Porenbeton Fachtagung 2003
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PORENBETON FACHTAGUNG 2003 Neue Entwicklungen Neue Produkte Neue Normen NEUE ENTWICKLUNGEN NEUE PRODUKTE NEUE NORMEN FACHTAGUNG 2003 2. 3. 7. 8. April April April April 2003 2003 2003 2003 Stuttgart Essen Ahrensburg Berlin Impressum Herausgeber Vertrieb Produktion Druck Bundesverband Porenbeton BVP Porenbeton Informations-GmbH Postfach 1826, 65008 Wiesbaden · Dostojewskistraße 10, 65187 Wiesbaden Telefon 0611/ 98 50 44-0 · Telefax 0611/80 9707 eMail [email protected] · Internet www.bv-porenbeton.de WI.WA.4 Kommunikationsdesign, Wiesbaden · www.wiwa4.de · [email protected] Druck- und Verlagshaus Chmielorz GmbH, Ostring 13, 65205 Wiesbaden-Nordenstadt April 2003 © Bundesverband Porenbeton Veröffentlichungen, auch auszugsweise, bedürfen der schriftlichen Genehmigung des Herausgebers Inhaltsverzeichnis 1 Wärmeschutz – Erfahrungen mit der EnEV ....................................... 4 Auslegung, Vollzug, Perspektiven Baudirektor Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hegner, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Wohnungswesen, Berlin 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse /neue Regelwerke Prof. Dr.-Ing. Heinz-Martin Fischer, Fachhochschule Stuttgart/Hochschule für Technik 3 Brandschutz – Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten o. Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider, Technische Universität Wien 4 Mauerwerk – Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger, Technische Universität Dresden 5 Das Porenbeton Bausystem – ..................................................................... 54 Neue Produkte und Konzepte Dr.-Ing. Ronald Rast, Xella Baustoffe GmbH, Duisburg ....... 15 .................. 24 .................................. 44 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven Baudirektor Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hegner Am 1. Februar 2002 ist die neue Energieeinsparverordnung in Kraft getreten [1]. Damit wurde ein lang geplantes Verordnungsgebungsverfahren zur Zusammenfassung der Wärmeschutzverordnung und der Heizungsanlagenverordnung umgesetzt [2],[3]. Das Ziel der Verordnung ist es, die Anforderungen für den Neubau um 30 % zu verschärfen, mehr Transparenz durch Energiepässe zu schaffen und stärkere Impulse im Gebäudebestand zu geben. Der nachfolgende Beitrag erläutert Lösungen für Probleme bei der Umsetzung der EnEV und gibt einen Ausblick auf weitere zu erwartende Regelungen. Anforderungen nach EnEV Neubau Bestand Gebäude mit normalen Innentemperaturen Gebäude mit niedrigen Innentemperaturen Gebäude mit geringem Volumen Gebäude, die von der EnEV ausgenommen sind JahresPrimärenergiebedarf QP spezifischer Transmissionswärmeverlust HT Bauteilanforderungen (wie Bestand) Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln spezifischer Transmissionswärmeverlust HT Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln Gebäude mit wesentlichen Änderungen JahresPrimärenergiebedarf (40%-Regel) Gebäude mit Bauteiländerungen bedingte Anforderungen Nachrüstpflicht Nachrüstpflicht o. freiwillige Modern. Bauteilanforderungen oberste Geschossdecke dämmen Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln oder sommerlicher Wärmeschutz Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln Heizungsmodernisierung JahresPrimärenergiebedarf (40%-Regel) Anforderungen an die Inbetriebnahme v. Heizkesseln Nachweisverfahren Nachweisverfahren Energiebedarfsausweis Energiebedarfsausweis Nachweisverfahren Abb. 1-1 Übersicht über die Anforderungen der EnEV 4 Nachweisverfahren Energiebedarfsausweis Energiekennzahl (freiwillig) 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven 1.1. EnEV – Ziele und methodische Umsetzung Der Regelungsbereich der Verordnung umfasst im Prinzip alle neu zu bauenden und die zu verändernden beheizten Gebäude einschließlich ihrer Heizungs-, raumlufttechnischen und zur Warmwasserbereitung dienenden Anlagen. Bei neu zu errichtenden Gebäuden unterscheidet die Verordnung nach der Art des Gebäudes und seinem Temperaturniveau (Soll-Innentemperatur). Dabei wird im wesentlichen zwischen Gebäuden mit normalen (§ 2 Nr. 1 und 2) und niedrigen Innentemperaturen (§ 2 Nr. 3) unterschieden. Beide Fälle werden mit differenzierten Anforderungen belegt. Neu in der Methodik der Verordnung sind so genannte "Gebäude mit geringem Volumen". Hier handelt es sich zwar in der Regel auch um normal beheizte Gebäude, aber mit sehr kleinen Gebäudevolumina (z. B. Anbauten nach § 8 Abs. 3, Kioske, freistehende Nebengebäude u. ä.). Zu beachten ist, dass auch in den Fällen für Ausnahmen und Befreiungen die Mindestanforderungen nach § 11 für die Inbetriebnahme einer Heizungsanlage einzuhalten sind. Das führt in der Regel zum Einbau von Niedertemperatur- oder Brennwertkessel (mit CE Zeichen) oder zu alternativen Heizungssystemen. Um eine weitere Absenkung des Heizenergiebedarfs wirtschaftlich zu realisieren, wurde mit der neuen Verordnung das Zusammenspiel zwischen dem Gebäude und seiner Heiztech- nik zum zentralen Ansatzpunkt weiterer Regelungen gemacht. Die Einbeziehung der Heizungsverluste erfolgt durch Bezug der Anforderung auf Primärenergiebedarf und erfordert eine komplexere Methodik seitens der Anforderungen und des Nachweisverfahrens als die bisherigen öffentlich-rechtlichen Vorschriften in diesem Bereich. Die Konsequenz der neuen Anforderung ist, dass Defizite im Bereich des baulichen Wärmeschutzes mit effizienter Anlagentechnik in einem gewissen Maße ausgeglichen werden können. Bei der Vorgabe der Anforderungen wurden die unterschiedlichen Systeme der Warmwasserbereitung beachtet. Das führt zwangsläufig zu drei Anforderungskurven (Abb. 1-2). Folgende Anforderungsgruppen ergeben sich: • Gebäude ohne Warmwasserbereitung, • Gebäude mit zentraler Warmwasserbereitung, • Gebäude mit dezentraler elektrischer Warmwasserbereitung. Darüber hinaus wurden im Verordnungsgebungsverfahren durch einzelne Branchen Sonderlösungen (zum Teil befristet) durchgesetzt, die jedoch in der üblichen Baupraxis keine große Rolle spielen dürften (z.B. zum Einsatz von Nachtspeicherheizungen kombiniert mit Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung). Ziel war hier, der betroffenen Industrie Anpassungsfristen einzuräumen. kWh m2a 140 130 120 110 100 + 42 90 f(AN) 80 fP = 1,15 70 60 50 Jahresprimäerenegiebedarf (o.WW) 40 Jahresprimärenergiebedarf (mit elektrischer WW-Bereitung) 30 20 Jahresprimärenergiebedarf (mit WW-Bereitung) 10 Jahres-Heizenergiebedarf 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 A/Ve Abb. 1-2 Herleitung der Anforderungskurven für den Primärenergiebedarf 5 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven Neben den Höchstwerten für den Jahres-Primärenergiebedarf sind auch Höchstwerte für den spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust einzuhalten. Mit dieser Begrenzung soll sichergestellt werden, dass der bisher erreichte Wärmeschutz nach der Wärmeschutzverordnung auch bei Einbau besonders primärenergetisch günstiger Heizungsanlagen nicht unterschritten wird. 1.2. Konsequenzen für den Baubereich Das Nachweisverfahren kann in einen "Baupfad" nach DIN V 4108 - 6 [7] und einen "Anlagenpfad" nach DIN V 4701 - 10 [6] getrennt werde. Beide Seiten kommunizieren eng miteinander. Dieses Vorgehen führt dazu, dass bereits in frühen Planungsphasen eine enge Abstimmung von baulichem Wärmeschutz und Anlagentechnik notwendig wird. Im Nachweisverfahren werden auf beiden Seiten ausführliche und vereinfachte Verfahren angeboten. Die Ergebnisse aller Verfahren werden für den öffentlich-rechtlichen Nachweis anerkannt und sind miteinander kombinierbar. In einer speziellen Auslegung der Fachkommission Bautechnik der ARGEBAU wurde diese Position des Verordnungsgebers noch einmal bekräftigt: "...alle Verfahren (baulich: Heizperiodenverfahren, Monatsbilanzverfahren; anlagentechnisch: Diagrammverfahren, Tabellenverfahren, genaues Verfahren) sind miteinander kombinierbar. Abstriche werden nicht gemacht. Dies bedeutet auch, dass die pauschale Heizzeit von 185 Tagen ohne weiteren Nachweis angewendet werden darf. Einer Benutzung der durch genaue Rechenverfahren ermittelten Heizzeit in den Verfahren nach DIN V 4701-10 steht jedoch nichts im Wege..." [8]. • mittels Temperatur-Korrekturfaktoren oder • nach ausführlicher Methode der EN 832 [5] Der baulich-energetische Standard eines Gebäudes wird insbesondere durch den spezifischen Transmissionswärmeverlust beschrieben. Die hier anzuwendenden rechnerischen Ansätze zeigen, wie wichtig detaillierte Planung ist. Die Ermittlung des spezifischen Transmissionswärmeverlusts kann gemäß DIN V 4108 – 6 erfolgen. Beide Verfahren dürfen gleichwertig angewandt werden. Sie werden durch die EnEV durch den Bezug auf das ausführliche Monatsbilanzverfahren und mögliche Vereinfa-chungen angesprochen. Der rechnerische Ansatz mittels Temperatur-Korrekturfaktoren stellt sich wie folgt dar: H T = ∑ Fx (Ui · Ai)+ H WB + ∆H T,FH i Dabei ist: U A Fx HWB DIN V 4108-6 vereinfachtes Verfahren (Heizperiodenbilanzverfahren) 1.1. 1.2. Monatsbilanzverfahren DIN V 4701-10 1.3. grafisches Kurzverfahren (Referenzanlagen) Tabellarische Verfahren (standardisierte Werte nach Norm) ausführliche berechnung (konkrete Kennwerte einer Anlage) Abb. 1-3 Zur Verfügung stehende Rechenverfahren ∆HT,FH Wärmedurchgangskoeffizient in W/(m2K), U-Werte sind nach DIN EN ISO 6946 bzw. für Fenster nach DIN 4108-4 bzw. DIN EN ISO 10077-1 zu ermitteln (Index i bezeichnet das jeweilige Bauteil) entsprechende Bauteilfläche in m2 der Temperatur-Korrekturfaktor nach DIN V 4108-6 pauschaler spezifischer Wärmebrückenzuschlag in W/K spezifischer Transmissionswärmeverlust von Bauteilen mit integrierter Flächenheizung in W/K Die Korrekturfaktoren wurden an Hand von Modellgebäuden nach dem genauen Verfahren nach DIN EN ISO 13789 [9] ermittelt. Für Flächen, die an unbeheizte Räume grenzen, sind die pauschalen Temperatur-Korrekturfaktoren Fx in der Regel größer, als die korrekt für den Einzelfall gerechneten Reduktionsfaktoren b und liegen damit so zu sagen auf der sicheren Seite. Eine Ausnahme davon stellen oberste Geschossdecken dar. Bei ausführlicher Berechnung des Reduktionsfaktors b ergibt sich in den meisten Fällen ein Wert größer als 0,8. Auch für Flächen gegen Erdreich wurden analog der DIN EN ISO 13789 Temperatur-Korrekturfaktoren ermittelt, obwohl diese Bezeichnung strenggenommen nicht zutrifft [9]. Die Korrekturfaktoren basieren auf einer Berechnung nach DIN EN ISO 13370 [10] und berücksichtigen, dass das Erdreich für die Wärmeleitung von innen nach außen einen zusätzlichen Wärmedurchgangswiderstand darstellt und damit der Wärmeverlust geringer ist, als bei einem