, teilweise freiliegenden und verdeckten Balken. Decken mit freiliegenden Balken müssen nach Norm festgelegte Anforderungen erfüllen an

Holzbalkendecken

☞ Band 1, Kap. VI-4, 2 13, S. 691 ☞ Abschn. 6.4.1, 2 236, S. 980

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10. Konstruktive Brandschutzmaßnahmen am baulichen Regeldetail, S. 730 ff

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.3.4 Holzdecken, S. 740 ff

& DIN 4102-4, 10.8

• die Mindestdicken von Beplankungen; • die Mindestquerschnitte der Balken; • die Dichtheit der Fugen gegenüber Brand – dies setzt bestimmte Fugengeometrien und ggf. -abdeckungen voraus. Ein schwimmender Estrich kann zum Schutz gegen Brandbeanspruchung von oben beitragen.

6.4.2

☞ Band 1, Kap. VI-5, 2 22 und 23, S. 742

6.5.1

984

XIV Innere Hüllen

Auch bei teilweise freiliegenden Balken sind die obengenannten Bedingungen einzuhalten. Dies gilt auch für die Stöße der unteren Bekleidung mit den Balken, die entsprechend dicht auszuführen sind. Im Deckenhohlraum können Dämmschichten brandschutztechnisch wirksam ausgeführt werden, wenn festgelegte Bedingungen eingehalten sind. Für Holzbalkendecken mit verdeckten Holzbalken gelten sinngemäß die gleichen Bedingungen wie für Holztafeldecken (s. u.). Holztafeldecken & DIN 4102-4, 10.7

 Die Grundkomponenten, aus denen die Holztafeldecke besteht, müssen festgelegten Anforderungen entsprechen. So gelten folgende Vorgaben: • Rippen aus Bauschnittholz nach DIN 4074-1, mit einer Mindestbreite von 40 mm. • Beplankungen oder Bekleidungen: •• unterseitig: Sperrholz, Spanplatten, Holzfaserplatten, Gips­karton-Bauplatten, Gipskarton-Putzträgerplatten, Fasebretter aus Nadelholz, Stülpschalungsbretter aus Nadelholz, Profilbretter mit Schattennut, gespundete Bretter aus Nadelholz, Holzwolle-Leichtbauplatten, Deckenplatten aus Gips, Drahtputzdecken; •• oberseitig: Sperrholzplatten, Spanplatten, gespundete Bretter aus Nadelholz. Alle Beplankungen oder Bekleidungen müssen eine geschlossene Fläche mit dicht gestoßenen Fugen aufweisen. Bei mehrlagiger Verlegung sind die Stöße gegeneinander zu versetzen. Zwischen unterseitiger Bekleidung und Rippung lässt sich eine Lattung anordnen. Die Mindestdicken und größtmöglichen Spannweiten der Beplankungen/ Bekleidungen sind in der Norm festgelegt. • Dämmschicht: Es gibt Deckenausführungen mit und ohne brandschutztechnisch wirksame Dämmschicht. Ist sie mitwirkend, muss sie dicht gestoßen verlegt werden und aus Mineralfaserdämmstoffen nach DIN 18165-1 bestehen, der Baustoffklasse A angehören und einen Schmelzpunkt ≥ 1000 ° C besitzen; • schwimmender Estrich: kann beim Schutz gegen Brandbeanspruchung von oben mitwirken, wenn festgelegte Mindestdicken eingehalten und geeignete Dämmstoffe verwendet werden.

6.5.2

Trägerdecken aus Stahl ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.4 Bauteile aus Stahl, S. 744 ff

Grundsätze der normgerechten Ausführung von Decken aus Stahlbauteilen mit Brandschutzklassifikation sind in Kapitel VI-5 beschrieben. Für den Hochbau gebrauchstaugliche begehbare Decken bestehen im Normallfall aus einer Stahl-

2 Horizontale Raumabtrennungen

trägerlage und einer Deckenplatte in Massivbauweise. Diese schafft die flächige Brandabschottung und muss ihrerseits den festgelegten Brandschutzanforderungen genügen. Die Stahlträger werden von der Deckenplatte oberseitig gegen Brand geschützt und sind von unten im Brandfall dreiseitig beflammt. Sie sind in Abhängigkeit ihrer Profilgeometrie (Verhältniswert U/A) durch geeignete Maßnahmen wie Beschichtungen, Bekleidungen oder auch durch Verbundkonstruktionen in Kombination mit Beton gegen Brandeinwirkung zu schützen. Alternativ sieht die Norm ein Zusammenwirken der Deckenkonstruktion aus Stahlträger und Deckenplatte mit einer geeigneten Unterdecke vor. Dabei wirkt das gesamte Deckenpaket, inklusive Unterdecke, als brandabschottendes Bauteil. Für Decken mit Stahlträgern anwendbar sind die in der Norm definierten Bauarten I und II:

985

& DIN 4102-4, 5.

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.5 Unterdecken, S. 750 ff

• Bauart I – Stahlträger mit Deckenplatte aus Leichtbeton; • Bauart II – Stahlträger mit Deckenplatte aus Normalbeton. Näheres hierzu findet sich im Zusammenhang mit Unterdecken.

☞ Abschn. 3.7 Brandschutz, S. 889

Trägerdecken im Massivbauweise, die in Form von zumeist vorgefertigten Plattenbalkendecken in Erscheinung treten, bestehen – wie Stahlträgerdecken auch – aus einer flächenbildenden massiven Deckenplatte und im Brandfall dreiseitig beanspruchten massiven Rippen. An Platte und Rippen werden in der Norm festgelegte Anforderungen gestellt, die an anderer Stelle diskutiert werden. Da Plattenbalkendecken heute nur selten vor Ort gegossen werden, sind insbesondere die Hinweise zur fachgerechten Ausführung von Fugen zwischen Fertigteilen zu beachten. Wiederum kann – wie bei Stahlträgerdecken – die Massivdecke den erforderlichen Brandschutz auch in Kombination mit einer geeigneten Unterdecke gewährleisten. Es gelten dann je nach Anwendungsfall die Bedingungen der Bauarten I oder III:

Trägerdecken in Massivbauweise & DIN 4102-4, 5.6

☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.2 Bauteile aus Stahlbeton, S. 730 ff ☞ ebd., Abschn. 10.2.3 Fertigteildecken, S. 732

• Bauart I – Stahlbeton- und Spannbetondecken mit Zwischenbauteilen aus Leichtbeton oder Ziegeln; • Bauart III – Stahlbeton- und Spannbetondecken aus Normalbeton mit oder ohne Zwischenbauteile aus Normalbeton. Da sich eine Stahlbetondecke im Brandfall grundsätzlich günstiger verhält als eine Stahldecke, sind die Anforderungen an die Unterdecken in diesem Fall entsprechend geringer. Näheres hierzu findet sich im Zusammenhang mit Unterdecken.

☞ Abschn. 3.7 Brandschutz weiter oben, S. 889

6.5.3

986

XIV Innere Hüllen

7. Treppen

Im Zusammenhang mit inneren Hüllbauteilen sollen an dieser Stelle ausschließlich innenliegende Treppen diskutiert werden. Sie lassen sich als ein begehbares, und damit deckenähnliches Bauteil auffassen. Treppen haben verschiedene Merkmale mit Decken gemeinsam, wie beispielsweise die Hauptbelastung quer zur Bauteilfläche und die oberseitige Beanspruchung durch Begehung, sowie auch, aus bauakustischer Sicht, die Empfindlichkeit bezüglich Körperschallanregung, d. h. der Übertragung von Trittschall. Da Treppen in Geschossbauten stets gemeinsam – und damit vergleichsweise häufig – genutzte Verkehrswege sind, die im Regelfall direkt an Aufenthaltsräume angrenzen, oftmals an sehr geräuschempfindliche wie Schlafräume, ist der Schallschutz von Treppen eine wichtige Anforderung, die – auch – mit konstruktiven Mitteln gelöst werden kann. Diese Frage soll im Folgenden näher untersucht werden. Aus der Sicht des Brandschutzes haben innenliegende Treppen, die im Geschossbau vorwiegend als notwendige Treppen im baurechtlichen Sinn in Erscheinung treten, Auflagen zu erfüllen, die – außer bei Gebäuden geringer Höhe – insbesondere die Feuerbeständigkeit der tragenden Bauteile und die Nichtbrennbarkeit der Werkstoffe betreffen. Dies leitet sich aus der wichtigen Funktion des Treppenhauses als wesentlicher Bestandteil des ersten und ggf. auch zweiten Rettungsweges aus dem Gebäude her. Eine abschottende Funktion wie andere Hüllbauteile kann eine Treppe aus offensichtlichen Gründen nicht erfüllen. Indessen kommt diese bei notwendigen Treppen den umschließenden Treppenhauswänden und den Feuerschutzabschlüssen, also den Treppenhaustüren, zu.

& DIN 18065

& festgelegt in den Allgemeinen Aus- oder Durchführungsverordnungen der Landesbauordnungen, beispielsweise in Baden-Württemberg: LBOAVO, § 9

7.1

Planerische Gesichtspunkte



Treppen sind hinsichtlich ihrer planerischen Definition verschiedenen Anforderungen unterworfen, die insbesondere mit ihrer komfortablen und sicheren Begehbarkeit im Zusammenhang stehen. Diese gehören thematisch nicht in diese Betrachtung. Es wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. 35 Treppen bestehen aus zwei wesentlichen, voneinander klar differenzierten Bauteilen: • Treppenlauf, also der geneigte, mit Stufen versehene Treppenabschnitt; • Treppenpodest, also der horizontale Abschnitt, der im Wesentlichen als herkömmliches Deckenbauteil aufzufassen ist. Je nach Bauart der Treppe kann das Podest in gleicher Konstruktion wie die umgebenden Geschossdecken oder in eigener Bauart ausgeführt werden.

7.2

Bauarten von Treppen

Analog zu Deckenbauteilen, wie auch zu anderen Hüllbauteilen, lassen sich zwei grundsätzlich unterschiedliche Bauarten bzw. Bauweisen von Treppen unterscheiden:

2 Horizontale Raumabtrennungen

• Einschalige Bauweise aus plattenförmigen Bauteilen, ggf. mit aufgesetzten Stufenelementen (2 239, 240). Diese entspricht der Ausführung in Stahlbeton, vor Ort gegossen oder – was heute eher dem Normalfall entspricht – in Fertigteilbauweise. Treppen in Stahlbeton entsprechen den beiden brandschutzbezogenen Hauptanforderungen an notwendige Treppenhäuser – nämlich feuerbeständig zu sein und aus nichtbrennbaren Werkstoffen zu bestehen – ohne besondere Zusatzmaßnahmen und stellen deshalb für Haupttreppenhäuser den Standard dar.

987

 DIN EN 14843

• Rippenbauweise aus stabförmigen Haupttragelementen, wie Wangen, Holmen etc., und flächenbildenden Nebentragelementen, also den stufenbildenden Bauelementen (2 241 bis 244): Dieser Konstruktionsweise entsprechen im Wesentlichen die Treppen in Holz und Stahl. Vereinzelt werden auch die aus Gründen des Gebrauchs unverzichtbaren Umwehrungen als tragende Hauptelemente verwendet, da sich auf diese Weise die aus Nutzungserfordernissen ohnehin notwendige Geländerhöhe als nutzbare statische Bauhöhe aktivieren lässt (2 245, 246). Um den Trittschallschutz von Treppen mithilfe konstruktiver Maßnahmen zu verbessern, stehen grundsätzlich zwei Verfahrensweisen zur Verfügung:

Trittschallschutz von Treppen

• vollständige akustische Abkopplung der Treppe von der umgebenden Konstruktion, also von den Treppenschachtwänden; dies kann durch vollständige Abfugung oder durch elastische Lagerung erfolgen (2 248, Variante A);

& Siehe auch Tabelle 6 in DIN 4109-32 für massive Treppenkonstruktionen.

& DIN 4109-32, 4.9

• Ausbildung schwimmender Fußbodenaufbauten bzw. weichfedernd gelagerter Treppenstufen (2 248, Variante B). Beide Maßnahmen können auch kombiniert zum Einsatz kommen, zumeist indem die Podeste mit herkömmlichen schwimmenden Estrichen belegt und die Treppenläufe elastisch federnd auf den Podesten gelagert werden (2 248, Variante C). In beiden Fällen müssen Schallbrücken zuverlässig ausgeschlossen sein. Eine akustische Abkopplung kann auch durch eine zweischalige Ausbildung der Treppenraumwände erfolgen, sodass die Treppe auf der treppenraumseitigen Schale aufgelagert wird. Die akustischen Verhältnisse sind dann mit denen von Gebäudetrennwänden vergleichbar.

☞ Kap. XIV-3, Abschn. 3. Mehrschalige Trennwände, S. 1023 ff

7.3

988

XIV Innere Hüllen

L Q 2

1

239 Treppenlauf in einschaliger Bauweise, mit integrierten oder aufgesetzten Stufen, Querschnitt Q.

1 z

z y

240 wie in  239, Längsschnitt L.

L

Q

x

L Q 4 5 3

4

241 Treppenlauf in Rippenbauweise, mit seitlichen Wangen und aufgelagerten Stufen, Querschnitt Q.

3

L

z

z

Q

x

y

242 wie in  241, Längsschnitt L.

L

Q

4 5

4

243Treppenlauf in Rippenbauweise, mit mit-­ tigem Holm und aufgelagerten Stufen, Querschnitt Q.

6 z

z y

244 wie in  243, Längsschnitt L.

L

6 x

Q

L

Q

245 Treppenlauf in Rippenbauweise, mit tragender Umwehrung und aufgelagerten Stufen, Querschnitt Q.

4

246 wie in  245, Längsschnitt L. 1 tragende Treppenlaufplatte 2 ggf. aufgesetztes Stufenelement (Keilstufe) 3 Treppenwange 4 Trittstufe 5 Setzstufe 6 Treppenholm 7 tragende Umwehrung

5

7

4

z

z y

L

x

Q

7

2 Horizontale Raumabtrennungen

Geltungsbereich

989

DIN 4109-1

E DIN 4109-5

VDI 4100

(Mindest-) Anforderungen

erhöhte Anforderungen 1)

Schallschutzstufe

≤ 45 dB

Wohnhäuser – eigener Bereich

1) 2)

3)

4) 5)

6)

7)

8)

I

2)

53 dB

Mehrfamilienhäuser

≤ 53 dB

4)

≤ 47 dB

zwischen Einfamilien-, Reihenhäusern und zwischen Doppelhäusern

≤ 46 dB

8)

≤ 41 dB

Hotels und Beherbergungsstätten

≤ 58 dB

9)

≤ 46 dB

9) 10)

zwischen Räumen in Krankenhäusern und Sanatorien

≤ 58 dB

9)

≤ 46 dB

9) 10)

3)

III

46 dB

3)

53 dB

5)

46 dB 10)

8)

46 dB

5)

39 dB 11)

46 dB

6) 7)

38 dB 12) 41 dB 13)

Gemäß E DIN 4109-5: 2019-05. Decken und Treppen innerhalb von Wohnungen, die sich über zwei Geschosse erstrecken. Decken und Treppen im abgetrennten Treppenraum, oben und unten abgeschlossen (VDI 4100/2012-10). Gilt auch für Bürogebäude und gemischt genutzte Gebäude. Trittschallübertragung zwischen Aufenthaltsräumen und fremden Treppenhäusern (VDI 4100/2007-08). Decken, Podeste und Treppenläufe zwischen Aufenthaltsräumen von Wohnungen und fremden Treppenhäusern. Weichfedernde Bodenbeläge dürfen nicht für den Nachweis des Trittschallschutzes angerechnet werden. Die Anforderung an die Trittschalldämmung gilt nur für die Trittschallübertragung in fremde Aufenthaltsräume in waagrechter oder schräger Richtung.

9)

10)

11)

12)

13)

Keine Anforderungen an Treppenläufe und Zwischenpodeste in Gebäuden mit Aufzug. Weichfedernde Bodenbeläge dürfen für den Nachweis des Trittschallschutzes angerechnet werden. Trittschallübertragung zwischen Aufenthaltsräumen und fremden Treppenläufen oder -podesten (horizontal und diagonal) (VDI 4100/2007-08). Decken und Treppen zu fremden Aufenthaltsräumen, unter denen mindestens ein Geschoss (erdberührt oder nicht) eines Gebäudes vorhanden ist (“vollständige Trennung“). Decken und Treppen zu fremden Aufenthaltsräumen, die im untersten Geschoss (erdberührt oder nicht) eines Gebäudes gelegen sind (“unvollständige Trennung“).

247 (Oben) Anforderungen an den Trittschallschutz von Treppen. Erforderlicher bewerteter NormTrittschallpegel L‘n,w, gemäß DIN 4109-1, VDI 4100 und DIN SPEC 91314. 36

4

1 3 6

II

DIN SPEC 91314

2 5

2 1

4 5

6

5

6

A

A Abfugung oder elastische Lagerung der Treppe 3

B federnd gelagerter Fußboden und Stufen

6

5

C Kombination von A und B: Podeste mit schwimmendem Estrich und federnd gelagerter Treppenlauf

6

5

1 7

8

2

B

C

z x

248 (Links) Mögliche konstruktive Ausbildungen einer Treppe zur Verbesserung des Trittschallschutzes.

8

7

1 tragende Treppenkonstruktion 2 Boden- oder Stufenbelag 3 ggf. elastische Lagerung 4 Trennfuge 5 federnde Trittschalldämmschicht 6 federnd gelagerter Stufenbelag 7 tragende Podestkonstruktion 8 Treppenhauswand

990

XIV Innere Hüllen

A

13 4 9

249Federnde Lagerung des Treppenpodests an der Treppenhauswand mithilfe lokaler, in die Wand eingreifender Konsolen. Herstellung mit in der Wand einbetonierter Kunststoff-Aussparungsform (System Schöck ®). Konstruktion nach Prinzip A.

10 6

11 15 mm

12 ≥ 150 mm

7

13

8

14

150 mm

15

8 z

16

x

A

4 250 Beispielhafte Anordnung der Konsolen bei Ausführung wie in  249. 1 Trennung mit Fugenplatte umlaufend 2 Spezial-Auflagerkonsole 3 Hauptpodest 4 Zwischenpodest

1

≥ 160 mm

1 Podestplatte 2 Estrich, nicht schwimmend 3 Bodenbelag 4 Sockelleiste 5 elastische Verfugung 6 Randdämmstreifen 7 Kellenschnitt zur Unterbrechung der Schallübertragung 8 PUR-Elastomerlager 9 Anschlussrahmen 10 vorgefertigtes Konsolenelement 11 Putzträger 12 Konsolenbewehrung gemäß Statik 13 Putz 14 Aussparungsform aus Kunststoff 15 aufsteckbarer Rahmen für Fugenplattenanschluss 16 umlaufende Nagellasche zum Annageln an Wandschalung

2

3

5

y x

1

2

3

2 Horizontale Raumabtrennungen

991

A 4

3

8

6

5

7

≥ 180

≥ 160

2 1

11 9

10

20

251 Federnde Lagerung des Treppenpodests an der Treppenhauswand mit Hilfe lokaler, in die Wand eingreifender Bewehrungselemente. Für Ortbeton und Treppenfertigteil geeignet (System Schöck ®). Konstruktion nach Prinzip A. 1 elastische Verfugung 2 Randdämmstreifen 3 Sockelleiste 4 Mauerwerk, Auflast 5 Estrich und Bodenbelag, nicht schwimmend 6 vorgefertigtes Bewehrungselement 7 Hauptpodest 8 Decke 9 Mörtelbett MG II a 10 Dämmstreifen 11 Schallbrücke trennen: Kellenschnitt oder elastische Verfugung

z x

B

3

4

5

1

30-40

2 1

3

1

2

z x

252 Ausführung eines schwimmenden Bodens auf Podest und Treppenlauf: schwimmender Estrich auf dem Podest, federnde Lagerung der Trittstufen auf dem Lauf (System Schöck ®). Konstruktion nach Prinzip B. 1 elastische Verfugung 2 Randdämmstreifen 3 Dämmmatte aus PE-Weichschaum 4 Mörtelbett, vollflächig

992

XIV Innere Hüllen

C 2

≤ 120

1

1

2

10

253 Federnde Lagerung des Treppenlaufs auf dem Treppenpodest mit Hilfe eines Fertigelements aus Kunststoff mit integriertem Elastomerlager, in die Podestplatte einbetoniert (System Schöck ®). Treppenlauf als Fertigteil. Konstruktion nach Prinzip C.

≤ 120

100-160

3 1 10

100-160

5

1 elastische Verfugung 2 Randdämmstreifen 3 Auflager- und Trennelement wie im Detail 4 passt sich der Auflagertiefe an 5 PE-Weichschaum, zuschneidbar 6 Seitenklappen zum schallbrückenfreien Anschluss am Treppenauge 7 PUR-Elastomerlager, linienförmig für eine gleichmäßige Lasteinleitung 8 Auflager- und Trennelement, beliebig ablängbar auf das Maß des Linienlagers

6 4 7 8

z x

C 2

3

4

1

1

Detail A 1 1 Detail B 2

2 254 Beispielhafte Anordnung der Konsolstreifen bei Aus-führung wie in  253. 1 Element aus PE-Weichschaum 2 Trennung mit Fugenplatte 3 Hauptpodest, schwimmender Estrich 4 Zwischenpodest, schwimmender Estrich

1

Treppenauge

1

y x

Detail A

Detail B

2 Horizontale Raumabtrennungen

993

C 2

160-220

1

4

100

≥3

2

5

160-220

12

11

2

1

3

1 elastische Verfugung 2 Randdämmstreifen 3 sichtbare Fugenöffnung 4 modularer Aufbau, Zusatzprofil und Endkappen aufsteckbar 5 Nagelleiste 6 Profilierung für guten Verbund im Beton 7 rundum gerader Fugenverlauf 8 umlaufendes Feuerschutzband, innen liegend 9 Kunststoffprofil (PS) 10 Verteilerstab 11 Profil beidseitig je 5 cm ablängbar 12 Bewehrungsstäbe (BSt500NR)

6 9

8 10

z

255 Federnde Lagerung desTreppenlaufs auf demTreppenpodest mithilfe eines Bewehrungselements, in die Podestplatte einbetoniert. Für Ortbeton und Treppenfertigteil geeignet (System Schöck ®). Konstruktion nach Prinzip C.

≥ 45

7

9 x

C 3

2

4

1 1 Detail A 1

1

Detail B

2

2

2

256 Beispielhafte Anordnung der Konsolstreifen bei Ausführung wie in  255.

2 y

Detail A x

Detail B

1 Bewehrungs- und Trennelement 2 Trennung mit Fugenplatte 3 Hauptpodest, schwimmender Estrich 4 Zwischenpodest, schwimmender Estrich

994

XIV Innere Hüllen

Anmerkungen

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

29

Schneider (2006) Bautabellen für Architekten, 17. Aufl., S. 2.35 Schneider (2018) Bautabellen für Architekten, 23. Aufl., S. 3.32 Zitat aus der (zurückgezogenen) Norm DIN 18195-5: 201112, 6.5 Bläsi W (2002) Bauphysik, S. 232 Gösele K, Schüle W (1985) Schall Wärme Feuchte, S. 74 Nach Knauf-Prospekt D 11 Knauf Plattendecken, S. 11 Ebda. S. 11 Ebda. S. 11 VDI 3755, 5. Firmenprospekt Knauf BS1-de: Brandschutz mit Knauf, 201511, S. D-60-3 Ebda. S. D-30-4, D-30-10 Die Angaben zu Mindestdicken bei Querkraft- und Durchstanzbewehrung stammen von der zurückgezogenen DIN 1045-1; die neue DIN EN 1992-1-1/NA macht hierzu keine Vorgaben Zu Orientierungszwecken, gemäß der (zurückgezogenen) DIN 1045-1 Gemäß der (zurückgezogenen) DIN 1045-1, 13.4.3; dies wird hier nur zu Orientierungszwecken genannt. Die neue DIN EN 13747 gibt das Maß mit a ≤ [835 oder (15 hp + 125)] mm an (hp ist die Fertigplattendicke), wobei jeweils der kleinere Wert maßgebend ist. Zu Orientierungszwecken, gemäß der (zurückgezogenen) DIN 1045-1 Zu Orientierungszwecken, gemäß der (zurückgezogenen) DIN 1045-1 Kaufmann H, Krötsch S, Winter W (2017) Atlas Mehrgeschossiger Holzbau, S. 64 Schöck (05-2019) Planungshandbuch Balkone und Laubengänge – Lösungen für Wärmebrücken im Detail, S. 11 Zu Orientierungszwecken, nach der zurückgezogenen DIN 1052, Anhang D3 Gemäß Prof. Mehra, Lehrstuhl für Bauphysik, Universität Stuttgart Kaufmann H et al. (2017) S. 100, 114 Gemäß Prof. Mehra, Lehrstuhl für Bauphysik, Universität Stuttgart Albert A (Hg) (2018) Schneider Bautabellen für Ingenieure, 23. Aufl., S. 10.76 f Schneider (2018) S. 4.78 Ebda S. 4.83 f Gösele K, Schüle W (1985), S. 70 Schulze H (1986) Holzhäuser in Tafelbauart (Konstruktion; Bauphysik), in Holzbau-Taschenbuch, Band 1, 8. Aufl., S. 339 Nach Angaben von Schulze H (1986) Holzhäuser in Tafelbauart (Konstruktion; Bauphysik), in Holzbau-Taschenbuch, Band 1, 8. Aufl., S. 339 Trapezbleche umgehen die Problematik hypothetischer Vollplatten aus Stahl dadurch, dass sie infolge ihrer Formgebung

2 Horizontale Raumabtrennungen

30 31 32 33 34 35 36

995

(trotz identischer Rohdichte des Werkstoffs) ein ungleich effizienteres Tragsystem sind als jene. Petersen (1994) Stahlbau, S. 822 Gösele K, Schüle W (1985), S. 115 Ebda. S. 118 Ebda. S. 115 Ebda. S. 118 Mannes W (1988) Treppen-Technik, 2. Aufl. Schneider (2018) S. 4.62–69

DIN 1037: 2008-08 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton DIN 1055: 2010-11 Einwirkungen auf Tragwerke DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen Teil 1: 1998-05 Baustoffe – Begriffe, Anforderungen und Prüfungen Teil 2: 1977-09 Bauteile – Begriffe, Anforderungen und Prüfungen Teil 4: 2016-05 Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile Teil 4/A1: 2018-11 (Entwurf) Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile Teil 14: 1990-05 Bodenbeläge und Bodenbeschichtungen – Bestimmung der Flammenausbreitung bei Beanspruchung mit einem Wärmestrahler DIN 4109 Schallschutz im Hochbau Teil 1: 2018-01 Mindestanforderungen Teil 2: 2018-01 Rechnerische Nachweise der Erfüllung der Anforderungen Teil 4: 2016-07 Bauakustische Prüfungen Teil 5: 2019-05 (Entwurf) Erhöhte Anforderungen Teil 31: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Rahmendokument Teil 32: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Massivbau Teil 33: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Holz-, Leicht- und Trockenbau DIN 4213: 2015-10 Anwendung von vorgefertigten Bauteilen aus haufwerksporigem Leichtbeton mit statisch anrechenbarer oder nicht anrechenbarer Bewehrung in Bauwerken DIN 4223 Anwendung von vorgefertigten bewehrten Bauteilen aus dampfgehärtetem Porenbeton Teil 102: 2014-12 Anwendung in Bauwerken DIN 10346: 2015-10 Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen – Technische Lieferbedingungen DIN 12354: 2000-12 Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften DIN 12431: 2013-05 Wärmedämmstoffe für das Bauwesen – Bestimmung der Dicke von Dämmstoffen unter schwimmendem Estrich DIN 12602: 2016-12 Vorgefertigte bewehrte Bauteile aus dampfgehärtetem Porenbeton

Normen und Richtlinien

996

XIV Innere Hüllen

DIN 13224: 2012-01 Betonfertigteile – Deckenplatten mit Stegen DIN 13353: 2011-07 Massivholzplatten (SWP) – Anforderungen DIN 13369: 2013-08 Allgemeine Regeln für Betonfertigteile DIN 13747: 2010-08 Betonfertigteile – Deckenplatten mit Ortbetonergänzung DIN 18168: 2007-04 Gipsplatten-Deckenbekleidungen und Unterdecken DIN 18065: 2015-03 Gebäudetreppen – Begriffe, Messregeln, Hauptmaße DIN 18181: 2008-10 Gipsplatten im Hochbau – Verarbeitung DIN 18182: 2015-11 Zubehör für die Verarbeitung von Gipsplatten DIN 18195: 2017-07 Abdichtung von Bauwerken – Begriffe DIN 18195 Beiblatt 2: 2017-07 Abdichtung von Bauwerken – Beiblatt 2: Hinweise zur Kontrolle und Prüfung von Schichtdicken von flüssig verarbeiteten Abdichtungsstoffen DIN 18534 Abdichtung von Innenräumen Teil 1: 2017-07 Anforderungen, Planungs- und Ausführungsgrundsätze Teil 2: 2017-07 Abdichten mit bahneförmigen Abdichtungsstoffen Teil 3: 2017-07 Abdichten mit flüssig zu verarbeitenden Abdichtungsstoffen im Verbund mit Fliesen und Platten (AIV-F) Teil 4: 2017-07 Abdichtung mit Gussasphalt oder Asphaltmastix Teil 5: Abdichtung mit bahnenförmigen Abdichtungsstoffen im Verbund mit Fliesen und Platten (AIV-B) DIN 18560 Estriche im Bauwesen Teil 1: 2015-11 Allgemeine Anforderungen, Prüfung, Ausführung Teil 2: 2009-09 Estriche und Heizestriche auf Dämmschichten (schwimmende Estriche) Teil 2: 2012-05 Estriche und Heizestriche auf Dämmschichten (schwimmende Estriche) – Berichtigung zu DIN 18560-2 Teil 3: 2006-03 Verbundestriche Teil 4: 2012-06 Estriche auf Trennschicht Teil 7: 2004-04 Hochbeanspruchte Estriche (Industrieestriche) DIN EN 300: 2006-09 Platten aus langen, flachen, ausgerichteten Spänen (OSB) – Definitionen, Klassifizierung und Anforderungen DIN EN 312: 2010-12 Spanplatten – Anforderungen DIN EN 573: 2005-02 Aluminium und Aluminiumlegierungen – Chemische Zusammensetzung und Form von Halbzeug DIN EN 636: 2015-05 Sperrholz – Anforderungen DIN EN 1090 Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 4: 2018-09 Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Stahl und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Decken-, Boden-, und Wandanwendungen Teil 4/A 100: 2019-04 (Entwurf) Technische Anforderungen an tragende, kaltgeformte Bauelemente aus Stahl und tragende, kaltgeformte Bauteile für Dach-, Decken-, Boden-, und Wandanwendungen DIN EN 1168: 2011-12 Betonfertigteile – Hohlplatten DIN EN 1520: 2011-06 Vorgefertigte Bauteile aus haufwerksporigem Leichtbeton und mit statisch anrechenbarer oder nicht anrechenbarer Bewehrung

2 Horizontale Raumabtrennungen

DIN EN 1912: 2013-10 Bauholz für tragende Zwecke – Festigkeitsklassen – Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten DIN EN 1992 Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken DIN EN 1993 Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN EN 1994 Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton DIN EN 1995 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten DIN EN 12354 Bauakustik – Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften Teil 5: 2009-10 Installationsgeräusche Teil 5 Ber 1: 2019-02 Installationsgeräusche Teil 6: 2004-04 Schallabsorption in Räumen DIN EN 12775: 2001-04 Massivholzplatten – Klassifizierung und Terminologie DIN EN 12825: 2002-04 Doppelböden DIN EN 13017 Massivholzplatten – Klassifizierung nach dem Aussehen der Oberfläche Teil 1: 2001-03 Nadelholz Teil 2: 2001-03 Laubholz DIN EN 13213: 2001-12 Hohlböden DIN EN 13353: 2011-07 Massivholzplatten (SWP) – Anforderungen DIN EN 13354: 2009-02 Massivholzplatten (SWP) – Qualität der Verklebung – Prüfverfahren DIN EN 13747: 2010-08 Betonfertigteile – Deckenplatten mit Ortbetonergänzung DIN EN 13918: 2016-10 Schweißen – Bolzen und Keramikringe für das Lichtbogenbolzenschweißen DIN EN 13964: 2014-08 Unterdecken – Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 13986: 2015-06 Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen – Eigenschaften, Bewertung der Konformität und Kennzeichnung DIN EN 14080: 2016-06 Holzbauwerke – Brettschichtholz und Balkenschichtholz – Anforderungen DIN EN 14081: 2013-09 Holzbauwerke – Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt DIN EN 14279: 2009-07 Furnierschichtholz (LVL) – Definitionen, Klassifizierung und Spezifikationen DIN EN 14374: 2016-07 Holzbauwerke – Furnierschichtholz (LVL) – Anforderungen DIN EN 14843: 2007-07 Betonfertigteile – Treppen DIN EN 15037 Betonfertigteile – Balkendecken mit Zwischenbauteilen Teil 1: 2008-07 Balken Teil 2: 2011-07 Zwischenbauteile aus Beton Teil 3: 2011-07 Keramische Zwischenbauteile Teil 4: 2013-08 Zwischenbauteile aus Polystyrolhartschaum Teil 5: 2013-08 Leichte Zwischenbauteile für einfache Schalungen DIN EN 15497: 2014-07 Keilgezinktes Vollholz für tragende Zwecke – Leistungsanforderungen und Mindestanforderungen an die Herstellung

997

998

XIV Innere Hüllen

DIN SPEC 91314: 2017-01 Schallschutz im Hochbau – Anforderungen für einen erhöhten Schallschutz im Wohnungsbau VDI 3755: 2015-01 Schalldämmung und Schallabsorption abgehängter Unterdecken VDI 3762: 2012-01 Schalldämmung von Doppel- und Hohlböden VDI 4100: 2012-10 Schallschutz im Hochbau – Wohnungen – Beurteilung und Vorschläge für erhöhten Schallschutz

XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN AUFBAUVARIANTEN

EINSCHALIGE INNENWÄNDE

Trennwände aus mineralischen Werkstoffen ☞ 2.1, S. 1006

ZWEISCHALIGE INNENWÄNDE

Trennwände aus Massivholz ☞ 2.1, S. 1012

zweischalige Trennwände in Massivbauweise ☞ 3.1, S. 1023

INNENWÄNDE IN RIPPENBAUWEISE

Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Holzprofilen ☞ 4.2, S. 1029

Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen ☞ 4.3, S. 1036

zweischalige Trennwände aus Massivholz ☞ 3.2, S. 1027

1. Allgemeines............................................................ 1002 1.1 Tragende und nicht tragende Innenwände..... 1002 1.1.1 Tragende Innenwände.......................... 1003 1.1.2 Nichttragende Innenwände.................. 1003 2. Einschalige Trennwände......................................... 1006 2.1 Trennwände aus mineralischen Werkstoffen. 1006 2.1.1 Mauersteine und Wandbauplatten....... 1006 2.1.2 Standfestigkeit...................................... 1007 2.1.3 Anschlüsse............................................ 1007 2.1.4 Schlitze...................................................1012 2.2 Trennwände aus Massivholz............................1012 2.3 Schallschutz......................................................1013 2.3.1 Trennwände in Massivbauweise............1013 2.3.2 Trennwände aus Massivholz..................1016 2.4 Brandschutz......................................................1020 2.4.1 Brandschutz von Trennwänden in Massivbauweise................................1020 2.4.2 Brandschutz von Trennwänden aus Massivholz.......................................1020 3. Mehrschalige Trennwände......................................1023 3.1 Zweischalige Trennwände in Massivbauweise...........................................1023 3.2 Zweischalige Trennwände aus Massivholz......1027 4. Trennwände in Rippenbauweise..............................1029 4.1 Einfach- und Doppelständerwände..................1029 4.2 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Holzprofilen................................................1029 4.2.1 Werkstoffe............................................ 1030 4.2.2 Abmessungen........................................1031 4.2.3 Befestigung von Rippen und Bekleidung..................................... 1034 4.2.4 Anschlüsse............................................ 1034 4.2.5 Schallschutz.......................................... 1034 4.2.6 Brandschutz.......................................... 1034 4.3 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen............................................ 1036 4.3.1 Werkstoffe............................................ 1036 4.3.2 Standardmaße....................................... 1039 4.3.3 Befestigung............................................1041 4.3.4 Anschlüsse............................................ 1043 4.3.5 Schallschutz.......................................... 1043 4.3.6 Brandschutz.......................................... 1044 Anmerkungen............................................................... 1050 Normen und Richtlinien............................................... 1050

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

1002

XIV Innere Hüllen

1. Allgemeines

Unter vertikalen Raumabtrennungen sollen folgende Hüllbauteile verstanden werden: • tragende und nichttragende Trennwände zwischen benachbarten Innenräumen; • Außenwände zwischen unmittelbar angebauten Gebäuden; sie sind weder der Außentemperatur noch der Witterung ausgesetzt und sollen deshalb in diesem Zusammenhang als innere Hüllen gelten; • wandelbare Raumabtrennungen.

☞ Kap. XIV-4, Abschn. 2. Türen, S. 1054 ff

Zusätzlich werden an anderer Stelle Öffnungselemente in inneren vertikalen Raumabtrennungen, wie etwa Türen behandelt.

1.1 Tragende und nichttragende Innenwände

Anders als Decken können Wände sowohl in tragender wie auch nichttragender Ausführung auftreten. Tragende und nichttragende Innenwände unterscheiden sich in ihrem Aufbau nicht notwendigerweise voneinander, weisen hingegen im Allgemeinen deutliche Unterschiede in ihrer Lagerung und der Ausbildung ihrer Anschlüsse auf.

☞ Band 2, Kap. X-1 Mauerwerksbau, S. 444  ff

☞ Band 2, Kap. IX-2, Abschn. 2.1.2 Flache Überdeckung aus Stabscharen, S. 280 ff, insbesondere 2 49, 50, S. 283 sowie ebda. Kap. X-1, Abschn. 3.1 Wechselbeziehung von Trag- und Hüllfunktion der Wand, S. 450 ff, insb.  15 und 16, S. 453

• Tragende Innenwände: Sind Innenwände Bestandteil des Primärtragwerks, gelten für sie die statisch-konstruktiven Regeln der Scheibenbauweisen. Dies bedeutet insbesondere, dass tragende Innenwände im allgemeinen Trag- und Aussteifungskonzept des Bauwerks integriert sind. Sie leiten Lasten des Primärtragwerks lotrecht über alle Geschosse in die Fundierung. Aus diesem Grund stehen sie notwendigerweise in den einzelnen Geschossen lotrecht übereinander, lassen sich demnach – anders als nichttragende Wände – nicht frei, rein nach Nutzungsbedürfnissen im Grundriss anordnen. Sie beteiligen sich aufgrund ihrer Scheibenwirkung ferner an der Abstützung quer zu ihnen verlaufender Wände und damit an der Aussteifung des Gesamttragwerks. Sie zeigen folglich die für Elemente von Scheibenbauweisen kennzeichnende Doppelcharakteristik des stützenden und gestützten Bauteils. • Nichttragende Innenwände: Demgegenüber handelt es sich bei diesen unzweifelhaft um gestützte Elemente des Gebäudes, die ihrerseits keine Lasten des Primärtragwerks leiten (dürfen). Nichttragende Innenwände werden grundsätzlich von den Decken getragen und von angrenzenden Wänden oder vergleichbaren Bauteilen seitlich an ihren Anschlüssen und/oder in ihrer Fläche gegen Kippen gesichert. In ihrer Charakteristik als gestütztes Bauteil unterscheiden sie sich nicht grundsätzlich von tragenden Wänden. Sie lassen sich im Grundriss – anders als tragende Wände – geschossweise frei anordnen. Sie dürfen

3 Vertikale Raumabtrennungen

planmäßig keinerlei Kräfte des Primärtragwerks übertragen, da sie für diesen Zweck nicht ertüchtigt sind. Folglich sind sie gegenüber tragenden Hauptbauteilen konstruktiv zu trennen. Dabei sind stets auch deren Verformungen unter Last oder anderen Einwirkungen zu berücksichtigen. Dies gilt besonders für die Biegeverformungen von Decken. Nichttragende Innenwände leiten ihre Eigenlast, zuzüglich etwaiger Konsollasten, in Form einer Streckenlast in die Decke ein. Dies wird in der Norm durch einen Zuschlag zu den Verkehrslasten auf der Decke erfasst. Dabei ist stets auch der Aufbau der Decke zu berücksichtigen. Werden nichttragende Innenwände parallel zu den Trägern einer Decke in Rippenbauweise angeordnet, ist auf eine ausreichende Querverteilung von Lasten zu achten. Für die konstruktive Ausbildung von tragenden Innenwänden aus Mauerwerk gelten sinngemäß die Aussagen in Kapitel X-1.a Vorgefertigte und halbvorgefertigte Betonschalen für Außenwände, wie sie auch für tragende Innenwände geeignet sind, werden in Kapitel X-4 und -5 behandelt.b Die zugehörigen konstruktiven Standardlösungen von FertigteilWandstößen finden sich in Kapitel XII-6.c Da sich tragende Innenwände oftmals nur in der Dimensionierung und/oder der Werkstoffwahl, nicht aber in ihrer konstruktiven Ausführung von nichttragenden Innenwänden unterscheiden, sind viele der nachfolgenden Aussagen zu letzteren auf erstere unmittelbar übertragbar. Gegenüber Innenwänden des Primärtragwerks – also tragenden – haben nichttragende Innenwände den bedeutenden nutzungsbezogenen Vorteil, sich bei der Grundrissplanung frei anordnen zu lassen, sich während des Gebäudebetriebs ohne aufwendigen Eingriff in die tragende Konstruktion wieder entfernen bzw. an nahezu beliebiger anderer Stelle aufbauen zu lassen. Sie können in Wandbauweisen in Kombination mit tragenden Wandscheiben zum Einsatz kommen und werden vorzugsweise für den Innenausbau in Skelettbauweisen eingesetzt. Dort ist stets die Frage der modularen räumlichen Koordination von Stützen und nichttragenden Wänden zu klären. Zwischenwände werden gemäß DIN 4103 als leichte Trennwände bezeichnet, wenn die Wände nur für die Raumabtrennung benutzt werden und überwiegend durch ihr Eigengewicht beansprucht sind. Sie müssen auf ihre Fläche wirkende äußere Lasten aufnehmen und auf angrenzende tragende Bauteile ableiten können. Es sind folgende Lastanteile zu berücksichtigen: • vertikal wirkende Wandlasten aus Bauteilen des Innenausbaus, die seitlich an der Wandfläche befestigt werden (Konsollasten);

1003

& DIN 1055-3, 4. (3), (4) ✏ bis maximal 5,0 kN/m2

☞ Vgl. hierzu auch Kap. XIII-5 Rippensysteme, Abschn. 1.1.1 Krafteinleitung, S. 547.

Tragende Innenwände

1.1.1

☞ a Band 2, Kap. X-1 Mauerwerksbau, S. 444  ff ☞ b Band 2, Kap. X-4, Abschn. 6.3.1 Wandbauweisen, S. 652 sowie ebd. Kap. X-5, Abschn. 6.5.2 Elementwände, S. 696 f ☞ c Kap. XII-6, Abschn. 2.5.1 Lineare Verbindungen zwischen Flächenbauteilen > Wandstöße, S. 282

Nichttragende Innenwände & DIN 4103-1, -2, -4

☞ Band 1, Kap. II-3, Abschn. 3.2 Rasterüberlagerungen, S. 80 ff

1.1.2

1004

XIV Innere Hüllen

• horizontal wirkende Lasten (z. B. Anpralllasten). & DIN 4103-1, 5. & DIN 4103-1, 4.

Die statische Bemessung nichttragender Trennwände ist in der Norm festgelegt. Die Norm trifft eine grundsätzliche Unterscheidung in zwei Einbaubereiche: • Einbaubereich 1: Räume mit geringer Menschenansammlung wie z. B. Wohnungen, Hotel-, Büro- und Krankenräume, einschließlich der Flure; • Einbaubereich 2: Räume mit großer Menschenansammlung wie beispielsweise größere Versammlungsräume, Schulräume, Hörsäle, Ausstellungs- und Verkaufsräume. Hierzu zählen auch Trennwände zwischen Räumen mit einem Höhenunterschied von ≥ 1 m.



Es sind grundsätzlich folgende Ausführungsarten von nichttragenden Innenwänden möglich: • Gemauerte Innenwände mit einem Gewicht bis zu 1,5 kN/m2. Dies sind einschalige massive Wandkonstruktionen, nicht umsetzbar, und müssen beim Umbau zerstört werden. Sie lassen sich aus verschiedenen Werkstoffen herstellen: •• Gipswandbauplatten (Dielen); •• Ziegelsteine oder -bauplatten; •• Kalksandstein; •• Porenbetonsteine oder -bauplatten; •• Leichtbetonsteine oder -bauplatten. Es handelt sich um eine Nassbauweise, die entsprechende Baufeuchte in die Konstruktion einträgt. Diese lässt sich indessen durch geeignete Mörteltechniken deutlich mindern. • Bedingt umsetzbare Innenwände (Ständerwände) mit einem Gewicht bis 0,75 kN/m2. Einfache leichte Trennwände, die als Rippenelemente mit Unterkonstruktion aus Holz, Aluminium oder korrosionsgeschützten Stahlblechprofilen hergestellt werden. Es handelt sich um eine Trockenbauweise. Die Ständerwerke der Wände lassen sich mit GKPlatten, Spanplatten, Sperrholzplatten oder auch lackierten bzw. beschichteten Stahlblechen beplanken. Die Hohlräume dieser Ständerwände werden zur Verbesserung des Schallschutzes mit Dämmstoffen ausgefüllt.

3 Vertikale Raumabtrennungen

• Umsetzbare Innenwände (elementierte Trennwände). Gewicht bis 0,75 kN/m2. Diese sind ohne wesentliche Nacharbeitung umsetzbar, es erfolgt eine Vorfertigung aller Elemente oder Tafeln im Herstellerwerk. Ihr Einsatz erfolgt vorwiegend im Verwaltungs- und Schulbau. Es handelt sich um trocken montierte leichte Trennwände, die auch hohen Schallschutzanforderungen genügen können. Diese Wände werden meist in Verbindung mit textilem Bodenbelag auf Verbundestrich, bzw. Estrich auf Trennlage, eingesetzt und dabei gegen Boden und Rohdecke oder eine entsprechend ausgesteifte Unterdecke verspannt. Mögliche Ausführungsarten: •• Holzelementwände; •• Aluminium-/Stahlgerippewände; •• Stahlblechelementwände. • Bewegliche Innenwände: Fahrbare Holz- oder Stahlblechelementwände werden um ihre Aufhängung gefaltet/ gedreht und zur Seite gefahren.

1005

✏ Der in diesem Kontext hierfür manchmal verwendete Begriff der Elementwand ist nicht mit demjenigen der halbvorgefertigten Massivwand aus Beton zu verwechseln, vgl. Band 2, Kap. X-5, Abschn. 6.5.2 Elementwände, S. 696 f.