Bauteil, dass an Außenluft grenzt. Die Korrekturfaktoren sind im Zusammenhang mit „konstruktiven“ U-Werten zu verwenden. Die Ermittlung des U-Wertes erfolgt über die Schichtfolge wie bei opaken Bauteilen nach DIN EN ISO 6946 [11]: 1 U = ––––––––––––––– Rsi + ∑ Ri + Rse i 6 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven Die Wärmeübergangswiderstände werden bei angrenzender Außen- bzw. Innenluft entsprechend DIN EN ISO 6946 angesetzt. Bei Kontakt mit Erdreich gilt: Rse = 0 (m2K)/W Der spezifische Transmissionswärmeverlust von Bauteilen gemäß ausführlicher Methode nach DIN EN 832 bzw. DIN EN ISO 13789 stellt sich wie folgt dar: H T = LD + Hu + LS + ∆HT,FH Dabei sind: LD Leitwert zwischen beheiztem Raum und außen nach Gleichung in W/K Hu spezifischer Transmissionswärmeverlust durch unbeheizte Räume in W/K LS Leitwert über das Erdreich in W/K gemäß DIN V 4108-6 oder DIN EN 13370, ∆HT,FH spezifischer Transmissionswärmeverlust von Bauteilen mit integrierter Flächenheizung in W/K Neben der Einbeziehung der energetischen Qualität der Bauteile gegen Außenluft, Erdreich oder auch gegen unbeheizte Räume spielen insbesondere der Wärmeverlust über Wärmebrücken und der spezifische Transmissionswärmeverlust von Bauteilen mit integrierter Flächenheizung eine wichtige Rolle. Bei gut gedämmten Gebäuden machen die Verluste über Wärmebrücken immerhin 20 bis 30 % der gesamten Transmissionswärmeverluste aus. Ihre intelligente Vermeidung ist eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen zur Einsparung von Energie. Neben geometrischen gibt es insbesondere materialbedingte, konstruktive und konvektive Wärmebrücken. Eine moderne Architektursprache mit aufgelösten Fassaden und damit vielen Vorsprüngen, Ecken, Materialübergängen schafft Wärmebrücken, deren Wirkung auf den Wärmeverlust durch entsprechende Planungen verringert werden muss. Besonders risikoreiche Konstruktionen sind deshalb mit der Neufassung der DIN 4108-2 [12] bereits nicht mehr gestattet. Diese Norm ist hinsichtlich des baulichen Mindestwärmeschutzes in Deutschland bauaufsichtlich eingeführt. Das heißt, die gesundheitlich-hygienische Mindestanforderung aus den Landesbauordnungen deckt sich hier mit dem energetischen Mindestlevel des Bundes. In diesem Sinne sind folgende Konstruktionen (ohne zusätzliche Wärmedämmung) nicht mehr für die Baupraxis zugelassen: • • • • Durchgehende, auskragende Balkonplatten, Attiken, Freistehende Stützen sowie Wände mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 0,5 W/(m ·K), die in den ungedämmten Dachbereich oder ins Freie ragen (z.B. als Brandwand). Diese Bauteile dürfen nur errichtet werden, wenn entsprechende Dämmmaßnahmen getroffen werden. Sie stellen zwar auch dann in der Regel noch eine zu beachtende Wärmebrücke dar und müssen in die Berechnungen einbezogen werden, aber ihre Wirkung ist dann auf ein „normales“ Maß begrenzt. Trotz Mindeststandards und planerischen Eingriffs auf die Detailausbildung lassen sich Wärmebrücken wegen konstruk- tiver und geometrischer Notwendigkeiten nie ganz vermeiden. Der verbleibende Wärmebrückeneffekt kann je nach planerischer Durchbildung unterschiedlich groß sein. Der Verordnungsgeber hat hier die Absicht, nicht einen bloßen Nachweis der Verluste führen zu lassen. Vielmehr wurde die Anforderung so aufgebaut, dass sie zur Überarbeitung der Wärmebrückendetails anhält. Der Wärmebrückenzuschlagskoeffizient ist mit dem Flächenwert für die gesamte wärmetauschende Umfassungsfläche zu multiplizieren und erhöht die Verluste, die über die einzelnen Bauteilflächen anfallen: H WB = ∆UWB · A. Dabei gibt es nach EnEV drei Varianten: a) Werden keine Maßnahmen im Sinne der DIN 4108 Bbl. 2 zur Reduzierung der Wärmebrückenwirkung durchgeführt, ist der spezifische Transmissionswärmeverlust HT um den Anteil der Verluste über Wärmebrücken pauschal mit einem Wärmebrückenzuschlagskoeffizient ∆UWB = 0,1 W/(m2K) zu erhöhen (Anhang 1 Nr. 2.5 a) EnEV). Dieser Wert darf ohne weiteren rechnerischen Nachweis angesetzt werden. b) Zur Vermeidung von Wärmebrücken können entsprechende Planungsbeispiele des neu erarbeiteten Beiblattes 2 zur DIN 4108 genutzt werden. Bei Anwendung dieser Konstruktionen muss nur der halbe Zuschlag für Transmissionswärmeverluste über Wärmebrücken (∆UWB = 0,05 W/(m2K) angesetzt werden (Anhang 1 Nr. 2.5 b) EnEV). Diese Maßnahme entlastet die baulichen Verluste deutlich und ist eine wirtschaftliche Methode zur Energieeinsparung. Bei der Verwendung des vereinfachten Verfahrens ist diese Vorgehensweise verbindlich (Anhang 1 Nr. 3 EnEV)! c) Alternativ kann natürlich auch ein genauer Nachweis der Wärmebrücken nach DIN V 4108-6 im Zusammenspiel mit weiteren anerkannten Regeln der Technik erfolgen (Anhang 1 Nr. 2.5 c) EnEV). Die Verordnung konnte diese Regeln nicht zitieren, da sie zum Zeitpunkt der Erarbeitung der Vorschrift noch nicht als s.g. „Weißdruck“ vorlagen. Mittlerweile sind die entsprechenden europäischen Normen verfügbar und vom DIN veröffentlicht. Es handelt sich dabei um die DIN EN 10211-1:1995-11 und DIN EN 102112:2001-06. Die DIN EN 10211-1 erläutert das allgemeine Berechnungsverfahren für Wärmeströme und Oberflächentemperaturen bei Wärmebrücken im Hochbau und die DIN EN 10211-2 erläutert die Berechnung linienförmiger Wärmebrücken. Bei Buchstabe b) und c) sind alle Wärmebrücken durchgängig nach dem gleichen Verfahren zu optimieren. Als „durchgängig“ ist zu verstehen, dass die nach der Norm DIN V 41086 angegebenen Wärmebrücken von der Planung mindestens erfasst sein müssen. Dabei handelt es sich um Wärmebrücken an - Gebäudekanten, - Fenster- und Türlaibungen, - Wand- und Deckeneinbindungen, - Deckenauflager, - thermisch entkoppelte Balkonplatten. Dabei sind alle Wand- und Deckeneinbindungen in die wärmetauschende Umfassungsfläche gemeint. Das heißt auch zur Decke zum kalten Keller oder zum unbeheizten Dachraum. Ein Mix der Verfahren ist nicht zulässig. Bei der Bearbeitung nach Buchstabe b) erweist sich das Beiblatt nicht immer als optimale Hilfe. Es ist möglich, dass Details im Beiblatt nicht 7 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven den zu planenden Anschlüssen entsprechen. In einer Auslegung der Fachkommission Bautechnik wird darauf hingewiesen, dass „ ... eine abweichende Detailplanung vom Beiblatt ist möglich, wenn der Beweis angetreten werden kann, dass der Wärmeverlust über die Wärmebrücke gleich oder kleiner ausfällt wie bei der Vorschlagslösung nach Beiblatt. Dazu eigenen sich die Verfahren nach den entsprechenden Europäischen Normen DIN EN 10211-1 und DIN EN 10211 oder auch bereits nachgewiesene Lösungen aus Wärmebrückenkatalogen.“ Darüber hinaus wurde zur Genauigkeit der Berechnungen ausgeführt, dass „ ... Einflüsse, die das Ergebnis des Wärmeverlustes über Wärmebrücken um weniger als 3 % beeinflussen, vernachlässigt werden können“ [8]. Diese Auslegung entspricht den Genauigkeitsanforderung bei der Ermittlung von U-Werten nach der DIN EN ISO 6946. Das bedeutet z.B., dass bei einem Einfamilienhaus mit 300 lfd. Metern Wärmebrücken ein Detail mit weniger als 9 m vernachlässigt werden kann, wenn es sonstigen Mindestbestimmungen entspricht. Die derzeitige Überarbeitung des Beiblattes wird zu mehr „Regeldetails“ und Ansätzen für äquivalente Lösungen führen. Das Beispiel eines Einfamilienhauses (entnommen aus [14]) zeigt, dass ohne Verwendung der Planungsbeispiele des Beiblattes 2 zur DIN 4108 erhebliche zusätzliche Transmissionswärmeverluste entstehen. Der Anstieg um ca. 12 % muss entweder durch zusätzliche Dämmung oder durch eine effizientere Heizungsanlage ausgeglichen werden. Die Optimierung der Wärmebrücken und ihr detaillierter Nachweis dagegen entlasten die rechnerischen TransmissionswärmeTransmissionswärmeverluste um ca. 10 %. Das führt dazu, dass als Alternative statt des Brennwertkessels durchaus auch eine Niedertemperaturheizung verwendet werden kann. Bei Einbau einer Flächenheizung ist der zusätzliche Transmis- sionswärmeverlust einer Flächenheizung ∆HT,FH an die Außenluft, das Erdreich oder an unbeheizte Räume gesondert zu ermitteln. Die Ermittlungen sind in der Regel aufwendig und verändern bei gebräuchlichen Konstruktionen das Ergebnis wenig. Es ist auf jeden Fall sinnvoll, eine ausreichende Dämmung gegen die zusätzlichen Verluste vorzusehen (die alte Wärmeschutzverordnung hatte hier eine gesonderte Bauteilanforderung). Es zeigt sich, dass der zusätzliche Wärmeverlust einer solchen Flächenheizung bei ausreichender Dämmung (ab einer Dämmstoffstärke von 8 cm bei einem Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,04 W/(mK)) vernachlässigbar gering ist. Der Anteil der zusätzlichen Wärmeverluste am Gesamtwärmeverlust liegt nach gutachterlichen Ermittlungen unter 2 %. In einer Auslegung der Fachkommission Bautechnik wurde deshalb festgelegt, dass bei „ ... einer Dämmung von mindestens 8 cm ... der Nachweis des spezifischen Transmissionswärmeverlustes ∆HT, FH ohne gesonderte Ermittlung ausreichend geführt“ ist. Dies ist eine Berechnungserleichterung – keine Mindestanforderung! Ein weiteres neues Kriterium für die Gebäudehülle ist ihre Luftdichtheit. Die DIN 4108-7 [15] gibt dazu Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie entsprechende Beispiellösungen. Die Inanspruchnahme des Kriteriums „luftdichte Gebäudehülle“ für die energetische Bilanzierung ist zwingend an einen gesonderten messtechnischen Nachweis gebunden. Als quantitative Kenngröße für den nach EnEV nachzuweisenden Grenzwert gilt der volumenbezogene Leckagestrom n50. Diese Festlegung wird in § 4 der EnEV in Verbindung mit Anhang 4 Nr. 2 getroffen. Die Grenzwerte in der Energieeinsparverordnung sind deckungsgleich mit denen in der DIN 4108-7. Sie sind eher moderat, entsprechen aber auch den derzeitigen Gegebenheiten und Möglichkeiten des Handwerks. Zusätzlich zum volumenbezogenen Leckagestrom n50 soll nach der Norm auch der auf die Nettogrundfläche bezogene Leckage- Beispielgebäude A/Ve = 0,74, Soll-Werte nach EnEV:HT´,max= 0,50 W/m2K ∆UWB = 0,05 W/m2K ∆UWB = 0,1 W/m2K ∆UWB = 0,01 W/m2K Nutzung der Planungsbeispiele des Beiblattes 2 zur DIN 4108 Ausgangsfall Ohne weiteren Nachweis Optimierung und gesonderter Nachweis mit Rechner-Programmen Verschlechterung in % Verbesserung in % HT = 182,84 W/K HT = 204,12 W/K HT´ = 0,43 W/m2K HT´ = 0,48 W/m2K QP´´ = 110,59 kWh/m2a QP´´= 119,74 kWh/m2a Tab. 1-1 Beispielhafte Wärmebrückenwirkung 8 QP´´,max = 116,19 kWh/m2a 11,6 % HT = 163,89 W/K -10,4 % HT´ = 0,39 W/m2K 8,3 % QP´´= 102,47 kWh/m2a -7,3 % 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven strom w50 einen Grenzwert nicht überschreiten. In der Energieeinsparverordnung ist dieser Wert nicht aufgenommen. Er ist öffentlich-rechtlich nicht verbindlich, gilt jedoch als nach der Norm heranzuziehender Wert, wenn die lichte Geschosshöhe von Gebäuden deutlich von 2,60 m abweicht. Die Anforderungen nach Norm sind wie folgt zusammenzufassen: Gebäude Kennwerte ohne mit RLT Anlagen Luftwechsel (n50) [1/h] oder ≤ 3 Luftvolumenstrom [m3/(h · m2)], bezogen auf ≤ 1,5 Nettogrundfläche (qv,50,G), wenn HR ≤ 2,6 m Gebäudehüllfläche (qv,50,H) ≤ 7,8 ≤ 3,9 Kann zusätzlich zur Beurteilung der Gebäudehülle herangezogen werden, Empfehlung: < 3,0 Tab. 1-2 Übersicht über die Anforderungen der Norm DIN 4108-7 Auf jeden Fall empfiehlt die Norm, keine großen Einzellecks zuzulassen. Die generelle Dichtheitsanforderung wird zwar erreicht, aber an einer Stelle könnte es dann doch zu Bauschäden kommen. In diesem Sinne wird in der Literatur auch angeregt, einen hüllflächenbezogenen Leckagestrom qv,50,H zu ermitteln, der die Luftdichtheit der Bauteile in der Hüllfläche besser charakterisiert. Es wird ein Wert von qv,50,H < 3,0 m2/(h·m2) empfohlen. Obwohl auch in Zukunft vom Grundsatz bedingter Anforderungen nicht abgewichen werden soll, ergibt sich dennoch ein erstaunliches Zugriffspotential. Das Instrument der bedingten Anforderungen wurde dem neuesten Stand der Technik und Wirtschaftlichkeit angepasst. Die Erweiterung der Anwendungsfälle wurde geprüft [16]. Danach wurden gegenüber der Wärmeschutzverordnung verschiedene Tatbestände neu aufgenommen: Die konsequente Ausbildung einer Luftdichtheitsschicht und insbesondere die Optimierung der Anschlussstellen führt dazu, dass dieser In- und Exviltrationsluftwechsel soweit verringert werden kann, dass er vernachlässigbar ist. Demzufolge können nachweislich dicht ausgeführte Gebäude die Luftwechselrate verringern. Sie ist hier mit n = 0,6 h-1 anzusetzen anstatt der üblichen Luftwechselrate von n = 0,7 h-1. Dies beeinflusst die Verluste erheblich, wie das nachstehende Beispielgebäude zeigt. Der Einbau von Lüftungsanlagen ist nicht vorgeschrieben, lohnt sich aber energetisch dann, wenn eine Wärmerückgewinnung ermöglicht wird [13]. Eine reine Abluftanlage ist zwar aus hygienischen Gründen (Sicherstellung des Mindestluftwechsels für die Vermeidung von Schimmelpilzbefall) und wegen der geringen Kosten empfehlenswert, bringt aber keinen energetischen Nutzen (wegen der einzubeziehenden Hilfsenergie). Nachrüstungen können im baulichen Bereich unter Beachtung wirtschaftlicher Randbedingungen nur punktuell zum Zuge kommen. Das betrifft vor allem die zusätzliche Dämmung der obersten Geschossdecken unter nicht ausbaufähigen Dachräumen. 1.3. Umfassende Auswirkungen der EnEV auf den Gebäudebestand Der Verordnungsgeber ist auch im Gebäudebestand an das verschärfte Wirtschaftlichkeitsgebot für bestehende Gebäude gebunden (§ 4 Abs. 3 i.V.m. § 5 Abs. 1 Satz 3 EnEG). Deshalb werden in der Regel Anforderungen gestellt, wenn das Bauteil ohnehin (aus welchen Gründen auch immer – Austausch bei physischem Verschleiß, Beseitigung von Mängeln und Schäden, Verschönerungen etc.) verändert wird. In diesem Zusammenhang soll auch die energetische Qualität auf neuestes Niveau gebracht werden, da die Kopplung der energetischen Ertüchtigung mit „Ohnehin-Maßnahmen“ wirtschaftlich darstellbar ist. Im Regelungsbereich der geltenden Heizungsanlagenverordnung wurden auch bisher Nachrüstverpflichtungen eingeführt, die sowohl wirtschaftlich als auch hinsichtlich ihres Investitionsmittelbedarfes als verhältnismäßig anzusehen sind. Derartige Potentiale werden auch mit der Energieeinsparverordnung erschlossen [17]. Nach statistischen Angaben sind noch rd. drei Millionen veraltete Heizkessel in Betrieb, die vor dem Inkrafttreten der 1. Heizungsanlagenverordnung eingebaut worden sind. Die Brennstoffausnutzung und damit die energetische Qualität dieser Kessel ist im Vergleich zum heutigen Standard allgemein schlecht. Sie sind häufig überdimensioniert und nur unzureichend gedämmt. Durch den Einbau neuer Kessel kann der Energieverbrauch im Durchschnitt um 20 % gesenkt werden. Die Pflicht zur Erneuerung ist auch deshalb hoch wirtschaftlich, da diese Anlagen „physisch und moralisch völlig verschlissen sind“. Dabei spricht die EnEV nicht vom Kesselaustausch, sondern von der Stilllegung alter Kessel. Die Neuanlage kann dabei auch ein anderes Heizungssystem sein, ggf. auch unter Nutzung erneuerbarer Energien. Ebenso wurde die Pflicht zur nachträglichen Dämmung zugänglicher Rohrleitungen und Armaturen in nicht beheizten Räumen eingeführt. Auch für den Gebäudebestand wurden Bemühungen unternommen, die Flexibilität der Planung deutlich zu erhöhen und 9 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven neue Freiräume zu schaffen In diesem Zusammenhang wird dem Planer angeboten, eine Energiebilanz für das gesamte Gebäude durchzuführen. Die dann zu erreichenden Anforderungen sind bei weitem nicht so scharf (+ 40%), wie für die Neubauten. Bei wesentlichen Änderungen am Gebäude (umfassende Maßnahmen an Außenbauteilen gekoppelt mit einer Erneuerung der Heizungsanlage) ist dies ohnehin der einzig vernünftige Weg. 1.4. Einbeziehung von Material- und Stoffkennwerten Die in der Energieeinsparverordnung in Bezug genommenen Berechnungsnormen (z.B. DIN EN 832, DIN V 4108-6, DIN ISO 6946 u.a.) benötigen als Eingangswerte die notwendigen energetischen Kennwerte für die einzelnen Bauprodukte. Dies sind sogenannte Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmedurchlasswiderstände für Baustoffe und -konstruktion sowie Bemessungswerte für Wärmedurchgangskoeffizienten von Verglasungen, Fenstern und Fenstertüren einschließlich Rahmen. Die Fundstelle für die Veröffentlichung dieser Bemessungswerte ist in den o.g. Normen nicht angegeben. Bemessungswerte können nationalen und europäischen Normen entnommen werden. Als Tabellenwerk steht die DIN EN 12524 seit Juli 2000 zur Verfügung [18]. Wichtige Bauprodukte, wie z.B. Wärmedämmstoffe oder Mauerwerksbildner, sind nicht enthalten. Bei diesen Produkten ist der Bemessungswert aus dem Nennwert zu ermitteln bzw. es müssen Bemessungswerte aus bauaufsichtlichen Zulassungen oder anderen nationalen Regelwerken ermittelt werden. Die Datenumrechnung kann für den Einzelfall manuell vorgenommen werden. Die neue (pünktlich zum Inkrafttreten der EnEV ver- Beispielgebäude A/Ve = 0,74, Soll-Werte nach EnEV: HT´,max = 0,50 W/(m2K) QP´´,max = 116,19 kWh/(m2a), Nutzung der Planungsbeispiele des Beiblattes 2 zur DIN 4108 (∆UWB = 0,05 W/m2K), eP = 1,41 (BW-Kessel), Monatsbilanzverfahren n = 0,6 h-1 n = 0,7 h-1 Freie Lüftung, dichtheitsgeprüftes Gebäude Ausgangsfall Freie Lüftung, Ohne Nachweis der Luftdichtheit (Verschlechterung in %) HT = HV = H= QP´´= HT = HV = H= QP´´= 182,84 W/K 88,59 W/K 271,43 W/K 106,77 kWh/(m2a) Abluftanlage n = 0,55 h-1 Nachweis der Luftdichtheit n50 ≤ 1,5 h-1 (Verbesserung in %) HT = 182,84 W/K HV = 81,21 W/K H= 264,05 W/K eP = 1,40 QP´´= 106,94 kWh/(m2a) Tab. 1-3 Lüftungsregime Beispielgebäude 10 182,84 W/K 103,35 W/K 286,19 W/K 113,02 kWh/(m2a) + 16,6 % + 5,4 % + 5,8 % Zu- und Abluftanlage mit Wärmerückgewinnung mit η = 0,80 Nachweis der Luftdichtheit n50 ≤ 1,5 h-1 Berücksichtigung der WR-Gewinne nach DIN V 4701-10 (Verbesserung in %) HT = 182,84 W/K - 8,3 % HV = 88,59 W/K – - 2,7 % H= 271,43 W/K – eP = 1,18 0 QP´´= 93,39 kWh/(m2a) - 12,5 % 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven öffentlichte) Norm DIN V 4108-4 [19] erledigt dieses Anliegen für alle gebräuchlichen Bauprodukte übersichtlich in tabellarischer Form. Es ist zu berücksichtigen, dass aufgrund bauaufsichtlicher Festlegungen bei Dämmstoffen, die ausschließlich mit dem europäischen CE-Zeichen gekennzeichnet sind, nur die Kategorie II (Sicherheitsbeiwert 1,2) zu verwenden ist. Darüber hinaus können Bemessungswerte auch nationalen und europäischen bauaufsichtlichen Zulassungen entnommen werden. Eine dritte Möglichkeit eröffnen die bauaufsichtlichen Regelungen der Bauregelliste. Ausgewählte Bauprodukte, die noch nach nationalem Verfahren ihre Übereinstimmung mit den technischen Regeln zur Verwendung am Bau erklären müssen, haben die Möglichkeit, den Bemessungswert über technische Regeln der Bauregelliste zu ermitteln. Das sind Produkte, die bis auf die Wärmeleitfähigkeit den noch geltenden nationalen Produktnormen entsprechen. Diese Produkte sind hinsichtlich ihres Materials und Geometrie auf eine bessere Wärmeleitfähigkeit „getrimmt“. Dies betrifft insbesondere Mauerwerksbildner, wie z.B. Leichthochlochziegel, Porenbeton und Kalksandsteinprodukte. Um den Übergang von nationalen auf europäische Normen gleitend zu gestalten und der Industrie keinen unnötigen Prüfaufwand zu bescheren wurden gestützt auf sachverständige Kreise beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) folgende Übergangsregelungen ermöglicht: • Rechenwerte der Wärmeleitfähigkeit, der Wärmedurchlasswiderstände sowie von Wärmedurchgangskoeffizienten nach der Wärmeschutzverordnung, die in gültigen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen des Deutschen Instituts für Bautechnik festgelegt worden sind, dürfen im Rahmen der Gültigkeit der Zulassung als Bemessungswerte für die Berechnungen nach Energieeinsparverordnung verwendet werden. • Die bisher nach der Richtlinie über Mehrscheiben-Isolierglas der Bauregelliste des Deutschen Instituts für Bautechnik ermittelten Wärmedurchgangskoeffizienten von Verglasungen dürfen ohne Korrekturen als Bemessungswert für die Berechnungen nach Energieeinsparverordnung verwendet werden. Der Rechenwert für den Gesamtenergiedurchlassgrad nach der gleichen Richtlinie darf als Bemessungswert für die Berechnung nach Energieeinsparverordnung weiter verwendet werden, wenn er um 0,02 erhöht wird. • Rechenwerte des Wärmedurchgangskoeffizienten für Fenster und Fenstertüren nach der Wärmeschutzverordnung, die nach DIN 52619-1: 1982 - 11 durch Messung ermittelt wurden, dürfen als Bemessungswerte des Wärmedurchgangskoeffizienten weiter verwendet werden, wenn ihr Wert um 0,2 W/(m2K) erhöht wird. • Wärmedurchgangskoeffizienten für Rahmen von Fenstern und Türen, die nach DIN 52619-3: 1985-02 ermittelt wurden, dürfen als Einzelwert des Wärmedurchgangskoeffizienten für die Berechnungen nach Energieeinsparverordnung verwendet werden, wenn ihr Wert um 0,2 W/(m2K) erhöht wird. Der Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmens ist in Abhängigkeit vom Nennwert des Wärme durchgangskoeffizienten nach DIN V 4108-4: 2002-02, Tabelle 7, zu bestimmen. Nennwerte bei CE-Produkten z. Zt. Dämmstoffe DIN EN 15524 gebräuchliche Bauprodukte DIN V 4108-4 alle Produkte bis auf Materialien nach DIN EN 15524 Tabellen Tabellen Bauaufsichtliche Zulassungen z.B. für Dämmstoffe, Mauerwerk Gesonderte technische Regel nach Bauregelliste z.B. Mauerwerk Bemessungswerte Berechnungen nach EnEV Abb. 1-4 Quellen der Bemessungswerte 11 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven • Die bisher nach der Richtlinie über Rollladenkästen der Bauregelliste des Deutschen Instituts für Bautechnik ermittelten Rechenwerte des Wärmedurchgangskoeffizienten für Rollladenkästen dürfen bis zum 31. Dezember 2004 als Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten verwendet werden. Sind in bestehenden Übereinstimmungsnachweisen nur die Einhaltung der Mindestbedingungen nach der Wärmeschutzverordnung bestätigt, so darf ohne weiteren Nachweis der Bemessungswert des Wärmedurchgangskoeffizienten mit U = 0,6 W/(m2K) angesetzt werden. 