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.3 Verbesserung des Trittschallschutzes durch Bodenbeläge, S. 704

1006

2.

XIV Innere Hüllen

Einschalige Trennwände

☞ a Kap. XIII-5, Abschn. 1.1 Modulare Ordnung der Grundstruktur, S. 546

2.1 Trennwände aus mineralischen Werkstoffen

Einschalige Trennwände sind die meistverbreitete Ausführungsart von vertikalen inneren Hüllbauteilen. Sie sind die Standardausführung im Mauerwerks- oder Betonbau und sind auch im moderne Holzbau zunehmend als Massivholzwände vertreten. Sie vereinen konstruktive Einfachheit und Freiheit von modularen Vorgaben bzw. räumlichen Hindernissen (wie rhythmisch angeordneten Rippen) a mit gutem Brand- und Schallschutz. Letzterer ist allerdings abhängig von einer ausreichenden flächenbezogenen Masse, die zumindest durch die Bauart (Schalenbauweise, keine Rippen) gewährleistet ist, aber gewöhnlich ausreichende Dicken und/ oder schweres Baumaterial voraussetzt. Dies ist bei mineralischen Werkstoffen im Regelfall von vornherein gegeben. Im Fall erhöhter Anforderungen an den Schallschutz, wie beispielsweise bei Trennwänden zwischen Nutzungseinheiten, sind die notwendigen Mauerdicken nicht mehr vertretbar, sodass eine Aufgliederung der Trennwand in zwei Schalen die bessere schallschutzbezogene Maßnahme darstellt. Bei gemauerten Konstruktionen sind, wie generell bei Massivbauweisen, einschalige Trennwände der Normalfall. Die erforderlichen Tragfähigkeits- und Schallschutzwerte sind bei den gewöhnlichen Festigkeiten und Rohdichten der Mauersteine ohne Schwierigkeiten erreichbar. Einschalige gemauerte Trennwände werden häufig nach Erstellung des Rohbaus errichtet und lassen sich in der Mauersteinklasse an die speziellen Anforderungen der Trennwand anpassen. Eine Übereinstimmung im Verband mit der tragenden Konstruktion wird nur bei verzahnten Anschlüssen (2 5) bzw. in der Höhenlage der Lagerfugen auch bei Anschlüssen mit Ankern (2 6) gefordert. Im Gegensatz zu Trennwänden in Rippenbauweise, sind Maueranordnungen bei einschaligen Trennwänden nicht an modulare Raster gebunden und erlauben deshalb die größten planerischen Freiheiten. Auch bei der Befestigung von Ausbauteilen wie Regalen etc. sind keinerlei Einschränkungen gegeben.



2.1.1

Mauersteine und Wandbauplatten & DGfM (Hg) (2017) Merkblatt Nichttragende innere Trennwände & DIN 4103-1, -2

Einschalige Trennwände werden aus Mauersteinen oder Wandbauplatten gefertigt. Großformatige Wandbauplatten verringern den nötigen Arbeitsaufwand und tragen aufgrund der meist nicht vermörtelten Stoßfugen und der eingesetzten Dünnbettmörtel nur wenig Baufeuchte in die Konstruktion ein. Trennwände aus Mauersteinen oder Wandbauplatten werden mit Normalmörtel der Mörtelgruppen II, IIa und III oder Dünnbettmörtel nach DIN EN 998-2 verarbeitet, Plansteine auch mit bauaufsichtlich zugelassenen Dünnbettmörteln. Gemauerte Trennwände werden in den meisten Fällen beidseitig verputzt, wodurch offene Spalte zuverlässig geschlossen werden.

3 Vertikale Raumabtrennungen

Verwendung finden in der Baupraxis folgende Steinarten:

1007

☞ Band 1, Kap. V-1 Künstliche Steine, S. 354 ff

• Mauerziegel nach DIN EN 771-1, DIN 105-4 bis -6; • Kalksandsteine nach DIN EN 771-2, DIN V 106; • Tonhohlplatten (Hourdis) und Hohlziegel nach DIN 278; • Hüttensteine 1 • Porenbeton-Blocksteine und -Plansteine nach DIN EN 771-4; • Porenbeton-Bauplatten und -Planbauplatten nach DIN 4166; • Hohlwandplatten aus Leichtbeton nach DIN 18148 und Hohlblöcke aus Leichtbeton nach DIN V 18151-100; • Vollsteine und Vollblöcke aus Leichtbeton nach DIN V 18152-100; • Mauersteine aus Normalbeton nach DIN V 18153-100, DIN EN 771-3; • unbewehrte Wandbauplatten aus Leichtbeton nach DIN 18162 sowie weitere bauaufsichtlich zugelassene Wandbaustoffe. Die Standfestigkeit einschaliger Trennwände setzt eine Halterung durch angrenzende Bauteile voraus. Die freien Grenzmaße, d.h. also die maximalen Abstände zwischen stützenden Bauteilen, dürfen festgelegte Höchstwerte nicht überschreiten, abhängig davon, ob die Halterung vier- oder dreiseitig ist (2 1 - 4). Eine dreiseitige Halterung kann sich ergeben, wenn Oberlichtstreifen die Befestigung an der Decke verhindern oder wegen großer Deckendurchbiegungen eine direkte Deckenbefestigung vermieden wird. Eine oberseitige Halterung des gefährdeten freien Mauerrands lässt sich auch durch integrierte biegesteife Riegelprofile oder durch Bewehrung der drei obersten Lagerfugen gewährleisten.

Standfestigkeit

Die Anschlüsse an angrenzende Bauteile können durch Verzahnen, Verankerung mit oder ohne Gleitschienen oder durch Einlassen in Mauernischen, entweder starr oder verschieblich, ausgeführt sein:

Anschlüsse

• Starre Anschlüsse – werden immer dann ausgeführt, wenn keine größeren Verformungen der angrenzenden abstützenden Bauteile zu erwarten sind. Dies gilt beispielsweise für den Wohnungsbau mit kleinen Deckenspannweiten, für Wandlängen unter l = 5 m. Ausführung mit Verzahnung im Verband (2 5) oder mit Stumpfstoßtechnik

2.1.2

☞ Band 2, Kap. X-1, Abschn. 4.2 Versteifung und Stabilisierung von Wänden im Mauerwerksbau, S. 459 ff

☞ Band 1, Kap. VI-2, Abschn. 9.3.2 Verband – druckkraftwirksamen Übergreifung, S. 596 ff, insbesondere 2 143, S. 603

2.1.3

1008

XIV Innere Hüllen

Einbaubereich

Zulässige Wandlängen nichttragender innerer Trennwände mit oder ohne Auflast bei vierseitiger sowie dreiseitiger Halterung mit freiem vertikalen Rand 1)

1

2

Wandhöhe (m)

Wandhöhe (m) 5 2)

6

2

1) 2)

1 Zulässige Wandlängen (Grenzmaße) nichttragender innerer Trennwände aus Mauerwerk mit und ohne Auflast bei vierseitiger Halterung. Die Auflast ergibt sich nicht planmäßig, sondern aus der teilweisen Lastabtragung aus den Decken infolge Durchbiegung.2

3)

4)

9

10 2)

11,5 15

17,5 20 24

ohne Auflast 3) 4) 2,5

3

4

5

6

7

10

12

3

3,5

4,5

5,5

6,5

7,5

10

12

3,5

4

5

6

7

8

10

12

4

–

5,5

6,5

7,5

8,5

10

12

4,5

–

–

7

8

9

10

12

≤6

–

–

–

–

–

–

12

2,5

1,5

2,5

3

3,5

5

6

12

3

2

3

3,5

4

5,5

6,5

12

3,5

2,5

3,5

4

4,5

6

7

12

4

–

–

4,5

5

6,5

7,5

12

4,5

–

–

5

5,5

7

8

12

≤6

–

–

–

–

–

–

12

mit Auflast 1

7 2)

3) 4)

2,5

5,5

6

8

12

12

12

12

3

6

6,5

8,5

12

12

12

12

3,5

6,5

7

9

12

12

12

12

4

–

–

9,5

12

12

12

12

4,5

–

–

–

12

12

12

12

≤6

–

–

–

–

–

–

12

2,5

2,5

4

5,5

7

8

12

12

3

3

4,5

6

7,5

8,5

12

12

3,5

3,5

5

6,5

8

9

12

12

4

–

–

7

8,5

9,5

12

12

4,5

–

–

7,5

9

10

12

12

≤6

–

–

–

–

–

–

12

Bei dreiseitiger Halterung (ein freier vertikaler Rand) gelten die halben Werte. Für Kalksandsteine (trockene Kalksandsteine sind vorzunässen) gelten die angegebenen Werte bei Verwendung von Normalmörtel III oder Dünbettmörtel bei Wanddicken < 11,5 cm. Bei Wanddicken ≥ 11,5 cm ist Normalmörtel mindestens der Mörtelgruppe IIa oder Dünnbettmörtel zu verwenden. Für Porenbetonsteine gelten die angebebenen Werte bei Verwendung von Normalmörtel der MG III oder Dünnbettmörtel. Bei Wanddicken < 17,5 cm und Verwendung der NM II oder IIa sind die Werte für die zulässigen Wandlängen zu halbieren. Auf die Vermörtelung von Stoßfugen kann unter bestimmten Bedingungen verzichtet werden.

3 Vertikale Raumabtrennungen

1009

Einbaubereich

Zulässige Wandlängen nichttragender innerer Trennwände ohne Auflast bei dreiseitiger Halterung mit freiem oberen Rand Wandhöhe (m)

3)

7 1)

9

10 1)

11,5 15

17,5 20 24

2

3

5

7

8

8

12

12

2,25

3,5

5,5

7,5

8,5

9

12

12

2,5

4

6

8

9

10

12

12

3

5

7

9

10

12

12

12

3,5

6

8

10

10

12

12

12

4

–

9

10

12

12

12

12

4,5

–

–

10

12

12

12

12

≤6

–

–

–

–

–

12

12 8

2

1,5

2,5

3,5

4

5

8

2,25

2

2,5

3,5

4

5

9

9

2,5

2,5

3

4

5

6

10

10

2

2)

6

ohne Auflast 2) 3)

1

1)

Wandhöhe (m) 5 1)

3

–

3,5

4,5

6

7

12

12

3,5

–

4

5

7

8

12

12

4

–

–

6

8

9

12

12

4,5

–

–

7

9

10

12

12

≤6

–

–

–

–

–

12

12

Für Kalksandsteine (trockene Kalksandsteine sind vorzunässen) gelten die angegebenen Werte bei Verwendung von Normalmörtel III oder Dünnbettmörtel bei Wanddicken < 11,5 cm. Bei Wanddicken ≥ 11,5 cm ist Normalmörtel mindestens der Mörtelgruppe IIa oder Dünnbettmörtel zu verwenden. Für Porenbetonsteine gelten die angebebenen Werte bei Verwendung von Normalmörtel der MG III oder Dünnbettmörtel. Bei Wanddicken < 17,5 cm und Verwendung der NM II oder IIa sind die Werte für die zulässigen Wandlängen zu halbieren. Auf Vermörtelung von Stoßfugen kann unter bestimmten Bedingungen verzichtet werden.

TW

TW

Oberlicht

h

h

l

l z

z x

Lagerung

2 Zulässige Wandlängen (Grenzmaße) nichttragender innerer Trennwände aus Mauerwerk ohne Auflast bei dreiseitiger Halterung (freiem oberen Rand).3

3 Vierseitige Lagerung einer nichttragenden Trennwand TW an angrenzenden Wand- und Deckenbauteilen.

x

4 Dreiseitige Lagerung.

1010

XIV Innere Hüllen

1 2 3

5

5 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand durch Verzahnung im Verband (starrer Anschluss).

6

4

6 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand durch Anker (starrer Anschluss).

y

y x

x

7 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand in einer Mauernut (starrer Anschluss). 8 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand durch Einputzen (starrer Anschluss, nur Einbaubereich 1). 1 tragende Wand 2 nichttragende Wand 3 Mörtel 4 Verzahnungsbereich 5 Dämmschicht oder Mörtel 6 Anker aus nichtrostendem Flachstahl in der Lagerfuge; Höhenabstand nach statischen Erfordernissen 7 Putz, Dicke d ≥ 10 mm

7

5

y

y

x

x

W

9 Unterer Anschluss einer gemauerten Trennwand auf der Decke (starrer Anschluss) mit Trennlage, um bei größeren Deckenspannweiten einen Abriss der unteren Steinlagen infolge Durchbiegung zu verhindern. D Rohdecke TD Trittschalldämmung E schwimmender Estrich W Wand TL Trennlage M Mörtelschicht

M

TL E

TD

D

z x

mithilfe von Flachankern, die in die Lagerfuge eingelegt werden (2 6); alternativ auch mit Mauernuten (2 7) und durch einfaches Einputzen (2 8). • Gleitende Anschlüsse – sind bei größeren Verformungen der angrenzenden Bauteile erforderlich. Die Wand lässt sich durch Einfassung in Mauernischen (2 10) oder in Stahlprofilen (2 12, 13) seitlich halten und in ihrer Ebene verschieblich lagern. Alternativ kommen auch Anker infrage, die in Ankerschienen senkrecht gleitend gelagert

3 Vertikale Raumabtrennungen

1011

3 4

1

10 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand in Mauernische (gleitender Anschluss).

2 y

5

y x

11 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand durch Anker (senkrecht gleitender Anschluss).

x

6

6

6

y

65 x 6, a ≥ 600

5

9

5

7

30

≥ 20 30

7

13 Oberer Anschluss einer gemauerten Trennwand an der Decke mithilfe von Stahlwinkeln, innenseitige Befestigung (senkrecht gleitender Anschluss).

y x

12 Oberer Anschluss einer gemauerten Trennwand an der Decke mithilfe von Stahlwinkeln, außenseitige Befestigung (gleitender Anschluss).

x

14 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand an einen Pfeiler aus Stahlbeton. 8

2

4

5 y

5

y x

x

sind (2 11). Die Fugen sind zur Sicherung des nötigen Schall- und Brandschutzes ausreichend mit Mineralwolle oder Ähnlichem auszufüllen. Bei der konstruktiven Ausbildung der Anschlüsse ist stets zu berücksichtigen, dass die Trennwand von den flankierenden Bauteilen getragen wird und den Verformungen der angrenzenden Bauteile Beachtung zu schenken ist. Wesentliche Einflussfaktoren ergeben sich für Anschlüsse auch aus den Schall- und Brandschutzanforderungen.

15 Seitlicher Anschluss einer gemauerten Trennwand an eine Stahlstütze. 1 Fugendichtung 2 Kellenschnitt oder Putzschiene 3 einbetonierte Ankerschiene 4 senkrecht verschiebbarer Anschlussanker 5 Dämmschicht. Bei Anforderung an den Brand­schutz: Baustoffklasse A, Schmelzpunkt ≥ 1000 °C 6 Verankerung 7 Stahlprofil 8 Doppel-T-Stahlprofil 9 Blende aus Alu- oder Stahlprofilen

1012

XIV Innere Hüllen

☞ a Band 2, Kap. X-1, Abschn. 7.3 Nichttragende Innenwände, S. 488 ff ☞ b Kap. XIII-3, Abschn. 1.1.3 Einschalige Außenwände aus porosiertem Mauerwerk > Anschlüsse, 2 13 bis 16, S. 441 sowie ebda. Abschn. 1.1.4 Außenwände aus dampfgehärtetem Porenbeton (AAC) > Anschlüsse, 2 31 bis 34, S. 449

2.1.4

Schlitze & DGfM (Hg) (2015) Merkblatt Schlitze und Aussparungen ☞ Band 2, Kap. X-1, Abschn. 7.6 Schlitze und Aussparungen, S. 493 f

2.2

Trennwände aus Massivholz

☞ Band 2, Kap.X-2, Abschn. 3.6.2 Plattenförmige Massivholzelemente, S. 526 ff

Für eine schadensfreie Ausführung von nichttragenden einschaligen Trennwänden sind die Deckendurchbiegungen auf 1/500 der Deckenspannweite einzuschränken. Ferner ist eine Begrenzung der Deckenverformung aus Schwinden und Kriechen durch Einhaltung der Ausschalfristen und durch Nachbehandlung des Betons nach DIN EN 1992 sicherzustellen. Nichttragende Trennwände sollten möglichst spät nach Fertigstellung des Rohbaus errichtet werden, um ein weitestmögliches Ausklingen der Verformungen zu gestatten. Weitere Details zur Ausführung von Anschlüssen zwischen gemauerten Wänden finden sich im Kapitel X-1 und XIII-3.a, b Damit die Tragfähigkeit von einschaligen Trennwänden nicht gefährdet wird, sind Schlitze und Aussparungen, wie sie für die Installationsführung praktiziert werden, zu begrenzen und stets mit Geräten auszuführen, die das Mauergefüge nicht zerstören. Einzelheiten werden im Zusammenhang mit Mauerwerksbauweisen an anderer Stelle diskutiert. Die Hauptkonstruktion von Trennwänden aus Massivholz besteht aus Brettsperrholz, Brettstapelelementen oder Furnierschichtholz. Zur Verbesserung des Schall- wie auch Brandschutzes können fest angebrachte Bekleidungen, federnd befestigte oder auch gänzlich frei vorgestellte Vorsatzschalen ein- oder beidseitig addiert werden. Letztere bieten auch einen Installationsraum für Elektroleitungen. Wände aus Massivholz werden in der Baupraxis in Form großformatiger Elemente montiert, wobei gewöhnlich die maximalen Transportgrößen ausgenutzt werden, sowohl um die Montagearbeit zu verringern als auch um den Fugenanteil möglichst klein zu halten. Stoßfugen auf der Baustelle müssen sorgfältig abgedichtet werden, damit der vorgeschriebene Schall- und Brandschutz sowie auch die nötige Luftdichtheit gewährleistet sind. Dies geschieht entweder durch eingelegte Dichtungsbänder oder, bei nicht sichtbaren Fugen, durch Klebebänder. Die kraftschlüssige Verbindung wird im Normalfall durch stiftförmige Verbindungsmittel hergestellt, üblicherweise selbstbohrende Voll- oder Teilgewindeschrauben, die eine schnelle Montage ermöglichen.4 Hinsichtlich ihrer statischen Wirkungsweise als tragende und aussteifende Trennwände zeigen die verschiedenen Ausführungsvarianten von Massivholzwänden einige Unterschiede, die vornehmlich auf ihre Iso- bzw. Anisotropie sowie auf den Faserverlauf ihrer Brettlamellen oder Furniere zurückzuführen sind. 5 • Brettsperrholz ist wegen seiner abgesperrten Struktur aus kreuzweise verklebten Brettlamellen sowohl für das Abtragen lotrechter als auch waagrechter Lasten geeignet. Es kann infolgedessen gleichzeitig als tragende und aussteifende Wand wirken. Bei lotrechten Lasten ist jedoch zu berücksichigen, dass nur etwa die Hälfte des Querschnitts für diesen Zweck zur Verfügung steht, also die vertikal

3 Vertikale Raumabtrennungen

1013

verlaufenden Brettlamellen. Die größte Steifigkeit gegen Ausknicken hat die Wand, wenn die äußeren Decklagen vertikal orientiert sind. • Brettstapelelemente sind wegen ihres strikt einachsigen Faserverlaufs bei vertikaler Orientierung der Lamellen in der Lage, sehr große lotrechte Lasten zu übertragen. Hingegen ist ihre Fähigkeit, gegen Horizontallasten aussteifend zu wirken, nur begrenzt. Die höchste hierfür notige Schubsteifigkeit etwickeln sie, wenn die Lamellen untereinander verklebt sind. Auch Beplankungen aus Holzwerkstoffplatten bewirken einen Schubverbund. Gleiches gilt grundsätzlich für Verdübelungen oder Vernagelungen, jedoch nur in eingeschränktem Ausmaß. • Wände aus Furnierschichtholzelementen besitzen einen gänzlich oder vorwiegenden einachsigen Faserverlauf, der ihnen erlaubt, große Lasten in dieser Richtung zu übertragen. Lotrecht orientiert können diese Wände durchaus tragende Funktion übernehmen. Aufgrund der in ihrer Ebene homogen durchlaufenden Furnierschichten ist auch ihre Schubsteifigkeit gut, weshalb sie auch für horizontal aussteifende Zwecke gut geeignet sind. Einschalige Trennwände bieten grundsätzlich einen guten Schallschutz durch die Wirkung ihrer flächenbezogenen Masse. Sie erreichen Schalldämmmaße, die in Abhängigkeit ihres Flächengewichts annähernd proportional ansteigen. Dies gilt vollumfänglich für massive Wände aus mineralischen Werkstoffen, die wegen ihrer verhältnismäßig großen Rohdichte hohe Gewichte erreichen. In eingeschränktem Maß gilt dies auch für Massivholzwände, wobei in diesem Fall eine Kombination aus verhältnismäßig großer Biegesteifigkeit und nur mäßigem Gewicht die Schalldämmung stark einschränkt. Für einen erhöhten Schallschutz müssen Massivholzwände deshalb durch Vorsatzschalen in ein schwingendes Masse-Feder-System überführt oder von vornherein zweischalig ausgeführt werden.

Schallschutz

Die Berechnungsmethode für das erreichbare bewertete Schalldämmmaß R‘w nach Norm zeigt die Tabelle in 2 16. In der Norm sind Hinweise zur Ermittlung der Wandrohdichte je nach Ausführung enthalten. Die Fugen sind zur Sicherung des Schallschutzes dicht auszuführen. Weiterhin ist bei der Ausbildung der Anschlüsse auf die Schalllängsleitung zu achten. Grundsätzlich wirken sich starre Anschlüsse infolge des Effekts der Stoßstellendämpfung günstig aus. Bei Deckenanschlüssen mit Unterdecken ist die Schallübertragung über den Deckenhohlraum zu unterbinden, entweder durch Hochführen der Trennwand bis zur Deckenkonstruktion, Einbau von Abschottungen oder durch ausreichend schalldämmende Unterdecken. Bautechnisch bedeutsam sind auch einschalige Trennwän-

Schallschutz von Trennwänden in Massivbauweise

2.3

& DIN 4109-32 ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > einschalige Bauteile, S. 689 ff

& DGfM (Hg) (2006) Merkblatt Schallschutz nach DIN 4109 ☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > Längsleitung, S. 695 ff, auch Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.1.2 Innere Hüllbauteile, S. 122

2.3.1

Rohichten 1) [ρ in kg/m3]

flächenbezogene Masse

1014

XIV Innere Hüllen

m‘ = d · ρ

m‘ flächenbezogene Masse in kg/m2 d Dicke des Bauteils/der Bauteilschicht in m ρ Rohdichte in kg/m3

m‘ges = m‘Wand + m‘Putz.ges

m‘ges flächenbezogene Masse des verputzten Bauteils in kg/m2 m‘Wand flächenbezogene Masse des unverputzten Bauteils in kg/m2 m‘Putz.ges flächenbezogene Masse der gesamten Putzschichten in kg/m2

Mauerwerk mit Normalmörtel

ρW = 900 · RDK + 100

(für 2,2 ≥ RDK ≥ 0,35)

Mauerwerk mit Leichtmörtel

ρW = 900 · RDK + 50

(für 1,0 ≥ RDK ≥ 0,35)

Mauerwerk mit Dünnbettmörtel

ρW = 1.000 · RDK – 100

(für RDK > 1,0)

ρW = 1.000 · RDK – 50

(für RDK ≤ 1,0) 2)

ρW = 1.000 · RDK – 25

(für RDK ≤ 1,0) 3)

unbewehrter Normalbeton

ρW = 2.350 kg/m

Stahlbeton (übliche Bewehrung)

ρW = 2.400 kg/m3

3

Putze Gips- und Dünnlagenputze

ρPutz = 1.000 kg/m3

Kalk- und Kalkzementputze

ρPutz = 1.600 kg/m3

Leichtputze

ρPutz = 900 kg/m3

Wärmedämmputze

ρPutz = 250 kg/m3

Massegesetze 4) 5) 10) [m‘ in kg/m2]

Bewertetes Luftschaldämm-Maß Rw in dB

1)

2) 3) 4)

5) 6) 7)

8) 9) 10)

Beton, Betonsteine 6), Kalksandstein 7), Mauerziegel 8), und Verfüllsteine

Rw = 30,9 · log(m‘ges / m0) – 22,2

(gültig für: 65 < m‘ges < 720)

Leichtbeton

Rw = 30,9 · log(m‘ges / m0) – 20,2

(gültig für: 140 < m‘ges < 480)

Porenbeton

Rw = 32,6 · log(m‘ges / m0) – 22,5

(gültig für: 50 ≤ m‘ges < 150)

Rw = 26,1 · log(m‘ges / m0) – 8,4

(gültig für: 150 ≤ m‘ges ≤ 300)

Die Rohdichte der Mauersteine kann den einschlägigen Regelwerken, z. B. DIN 105-100, in Form der Rohdichteklasse (RDK) entnommen werden. Klassenbreite der RDK 100 kg/m3. Klassenbreite der RDK 50 kg/m3. Die Massegesetze gelten für plattenförmige Bauteile aus Beton, Leichtbeton, Porenbeton, ungelochten Mauersteinen und Gipsbzw. Gipswandbauplatten sowie für großformatige Fertigteilelemente aus diesen Baustoffen. Mit m‘0 = 1kg/m2 als Bezugsgröße. Gelochte Mauersteine aus Beton: auch gültig mit Wanddicken ≤ 240 mm und mit einer RDK ≥ 0,8. Auch gültig: Kalksandstein mit einem Lochanteil ≤ 50 % (für runde Löcher), ausgenommen Steine mit Schlitzlochung, die gegeneinander von Lochebene zu Lochebene vesetzte Löcher aufweisen. Hochlochziegel: auch gültig mit einer Dicke ≤ 240 mm ungeachtet der Rohdichte, bei Wanddicken > 240 mm ab einer RDK ≥ 1,0. Hohlblöcke und gelochte Vollblöcke: auch gültig mit Wanddicken ≤ 240 mm und mit einer RDK ≥ 0,8. Für die in den Fußnoten 6) bis 9) nicht genannten Produkte ist das bewertete Direkt-Schalldämmmaß RDd,w entweder aus allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen bzw. Europäischen Technischen Bewertungen zu entnehmen oder durch bauakustische Prüfungen nach den Vorgaben in DIN 4109-4 zu ermitteln.

16 Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes R‘w massiver einschaliger Wände nach DIN 4109-32 (Auszug).6

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff, sowie Band 2, Kap. VIII, Abschn. 2.2.2 Innere Hüllbauteile, S. 126

de mit leichter biegeweicher Vorsatzschale, da sie bei der Sanierung eine gute Möglichkeit der bauakustischen Verbesserung von einschaligen Wänden bieten. Das grundlegende bauakustische Verhalten des Gesamtbauteils wird in Kapitel VI-4 und Kapitel VIII diskutiert. Verschiedene mögliche Ausführungen zeigt die Übersicht in 2 19. Bauakustisch relevant ist die Art der Verbindung zwischen Mauer- und Vorsatzschale. Am günstigsten wirken sich federnde Verbindungen oder eine durchgehende konstruktive Trennung aus. Der Luftschallschutz der Gesamtkonstruktion lässt sich durch die Bauart der Vorsatzschale sowie auch durch die flächenbezogene Masse der Mauerschale beeinflussen

3 Vertikale Raumabtrennungen

GruWandausbildung ppe1)

Beschreibung ≥ 20

Zeile

1015

≥ 60

1

Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten, Dicke ≥ 25 mm, verputzt, Holzstiele (Ständer) mit Abstand ≥ 20 mm vor schwerer Schale freistehend

6

≥ 20 ≥ 60 30 bis 50 ≥ 50

Vorsatzschale aus Gipskartonplatten, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, und Faserdämmplatten 4), an schwerer Schale streifen- oder punktförmig angesetzt

Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten, Dicke ≥ 25 mm, verputzt, Holzstiele (Ständer) an schwerer Schale befestigt

≥ 500

In einem Wand-Prüfstand ohne Flankenübertragung wird das bewertete Schalldämmmaß Rw, P einer einschaligen, biegesteifen Wand durch Vorsatzschalen der Zeilen 1 bis 4 um mindesten 15 dB, der Zeilen 5 und 6 um mindestens 10 dB verbessert.

2)

Bei diesen Beispielen können auch Ständer aus C-Wandprofilen aus Stahlblech verwendet werden. Faserdämmstoffe, Nenndicke 20 mm bzw. ≥ 60 mm, längenbezogener Strömungswiderstand ≥ 5 kN · s/m4.

[I]

4)

100 150 200 250 275 300 350 400 450 500

dB 49 49 50 52 53 54 55 56 57 58

¹) Gültig für flankierende Bauteile mit einer mittleren flächenbezogenen Masse m'L,Mittel von etwa 300 kg/m². ²) Bei Wandausführungen nach Tabelle in  17, Zeilen 5 und 6 sind diese Werte um 1 dB abzumindern. 18 Bewertetes Schalldämmmaß R‘w,R von einschaligen, biegesteifen Wänden mit einer biegeweichen Vorsatzschale nach 2 17 (Rechenwerte), bezogen auf mittlere Flankenübertragungsverhältnisse bei flächenbezogener Masse der flankierenden Bauteile von ca. 300 kg/m2. 8

Vorsatzschale aus Gipskartonplatten nach DIN 18180, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, oder aus Spanplatten, Dicke 10 mm bis 16 mm, mit Hohlraumausfüllung 3), Holzstiele (Ständer) an schwerer Schale befestigt 2)

1)

3)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

R´w,R ¹) ²)

≥ 500

≥ 60

5

A (Mit Verbindung der Schalen)

4

Vorsatzschale aus Holzwolle-Leichtbauplatten, Dicke ≥ 50 mm, verputzt, freistehend mit Abstand von 30 mm bis 50 mm vor schwerer Schale, bei Ausfüllung des Hohlraumes nach Fußnote 3 ist ein Abstand von 20 mm ausreichend

≥ 40

3

≥ 500

Vorsatzschale aus Gipskartonplatten, Dicke 12,5 mm oder 15 mm, oder aus Spanplatten, Dicke 10 mm bis16 mm, Holzstiele (Ständer) mit Abstand ≥ 20 mm vor schwerer Schale freistehend 2), mit Hohlraumfüllung 3) zwischen den Holzstielen

≥ 60

2

B (Ohne bzw. federnde Verbindung der Schalen)

≥ 500

Flächenbezogene Zeile Masse der Massivwand kg/m²

Faserdämmstoffe, Anwendungstyp WV-s, Nenndicke ≥ 40 mm, s' ≤ 5 MN/m3.

17 Eingruppierung von biegeweichen Vorsatzschalen von einschaligen, biegesteifen Wänden nach ihrem schalltechnischen Verhalten (Maße in mm). Die zugehörigen Schalldämmwerte sind in 2 18 angegeben. 7

1016

XIV Innere Hüllen

☞ Kap. XIV-2, Abschn. 5.2.1 Luftschalldämmung,  170, S. 946

2.3.2 Schallschutz von Trennwänden aus Massivholz

Einschalige Trennwände aus Massivholz zeigen hinsichtlich der Luftschalldämmung eine annähernd lineare Abhängigkeit von ihrer flächenbezogenen Masse. Bei den üblichen Flächengewichten von 50 bis 150 kg/m2 liegt ihr Massenspektrum bereits jenseits der Koinzidenz-Grenzfrequenz, sodass die Proportionalität nahezu geradlinig ist ( 19). Rw in dB

☞ vgl. hierzu das Diagramm in  13, Linie C, in Band 1, S. 691

(2 18). Rechenwerte für die Verbesserung der Luftschalldämmung einer Wand durch Vorsatzschalen werden nach dem gleichen Verfahren wie dasjenige für schwimmende Estriche ermittelt. Vorsatzschalen von Innenwänden und schwimmende Estriche werden in der Norm bei der Ermittlung der Verbesserung des Luftschallschutzes als Vorsatzkonstruktionen gleich behandelt. Einige Orientierungswerte des Luftschallschutzes von massiven Wänden mit Vorsatzschalen geben  17 und 18.

55

50

45

40

35

30

19 Bewertetes Schalldämmmaß Rw von einschaligen Massivholzbauteilen in Abhängigkeit ihrer flächenbezogenen Masse m‘. Die Relation ist annähernd proportional.9 

☞ a Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > zweischalige Bauteile, S. 693f 20 (Seite rechts) Luftschallschutz Rw und Brandschutz von Trennwänden aus Massivholz. 10

25 30

40

50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 150 160 flächenbezogene Masse m‘ in kg/m2

Etwaige direkt auf das Massivholzelement aufgebrachte Beplankungen bzw. Bekleidungen tragen durch ihren zusätzlichen Massenanteil zum Luftschallschutz bei. Diese sind oftmals schon aus anderen Gründen erwünscht, beispielsweise für Zwecke des Brandschutzes oder wegen des visuellen Erscheinungsbilds. Schallschutzwerte einiger bekleideter Ausführungen von einschaligen Massivholzwänden zeigen  20 und 21. Insgesamt sind die erzielbaren Werte nur für Trennwände innerhalb von Nutzungseinheiten, beispielsweise Wohnungen, geeignet. Anders als bei Trennwänden in Massivbauweise, bei denen eine Erhöhung der flächenbezogenen Masse eines trennenden Wandbauteils hingenommen werden, bzw. unter bestimmten Voraussetzungen sogar willkommen sein kann, widerspricht die schalltechnisch begründete Massenerhöhung dem Bauprinzip des Holzbaus, der ja ein Leichtbau ist, grundsätzlich. Höhere Schalldämmwerte werden bei Massivholzwänden deshalb nicht vorzugsweise durch Masserhöhung erzielt, sondern durch Ausbildung eines schwingenden Masse-Feder-Systems.a Dies wird durch Anbringen einer biegeweichen Vorsatzschale, ein-

Zeile

Horizontalschnitt

Rw Dicke Roh- flächen- Brandver- Feuerwimm dichte bez. halten derstand (C, CTr) kg/m3 Masse 4) Baustoff Bauteil 1) mm kg/m2 REI EN

Schichtaufbau

1

Innenwand mit Vorsatzschale (Installationsebene), unbekleidet 1 Brettsperrholz

94

500

2 Lattung

60

450

3 Dämmstoff

4

3

2 1

2

D D

Mineralwolle (040; 11; < 1.000°C) 60

60,2

60

36 (–2; –5)

Cellulosefaser

60

62,3

30

36 (–2; –5)

Holzfaserdämmung

60

62,0

30

36 (–2; –5)

60

38 (–2; –5)

60

33 (–1; –4)

90

38 (–2; –5)

60

40 (– -; – -)

90

42 (– -; – -)

4 Gipsplatte Typ DF (GKF) oder

12,5

800

A2

4 Gipsfaserplatte

12,5

1.000

A2

Innenwand ohne Vorsatzschale (Installationsebene), einfache Bekleidung Variante A 1 Gipsfaserplatte GKF 2 Massivholz verleimt 2) 3 Gipsfaserplatte GKF

12,5

1.000

90

450

12,5

1.000

100

450

A2 65

D A2

Variante B 3

2

1

1 ohne Gipsplattenbekleidung 2 Massivholz verleimt 3)

50

D

3 ohne Gipsplattenbekleidung 3

Innenwand ohne Vorsatzschale (Installationsebene), doppelte Bekleidung

3

2

1

1 Gipsfaserplatte

25

1.000

1 Gipsplatte Typ DF (GKF)

25

1.000

2 Massivholz verleimt 2)

78

450

3 Gipsplatte Typ DF (GKF)

25

1.000

A2

3 Gipsfaserplatte GKF

25

1.000

A2

A2 A2 79

D

Innenwand mit Vorsatzschale (Installationsebene), bekleidet

4

1 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF oder Gipsfaserplatte

800/1.000

A˘2

2 Brettsperrholz, 3- oder 5-lagig

78

500

D

3 Lattung Fichtenholz 60 x 60 mm; e = 625 mm

60

450

4 Dämmstoff

Mineralwolle (040; 11; < 1.000°C) 50

5 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF oder Gipsfaserplatte

13

D 60,2

800/1.000

A2 A2

Variante A 5

4

2 3 1 1 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF od. Gipsfaserplatte 13 800/1.000

A2

5 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF od. Gipsfaserplatte 13 800/1.000

A2

Variante B

5

1 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF od. Gipsfaserplatte 25 800/1.000

A2

5 Gipsplatte Typ DF (GKF)GKF od. Gipsfaserplatte 25 800/1.000

A2

Innenwand mit zwei Vorsatzschalen (Installationsebenen)

6

7

5

4

3

2 1

1 Gipsfaserplatte oder Feuerschutzplatte (2 x)

25

1.200

2 Lattung 60 x 60 mm auf Schwingbügel

70

450

3 Dämmstoff; Mineralwolle (040; 18)

50

18

4 Brettsperrholz BBS 125, 5-lagig

100

470

D

5 Dämmstoff ; Mineralwolle (040; 18)

50

18

A1

6 Lattung 60 x 60 mm auf Schwingbügel

70

450

D

7 Gipsfaserplatte oder Feuerschutzplatte (2 x)

25

1.200

A2

2 Federschiene CW75

85

–

6 Federschiene CW75

85

–

A2 D 60,2

A1 90 53 (– 7; – 15)

Variante

1) 2) 3) 4)

Der Feuerwiderstand gilt beim Einsatz als Trennwand mit einseitiger Beflammung. Bei Verwendung von Brettsperrholz: D ≥ 78 mm; mind. 3-lagig, Decklage mind. 25 mm Bei Verwendung von Brettsperrholz: D ≥ 78 mm; mind. 3-lagig, Decklage mind. 30 mm Des Gesamtbauteils

90 68 (– 4; – 12)

1018

XIV Innere Hüllen

Zeile Horizontalschnitt

Konstruktionsdetails mm

Beschreibung

1

≥ 80 Massivholzelement

2

≥ 140 Massivholzelement

Rw (C; Ctr) dB 32 (–1, –1)

38 (–0, –0)

3

≥ 36 2 x Gipsfaserplatte GF nach DIN EN 15283-2 ≥ 18 mm a ≥ 80 Massivholzelement

47 (–1, –0)

≥ 36 2 x Gipsfaserplatte GF nach DIN EN 15283-2 ≥ 18 mm a 4

≥ 90 Massivholzelement ≥ 60 Faserdämmstoff Mineralwolle nach DIN EN 13162 c ≥ 60 Gipskartonplatte GK nach DIN EN 520/DIN 18180 b

47 (–1, –1)

≥ 12,5 Holzlattung, Achsabstand ≥ 600 mm d 5

a b c d e

≥ 135 Massivholzelement ≥ 80

Faserdämmstoff Mineralwolle nach DIN EN 13162 c

≥ 80

Holzlattung, Achsabstand ≥ 600 mm d

≥ 27

Federschiene, Achsabstand ≥ 400 mm e

52 (– -, – -)

Mit m‘ ≥ 13,75 kg/m2, bezogen auf 12,5 mm Plattendicke. Mit m‘ ≥ 8,5 kg/m2, bezogen auf 12,5 mm Plattendicke, verarbeitet nach DIN 18181. Mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand von 5 kPa s/m2 ≤ r ≤ 50 kPa s/m2. Horizontal oder vertikal befestigt. Aus gekantetem Blech; 0,5 mm - 0,6 mm dick; Lochausstanzungen im Flanschbereich.

21 Bewertetes Schalldämmmaß Rw einiger Ausführungen von Trennwänden aus Massivholz.11

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > Längsleitung, S. 696,  23 22 (Seite rechts) Bewertetes Bau-Schalldämmmaß R‘ w einiger Ausführungen von Trennwänden aus Massivholz bei verschiedenen Flankensituationen. 12

oder beidseitig, bewerkstelligt, üblicherweise bestehend aus einer Unterkonstruktion aus Holz oder metallischen Federschienen, einer Beplankung aus Gips-, Gipsfaser- oder Holzwerkstoffplatten sowie einer schalldämpfenden Hohlraumfüllung aus Faserdämmstoff mit einem angemessenen längenbezogenen Strömungswiderstand r nach DIN 4109. Die höchsten Schalldämmwerte werden erzielt, wenn das Ständerwerk getrennt von der Wandschale angebracht wird (z. B:  22, Variante C). Schalldämmwerte von Massivholzwänden mit Vorsatzschalen finden sich in  20–22. Derartige Vorsatzschalen lassen sich auch gut zum Verlegen von Elektroleitungen verwenden. Beachtung ist bei der Schalldämmung zwischen benachbarten Räumen insbesondere auch der Flankenleitung über anschließende Flächenbauteile zu schenken. Diese kann den Luft- wie auch den Trittschallschutz deutlich herabsenken. Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass der Flankenschallweg von Raum zu Raum (Ff, Fd, Df) entweder durch Vorsatzschalen (Bekleidungen, Unterdecken, schwimmende Estriche), durch elastische Lagerung oder durch Trennschnitte der Bauteile an den Stoßstellen unterbrochen wird. Beispiele und resultierende Bau-Schalldämmmaße für

3 Vertikale Raumabtrennungen

1019

bewertetes Bau-Schalldämmmaß R‘w A

Horizontalschnitt

Flankenkombination

bew. Schalldämm- Wandbauteil Schichtenaufbau maß

Zeile

• • • •

2 x 12,5 mm GKF 90 mm MH 60 mm Dämmschicht 2 x 12,5 mm GKF

Rw = 61 dB

B

C

D

• 12,5 mm GKF • 100 mm MH • 75 mm Dämmschicht/ CW-Profil freistehend • 2 x 12,5 mm GKF

• • • •

2 x 18 mm GKF 140 mm MH 2 x 18 mm GKF 75 mm Dämmschicht/ CW-Profil freistehend • 2 x 12,5 mm GKF

• 100 mm MH • 50 mm Dämmschicht/ 10 mm Trennung • 90 mm MH • 60 mm Dämmschicht/ Lattg. auf Schwingbg. • 12,5 mm GKF

Rw = 62 dB

Rw = 67 dB

Rw = 67 dB

1 sichtbare Massivholzdecke mit Trennschicht über Wand 2)

Wand auf Massivholzdecke, Estrich getrennt 2) 3) mit unterbrochener Massivholzwand 4) mit unterbrochener Massivholzwand 4)

R‘w ≥ 56 dB

BASIS+

R‘w ≥ 48 dB Mindestanforderungen nicht eigehalten

R‘w ≥ 54 dB

BASIS+

R‘w ≥ 57 dB

BASIS+

2 sichtbare Massivholzdecke mit Trennschicht über Wand 2)

Wand auf Massivholzdecke, Estrich getrennt 2) 3) mit getrennter Massivholzwand 4) mit getrennter Massivholzwand 4)

R‘w ≥ 56 dB

BASIS+

R‘w ≥ 47 dB Mindestanforderungen nicht eigehalten

R‘w ≥ 53 dB

BASIS

R‘w ≥ 57 dB

BASIS+

3 sichtbare Massivholzdecke mit Trennschicht über Wand 2)

Wand auf Massivholzdecke, Estrich getrennt 2) 3) mit unterbrochener Massivholzwand 4) durchlaufende Massivholzwand mit Vorsatzschale 5)

R‘w ≥ 57 dB

BASIS+

R‘w ≥ 50 dB Mindestanforderungen nicht eigehalten

R‘w ≥ 56 dB

BASIS+

R‘w ≥ 59 dB

BASIS+

4 sichtbare Massivholzdecke mit Trennschicht über Wand 2)

Wand auf Massivholzdecke, Estrich getrennt 2) 3) Holztafelwand mit getrennter Installationsebene, Dn,f,w = 68 dB Holztafelwand mit getrennter Beplankung, Dn,f,w = 61 dB

R‘w ≥ 55 dB

BASIS

R‘w ≥ 54 dB

BASIS

R‘w ≥ 56 dB

BASIS+

R‘w ≥ 57 dB

BASIS+

5 Massivholzdecke + 2 x 12,5 mm GF,

getrennt mit Trennschnitt über Wand 6) Wand auf Massivholzdecke, Estrich getrennt 2) 3)

Holztafelwand mit getrennter Installationsebene, Dn,f,w = 68 dB Kreuzstoß mit Trocken- oder Holztafelwand, Dn,f,w = 67 dB 1)

2) 3) 4) 5) 6)

R‘w ≥ 57 dB

BASIS+

R‘w ≥ 56 dB

BASIS+

R‘w ≥ 59 dB

BASIS+

R‘w ≥ 60 dB

KOMFORT

Trennbauteilfläche > 10,0 m2, lichte Raumhöhe ≤ 2,60 m, ρGKF = 800 kg/m3, ρHolz = 450 kg/m3, ρGF = 1.150 kg/m3. Das Berechnungsverfahren beruht auf aktuellen Forschungsergebnissen und ist bisher nicht normativ festgelegt. Mindestbeschwerung durch Schüttung ~ 90 kg/m2, Massivholz dmin = 140 mm, m‘ = 153 kg/m2, Rw = 54 dB aus Messung Δ Rw,Estrich ≥ 14 dB, 50 mm ZE auf Mineralfaser 90 mm MH + 2 x 12,5 mm GKF, m‘ = 61 kg/m2, GKF- oder GF-Beplankung nicht durchlaufend Δ Rw,VS ≥ 16 dB, freistehend mit 1 x 12,5 mm GKF, Abstand 70 mm. Sonderdeckenausführung nach Detail: Δ Rw ≥ 3 dB + 2 x 12,5 mm Gf direkt beplankt, sonst wie 2).

1020

XIV Innere Hüllen

Trennwände aus Massivholz unter verschiedenen Flankensituationen zeigt  22. 2.4 Brandschutz 2.4.1 Brandschutz von Trennwänden in Massivbauweise & DIN 4102-1 bis -4 & DIN EN 1991-1-2 ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.1 Bauteile aus Mauerwerk, S. 730

& DIN 4102-4, 9.2.18 und 9.2.20

2.4.2 Brandschutz von Trennwänden aus Massivholz ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 5.1.3 Die Werkstoffe für Primärtragwerke > Holz, S. 720

Einschalige Trennwände, die nahezu ausnahmslos aus nichtbrennbaren mineralischen Werkstoffen, beispielsweise aus Mauersteinen und Mörteln bzw. Beton, ausgeführt werden, erfüllen die Anforderungen der Norm ohne besondere Zusatzmaßnahmen allein durch ihre Dicke (2 23). Fugen sind entsprechend mit Mineralwolle nach DIN 18165- 1, Baustoffklasse A, Schmelzpunkt ≥ 1000°, Rohdichte 30 kg/ m3 dicht auszustopfen. Putze tragen durch ihre Dicke und Beschaffenheit zur Feuerwiderstandsdauer der Wand bei. Dies gilt für Gipsmörtel B1 bis B6 nach DIN EN 13279-1 sowie für Kalk- und Kalkzementputze aus Werktrockenmörtel nach DIN EN 998-1. Voraussetzung für ihre brandschutzbezogene Wirksamkeit ist ausreichende Haftung auf dem Putzgrund. Grundsätzlich beziehen sich die Angaben zu Mindestwanddicken für eine bestimmte Feuerwiderstandsdauer (vgl.  23) auf ungeschwächte Wandschalen ohne Einbauten, wie etwa Steckdosen, Schalterdosen, Versteilerdosen und dergleichen. Allerdings erlaubt die Norm diese Einbauten bei raumabschließenden Wänden, sofern sie nicht unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind. Letztere Einschränkung gilt allerdings nicht für Wände aus Mauerwerk mit einer Gesamtdicke größer als 140 mm, wenn als Restquerschnitt mindestens 60 mm verbleiben. Ist die Gesamtdicke von Wänden aus Mauerwerk oder Wandbauplatten kleiner als 60 mm, dürfen nur Aufputzdosen verwendet werden. Elektroleitungen können vereinzelt durch die Wand hindurchgeführt werden, sofern der verbleibende offene Lochquerschnitt mit Kalk- oder Kalkzementmörtel nach DIN EN 998-1 oder Beton nach DIN EN 2016-1 vollständig verschlossen wird. Grundsätzlich stehen beim Werkstoff Holz zur Sicherung der Feuerwiderstandsdauer einer Wand zwei Methoden zur Verfügung: entweder eine Bekleidung der Wandfläche mittels Plattenmaterial aus nichtbrennbaren Werkstoffen, wie beispielsweise Gipsplatten, Gipsfaserplatten oder Feuerschutzplatten, oder die Zugabe einer zusätzlichen Abbranddicke zum Querschnitt, wobei inkaufgenommen wird, dass das exponierte Holz von außen langsam abbrennt. Letztere Variante ist mit einer Problematik behaftet: hinsichtlich des Brandschutzes weisen Trennwände aus Massivholz gegenüber anderen Bauweisen, insbesondere den aus mineralischen Werkstoffen, einen wesentlichen Nachteil auf, nämlich dass der Werkstoff Holz selbst brennbar ist und infolgedessen im Brandfall eine Brandlast, d. h. eine Gefährdung, darstellt. Wegen der zweidimensionalen Charakteristik der Wandbauteile ist die Wirkung dieser Brandlast deutlich größer als bei einem eindimensionalen Bauteil, etwa einer Stütze. Aus diesem Grund wird im Holzbau im Regelfall ver-

3 Vertikale Raumabtrennungen

Konstruktionsmerkmale

Wände mit Mörtel 2) 3) 4) 1

Mindestwanddicke d in mm ohne Putz, ( )-Werte mit beidseitigem Putz 1) für die Feuerwiderstandsklasse-Benennung 7)

d1 d d1

Zeile

1021

Porenbeton-Bauplatten und Porenbeton-Planbauplatten nach DIN 4166 (die Produkte sind außerdem in DIN EN 771-4:2011-07 geregelt

F 30-A

F 60-A

F 90-A

F 120-A

F 180-A

75 5) (50)

75 (75)

100 6) (75)

115 (75)

150 (115)

– (115)

2

Mauersteine aus Beton mit dichtem und porigem Gefüge

2.1

Hohlwandplatten aus Leichtbeton nach DIN 18148

100 (100)

100 (100)

100 (100)

115 (100)

2.2

Vollsteine und Vollblöcke aus Leichtbeton nach DIN V 18152-100: 2005-10 mit Wanddicken < 115 mm

95 (95)

95 (95)

95 (95)

8)

8)

(95)

(8))

Wandbauplatten aus Leichtbeton – unbewehrt nach DIN V 18162: 2000-10

50 (50)

70 (50)

95 (70)

8)

8)

(95)

(8))

Mauersteine aus Beton (Normalbeton) nach DIN V 18153-100: 2005-10

95 (95)

95 (95)

95 (95)

8)

8)

(95)

(8))

2.3 2.4

3

Mauerziegel

3.1

Mauerziegel nach DIN105-100:2012-01

3.2

3.3

8)

8)

8)

8)

8)

(70)

(70)

(100)

(8))

(8))

Leichtlanglochziegel und Leichtlanglochziegelplatten nach DIN105-5:2013-06

115 (70)

115 (70)

140 (115)

175 (140)

190 (175)

Planziegel nach DIN105-6:2013-06

115 (70)

115 (70)

115 (100)

140 (115)

175 (140)

70 (50)

8)

8)

8)

8)

(70)

(100)

(8))

(8))

70 (50)

70 (70)

100 (70)

8)

8)

(8))

(8))

115 (115)

115 (115)

115 (115)

165 (140)

165 (140)

60

80

80

80

100

4

Kalksandsteine nach DIN V 106:2005-10

4.1

Vollsteine, Lochsteine, Blocksteine, Hohlblocksteine

4.2

Plansteine, Planelemente, Fasensteine, Bauplatten

5

Ziegel-Vergusstafeln nach DIN1053-4

6

Gips-Wandbauplatten ohne Hohlräume nach DIN EN 12859 mit einer Rohdichte von ρ ≥ 600 kg/m3 mit Gipskleber für Gips-Wandbauplatten nach DIN EN 12860

1)

Nach DIN 4102-4, 9.2.18

6)

Bei Verwendung von Dünnbettmörtel: d ≥ 75 mm

2)

Normalmauermörtel

7)

Bei Verwendung von nichtbrennbaren Baustoffen

3)

Dünnbettmörtel

8)

4)

Leichtmauermörtel

5)

Bei Verwendung von Dünnbettmörtel: d ≥ 50 mm

Nichttragende Wände mit Wanddicken ≥ 115 mm sind in DIN EN 1996-1-2/NA geregelt.

23 Mindestdicke nichttragender, raumabschließender Wände aus Mauerwerk und Wandbauplatten für Brandschutz nach DIN 4102-4.

mieden, alle raumumschließenden Flächen in exponiertem Holz zu belassen; d. h. dass, sofern beispielsweise Wand und Decke als exponierte Holzflächen ausgeführt sind, die Wände bekleidet werden sollten. 13 Dies ist zwar nicht durchweg im Baurecht gefordert, ist aber dennoch eine naheliegende und gut begründbare Brandschutzmaßnahme.

1022

XIV Innere Hüllen

& M-HFHHolzR 2004, 4.

Ferner ist die Zugabe einer Abbranddicke mit einem nicht unwesentlichen zusätzlichen Materialaufwand (und gleichzeitig Grundflächenverbrauch) verbunden, der dem Charakter des Holzbaus als Leichtbau grundsätzlich zuwiderläuft. Dies liegt wiederum ursächlich an der zweidimensionalen Charakteristik des Wandelements, bei dem die zusätzliche Dicke, im Vergleich zu eindimensionalen Bauteilen, hinsichtlich des Materialverbrauchs besonders stark zu Buche schlägt. Sind dennoch sichtbare Holzflächen gewünscht, weisen Massivholzwände wegen ihrer Kompaktheit, d. h. ihrer nur geringen exponierten Außenfläche im Vergleich zum eingeschlossenen Volumen, grundsätzlich günstige Charakteristika auf. Je dichter das verwendete Holz ist, desto langsamer erfolgt der Abbrand und desto geringer fällt die notwendige Abbranddicke aus. Ferner wirkt sich die Abwesenheit von Hohlräumen, in denen sich der Brand unbemerkt und unkontrolliert ausbreiten kann, ebenfalls günstig aus. Brandschutzwirksame Bekleidungen bestehen im Wesentlichen aus Gips. Dieses enthält kristallin gebundenes Wasser, das unter der Brandeinwirkung aus dem Molekularverband gelöst wird und den Brand bis zu seinem endgültigen Verdampfen verlangsamt. Diese Verzögerung der Brandzehrung macht die Brandschutzwirkung dieser Werkstoffe aus. Erst nach dem Verdampfen des kristallinen Wassers wird das Gipsmaterial thermisch zerstört. Mehrlagige Bekleidungen verstärken die Brandschutzwirkung naturgemäß. Integrierte Faserarmierungen, wie beispielsweise bei Gipsfaserplatten, unterstützen diesen Effekt, da sie entstehende Risse verteilen und somit tiefe Risse verhindern, durch die der Brand in das Innere dringen könnte. 14 Bekleidungen, die brandschutztechnische Wirkung haben, können auch aus anderen Gründen vorteilhaft sein: Werden sie auf eine federnde oder gänzlich abgekoppelte Unterkonstruktion aufgebracht, können sie die Schallschutzwerte deutlich erhöhen. Ferner schafft eine derartige Vorsatzschale auch einen Installationsraum, der bei sichtbaren Massivholzflächen nicht zur Verfügung steht. Es gelten aber enge Vorgaben hinsichtlich Durchdringungen von Brandschutzbekleidungen durch Leitungen oder Einbauten. Die Aufstellung in  20 zeigt verschiedene Ausführungen von einschaligen Massivholztrennwänden mit den zugehörigen Feuerwiderstandsdauern.

3 Vertikale Raumabtrennungen

Als mehrschalige Trennwände sollen in diesem Zusammenhang Gebäudetrennwände zwischen anstoßenden Doppel- oder Reihenhäusern, vorwiegend im Wohnungsbau, verstanden werden. Maßgeblich für ihre konstruktive Ausbildung ist insbesondere der Schallschutz. Trennwände zwischen benachbarten Innenräumen eines Gebäudes werden im Allgemeinen einschalig ausgeführt, da diese Konstruktionsweise für den notwendigen Schallschutz ausreicht. Dies ist jedoch bei Gebäudetrennwänden nicht der Fall. Einschalige Trennwände von Doppel- oder Reihenhäusern erreichen bestenfalls das nach Norm vorgeschriebene bewertete Schalldämmmaß R‘w von 57 dB, was aber gemäß Norm zu wenig ist. Vorgeschrieben sind Werte von mindestens 59 dB für Räume im untersten Geschoss und 62 dB für Räume, unter denen mindestens ein Geschoss gelegen ist. Als erhöhte Anforderungen sind in Zukunft jeweils 64 und 67 dB vorgesehen. Aus diesem Grund werden Gebäudetrennwände im Normalfall zweischalig ausgeführt, d. h. im bauakustischen Sinn in Form eines Masse-Feder-Systems aus zwei biegesteifen Schalen. Die akustische Wirkungsweise dieser Aufbauten ist im Kapitel VI-4 beschrieben. Die grundlegenden konstruktiven Maßnahmen für einen erhöhten Schallschutz werden ebenso dort besprochen. Einschränkend gilt jedoch, dass die Luftschalldämmung zweischaliger Wände nur für Frequenzen oberhalb ihrer Resonanzfrequenz f0 besser ist als die von gleich schweren einschaligen Wandkonstruktionen. Aus diesem Grund sollte die Resonanzfrequenz unter 100 Hz liegen. Eine asymmetrische Ausbildung der beiden Wandschalen mit unterschiedlichen flächenbezogenen Massen wirkt sich grundsätzlich günstig auf den Luftschallschutz aus. Folgende Faktoren spielen bei zweischaligen Trennwänden in Massivbauweise eine entscheidende Rolle: • Die vom Fundament bis zum Dachabschluss kontinuierlich durchgehende Trennfuge zwischen den beiden Schalen. Ihre Breite muss mindestens 30 mm sein, bei einer flächenbezogenen Masse der Schalen von mindestens 150 kg/ m2. Empfehlenswert hingegen sind 50 mm: Die breitere Trennfuge verbessert den Schallschutz und erlaubt ein geringeres flächenbezogenes Gewicht der Mauerschalen (bis 100 kg/m2). Ferner ist bei dieser Breite eine schallbrückenfreie Ausführung einfacher umzusetzen. • Füllung der Fuge mit Dämmstoff geringer dynamischer Steifigkeit, vornehmlich mineralische Faserdämmplatten nach DIN EN 13162, Anwendungstyp WTH (Trittschalldämmplatten) nach DIN 4108-10. Für Ortbetonschalen kommen spezielle, steifere mineralische Faserdämmplatten infrage.

1023

Mehrschalige Trennwände

3.

& DIN 4109-1, 5.2

& DIN E 4109-5, 5.2

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > zweischalige Bauteile, S. 689 ff ☞ ebda. Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698

& DIN 4109-32, 4.3.2

Zweischalige Trennwände in Massivbauweise

3.1

1024

XIV Innere Hüllen

• Bei größeren flächenbezogenen Gewichten der Mauerschalen ≥ 200 kg/m2 und einer Trennfugenbreite von ≥ 30 mm kann auf die Dämmstofffüllung auch verzichtet werden. Mörtel- und sonstige Schallbrücken sind durch geeignete Maßnahmen zuverlässig zu vermeiden.

& DIN 4109-2, 4.2.3

• Eine Auftrennung des Fundaments in zwei Streifenfundamente ist dann empfehlenswert, wenn die zu schützenden Räume unmittelbar über der Fundierungsebene liegen. Dies trifft beispielsweise bei fehlender Unterkellerung auf Räume im Erdgeschoss zu. In zahlreichen Fällen ist jedoch eine Kopplung beider Wandschalen im Fundamentbereich gegeben, sodass eine Schallleitung durch ein flankierendes Bauteil stattfindet. Das Berechnungsverfahren der Norm für den Luftschallschutz ist in  26 wiedergegeben und berücksichtigt mit dem Faktor K die Flankenschallübertragung. Zusäztlich wird ein Zuschlagswert Δ R w,Tr für die Art der Zweischaligkeit der Haustrennwand in Rechnung gestellt ( 26). Einige exemplarische konstruktive Ausbildungen von zweischaligen Gebäudetrennwänden in Massivbauweise zeigen 2 27 und 28.

1 Gebäudetrennwandschale 2 Trennfuge mit Dämmstofffüllung 3 Außenwandschale 4 Verblendschale der Außenwand 5 Massiv-Geschossdecke 6 Kellersohle/Erdgeschossbodenplatte 7 Fundament 8 Abschalung der Deckenstirn mit Mauerstein 24 Schematische Darstellung einer zweischaligen Gebäudetrennwand in Massivbauweise (Fall Zeile 5 in  26). 25 Schematische Darstellung einer zweischaligen Gebäudetrennwand in Massivbauweise, Horizontalschnitt. Außenwand in einschaliger (oben) und zweischaliger (unten) Ausführung.

5

Geb. A

1

1

Geb. B

2

8 2 1 Geb. A

z

Geb. A

1 2

1

3 Geb. B

1 7

6

Geb. B

y

4 x

3

x

26 (Seite rechts) Ermittlung des bewerteten Schalldämmmaßes R‘w,2 von zweischaligen Haustrennwänden aus Mauerwerk mit durchgehender Gebäudetrennfuge und Zuschlagswerte Δ R‘w,Tr in Abhängigkeit verschiedener Übertragungssituationen, nach DIN 4109-2.

3 Vertikale Raumabtrennungen

1025

Bewertetes Luftschalldämmmaß einer zweischaligen Gebäudetrennwand R‘w,2 nach DIN 4109-2 R‘w,2 = 28 · log (m‘1 + m‘2) – 18 + Δ Rw,Tr – K m‘f,m =

1 n

n

Σ m‘

f,i

i=1

m‘f,m > m‘Tr,1

➝

K=0

m‘f,m ≤ m‘Tr,1

➝

K = 0,6 + 5,5 · log

m‘Tr,1

( m‘ ) f,m

m‘1 flächenbezogene Masse der ersten Trennwand in kg/m2 m‘2 flächenbezogene Masse der zweitenTrennwand in kg/m2 Δ Rw,Tr Zuschlag für die Zweischaligkeit der Gebäudetrennwand nach Tabelle unten K Korrekturwert zur Berücksichtigung von Flankenschallübertragung bei nach unterer Tabelle relevanten Konstruktionen n Anzahl der nicht verkleideten massiven Flankenbauteile m‘f,m mittlere flächenbezogene Masse der nicht verkleideten massiven Flankenbauteile 1) in kg/m2 m‘Tr,1 mittlere flächenbezogene Masse der empfangsraumseitigen Trennwandschale in kg/m2

Zuschlagswerte R‘w,Tr unterschiedlicher Übertragungssituationen (➝ Pfeil) für zweischalige Haustrennwände a) b) c) Zeile

Situation (Vertikalschnitt)

1 EG

KG

2 EG

Beschreibung

Δ Rw,Tr (dB)

vollständige Trennung der Schalen und der flankierenden Bauteile ab Oberkante Bodenplatte, auch gültig für alle darüber liegenden Geschosse, unabhängig von der Ausbildung der Bodenplatte und der Fundamente

12

Außenwände durchgehend mit m‘ ≥ 575 kg/m2 (z. B. Kelleraußenwände als „weiße Wanne“)

9

Außenwände durchgehend mit m‘ ≥ 575 kg/m2 (z. B. Kelleraußenwände als „weiße Wanne“)

3

KG

3 EG

Bodenplatte durchgehend mit m‘ ≥ 575 kg/m2 KG

4 EG (KG)

5 EG (KG)

6 EG (KG)

a)

b)

c)

Außenwände getrennt Bodenplatte und Fundamente getrennt

9

Außenwände getrennt Bodenplatte getrennt auf gemeinsamem Fundament

6 d)

Außenwände getrennt Bodenplatte durchgehend mit m‘ ≥ 575 kg/m2

6 d)

Falls die einzelnen Schalen nicht schwerer als 200 Kg/m2 sind, können die Zuschlagswerte Δ Rw,Tr für zweischalige Haustrennwände aus Porenbeton für die Zeilen 1, 2, 3 und 4 um 3 dB und für die Zeilen 5 und 6 um 6 dB erhöht werden. Falls die einzelnen Schalen nicht schwerer als 250 kg/m2 sind, können die Zuschlagswerte Δ Rw,Tr für zweischalige Haustrennwände aus Leichtbeton um 2 dB erhöht werden. Falls der Schalenabstand mindestens 50 mm beträgt und der Fugenhohlraum mit Mineralwolledämmplatten nach DIN EN 13162, Anwendungskurzzeichen WTH nach DIN 4108-10 ausgefüllt wird,

d)

können die Zuschlagswerte Δ Rw,Tr bei allen Materialien in den Zeilen 1, 2, 3 und 4 um 2 dB erhöht werden. Für eine Haustrennwand, bestehend aus zwei Schalen je 17,5 cm Porenbeton der Rohdichteklasse 0,60 (oder größer) mit einem Schalenabstand von mindestens 50 mm, verfüllt mit Mineralwolledämmplatten nach DIN EN 13162, Anwendungskurzzeichen WTH nach DIN 4108-10, kann insgesamt ein Δ Rw,Tr von + 14 dB angesetzt werden. Zuschläge nach Fußnote a sind in diesem Zuschlag bereits berücksichtigt.

1026

XIV Innere Hüllen

z

z x

M 1:20

0

100

200 mm

27 Zweischalige Gebäudetrennwand aus Ziegelmauerwerk mit gemeinsamem Fundament.

x

M 1:20

0

100

200 mm

28 Zweischalige Gebäudetrennwand aus Porenbetonsteinen mit getrenntem Fundament.

3 Vertikale Raumabtrennungen

1027

Die schallschutztechnische Wirkungsweise von zweischaligen Massivholzwänden nach dem Prinzip eines MasseFeder-Systems ist vergleichbar mit derjenigen von massiven zweischaligen Gebäudetrennwänden. Es gelten ähnliche Konstruktionsprinzipien. Luftschallschutzwerte von exemplarischen Ausführungsvarianten zweischaliger Gebäudetrennwände in Massivholz, teilweise mit zusätzlicher Vorsatzschale, zeigen  29 und 30. Den Einfluss der Flankenleitung bei Anschlüsssen an anderen Bauteilen im Kontext unterschiedlicher Flankensituationen zeigt  22 (Varianten A und D).

Zeile

Zweischalige Trennwände aus Massivholz

Massivholzbauteil b

Konstruktionsdetails Mindestwandabstand b

Bekleidung c

Rw (C; Ctr)

sMassiv mm

sW mm

sB,n mm

dB

Horizontalschnitt

sB,1 40

80

–

80

74 (–2; –8) sB,2

GF 15 + GF 15

sB,1

GFK 12,5 67 (–1; –6)

100 sB,2

sB,1

s sMassiv W sMassiv sB,2 sB,1

2

a

b

MW Mineralwolle oder WF Holzfaser, Übermaß des Dämmstoffs ist zu vermeiden Massivholzelement oder Holzwerkstoffplatte aus Brettsperrholz, Brettstapel oder Brettschichtholz; Mindestdicke 80 mm.

c

GF GK GKF

GF 12,5

60

sB,1 sB,1

sW

1

s sMassiv D sMassiv sB,2 sB,1

sB,1

Mindestdämmschicht dicke a sD mm

3.2

Gipsfaserplatte Gipsplatte Gipsplatte (Feuerschutzplatte)

29 Bewertetes Schalldämmmaß Rw von mehrschaligen Massivholztrennwänden, gemäß DIN 4109-33.

GF 15 + GF 15

1028

Zeile Horizontalschnitt

XIV Innere Hüllen

Konstruktionsdetails mm

1

Beschreibung

Rw (C; Ctr) dB

≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180 ≥ 90 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3 ≥ 60 Hohlraum/Faserdämmstoff d ≥ 50 mm

57 (–2, –1)

≥ 100 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3 2

≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180 ≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180 ≥ 90 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3 ≥ 60 Hohlraum/Faserdämmstoff d ≥ 50 mm ≥ 90 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3

61 (–2, –2)

≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180 ≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180 2

≥ 100 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3 ≥ 60 Hohlraum/Faserdämmstoff d ≥ 50 mm ≥ 90 Massivholzelement, ρ ≥ 460 kg/m3 ≥ 60 Hohlraum/Faserdämmstoff d ≥ 50 mm mit Lattung/Schwingbügel ≥ 12,5 Gips-Feuerschutzplatte GKF nach DIN EN 520/DIN 18180

30 Bewertetes Schalldämmmaß Rw einiger Ausführungen zweischaliger Gebäudetrennwände in Massivholzbauweise. 15

67 (–3, –8)

3 Vertikale Raumabtrennungen

Trennwände in Rippenbauweise sind, wie alle anderen Rippensysteme, im Wesentlichen aus einer Rippenschar und einer – in diesem Fall ausnahmslos – beidseitigen Beplankung oder Bekleidung zusammengesetzt. Die Rippenschar, inklusive stets vorhandener Randprofile, besteht im Normalfall entweder aus kaltverformten Stahlblechprofilen oder aus Holz bzw. Holzwerkstoffen. Man spricht dabei von Ständern, bzw. insgesamt von einer Ständerwand. Die Beplankung oder Bekleidung kann grundsätzlich aus Holz, Holzwerkstoffen, Metallblechen oder auch anderen geeigneten Werkstoffen bestehen, wird heute vorzugsweise aber aus Gipskartonplatten nach DIN 18180 oder alternativ aus Gipsfaserplatten, jeweils ein- oder zweilagig, ausgeführt. Neben freistehenden Trennwänden werden in dieser Bauweise auch Vorsatzschalen vor einschaligen Trennwänden vorgebaut. Dabei wird das Ständerwerk nur außenseitig beplankt. Diese Konstruktionen bewirken eine Verbesserung des Schall- und ggf. des Wärmeschutzes der einschaligen Trennwand.

1029

Trennwände in Rippenbauweise

4.

& DIN 4103-4 & DIN 18183 & DIN EN 520, DIN 14190 & DIN EN 14195, DIN 18182-1 & DIN EN 14566 & DIN EN 13963 & DIN EN 12680 & DIN 1052

Analog zu ein- und zweischaligen Trennwänden, lassen sich Trennwände in Rippenbauweise bzw. Ständerwände mit einfachem oder doppeltem Ständerwerk ausführen. Man spricht deshalb von Einfach- oder Doppelständerwänden. Eine Bekleidung oder Beplankung erfolgt dabei stets nur an den beiden Außenflächen der Unterkonstruktion. Doppelständerwände bieten einen erhöhten Schallschutz. Die beiden nebeneinander angeordneten Ständerwerke lassen sich je nach Erfordernissen vollständig getrennt, mit dazwischengelegten federweichen Distanzstreifen, oder auch mit koppelnden Zwischenlaschen ausführen.

Einfach- und Doppelständerwände

4.1

Grundsätzlich können Trennwände in Rippenbauweise innerhalb eines in Holzrahmen- oder Holztafelbauweise ausgeführten Gebäudes sowohl nichttragend wie auch, als ein Bestandteil des Primärtragwerks, tragend zur Ausführung kommen. Die Norm unterscheidet deshalb eine statisch bei der Aussteifung mitwirkende Beplankung von einer statisch nicht wirksamen Bekleidung. Für tragende Innenwände gelten sinngemäß die Aussagen in Kapitel XIII-5; im Folgenden werden nichttragende Trennwände besprochen. Nichttragende Ständerwände mit Holzunterkonstruktion spielen im Trockenbau eine nur untergeordnete Rolle, da diese Art von Trennwänden heute vornehmlich mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen gefertigt wird. Bedeutsamer für die gegenwärtige Baupraxis sind hingegen tragende und nichttragende Holztafelwände im Zusammenhang moderner vorgefertiger Holz-Wandbauweisen. Sie unterscheiden sich im Aufbau nur unwesentlich von den nichttraggenden Ständerwänden.

Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Holzprofilen

4.2

& DIN 4103-4 & DIN EN 18340 VOB ☞ Zu tragenden Holzrippenwänden siehe Kap. XIII-5, Abschn. 2.1.1 Holzrahmenwände, S. 457.

1030

XIV Innere Hüllen

DIN 4103-4/1988-11 noch gültig!

Einbaubereich nach DIN 4103 Teil 1 1 Wandhöhe H

2600

3100

2 4100

2600

3100

4100

Mindestquerschnitte b/h

Wandkonstruktion Beliebige Bekleidung 1)

60/60

60/80

60/80

Beidseitige Beplankung aus Holzwerkstoffen 2) oder Gipsbauplatten 3), mechanisch verbunden 4)

40/40

40/60

40/80

40/60

40/60

40/80

Beidseitige Beplankung aus Holzwerkstoffen, geleimt 5)

30/40

30/60

30/80

30/40

30/60

30/80

Einseitige Beplankung aus Holzwerkstoffen 5) oder Gipsbauplatten, mechanisch verbunden 1) 2) 3) 4) 5)

40/60

60/60

60/60

Z. B. Bretterschalung. Genormte Holzwerkstoffe und mineralisch gebundene Flachpressplatten. Siehe Abschnitt 4.4.3., DIN 4103-4. Siehe Abschnitt 4.4., DIN 4103-4. Wände mit einseitiger, aufgeleimter Beplankung aus Holzwerkstoffplatten können wegen der zu erwartenden, klimatisch bedingten Formänderungen (Aufwölben der Wände) allgemein nicht empfohlen werden.

31 Erforderliche Mindestquerschnitte b/h für Holzstiele oder -rippen bei einem Achsabstand a = 625 mm in Abhängigkeit von Einbaubereich, Wandhöhe und Wandkonstruktion gemäß DIN 4103-4.

4.2.1 Werkstoffe

der Unterkonstruktion

Für Unterkonstruktion und Bekleidung kommen nach der Norm die folgenden Werkstoffe infrage. Die Unterkonstruktion in Form des Ständerwerks kann grundsätzlich ausgeführt werden aus: • Vollholz oder verleimtem Holz, der Güteklasse II nach DIN 4074-1; • Flachpressplatten nach DIN EN 309, Emissionsklasse E1; Voraussetzung ist eine beidseitig aufgeleimte Beplankung aus mindestens 13 mm dicken Spanplatten nach DIN EN 309; Beplankungsstöße sind auf Rippen anzuordnen, außer bei Elementstößen von vorgefertigten Wandtafeln.



der Bekleidung

Bekleidungen können bestehen aus • einer Bretterschalung; • Holzwerkstoffen wie •• Spanplatten nach DIN EN 309; •• Sperrholz nach DIN EN 636; •• harte Holzfaserplatten nach DIN EN 622;

3 Vertikale Raumabtrennungen

1031

• ebenen Faserzementtafeln nach DIN EN 12467; • Gipskartonplatten nach DIN EN 520, DIN 18180 und DIN EN 14190; • anderen bauaufsichtlich zugelassenen Werkstoffen, z. B. Gipsfaserplatten oder mineralisch gebundenen Flachpressplatten. Die Querschnittsabmessungen von Zwischen- und Randrippen aus Holz in Ständerwänden sind in DIN 4103-4 geregelt (2 31). Grundsätzlich werden Rippenachsabstände von 625 mm vorausgesetzt, was der oktametrischen Maßordnung entspricht (625 mm = 25 x 25 cm). Daneben sind auch Achsmaße von 600 mm entsprechend der Maßordnung nach ISO 1006 bzw. ISO 2848 realisierbar (600 mm = 60 x 10 cm). Es sind Bauprodukte mit diesen variierenden Standardmaßen am Markt erhältlich. Die Querschnittsbreiten b der Tabelle in 2 31 dürfen unterschritten werden, sofern die Querschnittshöhe h soweit vergrößert wird, dass das Widerstandsmoment des Querschnitts insgesamt mindestens so groß wie ursprünglich ist. Waagrechte Hölzer lassen sich nach konstruktiven 1

TW

☞ genauere Angaben zu Gipskartonplatten vgl. Abschn. 4.3 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen, 4.3.1 Werkstoffe > der Bekleidung oder Beplankung, S. 1037 ff

4.2.2

Abmessungen

☞ Zu Maßordnungen vgl. Band 1, Kap. II3, Abschn. 2.1, S. 68 ff, und 2.4, S. 73 f.

D

d min. 1250/2

1250/3

ohne zusätzliche Bekleidung

13 ³)

10

mit zusätzlicher Bekleidung ¹)

10

8

Bretterschalung

≈ 12

≈ 12

Gipsbauplatten ²)

12,5

12,5

Unterstützungsabstand a S

≤ 1000

2

1 Holzschraube ds ≥ 6 mm TW*

Holzwerkstoffe, organisch oder mineralisch gebunden

¹) Z. B. mit Bretterschalung, Gipsbauplatten. ²) Siehe Abschnitt 4.4.3., DIN 4103-4. ³) Für mineralisch gebundene Platten, Mindestdicke 12 mm. 32 (Oben) Erforderliche Mindestdicken d von Bekleidungen oder Beplankungen in Abhängigkeit vom Unterstützungsabstand gemäß DIN 4103-4. 33 (Links) Anschlussmöglichkeit für Trennwände in Rippenbauweise an angrenzende Bauteile nach DIN 4103-4; 1 Regelfall, 2 Sonderfall. je 1 Holzschraube ds ≥ 12 mm

L ≤ 5000

TW Trennwand TW* Trennwand, beidseitige Beplankung mit Holzwerkstoffen oder Gipsbauplatten D angrenzende obere Decke S durch angrenzende Seitenwand konstruktiv gehalten

XIV Innere Hüllen

M 1:5

☞ 2 35

1032

0

50 mm

☞ 2 34

34 Rippe und Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Holzständerwand, profilierter Stoß verspachtelt (Horizontalschnitt) (Fa. Knauf).

y

z

M 1:5

x

0

50 mm

x

☞ 2 35

35 Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Holzständerwand, unprofilierter Stoß verspachtelt und mit eingelegtem Streifen bewehrt (Vertikalschnitt) (Fa. Knauf).

36 Deckenanschluss starr (Fa. Knauf). 0

37 Seitlicher starrer Anschluss an massive Querwand (Fa. Knauf).

y

M 1:5

z

50 mm

M 1:5

x

x

0

50 mm

0

50 mm

☞ 2 34

38 Bodenanschluss (Fa. Knauf).

y

z

39 Ecke (Fa. Knauf).

x

M 1:5

0

50 mm

x

M 1:5

3 Vertikale Raumabtrennungen

1033

0

50 mm

M 1:5

☞ 2 40

y x

☞ 2 41

40 Rippe und Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Holzdoppelständerwand (Horizontalschnitt)(Fa. Knauf). z

M 1:5

0

41 Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Holzdoppelständerwand (Vertikalschnitt) (Fa. Knauf).

50 mm

x

M 1:5 0

50 mm

☞ 2 44

x

x

0

☞ 2 42

42 Deckenanschluss starr (Fa. Knauf). y

z

M 1:5 0

50 mm

43 Seitlicher starrer Anschluss an massive Querwand (Fa. Knauf).

50 mm

☞ 2 43

M 1:5

y

M 1:5

z

0

x

44 Bodenanschluss (Fa. Knauf).

50 mm

x

45 Ecke (Fa. Knauf).

1034

XIV Innere Hüllen

Erfordernissen dimensionieren. Die vorgeschriebenen Mindestdicken für die Beplankung der Trennwände sind 2 32 zu entnehmen. 4.2.3

Befestigung von Rippen und Bekleidung

& DIN 1995-1-1

4.2.4 Anschlüsse

& 4103-4, 5.2.1

4.2.5 Schallschutz ☞ Abschn. 4.3 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen, 4.3.5 Schallschutz, S. 1043 & DIN 4109-33, 4.1.2 sowie 5.1.3

4.2.6 Brandschutz & DIN 4102-4, 10. ☞ Band 1, Kap. VI-5, Abschn. 10.3.3 Holztafelwände, S. 739 f ☞ Abschn. 4.3 Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen, 4.3.6 > Brandschutz, S. 1044 ff & DIN 4102-4, 10.

Holzwerkstoffplatten werden mit mechanischen Verbindungsmitteln wie Nägeln, Klammern oder Schrauben auf der Unterkonstruktion befestigt, wobei die Abstände untereinander nicht größer als das 80-fache des Stiftdurchmessers, maximal jedoch 200 mm sein dürfen ( 34, 35). Auch eine Verklebung nach Vorgabe der Norm ist möglich. Gipskartonplatten werden gemäß DIN EN 14566 mithilfe mechanischer Verbindungsmittel befestigt. Ständer werden mit Kopf- und Fußrippen entweder gar nicht verbunden, wie bei Bekleidungen aus Platten der Fall, oder ansonsten, bei nicht schubfesten Bretterbekleidungen, beispielsweise mit zwei Stichnägeln. Analog zu nichttragenden einschaligen Trennwänden lassen sich die Anschlüsse an angrenzende Bauteile entweder starr oder gleitend ausführen ( 36 bis 38). Gleitende Anschlüsse sind dann notwendig, wenn mit größeren Verformungen der flankierenden Bauteile zu rechnen ist. Dies gilt insbesondere für obere Anschlüsse unter Decken, die sich stärker durchbiegen. Gemäß Norm sind im Regelfall an Kopf- und Fußrippe mindestens eine Holzschraube (Ø 6 mm) je Meter Wandlänge oder gleichwertige Verbindungsmittel anzuordnen. Seitlich sind je zwei Holzschrauben (Ø 6 mm) oder Vergleichbares vorzusehen. Im Sonderfall, d. h. bei beidseitiger Beplankung aus genormten Holzwerkstoffen oder Gipsbauplatten bis zu einer Länge von 5000 mm, genügt die Befestigung an angrenzende Holzbauteile mit mindestens zwei Holzschrauben (Ø 12 mm) pro Seite, vorausgesetzt, die Wand setzt auf dem Boden auf. Für die bauakustische Wirkungsweise von Holzständerwänden gelten sinngemäß die Aussagen zu Metallständerwänden. Schallschutzwerte einiger exemplarischer Wandaufbauten sind in 2 46 zu finden. Nähere Angaben zur Direktschalldämmung sowie zur Flankenschalldämmung finden sich in der Norm. Unter festgelegten Voraussetzungen lassen sich Holzständerwände in feuerhemmender und feuerbeständiger Bauart ausführen. Grundlegende Aussagen finden sich an anderer Stelle. Zur Ausführung von Gipsplattenbeplankungen gelten die Aussagen zu Metallständerwänden. Weitere Werkstoffe für die Beplankung sind in der Norm angegeben. Gleiches gilt für die Befestigung der Beplankung auf der Unterkonstruktion, wobei auf Holzunterkonstruktionen neben Schnell­ bauschrauben auch Klammern oder Nägel einsetzbar sind. Bei Holzständerwänden sind zur Erlangung eines Feuerwiderstands insbesondere folgende Bedingungen zu

3 Vertikale Raumabtrennungen

1035

Feuerwiderstandsklasse

System

A Holzständerwand nichttragend

Mindestdicke d mm

Min.-Rohdichte kg/m3

Mindestquerschnitt

Schallschutz Rw,R 1)

D

b/h

Dämmschicht Mindestdicke

mm

mm

mm

dB

28

40

37

38

60

37

60

39

h D d d h D

F 60 F 90

d

ca. kg/m2

Wand- Holzdicke ständer

40

30

34 40

25

40

40

49

30

45

85 bis 130

60/60 oder 60/80

60

38 4)

60

34

40

41

40

41

60

43 2)

40

41

60

43 2)

Einfachständerwerk – zweilagig beplankt F 30

40

2 x 12,5 2 x 12,5 2 x 12,5 2 x 12,5 2 x 12,5

40

40

80

100

49 59 49

110 oder 130

60/60 oder 60/80

59

Doppelständerwerk – zweilagig beplankt

d

F 30

h D

F 60 F 90 d

ohne Dämmschicht

18

F 60

C Holzständerwand nichttragend

Gewicht

12,5

15

B Holzständerwand nichttragend

Ständerachsabstand ≤ 625 mm

Mindestdicke mm

12,5

b

Ständerachsabstand ≤ 625 mm

Dämmschicht

brandschutztechnisch erforderliche Mineralwolle S

Einfachständerwerk – einlagig beplankt F 30

d

Ständerachsabstand ≤ 625 mm

Beplankung je Wandseite

2 x 12,5

40

2 x 12,5 2 x 12,5 2 x 12,5 2 x 12,5

30

40

40

80

100

• Mineralwolle-Dämmschicht nach DIN EN 13162; längenbezogener Strömungwiderstand nach DIN EN 19053: r ≥ 5 kPa s/m2. • A und B: Schallschutzwerte für geschraubte Plattenlagen in Unterkonstruktion; bei geklammerten Plattenlagen 2 dB abziehen. 1) Rw,R = Rechenwert des bewerteten Schalldämmmaßes ohne Nebenwege.

2)

3)

4)

51 54 65 54

175 oder 215

60/60 oder 60/80

65

2 x 40

59

2 x 40

59

2 x 60

66 3)

2 x 40

59

2 x 60

66 3)

47 dB – oberste Plattenlage in darunterliegende Plattenlage geklammert, ohne Brandschutzanforderung an die oberste Plattenlage. 67 dB – oberste Plattenlage in darunterliegende Plattenlage geklammert, ohne Brandschutzanforderung an die oberste Plattenlage. Abschätzung ohne Prüfung.

46 Schallschutz verschiedener Ausführungsvarianten von Holzständerwänden (gemäß Herstellerangaben Fa. Knauf). 16

D

D

d

d

Konstruktionsmerkmale

einschalige Ausführung 1 2 1) 2)

Feuerwiderstandsklasse-Benennung d

b ≥ 40

d

Zeile

b ≥ 40

zweischalige Ausführung

F 30-B

F 60-B

F 90-B

F 120-B

F 180-B

Mindestbeplankungsdicke d in mm Mindestdämmschichtdicke D in mm/Mindestrohdichte ρ in kg/m3 bei Verwendung einer Dämmschicht nach DIN 4102-4, 10.2.4

12,5 1)

2 x 12,5 2)

2 x 12,5

–

–

80/100

–

–

40/30

40/40

alternativ auch 18 mm GKB oder ≥ 2 x 9,5 mm GKB alternativ auch 25 mm

47 Für Brandschutz erforderliche Mindestbeplankungsdicken nichttragender Einfach- oder Doppelständerwände aus Gipskarton-Feuerschutzplatten (GKF) mit Ständern und/oder Riegeln aus Holz sowie Angaben zur Dämmschicht, gemäß DIN 4102-4, 10.2.

1036

XIV Innere Hüllen

berücksichtigen: • Mindestbreite der Holzrippe ist 40 mm; • Rippen bestehen im Normalfall aus Bauschnittholz und können auch aus Spanplattenstreifen gefertigt sein, sofern die Beplankung ebenfalls aus Spanplatte besteht; • bei tragenden Innenwänden sind die Druckspannungen in den Rippen einzuschränken; • Mindestbeplankungsdicken – siehe die Tabelle in 2 47. 4.3

Ständerwände mit Unterkonstruktion aus Metallprofilen & DIN 18183-1

Es sind folgende Werkstoffe üblich.

4.3.1 Werkstoffe

Ständerwände aus Metallunterkonstruktion und Gipsplattenbekleidung (2 50) sind die am weitesten verbreitete Anwendungsvariante von nichttragenden Trennwänden in Rippenbauweise und bilden die Grundlage des modernen Innenausbaus in Trockenbauweise bzw. des Trockenbaus. Sie sind rasch und mit großer Präzision montierbar und lassen sich im Fall von Grundrissänderungen leicht zerstören oder demontieren.

der Unterkonstruktion & DIN 18180, DIN 18181 & DIN 18182 & DIN 18183-1 & DIN EN 520 & DIN EN 14190 & DIN EN 14195 & DIN EN 18340 VOB

Die Unterkonstruktion besteht im Normalfall aus kaltverformten Profilen aus Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt – also guter Duktilität – mit einem Zink-, Aluminium-Zink- oder Zink-Aluminiumüberzug. Zu diesem Zweck wird kontinuierlich schmelztauchveredeltes Band oder Blech verarbeitet. Die Oberflächen der Profile werden zur Vergrößerung der Beulsteifigkeit im Regelfall längs profiliert. Gleichzeitig vergrößert die Querschnittssickung die federnde Nachgiebigkeit des Profils quer zur Wandebene, die zur Gewährleistung eines ausreichenden Schallschutzes der Wandkonstruktion erforderlich ist. Diese Federwirkung quer zur Wandebene wird durch die einseitig offene C- oder U-Form der üblichen Ständerprofile unterstützt ( 48). Im Rahmen von Ständerwandsystemen werden die folgenden Profilarten unterschieden: • C-Deckenprofil

(CD)

• U-Deckenprofil

(UD)

• C-Wandprofil

(CW)

• U-Wandprofil

(UW)

• L-Wandinneneckprofil (LWi) • L-Wandaußeneckprofil (LWa) • U-Aussteifungsprofil

(UA)

3 Vertikale Raumabtrennungen

1037

C-Profile lassen sich in U-Profile einführen. Ständer- sowie Kopf- und Fußprofile werden allein über die Befestigung an der Beplankung miteinander verbunden. Es kommen Gipskartonplatten (GK-Platten) nach Normen DIN EN 520, DIN 18180 und DIN EN 14190 zur Anwendung, oder alternativ Gipsfaserplatten. Gipskartonplatten sind ebene rechteckige Platten, die aus einem Gipskern und einer daran haftenden Ummantelung aus einem festen, widerstandsfähigen Karton bestehen. Die Kartonoberflächen können in Abhängigkeit vom Verwendungszweck der jeweiligen Plattenart variieren. Der Kern kann Zusätze enthalten, die der Platte zusätzliche Eigenschaften verleihen. Die Längskanten sind kartonummantelt und dem Verwendungszweck entsprechend ausgebildet ( 49).17 Hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit wirkt die GK-Platte analog zu einer Sandwichplatte. Die zugfesten Kartondecklagen übernehmen wechselseitig die Zugbeanspruchung aus Biegung, der spröde Gipskern übernimmt die Druck- bzw. Schubkräfte. C-Deckenprofil (CD)

der Bekleidung oder Beplankung

U-Aussteifungsprofil (UA) volle Kante

x

b

x1

b

b

s s

s h h h

Winkelkante

C-Wandprofil (CW)

L-Wandinneneckenprofil (LWi)

x1

x1

x1

Abgeflachte Kante

b

b

b

x2

s s

x1

s

Halbrunde Kante

h h h

U-Wandprofil (UW)

L-Wandaußeneckenprofil (LWa) Halbrunde abgeflachte Kante

b

x1

b

s

s

x1

h

Runde Kante

h

48 Stahlblechprofile für Metallständerkonstruktionen mit den zugehörigen Kürzeln nach DIN 18182-1.

49 Alternative Längskantenausbildungen nach DIN EN 520.

1038

XIV Innere Hüllen

GK-Platten sind nach DIN EN 520 in verschiedenen Varianten einsetzbar: • Gipsplatte Typ A: Standardplatte; • Gipsplatte Typ H: imprägnierte Ausführung mit reduzierter Wasseraufnahmefähigkeit für Nassräume; • Gipsplatte Typ E: für Beplankungen von Außenwandelementen (keine dauernde Bewitterung). Reduzierte Wasseraufnahmefähigkeit und Wasserdampfdurchlässigkeit; • Gipsplatte Typ F: mit verbessertem Gefügezusammenhalt des Kerns bei höheren Temperaturen zum Einsatz als Brandschutzplatte; • Gipsplatte Typ P: Putzträgerplatte; • Gipsplatte Typ D: mit definierter Dichte für verbesserte Leistungsfähigkeit; • Gipsplatte Typ R: mit erhöhter Bruchfestigkeit in Längsund Querrichtung; • Gipsplatte Typ I: mit erhöhter Oberflächenhärte. Parallel unterscheidet die DIN 18800 folgende Plattenarten: • Bandgefertigte Gipsplatten; •• Bauplatten (GKB); •• Feuerschutzplatten (GKF); •• Bauplatten imprägniert (GKBI) mit verzögerter Wasseraufnahme; •• Feuerschutzplatten imprägniert (GKFI) mit verzögerter Wasseraufnahme; •• Putzträgerplatten (GKP). • Werkmäßig mechanisch bearbeitete Platten; •• Zuschnitt-Gipsplatten, rechteckig zugeschnitten oder quadratisch als Gipskassetten;

☞ Kap. XIV-2, Abschn. 4.1 Werkstoffe, S. 890

•• gelochte Gipsplatten mit durchgehenden Löchern, in besonderen Lochfeldern und Mustern angeordnet. Quadratische gelochte Gipsplatten werden als gelochte Gipsplattenkassetten bezeichnet. Gelochte Gipsplatten finden vorwiegend in Unterdecken Verwendung.

3 Vertikale Raumabtrennungen

1039

Die meisten Ausführungen sind auch für den Auftrag eines Gipsputzes oder für das Aufbringen einer dekorativen Beschichtung geeignet. Bandgefertigte GK-Platten werden in einem kontinuierlichen Endlosprozess gefertigt. Beide Längskanten lassen sich aus diesem Grund in verschiedenen Geometrien profilieren, welche die flächenbündige Verspachtelung erlauben (2 49). Querkanten sind hingegen stumpf geschnitten und nicht kartonummantelt. Dämmstofffüllungen übernehmen bei Trennwänden in erster Linie die Funktion der bauakustisch wirsamen Hohlraumdämpfung. Ihre dynamische Steifigkeit ist entsprechend niedrig zu wählen. Üblicherweise kommen Mineralfaserdämmstoffe zum Einsatz. Wird zusätzlich ein Brandschutz gefordert, sind weitere Anforderungen an den Dämmstoff zu stellen, insbesondere hinsichtlich seiner Brennbarkeit.

der Dämmstofffüllung

Übliche Nennbreiten von GK-Platten sind 600 mm; 625 mm; 900 mm; 1200 mm und 1250 mm. Übliche Nenndicken sind 9,5 mm; 12,5 mm; 15 mm; 20 mm. Vorgeschriebene Wandmaße sind der Tabelle in 2 51 zu entnehmen.