1.5. Probleme bei der Durchführung der EnEV Die EnEV gilt auch ohne weitere Bestimmungen der Länder und ist seit dem 1. Februar 2002 für alle Bauherren bindend. Die Länder greifen in materielle Anforderungen der EnEV nicht ein, führen die Verordnung durch und können in diesem Zusammenhang Durchführungsbestimmungen erlassen. Solche Vollzugsregelungen dienen der Rechtssicherheit und -klarheit. Reglungsbedarf besteht dabei insbesondere bei: • Zuständigkeiten (insb. für Ausnahmen, Befreiungen) • Umsetzung der EnEV im bauaufsichtlichen Verfahren (Bauvorlage, Prüfungen, Nachweisführende etc.) • Anzeige- und Nachweispflichten Kontrollen bei Maßnahmen im Bestand (z.B. Einbeziehung des Bezirksschornsteinfegermeisters) • Ordnungswidrigkeiten Regelungen zu Bauprodukten und Anlagen Die aktuelle Übersicht zu den bereits erlassenen Regelungen kann z.B. der Internetseite der Deutschen Energieagentur (dena) entnommen werden (www.deutsche-energie-agentur.de). Jede gesetzliche Reglung, insbesondere wenn sie auf komplizierten Sachverhalten aufbaut, benötigt bei der Anwendung in speziellen Fällen eine gewisse Auslegung und Kommentierung. Um den Vollzug in den Ländern einheitlich zu gestalten und übergreifend sachgerecht für Klarheit zu sorgen haben die für den Vollzug verantwortlichen Länder eine Arbeitsgruppe zur Auslegung der EnEV als Bund/Länder-Arbeitsgruppe bei der Fachkommission Bautechnik der ARGEBAU gebildet. Ziel ist die Schaffung von Übergangsregelungen und die Auslegung von Problemfällen für allgemein interessierende Fragen für einen gleichmäßigen Vollzug in allen Ländern. Die Auslegungen werden in den Mitteilungsblättern des DIBt und vorab im Internet unter www.dibt.de (Aktuelles/EnEV) veröffentlicht. Bis Januar 2003 waren ca. 30 Fragen ausgelegt. Sie betreffen vor allem Fragen zur Einbeziehung erneuerbarer Energien, zur Bewertung der Anlagentechnik und Bestandsmodernisierung und waren z.T. auch Gegenstand von Veröffentlichungen in der Zeitschrift „Bauphysik“. 1.6. Ausblick – die neue EU-Richtlinie Am 4. Januar 2003 wurde im Amtsblatt der EU die gemeinsame Richtlinie des Rates und des Europäischen Parlamentes über die „Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden“ veröffentlicht [21]. Die Richtlinie legt Kriterien zur gesamtheitlichen Beurteilung der Energieeffizienz von Gebäuden fest (Einbeziehung von Wärmedämmung, Heizungsanlage, Warmwasserversorgung, 12 Klimaanlage, Belüftungssystem, Beleuchtung und Belichtung). Die Forderungen gehen über das bisherige Anforderungsprofil der Energieeinsparverordnung etwas hinaus. Das betrifft insbesondere die Berücksichtigung von Klimaanlagen und Beleuchtung bei Nichtwohngebäuden. Der Ansatz soll auch die südlichen Mitgliedstaaten (Anforderungen an Klimaanlagen) stärker in die Energieeinsparbemühungen der EU einbinden. Darüber hinaus ist es ein Anliegen der Kommission, einen integrierten Ansatz (wie er von Deutschland mit der Energieeinsparverordnung in Verbindung mit der EN 832 schon weitestgehend umgesetzt wird) durchzusetzen. Besondere Bedeutung hat die Festlegung, Energieausweise für alle Gebäude schrittweise einzuführen. Damit soll die Transparenz für den Verbraucher verbessert und der Druck auf den Markt hinsichtlich der Energieeffizienz erhöht werden. Deutschland hat darauf hingewirkt, dass in die Erwägungsgründe zur Richtlinie ein Passus aufgenommen wurde, mit dem die Kommission zur Erteilung eines Auftrages zur entsprechenden Weiterentwicklung der Normen aufgefordert wird. Es gilt, ingenieurmäßige Modelle zu entwickeln, die die bisherige Norm EN 832 erweitern. Dazu wurde in Deutschland ein gemeinsamer Normenausschuss der Bau- und Anlagentechnik (NABau 00.82.00) geschaffen. Er soll insbesondere Berechnungsansätze für die Einbeziehung der Beleuchtung/Belichtung und der Klimatisierung sowie Randbedingungen für die Behandlung des Gebäudebestandes erarbeiten. Die Richtlinie sieht – analog zur EnEV – bedingte Anforderungen bei größeren Renovierungen bestehender Gebäude vor. Das bedeutet, dass bei größeren Renovierungen die Anforderungen an die energetische Qualität der verwendeten Bauteile einzuhalten sind. Die entsprechende Mindestschwelle für größere Renovierungen, von der an diese bedingten Anforderungen einzuhalten sind, ist auf Betreiben von Deutschland nicht nur (wie von der Kommission vorgesehen) als Kostenanteil der Renovierungsarbeiten am Versicherungswert des Gebäudes definiert, sondern alternativ auch als Anteil der zu renovierenden Bauteile an der gesamten Gebäude-Außenfläche in physischen Einheiten (m2). Diese Regelung bietet einen erheblich einfacheren Rechenansatz. Die Richtlinie fordert u.a. Inspektionen und Effizienzkontrollen bei Heizkesseln und Klimaanlagen ab einer bestimmten Leistung. Deutschland wird bei Klimaanlagen nationale Festlegungen treffen müssen. Bei Heizungsanlagen ist die Richtlinie bereits weitestgehend durch die 1. BImschV umgesetzt. Die Richtlinie fordert, dass bei neuen Gebäuden mit einer Gesamtnutzfläche von mehr als 1.000 m2 die technische, ökologische und wirtschaftliche Einsetzbarkeit alternativer EnergieSysteme zu berücksichtigen ist. Dies kann in Einzelgutachten für jedes Bauvorhaben geschehen, oder durch ein zentrales Gutachten des Mitgliedsstaaten umgesetzt werden. Es ist eine Methode zu entwickeln, die die verwaltungsmäßige Durchführbarkeit dieser Forderungen durch nationale technische und rechtliche Umsetzungsmechanismen gewährleistet. Mit der EnEV hat Deutschland einen Großteil der Richtlinie bereits umgesetzt. Für die vollständige nationale Umsetzung der Richtlinie ist in dieser Legislaturperiode das nationale Energieeinsparrecht (insb. Energieeinspargesetz-EnEG und Energieeinsparverordnung-EnEV) zu prüfen und ggf. anzupassen 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven (insb. für die Ausstellung von Energieausweisen, die Erweiterung der Methodik etc.). Trotz der generellen Übergangsfrist von drei Jahren erscheint der Zeitraum für nationale Reglungen und insbesondere für die damit verbundene Normungstätigkeit äußerst knapp bemessen. 1.7. Energieausweise – heute und in Zukunft Die Energieeinsparverordnung enthält in § 13 Abs. 1 Satz 3 eine Ermächtigung zum Erlass einer Allgemeine Verwaltungsvorschrift über die Erstellung von Energiebedarfsausweisen. Von dieser Ermächtigung wurde unverzüglich Gebrauch gemacht. Diese Ausweise dienen in erster Linie der Information der Bauherrn und der Nutzer, was sich unmittelbar aus dem Verweis auf Absatz 5 der EU-Richtlinie 93/76/EWG [22] ableiten lässt. wendig. In Deutschland muss im Zusammenhang mit dem konkreten Inhalt von Energieausweisen nach der Richtlinie geprüft werden, wie im Bestand ggf. auch Ausweise aufgrund einfacher Verfahren (z.B. durch Inbezugnahme von „Gebäudekategorien“) erstellt werden können und mit welchen Randbedingungen Bestandsgebäude genau berechnet werden. Des weiteren muss geprüft werden, wie die Vorgabe, Energieausweise für öffentliche Gebäude gut sichtbar auszuhängen, umzusetzen ist. Das System zukünftiger Energieausweise ist technisch vorzubereiten. Darüber hinaus wird gegenwärtig im Auftrag des BMVBW bei der Deutschen Energieagentur (dena) ein einheitliches Label für die Darstellung der Energieeffizienz von Gebäuden vorbereitet. Modelle für neue Ausweise und ein Label (siehe Abb. 1-5) sollen dann gemeinsam mit der Wohnungswirtschaft in einem Feldversuch getestet werden. Für Neubauten wurde ein Energiebedarfsausweis pflichtweise eingeführt, der auf den bei der Planung zu führenden Nachweisen aufbaut. Grundlage hierfür ist – neben dem Jahres-Primärenergiebedarf – der Endenergiebedarf, der für den Verbraucher am aussagekräftigsten ist. Mit der Verbreitung von Energiebedarfsausweisen im Neubau soll sich am Grundstücksmarkt zunehmend das Bewusstsein für die Bedeutung der energetischen Eigenschaften von Gebäuden bilden. Energieeffizienz Für den Gebäudebestand ist die Ausstellung eines solchen Ausweises nur dann obligatorisch, wenn bei einer wesentlichen Änderung des Gebäudes ein kompletter Nachweis nach EnEV erfolgt ist und somit die notwendigen Daten ohnehin verfügbar sind. Darüber hinaus kann er auch bei kleineren Maßnahmen oder bei etappenweiser Abarbeitung eines Maßnahmepaketes freiwillig erstellt werden. Ohne planerische Leistungen ist dies jedoch nicht durchführbar. Für den Gebäudebestand sollen deshalb nach § 13 Abs. 5 EnEV auch Energieverbrauchskennwerte fakultativ eingeführt, die informell einen Beitrag zur Einschätzung der energetischen Situation bei Mehrfamilienhäusern geben können. Für weitergehende, rechtsverbindliche Lösungen wie im Neubau, die eine vollständige Erfassung der energiebezogenen Merkmale des Gebäudes erforderlich machen würden, reichen die gesetzlichen Ermächtigungsgrundlagen bisher nicht aus. C Heizung und Warmwasser Geringer Energiebedarf A B D E E F G H I J Hoher Energiebedarf Abb. 1-5 Vorschlag für ein Energie-Label für Gebäude Mit der neuen EU-Richtlinie „Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden“ ist auch in Deutschland die obligatorischen Pflicht zur Erstellung von Energieausweisen für den Gebäudebestand (bisher nach EnEV i.d.R. nur für neue Gebäude) zu realisieren. Wegen des vergleichsweise hohen Anteils von Mietwohnungen bzw. Mehrfamilienhäusern dürfte schon im Frühstadium der Umsetzung der Richtlinie für eine sehr große Zahl von Wohnungen die Erstellung des Energieausweises fällig sein. Der Grund ist: Schon der erste Mieter- oder Eigentümerwechsel im Gebäude macht die Berechnung des Energiebedarfs bzw. -verbrauchs für das Gesamtgebäude erforderlich. Darüber hinaus ist bei öffentlichen Gebäuden dieser Ausweis gut sichtbar auszuhängen. Die Vorbildfunktion der öffentlichen Hand soll so gestärkt werden. Literatur: [1] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) vom 16. November 2001, Bundesgesetzblatt I, S.3085 [2] Hegner H-D.: Energieeinsparverordnung 2000, BbauBl 48 (1999) H.6, S.10 Verordnung über einen energiesparenden Wärmeschutz bei Gebäuden (Wärmeschutzverordnung – Wärmeschutz-V) vom 16. August 1994, Bundesgesetzblatt I, S.2121 [3] Da die Rechenmethodik zur Erstellung des Bedarfsausweises für neue Gebäude nicht ohne weiteres auf bestehende Gebäude übertragbar ist, sind hier Weiterentwicklungen not- 13 1 Erfahrungen mit der EnEV – Auslegung, Vollzug, Perspektiven [4] Hauser, G. und Maas A.: Überprüfung des Wirtschaftlichkeitsgebotes des Energieeinspargesetzes bei den neuen Anforderungen der Wärmeschutzverordnung 1999 Teil II – Wirtschaftlichkeitsberechnung auf der Grundlage konkreter Konstruktion und Baukosten, Informationszentrum für Raum und Bau Stuttgart (2000) [5] DIN EN 832: 1998-12 „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Berechnung des Heizenergiebedarfs.