Standardmaße

75 mm

6

3

1

4

2

5

4

2

6

4.3.2

100 mm

≤ 625 mm 5

3

1

50 Einfach und doppelt beplankte Metallständerwand gemäß DIN 18183-1.

≤ 625 mm y x

1 Gipsplatte 2 C-Wandprofil (CW) 3 U-Wandprofil (UW) (Draufsicht) 4 Dämmstoff 5 Verschraubung im C-Wandprofil 6 Verspachtelung des Plattenstoßes

1040

Zeile

XIV Innere Hüllen

Kurzzeichen der Wand

Profil Mindestdicke nach DIN 18182-1 e der Beplankung je Seite a mm

Dicke der Wand mm

maximale Wandhöhe h in mm im Einbaubereich b 1

2

Durchbiegung der Wand infolge Belastung nach DIN 4103-1 für die Einbaubereiche b 1 2

Einfachständerwände CW 50 x 50 x 06

1

CW 50/75

2

CW 50/100

CW 50 x 50 x 06

3

CW 75/100

CW 75 x 50 x 06

CW 50 x 50 x 07

12,5

75

3000

12,5 +12,5

100

4000

12,5

100

4500

CW 50 x 50 x 07

2750 2600 3500 2600 3750 5000

4

CW 75/125

CW 75 x 50 x 06

12,5 +12,5

125

5500

5

CW 100/125

CW 100 x 50 x 06

12,5

125

5000

3750 4250

6

CW 100/150

CW 100 x 50 x 06

12,5 +12,5

150

6500

5750

Doppelständerwände, Ständer durch Laschen zug- und druckfest (kraftschlüssig) verbunden f 7

CW 50 + 50/155

CW 50 x 50 x 06

8

CW 75 + 75/205

CW 75 x 50 x 06

9

CW 100 + 100/255

CW 100 x 50 x 06

155/…d < 500 mm 12,5 +12,5

4500

4000

4000

2600

205/…d < 500 mm

6000

5500

205/…d < 500 mm

6500

6000

Doppelständerwände (getrennte Ständer) und frei stehende Vorsatzschalen c 10

CW 50 + 50/…

CW 50 x 50 x 06

12,5 +12,5

2600

--

11

CW 75 + 75/…

CW 75 x 50 x 06

12,5

3000

2500

12

CW 75 + 75/…

CW 75 x 50 x 06

12,5 +12,5

3500

2750

13

CW 100 + 100/…

CW 100 x 50 x 06

12,5

4000

3000

14

CW 100 + 100/…

CW 100 x 50 x 06

12,5 +12,5

4250

3500

f ≤ h/500

…d

f ≤ h/500 < f ≤ h/350

–

h/350 < f ≤ h/200

Hinweise: Die hier angegebenen maximal zu erwartenden Durchbiegungen haben informativen Charakter für die Trennwandauswahl. Einwirkungen von Windlasten sind nicht berücksichtigt und sind ggf. zusätzlich zu beachten. a b

c

d e

f

Vorsatzschalen sind einseitig beplankte Wandkonstruktionen. Nach DIN 4103-1 werden folgende Einbaubereiche unterschieden: Einbaubareich 1 Bereiche mit geringer Menschenansammlung, wie sie z. B. in Wohnungen, Hotel-, Büro- und Krankenräumen und ähnlich genutzten Räumen einschließlich der Flure vorausgesetzt werden müssen; Bereich mit größerer Menschenansammlung, wie sie z. B. in größeren Versammlungsräumen, Schulräumen, Hörsälen, Ausstellungs- und Verkaufsräumen und ähnlich genutzten Räumen vorausgesetzt werden müssen. Beispiel für das Kurzzeichen einer Vorsatzschale: V-CW 75/87,5; es setzt sich zusammen aus dem Buchstaben V (für Vorsatzschale), dem verwendeten C--Wandprofil CW und der jeweiligen Dicke der Vorsatzschale. Abhängig vom Abstand der Ständerreihen. Die angegebenen Profilblechdicken sind Mindestdicken, Profile größerer Dicke sind zulässig. Statt C-Wandprofilen können auch die jeweiligen entsprechenden U-Aussteifungsprofile (UA) gleicher Nennbreite verwendet werden. Alternativen sind möglich, sofern nachgewiesen.

51 Maße von Metallständerwänden gemäß DIN 18183-1.

3 Vertikale Raumabtrennungen

1041

1 Gipsplatte 2 C-Wandprofil (CW) 3 U-Wandprifl (UW) 4 Dämmstoff 5 Anschlussdichtung 6 Verschraubung im C-Wandprofil 7 Verschraubung im U-Wandprofil 8 Befestigung im Untergrund 9 Verspachtelung

☞ 2 53

☞ 2 52

y

M 1:5

x

M 1:5

z 0

52 Rippe und Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Metallständerwand (Horizontalschnitt) (Fa. Knauf).

0

50 mm

50 mm

x

5

8

53 Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Metallständerwand (Vertikalschnitt) (Fa. Knauf).

9

3 7

9 5

1 4 6

0

50 mm

x

x

3

1

4 54 Deckenanschluss starr (Fa. Knauf).

☞ 2 56

y

M 1:5

z

2 9 ☞ 2 54

2

M 1:5 0

50 mm

0

50 mm

55 Seitlicher starrer Anschluss an massive Querwand (Fa. Knauf).

☞ 2 54

4 2 1 8

5

3

7 9

M 1:5

z 0

x

y 50 mm

x

Für die Befestigung der GK-Platten an der Unterkonstruktion kommen selbstbohrende oder selbstschneidende Schnellbauschrauben (Gipsplattenschrauben), häufig mit Trompetenkopf, zum Einsatz ( 52, 53). Bei doppellagigen Beplankungen wird die zweite Lage durch die erste hindurch an der Unterkonstruktion befestigt. Die Schraubenköpfe werden versenkt verschraubt und anschließend flächenbündig verspachtelt.

56 Bodenanschluss (Fa. Knauf). M 1:5

57 Ecke (Fa. Knauf).

Befestigung

4.3.3

1042

XIV Innere Hüllen

58 Gleitender Deckenanschluss, Minderung des Schallschutzes um ca. 3 dB (nach Angaben des Herstellers) (Fa. Knauf). 59 Gleitender Deckenanschluss, ohne Minderung des Schall- oder Brandschutzes der Trennwand (Fa. Knauf).

M 1:5

z

0

0

50 mm

x

x

0

M 1:5

z 50 mm

50 mm

M 1:5

60 Bodenanschluss auf schwimmendem Estrich: hier Gipsfaserplatte 18 mm dick. Es entsteht eine starke Schallübertragung zwischen den benachbarten Räumen über die dünne, leichte und gleichzeitig biegesteife Estrichschale. Gleiches gilt für einen Zementestrich. Diese Lösung ist nur für geringe Schallschutzansprüche geeignet (Fa. Knauf).

z x

x

61 Deutliche Verringerung der Schallleitung über die Estrichschale durch Abfugung A. Hier Zementestrich (Fa. Knauf).

0

M 1:5

0

50 mm

M 1:5

z x

62 Bodenanschluss der Metallständerwand direkt auf der Bodenplatte. Unterbrechung der Estrichplatte. Verringerte Schalllängsleitung zwischen benachbarten Räumen, jedoch reduzierte Flexibilität. Links Zement-, rechts Trockenestrich (Fa. Knauf).

A

z

50 mm

3 Vertikale Raumabtrennungen

1043

y 0

x

50 mm

M 1:5

63 Gleitender Wandanschluss durch formschlüssige Übergreifung mit einem starr befestigten Anschluss-Wandstreifen (oben). Gleitender Anschluss zwischen zwei Wandabschnitten, ebenfalls formschlüssig übergreifend (unten) (Fa. Knauf).

Anschlussprofile (Kopf- und Fußleisten) werden mit Schrauben in einem maximalen Abstand von 1000 mm an Decke und Fußboden befestigt, seitlich mit mindestens 3 Befestigungspunkten. Es sind starre und gleitende Anschlüsse ausführbar, letztere bei Existenz größerer Verformungen der angrenzenden Bauteile. Beispiele für gleitende Anschlüsse an Decken und Massivwände zeigen 2 58, 59, 63.

Anschlüsse

4.3.4

Der Schallschutz von Ständerwänden, die in bauakustischer Hinsicht als zweischalige Wandbauteile gelten, beruht auf dem Prinzip des Masse-Feder-Systems wie in Kapitel VI-4 beschrieben. Wesentliche Faktoren sind dabei:

Schallschutz

4.3.5

• Die Federwirkung der offenen C-Profile aus kaltverformtem Feinblech. Diese lässt sich durch geeignete Profilierung verbessern (2 65).

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.3.2 Luftschalltechnisches Verhalten von Bauteilen > zweischalige Bauteile, S. 693, sowie ebda. Abschn. 3.3.3 Bauliche Varianten zweischaliger Hüllbauteile, S. 698 ff & DIN 4109-33

• Die verhältnismäßig dünnen und biegeweichen GKSchalen. Doppellagige Beplankung vergrößert die schwingende Masse um das Doppelte, vergrößert hingegen die Steifigkeit der Gesamtschale wegen ihrer mangelnden Schubfestigkeit an der Kontaktfuge zwischen den Platten nicht in gleichem Maß. Dies wirkt sich akustisch günstig aus. • Die Hohlraumdämpfung mittels Dämmstoff geringer dynamischer Steifigkeit, wie beispielsweise Mineralwolle.

1044

XIV Innere Hüllen

• Die Trennung der Unterkonstruktion in zwei gesonderte Ständerwerke (Doppelständerwand) (2 64). Durch die Vergrößerung des Schalenabstands wird das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems verbessert. Die konstruktive Trennung der beiden Ständerwerke unterbindet die direkte Schallübertragung über die Unterkonstruktion. • Die dichte und möglichst freifedernde Ausführung der Anschlüsse. Die Anschlussprofile werden punktuell befestigt und zu diesem Zweck mit elastischen Trennstreifen gegen das anschließende Bauteil abgefugt. & DIN 4109-33, 4.1.1 sowie 5.1.2

☞ Band 1, Kap. VI-4, Abschn. 3.4.4 Verbesserung des Trittschallschutzes durch schwimmende Estriche, S. 704 ff

Nähere Angaben zum Direkt- und Flankenschallübertragung von Wänden aus Metallprofilen finden sich in der Norm. Die Tabelle in 2 73 zeigt Schalldämmwerte einiger exemplarischer Wandaufbauten. Kritisch hinsichtlich der Trittschallübertragung sind Bodenanschlüsse von Metallständerwänden auf Decken mit schwimmenden Estrichen (2 60). Für einen ausreichenden Trittschallschutz muss die Schalllängsleitung über die leichte Estrichplatte unterbunden werden. Dies kann durch Aufschlitzen des Estrichs unter der Trennwand erfolgen (2 61) oder durch Aufsetzen der Wand auf der Rohdecke und Aussparung der Estrichkonstruktion (2 62). Im Allgemeinen schränken diese Maßnahmen indessen die Nutzungsflexibilität der Raumaufteilung stark ein. Wesentliche Grundvoraussetzungen für die Brandschutzeignung von Metallständerwänden sind nach Norm:

4.3.6 Brandschutz & DIN 4102-4, 10.2

• Die geschlossene, vollflächige Bekleidung oder Beplankung der Wand. Dies setzt den dichten Stoß der Gipsplatten auf Ständern oder Riegeln voraus, die um mindestens einen Ständer- oder Riegelabstand gegeneinander versetzt sein müssen. Stoßfugen sind dicht zu verspachteln. • die grundsätzliche Verwendung von Gipskarton-Feuerschutzplatten (GKF). Alle Gipsplatten, auch die einer zweiten oder dritten Lage, sind mit Schnellbauschrauben an der Unterkonstruktion zu befestigen. Die Schraubenköpfe sind zu verspachteln; • die vorgeschriebene Mindestdicke der Beplankung (2 74); • geeignete Dämmstoffe aus Mineralfasern nach der Norm DIN EN 13162, nichtbrennbar A, Schmelzpunkt ≥ 1000°C nach DIN 4102-17. Dämmschichten sind stramm einzupassen und zu stoßen. Es sind vorgeschriebene Mindestdicken und Mindestrohdichten der Dämmstoffe einzuhalten (2 74); • dichte Ausführung der Anschlüsse an angrenzende Bauteile mithilfe brandschutzgeeigneter starrer und gleitender

3 Vertikale Raumabtrennungen

1045

y

y x

x

64 Doppelständerwand mit erhöhtem Schallschutz (bis Rw,r = 58 dB).

2

65 Einfachständerwand mit speziell profiliertem federweichen Ständerprofil für erhöhten Schallschutz (bis Rw,r = 63 dB).

1

66 Einfachständerwand mit speziell profiliertem federweichen Ständerprofil für erhöhten Schall- und Brandschutz (bis Rw,r ≥ 73 dB, F 90).

y x

1 Spezial-Ständerprofil 2 Lasche aus Gipsplattenstreifen d ≥ 12,5 mm

1046

XIV Innere Hüllen

0

50 mm

M 1:5

☞ 2 67

y

68 Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Metalldoppelständerwand (Vertikalschnitt) (Fa. Knauf).

x

0

☞ 2 68

67 Rippen und Plattenstoß einer mit GK doppelt beplankten Metalldoppelständerwand (Horizontalschnitt) (Fa. Knauf). M 1:5 0

z 50 mm

x

50 mm

M 1:5

70 Seitlicher starrer Anschluss an massive Querwand (Fa. Knauf).

x

x

0

50 mm

0

50 mm

M 1:5

M 1:5

☞ 2 70

z

71 Bodenanschluss (Fa. Knauf). 72 Ecke (Fa. Knauf).

x y x

☞ 2 71

y

z

☞ 2 69

69 Deckenanschluss starr (Fa. Knauf). M 1:5 0

50 mm

3 Vertikale Raumabtrennungen

1047

Zeile Ausführungsbeispiele Horizontalschnitt

Bekleidung c

C-Wandprofil b

SB

sB

≥ 600 mm

S

40

41

2

CW 75 x 0,6

75

60

42

40

43

60

44

80

45

40

48

40

48

60

51

40

49

60

51

80

52

s

GK 12,5

4

CW 100 x 0,6

7 sB s

sD

8

100

9

CW 50 x 0,6

50

CW 75 x 0,6

75

GK 2 x 12,5 CW 100 x 0,6

10

100

11

sB

12

weichfedernde Zwischenlage d

Mineralwolle MW oder Holzfaser WF

b

Kurzzeichen für das C-Wandprofil

c

Gipsplatte GK

2 x CW 50 x 0,6

105

2 x 40

60

2 x CW 100 x 0,6

205

80

61

GK 2 x 12,5

s sD a

dB

50

6

≥ 600 mm

Rw

CW 50 x 0,6

5

≥ 600 mm

Mindestdämmschichtdicke a SD

1

3 sD

Mindestschalenabstand

13

Maße in mm

73 Schallschutz verschiedener Ausführungen von Metallständerwänden gemäß DIN 4109-33.

1048

XIV Innere Hüllen

& DIN 4102-4, 10.2.5

Anschlüsse. Hinweise zur Ausführung von Anschlüssen gibt die Norm. Einige Ausführungen brandschutzgeeigneter Metallständerwände mit bauaufsichtlicher Zulassung zeigt 2 75.

D

d

Feuerwiderstandsklasse-Benennung d

Zeile

d

D

d

Konstruktionsmerkmale

einschalige Ausführung

zweischalige Ausführung

F 30-A 1)

1

Mindestbeplankungsdicke d in mm

12,5

2

Mindestdämmschichtdicke D in mm/Mindestrohdichte ρ in kg/m3 bei Verwendung einer Dämmschicht nach DIN 4102-4, 10.2.4

40/30

3

oder alternativ zu den Zeilen 1 und 2 für ≥ F 90-A

4

Mindestbeplankungsdicke d in mm

5

Mindestdämmschichtdicke D in mm/Mindestrohdichte ρ in kg/m3 bei Verwendung einer Dämmschicht nach DIN 4102-4, Abs. 4.10.4

1) 2)

alternativ auch 18 mm GKB oder ≥ 2 x 9,5 mm GKB alternativ auch 25 mm

3) 4)

F 60-A 2 x 12,5 40/40

F 90-A 2)

F 120-A

5 + 12,5

2 x 18

40/40

40/40

3)

F 180-A – –

2 x 12,5 2)

2 x 15

3 x 12,5 4)

80/30 oder 60/50 oder 40/100

80/50 oder 60/100

80/50 oder 60/100

alternativ auch 3 x 12,5 mm oder 25 mm + 12,5 mm alternativ auch 25 mm + 12,5 mm

74 Für Brandschutz erforderliche Mindestbeplankungsdicken nichttragender Einfach- oder Doppelständerwände aus Gipskarton-Feuerschutzplatten (GKF) nach DIN 18180 mit Ständern und/oder Riegeln aus Stahlblechprofilen sowie Angaben zur Dämmschicht, gemäß DIN 4102-4, 10.2.

3 Vertikale Raumabtrennungen

Beplankung

Feuerwiderstandsklasse

System

1049

Art/ Baustoffklasse

F30

Feuerschutzplatte GKF A2

Dämmschicht

Mind.Dicke

Art

mm

Mind.Dicke mm

Mind.Rohdichte kg/m³

max. Profilachsabstand a

Nachweis

cm

Metallständerwand Ständerachsabstand a

12,5 *)

ohne oder Mineralwolle

CW-Profil 62,5

40

G

ABP P-3310/563/07

Metallständerwände Metallständerwand Ständerachsabstand a

ABP P-3310/563/07 F30

Metallständerwand Ständerachsabstand a

Bauplatten GKB A2

2 x 12,5

ohne oder Mineralwolle

G + **)

ABP P-3310/563/07

CW-Profil 62,5

Installationswand Ständerachsabstand a

ABP P-3310/563/07

F90

Feuerschutzplatten 2 x 12,5 GKF A2

ohne oder Mineralwolle

G + **)

ABP P-3310/563/07

Sicherheitswand Ständerachsabstand a a F90

Feuerschutzplatte GKF A2

3 x 12,5

+ 2 Stahlblecheinlagen

2 x 0,5

ohne oder Mineralwolle

G

CW-Profil 31,25

ABP P-3310/563/07 -MPA BS

CW-Profil 31,25

ABP P-3310/563/07

Fireboard-Wand A1 Ständerachsabstand a a F90

Fireboard A1 Z-PA-III 4.290

20

Mineralwolle

40+60

40

S

Mineralwolle-Dämmschicht nach DIN EN 13162, Abschn. 3.3.3 Baustoffklasse A

S Schmelzpunkt ≥ 1000 ° C nach DIN 4102-17

G Baustoffklasse A

*) Stirnstöße mit Profilen hinterlegen **) + : Erweiterung zum Verwendbarkeitsnachweis Brandschutz – Bei Ausführung mit Dämmschicht G in Verbindung mit Wandhöhe > 5 m (F 90); Beplankung mit KnaufBauplatte.

75 Brandschutzgeeignete Metallständerwände mit bauaufsichtlicher Zulassung (Herstellerangaben Knauf ®). 18

1050

XIV Innere Hüllen

Anmerkungen

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18

Normen und Richtlinien

Vormals nach DIN 398, jetzt zurückgezogen Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau e. V. (Hg) (2017) Mauerwerksbau aktuell – Nichttragende innere Trennwände, 2. Auflage, Berlin, S. 9 Ebda. S.10 Informationsdienst Holz (Hg) (2010) Bauen mit Brettsperrholz, S. 13 Kaufmann H, Krötsch S, Winter S (2017) Atlas Mehrgeschossiger Holzbau, S. 51 ff Albert A (Hg) (2018) Schneider Bautabellen für Ingenieure, 23. Aufl., S. 10.76 f Nach der zurückgezogenen DIN 4109, Bbl. 1; hier nur zu allgemeinen Orientierungszwecken angeführt nach der zurückgezogenen DIN 4109, Bbl. 1; hier nur zu allgemeinen Orientierungszwecken angeführt Informationsdienst Holz (Hg) (2019) Schallschutz im Hochbau – Grundlagen und Vorbemessung, S. 29 Quelle: www.dataholz.eu Informationsdienst Holz (Hg) (2019), S. 163 Ebda. S. 76 f. Die Quelle unterscheidet die Anforderungsniveaus BASIS; BASIS+ und KOMFORT, wobei BASIS den Mindestanforderungen der DIN 4109-1:2018-01 entspricht (vgl. ebda, Tabelle 2 auf S. 13). Kaufmann H et al. (2017), S. 76, 79 Informationsdienst Holz (Hg) (2019), S. 35 Ebda. S. 166 Knauf-Broschüre W12 Holzständerwände, 2011-08, S. 6 Gemäß DIN EN 520, 3.1 Knauf-Broschüre BS1.de Branschutz mit Knauf, 04/2019

DIN 105 Mauerziegel Teil 4: 2019-06 Keramikklinker Teil 5: 2013-06 Leichtlanglochziegel und Leichtlanglochziegelplatten Teil 6: 2013-06 Planziegel DIN 106: 2005-10 (Vornorm) Kalksandsteine mit besonderen Eigenschaften DIN 106: 2015-06 (Entwurf) Kalksandsteine mit besonderen Eigenschaften DIN 4103 Nichttragende innere Trennwände Teil 1: 2015-06 Anforderungen und Nachweise Teil 2: 2017-09 Trennwände aus Gips-Wandbauplatten Teil 4: 1988-11 Unterkonstruktion in Holzbauart DIN 4109 Schallschutz im Hochbau Teil 1: 2018-01 Mindestanforderungen Teil 2: 2018-01 Rechnerische Nachweise der erfüllung der Anforderungen Teil 5: 2019-05 (Entwurf) Erhöhte Anforderungen Teil 31: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Rahmendokument Teil 32: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Massivbau Teil 33: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des

3 Vertikale Raumabtrennungen

Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Holz-, Leicht- und Trockenbau DIN 18180: 2014-09 Gipsplatten – Arten und Anforderungen DIN 18181: 2019-04 Gipsplatten – Verarbeitung DIN 18182 Zubehör für die Verarbeitung von Gipsplatten Teil 1: 2015-11 Profile aus Stahlblech Teil 2: 2016-08 (Entwurf) Schnellbauschrauben, Klammern und Nägel DIN 18183 Trennwände und Vorsatzschalen aus Gipsplatten mit Metallunterkonstruktionen Teil 1: 2018-05 Beplankung mit Gipsplatten DIN 18550 Planung, Zubereitung und Ausführung von Außen- und Innenputzen Teil 2: 2018-01 Ergänzende Festlegungen zu DIN EN 13914-2: 2016-09 für Innenputze DIN EN 520: 2009-12 Gipsplatten – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 998 Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau Teil 1: 2017-02 Putzmörtel Teil 2: 2017-02 Mauermörtel DIN EN 1991 Eurocode 1 – Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1996 Eurocode 6 – Bemessung und KOnstruktion von Mauerwerksbauten DIN EN 13914 Planung, Zubereitung und Ausführung von Außenund Innenputzen Teil 2: 2016-09 Innenputze Teil 2 Ber 1: 2017-05 Innenputze DIN EN 13963: 2014-09 Materialien für das Verspachteln von Gipsplattenfugen – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 14190: 2014-09 Gipsplatten-Produkte aus der Weiterverarbeitung – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 14195: 2015-03 Metall-Unterkonstruktionsbauteile für Gipsplatten-Systeme – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 14566: 2014-11 (Entwurf) Mechanische Befestigungsmittel für Gipsplattensysteme – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an hochfeuerhemmende Bauteile in Holzbauweise (M-HFHHolzR): 2004-07 Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau (DGfM) (2017) Merkblatt nichttragende innere Trennwände aus Mauerwerk Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau (DGfM) (2009) Brandschutz mit Mauerwerk Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau (DGfM) (2006) Schallschutz nach DIN 4109 Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau (DGfM) (2015) Merkblatt schitze und Aussparungen

1051

XIV-4 ÖFFNUNGEN AUFBAUVARIANTEN

INNENTÜREN

Schiebetüren ☞ 2.3, S. 1057

Drehtüren Holzzarge ☞ 2.3, S. 1057

Drehtüren Stahlzarge ☞ 2.5.2, S. 1068

Drehtüren Leichtbauwand ☞ 2.5.2, S. 1071

Drehtüren Glas/Metall ☞ 2.5, S. 1065

FEUER- UND RAUCHSCHUTZTÜREN

Holztürblatt mit Holzzarge T30 ☞ 2.8.2, S. 1081 Glas/Metall T30 ☞ 2.8.2, S. 1083

Glas/Metall T90 ☞ 2.8.2, S. 1083

XI FLÄCHENSTÖSSE

1. Allgemeines............................................................ 1054 2. Türen....................................................................... 1054 2.1 Entwicklungsgeschichte................................. 1054 2.2 Funktionen....................................................... 1056 2.3 Türarten........................................................... 1057 2.4 Konventionelle Festlegungen.......................... 1059 2.5 Grundkomponenten und Grundmaße............. 1060 2.5.1 Türblatt.................................................. 1060 2.5.2 Zarge..................................................... 1068 2.5.3 Dämpfungsmittel.................................. 1069 2.5.4 Türdrücker, Türschild, Türrosette.......... 1069 2.5.5 Türschloss............................................. 1069 2.5.6 Türband................................................. 1069 2.5.7 Türschließer............................................1072 2.6 Befestigung......................................................1072 2.7 Schallschutz......................................................1075 2.7.1 Türblatt...................................................1075 2.7.2 Fugen.....................................................1076 2.7.3 Bodenspalt.............................................1076 2.8 Brand- und Rauchschutz..................................1077 2.8.1 Rauchschutztüren................................. 1080 2.8.2 Feuerschutztüren...................................1081 Anmerkungen............................................................... 1085 Normen und Richtlinien............................................... 1085

XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE HÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

1054

XIV Innere Hüllen

1. 1. Allgemeines

Analog zu äußeren Hüllen, die man aus Gründen wie beispielsweise der Belichtung und Belüftung von Innenräumen notwendigerweise mit Öffnungen versehen muss, gilt aus Gründen des Gebäudebetriebs auch für innere Hüllen die Notwendigkeit, Öffnungen in die raumabschließenden Flächenbauteile zu praktizieren. Dies können Treppenöffnungen in Decken oder Türöffnungen in Trennwänden sein. Im Folgenden sollen konstruktive Fragen in diesem Zusammenhang erörtert werden.

☞ Kap. XIII-9 Öffnungen, S. 772 ff

2. Türen & DIN 18101 & DIN EN 14351-2 ☞ Kap. XIII-9, Abschn. 3. Außentüren, S. 838  ff

2.1 Entwicklungsgeschichte ☞ a Band 2, Kap. VII Herstellung von Flächen, S. 2 ff

1 Einfache gespundete Tür aus Vollholz, aus stehenden Brettern mit zwei Querund einer diagonalen Strebenleiste.

Türen, wie in diesem Abschnitt angesprochen, lassen sich beschreiben als Elemente zum Schließen von Öffnungen in Innenwänden, die aus Gründen des normalen Gebäudebetriebs für den Durchgang erforderlich sind. Im Vordergrund der Betrachtung stehen die weitgehend vorherrschenden Drehtüren. Daneben werden im Folgenden auch einzelne Lösungen für Schiebetüren untersucht.

Handwerklich hergestellte Türen wurden herkömmlicherweise nahezu ausnahmlos in Holz gefertigt. Der Werkstoff vereinigt in sich die Vorteile der guten Bearbeitbarkeit, guten Wärme- sowie tolerabler Schalldämmung, ausreichenden Festigkeit sowie insbesondere des geringen Gewichts. Auch bei Holztüren, die herkömmlicherweise im Wesentlichen aus stabförmigem Grundmaterial zusammengefügt wurden, stellen sich die gleichen geometrischen und konstruktiven Fragen der Flächenbildung wie bei anderen Hüllelementen auch.a Im Folgenden werden einige Varianten der konstruktiven Flächenbildung bei historischen und modernen Türen untersucht. Dabei spielt bei Türen stets die Anforderung der Formbeständigkeit eine wichtige Rolle. Da Drehtüren notwendigerweise stets nur an einer Seite aufgehängt werden, sind sie einer beständigen Schubbeanspruchung in ihrer Ebene ausgesetzt, der das Türblatt durch ausreichende Schubsteifigkeit ohne unzulässige Verformung – das Versacken – widerstehen muss. Größere Verformungen, wie eine Verrautung oder eine Verwindung, führen rasch zu offenen Spalten, zum Verkeilen des Türblatts im Rahmen oder zum Schleifen oder gar Festklemmen desselben am Boden. Die einfachste Art der Flächenbildung erfolgt bei der gespundeten Tür durch einfaches Aneinanderlegen von stehenden gespundeten Brettern, die mithilfe zweier aufgenagelter Querleisten gesichert werden (2 1). Die Verrautung

4 Öffnungen

2 Klassische Rahmentür aus Vollholz, hier eine Sechsfüllungstür mit ungleichen Feldern. Die Türfutter sind in der gleichen Bauweise ausgeführt (ca. 1900). 3 (Rechts oben) Türöffnung mit festem Feld und Flügel, bestehend aus Rahmenkonstruktion und Füllung der Rahmenfelder aus aneinandergefügten stehenden Brettern, mit Nietverbindung bzw. -sicherung. Fußbereich mit Kupferblechen gegen Stöße und Abrieb geschützt. 4 Doppeltür aus Massivholz. Engmaschige Rahmenkonstruktion mit Füllungen aus Vollholzkassetten (siehe 2 22), mit dekorativem Beschlagsbesatz, möglicherweise eine nicht konstruktiv motivierte Übernahme des oben dargestellten Nietbilds. Die Verrautung der Türflügel infolge Eigengewichts ist deutlich erkennbar.

wird bei schwereren Türen dieser Art durch Strebeleisten verhindert, also Diagonalhölzer, die im Regelfall mit ihrem unteren Ende neben der Bandseite angeordnet und mittels eines Versatzes als Druckstoß mit den beiden Querleisten verbunden werden. Diese Art von Türen kam für untergeordnete Zwecke zum Einsatz und war aufgrund der deutlichen Anisotropie des gerichteten Gefüges aus Massivholz starken Maßabweichungen in Querrichtung infolge Schwindens und

1055

1056

XIV Innere Hüllen

☞ Abschn. 2.5.1 Türblatt, S. 1060 ff

2.2 Funktionen ☞ Kap. XIII-9 Öffnungen, S. 772 ff

& DIN EN 14351-1, 4.; DIN EN 14351-2

Quellens des Holzes ausgesetzt. Höherwertige Türen wurden aus diesem Grund als Rahmentüren ausgeführt, die auch als eingefasste oder gestemmte Türen bezeichnet wurden (2  2 bis 4). Analog zu einem Rippenelement wurde zunächst ein tragender Rahmen aus Längs- und Querhölzern geschaffen. In die verbleibenden offenen Felder wurden dann geeignete Füllungen aus Vollholz eingesetzt. Das Hauptgerüst aus zweiachsig spannenden Hölzern erfährt infolgedessen insgesamt nur geringe Maßveränderungen in beiden Richtungen, nämlich nur die begrenzte Verformung des Holzes in Faserrichtung. Das größere Schwind- und Quellmaß quer zur Faserrichtung wird dann in den Rahmenfeldern bzw. in der Fuge zwischen Rahmenholz und Füllholz aufgenommen. Aus diesem Grund wurden Füllungen – im Regelfall in einer Breite von nicht mehr als zwei oder drei verleimten Brettern – in die genuteten Rahmenhölzer mit ausreichender Toleranz lediglich eingenutet, nicht eingeleimt. Je dichter das Rahmenwerk ausgebildet wird, desto schubsteifer ist grundsätzlich das Türblatt (2  4). Verbindungen zwischen Rahmenhölzern wurden stets verzapft ausgeführt. Bereits Ende des 19. Jh. kamen die ersten abgesperrten Türen auf den Markt, die heute bei industriell gefertigten modernen Türen den Standard vorgeben. Das Türblatt besteht aus einer Holzwerkstoffplatte und gewährleistet durch seinen Scheibencharakter ausreichende Schubsteifigkeit in seiner Ebene. Durch seinen weitgehend isotropen Charakter sind Verformungen auf ein Minimum reduziert. Analog zu Öffnungselementen in Außenhüllen, die im Kapitel XIII-9 näher diskutiert werden, also Außenfenster und Außentüren, werden an Innentüren vergleichbare Anforderungen gestellt wie an die Innenwand, die sie umgibt, sowie zusätzliche Anforderungen, die mit ihrer spezifischen Funktion als Durchgangselement in Verbindung stehen. Diese können im Einzelnen sein: • wie die umgebende Wand, je nach Anwendungsfall, die Regulierung von oder der Schutz vor:

& DIN EN 1627 bis 1630

•• Zugang bzw. Einbruch, Vandalismus, Stoß; •• Sicht, Licht;

☞ Abschn. 2.7, S. 778 ff

•• Schall;

☞ Abschn. 2.8, S. 798 ff

•• Feuer oder Brandrauch; •• Wärme, Kälte sowie Luft sowie ggf. weitere spezielle Einwirkungen wie Strahlung, Durchschuss, Sprengwirkung, gefährliche Substanzen etc.;

4 Öffnungen

1057

• bezogen auf die Durchgangsfunktion, je nach Anwendung: •• Öffenbarkeit, angemessene Bedienbarkeit, manuell oder automatisch; eine mühelose manuelle Bedienbarkeit einer Tür setzt im Allgemeinen ein begrenztes Gewicht des Türblatts sowie angemessene Leichtgängigkeit der Bänder voraus; die Anforderung nach geringem Gewicht der Tür kann gelegentlich in Konflikt mit Anforderungen des Schall-, Brand- oder Einbruchschutzes geraten; •• Bewegungsart und -richtung; •• selbsttätige Schließung, beständig oder gesteuert. Türen werden klassifiziert • nach Bewegungsart und -richtung in •• Drehtür bzw. Drehflügeltür – öffnet mit einer Drehbewegung um einen Rahmenteil; einflügelig oder zweiflügelig mit einem Gehflügel und einem Standflügel; •• Doppeltür – zwei im geschlossenen Zustand parallele Drehflügel, am selben Rahmenteil oder an gegenüberliegenden Rahmenteilen angeschlagen; •• Pendel- bzw. Schwingtür – Drehflügeltür, die in zwei Richtungen öffnet; ein- oder zweiflügelig (2 9, 10); •• Schiebetür – öffnet durch Schiebebewegung; einoder mehrflügelig, vor oder in der Wand laufend (2 5 bis 8) sowie weitere Typen wie Karusselltür (drei- oder vierflügelig), Falttür, Faltschiebetür bzw. Harmonikatür. • bezogen auf spezielle Funktionen wie oben angesprochen: •• Wohnungstüren oder Türen für andere Gebäudenutzungen; •• einbruchhemmende Türen nach DIN EN 1627; •• Rauchschutztüren nach DIN 18095-1 bis -3; •• Feuerschutztüren nach DIN 4102-5, DIN EN 16034 und DIN 18093 sowie weitere Türen für besondere Einsatzzwecke;

Türarten

2.3

XIV Innere Hüllen

☞6

1058

☞5

OFF y

M 1:10

x

0

100 mm

z

M 1:10

100 mm

0

x

5 Schiebetür, in Wandnische laufend (System Dana ®), Horizontalschnitt.

6 Schiebetür wie in 2 5, Vertikalschnitt, Sturz mit Mauernut.

☞8

Mittelachse der zweiflügeligen Tür

4

3

2

1

7,6

festes Seitenfeld

7,6

30

☞7

5 15 Schiebeflügel Schiebeflülinks gel rechts

OFF

x

x y

z

M 1:5

0

50 mm

7 Zweiflügelige Glas-Schiebetür, vor der Wand laufend mit Automatik (System Geze ®), Horizontalschnitt.

M 1:5

8 Schiebetür wie in 2 7, Vertikalschnitt. 1 Zahnriemen 2 Haube 3 Laufschiene

4 Aufnahmeprofil 5 Lichtschranken

0

50 mm

4 Öffnungen

1059

~6

☞  10

R ~ 35

☞  10

☞9

OFF x y

M 1:10

0

100 mm

9 Pendeltür, einflügelig (oben) und zweiflügelig (unten) (System Dana ®), Horizontalschnitt.

z

M 1:10

x

0

100 mm

10 Pendeltür wie in 2 9, Vertikalschnitt

• im Hinblick auf ihre Ausführungsart: •• Rahmentüren aus Vollholzrahmen und Vollholzfüllungen; •• Sperrtüren mit flächenhaften Türblättern aus Holzwerkstoffplatten; •• Glastüren: rahmenlos oder mit Metallrahmen aus Aluminium oder Stahl. Bezüglich der Anordnung in der Wandöffnung bzw. der Bewegungsrichtung der Tür unterscheidet die Norm folgende Fälle und Begriffe: • Bei Drehflügeltüren: •• Öffnungsfläche – die zur Öffnungsseite weisende Fläche des Flügels, gleichzeitig Bezugsfläche für die Bezeichnung der Tür mit links oder rechts (s. u.) (Kennzahl 0 nach DIN 107); •• Schließfläche – die zur Schließseite weisende Fläche des Flügels (Kennzahl 1 nach DIN 107);

Konventionelle Festlegungen & DIN 107; DIN EN 12519, Anhang A

2.4

1060

XIV Innere Hüllen

•• Linksflügel – seine Drehachse liegt bei Blickrichtung auf seine Öffnungsfläche auf der linken Seite (Kennbuchstabe L nach DIN 107). Öffnet von oben betrachtet im Uhrzeigersinn (2 11); •• Rechtsflügel – seine Drehachse liegt bei Blickrichtung auf seine Öffnungsfläche auf der rechten Seite (Kennbuchstabe R nach DIN 107); öffnet von oben betrachtet gegen den Uhrzeigersinn (2 12). Analog sind auch die zugehörigen Zargen bezeichnet: Linkszarge für Linksflügel (Kennbuchstabe L nach Norm DIN 107), Rechtszarge für Rechtsflügel (Kennbuchstabe R nach DIN 107). Gleiches gilt sinngemäß für Türschlösser, Türbeschläge und Türschließer. • Bei Schiebetüren: •• Linksschiebetür – schlägt beim Verschließen vom Standort des Betrachters aus gesehen links an; der Standort des Betrachters befindet sich im Raum; bei Ungewissheit sind nähere Angaben erforderlich (Kennbuchstabe L nach DIN 107); •• Rechtsschiebetür – wie oben, jedoch rechts (Kennbuchstabe R nach DIN 107). 2.5 Grundkomponenten und Grundmaße & DIN EN 14221

2.5.1 Türblatt & DIN 68706-1

Herkömmlicherweise werden verschiedene Grundkomponenten einer Innentür unterschieden wie in 2 13 dargestellt. Die für Innentüren relevanten, normativ festgelegten Maße sind in 2 14 bis 18 definiert und angegeben. Die Grundkomponenten im Einzelnen: Das Türblatt aus Holz und Holzwerkstoffen ist im Innenausbau die häufigste Ausführung. Es besteht in seiner Standardbauart im Allgemeinen aus 1 • Rahmen – umschließt die Einlage und ist mit den Deckplat-ten/Decklagen verklebt; • Einlage – vom Rahmen und den Deckplatten/Decklage umschlossener Teil eines Türblatts; die Einlage hält mit dem Rahmen den Abstand zwischen den Deckplatten/ Decklagen und steift das Türblatt aus; sie kann bestehen aus: •• einer Hohlraumfüllung aus Kartonwaben oder einer streifigen Füllung, für normale Ansprüche an den Schallschutz (2 20); •• einer Röhrenspaneinlage, für erhöhte Ansprüche an den Schallschutz (2 21);

4 Öffnungen

1061

L

R 0

0 1

1

1

1 0

y

11 Tür mit Linksflügel bzw. Linkstür nach DIN EN 12519, d. h. stets im Uhrzeigersinn öffnend.

12 Tür mit Rechtsflügel bzw. Rechtstür nach DIN EN 12519, d. h. stets gegen den Uhrzeigersinn öffnend.

0

y

x

0 Öffnungsfläche 1 Schließfläche

x

7 4 6 3 8 9 13 Grundkomponenten einer Innentür.

1

1 Türblatt 2 senkrechter Rahmenteil 3 Riegel, Kämpfer 4 Blendrahmen-Oberstück 5 Schwelle (bei Innentüren heute i. A. nicht vorhanden), bzw. Bodenspalt 6 Oberlicht, Füllpaneel 7 Sturz 8 Band 9 Türschloss 10 Türschild 11 Türdrücker

10 2

11

z

5 x

z

a

x

c d f

x

m

y

l

j

i

k

b

h

14, 15 Charakteristische Maße von Türen nach DIN EN 12519, Horizontal- und Vertikalschnitt. g

e

a/g lichte Öffnungsbreite/-höhe b/h Flügelbreite/-höhe c/i lichte Falzbreite/-höhe d/j Rahmen/Stockaußenmaßbreite/ -höhe e/k Baurichtmaß f/l lichtes Rohbaumaß (Wandöffnung) m Schwelle/Schwellenhöhe

1062

Dicke fertige Wand

237 ± 1

E

H

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das obere Band

350 ± 0,5

241 ± 1

13

obere Bezugskante (Zargenfalz)

G

Drückerhöhe

50

m

O B

Meterriss

1000

1050

1435 ± 0,5

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das 3. Band (optional)

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das untere Band

OFF M 1:20 0

unterer Luftspalt

200 mm

Dicke fertige Wand

237 ± 1

E

H

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das obere Band

350 ± 0,5

241 ± 1

13

obere Bezugskante (Zargenfalz)

100

O B

G

Drückerhöhe

50

m

1050

Meterriss

1000

1435 ± 0,5

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das 3. Band (optional)

Bandbezugslinie nach DIN 18268 für das untere Band

16 Hauptmaße einer Innentür mit stumpf einschlagendem (oben) und überfalztem (unten) Türblatt für den Wohnungsbau nach DIN 18101, Ansicht der Öffnungsfläche und Vertikalschnitt. Siehe Normmaße in 2 18.

OFF M 1:20

unterer Luftspalt

0

100

200 mm

4 Öffnungen

1063

•• schichtweise aufgebauten Spezialeinlagen bei Anforderungen hinsichtlich Brand-, Schall und Einbruchschutz; • Deckplatten – Platten aus Holzwerkstoffen oder vergleichbaren Materialien, die mit dem Rahmen und der Einlage durch Verklebung verbunden sind; • Decklagen, soweit sie nicht bereits Bestandteil der Deckplatten sind – äußere Schicht des Türblatts. Zusätzlich kann der Rahmen durch eine lineare oder punktuelle Rahmenverstärkung versteift sein. Sie erhöht die mechanische Festigkeit des Türblatts, verbessert sein Stehvermögen und erleichtert ggf. die Befestigung von Türschloss und Türbändern.

Dicke fertige Wand

Dämpfungsprofil dreiseitig umlaufend 13 +0,5

25,5 +0,5 obere Bezugskante 0

0

24 +0,5

Meterriss

1000

Aussparung für Schlossriegel

98

B D

G

m

1050

50

Drückerhöhe

235

50

Aussparung für Schlossfalle

E

Einsteckschloss nach DIN 18251 4 min

0

H

4±0,3

76 mm 46 mm 5 min 35 mm 9 min

20,5 +0,5

0

24±0,5 1)

OFF unterer Luftspalt

Schließebene Schließfläche

11 bis 15

0

1)

13 +0,5

Einsteckschloss nach DIN 18251 C A

13 +0,5 0

seitliche Bezugskante

1,5

1,5

0

25,5 +0,5

24 ± 0,5

1)

F 11 bis 15

M 1:5 0

50 mm

Dieses Maß bezieht sich auf den geschlossenen Zustand der Tür bei gedrücktem Dämpfungsprofil der Türzarge

17 Einzelmaße einer Innentür mit überfalztem Türblatt für den Wohnungsbau nach DIN 18101, Maße an der Schlossseite. Siehe Normmaße in 2 18.

1064

XIV Innere Hüllen

Türbreitenmaße für gefälzte und stumpf einschlagende Türblätter und Zargen Zeile

Wandöffnungen für Türen a

Türblattaußenmaße für gefälzte Türen

(Baurichtmaße nach DIN 18100)

1

(Typmaße gefälzte Türen)

Breite

Breite A

500

485

Türblattaußenmaße für stumpf einschlagende Türen und Falzmaße gefälzter Türen (Typmaße stumpfe Türen)

Breite im Zargenfalzmaß b

(seitliche Bezugskante auf der Bandseite)

Breite C ±1

Breite F ±1

459

466 591

2

625

610

584

3

750

735

709

716

4

875

860

834

841

5

1000

985

959

966

6

1125

1110

1084

1091

7

1250

1235

1209

1216

8

1375

1360

1334

1341

Maße in mm

Türhöhenmaße für gefältze und stumpf einschlagende Türblätter und Türzargen Zeile

Wandöffnungen für Türen a

Türblattaußenmaße für gefälzte Türen

Türblattaußenmaße für stumpf einschlagende Türen

Höhe im Zargenfalz c bzw. Unterkante der Oberblende

(Baurichtmaße nach DIN 18100)

(Typmaße gefälzte Türen)

(Typmaße stumpfe Türen)

(obere Bezugskante)

Höhe

Höhe B

Höhe D

Höhe G

Maß X

+2 0

0 –2

± 0,5

Bandabstände zwischen den Bandbezugslinien für das obere und untere Band Bandabstände gelten auch für abweichende Höhen G nach folgendem Grenzwertraster

Höhe G

Drückerhöhe d bis Oberkante Türfalz bzw. Oberkante Türblatt bei stumpf einschlagenden Türen

Maß E

1

1625

1610

1597

1608

1060

1546 bis 1670

554

2

1750

1735

1722

1733

1185

1671 bis 1795

679

3

1875

1860

1847

1858

1310

1796 bis 1920

804

4

2000

1985

1972

1983

1435

1921 bis 2045

929 1054

5

2125

2110

2097

2108

1435

2046 bis 2170

6

2250

2235

2222

2233

1685

2171 bis 2295

1179

7

2375

2360

2347

2358

1810

2296 bis 2420

1304

8

2500

2485

2472

2483

1935

2420 bis 2545

1429

9

2625

2610

2597

2606

2060

2546 bis 2670

1554

10

2750

2735

2722

2733

2185

2671 bis 2795

1679

a b

c

d

Zur Ableitung der Nennmaße für Wandöffnungen aus den Baurichtmaßen siehe DIN 4172 und DIN 18 100. Die lichte Zargenbreite ist je nach Zargenkonstruktion etwa 20 mm bis 30 mm kleiner, siehe  17; die genauen Maße sind gegebenenfalls beim Hersteller der Zarge zu erfragen. Die lichte Zargenhöhe bei Zargen ohne Oberblende ist je nach Zargenkonstruktion etwa 10 mm bis 15 mm kleiner; die genauen Abmessungen sind gegebenenfalls beim Hersteller der Zarge zu erfragen. Dieses Maß ergibt rechnerisch eine Drückerhöhe von 1050 mm ab Oberfläche Fertigfußboden.

18 Normmaße für gefalzte Türblätter und Türzargen, nach DIN 18101. Vgl. zu den Kennmaßen 2 16 und 17.

4 Öffnungen

1065

Den seitlichen Kantenabschluss des Türblatts kann der Rahmen selbst bilden, oder es kann außenseitig ein Einoder Anleimer addiert werden. Anleimer sind nicht von der Deckplatte überdeckt. Sie lassen sich dennoch verdeckt ausführen, indem sie seitlich mit der Decklage belegt werden. Alternativ kann das Türblatt aus einer Rahmenkonstruktion mit Füllpaneelen bestehen (2 22). Dies entspricht der traditionellen Ausführungsart in Vollholz. Die Quell- und Schwindverformungen der Füllungen werden in den unverleimten Nut- und Federverbindungen zwischen Füllung und Rahmen aufgenommen. Diese Ausführungsart kommt heute nur in Sonderfällen zum Einsatz. Ferner werden für spezielle Anwendungen auch andersartige Türblätter eingesetzt, wie beispielsweise solche aus Stahl. Türblätter lassen sich hinsichtlich ihres Anschlags ausführen als: • Stumpf einschlagendes Türblatt: Seine Kanten sind nicht gefalzt. Die Fuge zwischen Zarge und Türblatt bleibt auf der Öffnungsseite sichtbar.

1 3

2 5

4

19 Grundkomponenten eines Türblatts nach DIN 68706-1, Ausführung stumpf einschlagend. 1 Decklage 2 Deckplatte 3 Einlage 4 stumpf einschlagendes Türblatt 5 Rahmen

• Gefalztes Türblatt: Seine Oberkante und beide Längskanten weisen einen Falz auf. Der Falzaufschlag bedeckt die Fuge zwischen Türblatt und Zarge. Aluminium-Glas bzw. Stahl-Glas-Ausführungen von Innentüren folgen ähnlichen Konstruktionsprinzipien wie Außentüren oder Fenster der gleichen Bauart. Es kommen

20 Türeinlage in Form einer Hohlraumfüllung aus Wabenkarton.

☞ Kap. XIII-9, Abschn. 2.10, S. 821 ff; 2.12, S. 834 ff, und 3, S. 838 ff

21 Türeinlage aus Röhrenspanplatte.

22 Türblatt in Rahmenbauweise aus Vollholz.

1066

XIV Innere Hüllen

1

1

4

23 Rahmen bzw. Einleimer eines Türblatts (stumpf einschlagend).

3

2

5

4

3

5

24 Rahmen und Rahmenverstärkung (stumpf einschlagend).

6

1

6

4

25 Anleimer unverdeckt ausgeführt (stumpf einschlagend).

3

1

4

3

5

5

26 Anleimer verdeckt ausgeführt (stumpf einschlagend).

Öffnungsfläche

27 Gefalztes Türblatt.

Öffnungsfläche

1

1

4

4

28 Doppelt gefalztes Türblatt. 1 Rahmen bzw. Einleimer 2 Rahmenverstärkung 3 Deckplatte 4 Decklage 5 Einlage 6 Anleimer 7 ggf. Kantenbeschichtung b Falzbreite t Falztiefe

t

t

7

7 t2

b

3

Schließfläche

b

b2

5 Schließfläche

3

5

ähnliche Rahmenprofile zum Einsatz, allerdings ohne thermische Trennung, sofern beiderseits der Tür thermisch konditionierte Räume liegen und keine höheren Brandschutzanforderungen gestellt werden. Eine exemplarische Ausführung einer Tür mit Aluminiumrahmen ist in 2 29 bis 32 dargestellt.

4 Öffnungen

1067

☞  29, 30

0

A

A

50 mm

M 1:5 y

B

B

x

☞  29, 30

A -A

0

50 mm

B-B

M 1:5

0

50 mm

M 1:5 z

☞  31

x

M 1:5

0

50 mm

29, 30 Innentür aus Glas und Aluminiumrahmen, Vertikalschnitt durch Tür- und Oberlichtfeld (vgl. 2 31) (System Schüco).

31 (Oben) Innentür aus Glas und Aluminiumrahmen wie in 2 29, 30; Horizontalschnitt durch Tür- und feststehendes Seitenfeld (System Schüco). 32 (Unten) Innentür aus Glas und Aluminiumrahmen, Vertikalschnitt durch verschiedene alternative Ausführungen eines unteren Festfeldanschlusses (oben) und der Türschwelle (unten) (vgl. 2 29, 30) (System Schüco).

1068

XIV Innere Hüllen

2.5.2 Zarge ☞ Kap. XIII-9, Abschn. 2.4 Konstruktive Voraussetzungen, S. 776 f

Analog zur konstruktiven Ausbildung von Fenstern und Außentüren bestehen auch Innentüren aus dem beweglichen, flächenbildenden Türblatt und einer umlaufenden Zarge, bzw. einem Türrahmen oder Türstock. Dieses Umfassungselement hat insbesondere die Aufgabe, den Übergang zwischen den zwei beteiligten Gewerken der Wand- und Türkonstruktion herzustellen. Diese weisen im Regelfall sehr unterschiedliche Toleranzspannen auf, insbesondere wenn massive Wandbauweisen beteiligt sind, bei denen mit verhältnismäßig großer Ungenauigkeit zu rechnen ist. Zu diesem Zweck ist die Zarge so gestaltet, dass sie die auftretenden Toleranzen aufnehmen und zumeist auch visuell verbergen kann. Die Anschlagsfuge zwischen Zarge und Türblatt, die für einen reibungslosen Betrieb der Tür hohe Anforderungen an Präzision und Formbeständigkeit zu erfüllen hat, lässt sich infolgedessen durch Einsatz dafür geeigneter Werkstoffe mit ausreichender Genauigkeit herstellen. Zusätzlich bieten Umfassungszargen auch einen Stoßschutz für die empfindlichen Mauerkanten im stark beanspruchten Durchgangsbereich der Türöffnung. In der Baupraxis haben sich folgende Varianten durchgesetzt: • Stahlzargen: a Aus feuerverzinktem Feinblech nach der Norm DIN  EN 10143, werkseitig grundlackiert; diese werden bereits mit dem Rohbau vor den Putzarbeiten und der Verlegung des Estrichs bauseits montiert und beim Ausbau gereinigt und endlackiert (2 33, 34). Sie sind besonders robust und deshalb gut für Bereiche mit hoher Beanspruchung geeignet, z. B. für öffentliche Gebäude. Stahlzargen lassen sich als Umfassungszarge (2 41) oder als Eckzarge (2 43) ausführen. Grundsätzlich wird zwischen Stahlzargen für Massivwände und solchen für Leichtbauwände unterschieden. Stahlzargen für Massivwände haben einen Fußbodeneinstand (FBE) und werden in den Estrich eingegossen.

& a DIN 18111-1 bis -4

& b DIN 68706-2

• Holzumfassungszargen: b Umfassungszargen aus Holz oder Holzwerkstoffen. Sie bestehen aus einem Futterbrett und zwei Bekleidungselementen, Falz- und Zierbekleidung, von denen sich letzteres durch eine Nut- und Federverbindung stufenlos an Wänden verschiedener Dicken anschlagen lässt. Sie sind grundsätzlich für alle Wandtypen geeignet. Holzumfassungszargen werden erst nach Fertigstellung der Wand und des Bodens im Zug des Innenausbaus zusammen mit dem Türblatt montiert. Die Anschlagsfuge ist dadurch vollständig im Gewerk des Türelements integriert (2 35, 36 sowie 39, 40). Anders als Stahlzargen werden sie folglich ohne Bodeneinstand montiert.

4 Öffnungen

1069

• Rahmenstock oder Stockrahmen: Eine Blockzarge wird an der Mauerleibung befestigt, entweder unmittelbar oder an einem Blindstock. Rahmenstöcke werden vollständig verleimt, montagefertig angeliefert. Die Leibung kann verputzt verbleiben oder mit einem Futterholz ausgekleidet werden (2 37, 38). Im Regelfall in fertige Nuten eingeführte Dämpfungs- oder Dichtungsprofile aus Kunststoff bieten einen federweichen Anschlag für das Türblatt, mindern dadurch die Schließgeräusche und übernehmen bei Bedarf auch dichtende Aufgaben.

Dämpfungsmittel

2.5.3

Ein Türdrücker ist ein im Allgemeinen drehbares, hebelförmiges Bedienelement, das als Garnitur aus zwei Türdrückern jeweils an jeder Türseite montiert wird (2 47). Beide Türdrücker werden mit einem Drückerstift mechanisch miteinander verbunden. Durch Drehen wird ein Fallenmechanismus im Türschloss ausgelöst, der einen Fallenriegel zurückzieht und die Tür dadurch entriegelt. Türknäufe haben die gleiche Aufgabe, sind jedoch im Regelfall kugelig bzw. zylinderartig geformt. Türschilde sind annähernd rechteckig geformte Abdeckplatten. Sie dienen gleichzeitig als Führungslager für die Drehung der Türdrücker, als Befestigung der Türdrückergarnitur am Türblatt sowie als visuelle Abdeckung der Bohrungen für Drückerstift und Schließzylinder. Türrosetten sind kreisförmige Umrandungen für die Lochung des Türdrückers. Getrennt davon kann darunter auch eine Schlüsselrosette angebracht sein.

Türdrücker, Türschild, Türrosette

2.5.4

Türschlösser werden heute im Allgemeinen als Einsteckschlösser ausgeführt, die in einer Aussparung im Türblatt unsichtbar untergebracht sind (2 48). Vorderseitig sind sie mit einem Stulp abgeschlossen, an welchem das Türschloss am Türblatt befestigt wird. Aus dem Stulp ragen die Falle und ggf. der Riegel hervor. Im geschlossenen bzw. verriegelten Zustand greifen die Falle und ggf. der Riegel in eine geeignete Aussparung der Zarge oder in den Schlosskasten ein und sichern die Tür auf diese Weise.

Türschloss

Türbänder sind Scharniere, die das Türblatt drehbar an den Rahmen koppeln (2 49). Je nach Belastung, Anforderung und Einsatzart lassen sich zwei oder drei Bänder montieren. Herkömmliche Bänder werden zweiteilig (Rahmen- und Flügelteil), stärker belastete dreiteilig (Rahmen- und DoppelFlügelteil) ausgeführt. Sie können an Türblatt und Rahmen entweder sichtbar mit einem Lappen oder unsichtbar mit Einbohrschraubstiften oder Einsteckstiften befestigt werden. Zur besseren Lastverteilung kann man zusätzlich Bandaufnahmen in Türblatt und/oder Türrahmen einbauen.

Türband

& DIN 18255, DIN EN 1906

2.5.5

& DIN 18250, DIN 18251-1 bis -3

& DIN 18264, DIN 18265, DIN 18268

2.5.6

1070

XIV Innere Hüllen

Rohbaulichte

3

Stocklichte = Durchgangslichte

4

0

M 1:10

x

3

100 mm

z

1 Metallzarge

2 FOK M 1:10

Rohbaulichte Stocklichte = Durchgangslichte

3 28-80

8

Holzzarge F97 Montageschaum

75 y

36 Fertigzarge aus Holzwerkstoff in Mauerleibung, Vertikalschnitt (Einfachfalz).

7

14

Rohbaulichte

11

ca.40

6

14 Türblattmaß = STL + 50

4

2 x

M 1:10

z

3

4 7

Stocklichte = Durchgangslichte

85

11

Montageschaum

6

Holzzarge F97

2 FOK

100 mm

0

M 1:10

x

37 Rahmenstocksystem mit Blockzarge, stumpf an Mauerleibung angeschlagen, Horizontalschnitt.

Türblattaußenmaß

9 Einbaulichte Höhe

10

3

2

y x

M 1:10

0

2

Türblattaußenmaß

1 Stahlzarge 2 Türblatt 3 massive Wand 4 Verputz 5 Mörtelhinterfüllung 6 Futter 7 Falzbekleidung 8 Zierbekleidung 9 Blockzarge 10 Blindstock 11 Montageschaum

10

4 9

3

(103)

Einbaulichte Breite

100 mm

0

4

38 Rahmenstocksystem mit Blockzarge, stumpf an Mauerleibung angeschlagen, Vertikalschnitt.

100 mm

0

28-80

x

8

Türblattmaß = STL + 20

Rohbaulichte

4

2

5

Türblattmaß = STL + 20

y

34 Stahlzarge in Mauerleibung, Vertikalschnitt (Einfachfalz).

35 Fertigzarge aus Holzwerkstoff in Mauerleibung, Horizontalschnitt (Einfachfalz). Die Falzbekleidung 7 ist im Allgemeinen fest mit dem Futter 6 verbunden und dient zur Aufnahme des Türblatts 2. Die frei einstellbare Zierbekleidung 8 dient dem Ausgleich verschiedener Wanddicken.

14

Türblattmaß = STL + 50

24

33 Stahlzarge in Mauerleibung, Horizontalschnitt (Einfachfalz).

24

ca.40

1

Stocklichte = Durchgangslichte

5

OFF

z

100 mm

x

M 1:10

0

100 mm

4 Öffnungen

1071

4

M 1:5 0

50 mm

4

M 1:5 0

7

50 mm

M 1:5 0

7

13

50 mm

9

9

10

1 7

1 7

11 2

2 8

8 y

5

y

6

5

3

x

8

8

2

y

6

x

7

x

7

39 Fertigzarge aus Holzwerkstoff, Umfas- 40 Fertigzarge aus Holzwerkstoff, Umfassungszarge (System Dana ®) mit einfachem sungszarge (System Dana ®) mit doppeltem Falz, an verschiedene Wanddicken anpassbar. Falz, Türblatt mit Falzbekleidung bündig, an verschiedene Wanddicken anpassbar. M 1:5 0

6

5

3

41 Stahlumfassungszarge nach DIN 18111-1 mit einfachem Falz, Horizontalschnitt; hier: Wandbefestigung mit losem Ruckzuckanker nach DIN 18111-4.

5

50 mm

5

14

11

11 10 13

13 10

11 2

8

5

y

6

8

10

8

y

2

8

2

12 x

x

y

6 M 1:5

0

6

50 mm

x

14 M 1:5

0

50 mm

42 Stahlumfassungszarge nach DIN 18111-1 43 Stahleckzarge nach DIN 18111-1, Horizon- 44 Stahlumfassungszarge mit Schattennut, mit doppeltem Falz, Horizontalschnitt; hier: talschnitt. Horizontalschnitt; hier: Wandbefestigung mit Wandbefestigung mit festem Maueranker losem Propelleranker nach DIN 18111-4. (Leibungsanker) nach DIN 18111-4.

y

y x

M 1:5

0

50 mm

x

M 1:5

0

50 mm

45 Umfassungszarge aus Aluminium (System 46 Umfassungszarge aus Aluminium (System Knauf  ®) mit einfachem Falz, Anschluss an Knauf  ®) mit doppeltem Falz, Anschluss an Metallständerwand, Horizontalschnitt. Metallständerwand, Horizontalschnitt.

1 Futter 2 Türblatt 3 Falzbekleidung 4 Zierbekleidung 5 Wand 6 Verputz 7 Decklage 8 Dichtungs- oder Dämpfungsprofil 9 Hobelkante 10 Stahlzarge 11 Mörtelhinterfüllung 12 Verankerung nach DIN 18093 13 Verankerung nach DIN 18111-4 14 Schattennut mit Anputzkante

1072

XIV Innere Hüllen

2.5.7 Türschließer & DIN EN 1154, DIN 18263-1 und -4

Ein Türschließer, bzw. nach Begriffsbestimmung der Norm ein Türschließmittel mit oder ohne kontrollierten Schließablauf, ist eine handbetätigte mechanische Vorrichtung zum selbsttätigen Schließen von Türen. Die nötige Schließenergie wird vom Begeher der Tür beim Öffnen aufgebracht und nach Freigabe der Tür dafür verwendet, diese selbsttätig wieder zu schließen. Je nach Einbauort des Türschließers unterscheidet man: • Obentürschließer – im oberen Türbereich auf dem Türblatt oder auf dem oberen Türrahmen sichtbar montiert (2 50); • in der Tür montierter Türschließer – im Türblatt verdeckt eingebaut; • Rahmentürschließer – im oberen Türrahmen verdeckt eingebaut; • Bodentürschließer – im Fußboden verdeckt eingebaut (2 46). Der Schließvorgang vollzieht sich kontrolliert dank einer Dämpfung, die beispielsweise hydraulischer Art sein kann. Türschließer mit Öffnungsautomatik, auch als Drehflügelantrieb bezeichnet, sind zusätzlich mit einem Antrieb zum Öffnen der Tür ausgestattet, der durch Fremdenergie gespeist wird.

2.6 Befestigung & DIN 18111-4

Türrahmen können je nach Wandbauart und Zargenart auf verschiedene Weisen an der Wandkonstruktion befestigt werden: • Stahlzargen an Massivwänden: loser Ruckzuckanker – seitlich am Mauerkern befestigt und überputzt (2 41); fester Maueranker (Leibungsanker) – in einer Lagerfuge vermörtelt (2 42); loser Drahtschiebeanker für Gipsdielen; loser Propelleranker – angedübelt und in Mörtelhinterfüllung eingemörtelt (2 44); • Stahlzargen an Ständerwände: fester Hutanker – mit Ständerprofil verschraubt; Schraubmontage – durch Zargenspiegel hindurch in das Ständerprofil; • Holzumfassungszargen: im Allgemeinen verdeckte Verdübelung an Mauerwerk oder Verschraubung in Ständerwand.

1073

13

4 Öffnungen

11 2

6 1

0,7 ± 0,2

4

9,3 max.

6

8 2

5 7

9

0 235 – 0,4

209 ± 0,2

1

7

C

3

9

11

3

D 11 B

47 Türdrückergarnitur.

10

4 5

48 Einstecktürschloss für gefalzte Türen gemäß DIN 18251-1. 1 Falle 2 Riegel 3 Riegelausschluss 4 Stulp zur Befestigung des Schlosses im Türblatt 5 Dornmaß 6 Schlosskasten 7 Nuss 8 Lochung für Türschild 9 Lochung für Rosetten 10 Lochung für Profilzylinder 11 Senkung für Senkkopfschraube

1 Führungslager 2 Türdrückerstiftteil 3 Drückerstift 4 Türschild 5 Lochung 6 Befestigungsschraube 7 Türdrückerlochteil

dreiteilig mit Lappen an Rahmen- und Flügelteil für stumpfe Türen

dreiteilig mit Lappen an Rahmen- und Flügelteil für gefälzte Türen

49 Verschiedene exemplarische Türbänder für Stahlzargen (System Dorma ®).

dreiteilig mit Einsteck- und Lappenteil für gefälzte Türen Hinterschweißtasche

dreiteilig mit Lappen an Rahmen- und Flügelteil mit Flügeldichtung für gefälzte Türen Hinterschweißtasche

1074

50 Obentürschließer, oben mit Gleitschiene, unten mit Scherengestänge (System Dorma  ®), Türblattmontage jeweils auf der Bandseite; auch auf der Bandgegenseite möglich. Vertikalschnitt und Ansicht.

51 Bodentürschließer für Aluminium-Anschlagtür mit Bändern (System Dorma ®).

XIV Innere Hüllen

y x

M 1:10

0

100 mm

4 Öffnungen

Türen stellen nahezu ausnahmslos einen bauakustischen Schwach­punkt in einer Wandkonstruktion dar, der die Schallübertragung zwischen zwei benachbarten Räumen ungünstig beeinflussen kann. 2 Der nur mäßige Schallschutz, der mit Türen im Allgemeinen erreicht wird, hängt insbesondere zusammen

1075

Schallschutz

2.7

& DIN 4109-1, -5 & DIN 4109-35, DIN 4109-35/A1

• mit den in der Türkonstruktion enthaltenen zahlreichen Fugen – insbesondere die Anschlagsfuge der Tür ist kritisch, denn sie läuft Gefahr, bei Verzug des Türblatts zu klaffen; • mit der vergleichsweise geringen flächenbezogenen Masse des Türblatts, die nicht zu sehr erhöht werden kann, weil ansonsten die Aufhängung aufwendig wird und große Kraftanstrengung für die Betätigung der Tür erforderlich ist; hinzu kommt die verhältnismäßig große Biegesteifigkeit der üblichen Werkstoffe für Türen, die sich bauakustisch ebenfalls ungünstig auswirkt; • mit der heute bei Innentüren grundsätzlich schwellen- und damit anschlagslos ausgeführten Unterkante der Tür, die im Allgemeinen einen Bodenspalt offenlässt. Die nach Norm für Türen geltende Schallschutzanforderungen sind in der Übersicht in 2 56 zusammengetragen. Als konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung des Schallschutzes kommen folgende infrage.

& DIN 4109-1, -5

Leichte Türblätter mit Wabenstruktur (2 20) sind bauakustisch ungünstig und bieten bei flächenbezogener Masse von rund 10 bis 15 kg/m2 bewertete Schalldämmmaße R‘w von maximal 25 dB. Akustisch günstiger wirken sich Einlagen aus Röhrenspanplatten mit sandgefüllten Hohlräumen mit flächenbezogener Masse von rund 35 kg/m2 aus (2 21); diese erreichen Werte von R‘w um 37 dB, wobei sich nicht nur ihre erhöhte Masse auswirkt, sondern auch der Effekt der Materialdämpfung infolge Sandfüllung. Höhere Werte lassen sich bei praktikablen Türgewichten nur durch Schaffung eines akustisch zweischaligen Bauteils nach dem Masse-Feder-System erzielen. Zu diesem Zweck wird das Türblatt aus zwei Deckplatten aus Holzwerkstoffen, möglichst unterschiedlicher Dicke, und einer Füllung aus mineralischen Faserdämmstoffen geringer dynamischer Steifigkeit hergestellt. Bei flächenbezogener Masse von rund 20 kg/m2 sind dabei bewertete Schalldämmmaße R‘w von etwa 35 bis 40 dB erzielbar. Große Schalenabstände, also größere Türblattdicken, tragen zum Schalldämmeffekt bei, was aber nur bis etwa 60 mm sinnvoll ist. Weitere Verbesserungen lassen sich dann nur noch durch Einlegen schwerer Metallfolien erreichen oder durch Ausführung von Doppeltüren (2 57 bis 59).

Türblatt

2.7.1

1076

XIV Innere Hüllen

2.7.2 Fugen

Das Verziehen des Türblatts sollte zunächst durch Wahl der geeigneten Klimakategorie des Türblatts verhindert werden. Türdichtungen sollten einen Federweg von mindestens 3 mm aufweisen und dauerelastisch sein. Doppelfalzdichtungen bei überfalztem Türblatt sind entsprechend günstiger. Hohlräume zwischen Wand und Holzumfassungszargen sowie auch Blockzargen sind mit Dämmstoff oder Montageschaum dicht auszufüllen, Stahlzargen an Massivwänden satt mit Mörtel zu hinterfüllen (2 57 bis 60).

2.7.3 Bodenspalt

Schwellenlose Übergänge lassen sich durch Bodendichtungen mit Doppelschleifgummi (2 52) oder Absenkdichtungen (2 53) auf Hohlflachschienen bei geschlossener Tür bauakustisch verbessern. Unterhalb der Hohlflachschiene sollte ein schwimmender Estrich stets abgefugt sein (2 49). Auch Hohlräume im Bereich der Türblattkante, die mit dem Spalt direkt oder über einen Schlitz in Verbindung stehen, mindern den Schalldurchgang aufgrund des Schalldämpfereffekts (2 54) (2 60). Im Bereich des schwellenlosen Übergangs kommen mehrere Gewerke zusammen (Zarge, eventuell ein Belagswechsel), sodass schallschutzwirksame Maßnahmen nur bei sehr sorgfältiger Planung und Bauüberwachung gewährleistet werden können.

z

53 Unterer Türabschluss mit Absenkdichtung (System Teckentrup  ®).

54 Unterer Türabschluss mit Schalldämpferdichtung mit gekoppeltem Hohlraum, schwimmender Estrich abgefugt. 55 Unterer Türabschluss mit Anschlagsdichtung (System Teckentrup  ®), nicht für Rettungswege geeignet.

OFF

OFF

52 Unterer Türabschluss mit Doppelschleifdichtung (System Teckentrup  ®).

z x

x

OFF

z

z x

x

4 Öffnungen

1077

Türen sind Öffnungen in vertikalen Raumabschlüssen, also Wänden. Müssen Wände Brandschutzanforderungen genügen, so gilt dies in gleichem Maß auch für die in ihnen enthaltenen Türen. Türen, die Brandschutzanforderungen erfüllen, zählen grundsätzlich zu zwei Kategorien:

Brand- und Rauchschutz

2.8

& DIN 4102-5 & DIN EN 13501-2 & DIN EN ISO 13943 & DIN 18093, & DIN 15269-1 bis 3, --5 bis -7, -10, -11, -20, & DIN EN 1634-1 bis -3

• Rauchschutztüren – selbstschließende Türen, die dazu bestimmt sind, im eingebauten und geschlossenen Zustand den Durchtritt von Brandrauch zu behindern; • Feuerschutztüren – gelten als Feuerschutzabschlüsse im Sinn der Norm. Dies sind selbstschließende Türen, die dazu bestimmt sind, im eingebauten Zustand den Durchtritt eines Feuers durch Öffnungen in Wänden zu verhindern. An Feuerschutztüren können zusätzlich auch Rauchschutzeigenschaften gestellt werden. Rauch- und Feuerschutzfunktionen kann eine Tür nur im ge­schlossenen Zustand ausüben, weshalb Rauch- und Feu-

Zeile Bauteille

Mindestanforderungen

erhöhte Anforderungen

R‘w

L‘n,w

R‘w

L‘n,w

dB

dB

dB

dB

Bemerkungen

Mehrfamilienhäuser, Bürogebäude, gemischt genutzte Gebäude 1

Türen, die von Hausfluren oder Treppenräumen in geschlossene Flure und Dielen von Wohnungen und Wohnheimen oder von Arbeitsräumen führen

≥ 27

–

≥ 32

–

2

Türen, die von Hausfluren oder Treppenräumen unmittelbar in Aufenthaltsräume – außer Flure und Dielen – von Wohnungen führen

≥ 37

–

≥ 40 a

–

≥ 32

–

≥ 37

–

wie Zeilen 1, 2

≥ 37

–

≥ 37 b

–

wie Zeilen 1, 2

Bei Türen gilt Rw nach DIN 4109-1, Tab. 1 (Nach DIN 4109-2 muss ein Sicherheitsbeiwert von 5 dB berücksichtigt werden.

Hotels und Beherbergungsstätten 3

Türen zwischen Fluren und Übernachtungsräumen

zwischen Räumen in Krankenhäusern und Sanatorien 4

Türen zwischen • Untersuchungs- bzw. Sprechzimmern • Fluren und Untersuchungs- bzw. Sprechzimmern

5

Türen zwischen Räumen mit Anforderungen an erhöhtes Ruhebedürfnis und besondere Vertraulichkeit (Diskretion)

≥ 37

–

≥ 37 b

–

wie Zeilen 1, 2

6

Türen zwischen

≥ 32

–

≥ 37

–

wie Zeilen 1, 2

≥ 37

–

n/a

–

wie Zeilen 1, 2

• Fluren und Krankenräumen • Operations- und Behandlungsräumen • Fluren und Operations- bzw. Behandlungsräumen Schulen und vergleichbare Einrichtungen 7 a

b

Türen zwischen Unterrichtsräumen oder ähnlichen Räumen untereinander

Die Anforderung beträgt 37 dB unter der Voraussetzung, dass durch gleichwertige schallschutztechnische Maßnahmen, z. B. Schallabsorption in Hausfluren oder Treppenräumen, Schallschleusen im Eingangsbereich, der Schallschutz zwischen Treppenraum und Aufenthaltsraum verbessert wird. Entspricht der Mindestanforderung.

56 Schallschutzanforderungen an Türen bei verschiedenen Gebäudenutzungen; Mindestanforderungen nach DIN 4109-1 und erhöhte Anforderungen nach DIN 4109-5.

1078

XIV Innere Hüllen

Schalldämmung der Tür (Kenndaten)

a b c

Türblatt a

Falzdichtung b

Rw (C; Ctr)

Rw (C; Ctr)

RS,w (C; Ctr) c

dB

dB

dB

Bodendichtung b RS,w (C; Ctr) c dB

10 (0; 0)

keine spezifische Leistung erforderlich

keine Falzdichtung erforderlich

keine Dichtung erforderlich

15 (0; 0)

22 (0; 0)

eine Falzdichtung erforderlich

keine Dichtung erforderlich, Höchstabstand vom Boden 10 mm

20 (0; 0)

25 (0; 0)

eine Falzdichtung erforderlich

eine Dichtung erforderlich

25 (– 1; – 2)

29 (– 1; – 2)

eine Falzdichtung mit mindestens 35 (0; 0) dB erforderlich

35 dB (– 1; – 2) eine Dichtung erforderlich

30 (– 1; – 2)

33 (– 1; – 2)

40 dB (0; 0) eine Falzdichtung erforderlich

40 dB (– 1; – 2) eine Dichtung erforderlich

33 (– 1; – 2)

36 (– 1; – 2)

45 dB (0; 0) eine Falzdichtung erforderlich

45 dB (– 1; – 2) eine Dichtung erforderlich

35 (– 1; – 3)

38 (– 1; – 2)

45 dB (0; 0) eine Falzdichtung erforderlich

45 dB (– 1; – 2) eine Dichtung erforderlich

> 35

keine tabellarischen Werte

Pendeltüren/Schwingtüren sind in dieser Tabelle nicht berücksichtigt. Siehe DIN EN ISO 10140-1. RS,w ist das bewertete Fugenschalldämmmaß für Falzdichtungen. Der Wirkungsbereich der Dichtung ist so zu bemessen, dass die Verformung der Tür (nachgewiesen z. B. durch RAL-Typprüfungen) kleiner als der Wirkungsbereich der Dichtung ist.

Zeile

Bauteil

Anforderung

1

einfach überfälztes Türblatt

Rw ≥ erf. Rw + 2 dB

2

stumpf einschlagendes Türblatt

Rw ≥ erf. Rw + 4 dB

3

Falzdichtung

RS,w ≥ erf. Rw + 10 dB a

4

Bodendichtung

RS,w ≥ erf. Rw + 10 dB

a

RS,w ist das bewertete Fugenschalldämmmaß für Falzdichtungen. Der Wirkungsbereich der Dichtung ist so zu bemessen, dass die Verformung der Tür (nachgewiesen z. B. durch RAL-Typprüfungen) kleiner als der Wirkungsbereich der Dichtung ist.

Zeile

Merkmal

Korrekturwerte für Sperrtüren einschichtige Türblätter

mehrschichtige Türblätter

Rw = 30 dB bis 34 dB

Rw = 35 dB bis 40 dB

1

bewertetes Schalldämmmaß des Türblatts

2

Verdoppelung des Flächenanteils des Rahmens, der die Einlage im Türblatt umschließt

0

–2

3

Lichtausschnitt mit einem Flächenanteil von 15%, Verglasung Einfachglas (Rw,Verglasung = 31 dB)

1

–3

4

Lichtausschnitt mit einem Flächenanteil von 15%, Verglasung Verbundglas (Rw,Verglasung = 37 dB)

1

–1

5

Lichtausschnitt mit einem Flächenanteil von 50%, Verglasung Einfachglas (Rw,Verglasung = 31 dB)

0

–8

6

Lichtausschnitt mit einem Flächenanteil von 50%, Verglasung Verbundglas (Rw,Verglasung = 37 dB)

0

–3

7

Verwendung eines Buntbartschlosses anstelle eines Profilzylinderschlosses

–1

–1

8

Verdoppelung der Anzahl der Deckplatten nach DIN 68706-1

2

0

4 Öffnungen

1079

Zeile Merkmal der Fuge

Fugenquerschnitt (Prinzipskizze)

Fugen, die während der Gebrauchszeit geöffnet werden können 1

Fugentiefe a

Fugenbreite a

RS,w

mm

mm

dB

☞ Abschn. 2.5.7 Türschließer, S. 914 5

20

7

18

10

15

50 ± 10

5

25

Bodenfuge unter einer Tür mit mechanischer Absenkdichtung in einer Nut ohne Passung über glattem, festem Untergrund

50 ± 10

7

≥ 30

Bodenfuge unter einer Tür mit mechanischer Absenkdichtung in einer Nut mit Passung für die Dichtung über glattem, festem Untergrund

50 ± 10

7

≥ 35

40 ± 10

5

≥ 35

Bodenfuge unter einer Tür ohne Dichtung

2

50 ± 10

3 4

5

6

7

Bodenfuge unter einer Tür mit mechanischer Absenkdichtung über Teppich

Falzfuge mit seitlich und oben vollständig anliegender Dichtung

Fugen, die während der Gebrauchszeit dauerhaft abgedichtet werden (Bauanschlussfugen) 8

leere Fuge

9

50 bis 100

10 11

Fuge, gefüllt mit Mineralfaserdämmstoff c

12

50 bis 100

13 14

Fuge, gefüllt mit Montageschaum d b

15

50 bis 100

16 17 18

Fuge, beidseitig abgedichtet mit Hinterfüllschnur und elastischem Dichtstoff d

f

50 bis 100

19 20 21

Fuge, beidseitig abgedichtet mit Bauanschlussfolie ≥ 1 mm d

22 a b c d

50 bis 100

10

10

20

15

30

5

10

35 bis 45

20

30 bis 40

30

25 bis 35

10

≥ 50

20

≥ 47

30

≥ 45

10

≥ 55

20

≥ 54

30

≥ 53

10

≥ 50

20

≥ 45

30

≥ 40

Die Fugentiefe entspricht in den Zeilen 1 bis 6 der Türblattdicke. Die Fugenbreite entspricht dem mittleren Abstand zwischen Türblatt und Fußboden. Der Wert hängt von der Komprimierung der Mineralwolle ab. Bei der Angabe der Werte wurde die Übertragung der idealen Fugengeometrie auf praktische Anwendungsfälle, z. B. Bauanschlussfugen von Fenstern, berücksichtigt.

57 (Seite links, oben) Schalldämmungsindex Rw (C; Ctr) von Innentüren in Abhängigkeit von Konstruktion und Konstruktionsdetails, gemäß DIN EN 14351-2. Er dient als Eingangswert für den rechnerischen Nachweis des Schalldämmmaßes nach DIN 4109-35 (siehe auch alternativ 2 58). 58 (Seite links, Mitte) Schalldämmung von einflügeligen Innentüren (Sperrtüren) ohne Messung, in Abhängigkeit der Fugenschalldämmung der Falz- und Bodendichtung sowie dem bewerteten Schalldämmmaß des Türblatts, nach DIN 4109-35 (wenn keine Messwerte wie in 2 57 vorliegen). Die Tabelle gilt für betriebsfertige Türen mit einem erforderlichen bewerteten Schalldämmmaß erf. Rw ≥ 35 dB. Die Werte sind auf Holz- und Metallzargen anwendbar. 59 (Seite links, unten) Korrekturwerte für die Schalldämmung von Türblättern bei konstruktiven Veränderungen, gemäß DIN 4109-35. Die Werte können bei konstruktiven Änderungen auf das bewertete Schalldämmmaß ohne prüftechnischen Nachweis angerechnet werden.

60 (Oben) Fugenschalldämmmaße RS,w von Fugen, die während der Gebrauchzeit geöffnet werden und solchen die dauerhaft abgedichtet werden, nach DIN 4109-35 (siehe auch 2 57 und 58).

1080

XIV Innere Hüllen

& DIN EN 14637

& DIN EN 1634-2, DIN 18272

erschutztüren notwendigerweise selbstschließend unter Verwendung geeigneter Türschließmittel auszuführen sind. Alternativ können sie mittels einer Feststellvorrichtung, beispielsweise mittels eines Haftmagnets, offen belassen werden. In beiden Fällen wird der Schließmechanismus im Brandfall durch Wirkung eines – vor Ort oder entfernt gelegenen – Wärme- oder Rauchmelders von der Feststellvorrichtung freigegeben. Die Tür schließt sich dann selbsttätig. Die Komponenten von Rauch- und Feuerschutztürelementen, d. h. das Türblatt, die Zarge, das Schließmittel, die Bänder und Schlösser, die Drückergarnitur, das Dichtungsmittel und ggf. auch Zubehör wie Feststellanlagen, sind Bestandteile des genormten Türelements, müssen aufeinander abgestimmt sein und vom gleichen Hersteller geliefert werden. Sie sind in zugehörigen Einzelnormen erfasst. Leistung Feuer

Klassifizierung Raumabschluss Wärmedämmung

61 Leistungsklassifizierung von Türen, Toren und Fenstern hinsichtlich des Brand- jund Rauchschutzes gemäß europäischer Norm DIN EN 13501, nach DIN EN 15269-1.

2.8.1 Rauchschutztüren & DIN 18095-1 bis -3 & DIN EN 1634-3 & DIN EN 13501-2, 7.5.6

Strahlung

E I W

Rauch

Sa

Dauerhaftigkeit

C

Wichtigstes Merkmal und zentrale brandschutztechnische Auf­gabe einer Rauchschutztür ist ihre Dichtheit gegenüber Rauchgasen. Wesentliche Kenngröße für die Dichtheit einer Rauchschutztür im geschlossenen Zustand ist die Leckrate Q. Die Dichtheit ist mittels einer zumindest dreiseitig umlaufenden Abdichtung, ggf. zusätzlich mit einer absenkbaren Bodendichtung oder einer Schwellendichtung herzustellen. Es sind auch Quelldichtungen im Einsatz, die im Brandfall unter Wärmeeinwirkung aufquellen und die Anschlagsfuge zuverlässig schließen (2 70). Nach DIN EN 13501-2 werden Rauchschutztüren hinsichtlich ihrer Rauchdichtheit ausschließlich bei Umgebungstemperatur (Sa) oder Rauchdichtheit bei Umgebungstemperatur und bei 200 ° C (S200 ) klassifiziert. Beispiel: Rauchschutztür Sa-C3: Rauchschutz bei Umgebungstemperatur, für 50.000 Zyklen (Klasse 3) geprüft. Rauchschutztüren gelten im Sinn der Norm nicht als Feuerschutzabschlüsse und müssen deshalb keinen Feuerwiderstand aufweisen. Bei steigenden Brandtemperaturen über 200 ° C kann diese Türart folglich keinen Schutz mehr bieten. Selbstschließende Rauchschutztüren werden von den Bauordnungen als Abschluss von Rauchabschnitten in Rettungswegen alle 30 m verlangt oder als Treppenraumtüren bei mehr als sechs Nutzungseinheiten pro Geschoss. 3

4 Öffnungen

1081

Die maßgebliche brandschutztechnische Größe einer Feuerschutztür ist die Feuerwiderstandsdauer nach der Norm DIN  4102- 2 bzw. DIN EN 13501-2. Für Türen kommen gemäß der nationalen Norm DIN 4102 Feuerwiderstandsklassen von T30 (feuerhemmend) und T90 (feuerbeständig) in Betracht. Nach europäischer Norm DIN EN 13501-2 werden Feuerschutztüren hinsichtlich des Raumabschlusses (E), Raumabschlusses und Wärmedämmung (EI1 oder EI2) sowie Raumabschluss und Strahlung (EW) klassifiziert. Die Dauerhaftigkeit der Selbstschließungsfunktion, die eine Grundvoraussetzung für die Feuerschutzfunktion des Tür-elements darstellt, wird nach DIN EN 13501-2 durch den Buchstaben C und eine Klassenbezeichnung bezogen auf die Zahl der geprüften Schließungszyklen (0 bis 5) klassifiziert (2 61). Beispiel:

& DIN 18089-1, DIN 18093 & DIN 18272 & DIN EN 1634-1 bis -3 & DIN EN 15269 & DIN EN 16034

Feuerschutztür E60/EI230-S200 -C5: 60 Minuten Raumabschluss, 30 Min. Wärmedämmung, Rauchschutz bei Umgebungstemperatur und 200 ° C, für 200.000 Zyklen (Klasse 5) geprüft. E

15

20

30

45

60

90

120

180

240

EI1

15

20

30

45

60

90

120

180

240

EI2

15

20

30

45

60

90

120

180

240

20

30

60

90

120

EW

2.8.2

Feuerschutztüren

62 (Tabelle links) Klassen für Brandschutztüren und Abschlüsse und ihre Schließmittel, nach DIN EN 13501-2. 63 (Unten links) Feuerschutztür mit Holzumfassungszarge in T30-Qualität (System Dana ®) mit einfachem Falz, Horizontalschnitt. 1 Zargenspiegel, einstellbar auf Wanddicke 2 Brandschutzzarge T30 3 Mineralwolle 4 Montageschaum 5 Kantholz zur Versteifung 6 Dämpfungsprofil 7 Türblatt 8 Zargenspiegel, fest 9 Alu-Schwellenprofil

Die notwendige Abschottungsfunktion des flächenbildenden Türblatts gegen Feuer erfordert – anders als bei Rauchschutztüren – vollwandige Türblätter aus hohlraumfreien Einlagen. Türblätter aus vollwandigen Holzwerkstoffplat☞  53

64 (Unten) Feuerschutztür wie in 2 63, Vertikalschnitt

1

2/8

1

☞  52

2 3

3

2

4

6

4

7

5 6 6 9

y x

7

2/8 M 1:5

0

z

50 mm

x

M 1:5

0

50 mm

1082

XIV Innere Hüllen

y

Baurichtmaß

Baurichtmaß

Durchgang

Durchgang

y x

M 1:5

0

y

50 mm

x

65 Anschluss einer Feuerschutztür mit Holz­ umfassungszarge in T30-Qualität an eine Metallständerwand F90 (System Dana ®), Horizontalschnitt.

M 1:5

0

50 mm

x

66 Anschluss einer Feuerschutztür mit Stahlumfassungszarge in T30-Qualität an eine verputzte Mauerwerkswand (System Teckentrup ®), ergänzt mit Gegenzarge, Befestigung mit Dübeln, Horizontalschnitt.

M 1:5

0

50 mm

67 Anschluss einer Feuerschutztür mit Stahl­ eckzarge in T30-Qualität an eine Stahlbetonwand (System Teckentrup  ®), Befestigung durch Anschweißen an einbetoniertem Stahlanker, Horizontalschnitt.

68 Anschluss einer Feuer- und Rauchschutztür mit Stahlumfassungszarge in T30-Qualität an eine leichte Ständerwand (System Teckentrup ®), Befestigung mit Spiegelverschraubung am Ständer, Horizontalschnitt. y

y x

M 1:5

0

50 mm

x

M 1:5

0

50 mm

69 Anschluss einer Feuer- und Rauchschutztür wie in 2 68, jedoch Befestigung mittels Hutanker.

Quelldichtung

y x

70 Quelldichtung in der Funktionsfuge einer Rauch- oder Feuerschutztür: schäumt unter Hitzeeinwirkung auf und verschließt die Fuge gegen Feuer und Rauch. (Fa. Novoferm)

4 Öffnungen

1083

y x

0

50 mm

0

50 mm

M 1:5

71, 72 Rauch- und Feuerschutztür T30 aus Aluminiumrahmen und Glasfüllung F30 (System Hörmann  ®), Horizontalschnitt mit Band- und Anschlagsseite, Einbau in verputzter Mauerwerkswand.

y x

73, 74 Rauch- und Feuerschutztür T90 aus Aluminiumrahmen und Glasfüllung F90 (System Hörmann  ®), Horizontalschnitt mit Band- und Anschlagsseite, Einbau in verputzter Mauerwerkswand.

M 1:5

1084

XIV Innere Hüllen

& DIN EN 15269-3

& DIN EN 15269-5

ten sind für feuerhemmende Türen geeignet, solche aus Stahldecklagen und Mineralwollefüllung (2 66, 67) für feuerhemmende und feuerbeständige Türen. Ferner werden Feuerschutztüren auch aus Rahmenkonstruktionen aus Stahl oder Aluminium mit Glasfüllungen aus Feuerschutzgläsern (G oder F) ausgeführt (2 71 bis 74). Türzargen für Feuerschutztüren sind in Holz (2 63 bis 65) wie auch in Stahl (2 66 bis 69) ausführbar. Wie bei allen Türen mit Brandschutzanforderung muss das komplette Türelement inklusive Zubehörteile normgerecht sein oder über eine bauaufsichtliche Zulassung verfügen. Die Befestigung der Feuerschutztür an der umgebenden Wand ist für einen zuverlässigen Feuerschutz maßgeblich und ist für massive Wände in der DIN 18093 geregelt. Einige bauaufsichtlich zugelassene Anschlüsse an feuerbeständige Ständerwände oder Brandwände in Leichtbauweise zeigen 2 65 und 68, 69. Öffnungen in Wänden mit Brandschutzfunktion lassen sich gemäß Bauordnung hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsdauer i. A. eine Stufe niedriger als die umgebende Wand ansetzen. Dies bedeutet: 4

& Z. B. LBOAVO Baden-Württemberg, § 9 (8).

• Türen sind nur in inneren Brandwänden zulässig, und zwar nur dann, wenn sie auf die für die Nutzung erforderliche Zahl und Größe beschränkt sind; die Öffnung muss selbstschließenden Abschluss in der Feuerwiderstandsfähigkeit der Wand haben;

& Z. B. LBOAVO Baden-Württemberg, § 6 (4).

• Türen in feuerbeständigen Wänden müssen feuerhemmend und selbstschließend sein (T30); • Türen in feuerhemmenden Wänden benötigen keine Feuerwiderstandsdauer, sind jedoch vollwandig und dichtschließend auszuführen; • Schachttüren sind oft als T90-Türen mit vierseitig umlaufender Dichtung herzustellen. Hierfür ist einfach eine Schwelle im Material der Wand vorzusehen.