“ Beuth Verlag GmbH [6] DIN V 4701-10: 2001-02 „Energetische Bewertung von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen, Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung.“ Beuth Verlag GmbH [7] DIN V 4108-6: 2000-11 „Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil 6: Berechnung des Jahresheizenergiebedarfs.“ Beuth Verlag GmbH [8] [9] [10] www.dibt.de\Aktuelles\Energieeinsparverordnung Auslegungen der Bund/Länder-Projektgruppe zur EnEV bei der Fachkommission Bautechnik der ARGEBAU DIN EN ISO 13789: 1999-10 „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden, Spezifischer Transmissionswärmeverlustkoeffizient, Berechnung“. Beuth Verlag GmbH [14] Hegner, H.-D.; Vogler, I.: Energieeinsparverordnung EnEV – für die Praxis kommentiert, Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH und Co. KG, Berlin, 2002 [15] DIN V 4108-7: 2001-08 Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden, Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele. Beuth Verlag GmbH [16] Feist W.: Überprüfung der bedingten energetischen Anforderungen im Gebäudebestand bei Beibehaltung der gegenwärtigen Rechtsgrundlage der Wärmeschutzverordnung. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau, Dez. 1997 [17] Feist, W.: Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen ausgewählter Energiesparmaßnahmen im Gebäudebestand, Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft (1998). [18] DIN EN 12524: 2000-07 „Baustoffe und Bauprodukte – Wärme- und feuchteschutztechnische Eigenschaften, Tabellierte Bemessungswerte“. Beuth Verlag GmbH [19] DIN V 4108 – 4: 2002-02 „Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte“. Beuth Verlag GmbH [20] Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (1. BImschV) in der Neufassung der Verordnung vom 14. März 1997, Bundesgesetzblatt I, S. 490 [21] Richtlinie 2002/91/EG des Rates und des Europäischen Parlaments vom 16. 12.2002 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L 1/65 vom 4.01.2003 [22] Richtlinie 93/76/EWG der Rates vom 13. September 1993 zur Begrenzung der Kohlendioxidemissionen durch eine effizientere Energienutzung (SAVE), Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L 237/28 vom 22. 09.1993 DIN EN ISO 13370: 1998-12 „Wärmetechnischen Verhalten von Gebäuden, Wärmeübertragung über das Erdreich, Berechnungsverfahren“. Beuth Verlag GmbH [11] DIN EN ISO 6946: 1996-11 „Bauteile - Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient, Berechnungsverfahren“ Beuth Verlag GmbH [12] DIN V 4108-2: 2001-03 „Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden, Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz.“ Beuth Verlag GmbH [13] Hegner, H.-D., Hauser, G.: Moderne Ansätze für das energiesparende Bauen statt alter Behauptungen!, BbauBl 50 (2001) H.8 14 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke 2. Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke Prof. Dr.-Ing. Heinz-Martin Fischer 2.1. Neue Regelwerke für den baulichen Schallschutz Die aktuelle Normungssituation ist im baulichen Schallschutz durch die Neuerarbeitung der DIN 4109 („Schallschutz im Hochbau“) geprägt. Brauchen wir eine neue DIN 4109? Mit Hinblick auf die harmonisierten europäischen Normen des baulichen Schallschutzes gibt es darauf eine eindeutige Antwort: unabhängig von der Diskussion, ob eine neue DIN 4109 wirklich gebraucht wird, wird die Überarbeitung alleine durch die Existenz der europäischen Normen und deren Vorgaben de facto erzwungen. Die maßgeblichen Gründe dafür sind: • Änderung von Prüfverfahren: der bisherige Prüfstand mit bauähnlicher Flankenübertragung wurde abgeschafft. Kennzeichnende Größe für die Prüfung der Schalldämmung von Bauteilen im Labor ist ausschließlich R bzw. Rw. • Die neuen Berechnungsverfahren sind (weitgehend) nicht kompatibel mit den Verfahren der DIN 4109. • Der derzeitige Bauteilkatalog (Ausführungsbeispiele in Beiblatt 1 [1]) muß völlig überarbeitet werden, da alle Angaben auf der Basis von R’w hinfällig geworden sind und neue Größen (Stoßstellendämm-Maß kij) für den rechnerischen Nachweis dazugekommen sind. Andererseits aber wird auch deutlich, dass unabhängig vom äußeren Handlungsdruck eine Überarbeitung als Chance zur konstruktiven Änderung der DIN 4109 verstanden werden kann. Folgerichtig wurde vom zuständigen Normungsgremium NABau-DIN 4109 die Überarbeitung der DIN 4109 beschlossen. Entgegen den ursprünglichen Absichten, lediglich das Beiblatt 1 zu DIN 4109 einer Überarbeitung zu unterziehen, stellte es sich bald als zweckmäßig heraus, in diesem Zusammenhang gleich die gesamte DIN 4109 zu überarbeiten. Inzwischen sind auch bei uns alle bauakustischen Meß- und Prüfverfahren auf europäische Normen umgestellt worden. „Restnormen“, die solche Teile der DIN 52 210 aufgreifen, die von den europäischen Meß- und Prüfverfahren (noch) nicht abgedeckt werden, sind erarbeitet worden. So liegt seit 1997 der überarbeitete Teil 7 der DIN 52 210 [2] vor und auch ein neues Beiblatt 4 zu DIN 4109 wurde erarbeitet [3]. In diesem geänderten Umfeld mußten auch notwendige Anpassungen vorgenommen werden, um mit der derzeitigen DIN 4109 für den Schallschutznachweis handlungsfähig zu bleiben. Beiblatt 3 zu DIN 4109 [4] verdankt dieser Anpassung seine Entstehung. Mittlerweile ist erkennbar, dass die „alte“ DIN 4109 isoliert in einer geänderten Normungsumgebung steht. Auch von dieser Seite her erweist sich der Entschluss zu einer neuen DIN 4109 als zukunftsgerichtet. 2.2. Ausgangspunkt: die europäischen Normen des baulichen Schallschutzes Die für den Bausektor geltenden Voraussetzungen zum europäischen Binnenmarkt wurden in der Bauproduktenrichtlinie des Jahres 1988 niedergelegt [5]. Danach sind „harmonisierte“ (d.h. vereinheitlichte) Normen für Bauprodukte in all denjenigen Bereichen, die sogenannte „wesentliche Anforderungen“ an Bauwerke enthalten, zu erstellen. Zu diesen wesentlichen Anforderungen gehört auch der Schallschutz. Damit ist eindeutig festgelegt, daß auch der Bereich des baulichen Schallschutzes auf europäischer Ebene zu regeln ist. Im „Grundlagendokument Schallschutz“ [6] wurden die den baulichen Schallschutz betreffenden Vorgaben konkretisiert. Was soll nun auf europäischer Ebene „harmonisiert“ werden? Entgegen der Vermutung, daß infolge der Bauproduktenrichtlinie nur das einzelne Bauprodukt betroffen sei, wurde der Geltungsbereich vielmehr eindeutig auch auf die Eigenschaften fertiger Gebäude ausgedehnt. Drei Bereiche werden durch die CEN-Normen abgedeckt: • Prüfverfahren zur Ermittlung der schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen, aber auch kompletter Gebäude. • Bewertungsverfahren, mit denen die meßtechnisch ermittelten Eigenschaften von Bauteilen und Gebäuden durch einen einzigen Wert („Einzahlwert“) charakterisiert werden können. • Berechnungsverfahren, mit deren Hilfe die bauakustische Qualität eines Gebäudes, z.B. im Rahmen der Prognose oder eines Nachweisverfahrens, rechnerisch ermittelt werden kann. Unter zahlreichen Änderungen, die im Detail oft nur für Prüfstellen von Bedeutung sind, sollen hier diejenigen erläutert werden, die sich in der Schallschutzpraxis als bedeutsam für die Planung herausgestellt haben. 2.3. Änderungen bei Messverfahren Die messtechnische Ermittlung von Kennwerten für luft- und trittschalldämmende Bauteile erfolgt nach den europäischen Prüfverfahren schon seit einiger Zeit nur noch in Wand- und Deckenprüfständen ohne Flankenübertragung. Der bisherige deutsche „Prüfstand mit bauähnlicher Flankenübertragung“ nach DIN 52 210–2 [7] ist damit abgeschafft worden. Meßgrößen im Labor sind nun nur noch R statt R' für die Luftschalldämmung und Ln statt L'n für die Trittschalldämmung. 2.4. Änderungen bei Bewertungsverfahren Bei der Ermittlung von Einzahlangaben haben sich folgende Änderungen ergeben: • Bauteile werden nur noch durch Rw und Ln,w gekennzeichnet. R'w und L'n,w gibt es nur noch bei Gebäuden. Dies hat Auswirkungen auf das Nachweisverfahren der DIN 4109 und die Ausführungsbeispiele im Beiblatt 1 zu DIN 4109. • Der Schallschutz in Gebäuden kann außer durch R'w und L'n,w auch mit anderen Einzahlangaben (z.B. den nachhallzeitbezogenen Größen Dn,T,w , L'n,T,w) gekennzeichnet werden. Durch zusätzliche sogenannte Spektrum-Anpassungswerte können bei der Ermittlung von Einzahlangaben verschiedene 15 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke Schallpegelspektren unterschiedlicher Lärmquellen berücksichtigt werden. Bei der Kennzeichnung der Luftschalldämmung von Bauteilen sind neben Rw obligatorisch die Spektrum-Anpassungswerte C (für eine Anregung mit A-bewertetem Rosa-Rauschen) und Ctr (für eine Anregung mit A-bewertetem städtischen Straßenverkehrslärm) anzugeben. Bei der Bewertung der Trittschalldämmung kann zusätzlich ein Anpassungswert CI ermittelt werden, der die tatsächliche Anregung von Decken durch Gehen besser berücksichtigt. Die Angabe von CI ist allerdings nicht verbindlich. Die SpektrumAnpassungswerte können für verschiedene Frequenzbereiche angegeben werden. 2.5. Änderungen bei Berechnungsverfahren Auch wenn gelegentlich zu hören ist, daß insbesondere für die Berechnungsverfahren auf europäischer Ebene kein Normungsbedarf bestände, ist hierfür durch die EU-Vereinbarungen ein eindeutiger Normungsauftrag erteilt worden. Dies ist im Sinne eines gemeinsamen Marktes auch nur folgerichtig, da Handelshemmnisse nicht nur beim Warenaustausch, sondern auch im Dienstleistungsbereich abgebaut werden sollen. Konsequenterweise sollen deshalb nicht nur die Produkteigenschaften einheitlich gekennzeichnet werden, sondern auch die Berechnungsverfahren über die Grenzen hinweg gemeinsamen Grundsätzen folgen. Durch das „Grundlagendokument Schallschutz“ [6] ist deshalb festgelegt worden, dass im Rahmen der europäischen bauakustischen Normung auch Berechnungsverfahren zu erarbeiten sind. Es handelt sich dabei um folgende Teile: • • • • • Teil 1: Teil 2: Teil 3: Teil 4: Teil 5: Luftschalldämmung zwischen Räumen Trittschalldämmung zwischen Räumen Luftschalldämmung gegen Außenlärm Schallübertragung von Räumen ins Freie Schallpegel von haustechnischen Anlagen und Installationen in Räumen • Teil 6: Nachhallzeit in Räumen. Die Teile 1 bis 4 sind seit längerer Zeit bereits im Weißdruck erschienen und liegen inzwischen in deutscher Übersetzung auch als DIN EN–Normen der Normenreihe 12354 vor [8 -11]. Teil 5 befindet sich zur Zeit noch in Bearbeitung. Ein erster Normentwurf wurde vorgelegt. Für Teil 6 wurde der Schlußentwurf erarbeitet. 