4 Öffnungen

1 2 3 4

Nach DIN 68706-1, 3. Für den ganzen Abschnitt: Gösele K, Schüle W (1985) Schall – Wärme – Feuchte, S. 78 ff Landesbauordnung Baden-Württemberg (2010), LBOAVO §12, (3) Ebda. § 6, 9

DIN 107: 1974-04 Bezeichnung mit links oder rechts im Bauwesen DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen Teil 5: 1977-09 Feuerschutzabschlüsse, Abschlüsse in Fahrschachtwänden und gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen – Begriffe, Anforderungen und Prüfungen Teil 13: 1990-05 Brandschutzverglasungen – Begriffe, Anforderungen und Prüfungen DIN 4109 Schallschutz im Hochbau Teil 1: 2018-01 Mindestanforderungen Teil 5: 2019-05 (Entwurf) Erhöhte Anforderungen Teil 35: 2016-07 Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Elemente, Fenster, Türen, Vorhangfassaden Teil 35/A1: 2018-10 (Entwurf) Daten für die rechnerischen Nachweise des Schallschutzes (Bauteilkatalog) – Elemente, Fenster, Türen, Vorhangfassaden DIN 18089: 1984-01 Feuerschutzabschlüsse; Einlagen für Feuerschutztüren; Mineralfaserplatten; Begriff, Bezeichnung, Anforderungen, Prüfung DIN 18093: 2016-07 Feuer- und Rauchschutzabschlüsse nach DIN EN 16034 – Einbau und Wartung DIN 18095: 1988-10 Türen; Rauchschutztüren DIN 18101: 2014-08 Türen – Türen für den Wohnungsbau – Türblattgrößen, Bandsitz und Schlosssitz – Gegenseitige Abhängigkeit der Maße DIN 18111: 2004-08 Türzargen – Stahlzargen DIN 18250: 2006-09 Schlösser – Einsteckschlösser für Feuerschutz- und Rauchschutztüren DIN 18251 Schlösser – Einsteckschlösser Teil 1: 2002-07 Einsteckschlösser für gefälzte Türen Teil 2: 2002-11 Einsteckschlösser für Rohrrahmentüren Teil 3: 2002-11 Einsteckschlösser als Mehrfachverriegelung DIN 18255: 2002-05 Baubeschläge – Türdrücker, Türschilder und Türrosetten – Begriffe, Maße, Anforderungen, Kennzeichnung DIN 18263 Schlösser und Baubeschläge – Türschließmittel mit kontrolliertem Schließablauf Teil 1: 2015-04 Obentürschließer mit Kurbeltrieb und Spiralfeder Teil 4: 2015-04 Drehflügelantriebe mit selbstschließfunktion DIN 18264: 1978-09 Baubeschläge; Türbänder mit Feder DIN 18265: 1978-09 Baubeschläge; Pendeltürbänder mit Feder DIN 18268: 1985-01 Baubeschläge; Türbänder; Bandbezugslinie DIN 18272: 1987-08 Bänder für Feuerschutztüren – Federband und Konstruktionsband DIN 18273: 2015-07 Baubeschläge – Türdrückergarnituren für Feuerschutztüren und Rauchschutztüren – Begriffe, Maße, Anforderungen, Prüfung und Kennzeichnung

1085

Anmerkungen

Normen und Richtlinien

1086

XIV Innere Hüllen

DIN 68706 Innentüren aus Holz und Holzwerkstoffen Teil 1: 2012-02 Türblätter; Begriffe, Maße und Anforderungen Teil 1: 2019-03 (Entwurf) Türblätter; Begriffe, Maße und Anforderungen Teil 2: 2002-02 Türzargen; Begriffe, Maße und Einbau Teil 2: 2019-03 (Entwurf) Türzargen; Begriffe, Maße und Einbau DIN EN 1154: 2003-04 Schlösser und Baubeschläge – Türschließmittel mit kontrolliertem Schließablauf – Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 1627: 2011-09 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Anforderungen und Klassifizierung DIN EN 1627: 2019-05 (Entwurf) Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Anforderungen und Klassifizierung DIN EN 1627/A1: 2015-08 (Entwurf) Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Anforderungen und Klassifizierung DIN EN 1628: 2016-03 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit unter statischer Belastung DIN EN 1629: 2016-03 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit unter dynamischer Belastung DIN EN 1629: 2019-04 (Entwurf) Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit unter dynamischer Belastung DIN EN 1630: 2016-03 Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit gegen manuelle Einbruchversuche DIN EN 1630: 2019-05 (Entwurf) Türen, Fenster, Vorhangfassaden, Gitterelemente und Abschlüsse – Einbruchhemmung – Prüfverfahren für die Ermittlung der Widerstandsfähigkeit gegen manuelle Einbruchversuche DIN EN 1634 Feuerwiderstandsprüfungen und Rauchschutzprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse, Fenster und Baubeschläge Teil 1: 2018-04 Feuerwiderstandsprüfungen für Türen, Tore, Abschlüsse und Fenster Teil 2: 2009-05 Charakterisierungsprüfung zum Feuerwiderstand von Baubeschlägen Teil 3: 2005-01 Rauchschutzabschlüsse Teil 3 Berichtigung 1: 2009-09 Rauchschutzabschlüsse DIN EN 1906: 2012-12 Schlösser und Baubeschläge – Türdrücker und Türknäufe – Anforderungen und Prüfverfahren DIN EN 12519: 2015-01 Fenster und Türen – Terminologie DIN EN 13943: 2016-05 Brandschutz – Vokabular DIN EN 14221: 2007-01 Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften

4 Öffnungen

DIN EN 14351: 2016-12 Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften DIN EN 14637: 2008-01 Schlösser und Baubeschläge – Elektrisch gesteuerte Feststellanlagen für Feuer-/Rauchschutztüren – Anforderungen, Prüfverfahren, Anwendung und Wartung DIN EN 15269 Erweiterter Anwendungsbereich von Prüfergebnissen zur Feuerwiderstandsfähigkeit und/oer Rauchdichtigkeit von Türen, Toren und Fenstern einschließlich ihrer Baubeschläge Teil 1: 2010-07 Allgemeine Anforderungen Teil 1: 2017-03 (Entwurf) Allgemeine Anforderungen Teil 2: 2012-12 Feuerwiderstandsfähigkeit von Drehflügeltüren aus Stahl Teil 3: 2012-10 Feuerwiderstandsfähigkeit von Drehflügeltüren und Fenstern aus Holz Teil 5: 2016-12 Feuerwiderstandsfähigkeit von verglasten Drehflügeltüren und zu öffnenden Fenstern mit Metall(rohr)rahmen Teil 7: 2010-04 Feuerwiderstandsfähigkeit von Schiebetoren aus stahl Teil 10: 2011-07 Feuerwiderstandsfähigkeit von Rolltoren aus Stahl Teil 11: 2017-01 (Entwurf) Feuerwiderstandsfähigkeit von Feuerschutzvorhängen Teil 20: 2009-12 Rauchdichtigkeit von Drehflügeltüren und -toren aus Holz und Stahl sowie Metall- und Holzrahmentüren mit Verglasungen Teil 20: 2017-08 (Entwurf) Rauchdichtigkeit von Türen, Toren, Abschlüssen und Fenstern DIN EN 16034: 2014-12 Türen, Tore und Fenster – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Feuer- und/oder Rauchschutzeigenschaften

1087

ANHANG

XI FLÄCHENSTÖSSE XII VERBINDUNGEN XII-1 GRUNDLAGEN DES FÜGENS XII-2 KRAFTÜBERTRAGUNG XII-3 FÜGEVERFAHREN XII-4 ZUSAMMENSETZEN XII-5 AN-, EINPRESSEN XII-6 FÜGEN DURCH URFORMEN XII-7 FÜGEN DURCH UMFORMEN XII-8 FÜGEN DURCH STOFFVEREINIGEN XIII ÄUSSERE HÜLLEN XIII-1 GRUNDSÄTZLICHES XIII-2 ERDBERÜHRTE HÜLLEN XIII-3 SCHALENSYSTEME XIII-4 MEHRSCHICHTVERBUNDSYSTEME XIII-5 RIPPENSYSTEME XIII-6 PUNKTGEHALTENE GLASHÜLLEN XIII-7 ADDIERTE FUNKTIONSELEMENTE XIII-8 MEMBRANSYSTEME XIII-9 ÖFFNUNGEN

Register........................................................................ 1090 Literaturverzeichnis.......................................................1104 Bildnachweis.................................................................1108 Danksagung.................................................................. 1112

XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 GRUNDSÄTZLICHES XIV-2 HORIZONTALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-3 VERTIKALE RAUMABTRENNUNGEN XIV-4 ÖFFNUNGEN ANHANG

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2019 J. L. Moro, Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, https://doi.org/10.1007/978-3-662-57401-0

1090

REGISTER

A AAC 433, 444, 920; siehe auch dampfgehärteter Porenbeton Abbranddicke 62, 1020, 1022 Abbrennstumpfschweißen 315 Abdeckleiste 533, 535; siehe auch Deckleiste Abdeckung 28, 31–34 Abdichten 60, 374, 408, 416, 481, Abdichtung 23, 366, 374, 382–410, 413, 424, 416–429,447, 448, 450, 452, 455, 468, 473, 477, 480–492,494, 496, 498, 503, 504, 514, 517, 566, 569, 575, 576, 624, 625, 657, 678, 679, 681, 748, 780, 783, 792, 794, 809, 819, 838, 840, 841, 878–883, 957 Abdichtungsbahn 439, 482, 487, 496; siehe auch Sperrbahn Abdichtungsbauart 393, 395, 409, 422–424 Abdichtungsstoff 393, 409, 422, 424 Abfasen 35; siehe auch Abfasung Abfasung 34 abgedeckte Fuge 31, 33, 35 abgehängte Decke 867, 890, 899; siehe auch Unterdecke abgesperrte Tür 1056 abgestirnter Strebenzapfen 165 Abheben 666 Ableiten 360–362, 374, 376 Ableitung von Wasser 34 Abmessung; siehe auch Maß Abreißkante 30, 31, 37, 38 Abschalelement 438 Abscheren 112, 114, 115 Abschottung 862, 876 Absenkdichtung 1076 Absorberschott 887, 897, 900, 902 Abstandhalter 782 Abstrebung 955, 956 Abwinkeln 42 Abzugsseite 509 Adhäsion 99, 114, 120 Adhäsionsbindung 111; siehe auch Kohäsionsbindung Adhäsionskraft; siehe elektromagnetische Molekularkraft adhäsiver Kraftschluss 80 Aggregatzustand 270 Aktivierkleben 148 Akustik 684, 890 Bauakustik 864 Raumakustik 864 Alterung 802 Aluminiumfenster 771, 818, 820–822, 824–826 Aluminiumlegierung 529 Anhydritestrich 870 Anhydritfließestrich 870 Ankerplatte 280, 762, 764 Ankerschiene 223, 225, 639, 641 Ankerschraube 276, 277

Anhang

Anpralllast 1004 Anpressdruck 3, 21, 23, 24, 28, 29, 31–43 Anpressen 71 Anschlag 771, 778–780, 783, 786, 798, 800, 844, 1065, 1074, 1083 Anschlagsdichtung 1076 Anschlagsfuge 1068, 1075, 1080 Anschluss 4, 6, 7, 9, 12 Anschlussbewehrung 402, 411 Anstaubewässerung 498 Antriebsfläche 190 Anwendungskategorie 478, 482, 496; siehe auch Sperrbahn Anwendungsklasse 477 Anziehverfahren 190 Arbeitsfuge 267, 270, 272–275, 281, 291 Arbeitsposition 316 Armierung 460, 484 Armierungsgewebe 460 Art der Kraftübertragung 80; siehe auch Schlussart Asphaltmastix 394, 409 Attika 441, 463, 467, 506, 512 Aufbeton 271, 286, 511, 514, 910–913, 918–920, 924, 926–928, 930, 974, 983 aufgesetzter Stoß 162 Aufkantung 3, 42, 43, 44, 45 Auflagerabstand 599 Auflagerkonsole 174 Aufsparrendämmung 372 aufstauendes Sickerwasser 381, 416, 417, 419 aufsteigende Feuchte 400 Augenstab 178 Ausbauraster 627 Ausblick 772, 774, 838 Ausgießen 131 Ausgleichsschicht 420 Aushub 381, 411 Ausnutzung der Schwerkraft 3, 26 Ausschnitt 691 Aussehensklasse 811, 812 Außenecke 635, 655 Außengewinde 187, 189 Außenhautabdichtung 416, 417, 421; siehe auch schwarze Wanne Außentür 772, 786, 798, 801, 814, 816, 817, 821, 838, 839, 842–844, 853 Außenwand 433–436, 440, 441, 443, 445, 448–453, 459, 461–469, 484, 498, 500, 501, 506, 507, 510, 514, 516 Aussparung 1012, 1044 aussteifende Beplankung 556, 953 Auswechslung 549, 550 Ausziehwiderstand 190, 232, 233, 236, 242 Autogenschweißen 314; siehe auch Gasschmelzschweißen

B Backstein; siehe Ziegelstein bahnenförmiger Abdichtungsstoff 393 Bahnenstoß 744, 752, 757, 758, 762 geklebter Stoß 750 geklemmter Stoß 750 genähter Stoß 750

geschweißter Stoß 750 verseilter Stoß 750 Bajonettverschluss 127 Balken 864, 865, 890, 927,–930, 952–955, 957, 968, 983, 984 Balkenbauweise 932, 968 Balkendecke 856, 928, 932, 933, 935, 945, 952, 953, 957, 958, 978, 981 Balkendecke mit Zwischenbauteilen 928, 933, 935, 945 Balkenschuh 935, 956; siehe auch Stahlblechformteil Balkonanschluss 440, 466 Bandaufnahme 1069 Bandeisen 788, 790 Bandrastersystem 895 Bauakustik 866, 867, 900 Baugrube 385, 396, 408, 411, 412, 414 Bauklammer 236 Baukomponente 772, 784 Bauplatte 444 Bauteil 4, 6–8, 12, 14–18, 20, 26, 28, 52, 54–56, 58–60, 62, 64–66, 68–76, 82, 87, 90, 96, 100, 132, 157, 169, 171, 172, 180, 187, 188, 197, 206, 207, 212, 213, 220, 223, 224, 236, 240, 242, 268, 276, 280, 281, 286–189, 295, 312, 321, 322, 324, 330, 334–336, 338, 347–349, 354, 358, 389, 390, 395, 398, 402, 404, 405, 417, 419, 434, 456, 465, 494, 496, 500, 528, 533, 546, 554, 611, 626, 638, 643, 686, 688–694, 696, 704, 705, 732, 744, 760, 762, 766, 778, 788, 792, 814, 816, 866, 871, 873, 882, 884, 886, 890, 892, 903, 910, 916, 917–920, 927, 928–930, 943, 949, 958, 978, 980, 986, 987, 1002, 1003, 1007, 1010, 1011, 1014, 1022, 1024, 1025, 1027, 1034, 1043, 1044, 1077, 1078 Bauteilkante 15, 21, 23 Bauwerkssohle 398; siehe auch Bodenplatte Bauzustand 54 Beanspruchungsgruppe 408, 413, 417, 808 Beanspruchungsklasse 430 Bedienbarkeit 1057 bedingt umsetzbare Innenwand 1004; siehe auch Ständerwand Befestigungsloch 585 Befestigungsschraube 186, 188 Belastung 60, 78, 80, 81 Beleuchtung 859 belüftete Dachdeckungen 576, 578 belüftete Luftschicht 464, 479 belüftetes Dach 364, 368 Belüftung 362, 365, 368, 370, 376, 378, 480, 516, 574–576, 580, 590, 623, 624, 638, 690, 732, 733, 737, 739, 755, 756, 772, 782, 818 Belüftungsöffnung 516 Belüftungsprinzip 360 Bemessungsgrundwasserstand 384 Bemessungshochwasserstand 384 Bemessungswasserstand 396, 416, 417 Benetzung 18, 25, 26 Benetzungsfähigkeit 18, 19, 24, 25

1091

Beplankung 550, 551, 555–559, 562, 564, 565, 570–572, 574, 576, 597, 604, 616, 622–624, 666, 667, 670, 680 Berührfläche 47, 52, 76, 78, 80, 81, 84, 86 Berührungsschluss 98; siehe auch reiner Formschluss Beschichten 132, 144, 146 Beschichtung 435, 808, 811, 812, 814, 816, 817, 822, 828 Beschichtungssystem 814 Beton 20, 61, 67–69, 91, 111, 171, 176, 180, 204, 222, 225, 226, 230, 234, 268–277, 280–283, 286, 287, 290, 312, 330, 344, 346, 347, 382, 388, 391–394, 399, 404–406, 408, 410–422, 428, 436, 459, 498, 500, 508, 568, 624, 864, 881, 910, 912, 916, 918, 924–939, 944, 945, 951, 952, 968, 970, 974, 976, 983, 985, 993, 1012, 1014, 1020 Betoneckdübel 920, 925 Betonmatrix 271–274 Betonnocken 935 Betonschraube 234; siehe auch Schraubanker Betonstahl 272, 274 bewegliche Innenwand 1005 bewegliches Tragwerk 758 bewegliche Verbindung 54, 65, 104, 107 bewegte Luftschicht; siehe auch belüftete Luftschicht Bewegungsart 775, 777, 1057 Bewegungsbeziehung 65 Bewegungsfuge; siehe auch Dehnfuge Bewegungsrichtung 1059 Bewegungsschraube 186 Bewegungssinn 54, 80 Bewehrungsstahl 271–274 biaxialer Zug 748, 760 Biberschwanzziegel 372, 584, 586, 590–592 Biegebeanspruchung 115 Bindekraft 114 Bitumenbahn 394, 395, 409, 423, 424, 426, 457, 467, 481, 482, 483, 485, 489, 495–497, 579, 587 Bitumen-Dichtungsbahn 394; siehe auch Bitumenbahn Bitumenheißaufstrich 404 Blech 5, 9, 10, 11, 44 Blecheindeckung 45 Blechschraube 194, 202, 231 Blechschraubengewinde 190, 191 Blechverformungsanker 971–975 Bleideckung 610 Blendrahmen 778, 779, 781, 784, 788, 790, 794, 796, 797 Blindniet 296, 299, 300, 301 Blindnietverbindung 296, 298 Blockanker 518 Blockbau 456 Blockfundament 284, 285 Blockhaus; siehe Blockbau Blockzarge 1069, 1070, 1076; siehe auch Stockrahmen Blockziegel 436–438 Boden 385, 396, 405, 406, 419 Bodenbelag 868, 875, 884, 886–888, 949,

957, 980, 990, 991 Bodenbeschaffenheit 382, 384, 406, 411 Bodenfeuchte 384, 387, 404–406, 408, 416, 417, 419, 430; siehe auch Bodenwasser Bodenplatte 381, 382, 388–391, 396–398, 400, 402, 404–408, 411–414, 416–420, 422, 426, 876, 877, 885, 888 Bodenspalt 1061, 1075 Bodentürschließer 1072, 1074 Bodenwasser 381, 382, 384, 398, 400, 404 Bogen-Zugband-Modell 917, 975 Bohrlochlänge 206 Bohrschraube 684 Bolzenanker 228 Bolzengewinde 187; siehe auch Außengewinde Bolzenschweißen 328 Bolzenverbindung 910, 911 Bördeln 138, 140, 293, 303 Borte 767 Böschung 411 Brandschutz 62, 82, 249, 328, 356, 459, 460, 465, 470, 529, 647, 653, 667, 680, 753, 756, 834, 858, 862–868, 889, 895, 899, 900, 903, 905, 949–951, 968, 970, 983–987, 1011, 1012, 1016, 1020–1022, 1034, 1035, 1039, 1042, 1044, 1045, 1049, 1077, 1081, 1084 Brettsperrholz 465, 937–940, 1012, 1017, 1027 Brettsperrholzelement 469, 499, 931, Brettstapelbauweise 931, 935, 968 Brettstapelelement 469, 1012 Brettstapelholz 465 Bruchdehnung 315 Brüstungsfeld 644, 645, 647 Brüstungsscheibe 644 Bündigkeit 38, 45

C Calciumsulfatestrich 870 Calciumsulfat-Fließestrich 870 chemisch abbindende Klebstoffe 150 Chicago School 354 CNC-gefertigte formschlüssige Holzerbindungen 168

D Dach 343, 345, 358, 360, 362–368, 370, 372–374, 376–378, 574, 575, 580, 604, 605, 607–609, 614, 618, 619, 622, 666, 668, 669, 676, 680, Dachablauf 479 Dachanschluss 441, 463 Dachaufbau 570, 571, 575, 576, 618, 619, 666, 681, 682 Dachbegrünung 481, 488, 490 Dachdeckung 362–368, 370, 372, 374 Dacheindeckungsprodukt 611 Dachelement 533 Dachkante 585, 590, 603, 613 Dachneigung 362, 378, 576, 578, 580, 585–587, 592–594, 598, 599, 606,

612, 613, 617, 650 Dachpfannenprofil 620 Dachplatte 606 Dachrand 496 Dachraum 362, 363, 366, 368 Dachstein 580, 581, 585–587, 590, 591, 698, 701 Dachtafel 572, 574, 623, 666, 680 Dachziegel 580–582, 584–587, 590, 591, 598, 670, 698, 701 Dämmebene 784, 788, 790–792 Dämmkeil 496 Dampf 15, 17, 18; siehe auch Wasserdampf Dampfdiffusionswiderstand 756 Dampfdruck 638 Dampfdruckausgleich 782, 783, 805, 807 Dampfdruckausgleichsschicht 457, 489–491, 624, Dampfdurchtritt 15, 17, 18 dampfgehärteter Porenbeton 920; siehe auch AAC Dampfkontrolle 18 Dampfsperre 4, 366, 438, 456, 461, 465, 470, 479, 480, 486, 488–492, 539, 569, 575, 576, 607, 609, 618, 624, 647, 667–673, 676–679, 766, 830 Dämpfungsmittel 1069 Dämpfungsprofil 1071, 1081 Dauerhaftigkeit 771, 808, 810–812, 815, 829 Dauerhaftigkeitsklasse 812 Deckbreite 584, 585, 601, 610 Decke 434, 436, 438–440, 465–469, 480, 504, 506, 552, 562, 572, 624, 644, 667, 684, 861–868, 873, 874, 884, 886, 889, 890, 895, 899, 900, 903, 904, 906, 908, 910, 916, 918, 920–922, 924, 927, 929–931, 940, 943, 949, 950, 952–955, 959, 961, 962, 964, 965, 970, 972, 976, 978, 980, 983, 984, 985, 986, 991 Deckelement 32–35 Deckenabmauerungsziegel 438, 439; siehe auch Deckenabstellstein Deckenabstellstein 446, 448, 450, 473 Deckenanschluss 438–440, 447, 449, 461, 466, 469 Deckenauflage 884, 886, 949, 979, 980, 983 deckendes Lacksystem 817 Deckeneinlauf 398 Deckenplatte mit Stegen 976 Deckenstoß 281, 282 Decklage 1060, 1063, 1065, 1066, 1071 Decklänge 584, 585, 588, 589, 610 Deckleiste 32, 34, 533–535, 559, 567, 654; siehe auch Deckelement Deckplatte 1060, 1063, 1065, 1066, 1075 Deckschale 528–530, 532–534, 536, 541, 542, 896, 908 Deckschicht 528, 529, 532, 541; siehe auch Deckschale Deckunterlage 362, 366, 576, 578, 580, 587, 590, 606, 610, 613 Deckvermögen 816 Dehnen 128, 130, 140 Dehnfuge 501, 502, 504, 505, 508 Dehnverbinder 639–642, 644, 645, 648

1092

diagonale Brettschalung 556 Diagonalverband 571, 575, 624 Dichtfunktion 4, 12, 15, 22, 27–29, 32, 34, 36, 40, 42, 43 Dichtheit 14, 16, 23 24, 26, 29, 32, 36, 38, 60, 360, 366, 372, 374, 382, 428, 492, 501, 511, 558, 564, 566, 575, 578, 580, 581, 590, 591, 610, 614, 633, 638, 776, 778, 782, 784, 792, 794, 796, 798, 800, 801, 802, Dichtigkeit; siehe Dichtheit Dichtmasse 8; siehe auch Dichtstoff Dichtprinzip 7, 10, 14, 15, 21, 28 Dichtprofil 783, 784 Dichtscheibe 533, 534 Dichtschicht 457, 471, 479, 480, 481, 484–486, 488, 490, 492 Dichtschlämme 394, 425, 426 Dichtstoff 23, 29, 447, 453, 511, 515, 782–784, 786, 792, 797, 802, 853, 883 Dichtstofffuge 514, 515 Dichtstoß 706, 710 Dichtungsband 430 Dickschichtlasur 816, 817 differenziales Bauprinzip 110, 111 differenziale Bauweise; siehe differenziales Bauprinzip Differenzierung 458 Diffusionsfähigkeit 18 digitalisierte Schlussmatrix 104 Direktschalldämmung 1034 diskreter Schubdübel 920 Diskretisierung 528 Distanzhalterplatte 518, 519 Distanzklotz 782, 790 Doppelboden 876, 877, 886, 887, 889 Doppeldeckung 586, 588, 589, 592 Doppelfenster; siehe Kastenfenster Doppelschleifgummi 1076 Doppelständerwand 1001, 1029, 1035, 1044, 1048 Doppelstehfalzdeckung 610 doppelter Querfalz 613 doppeltes Schalensystem 500 Doppeltür 1057, 1075 Doppel-V-Naht 318 Drahtflechten 134, 137 drahtförmige Körper 134 Drahtglas 650 Drahtseilklemme 305, 306 Drahtweben 134 Drainage; siehe Dränung Dränage; siehe Dränung Dränleitung 396, 400, 412–414 Dränmatte 401, 403, 414 Dränschicht 396, 398, 400, 402, 405, 414 Dränstein 398, 414 Dränung 385, 386, 396, 401, 408, 416 Drehflügeltür 1057, 1059; siehe auch Drehtür Drehkippfenster 775, 796, 804 drehmomentkontrolliert spreizende Dübel 228 Drehrichtung 775 Drehtür 1054, 1057 Drehwuchs 812 dreidimensionale Justierung 641

Anhang

Dreiecksfuge 792 Dreiecksgefache 692 Dreiecksmasche 694 Dreiflankenhaftung 792 dreiseitige Lagerung einer Trennwand 1009 Drillmoment 908, 909 Druckbogen 917, 975 drückendes Wasser 381, 386, 392, 396, 398, 416, 418–421, 428, 429 Drückerstift 1069, 1070, 1073 Druckgefälle 3, 26 Druckkontakt 156, 160, 166, 172, 177, 180 Druckschraube; siehe Druckstift Druckstift 518, 520 Dübelanordnung bei Verbundträgern 975 Dübel besonderer Bauart 185, 219, 248, 250–256 Dübelfehlfläche 253 Dübelleiste 910, 933 dübelloser Reibungsverbund 970 Dübelverbindung 219, 222, 238, 262 Dünnbettmörtel 436, 438, 444, 445 Dünnschaftschraube 192 durchgeschweißte Stumpfnaht 318 durchlässiger Boden; siehe nicht bindiger Boden Durchlaufträger 638 Durchlüftung 364, 365, 376, 378; siehe auch Belüftung Durchlüftungsprinzip; siehe Belüftungsprinzip Durchsetzfügen 138, 140 Durchstanzbewehrung 908–911 Durchwurzelungsschutz 498 dynamische Belastung 295 dynamische Steifigkeit 459, 872, 887, 946, 948, 959, 1039,

E Eckblech 216 Ecke 7, 12, 13 Eckenschnitt 598, 601–603 Eckfeld 215 Eckhalterung 712 Eckstöße 784 effektive Fugengeometrie 52, 60, 72, 83 Eigengewicht 36, 37 Eigenschaftsklasse 482 Einbaubereich 1004, 1010, 1030 Einbauteil 276 Einbetten 132 einbruchhemmende Tür 1057 Eindeckung in Linie 585 Eindeckung mit versetzten Längsstößen 585 Einfachdeckung 588, 589 einfacher Querfalz 612 einfaches Schalensystem 434 Einfachfenster 774 Einfachständerwand 1045 Einfachverglasung 773, 774 Einfügungsdämmmaß 900, 901 eingebundene Kehle 591 eingefasste Tür 1056; siehe auch Rahmentür eingeklebte Gewindestange 289, 290, 934 eingenähter Gurt 761

Einhängen 126, 127 Einhängenase 585 Einhängesystem 891, 895 Einlage 1060, 1063, 1066, 1075, 1081 einlagige Massivholzplatte 938 einlagige Membran 744, 750, 752 Einlassdübel 252, 254, 255 Einlegesystem 891 Einlegesystem mit Stufenfalz 891 Einpressdübel 219, 252, 254–256 Einpressen 71 Einrenken 126, 127 einschalige Außenwand 435, 440, 441, 443, 445, 448–451, 462–464, 466–469 einschalige Hülle 458 einschalige Trennwand 1006, 1012, 1013, 1023, 1029, 1034 Einschlagdübel 228 Einschlagen 130 einseitiger Dübel besonderer Bauart 252 einseitig zugängliche Schraubverbindung 206, 222, 223 Einsteckschloss 1069 einstufiges Dichtprinzip 15, 21 Eintauchtiefe 424 Einwirkungsklasse 477 elastisches Dichtprofil 784 elastisches Verformen 126 elastische Zwischenschicht 707, 716 Elastizität 23, 29, 42, 43, 44 Elastomerbahn 394, 395, 409, 422–424, 426, 483–485, 489, 495, 496, 497 Elastomer-Dichtungsbahn 394; siehe auch Elastomerbahn elektrische Gasentladung 142 Elektrode 313–316 elektromagnetische Molekularkraft 22 Elementdecke 439, 511, 514, 910–913, 915, 925, 927, 928 Elementfassade 568, 659, 660 elementierte Trennwand 1005 Elementstoß 659–661 Elementwand 554, 568 Eloxal 822 Endlosverfahren 532 Endverankerung von Trapezblechen 974, 975 Energiegewinn 751 Energieträger 142, 144, 146 EnEV 465 Engen 136, 139 Engobe 586 Entladungsschweißverfahren 328 Entspannen von Winddruck 6 Entspannungskammer 16, 25, 40, 780; siehe auch kapillarbrechende Kammer Entwässerungskammer 10, 40; siehe auch Entspannungskammer Entwässerungsöffnung 504 Entwässerungsplan 396 Entwerfen; siehe Entwurf Entwurf 87 entwurflich-konzeptionelle Maßnahme 12 EPDM 632 Epoxidharz 288, 289, 430 Epoxidharzleim 335

1093

erdbedeckte Decke 389 erdberührende Hülle; siehe erdberührte Hülle erdberührte Hülle 345, 382, 388, 416 Erdbewegung 388 Erddruck 382, 392, 402, 404, 426 erdüberschüttete Decke 382 ESG 644, 650, 708, 709, 711, 714, 715 Estrich 861–863, 870–876, 884, 886, 889, 921, 929, 943, 978, 979, 983, 984, 989–993 Anhydritestrich 864 Anhydritfließestrich 864 Gussasphaltestrich 864 Kunstharzestrich 864 Magnesiaestrich 864 Zementestrich 864 Estrichfeld 871, 874 Estrichfuge 871 ETFE 746, 753, 757 Ethylen-Propylen-Dien 632 Ethylentetrafluorethylen 746 Explosivkraft 300; siehe auch Sprengniet extensive Begrünung 490, 498 Extremleichtbau 529

F Falle 1069, 1070, 1073 Faltschiebetür 1057 Falttür 1057 Falzen 138, 140, 293, 303 Falzentwässerung 633, 637, 654, 782 Falzfuge 14, 39, 40; siehe auch gefalzte Fuge Falzgrund 782 Falzkammer 638 Falzraum 780, 782, 783, 636–638 Falzung 24, 32, 38–40 Falzziegel 581, 582, 584, 589 Faserneigung 812 Faserprepeg 529 Faserzementplatte 606 Faserzementwellplatte 599 Fassadenplattenanker 520 Fäule 858 Federklappdübel; siehe Kippdübel federnde Lagerung von Treppen 990, 991 Federwirkung 28 Fenster 771, 772, 774–776, 778, 779, 781, 782, 784, 786, 788–790, 792, 794, 796, 798, 800, 801, 803, 808, 811, 814, 816, 817, 829, 834, 838, 849, 853 Fensteranschluss 441, 447, 463, 467 Fensterband 796 Fensterbank 771, 794, 796, 797; siehe auch Sohlbank Fenstergriff 796 Fensterolive; siehe Fenstergriff Fensterrahmen 10, 39 Fersenversatz mit abgestirntem Strebenzapfen 164 Fertigung 48, 86 Fertigungsverfahren 47–49, 71, 85–87, 90 Fertigungsverfahren Fügen 47, 71, 86, 90 Fertigzarge 1070, 1071 feste Verbindung 97, 100, 104, 107

Festhaft 613 Festigkeitsklasse 194, 207–209, 218, 234, 246 Feuchte 16, 18, 20, 23–26, 33, 363–366, 368, 376, 384, 389, 391, 392, 397, 400, 404, 406, 408, 416, 418, 419, 425, 426, 428, 430, 447, 453, 455, 457, 459, 465, 480, 501, 504, 516, 519, 558, 562, 575, 576, 615, 630, 638, 780, 814, 816 Feuchtepfade 389 feuerbeständige Tür 1084 feuerhemmende Tür 1084 Feuerschürze 644, 647 Feuerschutzabschluss 1077, 1080 Feuerschutztür 1057, 1077, 1081–1084 Feuerwiderstandsdauer 62 Fichte 795, 808 filterfeste Dränung 396 filterfeste Sickerschicht 398; siehe auch Mischfilter Filterschicht 398, 405, 406 Firstformstück 603 Firstlatte 590, 603, 604 Firstziegel 584, 590, 591, 593, 594, 603, 668 Flachdach 349, 360, 370, 371, 373, 374, 378, 434, 441, 457, 463, 467, 477–480, 486–489, 492–495, 498 Flachdachpfanne 594, 595 Flächenbauteil 570, 688, 692 flächenbezogene Masse 840, 862, 866, 884, 887, 888, 902, 943, 944, 946, 948, 949, 978, 983, 1006, 1013–1017, 1023–1025, 1075 Flächendrän 396–398, 400, 406, 411, 412, 414 Flächenstoß 4, 12 flaches Dach; siehe Flachdach Flachglas 774 Flachstahlanker 442, 443, 445 Flachsturzelement 436, 446 Flachziegel 584, 586, 589 Flankenfläche 188, 199 Flankenhaftung 3, 21–23, 28, 29 Flankenleitung 1018 Flankenschalldämmung 886, 887 Flankenübertragungsweg 889 flankierende Bauteile 792 Fließrichtung 26, 36–39 Flügelrahmen 771, 775, 778–781, 783, 796, 798, 800 Flugzeugbau 529 Flüssigkunststoff 484 flüssig zu verarbeitender Abdichtungsstoff 393 Foamglas; siehe Schaumglas Folie 34, 746–748, 752, 753, 756, 757, 794, 828, 871–873, 875, 883, 969 Formänderung 99 Formbeständigkeit 1054, 1068 Formschluss 40, 41, 63, 76, 78, 80, 81, 92, 156, 160, 161, 166, 177, 182, 188, 198, 200, 209, 210, 211, 228, 268, 270, 274, 282, 284, 286, 294, 298, 300, 302, 303, 334 formschlüssige Schraubenverbindung 188 formschlüssige Verbindung 156, 157, 180

Formstein 372 Formteil 598, 603 Formziegel 584, 585, 590, 591 Formziegelkehle 591 freies Grenzmaß 1007 freies Randseil 760, 763 freie Verdrehbarkeit 177 Freiheitsmatrix 106 frei spannender Rand 760 eingenähter Gurt 750 freies Randseil 750 integriertes Randseil 750 Frequenz 800 Frostabsprengung 508 Fuge 3, 4, 6–8, 12–45, 48, 52, 66, 72–78, 132, 136, 156, 158, 269, 270, 272, 274, 281–285, 320, 332–336, 362, 370, 372, 382, 393, 429, 430, 444, 453, 479, 480, 511, 530, 533, 558, 578, 585, 588, 589, 612, 632, 638, 643, 653, 658, 710, 776, 779–782, 784, 786, 792, 794, 798, 801, 811, 840, 871, 878, 881, 882, 888, 889, 896, 898, 910, 916–920, 924, 925, 936, 951, 976, 983, 984, 985, 1011–1013, 1020, 1023, 1056, 1065, 1079, 1082 Fuge mit federweicher Füllung und Anpressdruck 21, 23, 24, 28, 33, 39, 40 Fuge mit Füllung und Flankenhaftung 21–23 Fuge mit Stoffverbund 21, 22, 30 Fügen 47–49, 54, 71, 86, 87, 90 Fugenabschnitt 24, 30, 32–34, 36, 38–40, 42 Fugenband 29 Fugenbreite 16, 18, 19, 27–29, 31–33 Fugendichtheit 372, 511 Fugendichtigkeit; siehe Fugendichtheit Fugendichtungsband 430; siehe auch Dichtungsband Fügen durch Löten 71 Fügen durch Schweißen 71 Fügen durch Umformen 71 Fügen durch Urformen 71 Fugengeometrie 3, 28, 30–32, 34, 40, 44, 47, 52, 60, 65, 72, 73 Fugengrund 29 Fugenschalldämmmaß 1079 Fugenschnitt 30 Fugenteilfläche 52, 73, 74, 76, 77 Fugentiefe 16, 17, 19, 24, 27, 29, 30, 31 Fügeteil 112, 115 Fügeverfahren 48, 49, 54, 71, 85–87, 90 Fügung 52, 54, 59, 85, 86; siehe auch Fügen Führung 96 Füllen 71 Füllkörperdecke 921, 924 Füllmaterial 21–23, 28, 29 Füllstück 23 Fundament 389, 391, 397, 400, 411, 413 Fundamentplatte 426 Fünfkammersystem 831 Funktion 458, 460, 465, 479, 506, 510, 516, 522 Funktionspaket 435, 457, 459, 464, 471,

1094

479 Funktionsschicht 5, 7, 8 Furnierschichtholz 465, 1012 Furnierschichtholzelement 1013 Fußboden 408 Fußbodenaufbau 406, 862, 863, 865–868, 874, 908, 921, 929, 943, 949, 962, 966, 978, 987 Fußbodenbelag 884 Fußplatte 175, 176 Futter 1068, 1070, 1081

G Gabelelement 177, 179 Gabellagerung 169 Gabelspannschloss 179 Gang 188 Ganghöhe 187, 188; siehe auch Gewindesteigung Gebäudeaussteifung; siehe Aussteifung Gebäudetrennwand 1023, 1024, 1026 Gebrauchsklasse 812, 813 Gefache 554, 558, 564, 566, 570, 689 Gefälle 360, 362, 374 Gefälleestrich 478, 480, 491; siehe auch Gefälleschicht Gefälleschicht 479, 489 gefalzte Fuge 38, 39 gefalztes Türblatt 1064, 1065 gefederte Fuge 41, 42 Gegengewinde 185, 202, 206, 222, 224, 225, 230 gehärtetes Glas 707 Einscheibensicherheitsglas 705 teivorgespanntes Glas 705 Verbundsicherheitsglas 705 geklebter Stoß 758 geklemmter Rand 762 geklemmter Stoß 760 Gelände 389, 398, 404, 408, 416, 418, 420 Geländeform 382, 416 geleimte Verbindung 334 Gelenkbolzen 155, 175–179 gelenkiger Anschluss 693 Gelenkwelle 118 gelochte Gipsplatte 1038 gemeinsames Fließpressen 136 gemeinsames Verdrehen 134, 137 gemeinsames Ziehen 136 genähter Stoß 758, 759 Genehmigungsplanung 396 geneigtes Dach 360, 362, 366, 370, 378 Geometrie 54, 56, 57, 71, 72 geometrische Anpassung 23 geometrische Entflechtung 12 geometrischer Versprung 7; siehe auch geometrischer Versatz Geotextil 398, 400, 402, 405 gerader Blattstoß 161 gerader Blattstoß mit Schrägschnitt 161 gerader Hakenblattstoß 161 gerader Stoß 160, 161 gerichtetes Tragwerk 376 geschlossene Fuge 14, 15, 23 Geschossdecke 624, 628, 641 geschweißter Stoß 758, 759 gesondertes Federelement 41, 42; siehe

Anhang

auch gefederte Fuge gespundete Tür 1054 gestemmte Tür 1056; siehe auch Rahmentür Getriebeband 796 Gewebe 746, 748, 757, 758 Gewichtsreduktion 528, 529 Gewinde 186, 187, 189, 190, 192, 194, 206, 222, 229, 230, 232–234 Gewindedorn 300 Gewindedornniet 301 gewindefurchende Schraube; siehe auch gewindeschneidende Schraube Gewindehülse 222, 224, 225 gewindeschneidende Schraube 224 Gewindestange 217, 218, 229, 246 Gewindesteigung 190, 222 Gipskarton-Bauplatte (GKB) 1038 Gipskarton-Bauplatte imprägniert (GKBI) 1038 Gipskarton-Feuerschutzplatte (GKF) 1038 Gipskarton-Feuerschutzplatte imprägniert (GKFI) 1038 Gipskartonplatte 1029, 1031, 1034, 1037 Gipskarton-Putzträgerplatte (GKP) 1038 Girlande 762, 764, 766 Gitterknoten 693 Gitterschale 552, 554, 626, 688, 692–696 Gittersystem 894, 895 Gitterträger 912, 913, 915, 927–930 Gitterwand 689 Glas 346, 354 Glaseinstand 650, 782, 786 Glaserkitt; siehe Kitt Glasfalz 782, 784, 786, 818 Glasformat 772, 778 Glasgewebe 746 Glashalteleiste 781, 818, 829, 835 Glasleiste 781; siehe auch Glashalteleiste Glasschwert 711, 713, 715–717 Glastür 1059 Glasur 586 Gleichgewicht der Kräfte 96 Gleichgewichtsform 748 Gleitbewegung 32 Gleitebene 426 gleitender Anschluss einer Trennwand 1010, 1011, 1043, 1044 gleitfeste planmäßig vorgespannte Verbindung (GV) 210 gleitfeste planmäßig vorgespannte Verbindung mit Passung (GVP) 210 gleitfeste Verbindung 209, 210 Grat 585, 591, 603, 606 Gravitation 100, 103; siehe auch Schwerkraft Gravitationsschluss 156, 158, 166, 180 Grenzfläche 14, 18, 20, 23, 32, 34 Grenzflächenbindung 310 Großtafel 958 Grundwasser 385, 390, 392, 416 Grundwerkstoff 318, 321 Gurt 761, 762, 764 Gussasphalt 394, 409, 484, 869, 870, 880, 881, 887, 888, 943, 944, 948, 951, Gussasphaltestrich 870, 887, 888, 943, 944, 948, 951

Gussglas 650 Gütekontrolle 322

H Haft 610, 612, 613, 673, 679, 681 Festhaft 613 Schiebehaft 613 Haftbrücke 438, 496 Haftkleben 150 Haftreibschluss 102; siehe auch haftreibschlüssige Verbindung haftreibschlüssige Verbindung 102 Haftscherfestigkeit 426 Haftverbund 22, 23, 529 Haftwirkung 330, 334 Halbfertigteil 910, 927 Halbrund-Holzschraube 232 halbvorgefertigtes Deckensystem 908, 910, 911, 924, 925, 976 Haltekraft 294, 298 Hammerkopfschraube 276, 277 Hängefläche 696 hängende Fassadenkonstruktion 638 Harnstoffharzleim 335 härtbarer Kunstharzleim 335 Hartholzkonsole 170 Hartstoffschicht 870 haufwerksporiger Leichtbeton 918, 919 Hauptbelastungsrichtung 104 Hauptlastrichtung 86 Hauptschlussart 106 Haustrennwand 1024 Heat-Soak-Test; siehe Heißlagerung Hebeschiebetür 848 Heften 134, 137 Heißbitumen 485, 486 Heißlagerung 644 Heizelementschweißen 144 Heizestrich 874 Herausziehen 238, 240, 246 Herstellungsprinzip 110 Herstellungsverfahren; siehe Fertigungsverfahren Hierarchie der Betrachtung 80 Hinterfüllung 792 Hinterlegen 34 hinterlegte Fuge 35 Hinterlüftung 464, 465, 468, 474, 507, 519 Hintermauerung 501, 505, 520 Hinterschneidung 228 hinterschnittene Profilblechgeometrie 974 Hirnholzfläche 20, 30, 34 hochfeste Schraube 207–210 hochfeste Sechskant-Passschraube (HP) 207 hochfeste Sechskantschraube (HR) 207 hochfeste Sechskantschraube (HV) 207 Hochfrequenzschweißen 144 Hochwasser 386 Höhenausgleichsstein 446 Höhenüberdeckung 581, 584, 586, 588, 589, 598, 601, 606 Hohlblock 1007 Hohlkehlnähte 319 Hohlkörperdecke 925–927, 945, 950 Hohlniet 141 Hohlpfanne 584

1095

Hohlplatten-Verbunddecke 924 Hohlraumboden 861, 874–876, 886, 889 Hohlraumdämpfung 752 Hohlverbundplatte 916 Hohlwandplatte 1007 Hohlzapfenniet 138, 141 Hohlziegel 1007 Holz-Aluminium-Fenster 771, 818, 820 Holzbalkendecke 624 Holzbalkenlage 549 Holzbau 30, 32, 34, 36, 38, 40, 51, 85, 88, 97, 110, 112, 114–116, 157, 160, 162, 164, 166, 169–171, 217, 218, 221, 236, 244, 246, 248, 257, 260, 288, 290, 312, 332, 334–336, 338, 339, 344, 346, 354, 452, 456, 465, 468, 476, 554, 562, 596, 597, 622, 623, 624, 625, 671, 681, 694, 888, 908, 920, 935, 940, 952, 954, 955, 959, 961, 966–969, 1006, 1016, 1021, 1022, 1028, 1034, Holzbauelement 468, 596, 597, 624, 681, 962, 969 Holz-Beton-Verbundbau 286, 930, 968 Holz-Beton-Verbundbauweise 968 Holz-Beton-Verbunddecke 932, 936, 952, 968 Holzblockelement 861, 940, 966, 967; siehe auch Holzbauelement Holzdoppelständerwand 1033 Holzfachwerkbauweise 566 Holzfaser 114 Holzfenster 771, 773, 775, 778, 780, 783–785, 787, 789, 793, 795, 797, 800, 808, 811, 817, 818, 822, 828, 853 Holzlamelle 810 Holzrahmenwand 551, 557, 558, 564, 566, 572, 574, 575, 624 Holzrippenwand 558 Holzschraube 230, 232–234 Holzschraubengewinde 190, 191, 234 Holzschutz 808, 811, 814, 816, 817 Holzständerwand 1032, 1034, 1035 Holztafelwand 624, 658 Holzumfassungszarge 1068, 1072, 1076, 1081, 1082 Horizontalanker 510; siehe auch Traganker Horizontalaussteifung 571 horizontale Abdichtung 404, 408, 426, 428 horizontale Raumabtrennung 856, 859 horizontale Trittschalldämmung 886–888 Horizontalverglasung 707 Hourdis-Platte 1007; siehe auch Tonhohlplatte Hubzündungs-Bolzenschweißen mit Keramikring 328 Hülle 344–354, 356, 357, 370, 382, 385, 387, 388, 396, 405, 458, 459, 476, 501, 552, 554, 626, 704, 707, 715, 718, 726, 745, 750, 756, 856, 858, 859, 1002, 1054 Hüllflächengeometrie 7 Hüllpaket 547, 554, 575, 622, 624, 626 Hülsenanker 228 Hutmutter 194 Hütte 362, 363 Hüttenstein 1007

HV-Schraube 194; siehe auch hochfeste Schraube Hydratation 508 hydrophil 19, 20 hydrophob 19 Hydrophobierung 3, 26 Hydrophobierung der Fugenflanken 3, 26 hydrostatischer Druck 381, 386, 416, 419

I idealtypischer Aufbau 404, 419, 425, 435, 459, 464, 470, 479, 488, 556, 574, 622, 666, 680 Imprägnieren 128 imprägniertes Dichtband 794 Ineinanderschieben 126–128 Injektionsdübel 226, 229 Innenecke 560, 655 Innengewinde 187–190, 196, 217, 223, 224, 228–230, 232, 234 Innenhülle; siehe inneres Hüllbauteil Innenraumlüftung 362, 363, 364; siehe auch Raumlüftung Innenrippe 555, 557, 572, 573 Innentür 772 inneres Hüllbauteil 856 Installation 863, 865–867, 874, 900, 936, 937, 966, 974 Installationsraum 863, 876 integrale Bauweise; siehe integrales Bauprinzip integrierende Bauweise; siehe integrierendes Bauprinzip integriertes Randseil 760 intensive Begrünung 498, 499 Isolierverglasung 626, 636, 638, 644, 650, 664, 795, 800, 804, 805, 809, 819, 827, 837, 841

J Jahrringverlauf 810

K Kalksandstein 1004, 1007 kaltselbstklebende Bitumenbahn 394, 409, 423, 424, 483 Kaltwalzen 532 Kammer 25, 32 Kämpfer 1061 Kantel 810 Kantenschnitt 27 Kantenstoß 15 kapillarbrechende Kammer 25; siehe auch Entspannungskammer kapillarbrechende Schicht 400, 408, 411 kapillarbrechende Wirkung 406 Kapillarbreite 3, 14, 15, 19, 20 Kapillareffekt 3, 18–20, 25, 32, 33 Kapillarfuge 3, 14, 15, 18–20, 22, 24–26, 28, 34, 36, 391, 428 Kapillarität 18, 20, 39 Kapillarwirkung 18–20, 22, 26, 38; siehe auch Kapillareffekt Karusselltür 1057 Kassette 890, 891, 894

Kastenfenster 773–775, 801 Kederstab 760, 761, 763 Kehle 591, 603, 606, 615 Kehlnaht 318 Keilspalt 258, 259 Keilverbindung 186, 258–260 Keilwinkel 258 Keilzinkenverbindung 309, 336, 337 Keilzinkung 114 Kellersohle 416; siehe auch Bodenplatte Kellerwand 401, 414, 426 Kerben 134, 137 Kerben-Dübel-System 936 Kerbspannungszustand 189 Kerndämmung 500–503, 506, 507, 516, 518 Kernschicht 528–531, 533, 534, 541, 542 Kette 748 Kettgarn 748 Kiefer 808 Kies 481, 488, 489, 491, 496, 498 Kiesauflage 490, 493 Kiesbett 411, 413 Kippdübel 225 Kipphalterung 180 Kippsicherung 955, 956 Kitt 780 Kittverglasung 773, 780, 783 Klammer 236, 237 Klammern 128, 129 Klammerverbindung 186 Klebemasse 394 Klebemörtel 312 Kleben 71, 125, 148–151, 310, 330, 332, 334 Klebeverbindung 309, 330–334, 336, 337, 339 Klebstoff 23, 309, 330, 332, 335 Klebung 114 kleinformatiges Deckelement 598, 613, 620 Klemmen 128, 129 Klemmplattenstoß 760, 761 Klemmreibschluss 102, 103 Klemmrippenprofil 616–619, 671–673, 676, 677, 679 Klemmsystem 891, 895 Klipp 616, 617, 632, 663, 671, 673, 677–679 Klosterziegel 584 Klotz 784, 790 Distanzklotz 776 Tragklotz 776 Klotzung 662, 777, 782, 809, 819, 827, 830, 837, 841 KMB 394; siehe auch kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung Knagge 170 Kniestock 452, 472 Knoten 134, 137 Knotenbindung 52 Knotenplatte 116, 119 Knotenverstärkung 116 Köcherfundament 284, 285 Kohäsion 98, 114 Kohäsionsbindung 111; siehe auch Adhäsionsbindung Kohlenstoffäquivalent (CEV) 315

1096

Kombinationsabdichtung 422 kombinierte Lagen 4 kombinierter Wand- und Deckenstoß 282 Kompriband; siehe vorkomprimiertes Fugenband Kondensat 575 Konfektion 749 Konsolanker 503–505, 517 Konsole 173, 174 Konsollast 1003 Konsolstreifen 992, 993 Konstruieren 50, 54, 76, 91, 92, 688 Konstruktion 47, 48, 54, 56, 66, 90 konstruktive Bewehrung 411 konstruktive Fugenabdichtung 514 konstruktiver Aufbau 358, 372 Kontaktfläche 30, 36, 38, 39, 41 Kontaktfuge 20, 22, 32, 34, 36, 40–42, 45 Kontaktkleben 148 Kontaktkorrosion 611, 612 kontrolliertes Abfließen 25 Konusbolzen 226, 228 Konvektion 15, 17 Konzipieren 87 koordinierter Formziegel 584 Kopfbolzendübel 927, 932–934, 971, 973–975 Kopfbolzendübelverankerung 280 Kopfplatte 172 Kopfplattenstoß 174 Körnen 134, 137 Korrosion 858 korrosionsgeschützter Bandstahl 529 Kosten 486, 508 Kraft-Faser-Winkel 166 Kraftleitung 6, 12, 30 Kraftschluss 38, 76, 78, 80, 81, 92, 98–100, 102–104, 107, 108, 114, 186, 188, 196, 199, 211, 227, 232, 233, 235, 246, 268, 272, 278, 288, 294, 310, 312, 330, 334, 337, kraftschlüssige Schraubenverbindung 188 kraftschlüssig nachgiebige Verbindung 99, 101 kraftschlüssig steife Verbindung 100 Kraftübertragung 22, 40–42, 95–98, 104, 108, 110, 117, 118; siehe auch Kraftleitung Art der Kraftübertagung an der Berührfläche; siehe Schlussart Kraftübertragung im Raum 104 Kreuzblatt 163 kritische Kapillarbreite 14, 19 Kronendeckung 588, 591 KSK 394; siehe auch kaltselbstklebende Bitumenbahn Kunstharzestrich 870 Kunstharzleim 335 kunstharzmodifizierter Zementestrich 870 Kunststofffenster 771, 776, 780, 811, 828, 832 kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung 394 Kunststoffspreizdübel 226 kurze Wellplatte 598 Kurzwellplatte 598–600 k-Wert.; siehe Wärmedurchgangskoeffizient

Anhang

L Labyrinthfuge 24, 25, 41 LAC 918 Lamellenbruch; siehe Terrassenbruch Lamellensystem 891, 895 lange Wellplatte 598 Langloch 639, 641 Längsfalz 581 Längsstoß 534–536 Lärche 795, 808 Lärmminderung 902 Lasche 174, 177 Lasteinleitungsträger 686, 687 Lastverteilung 486 Leckrate 1080 Leichtbau 295, 298 leichte biegeweiche Vorsatzschale 1014 leichte Hülle 344, 345 leichte Hüllkonstruktion 344; siehe auch leichte Hülle Leichthochlochziegel 436, 438, 439 leicht nachgiebige reibschlüssige Verbindung 103 Leichtputz 438 Leimverbindung; siehe geleimte Verbindung Leistenfalzdeckung 610 Lichtbogen 313, 314, 320, 328 Lichtbogenschweißen 314 Lichtstrahl-Extrusionsschweißen 144 lineare Lagerung 706 Linksflügel 1060, 1061 Linksschiebetür 1060 Linkszarge 1060 Linsenkopf 190 Lippendichtung 844 Lochabsorber 902 Lochfassade 772, 774 Lochleibung 177, 178 Lochleibungsbeanspruchung 114, 115 Lochschweißung 316 Lochspiel 115 Lockern 196, 199 lokaler Kapillarpfad 19, 36 lösbare Verbindung 66, 68, 86, 186, 270, 296, Losdrehsicherung 190, 198 loses Spiel 97 Löten 123, 146 lotrechte Last 953, 958 Lötung 100 luftberührende Hülle; siehe luftberührte Hülle luftberührte Hülle 345 Luftdichtheit 558, 564, 575 Luftdichtheitsschicht 555, 558, 574, 575, 623, 666, 680 Luftpuffer 751, 754 Luftschalldämmung 861, 886, 943, 949 Luftschichtanker 502 Lüftungsöffnung 507, 516, 518; siehe auch Belüftungsöffnung

M Magerbeton 411 Magnesiaestrich 870 Maschinenschraube 190, 202

Maßabweichung 6 Masse-Feder-System 756, 867, 871, 900, 1013, 1016, 1043, 1075 Massivdecke 461, 486, 489, 491, 499, 864, 868, 871, 886, 889, 895, 897, 904, 908, 943, 945, 947, 949, 980, 985 massive Hülle 344, 347 massive Hüllkonstruktion; siehe massive Hülle massive Tragschale 498 Massivholz 433–435, 456, 465, 468, 864, 869, 908, 938, 940, 947, 953, 958, 959, 962, 1006, 1012, 1013, 1016–1020, 1022, 1027, 1028 Massivholzdecke 861, 959 Massivholzelement 461 Massivholzplatte 938, 940, 958 einlagige Massivholzplatte 938 mehrlagige Massivholzplatte 938 Maßtoleranz 66 Material 68, 69 Materialdämpfung 980 Materialeigenschaft 4, 21 Maueranschlag 786, 791 Mauerauflager von Holzbalken 955 Mauerschlitz 1012 Mauerstein 444 Mauerwerk 61, 83, 91, 100, 110, 111, 156, 230, 344, 370, 382, 389, 390, 392, 393, 397, 403, 410, 411, 413, 414, 416, 417, 427, 435, 436, 438, 440– 443, 447, 459, 460–467, 500–503, 506, 511, 516–518, 772, 786, 826, 832, 833, 836, 839, 842–844 mechanische Beschädigung 486, 492 mechanisches Verbindungsmittel 88, 89, 116, 238, 376 mechanisches Wirkprinzip 159, 167, 178, 180 mehrlagige Massivholzplatte 938 mehrlagige Membran 744, 751, 754 mehrschalige Trennwand 1023; siehe auch Gebäudetrennwand mehrschichtiger Aufbau 8 Mehrschichtverbundelement 528 Mehrschichtverbundsystem 344, 346, 347 mehrstufige Dichtung 362, 780 mehrstufiges Dichtprinzip 7 Membran 744, 745, 748, 750–755, 757, 759, 760–764, 766, 767 Membranbauwerk 745, 754 Membrankraft 692 Membranmaterial 746, 747, 752, 753, 756 Membranrand 760, 762, 766 Membransystem 344, 347, 356 Membranwerkstoff 751, 753, 757, 762 Membranzwickel 763–765 Meranti 808 Metall 346 Metalldoppelständerwand 1046 Metall-Inertgasschweißen (MIG) 314 metallischer Überzug 616 Metallspreizdübel 226 Metallständerwand 1039, 1041, 1042, 1048, 1049 metrisches ISO-Gewinde 190 MF; siehe Mineralfaser Mindestabstand 219, 241, 256

1097

Mindestkerbschlagarbeit 315 Mineralfaser 445, 453, 455, 529, 531, 534, 625, 644, 766, 896–898, 946, 969, 980, 984, 1019, 1039, 1044 mineralische Abdichtung 394 mineralischer Werkstoff 20, 23 Mineralwolle 460, 888, 890, 896–898, 901, 902, 905, 947, 981, 982, 1011, 1017, 1018, 1020, 1025, 1027, 1035, 1043, 1047, 1049 Mischfilter 398 mittelbare Schraubverbindung 206, 217 mittelbare Verbindung 66, 72 Mitteldichtung 39, 779, 780, 783, 818, 823, 835 Mittellage 788, 791 mitwirkende Beplankung 953, 960 moderne Architektur 354, 355 Modul 553 modulare Ordnung 552 Moment 52, 71 Mönch-und-Nonnen-Ziegel 584, 588, 590, 593 monolithisch 382 Montage 47, 48, 56, 59, 66, 72, 86 Montagebedingungen 65 Montieren 49, 65, 66 Morphologie 347, 348 Mörtelbrücke 506, 516 Multihalle Mannheim 693 Mutter 187, 188, 194–197, 206, 210, 217–219, 224, 226, 247, 256; siehe auch Schraubenmutter Muttergewinde 187, 192; siehe auch Innengewinde

N nachgiebiger Kraftschluss; siehe kraftschlüssig nachgiebige Verbindung nachgiebige Verbindung im Holzbau 115 Nachgiebigkeit 192, 196, 218, 219 Nachhallzeit 902 Nageln 125, 129, 130, 238, 241, Nagelplatte 244, 934 Nagelrisslinie 242 Nagelverbindung 185, 186, 233, 238, 240, 242–244 Nassestrich 870–872 Nasskleben 148 Nasslack 822 Nassverglasung 782, 783 natürliche Dauerhaftigkeit 812 Nebenschlussart 106 Negativverfahren 506, 509, 511 Neigen 26 Neigung 360, 372, 377; siehe auch Gefälle Nennzugfestigkeit 208 Neopren 632, 784 nicht belüftete Dachdeckung 578 nicht belüftetes Dach 363, 364 nicht bindiger Boden 385, 407 Nicht-Blindnietverbindung 299, 301 nicht dichtwirksame Fugenteilfläche 76 nicht durchgeschweißte Stumpfnaht 318 nicht durchlässiger Boden; siehe bindiger Boden nicht kraftwirksame Fugenteilfläche 73

nicht massive Tragschale 433, 498 nicht nachgiebiger Reibschluss 102; siehe auch Klemmreibschluss nichtrostender Bandstahl 529 nichtrostender Stahl 610, 611, 639 nicht stauendes Sickerwasser 404, 408, 430 nichttragende Innenwand 1001, 1002, 1003, 1004, 1021 Niederhalter 299 Niederschlagswasser 16, 36, 360, 361, 362, 370, 374; siehe auch Regenwasser Niedrigenergiestandard 745 Niet 138, 295–303 Niete; siehe Niet Nieten 138, 141 Nietverbindung 293, 295–299 Noppenbahn 398 normaler Kraftschluss 78, 81, 99, 102 normalfeste Schraube 207 Normalkraft 52, 78 Normbezeichnung von Schrauben 197 Norm-Schallpegeldifferenz 900–902 notwendige Treppe 986, 987 Nut-und-Feder; siehe Nut-und-FederVerbindung Nut-und-Feder-Fuge 40–42, 64 Nut-und-Feder-Verbindung 24, 533, 534 Nutzungsklasse 428

O Obentürschließer 1072, 1074 Oberflächenbehandlung 814, 821, 822 Oberflächenbeschichtung 447, 453 Oberflächenschutz 481, 488 Oberflächenspannung 26 Oberflächenwasser 387, 391 Öffenbarkeit 774, 776 offene Fuge 14–20, 22, 24, 25, 28, 32, 33 offener Dornniet 300 Öffnung 580, 590, 625, 638, 646, 647, 656 Öffnungsautomatik 1072 Öffnungsfläche 1059–1062 Öffnungsgröße 773 Ökobilanz 808, 828 Ordnungsmerkmal 71, 85–87, 90 Ortbetondecke 951 Ortbetonergänzung 915, 918, 924, 925, 927, 928, 968, 976 Ortgang 473, 474, 499, 567, 583–585, 591–597, 603, 605, 606, 608, 609, 615, 669, 673–675, 679 Ortgangstein 591 Ortgangziegel 584, 591, 592, 595 Ösenfitting 179

P Paneel 530, 532–535; siehe auch Sandwichpaneel Paneelsystem 891, 895 Partialdruck 26 Partikel 19 Passbolzen 217–220, 242, 246–248 Passschraube 192, 194, 196, 207, 209, 210, 219

Pendeltür 1059 Perimeterdämmung 392, 405 Perlite 437 Pfette 599, 673, 676–679 Pfosten 568, 626, 627, 629, 630–644, 646, 649, 651–655, 658, 662, 663 Pfostenfassade 627–629 Pfosten-Riegel-Fassade 568, 626, 629– 634, 639, 642, 644, 653, 658 Phenolharzleim 335 Phenolharzschaum 530 Phillips 192 pH-Wert 3, 26 physikalisch abbindende Klebstoffe 148 Planbauplatte 444, 445 Planelement 436, 444 Planen; siehe Planung Planfüllziegel 436 planmäßige Vorspannung 188 Planung 71 Plasma-Lichtbogen 320 Plasmaschneiden 320; siehe auch PlasmaLichtbogen Plattenabsorber 902 Plattenbalkendecke 945, 952, 976, 977, 985 Plattenbelag 488, 490 Plattenschott 897, 900, 902 Polyadditionsklebstoff 332 Polyestergewebe 746, 758, 762 Polyethylenfolie 401, 411 Polykondensationsklebstoff 332 Polymerbitumenbahn 394 Polymerisationsklebstoff 332 Polytetrafluorethylen 746 Polyurethanhartschaum 529 Polyurethanharzleim 335 Polyvinylchlorid 746 Porenbeton 392, 410, 434–435, 444–447, 450–453, 457, 470–473, 487, 495, 903, 920, 921, 923, 925, 944, 945, 951, 1004, 1007–1009, 1014, 1021, 1025, 1026 Porenbetondübel 234, 235 poröser Absorber 902 porosierter Ziegel 434 porosiertes Mauerwerk 433, 436, 440, 441, 443, 447, 459, 461–463, 466, 467; siehe auch porosierter Ziegel Positionieren 66 Pozidriv 192 Pressfitting 305 Pressfuge 3, 14, 20–23 Pressleiste 8, 35–37, 532, 535, 537, 539, 628–634, 636, 638, 643, 647, 650, 652, 653, 656, 658, 661, 662, 706, 790 Pressleistenkonstruktion 632, 643, 790 Pressleistenverbindung 532 Pressleistenverglasung 532, 706 Pressschweißverbindung 143 Pressschweißverfahren 145 Pressverbindung 128 Primärfunktion 50 Primärtragwerk 84, 85, 90, 111, 124, 151, 203, 206, 219, 323, 233, 311, 312, 314, 330, 334, 344, 356, 372, 376, 447, 455, 509, 511, 532, 568, 570, 627, 639, 640, 641, 688, 862, 864,

1098

1002, 1003, 1029 Prinzip der Kraftübertragung 47, 71, 84, 86; siehe auch Art der Kraftübertragung an der Berührfläche Prinzip der Kraftübertragung an der Berührfläche; siehe Art der Kraftübertragung an der Berührfläche Prinzip der Stoßausbildung 14 Produktionsmethode; siehe Fertigungsverfahren Profilblech 682, 683, 686, 970–975 Profiltafel 616, 617 PTFE 746, 748, 753, 757, 758, 762 PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe 753, 758, 762 PTFE-beschichtetes PTFE-Gewebe 746, 757 Pufferraum 368 Pulverbeschichtung 822 punktgehaltene Glashülle 703, 704 punktgehaltene Hülle 347, 704 punktgehaltene Verglasung 707, 719; siehe auch punktgehaltene Glashülle Punkthalterung 704, 705, 712 Punktschweißen 145 punktuelle Verankerung 762 PUR 529, 531, 534, 541 Putzgrund 438, 447 Putzträger; siehe Putzgrund PVB-Zwischenfolie 710 PVC 746, 748, 751, 753, 758, 762 PVC-beschichtetes Polyestergewebe 758, 762

Q Quasi-Formschluss 100, 108, 109, 156, 166, 181, 210, 211, 217, 219, 220, 228, 232, 234, 235, 237, 239, 240, 252, 253, 268, 274, 278, 279, 281, 285, 294, 302, 310, quasi-formschlüssige Verbindung 100, 101; siehe auch kraftschlüssig steife Verbindung Quelldichtung 1080 Quellschweißnaht 487 Queranschluss von Balken 163 Querdruckfestigkeit 221 Querfalz mit durchlaufendem Zusatzhaft 613 Querfalzziegel 581 Querkraft 52, 74, 75, 81 Querlüftung 377 Querpressung 170, 957 Querschnittsabdichtung 393, 395, 408, 425–427 Querschnittsgeometrie 47, 68 Querschubsteifigkeit 920 Querstoß 532, 535, 616, 617, 678, 679 Querverteilung 548 Querverteilung von Lasten 548 Querwand 439, 442, 445 Querzug 338 Quetschen 138, 140, 305 Quetschfalte 614

Anhang

R Rähm 562, 563 Rahmen 212, 214–216, 249, 324, 336, 338 Rahmenecke 212, 214, 216, 249, 324, 325, 336, 338 Rahmenfußpunkt 175, 176 Rahmenstock 1069; siehe auch Stockrahmen Rahmentür 1055, 1056 Rahmentürschließer 1072 Rahmenverstärkung 1063, 1066 Rahmenwand 688, 689 Rahmen-Wärmedurchgangskoeffizient 800 Rahmenwerk 689 Rahmenwirkung 688, 691–693 Randeinfassung 749 Randrippe 550, 555–557, 572, 573 Randstreifen 871, 872 Randverbund 638, 650, 664, 789, Rauchschutz 1077 Rauchschutztür 1057, 1077, 1080–1082 Raumakustik 867, 900, 968 Raumlüftung 362, 363 Raumnutzungsklasse 383 Reaktionskleben 150; siehe auch chemisch abbindende Klebstoffe Rechteckrohrprofil 324 Rechtsflügel 1060, 1061 Rechtsschiebetür 1060 Rechtszarge 1060 Recyclat 829 Recycling 821 Regeldachneigung 576, 578, 580, 586, 598, 599, 606, 612, 613 Regen 19, 24, 26, 29, 36, 39 Regendichtheit 581 Regenerat 829 Regenschiene 780, 783 regensicher 360, 362, 364, 366, 368, 374 Regenwasser 360, 362; siehe auch Niederschlagswasser Reibschluss 76, 78, 80, 81, 92; siehe auch tangentialer Kraftschluss Reibschweißen 144 Reibungsbeiwert 80 reiner Formschluss 98, 156, 177 Reißen 481, 492, 504, 508 Relativbewegung 6, 15, 22–24, 27–36, 38, 40, 42–44 Resorcinharzleim 335 Resttragfähigkeit 650, 705, 710 Riegel 568, 629, 632, 634, 635, 638, 643, 649, 651, 653, 662, 663, 1061, 1073 Rillennagel 238 Ringanker 436, 447, 448, 450, 451 Ringbalken 439, 440, 441, 445, 462, 467 Ringdränung 397, 400, 411, 412 Ringdübel 251, 252, 254, 255, 257 Rippe 546, 547, 549, 550, 552, 554, 555, 556, 558, 564, 566, 568, 570–572, 575, 596, 622, 623, 626, 632, 666, 690, 691 Rippe aus Glas 703; siehe auch Glasschwert Rippenfeld 550 Rippenschar 556, 573, 623, 626, 673, 690

Rippensystem 344, 346, 347, 349, 354, 376, 546–548, 552, 554, 570, 624, 626, 688, 867, 924, 932, 940, 952, 968, 976, 1029 Rissbildung 460, 508; siehe auch Reißen Rissklasse 390 Rissüberbrückungsklasse 393 rohe Sechskantschraube (R) 207 Röhrenspaneinlage 1060 Rohr in Membrantasche 762 Rohrprofil 327, 328 Rolladenkasten 438 Rolladensturz 446, 452, 472 Rollenelektrode 314 rollnahtgeschweißte Edelstahldeckung 610 Rosenheimer Standard 783 Rückverankerung 372, 459, 476, 507, 521 Rundkneten 136, 139 Rundrohrprofil 327, 328, 678, 685 Rundschnitt 909

S Sandwich 506, 509, 514 Sandwichelement 506, 514, 515, 519 Sandwichpaneel 529, 530, 532, 534–536, 541, 647 Sandwichplatte 509, 510, 511, 513, 518, 519 Sandwichprofil 617 Schaftende 185, 187, 192, 194, 195; siehe auch Schraubenspitze Schäftung 30, 111, 114 Schale 433–436, 439–441, 446, 455–458, 462–466, 470, 471, 474, 476, 479, 487, 500–502, 504, 507, 510, 512, 518, 574, 578, 622, 636, 658, 692, 696 Schälen 330 Schalenabstand 502 Schalensystem 433, 344, 346, 347, 349, 354, 372, 376, 433, 434, 458, 459, 500 Schallabsorber 902 Lochabsorber 864 Plattenabsorber 864 poröser Absorber 864 schallabsorbierende Fensterlaibung 801 Schallabsorption 529, 530, 866, 900–903, 968 Schalldämmmaß 800, 802, 807, 848, 943, 947, 979, 981, 983, 1013–1016, 1018, 1019, 1023, 1025, 1027, 1028, 1035, 1075, 1078, 1079 Schalldämmung 752, 801, 802, 805, 807, 884, 886–889, 900, 902, 943, 946, 949, 1013, 1016, 1018, 1023, 1034, 1054, 1078 Schalldämmungsindex 1079 Schalldämpferdichtung 1076 Schalllängsleitung 886, 895, 896 Schallschutzklasse 802–804 Schalseite 509 Schar 572, 612 Schaumglas 530 Scheibenabstand 801 Scheibenbildung 571, 574, 624, 667 Scheibendicke 800

1099

Scheibendübel 252, 254–256 Scheibendübel mit Zähnen 252 Scheibengröße 772, 776, 777; siehe auch Glasformat Scheibenlast 782 Scheibentragwerk 354 Scheibenwirkung 571, 910, 911, 916, 918, 920, 931, 958, 959, 976 Scherbeanspruchung 115 Scherblatt 165 Schere 796 Scher-Lochleibungsbeanspruchung 114 Schichtebene 24, 28, 30–32, 34, 36, 38, 40–42, 44, 45 Schichtenaufbau 4, 7, 44, 434, 457, 464, 476, 480, 492, 498, 509 Schichtenwasser 416 schichtorthogonaler Fugenabschnitt 40 schichtparalleler Fugenabschnitt 38–40, 42 schichtverklebtes Holzprofil 810 Schiebehaft 610, 613, 616 Schiebetür 1054, 1057, 1058, 1060 Schiebfläche 696 Schindel 561, 606, 609 Schlagregendichtheit 798 Schlagregendichtung 780 Schlagregenschutz 438, 447, 506, 508 Schließfläche 775 Schließkopf 296, 298, 299 Schließkopfdöpper 298, 299 Schließplatte 783, 796 Schließring 298–301 Schließringbolzen 298, 299 Schließringniet 296, 298, 299 Schließring-Passbolzen 301 Schließzapfen 796 Schlitzeinbindung 442, 443 Schlitznaht 318 Schlupf 209, 219, 246, 252 Schlussart 76, 78, 84, 87, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 109, 124, 156, 158, 162, 166, 167, 177, 178, 180, 182, 199, 211, 217, 220, 222, 226, 228, 230, 233, 235, 237, 246, 253, 268, 272–274, 278, 285, 289, 294, 302, 305, 310, 311, 323, 334, 337 ; siehe auch Art der Kraftübertragung an der Berührfläche Schlussartenmatrix 104, 106, 109, 159, 162, 167, 178, 180, 199, 211, 217, 220, 226, 233, 235, 237, 253, 273, 278, 285, 289, 302, 305, 311, 323, 337 Schlüsselrosette 1069 schlusserzeugende Kraft 98, 99, 100, 101, 103; siehe auch Schlusskraft Schlusskraft 156 Schmelzschweißverbindung 143 Schmelzschweißverfahren 142, 145 Schnellbauschraube 1034, 1041, 1044 Schnittigkeit 73 schräger Blattstoß 161 Schräglegen 24, 30, 36, 37; siehe auch Neigen Schrägverglasung 656 Schraubanker 222, 230, 234, 235 Schraubbolzen 192, 217, 218–220, 246 Schraube 66, 80, 81, 83, 85, 88, 89, 91,

96, 100, 116, 125, 128, 172, 177–179,188–212, 214, 215, 217–224, 226, 228, 229–235, 247, 248, 249 Schraube mit Ansatzschaft 192 Schraubenantrieb 187 Schraubenbolzen; siehe Schraubbolzen Schraubengarnitur 206, 210 Schraubengruppierung 219 Schraubenkopf 187, 188, 190, 194, 196, 203, 219, 233, 247 Schraubenmutter 187 Schraubenschaft 187, 188, 192, 206, 208–210, 217, 224 Schraubenspitze 187, 188, 231 Schraubhülse 636 Schraubnagel 238 Schraubverbindung 185–189, 197, 198, 200, 202, 203, 206–211, 217, 222–224, 226, 229, 230, 246 Schrumpfen 128, 130 Schrumpfung 321 Schubbewehrung 912, 913 Schubdübel 920, 925, 959, 965 Schubfeld 572, 573, 682, 686 Schubfluss 557, 562, 566, 572 schubsteife Beplankung 571, 572, 574, 624 Schubverbinder 271, 280; siehe auch Querkraftdorn Schuppung 36, 360–362, 377 Schuss 748 Schussgarn 748 Schutzbetonschicht 419, 420 Schutzfunktion 4 Schutz gegen Feuchte 16; siehe auch Feuchteschutz Schutzplattierung 617 Schutzschicht 438, 392, 398, 402, 405, 408, 417–420, 457, 479, 488, 490–492 schwarze Wanne 416, 418, 421; siehe auch Außenhautabdichtung Schweißbolzen 223, 224 Schweißeigenspannung 321, 322 Schweißen 71, 89, 108, 112, 125, 142, 143–147, 151, 207, 209, 270, 295, 310, 312–320, 328, 330, 613, 656, 684, 916 Schweißen von Stahlbauteilen 309, 312 Schweißen von Kunststoffen 758, Schweißgut 315–318, 321 Schweißmutter 194 Schweißnaht 144, 145, 315, 316, 321–324 Schweißnahtanhäufung 324 Schweißnahtvorbereitung 318–320 Schweißplan 322 Schweißstoß 617 Schweißverbindung 910, 911 Schweißverfahren 309, 312–314 Schweißzusatz 144 Schwelle 562, 649 Schwenkziegelkehle 591 Schwergasfüllung 801 Schwerkraft 3, 16, 17, 26, 30, 38, 39, 100 schwimmender Estrich 862, 868, 871, 884, 886–889, 921, 949, 983, 984, 987, 989, 991–993 Schwindbewehrung 508

Schwingtür 1057; siehe auch Pendeltür Sechskant-Holzschraube 232 Sechskantmutter 194 Sechskant-Passschraube (P) 207 Seilbau 177 Seilbinder 703, 718, 719 Seilhülse 288, 289 Seilkopf 288 Seilkopfverguss 289 Seilkopfverschraubung 225 Seilschar 720 Seilschlaufe 306 Seilverspannung 703, 720 Sekundärtragwerk 344, 354 selbstbohrende Schraube 230 selbstformende Schraubverbindung 222 Selbsthemmung 196, 199, 258 selbsttätige Schließung 1057 selbsttätiges Losdrehen 198, 232 selbsttragende Metalldeckung 612, 613, 671 Senk-Holzschraube 232 Senkkopf 190, 238 Senkkopfhalterung 709, 711 Senkschraube 207, 210 Setzkopf 296, 299 Setzkopfdöpper 298, 299 Setzkopfs 296, 298 SFS-Verbundschraubensystem 934 Sicherheit 704 Sicherheit von Schweißverbindungen 309, 322 Sicherungsbolzen 252 Sicken 136, 139 Sickerschicht 398, 405, 406 Sickerwasser 381, 384, 387, 392, 398, 404, 405, 408, 416, 417, 419, 422, 430 Skelettbauweise 1003 Skeletttragwerk 354, 356 Sockel 408, 425, 426 Sockelabdichtung 427 Sockelbekleidung 425 Sockelbereich 389, 390, 391, 392; siehe auch Sockel Sockelputz 391, 401, 425 Sogeffekt 20 Sohlbank 771, 783, 794; siehe auch Fensterbank Sohle 382, 396, 400; siehe auch Bodenplatte Solarenergienutzung 751 Solid Wood Panel 938 Sollbruchdorn 298 Sondernagel 238 Spalt 15–18, 21, 38 Spaltbreite 14–16, 18–20 Spaltgefahr 116 Spaltgröße 14 Spaltwirkung 233, 240 Spannverbindung 186 Sparrenabstand 570, 572 Sparrenlage 570–572, 574, 666–668, 680 Sperrbahn 5, 13, 367, 368, 374, 401, 407, 413, 426, 481, 490, 494, 562, 564, 576 Sperrebene 484, 492, 506 Sperren 360–362, 374, 376 Sperrschicht 481, 492; siehe auch Sperr-

1100

bahn Sperrtür 1059 Spezialisierung 459 Spezialverbinder 932 Spiel 98; siehe auch loses Spiel Spleißen 134, 137 Spließdeckung 588 Splintholz 808, 811, 812, 815 Splintsicherung 178 Sprengniet 300 Spritzwasser 389, 404, 408, 413, 425 Sprödbruchgefahr 315, 322 Stabdübel 218–220, 242, 247, 248 Stabdübelkreis 221, 248 Stabdübelverbindung 219, 246, 247 Stabhierarchie 629 Stablage 464 Stabwerk 354 Stahlanker 226 Stahlbau 85, 86, 89, 114, 157, 171, 172, 194, 207, 208, 210–212, 218, 219, 221, 224, 240, 260, 271, 288, 295, 311, 312, 316, 324, 330, 671, 697, 970, 984 Stahlbetondecke 411; siehe auch Massivdecke Stahlbetonhohldiele 950, 951 Stahl-Beton-Verbundbau 286, 931, 970–975 Stahlblechformteil 244, 245 Stahlfenster 771, 821, 834 Stahlrahmenwand 566 Stahlumfassungszarge 1082 Stahlzarge 1068, 1070–1073, 1076 Standardwellplatte 598, 599 Stand der Technik 84 Ständerwand 1004, 1029, 1031, 1034, 1043 Stapeln 954 starrer Anschluss einer Trennwand 1007, 1010, 1013, 1032, 1033, 1041, 1046 starre Verbindung im Holzbau 115 starr gehaltener Rand 762 geklemmter Rand 750 Rohr in Membrantasche 750 Verseilung in Randprofil 750 Staudruck 16, 18, 24–26, 39 Staudruckunterschied 377 Stauwasser 386 Steckverbinder 636 Steckverbindung 641, 642 Stegblech 173 stehende Fassadenkonstruktion 638 stehende Luftschicht 17 Stehfalzblechdeckung 612, 614 Steife 173–175 steifer Kraftschluss; siehe kraftschlüssig steife Verbindung Steildach; siehe geneigtes Dach Steinschraube 276, 277 Stellschraube 641 Stockrahmen 1069 Stoffkontinuum 98, 100 Stoffschluss 76, 78, 92, 98, 100, 104, 108, 120, 198, 200, 222, 230, 310–312, 323, 330 Stoffverbund 3, 21, 22, 30 Stoffvereinigen 110 Stoßausbildung 3, 14

Anhang

Stoßbereich 6 Stoßfuge 6, 27, 30, 32, 34, 38, 42, 44 Stoßgeometrie 44 Stoßholz 556, 557, 572 Stoßrippe 555, 557, 572, 573 Stoßzulagenbewehrung 915 Strangfalzziegel 581, 589 Strangpressprofil 653 Streckgrenze 208 Streifenfundament 411, 413 Structural-Glazing-Fassade 638, 662–665 Structural-Sealant-Glazing-Fassade; siehe Structural-Glazing-Fassade Stufenfalz 36, 649, 663, 664 Stulp 1069, 1070, 1073 Stulpschalung 561 stumpf einschlagendes Türblatt 1065 stumpfer Anschlag 786 stumpfer Hirnholzanschluss mit Ringdübeln 257 Stumpfnaht 318, 319 Stumpfstoß 318, 336, 442 Sturz 440, 442, 450, 452, 462, 463, 466 Sturzelement 442, 446 Stützenfußpunkt 175 Stützenkopf 877, 887, 909, 911, 925 Stützenstoß 160, 173, 174 Stützfuß 874, 876, 888 Systemachse 52 System Greim 244 Systemlinie 70 System Paslode 243

T Tageslicht 774 Taillenschraube 192; siehe auch Dehnschaftschraube tangentialer Kraftschluss 78, 102, 104, 232; siehe auch Reibschluss Tanninharzleim 335 Tauwasser 558, 636, 638 Technologie des Fügens 71, 85 Teildeckschicht 929 Teilfunktion 456, 481 Teilsystem 356 Tellerhalter 707 Temperatur 23, 26 Temperaturänderung 6 Temperaturgradient 390 Terrassenbruch 322, 324 Thermik 377, 378 thermische Speicherfähigkeit 858 thermische Trennung 440, 441, 447, 451, 462, 463, 466, 467, 566, 636, 676, 822, 827, 831, 940–942 Thermohaut; siehe Wärmedämmverbundsystem thermoplastischer Kunstharzleim 335 Tiefziehverfahren 531 Toleranz 6, 40 Toleranzraum 40 Tonhohlplatte 1007 Torsionsanker 511 Torx 192 Traganker 511, 513, 518 Tragen 458, 459 tragende Innenwand 1001–1003, 1029,

1036 Trägerdecke; siehe Balkendecke Trägerrost 375, 376, 690 Tragklotz 782, 790 Tragsystem; siehe statisches System Tragwerk 464, 494 Tragwerksprinzip 71 Tränken 128 Translationsfläche 695; siehe auch Schiebfläche Transluzenz 751, 756, 757 transparentes Glas 774 Transportweg 24, 25 Trapezblech 572, 573, 613, 616, 617, 676 Trapezblechdecke 682, 906, 907 Traufanschluss 441, 452, 463, 467, 468 Traufe 472 Traufenfußstück 603–605 Traufziegel 590 Treibhauseffekt 751 Treibriegelverschluss 796 Trennfuge zwischen Gebäudetrennwänden 1023, 1024 Trennlage 400, 406, 407, 412, 429 Trennschicht; siehe Trennlage Trennschnitt 1018 Trennwand 549, 553 Trennwandanschluss 552, 861, 886, 888, 895–897, 900, 902 Treppe 861, 986, 987, 989 Treppenlauf 986–989, 991–993 Treppenpodest 986, 990–993 Triangulierung 689, 692, 693 Trittschalldämmmaß 981 Trittschalldämmung 875, 886–888, 900, 957 horizontale Trittschalldämmung 864 vertikale Trittschalldämmung 864 Trittschallminderung 884, 886, 888 Trittschallschutz von Treppen 861, 987, 989 Trittschallverbesserungsmaß 868, 884, 886–888, 949 Trockenestrich 871, 884 Trockenfirst 590 Trockengrat 591 Trockenverglasung 782, 783, 818, 823, 835, 632, 633, 652 T-Stoß 318, 322 Tür 772, 775, 798, 808, 811, 814, 838, 840, 842–844, 848 Türanschluss 438, 442 Türband 1053, 1073 Türblatt 1054, 1056, 1060, 1062–1066, 1068–1073, 1075, 1076, 1080, 1081 Türdrücker 1061, 1069 Türknauf 1069 Türrahmen 1068, 1069, 1072 Türrosette 1053, 1069 Türschild 1053, 1061, 1069, 1073 Türschließer 1053, 1060, 1072, 1079 Türschließmittel 1072 Türschloss 1060, 1063, 1069 Türschwelle 838, 1061, 1075, 1081 Türschwellen 840 Türstock 1068; siehe auch Türrahmen Türsturz 1058, 1061 Türzarge 1064, 1084

1101

TVG 650

U überdeckte Kehle 591 überdeckte Metallkehle 591 Überdeckungsmaß 581, 601 Überdimensionierung 62, 84 Überkopfschweißung 317 Überkopfverglasung 650 überlappende Fuge 17, 36–38 überlappende Scherverbindung 116, 177 Überlappung 17, 28, 36–38, 44, 362, 533 Überlappungsstoß 316, 318, 336 Übermaß 28 Überzug 435, 459, 464, 465, 470, 508 UG 411; siehe auch Untergeschoss Ultraschallschweißen 144 umformendes Einspreizen 138, 140 Umkehrdach 480, 488, 492, 493 umsetzbare Innenwand 1004 umsetzbare Trennwand; siehe elementierte Trennwand Unebenheit 19, 21 ungefalzter Ziegel 581, 585 ungerichtetes Tragwerk 376 Universal-Keilzinkenverbindung 336, 338 unkoordinierter Formziegel 584 unlösbare Verbindung 66 unmittelbare Schraubverbindung 206 unmittelbare Verbindung 72 Unterdach 363–368 Unterdecke 863, 865–867, 890, 891–893, 895, 896–904, 908, 943, 949, 974, 978–980, 983, 985 Unterdecke mit Abschottung 899 Unterdecke ohne Abschottung 896, 899 Unterdeckung 364–366, 368 Untergeschoss 411 Unterkonstruktion 33, 34, 36, 38, 555, 570, 573, 591, 593, 599, 600, 603, 604, 610, 616, 617, 622, 632, 662, 671 Unterlagscheibe; siehe Unterlegscheibe Unterlegscheibe 194, 233 Unterpulverschweißen 314 Unterspannung 364, 366–368 Urformen 71 U-Schale 436, 440, 441, 446, 462, 463, 465, 466 UV-Schutz 492 U-Wert; siehe Wärmedurchgangskoeffizient

V Vandalismus 1056 Verankerungsbewehrung 914 Verband 158, 159 Verbinden 49, 54 Verbindungs-Hartlöten 146 Verbindung 9, 10, 22, 24, 36, 40, 42, 44, 45, 48, 50–56, 57–73, 76, 77–91, 96–118, 124–151, 156–172, 176– 178, 180, 186–188, 192, 194–198, 200–212, 214–242, 244, 246–250, 252–260, 268, 270–273, 276, 278, 281, 284–290,294–296, 298, 302, 303, 305, 310–312, 314–324, 330–334, 336–339, 502, 510, 516,

519, 532–534, 556, 560, 610, 612, 616, 627, 641, 642, 670, 687, 712, 713, 746, 758, 760, 790, 794, 811, 822, 829, 871, 891, 910–912, 915–917, 919, 926, 932–940, 952, 958, 959, 978, 1012, 1014, 1015, 1055, 1056, 1065, 1068 Verbindungsmittel 28, 32, 35, 40, 44, 52, 66, 69, 80, 81, 88, 89, 101, 110, 112, 113, 115, 116, 157, 169, 180, 182, 186, 188, 203, 214, 218, 219, 225, 230, 232, 238, 246–248, 252, 270, 288, 289, 294–296, 299, 303, 305, 334, 496, 556, 572, 591, 600, 610, 613, 670, 686, 916, 933–935, 938, 939, 959, 1012, 1034 Verbindungspartner 97, 110; siehe auch Fügeteil Verbindungs-Weichlöten 146 Verblendanker 506 Verblendschale 501–506, 508, 509, 516, 517 Verbund 528, 541, 862, 870, 871, 880, 910, 913, 927, 936, 938, 968, 970, 973, 974, 976, 993 Verbundabdichtung 879, 880, 883 Verbundanker 505, 518 Verbundbauteil 529 Verbundbauweise 271 Verbundbewehrung 911–913, 915, 927 Verbundbügel 510, 513 Verbunddeckschicht 928, 929 Verbunddübel 229; siehe auch Injektionsdübel Verbundestrich 862, 871, 884, 886 Verbundfenster 774, 775 Verbundmittel 932–934, 970, 971, 974–976 Verbundnadel 513; siehe auch Verbundbügel Verbundplatte 911, 912 Verbundschalbauweise 930 Verformkraft 294, 298 Verformung 96, 99, 100, 115, 779, 783, 784, 790, 798 Verformungsbild 116 Verglasung 626, 638, 643, 644, 650, 652, 662, 701 Verglasungssystem 782, 789 vergrößerte Schlüsselweite 210 Vergussfuge 267, 281–285 Vergussmittel 288 vergütetes Gewinde 190 Verkeilen 130 Verkleidung 357 Verlängerung des Fugenverlaufs 24 Verlappen 138, 140 Verlegegeometrie 585 Verliersicherung 198 Verpressen 138, 140 Versatz 7, 34 Versatzmoment 220, 257, 502 Verschiebeziegel 584 Verschnitt 748 Verseilen 134, 137 verseilter Stoß 760 Verseilung in Randprofil 762 Versiegeln 782 Versiegelung 23, 29, 387

Verspannen 130, 186 Versprung 9 Verstärkung 6, 16, 23, 39 Versteifung 6, 44 Versteifungsrippe 912, 913, 916 vertikale Abdichtung 404, 408 vertikale Raumabtrennung 859, 1002 vertikale Trittschalldämmung 886 vertikale Trittschallminderung 886, 888 Ver - und Entsorgungssystem 858, 859 Verwerfung 321 Verwinkeln 24 Vierecksmasche 694–696 Viskosität 26 Vlies 398, 401, 402, 410, 413, 414 V-Naht 318 Vollblock 1007 Volleinbindung 442, 443 Vollniet 296, 298, 299 Vollnietverbindung 302 Vollplatte 909, 912, 921, 924, 928, 945, 947, 979 Vollschaftschraube 192 Vollstein 1007 Vollverbundplatte 912 Vordeckung 578, 606, 607, 618 Vorfertigungsgrad 558, 566 Vorflut 396 vorgefertigtes Köcherfundament 285 vorkomprimiertes Fugenband 515 Vormauerschale 501; siehe auch Verblendschale Vorsatzkonstruktion 1016 Vorsatzschale 500, 506, 508, 510, 511, 514, 518, 520, 978; siehe auch Verblendschale Vorspannung 98, 99, 718, 720 VSG 650, 709, 711, 714, 715

W Wabensystem 528, 542 Wand 343, 345, 347, 358, 376 Wandanschluss 783, 797, 798, 802, 839, 842–844, 848 wandartiger Träger 550 Wandbauplatte 1001, 1006, 1007, 1021 Wandbauweise 1003 Wandelement 446, 468, 510 Wandschale 435, 445, 459–461, 464, 465 Wandsockelabdichtung 425 Wandstoß 282 Wandtafel 555–557, 562, 567, 572 Wanne 360, 374 Wannenschweißung 317 Wärmebrücke 356, 357, 554, 556, 564, 566, 575, 622, 623, 666, 671 Wärmedämmputz 438 Wärmedämmschicht 390, 392, 398, 405, 406, 410, 413, 458, 460, 464, 465, 486, 500, 518, 564, 575, 624, 666, 667, 680, 755–757, 788, 809, 872 Wärmedämmverbundsystem 433, 458–460, 462, 463, 465 Wärmedurchgangskoeffizient 800, 817, 822, 825, 831 Wärmeeinflusszone (WEZ) 315 Wärmeschutz 17, 60, 82, 356, 390, 392,