2.6. Das CEN-Rechenmodell für den Luftschall Die Rechenverfahren folgen im wesentlichen den physikalisch nachvollziehbaren Gegebenheiten [12]. Das Grundprinzip ist einfach: berücksichtigt werden alle Schallübertragungswege, deren einzelne Beiträge zur gesamten Schallübertragung aufsummiert werden. Jeder Weg kann unabhängig von den anderen Wegen behandelt und berechnet werden. Besondere Beachtung wird der flankierenden Übertragung beigemessen. Bei der üblichen Übertragungssituation (1 Trennbauteil, vier flankierende Bauteile) sind insgesamt 13 verschiedene Übertragungswege zu berücksichtige. Davon entfallen 12 Wege auf die flankierende Übertragung. Für jeden dieser Übertragungswege kann ein eigenes Schalldämm-Maß ermittelt werden. Die resultierende Schalldämmung R’w unter Berücksichtigung aller flankierenden Wege ergibt sich dann durch „energetische“ Addition der einzelnen Schalldämm-Maße. 16 Abb. 2-1 Berücksichtigung der einzelnen Übertragungswege im vereinfachten Modell nach DIN EN 12354-1 Dd: Direkt-Übertragung; Ff, Fd und Df: Flankenwege Es ist klar, dass diese Berechnung nicht von Hand sondern mit Hilfe geeigneter Berechnungsprogramme durchgeführt wird. Der befürchtete zusätzliche Aufwand gegenüber der derzeitigen Nachweismethode kann dadurch drastisch gesenkt werden. Vor allem aber muß auf einen wesentlichen Vorteil hingewiesen werden, der sich durch den vorliegenden Berechnungsansatz ergibt: der Anteil jedes Übertragungsweges an der Gesamt-Schalldämmung kann einzeln betrachtet werden und bezüglich seines Einflusses auf das Endresultat beurteilt werden. Im Einzelfall kann, falls der Bedarf nach detaillierterer Betrachtung existiert, durch Variation der konstruktiven Eigenschaften die Auswirkung von Alternativlösungen auf den zu planenden Schallschutz ermittelt werden. Den physikalischen Gegebenheiten folgend werden nicht nur die Eigenschaften der einzelnen Bauteile sondern auch die akustischen Eigenschaften von Bauteilverbindungen (Stoßstellen) einbezogen. Im Prinzip können Stoßstellen aller in der Praxis auftretenden Bauteilverbindungen in die Berechnung eingebunden werden, sofern die dafür benötigten Daten verfügbar sind. Die neue, dafür benötigte Größe ist das so genannte Stoßstellendämm-Maß kij, durch welches die Schallübertragung über die Bauteilverbindung hinweg charakterisiert wird. Darüber hinaus können bei allen Bauteilen Vorsatzkonstruktionen (z.B. Vorsatzschalen vor Wänden, schwimmende Estriche auf Böden) separat berücksichtigt werden. Die Rechenverfahren verwenden als Eingangsdaten diejenigen Kenngrößen, die auch in den Bauteilprüfungen nach harmonisierten Prüfverfahren ermittelt werden können. In so genannten „Detaillierten Modellen“ wird die Rechnung frequenzabhängig durchgeführt. Benötigt werden deshalb auch frequenzabhängige Eingangsdaten. Zusätzlich zu diesen frequenzabhängigen Berechnungen gibt es sogenannte „Vereinfachte Modelle“, in denen die Berechnung auf Einzahlangaben basiert. 2.7. Bauteildaten für die Berechnung Bauteilsammlungen, die wie in Beiblatt 1 zu DIN 4109 eine umfangreiche Zusammenstellung von Ausführungsbeispielen 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke beinhalten, sind in diesen Rechenverfahren nicht vorgesehen. Jedoch enthalten sogenannte „informative Anhänge“ eine Anzahl von Beispielen, die aber nicht den Anspruch auf repräsentative Darstellung erheben wollen und können. Ein „Europäischer Bauteilkatalog“ ist somit nicht verfügbar. Zu berücksichtigen ist, dass die in den informativen Anhängen der europäischen Berechnungsnormen genannten Daten nicht als verbindliche Angaben zu betrachten sind. Sie haben vielmehr beispielhaften, unverbindlichen Charakter, so daß je nach Anwendungsbereich vom Nutzer selbst definierte oder auf nationaler Ebene vereinbarte Bauteildaten verwendet werden können. Für die Anwendung der europäischen Rechenverfahren im Rahmen einer neuen DIN 4109 besteht jedoch Einigkeit darüber, daß auch zukünftig ein Bauteilkatalog zur Durchführung des Schallschutznachweises verfügbar sein muß. Für den nach DIN 4109 zu führenden Schallschutznachweis wird es deshalb auch zukünftig einen eingeführten Bauteilkatalog geben, vergleichbar dem derzeitigen Beiblatt 1 zu DIN 4109. Er muß auf der Basis der europäischen Vorgaben erstellt werden. An der Erstellung eines solchen Bauteilkatalogs wird gearbeitet. 2.8. Handlungsbedarf für die DIN 4109 Die europäische Normung greift tief in die derzeitige deutsche Normungspraxis im baulichen Schallschutz ein. Zwar sind die Anforderungswerte davon ausdrücklich nicht betroffen, doch berühren harmonisierte Prüfverfahren und Rechenmethoden Konzept und Inhalt der DIN 4109 und deren Beiblatt 1 so weitgehend, dass eine komplette Überarbeitung notwendig wurde. Für die Umsetzung der europäischen Normen sind vor allem die folgenden Schritte erforderlich: • harmonisierte Rechenverfahren hinsichtlich der deutschen Baubedingungen verifizieren, • den Bauteilkatalog überarbeiten, vor allem Eingangsdaten für die Direktdämmung massiver Bauteile und Eingangsdaten für Stoßstellendämm-Maße kij verfügbar machen, • Handlungsanleitungen zur Handhabung der Rechenverfahren erstellen (Anwendungsdokumente). Betroffen vom Umstellungsdruck ist vor allem der Massivbau, da dort alle bisherigen Bauteildaten auf der Basis von R’w-Werten nicht mehr verwendet werden können und für die Stoßstellendämm-Maße ebenfalls nicht auf Vorhandenes zurückgegriffen werden kann. Neue Werte müssen in beiden Fällen erst ermittelt und verifiziert werden. 2.9. Umsetzung der europäischen Berechnungsverfahren Bei der Umsetzung im Rahmen der neuen DIN 4109 spielen die ersten beiden Teile der Normenreihe DIN EN 12354 die wichtigste Rolle. Insbesondere zum Teil 1 (Luftschalldämmung) wurden von mehreren Stellen Untersuchungen durchgeführt, die sich mit der Anwendung des Berechnungsverfahren und der Erarbeitung von Daten für den Bauteilkatalog beschäftigen. Eine Vorreiterrolle spielen in diesem Zusammenhang die Untersuchungen für den Mauerwerksbau, z.B. [13, 14, 15]. Grundsätzlich wurde die Entscheidung getroffen, dass beim für die DIN 4109 durchzuführenden Schallschutznach- weis auf das sog. „Vereinfachte Modell“ zurückgegriffen wird: die gesamte Berechnung wird nicht frequenzabhängig (wie im „Detaillierten Modell“) sondern mit Einzahlwerten durchgeführt. Auch bei der Umsetzung von Teil 2 (Trittschalldämmung) soll auf das Vereinfachte Modell zurückgegriffen werden. Dieses entspricht im wesentlichen dem derzeitigen Verfahren (äquivalenter bewerteter Norm-Trittschallpegel Ln,w,eq und bewertete Trittschallminderung DLw), berücksichtigt aber zusätzlich für die flankierende Trittschallübertragung einen Korrekturfaktor, der in Abhängigkeit von der mittleren flächenbezogenen Masse der flankierenden Bauteile ermittelt wird: L’n,w = Ln,w,eq - ∆Lw + K Inwiefern das primär für den Massivbau vorgesehene vereinfachte Verfahren auch für andere Situationen zutreffend ist, bedarf noch einer näheren Überprüfung. Kern des in Teil 3 beschriebenen Verfahrens ist die Ermittlung des resultierenden Schalldämm-Maßes einer Fassade aus den Teilschalldämm-Maßen. Insofern entspricht die Vorgehensweise derjenigen der DIN 4109, wobei zusätzlich aber auch flankierende Übertragungswege mitberücksichtigt werden können. Über Einzelheiten der konkreten Umsetzung wurde noch nicht entschieden. Teil 4 behandelt die Schallabstrahlung durch Gebäude. Dieser Themenkomplex wird durch die DIN 4109 nicht abgedeckt, und es ist auch nicht vorgesehen, ihn in ihren Zuständigkeitsbereich zu übernehmen. Hinsichtlich der DIN 4109 besteht damit auch kein Umsetzungsbedarf. Jedoch wird Teil 4 die VDI-Richtlinie 2571 (Schallabstrahlung von Industriebauten) zukünftig ersetzen. Für die Umsetzung ist dagegen Teil 5 von großer Bedeutung, da hier der bislang stets stark vernachlässigte Bereich der haustechnischen Anlagen aufgegriffen wird. Im zuständigen Normungsgremium CEN/TC126/WG2 wird zur Zeit an Methoden zur Berechnung der Luft- und Körperschallübertragung haustechnischer Anlagen gearbeitet. Es ist jedoch abzusehen, dass die Normungsarbeit an diesem Teil noch lange Zeit in Anspruch nehmen wird, da mit den Berechnungsmöglichkeiten Neuland ohne verfügbare Vorarbeiten betreten werden muß. Mit einer kurz- oder mittelfristigen Einbindung in das deutsche Normenkonzept kann deshalb nicht gerechnet werden. Bei Geräuschen haustechnischer Anlagen wird man deshalb für eine längere Übergangszeit mit Interimslösungen leben müssen. Teil 6 wird im DIN 4109-Konzept als eigenständiges Nachweisverfahren keine Rolle spielen, da an Nachhallzeiten oder äquivalente Absorptionsflächen keine direkten Anforderungen gestellt werden. Vorstellbar ist höchstens, dass in Zusammenhang mit Teil 5 bei der Berechnung von Schallpegeln haustechnischer Anlagen auf ihn zurückgegriffen werden könnte. 2.10. Auswirkungen auf die Planung des Schallschutzes Für den Massivbau hat die europäische Normung schwerwiegende Folgen. Nach dem Wegfall des früheren Prüfstandes mit bauähnlicher Flankenübertragung gibt es zur Kennzeich- 17 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke nung der Schalldämmung eines Bauteils nur noch das Schalldämm-Maß R bzw. dessen Einzahlwert Rw. Die durchzuführende Laborprüfung im nebenwegfreien Prüfstand sorgt dafür, dass ausschließlich die über das Trennbauteil übertragene Schallleistung in den Kennwert eingeht. Das ist von der europäischen Normung so gewollt, da man eine eindeutige Kennzeichnung der Bauteileigenschaften, nicht aber eine Vermischung mit den Eigenschaften flankierender Bauteile fordert. Wie kommt man nun aber zum Schallschutz im Gebäude? Das wird zukünftig nur noch durch Berechnung erfolgen. Ein „Hineinmessen“ der flankierenden Übertragung, wie dies im früheren Prüfstand mit bauähnlicher Flankenübertragung der Fall war, ist damit nicht mehr möglich. Das Schalldämm-Maß Rw (zur Beschreibung der Bauteileigenschaft) und der Schallschutz im Gebäude (beschrieben z.B. durch das Bau-Schalldämm-Maß R’w) sind damit zwei völlig verschiedene Dinge. Diese Trennung zwischen Bauteil- und Gebäudeeigenschaften hat Konsequenzen: anstelle eines „Nachweises der Eignung der Bauteile“ geht es nun eindeutig um den „Nachweis des Schallschutzes in Gebäuden“. In dieser Art wird der zukünftige Schallschutznachweis der DIN 4109 durchzuführen sein. Auf dem Hintergrund der derzeitigen DIN 4109 ist das für den deutschen Anwender eine neue Vorgehensweise. Gezielt wird nun die flankierende Übertragung in die Berechnung aufgenommen, so daß die Eigenschaften der Flankenwege für die Berechnung bekannt sein müssen. Es wird damit möglich, von der konstruktiven Seite her die flankierende Übertragung in die Planung aufzunehmen. Zugleich erfolgt damit aber auch eine eindeutige Trennung der Verantwortungsbereiche und ein eindeutiger planerischer Ansatz: der Schallschutz ist eindeutig zur Aufgabe für die Planung geworden. Es ist Planungsaufgabe, die flankierende Übertragung in das schalltechnische Konzept einzubinden. 2.11. Die neue DIN 4109: voraussichtlicher Aufbau und wesentliche Festlegungen Für die neue DIN 4109 wird gegenüber der derzeitigen Ausgabe eine völlig neue Gliederung vorgesehen. Beabsichtigt ist dabei eine Aufteilung in inhaltlich klar von einander abgegrenzte Teile, die sich jeweils auf nur einen der folgenden Bereiche beziehen: • • • • • Mindestanforderungen an den Schallschutz Vorschläge für erhöhten Schallschutz Rechnerischer Nachweis der Erfüllung der Anforderungen Bauteilkatalog Meßtechnischer Nachweis des Schallschutzes. Die Mindestanforderungen werden denselben Umfang wie bislang abdecken: • Schutz von Aufenthaltsräumen gegenüber Schallübertragung aus einem fremden Wohn- oder Arbeitsbereich (Luftund Trittschalldämmung) • Schutz gegen Geräusche aus haustechnischen Anlagen • Schutz gegen Geräusche aus Betrieben • Schutz gegen Außenlärm. Grundsätzlich ist die Beibehaltung des derzeitigen Schallschutzniveaus vorgesehen. Diskutiert wird jedoch zur Zeit die durch die europäischen Normen gegebene Option, als kennzeichnende Größen für die Schallschutzanforderungen nach- 18 hallzeitbezogene Größen (Dn,T,w anstelle von R’w für den Luftschallschutz und L’n,T,w anstelle von L’n,w für den Trittschallschutz) heranziehen zu können. Unabhängig von der grundsätzlichen Diskussion über Vor- und Nachteile der einen oder der anderen Lösung wäre mit dem Schritt zu nachhallzeitbezogenen Größen auf jeden Fall eine eindeutige Trennung zwischen der schalltechnischen Leistungsfähigkeit eines Bauteils (Rw und Ln,w) und dem Schallschutz im Gebäude (Dn,T,w und L’n,T,w) sichergestellt. Die Vorschläge für den erhöhten Schallschutz sollen dem zur Zeit als Entwurf verhandelten neuen Teil 10 der DIN 4109 folgen [16]. Die dann getroffenen Festlegungen sollen übernommen werden. Besonderes Interesse gilt der Umsetzung der europäischen Berechnungsverfahren. Prinzipiell wäre es denkbar, hier lediglich auf die als DIN EN-Normen erschienenen Dokumente [8, 9, 10] zu verweisen. Die Besonderheiten dieser Dokumente lassen dies für die praktische Anwendung im Rahmen des beabsichtigten Schallschutznachweises aber nicht als zweckmäßig erscheinen. Dagegen spricht der zum Teil enorme Umfang der einzelnen Teile (alleine 53 Seiten für DIN EN 12354-1), von dem nur ein geringer Anteil für den eigentlichen Schallschutznachweis benötigt wird. Dies liegt daran, dass von den genannten Optionen für die Berechnung (Detailliertes oder Vereinfachtes Modell) nur das Vereinfachte Modell herangezogen werden soll und die zahlreichen Anhänge weitgehend nur informativen Charakter haben und auf sie nur partiell zurückgegriffen werden soll. Im Rahmen eines baurechtlich eingeführten Schallschutznachweises sind hingegen verbindliche Festlegungen zu treffen. Dies betrifft solche informativen Anhänge, die Angaben zu den schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen liefern und aus deutscher Sicht zumindest einer kritischen Überprüfung auf ihre Anwendbarkeit hin bedürfen. Dies betrifft aber auch solche Anhänge wie den Anhang C in DIN EN 12354-1, der einen Vorschlag für die Handhabung der sog. In-situ-Korrektur formuliert (siehe hierzu [13]). Da diese In-situ-Korrektur sich massiv auf das Endergebnis der Berechnung auswirken kann, sind für deren Handhabung verbindliche Festlegungen zu treffen. Insgesamt ergibt sich damit, das die vorliegenden Normen der DIN EN 12354-Reihe für einen praktikablen Schallschutznachweis, frei von unnötigem Ballast, nicht unmittelbar in ihrer Originalform übernommen werden sollten. Statt dessen sollen – und dies konform mit europäischen Normungsgepflogenheiten – die tatsächlich benötigten Bestandteile in einem sog. Anwendungspapier zusammengestellt und für die nationale Anwendung aufbereitet werden. Dazu gehört die Darstellung der einzelnen Berechnungsverfahren in der für unseren Schallschutznachweis benötigten Form. Dazu gehören aber auch Festlegungen zu den zu verwendenden Eingangsdaten (Daten aus Bauteilkatalog, Einzelnachweise), zur Handhabung von Unsicherheiten der Eingangsdaten und der Berechnung, zur Behandlung besonderer Bausituationen und Rechenbeispiele zu den einzelnen Rechenverfahren. Es ist die Intention, den tatsächlich benötigten Umfang der europäischen Normen – und nur diesen – in geschlossener Form so darzustellen, dass für die geforderten Nachweise nur die Dokumente der neuen DIN 4109 herangezogen werden müssen. In einem eigenen Teil (Bauteilkatalog) sollen die Eingangsdaten für den rechnerischen Nachweis des Schallschutzes zu- 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke sammengestellt werden. Gegenüber den entsprechenden Teilen des derzeitigen Beiblatts 1 sind ganz erhebliche Überarbeitungen erforderlich: • Umstellung von R’w auf Rw; dies betrifft in erster Linie den Massivbau • Berücksichtigung von Stoßstellendämm-Maßen kij • Aktualisierung und Ergänzung von Bauteildaten. Inwiefern der zuletzt genannte Punkt in absehbarer Zeit tatsächlich realisiert werden kann, hängt im wesentlichen von der Unterstützung und Mitarbeit der „interessierten Kreise“ ab. Das aufzubringende Engagement ist dabei partiell durchaus unterschiedlich. Besondere Fortschritte konnten im Mauerwerksbereich erzielt werden. Der enorme, insgesamt zu erkennende Überarbeitungs- bzw. Neuerarbeitungsbedarf läßt erwarten, dass die gewünschte Vollständigkeit des Bauteilkatalogs in vertretbarer Zeit nicht erreicht werden kann. Um dennoch Handlungsfähigkeit und ein anwendbares Dokument sicherzustellen, wird erwogen, den Bauteilkatalog als ein „dynamisch“ weiter zu entwickelndes Dokument zu verstehen, welches bei Vorliegen neuer abgesicherter Ergebnisse ergänzt werden kann. Vorteil einer solchen „dynamischen“ Konzeption wäre auch die permanente Aktualisierbarkeit des Bauteilkatalogs und damit die Gewähr eines stets aktuellen Dokuments. Dieser Aspekt gewinnt zusätzliche Bedeutung, wenn berücksichtigt wird, dass der Bereich der haustechnischen Anlagen wegen noch ausstehender europäischer Berechnungsverfahren zur Zeit noch gar nicht im Bauteilkatalog abgedeckt werden kann. Der Bauteilkatalog soll grundsätzlich auf der Basis von Einzahlwerten erstellt werden. Dies entspricht den Festlegungen für die Vereinfachten Modelle, trägt aber auch dem Gesichtspunkt Rechnung, dass ein mit frequenzabhängigen Daten zu füllender Bauteilkatalog alle derzeit bekannten Dimensionen sprengen würde . Die Angabe frequenzabhängiger Daten wird deshalb kommerziellen Softwarelösungen mit entsprechenden Datenbanken vorbehalten bleiben, die auch eine über die DIN 4109 hinausgehende Anwendung der Detaillierten Berechnungsmodelle vorsehen. Gegenüber dem derzeitigen Beiblatt 1 ist beabsichtigt, die aufgeführten Ausführungsbeispiele durch Angaben zu Herkunft und Streuung der Daten zu ergänzen. Darüber hinaus soll die Möglichkeit geboten werden, in Form von „Musterlösungen“ solche Baulösungen zu benennen, die ohne weiteren rechnerischen Nachweis mit den dafür genannten Schallschutzwerten nachgewiesen werden können. Entgegen vielen Erwartungen wird es – zumindest in absehbarer Zeit – keinen europäischen Bauteilkatalog geben. Schon in einer relativ frühen Erarbeitungsphase der EN 12354-1 zeigte sich nämlich recht schnell, dass die unterschiedlichen nationalen Vorstellungen über die Inhalte und insbesondere die anzugebende Zahlenwerte von Bauteildaten derartig divergierten, dass ein einheitlicher europäischer Bauteilkatalog erst gar nicht erwogen wurde. Ebenfalls in einem eigenständigen Dokument soll die Handhabung bauakustischer Prüfungen geregelt werden. Hierbei geht es darum, die Vorgehensweise bei der Durchführung bauakustischer Prüfungen im Labor und in Gebäuden festzulegen. Dazu sind die anzuwendenden Meßverfahren auf der Basis der aktuellen europäischen Meßverfahren zu benennen. Dort nicht geregelte Punkte bei der Meßdurchführung sind aufzunehmen. Diese sind derzeit im neuen Beiblatt 4 zu DIN 4109 [3] zusammengestellt worden. Hierbei handelt es sich um Ergänzungen aus der zurückgezogenen DIN 52 210. 2.12. Perspektiven zur Einführung Die Ausführungen dieses Beitrags lassen erkennen, dass mit der neuen DIN 4109 sowohl formal wie inhaltlich neue Wege beschritten werden. Nach zahlreichen, oft lang andauernden Diskussionen um Form und Inhalt konnten grundsätzliche Entscheidungen getroffen werden, die den Weg für die konkrete Erarbeitung freigemacht haben. Relativ weit gediehen sind insgesamt die Arbeiten im Massivbaubereich, so dass dort mit einer Fertigstellung der Normvorlagen noch im Jahr 2003 gerechnet werden kann. Von einer zusätzlichen Bearbeitungszeit von etwa einem weiteren Jahr wird für den Holz- und Leichtbaubereich ausgegangen. Unwägbarkeiten dieser Prognose ergeben sich allerdings aus der nicht ausreichend sichergestellten Unterstützung für alle noch erforderliche Arbeiten. So wird gegenüber der angestrebten Komplettlösung vorerst mit Abstrichen bezüglich Vollständigkeit und Aktualität des neuen Bauteilkatalogs gerechnet werden müssen, damit die begonnene Arbeit in absehbarer Zeit zum Abschluß gebracht werden kann. Schon jetzt aber sollte bedacht werden, dass mit der neuen DIN 4109 ein völlig neues Konzept verfolgt wird, das bei seiner Einführung mit Sicherheit noch bei weitem nicht alle seine Möglichkeiten ausgereizt haben wird. 2.13. Umsetzung der europäischen Normen des baulichen Schallschutzes für die Porenbetonindustrie Unter diesem Namen wurde an der Fachhochschule Stuttgart/Hochschule für Technik (HfT) im Auftrag der Forschungsvereinigung Porenbetonindustrie e.V. und mit Förderung durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF) ein umfangreiches Forschungsvorhaben durchgeführt. Ziel war die Erarbeitung von Grundlagen, Berechnungsdaten und Anwendungskriterien, um für die Porenbetonindustrie Handlungsfähigkeit im Rahmen der europäischen Vorgaben und einer neuen DIN 4109 herzustellen. Im Einzelnen ging es dabei um die folgenden Fragestellungen: • Verifizierung des CEN-Berechnungsverfahrens für das Bauen mit Porenbeton. • Ermittlung abgesicherter Daten für die Schalldämmung und Stoßstellendämmung von Porenbeton. • Erarbeitung von Musterlösungen für Gebäude mit Porenbeton. Die Untersuchungen sind vollständig in einem Forschungsbericht [17] dokumentiert und finden derzeit Eingang in die aktuelle Normungsarbeit. Mit den abgesicherten Eingangsdaten für Mauerwerk aus Porenbeton und den gewonnenen Erkenntnissen zur Handhabung des Rechenverfahrens kann zukünftig der Schallschutz in Gebäuden mit Mauerwerk aus Porenbeton ausreichend genau vorherberechnet werden. Die Umsetzung der CEN-Rechenverfahren für Porenbetonbauteile ist somit gewährleistet. 