1102

405, 434, 436, 438, 457, 470, 507, Wärmestau 644 Warmgasschweißen 144 Wartung 47, 56, 58, 64 Wasser 6, 12–16, 18–22, 24–26, 28–30, 32–34, 36, 38, 39, 42–44, 56, 58, 63, 64, 82, 360–366, 368, 370, 372, 374, 377, 382–400, 404–406, 408, 409, 413, 414, 416–426, 428–430, 444, 453, 457, 464, 478, 491–494, 504, 506, 516, 530, 533, 560, 578, 581, 586, 611–613, 633, 636, 638, 650, 653, 710, 748, 751, 756, 758, 766, 775, 776, 780, 782, 784, 788, 792, 794, 798, 812, 817, 838–840, 874, 876, 878–883, 941, 1022, 1038 Wasseransammlung 34, 35, 748 Wasserdampf 29, 58, 404, 428, 457, 464, 486, 506, 516, 575, 786, 794, 1038 wasserdicht 20, 362, 366, 374, 422, 494, 504, 511, 522, 574, 576, 578–580, 598, 613, 758, 778, 878, 883 Wasserdichtheit 16, 23, 360, 374, 758 wasserdruckhaltende Abdichtung 416, 417 Wassereindringwiderstand 428 Wassereinwirkungklasse 384 Wasserfilm 24–26, 36–38 wasserführende Ebene 12, 13, 42–44, 494, 533, 588, 612, 616 Wassermolekül 14, 20, 21 Wassersack 748 Wassersäule 422 Wasserspeier 374 wasserundurchlässiger Beton 388; siehe auch WU-Beton wasserundurchlässige Schale 417; siehe auch weiße Wanne WDVS 459, 495; siehe auch Wärmedämmverbundsystem Wegbetrag 228 wegkontrolliert spreizender Dübel 226 weichfedernder Bodenbelag 884, 886 weiße Wanne 421, 429 Weiten 136, 139 Wellenberg 600 Wellplatte 598–604 Wellplattendeckung 598, 599, 603–605 Wellprofil 620 Werk 509 Werksfertigung 48 Werkstoff 47, 69, 84–87, 90, 156, 180, 187, 194, 196, 202, 208, 217, 219, 221, 222, 224–239, 242, 246, 250, 268, 270–272, 278, 288, 294, 295, 302, 303, 310–316, 318, 321, 322, 330, 332, 346, 348, 388, 390, 393, 394, 405, 406, 408, 417, 422, 424–426, 428, 434, 435, 439, 444, 457, 460, 461, 485, 486, 489, 510, 542, 547, 555, 564, 566, 578, 588, 600, 610, 611, 613, 617, 620, 623, 644, 650, 667, 704, 706, 707, 744, 746–748, 751–753, 757, 762, 776, 778, 784, 786, 791, 792, 794, 808, 811, 818, 821, 822, 823, 828, 829, 834, 856, 867, 870, 881, 890, 901, 918, 920, 935, 938, 940–942, 952, 986,

Anhang

1003, 1004, 1006, 1013, 1020, 1022, 1029, 1030, 1031, 1034, 1036, 1054, 1068, 1075, werkstoffbezogene Gliederung 88, 89 Werkstoffeigenschaft 110 Wetterhaut 9, 11, 16, 17, 27, 32, 34, 360, 366, 370, 456, 458, 459, 461, 464, 466–469, 476, 486, 501, 508, 562, 568, 576, 644, 648, 656, 668, 732, 792, 819, 820, 824, 827, Wetterschale 366; siehe auch Wetterhaut Wetterschenkel 775, 780, 781, 829, 835 Wetterschutzschiene 780, 781, 818; siehe auch Regenschiene Wickeln 134, 138, 140 Wickeln mit Draht 134 Wind 6, 15, 16, 24–26, 29 Windauge 772 Windbrett 591 Winddichtung 780 Winddruck 6, 15, 32, 378, 638 Windgeschwindigkeit 16 Windrispe 571 Windsog 585, 666 Windsperre 558, 563, 565, 575 Winkelstehfalzdeckung 610 Wirkfläche 98, 76, 92, 99, 100 Wirkprinzip 52, 71, 90, 110, 116 Witterung 30, 34, 58, 60, 370, 384, 458, 464, 508, 528, 558, 562, 574, 726, 734, 748, 750, 779, 790, 792, 795, 810, 812, 818, 821, 834, 858 Witterungsbeanspruchung 345, 360, 578, 650 Witterungseinfluss 60, 435, 453, ; siehe auch Witterung Witterungsrichtung 30 Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) 314 WU-Beton 388, 391, 394, 404–406, 408, 417, 419, 420–422, 428, 429; siehe auch wasserundurchlässiger Beton

Z Zähigkeit 315, 316 Zahnleiste 591 Zapfenniet 138, 141 Zementestrich 870, 944, 957, 980, 1042 Zentrierstreifen 442 Ziegel 20, 36, 37, 360, 367, 434, 437–443, 460–463, 466, 467, 472, 473, 500, 546, 570, 580–595, 598, 603, 668–670 Ziegeldeckung 5, 36, 367, 582, 588, 667–669 Ziegel mit Ringverfalzung 581 Ziegel mit variabler Deckbreite 584 Ziegel mit variabler Decklänge 584 Ziegelstein; siehe Ziegel Zimmermannsdübel 248 Zinkenspiel 336, 337 Zollinger-Bauweise 695 Zubehörziegel 584 Zugänglichkeit 58, 66 Zuganker 276 Zuggurt 550 Zugstoß 112 zulässige Wandlänge; siehe freies Grenz-

maß Zusammenführung der Systemlinien 70 zusammengesetztes Bauteil 339 Zusammensetzen 48, 71, 156–158, 160, 169–171, 177, 180, 188, 212, 246 Zusatzaufbau 434, 435, 456, 458, 459 Zusatzelement 69, 70 zusätzliche Sicherung 104 Zusatzmaßnahme zur Verbesserung der Dichtwirkung 578, 587 Zusatzrippe 556, 557 Zusatzwerkstoff 314 Zuschnitt 606, 696, 748, 766 Zuschnitt-Gipsplatte 1038 Zuschnittsmuster 748, 749 Zwängung 707, 712, 713 zweiachsige Krümmung 696 zweiachsig gespanntes Rippensystem 688 zweihäuptige Schalung 411 zweischalige Außenwand 500, 501, 516 zweischaliges Mauerwerk 459, 501–503, 506, 511, 516–518 zweischaliges Mauerwerk mit Dämmung und Luftschicht 517 zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung 500–503, 506, 507, 516 zweiseitiger Dübel besonderer Bauart 251 Zwischenzapfenniet 139, 141

1104

Anhang

LITERATURVERZEICHNIS XII-5 An- und Einpressen • Adolf Würth GmbH & Co KG (Hg) (2006) Ratgeber BefestigungsVergleiche auch die Hinweise auf Normen und Richtlinen am Ende

technik

der einzelnen Kapitel

• Beck W, Moeller E (2018) Handbuch Stahl: Auswahl, Verarbeitung,

XII VERBINDUNGEN

• Bollinger K et al. (2011) Atlas Moderner Stahlbau: Material, Trag-

Anwendung. Hanser, München werksentwurf, Nachhaltigkeit. Institut für Internationale ArchitekturDokumentation, München

XII-1 Grundlagen des Fügens • Ewald O (1975) Lösungssammlungen für das methodische Kon-

• Bögel G (1983) Konstruktionskatalog Schraubenverbindungen in

struieren. VDI-Verlag, Düsseldorf • Hansen (1985) Konstruktionssystematik, VEB-Verlag Technik,

VDI-Berichte 493, VDI-Verlag, Düsseldorf • Ehlbeck J, Hättich R (1986) Ingenieur-Holzverbindungen mit

Berlin

mechanischen Verbindungsmitteln, in von Halász R, Scheer C

• Köhler G, Rögnitz H (1959) Fertigungsgerechtes Gestalten im Maschinen- und Gerätebau, Teubner

(Hg) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1 • Informationsdienst Holz (Hg) (1991) Holzbau-Handbuch, Reihe

• Martin B (1982) Fugen und Verbindungen im Hochbau, Beton-

2: Tragwerksplanung, Teil 2 Verbindungsmittel, Folge 2 genauere

Verlag, Düsseldorf

Nachweise – Sonderbauarten • Kindmann R, Stracke M (2010) Verbindungen im Stahl- und Verbundbau, Ernst & Sohn, Berlin

XII-2 Kraftübertragung • Beitz W, Grote K H (2001) Dubbel – Taschenbuch für den Maschi-

• Petersen C (2013) Stahlbau. Grundlagen der Berechnung und

nenbau, Springer, Berlin

baulichen Ausbildung von Stahlbauten. 4. vollst. überarb. u. aktual.

• Ehlbeck J, Hättich R (1986) Ingenieur-Holzverbindungen mit

Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden

mechanischen Verbindungsmitteln, in von Halász R, Scheer C (Hg) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1 • Natterer J, Winter W (1986) Entwurf von Holzkonstruktionen, in Halász R (Hg) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1

XII-6 Fügen durch Urformen • Bergmeister K, Wörner JD (Hg) (2005) Beton-Kalender, Band 2 • Bindseil P (1991) Stahbetonfertigteile – Konstruktion, Berechnung,

• Roth K (1983) Einheitliche Systematik der Verbindungen, in VDIBerichte 493, Spektrum der Verbindungstechnik – Auswählen

Ausführung, Düsseldorf • Bindseil P (1991), S. 159 ff und Pauser A (1998) Beton im Hochbau: Handbuch für den konstruktiven Vorentwurf, Düsseldorf

der besten Verbindungen mit neuen Konstruktionskatalogen, Düsseldorf

• Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2007) Vergussmörtel und

• Roth K (1983) Mechanismus der kraftschlüssigen festen Verbindungen, in VDI-Berichte 493, Düsseldorf

Vergussbeton • Petersen C (2013) Stahlbau. Grundlagen der Berechnung und

• Roth K (1994) Konstruieren mit Konstruktionskatalogen, Band 1

baulichen Ausbildung von Stahlbauten. 4. vollst. überarb. u. aktual.

Konstruktionslehre, Springer, Berlin, Heidelberg, New York

Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden

XII-3 Fügeverfahren

XII-7 Fügen durch Umformen

• Ewald O (1975) Lösungssammlungen für das methodische Kon-

• Beitz W, Grote K-H (Hg) (2001) Dubbel – Taschenbuch für den

struieren. VDI-Verlag, Düsseldorf • Hansen (1985) Konstruktionssystematik, VEB-Verlag Technik,

Maschinenbau • Strassmann B (2006) Platt machen, fertig, in die Zeit, Ausgabe

Berlin • Köhler G, Rögnitz H (1959) Fertigungsgerechtes Gestalten im Maschinen- und Gerätebau, Teubner • Martin B (1982) Fugen und Verbindungen im Hochbau, BetonVerlag, Düsseldorf

10, 2. März 2006 XII-8 Fügen durch Stoffvereinigen • Beck W, Moeller E (2018) Handbuch Stahl: Auswahl, Verarbeitung, Anwendung. Hanser, München • Beitz W, Grote K-H (Hg) (2001) Dubbel – Taschenbuch für den

XII-4 Zusammensetzen • Halász R, Scheer C (Hg) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1: Grundlagen, Entwurf, Bemessung und Konstruktionen, 9. Aufl. Ernst& Sohn, Berlin • Petersen Ch (1994) Stahlbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten, 3. Aufl. Vieweg, Braunschweig • Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, Leipzig

Maschinenbau • Beitz W, Grote K-H (2001), S. G8 f; Köhler, Rögnitz Fertigungsgerechtes Gestalten von werkstücken • Bollinger K et al.(2011) Atlas Moderner Stahlbau: Material, Tragwerksentwurf, Nachhaltigkeit. Institut für Internationale ArchitekturDokumentation, München • Kolb H (1986) Leimbauweisen, in von Halász R, Scheer C (Hg)

1105

(1986) Holzbau-Taschenbuch, Bd. 1 • Petersen Ch (1994) Stahlhochbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten • Petersen Ch (2013) Stahlhochbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten

• Feix J, Walkner R (2012) Lehrbuch Betonbau. Studia Universitätsverlag, Innsbruck • Glitza H (2004) Grenzenloses Mauerwerk - Vom nationalen zum europäischen Mauerwerk, eine Bestandsaufnahme. KLB Klimaleichtblock GmbH, Andernach • Gösele K, Schüle W (1989) Schall, Wärme, Feuchte. 9. überarb. Aufl. Bauverlag, Wiesbaden, Berlin

XIII ÄUSSERE HÜLLEN

• Hanses K (2015) Basics Betonbau. Birkhäuser, Zürich • Hugues T, Steiger L, Weber J (2012) Holzbau: Details, Produkte,

XIII-1 Grundsätzliches • Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, reprint Verlag Th.

Beispiele. Detail, Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München

Schäfer, Hannover, 1982

• Jäger W (2016) Mauerwerk-Kalender 2016, Baustoffe, Sanierung,

XIII-2 Erdberührte Hüllen

• Kaufmann H, Krötsch S, Winter S (2017) Atlas mehrgeschossiger

Eurcode-Praxis. 41. Jahrgang, Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin • Cziesielski E (2006) Abdichtungen von Hochbauten im Erdreich, in Schneider Bautabellen für Architekten, • Derler P, Koch J, Piertyas F (2018) Erfolgreiche Bauwerksabdichtung: Neubau - Sanierung. WEKA, Kissing • Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hg) DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie) (2017) • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2006) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen erdberührter Bauteile mit flexiblen Dichtungsschlämmen • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2002) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen erdberührter Bauteile mit mineralischen Dichtungsschlämmen • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2018) Richtlinie für die Planung und Ausführung von Abdichtungen mit polymermodifizierten Bitumendickbeschichtungen (PMBC) • Deutsche Gesellschaft für Mauwerksbau e. V. (Hg) Abdichtung von erdberührtem Mauerwerk, Mai 2006

Holzbau. Detail Business Information GmbH, München • Kind-Barkauskas F, Kauhsen B, Polónyi S, Brandt J (2009) Stahlbeton Atlas: Entwerfen mit Stahlbeton im Hochbau. Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München • Kummer N (2017) Masonry construction. Birkhäuser, Basel • Künzel H (1998) Zweischaliges Mauerwerk – mit oder ohne Belüftung?, in wksb 43. Jhg., Heft 42, S. 9-14 • Kummer N (2017) Masonry construction. Birkhäuser, Basel • Mettler D, Studer D (2018) Made of Beton. Birkhäuser, Zürich • Moro J L (1999) Sichtbeton – zwischen konstruktiver Funktion und ästhetischem Grauwert, in: Baumeister, Heft 05/1999 • Pauser A (1998) Beton im Hochbau – Handbuch für den konstruktiven Vorentwurf, Düsseldorf • Pech A, Gangoly H, Holzer P, Maydl P (2015) Ziegel im Hochbau: Theorie und Praxis. Birkhäuser, Basel • Petersen C (2013) Stahlbau. Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten. 4. vollst. überarb. u. aktual. Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden

XIII-3 Schalensysteme • Baar S, Ebeling K (2016) Lohmeyers Stahlbetonbau: Bemessung Konstruktion - Ausführung. Springer Vieweg, Wiesbaden • Belz W, Gösele K, Hoffmann W, Jenisch R, Pohl R, Reichert H

• Pfeifer G, Ramcke R, Achtziger J, Zilch K (2001) Mauerwerk Atlas, Birkhäuser-Verlag für Architektur, Basel, Boston, Berlin • Xella Aircrete Systems GmbH (2005) Hebel Handbuch Wirtschaftsbau,

(1999) Mauerwerk Atlas. 5. überarb. Aufl., Institut für internationale Architekturdokumentation, München • Bindseil P (2012) Stahlbetonfertigteile, Düsseldorf, 4. Aufl. • Blum M (2005) Kalksandstein: Planung, Konstruktion und Ausführung. Bau und Technik, Düsseldorf • Bindseil P (1991), S. 212; Empfehlungen von Herstellern von

XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2012) Polyurethane in der Bauwirtschaft und Umwelt • Leibinger-Kammüller, Nicola (2005) Faszination Blech: ein Material mit grenzenlosen Möglichkeiten. Vogel, Würzburg

Verbundankern wie Halfen: Technische Information SPA 04 Sandwichplattenanker • Bindseil P (1991) Stahlbetonfertigteile – Konstruktion, Berechnung, Ausführung, Düsseldorf • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2018) Beton-Nachbehandlungsmittel • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2015) Fachinformation zur Neufassung von DIN 18540 „Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen“ • Eifert H (2015) Bauen in Stein: die Historie der mineralischen Baustoffe in Deutschland und Umgebung. Bau und Technik, Düsseldorf

XIII-5 Rippensysteme • Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) (2003) Technische Richtlinien des Glaserhandwerks Nr. 1-20, Düsseldorf • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2017) Leitfaden Flüssigkunststoffe – Planung und Ausführung von Abdichtungen mit Flüssigkunststoffen für Dächer sowie begeh- und befahrbare Flächen nach DIN 18531 und DIN 18532 • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2014) Planung von Bewegungsfugen in Fassaden • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2009) Holzschutz im Bauwe-

1106

Anhang

sen • Deutsches Institut für Bautechnik (Hg) (2006) TRLV – Technische Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen • Deutsches Institut für Bautechnik (Hg) (2003) TRAV – Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen • Freistellungserklärungen der Bundesländer für Bauarten und Ausführungen von Glaskonstruktionen • Herzog T, Krippner R, Lang W (2016) Fassaden Atlas: Zweite überarbeitete und erweiterte Auflage - Grundlagen, Konzepte, Realisierungen. Detail, Institut für Internationale ArchitekturDokumentation, München

• Bubner E (1997) Membrane Construction – Connection Details, Essen • Forster B, Mollaert M (Hg) (2004) European Design Guide for Tensile Surface Structures • Thomas Herzog (1976) Pneumatic structures. Oxford University Press, New York • Knippers J, Cremers J, Gabler M, Lienhard J (2010) Atlas Kunststoffe. Membranen, Werkstoffe und Halbzeuge, Formfindung und Konstruktion. Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München • Koch K M (Hg) (2004) Bauen mit Membranen – Der innovative Werkstoff in der Architektur, München, Berlin, London, New York

• Hugues T, Steiger L, Weber J (2012) Holzbau: Details, Produkte,

• Maysenhölder W (2006) Zur Prognose der Schalldämmung

Beispiele. Detail, Institut für Internationale Architektur-Dokumen-

zweischaliger Membrankonstruktionen, in Bauphysik 28 (2006),

tation, München • Kaufmann H, Krötsch S, Winter S (2017) Atlas mehrgeschossiger Holzbau. Detail Business Information GmbH, München • Kopff B (2018) Holzschutz in der Praxis: Schnelleinstieg für Architekten und Bauingenieure. Springer Vieweg, Wiesbaden • Küttinger G, Fritzen K (2014) Holzrahmenbau: bewährtes HausbauSystem. Holzbau Deutschland, Bund Deutscher Zimmermeister im

Heft 5, S. 289-296 • Mehra S R (2001) Aufblasbare Schallschirme, IBP-Mitteilung 386, Fraunhofer Institut für Bauphysik, Stuttgart • Mehra S R, Maysenhölder W, Leistner W, Teller P (2004) Akustisches Verhalten von Hüllenkonstruktionen aus Folien und Membranen (AHAFUM). Abschlussbericht zum DFG-Projekt Ge 368/24-1, Lehrstuhl für Bauphysik, Universität Stuttgart

Zentralverband des Deutschen Baugewerbes. Bruderverlag, Köln

• Saxe K, Stronghörner N, Uhlemann J (Hrsg.) (2016) Essener

• Lückmann R (2018) Holzbau: Konstruktion, Bauphysik, Projekte.

Membranbau Symposium 2016 (Berichte aus dem Bauwesen).

WEKA, Kissing • Natterer J, Herzog T, Schweitzer R, Volz M, Winter W (2003) Holzbau Atlas. 4. Aufl., neu bearb. Birkhäuser, Basel • Pottmann H, (Hg), Asperl A, Hofer M., Kilian A, (2009) Architekturgeometrie. Ambra und Springer, Wien New York • Steiger L (2013) Basics Holzbau. Birkhäuser Basel • Zinkberatung e. V. Düsseldorf, Titanzink im Bauwesen, 7. Auflage

Shaker, Herzogenrath • Saxe K, Stronghörner N (Hrsg.) (2018) Essener Membranbau Symposium 2018 (Berichte aus dem Bauwesen). Shaker, Herzogenrath • Weber L, Mehra S R (2002) Luftschalldämmung und akustische Eigenschaften von Folien und Membranen, in Zeitschrift Lärmbekämpfung 49 (2002), Heft 4, S. 129-136 • Weber L, Mehra S R (2005) Schalldämmung und Einfügungs-

XIII-6 Punktgehaltene Systeme

dämpfung aufblasbarer Lärmschutzwände, in Zeitschrift Lärm-

• Rice P, Dutton H (1995) Transparente Architektur: Glasfassaden

bekämpfung 52 (2005), Heft 1, S. 6-13

mit structural glazing, Birkhäuser, Basel • Compagno A (1995) Intelligente Glasfassaden: Material, Anwendung, Gestaltung, Birkhäuser, Basel

XIII-9 Öffnungen • Bundesausschuss Farbe und Sachwertschutz (BFS) (Hg) (2005) Technische Richtlinien für das Abdichten von Fugen im Hochbau

XIII-7 Addierte Funktionselemente

und von Verglasungen, Merkblatt Nr. 23, 02/2005

• Gertis K (1999) Sind neuere Fassadenentwicklungen bauphysi-

• Bundesausschuss Farbe und Sachwertschutz (BFS) (Hg) (2006)

kalisch sinnvoll? Teil 2: Glas-Doppelfassaden (GDF) In Bauphy-

Beschichtungen auf Holz und Holzwerkstoffen im Außenbereich,

sik Heft 21, S. 54-66 • Herzog T, Krippner R, Lang W (2004) Fassadenatlas. Birkhäuser, Basel • Raso I (2010) GlasDoppelFassaden: Am Beispiel von fünf verschiedenen Gebäuden. VDM Verlag Dr. Müller, Saarbrücken • Russ C et al. (2008) Sonnenschutz: Schutz vor Überwärmung und Blendung. Freiburg Fraunhofer Solar Building Innovation Center SOBIC, Stuttgart

Merkblatt Nr. 18, 03/2006 • Bundesinnungsverband des Glaserhandwerks (Hg) Technische Richtlinien des Glaserhandwerks, Düsseldorf: • Cremers J, Binder M, Bonfig P, Hartwig J, Klos H, Leuschner I, Sohn E, Stark T (2015) Atlas Gebäudeöffnungen: Fenster, Lüftungselemente, Außentüren. Detail, Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2018) Spritzbare Dichtstoffe Anwendung in der Fenster- und Türmontage im Neubau und bei

XIII-8 Membransysteme • Bögle A, Schmal PC, Flagge I (2003) leicht weit – Light Structures. Jörg Schlaich, Rudolf Bergermann. Prestel, München, Berlin, London

der Sanierung • Flachglas Markenkreis GmbH (Hg) (2007) GlasHandbuch, Gelsenkirchen • Institut für Fenstertechnik Rosenheim (Hg) ifT-Richtlinien, Ro-

1107

senheim: • ift-Richtlinie WA-01/01, Uf-Werte für thermisch getrennte

Metallprofile aus Fenstersystemen, (07.02)

• ift-Richtlinie WA-02/02, Uf-Werte für Kunststoffprofile aus Fenstersystemen, (08.03)

Werner Verlag • Schulze H (1986) Holzhäuser in Tafelbauart (Konstruktion; Bauphysik), in Holzbau-Taschenbuch, Band 1, 8. Aufl. • Unger A (2011) Fußboden Atlas – Fußböden richtig planen und ausführen, Band 1 und 2, 7. Aufl., Donauwörth

• ift-Richtlinie WA-04/01, Verfahren zur Ermittlung von Uw-Werte

für Holzfenster, (06.03)

ALLGEMEINE LITERATUR

• Industrieverband Dichtstoffe e. V. (IVD) (Hg) Dichtstoffe in der Anschlussfuge für Fenster und Außentüren, IVD-Merkblatt Nr. 9 • Industrieverband Dichtstoffe e. V. (IVD) (Hg) Glasabdichtung am Holzfenster mit Dichtstoffen, IVD-Merkblatt Nr. 10 • Industrieverband Dichtstoffe e. V. (IVD) (Hg) Glasabdichtung am Holz-Alu-Fenster mit Dichtstoffen, IVD-Merkblatt Nr. 13 • Reichstadt U (1997) Umweltfreundliche PVC-Fenster? • RAL-GZ 716/1 Abschnitt 1, Kunststoff-Fenster – Gütesicherung – Abschnitt 1: Kunststoff-Fensterprofile • Sack N (2204) von k zu U – Was ändert sich bei Fensterrahmen und -profilen?, Institut für Fenstertechnik Rosenheim e. V. (Hg). • Technische Richtlinien des Glaserhandwerks (TRG) – siehe Hinweise auf Normen und Richtlinien am Ende der Kapitels

• Beck W, Moeller E (2018) Handbuch Stahl: Auswahl, Verarbeitung, Anwendung. Hanser, München • Becker K, Rautenstrauch K (2015) Ingenieurholzbau nach Eurocode 5, Berlin • Bläsi W (2016) Bauphysik. 10. Aufl.- Haan-Gruiten: Verl. EuropaLehrmittel Nourney, Vollmer • Bollinger K et al. (2011) Atlas Moderner Stahlbau: Material, Tragwerksentwurf, Nachhaltigkeit. Institut für Internationale ArchitekturDokumentation, München • Dierks K, Schneider K J, Wormuth R (2011) Baukonstruktion, 7. Aufl., Düsseldorf • Feix J, Walkner R (2012) Lehrbuch Betonbau. Studia Universitätsverlag, Innsbruck

XIV INNERE HÜLLEN

• Häupl P, Willems W (Hg) (2013) Lehrbuch der Bauphysik: Schall - Wärme - Feuchte - Licht - Brand - Klima. 7. vollst. überarb. und

• Becker K, Pfau J, Tichelmann K (2005) Trockenbau Atlas 1. Grund-

aktualisierte Aufl. - Springer Vieweg, Wiesbaden

lagen, Einsatzbereiche, Konstruktionen, Details. 3., überarb. und

• Hanses K (2015) Basics Betonbau. Birkhäuser, Zürich

erw. Aufl. Müller, Köln

• Hestermann U, Rongen L (2015) Frick/Knöll Baukonstruktions-

• Becker K, Pfau J, Tichelmann K (2005) Trockenbau Atlas 2. Einsatzbereiche, Sonderkonstruktionen, Gestaltung, Gebäude. Grundlagen, Einsatzbereiche, Konstruktionen, Details. Müller, Köln • Deutsche Bauchemie e. V. (Hg) (2013) Elastische Fugen im Sanitärbereich • Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau e. V. (DGfM) (Hg) (2004) Merkblatt Nichttragende innere Trennwände • Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau e. V. (DGfM) (Hg) (2006) Schallschutz nach DIN 4109

lehre 1. 36. Aufl. Springer Vieweg, Wiesbaden • Jeska S, Pascha K S (2015) Neue Holzbautechnologien – Materialien, Konstruktionen, Bautechnik, Projekte, TU Berlin • Kind-Barkauskas F, Kauhsen B, Polónyi S, Brandt J (2009) Stahlbeton Atlas: Entwerfen mit Stahlbeton im Hochbau. Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München • Mettler D, Studer D (2018) Made of Beton. Birkhäuser, Zürich • Meyer Boake T (2012) Stahl verstehen. Entwerfen und Konstruieren mit Stahl. Birkhäuser, Basel

• Gösele K, Schüle W (1985) Schall, Wärme, Feuchte: Grundlagen,

• Mittag M (2012) Baukonstruktionslehre – Ein Nachschlagewerk

Erfahrungen und praktische Hinweise für den Hochbau, Wiesba-

für den Bauschaffenden über Konstruktionssysteme, Bauteile und

den, • Hansmann C-R (1993) Treppen in der Architektur, DVA, Stuttgart • Klingsohr K (2012) Vorbeugender baulicher Brandschutz. 8. überabr. Aufl.; Dt. Gemeindeverl., Kohlhammer, Stuttgart • Löbbert A, Kempen T (2018) Brandschutzplanung für Architekten und Ingenieure – Fachwissen für Planung, Ausführung und Überwachung in Neubau und Bestand, Köln • Mannes W (1988) Treppen-Technik, 2 Aufl. DVA, Stuttgart • Moro J L (2015) Fußböden – Funktion und Technik, Band 1, DETAIL Praxis, München • Moro J L (2016) Fußböden – Architektur und Gestaltung, Band 2, DETAIL Praxis, München • Petersen Ch (1994) Stahlbau – Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten, Braunschweig, Wiesbaden • Schneider K-J (2006) Bautabellen für Architekten, 17. Aufl.;

Bauarten. 18., überarb. Aufl. Springer Vieweg, Wiesbaden • Novák B, Kuhlmann U, Euler M (2012) Werkstoffübergreifendes Entwerfen und Konstruieren – Einwikrung, Widerstand, Tragwerk, Ernst & Sohn, Berlin • Pauser A (1998) Beton im Hochbau – Handbuch für den konstruktiven Vorentwurf, Düsseldorf • Petersen C (2013) Stahlbau. Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten. 4. vollst. überarb. u. aktual. Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden • Schmidt P, Kempf H, Gütelhöfer D (2012) Holzbau nach EC 5, Köln • Schüle K, Gösele W (1985) Schall, Wärme, Feuchte, Bauverlag. Wiesbaden/Berlin • Schulitz H C, Sobek W, Habermann K (2001) Stahlbauatlas, München

1108

Anhang

BILDNACHWEIS Alle hier nicht aufgelisteten Zeichnungen und schematischen Darstellungen wurden am Institut für Entwerfen und Konstruieren gezeichnet, welchem die Urheberrechte zustehen. Eine Reproduktion oder Veröffentlichung derselben ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung erlaubt. Trotz unserer Bemühungen bei der Bildrecherche blieben einige Bilder ohne Bildquellenangabe, weil es uns nicht gelang, die Autoren zu ermitteln. Im Interesse der Anschaulichkeit haben wir uns dennoch entschieden, auch diese Bilder im Buch einzusetzen. Wir bedanken uns bei den unbekannten Eigentümern und bitten um ihr Verständnis.

Titelbild Anhang: Stadtbibliothek Stuttgart; Public Domain; By

52 www.hochdruckpumpen.de/pics/magazine/parker071213. jpg

Cmsfreiberufler - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=44482906

70 www.leimholz.ch/typo3temp/pics/c387eae9b6.jpg

XI FLÄCHENSTÖSSE

XII-4 Zusammensetzen

Titel IEK – Die Autoren

32, 33 Hans Hundegger Maschinenbau GmbH

1–4 IEK – Die Autoren

41 Schlaich J, Bergermann R (2003) leicht weit – light struc-

XII VERBINDUNGEN

42 Schlaich, Bergermann & Partner

tures, S. 76 63, 64, 71 IEK – Die Autoren XII-1 Grundlagen des Fügens Titel IEK – Die Autoren

XII-5 An- und Einpressen

2–4 IEK – Die Autoren

52

5

53 IEK – Die Autoren

Dietrich, Rhein-Main-Donau AG

6, 7 IEK – Die Autoren

Informationsdienst Holz

54–57 Informationsdienst Holz

11 Schmiedel K (1993) Bauen und Gestalten mit Stahl, S. 89 12 IEK - Die Autoren

XI-6 Fügen durch Urformen

50, 56, 57 Informationsdienst Holz

1–3 IEK – Die Autoren

61 IEK – Die Autoren 62–64 Anna Wachsmann New York, in Wachsmann K (1959) Wendepunkt im Bauen, S. 160

XI-8 Fügen durch Stoffvereinigen 39–41 AS-Schweißtechnik GmbH 43, 44 Stahlton AG aus Broschüre Verstärkung von Tragkonstruktionen, S. 25, Titelblatt

XII-2 Kraftübertragung Titel IEK – Die Autoren 20 Informationsdienst Holz 21 Mardaga P (1993) Jourda & Perraudin, S. 35

XIII ÄUSSERE HÜLLEN

22 Informationsdienst Holz 23 Dietrich, Rhein-Main-Donau AG

XIII-1 Grundsätzliches Titel IEK – Die Autoren

XII-3 Fügeverfahren

1

Titel William M. Plate Jr.; United States Air Force mit der ID 7

Elisabeth Schmitthenner, in Schmitthenner P (1950) Das deutsche Wohnhaus, S. 57

040112-F-1663P-001

2, 5 IEK - Die Autoren

Weber Hydraulik GmbH (http://www.weber.de/rescue/

6

images/singlekupplung.jpg)

9

12, 27, 30–32, 34 IEK – Die Autoren

Davies C (1993) Hopkins, S. 30 Elisabeth Schmitthenner, in Schmitthenner P (1950) Das deutsche Wohnhaus, S. 15

46 Corus Bausysteme GmbH aus Broschüre Kal-Zip

10 IEK – Die Autoren

48, 49 IEK – Die Autoren

12 Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, S. 52

1109

stem)

14 IEK – Die Autoren 31 Behling S, Behling S (1996) Sol Power – Die Evolution der

32 Quelle nicht ermittelbar

solaren Architektur, S. 60 32–34 Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, S. 53, 5, 185

XIII-5 Rippensysteme

35 Adam AJ in Busse HB, Waubke NV, Grimme R, Mertins J

11–13, 18 Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, S. 71, 73,

(1992) Atlas Flache Dächer, S. 26 38 Le Corbusier (1964) Feststellungen zu Architektur und Städtebau

Tafel 13, 12 51 Vervoorts & Schindler Architekten BDA; Bochum 61–63 Jürg Goll Kleine Ziegelgeschichte SA aus Stiftung Ziegelei-

37 Bosman J (1987) Le Corbusier und die Schweiz

Museum Meienberg, Jahresbericht 1984, Cham, in Schei-

39 IEK – Die Autoren

degger F (1990) Aus der Geschichte der Bautechnik, Band 1

40 Informationsdienst Holz

Grundlagen, S. 108ff

41 IEK – Die Autoren

64, 65 ERLUS AG

42 Lambot I, Foster N (1989) Buildings and Projects of Foster

66, 84, 86 IEK – Die Autoren

Associates - Volume 2, S. 89 43 Schulze F (1986) Mies van der Rohe. Leben und Werk,

104–106, 111 Eternit Flachdach GmbH 122–124 Zinkberatung e.V. mit Plawer H (1987) Titanzink im

S. 314 44 Boesiger, Stonorov, Le Corbusier (1964) Les Editions

Bauwesen, S. 86 125 Deutsches Kupfer-Institut e. V. (1984) Kupfer im Hochbau,

d‘Architecture, S. 23

S. 53 135, 136, 138, 141, 142 Corus Bausysteme GmbH

XIII-2 Erdberührte Hüllen

145 http://www.df-gs.com/english/manage/up_

1

IEK – Die Autoren

2

Quelle nicht ermittelbar

146 Corus Bausysteme GmbH aus Broschüre Kal-Zip, S. 31, 5

imgs/20077181310580350.jpg

26

IEK – Die Autoren

147 https://www.archiproducts.com/en/products/kalzip/conti-

28 Dow Deutschland GmbH & Co.OHG

nuous-metal-laminate-for-roof-kalzip-xtail_326396

29, 30 Kalksandstein Informations-GmbH

232, 242 Schüco International KG

31 Dow Deutschland GmbH & Co.OHG

289 Melanie Göggerle

32 Gutta Werke GmbH

294–296 Julian Lienhard

53, 54 IEK – Die Autoren

297 Schlaich, Bergermann & Partner 299, 300 IEK – Die Autoren

XIII-3 Schalensysteme

301 Schlaich, Bergermann & Partner

2–8 Wienerberger Ziegelindustrie GmbH 22–26, 81, 88, 89 Xella International GmbH, Ytong

XIII-6 Punktgehaltene Glashüllen

90

1

Lignotrend Produktions GmbH

100, 104 Vdd Industrieverband Bitumen-, Dach- und Dichtungsbahnen e. V. 105, 106 Moritz K (1975) Flachdachhandbuch – Flache und geneigte Dächer 113 Moritz K (1975) Flachdachhandbuch – Flache und geneigte

11, 12, 21, 22 IEK – Die Autoren 24 Glas Trösch Beratungs-GmbH 34 RFR Architects, Peter Rice 42–44 Lambot I, Foster N (1989) Buildings and Projects of Foster

Dächer 114 Moritz K (1975) Flachdachhandbuch – Flache und geneigte 117

Pilkington Holding GmbH, System Planar

3–5 Quelle nicht ermittelbar

Associates – Volume 2, S. 24 ff 47–49 Pilkington Deutschland AG

Dächer, Seite 111

50–52 IEK – Die Autoren

Quelle nicht ermittelbar

55, 61 Schlaich, Bergermann & Partner

116 IEK – Die Autoren 120 http://www.bauwerksabdichtung.at

XIII-7 Addierte Funktionselemente

271–276, 278–282, 286–288 Petersen Ch (1994) Stahlbau,

1

IEK – Die Autoren

2

Kurt Ackermann & Partner

3

Julian Lienhard

4

Schneider Schumacher Architekten

S. 769, 770, 780 XIII-4 Mehrschichtverbundsysteme 2

IEK – Die Autoren

8

Pflaum & Söhne Bausysteme GmbH

XIII-8 Membransysteme

9, 18 T hyssenKrupp Bausysteme GmbH

1, 2 SL-Rasch GmbH Sonderkonstruktionen und Leichtbau

31 Kingspan (https://www.kingspan.com/de/de-de/produkt-

3, 4 Koch KM (2004) Bauen mit Membranen, beigelegtes Mu-

gruppen/holzfertigteile/kingspan-tek/kingspan-tek-bausy-

ster

1110

5

Anhang

Musterkatalog Carl Nolte GmbH & Co.

7–10 SL-Rasch GmbH Sonderkonstruktionen und Leichtbau 17, 18 tensinet-Datenbank 19, 20, 22, 24–27 SL-Rasch GmbH Sonderkonstruktionen und Leichtbau 31, 34, 40, 46, 48 SL-Rasch GmbH Sonderkonstruktionen und Leichtbau 50 tensinet-Datenbank 51 SL-Rasch GmbH Sonderkonstruktionen und Leichtbau 52 tensinet-Datenbank 54 IEK – Die Autoren 56 tensinet-Datenbank

XIII-9 Öffnungen 1, 2 Warth O (1900) Die Konstruktionen in Holz, Tafel 104, 106 41 Bug Alutechnik GmbH 43 Siegenia Aubi KG

XIV INNERE HÜLLEN XIV-1 Grundsätzliches Titel IEK – Die Autoren 1

IEK – Die Autoren

2

Kurt Ackermann & Partner

3–5 IEK – Die Autoren XIV-2 Horizontale Raumabtrennungen 92 IEK - Die Autoren 97 http://www.halfen-deha.ch/?id=2227&id_lc=22 157–159 Kuhlmann U, Schänzlin J, Universität Stuttgart 161 Lignatur AG 177 Informationsdienst Holz 192, 201, 202, 208 Lignatur AG 251 Schöck Bauteile GmbH XIV-4 Öffnungen 1, 2 Warth O (1950) Die Konstruktionen in Holz, Tafel 88, 90 3, 4 IEK – Die Autoren 49 DORMA Holding GmbH + Co. KGaA

1112

Anhang

Für die freundliche Unterstützung durch die Freigabe von Architecural Desktop Software bedanken wir uns recht herzlich bei Autodesk® Niederlassung München. Für die freundliche Freigabe von Fotos, Planunterlagen und Detailzeichnungen gilt unser bester Dank an: Architekten und Ingenieure: Atelier 5, Bern, CH, Prof. Fritz Haller, Bauen und Forschen GmbH,

Freisinger Fensterbau GmbH, Ebbs, Österreich

Solothurn, CH, Prof. Dr.-Ing. Jörg Schlaich, SBP Stuttgart, Prof.

Glasfabrik Lamberts GmbH & Co. KG, Wunsiedel - Holenbrunn

Peter C. von Seidlein, Prof. Dr.-Ing. habil. Ulf Nürnberger, Prof.

Gutta Werke GmbH, Schutterwald

Peter Cheret, Institut für Baukonstruktion 1, Uni Stuttgart, Dr.-Ing.

Halfen - Deha Vertriebsgesellschaft mbH, Langenfeld

Annette Bögle, Hermann + Bosch, Freie Architekten BDA, Stuttgart,

Hüttenwerke Krupp Mannesmann, Duisburg

Christian Büchsenschütz, Magdalene Jung, Manuela Fernandez

Ing. Erwin Thoma Holz GmbH, Goldegg, A

- Langenegger, Julian Lienhard, Tilman Raff, Alexandra Schieker,

Interpane Glasindustrie AG, Lauenförde

Elisabeth Schmitthenner, Helmut Schulze-Trautmann

Joh. Sprinz GmbH & Co., Ravensburg Josef Gartner GmbH, Gundedlfingen

Stiftungen und Organisationen:

Knauf Gips KG, Iphofen

Brandenburgisches Landesamt für Denekmalpflege und

Lignatur AG, Waldstatt, CH

Archäologisches Landesmuseum, Zossen

maxit Deutschland GmbH, Breisach

Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.V.. Köln

Okalux GmbH, Marktheidenfeld

Deutsches Architekturmuseum Frankfurt, Dr. Voigt

PERI GmbH Schalung und Gerüste, Weißenhorn

Feuerwache 1 Stuttgart

Pfeifer Holding GmbH & Co. KG, Memmingen

Informationsdienst Holz

Promat GmbH, Ratingen

Stiftung Archiv der Akademie der Künste, Abteilung Baukunst, Berlin

Rehau AG + Co. Rehau

Stahl - Zentrum, Düsseldorf

Rheinzink, GmbH & Co.KG, Datteln

Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V., CTT Council of Timber

Saint Gobain Glasindustrie Division Bauglas, Wirges

Technologie, Wuppertal

Saint Gobain Deutsche Glas GmbH, Kiel

Verein Süddeutsche. Kalksandsteinwerke e.V., Bensheim

Schaefer Kalk GmbH & Co. KG, Diez

Ziegel Zentrum Süd e.V., München

Schneider Fensterbau GmbH &Co.KG, Stimpfach Schöck Bautele GmbH, Baden-Baden

Firmen:

Schüco International KG, Bielefeld

Adolf Würth GmbH & Co.KG, Künzelsau-Gaisbach

SFS intec AG, Heerbrug, CH

Badische Stahlwerke GmbH, Kehl

Stahlton AG, Zürich, CH

Bauglasindustrie GmbH, Schmelz/Saar

Stahlwerke Bremen GmbH, Bremen

Bohrenkömper GmbH, Bünde

Sto AG, Stühlingen

Cobiax Technologies AG, Darmstadt

Verlag Bau + Technik, Düsseldorf

Corus Bausysteme GmbH, Koblenz

Vdd Industrieverband Bitumen- Dach- und Dichtungsbahnen e.V.,

Dow Deutschland GmbH & Co. KG, Stade

Frankfurt am Main

DuPont Performance Coatings GmbH & Co. KG, Vaihingen / Enz

WERU AG, Rudersberg

Erlus AG, Neufahrn/NB

Wienerberger Ziegelindustrie GmbH, Hannover

Eternit AG, Heidelberg

Xella International GmbH, Duisburg

Finnforest Deutschland GmbH, Bremen Finnforest Merk GmbH, Aichach Fischer Holding GmbH & Co. KG, Waldachtal

1113

Für die freundliche Unterstützung durch die Freigabe von Architecural Desktop Software bedanken wir uns recht herzlich bei Autodesk® Niederlassung München. Für die freundliche Freigabe von Fotos, Planunterlagen und Detailzeichnungen gilt unser bester Dank an:

Freisinger Fensterbau GmbH, Ebbs, Österreich Glasfabrik Lamberts GmbH & Co. KG, Wunsiedel - Holen-

Architekten und Ingenieure:

brunn

Atelier 5, Bern, CH, Prof. Fritz Haller, Bauen und Forschen GmbH,

Gutta Werke GmbH, Schutterwald

Solothurn, CH, Prof. Dr.-Ing. Jörg Schlaich, SBP Stuttgart, Prof. Peter

Halfen - Deha Vertriebsgesellschaft mbH, Langenfeld

C. von Seidlein, Prof. Dr.-Ing. habil. Ulf Nürnberger, Prof. Peter Cheret,

Hüttenwerke Krupp Mannesmann, Duisburg

Institut für Baukonstruktion 1, Uni Stuttgart, Dr.-Ing. Annette Bögle,

Ing. Erwin Thoma Holz GmbH, Goldegg, A

Hermann + Bosch, Freie Architekten BDA, Stuttgart, Christian Büch-

Interpane Glasindustrie AG, Lauenförde

senschütz, Magdalene Jung, Manuela Fernandez - Langenegger, Julian

Joh. Sprinz GmbH & Co., Ravensburg

Lienhard, Tilman Raff, Alexandra Schieker, Elisabeth Schmitthenner,

Josef Gartner GmbH, Gundedlfingen

Helmut Schulze-Trautmann

Knauf Gips KG, Iphofen Lignatur AG, Waldstatt, CH

Stiftungen und Organisationen:

maxit Deutschland GmbH, Breisach

Brandenburgisches Landesamt für Denekmalpflege und

Okalux GmbH, Marktheidenfeld

Archäologisches Landesmuseum, Zossen

PERI GmbH Schalung und Gerüste, Weißenhorn

Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e.V.. Köln

Pfeifer Holding GmbH & Co. KG, Memmingen

Deutsches Architekturmuseum Frankfurt, Dr. Voigt

Promat GmbH, Ratingen

Feuerwache 1 Stuttgart

Rehau AG + Co. Rehau

Informationsdienst Holz

Rheinzink, GmbH & Co.KG, Datteln

Stiftung Archiv der Akademie der Künste, Abteilung Baukunst, Berlin

Saint Gobain Glasindustrie Division Bauglas, Wirges

Stahl - Zentrum, Düsseldorf

Saint Gobain Deutsche Glas GmbH, Kiel

Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V., CTT Council of Timber Tech-

Schaefer Kalk GmbH & Co. KG, Diez

nologie, Wuppertal

Schneider Fensterbau GmbH &Co.KG, Stimpfach

Verein Süddeutsche. Kalksandsteinwerke e.V., Bensheim

Schöck Bautele GmbH, Baden-Baden

Ziegel Zentrum Süd e.V., München

Schüco International KG, Bielefeld SFS intec AG, Heerbrug, CH

Firmen:

Stahlton AG, Zürich, CH

Adolf Würth GmbH & Co.KG, Künzelsau-Gaisbach

Stahlwerke Bremen GmbH, Bremen

Badische Stahlwerke GmbH, Kehl

Sto AG, Stühlingen

Bauglasindustrie GmbH, Schmelz/Saar

Verlag Bau + Technik, Düsseldorf

Bohrenkömper GmbH, Bünde

Vdd Industrieverband Bitumen- Dach- und Dichtungsbahnen

Cobiax Technologies AG, Darmstadt

e.V., Frankfurt am Main

Corus Bausysteme GmbH, Koblenz

WERU AG, Rudersberg

Dow Deutschland GmbH & Co. KG, Stade

Wienerberger Ziegelindustrie GmbH, Hannover

DuPont Performance Coatings GmbH & Co. KG, Vaihingen / Enz

Xela International GmbH, Duisburg

Erlus AG, Neufahrn/NB Eternit AG, Heidelberg Finnforest Deutschland GmbH, Bremen Fischer Holding GmbH & Co. KG, Waldachtal

Finnforest Merk GmbH, Aichach