19 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke 2.14. Daten für die Schalldämmung von Mauerwerk aus Porenbeton Voraussetzung für die Anwendbarkeit der neuen Berechnungsverfahren ist die Verfügbarkeit geeigneter und abgesicherter Daten für die schalltechnischen Eigenschaften der verwendeten Bauteile. Für die Direktdämmung von Mauerwerk kann dabei aus den in Abschnitt 3 genannten Gründen nicht mehr auf die bisherigen Werte der DIN 4109 (Beiblatt 1, Tabelle 1) zurückgegriffen werden. Da die nun geforderten Schalldämm-Maße Rw (ermittelt ohne flankierende Übertragung!) nicht verfügbar waren, mussten sie komplett neu gewonnen werden. Dies war eine vorrangige Aufgabe der in [17] durchgeführten Forschungsarbeiten, um die Handlungsfähigkeit im neuen Normenkonzept herzustellen. Grundlage für die Erstellung eines neuen und zuverlässigen Datenbestands für die Schalldämmung von Porenbeton waren Messungen an ausgewählten Porenbetonwänden in Prüfstellen, die für die Durchführung von Eignungsprüfungen zugelassen sind. Bei diesen Prüfungen wurden anhand eines dafür ausgearbeiteten Pflichtenheftes alle schalltechnisch relevanten Merkmale erfasst. Insbesondere wurde bei den Untersuchungen in nebenwegfreien Prüfständen auch jeweils der Verlustfaktor der Prüfwand in eingebautem Zustand messtechnisch erfasst, da sich dieser Einfluss als bedeutsam für das Messergebnis und dessen Anwendbarkeit herausgestellt hat [13, 14]. Ergänzend zu diesen Untersuchungen konnten zur Unterstützung der Aussagen noch Ergebnisse aus anderen Prüfstandsuntersuchungen herangezogen werden, die die vorliegenden Ergebnisse bestätigten und damit weiter absichern konnten. Begleitend und ergänzend zu den hier vorgestellten Untersuchungen wurden weitere Untersuchungen der schalltechnischen Eigenschaften von Porenbeton am Fraunhofer-Institut für Bauphysik durchgeführt [19, 20, 21]. Diese Untersuchungen wurden in enger Abstimmung mit den Untersuchungen an der HfT-Stuttgart [17] durchgeführt, so dass ein direkter Bezug zu diesen hergestellt werden konnte und insgesamt eine abgesicherte Festlegung der Schalldämm-Maße für Porenbeton möglich wurde. Auf der Basis experimentell ermittelter Materialeigenschaften (Rohdichte, Feuchte, E-Modul, PoissonZahl, Verlustfaktor) [19] wurden in [20,] und [21] Berechnungen der Schalldämmung von Porenbetonwänden durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass eine vermörtelte Porenbetonwand als quasi homogene Platte betrachtet werden kann. Die aufgebrachten Putzschichten spielen für die Schalldämmung, außer der dadurch geringfügig erhöhten flächenbezogenen Masse, praktisch keine Rolle. Durch vergleichende Berechnungen für andere Materialien wurde außerdem festgestellt, dass Mauerwerk aus Porenbeton höhere Werte der Schalldämmung aufweist als gleich schwere Wände aus anderen Materialien höherer Rohdichte. Die durchgeführten Untersuchungen führten insgesamt zu dem Resultat, dass auch weiterhin die Angabe einer Massekurve zur Vorhersage der Schalldämmung von Mauerwerk aus Porenbeton berechtigt und ausreichend ist. Weitere Parameter müssen bei üblichen Anwendungsfällen nicht berücksichtigt werden. Damit besteht trotz der theoretisch komplexen Zusammenhänge für die praktische Anwendung eine einfache Prognosemöglichkeit für die Schalldämmung von Porenbeton. 70 Porenbeton schwere homogene Massivbauteile Schaslldämm-Maß RW [dB] EN 12354-1 B2 60 50 40 30 50 150 250 flächenbezogene Masse m’ [kg/m2] Abb. 2-2 Bewertetes Schalldämm-Maß Rw in Abhängigkeit von der flächenbezogenen Masse 20 350 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke Die aus den genannten Untersuchungen ermittelte neue Massekurve ist im nachfolgenden Bild dargestellt. Die Formel zur Berechnung dieses Zusammenhangs kann für die Berechnung des Schalldämm-Maßes für Porenbetonbauteile wie folgt angegeben werden: Rw = 26,1 log (m') – 8,4 [ m' in kg/m2] Die Berechnung des Schalldämm-Maßes nach dieser Formel liefert bereits auf den mittleren Verlustfaktor am Bau bezogene Werte, was zu einer weiteren Verbesserung der Prognosegenauigkeit führt. Damit kann der errechnete Wert direkt ins vereinfachte Rechenverfahren eingesetzt werden, ohne dass eine weitere Umrechnung notwendig wird. Zu beachten ist zum derzeitigen Zeitpunkt allerdings, dass der in Abb. 2-2 und der oben genannten Formel dargestellte Zusammenhang zwischen Schalldämm-Maß und flächenbezogener Masse noch keinen Sicherheitsabschlag („Vorhaltemaß“) enthält, der gegebenenfalls noch durch pragmatische Festlegungen im zuständigen Normenausschuss festgelegt werden muss. Ergänzend zu den verifizierten Angaben für Porenbeton finden sich in Abb. 2-2 auch die im informativen Anhang B2 der DIN EN 12354-1 angegebenen Werte „für übliche monolithische Bauteile“. Diese führen zu um bis zu 9 dB geringeren Schalldämm-Maßen gegenüber der hier ermittelten Massekurve. Da die vorgeschlagene Porenbetonkurve auf sorgfältigen Messungen beruht und durch verschiedene zusätzliche Untersuchungen abgesichert ist, kann festgestellt werden, dass die Angaben nach Anhang B2 deutlich zu niedrige Werte der Schalldämmung liefern und damit den tatsächlichen schalldämmenden Eigenschaften von Porenbeton nicht gerecht werden. Zusätzlich ist in Abb.2-2 noch die Massekurve für schwere homogene Massivbauteile angegeben. Diese Werte wurden ebenfalls in Untersuchungen analog zu denjenigen für Porenbeton ermittelt und können somit unmittelbar mit ihnen verglichen werden. Der Vergleich zeigt, dass die Schalldämmung von Porenbeton über den Werten von schweren homogenen Materialien liegt. Dies ist auch theoretisch zu erwarten, wird hier aber durch die vorliegenden Untersuchungen auch zahlenmäßig belegt und quantifiziert. In der zur Zeit noch gültigen Norm DIN 4109 Beiblatt 1 ist für Materialien aus Porenbeton und Leichtbeton mit Blähtonzuschlag mit Steinrohdichten ≤ 800 kg/m3 und einer flächenbezogenen Masse bis 250 kg/m2 ein Zuschlag von 2 dB vorgesehen. Dieser „Bonus“ findet sich bei dieser Untersuchung im Vergleich zu homogenen Materialien mit höherer Rohdichte wieder und liegt hier zwischen etwa 5 dB (bei kleinen flächenbezogenen Massen) und etwa 2 dB (bei größeren flächenbezogenen Massen). Durch die Verwendung der ermittelten Massekurve für Porenbetonbauteile konnte eine deutliche Verbesserung der Übereinstimmung zwischen den Messwerten und den Rechenwerten nach DIN EN 12354-1 für die in Abschnitt 16 beschriebenen Bausituationen erreicht werden. 2.15. Behandlung von Stoßstellen Das CEN-Berechnungsverfahren macht deutlich, dass die Schallübertragung über flankierende Bauteile eine ganz wesentliche Rolle für den resultierenden Schallschutz spielt und zur maßgeblichen Aufgabe des Planers wird. Für massive Bauteile kann gezeigt werden, dass die zu bestimmende Flankendämmung von zwei Einflußgrößen bestimmt wird: die Direktdämmung des flankierenden Bauteils und die Stoßstellendämmung an der Bauteilverbindung (Stoßstelle). Die Direktdämmung wird für Porenbetonwände mit den zuvor in Abschnitt 14 genannten Ergebnissen abgedeckt. Große Unsicherheiten bestanden jedoch bei der Anwendung geeigneter Daten für die Stoßstellendämmung. Deshalb wurde diese Fragestellung mit größter Aufmerksamkeit bearbeitet, da die Qualität der benötigten Daten unmittelbar in die Berechnungsergebnisse für die flankierende Übertragung eingeht und das Endergebnis der Berechnung stark beinflusst. Grundsätzliche Fragestellungen zur Ermittlung und Handhabung von Stoßstellendämm-Maßen für Mauerwerk wurden in einem vom Bundesbauministerium geförderten Vorhaben an der HfTStuttgart untersucht [18]. Umfangreiche Untersuchungen wurden dabei auch an Stoßstellen mit einer Porenbeton-Außenwand durchgeführt. In großem Umfang fanden innerhalb verschiedener Forschungsvorhaben der HfT-Stuttgart messtechnische Untersuchungen zur Stoßstellendämmung in ausgeführten Gebäuden in Massivbauweise statt, darunter im Rahmen von [17] auch in zahlreichen Gebäuden mit Porenbeton-Mauerwerk. Für die Anwendung des Stoßstellendämm-Maßes im Rahmen eines Bauteilkatalogs kann ausgehend von den genannten Untersuchungen die folgende Vorgehensweise vorgesehen werden: eine Unterscheidung verschiedener Materialien im Massivbau, d.h. bei Verwendung von homogenem Mauerwerk aus Porenbeton, Kalksandstein und Leichtbeton sowie dem Einsatz von Stahlbetondecken ist bei der Vorherberechnung des Stoßstellendämm-Maßes nicht notwendig. Die Streuung der Ausführung in Baustellen erscheint größer als der Einfluß durch Materialparameter und Wanddicke. Eine Berechnung des Stoßstellendämm-Maßes aus dem Verhältnis der flächenbezogenen Massen der beteiligten Bauteile stellt eine einfache und in ihrer Übereinstimmung mit Messwerten im Mittel recht gute Näherung der Stoßstellendämmung dar. Die Berechnung erfolgt im Wesentlichen nach der in Anhang E zur DIN EN 12354-1 [8] dargelegten Methode. Damit lassen sich auch für das Bauen mit Porenbeton die Stoßstelleneigenschaften auf einfache Art und Weise in die Berechnung eingliedern. 2.16. Verifizierung des Berechnungsverfahrens für das Bauen mit Porenbeton Das in DIN EN 12354-1 vorgesehene Berechnungsverfahren für die Ermittlung des Schallschutzes zwischen zwei Räumen ist als allgemeingültiges Verfahren gedacht, das für die unterschiedlichsten Bauweisen Anwendung finden soll. Die Anwendbarkeit auf die bei uns übliche Massivbauweise, auch für das Bauen mit Porenbeton, wurde allerdings nicht explizit und detailliert nachgewiesen. Dazu kommt, dass einige wesentliche Schritte im Berechnungsgang (z.B. die so genannte In-situ-Korrektur zur Berücksichtigung der Einbausituation eines Bauteils) nicht bzw. nicht verbindlich festgelegt sind, so dass innerhalb des Verfahrens ein gewisser Spielraum besteht, der sich in erheblichem Maße auf das Endergebnis der Berechnung auswirken kann. Eine vorrangige Aufgabe in den durchgeführten Forschungsarbeiten [17] war es deshalb, das CEN-Berechnungsverfahren für das Bauen mit Porenbeton zu verifizieren. Hierzu wurden in ausgeführten Gebäuden um- 21 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke fangreiche schalltechnische Analysen durchgeführt, die neben der resultierenden Schalldämmung und dem Norm-Trittschallpegel mit Hilfe von Körperschallmessungen auch die flankierende Übertragung und die Stoßstellendämmung erfassten. Für die messtechnisch erfassten Gebäude wurden mittels zahlreicher verschiedener Berechnungsvarianten und Modifikationen der verwendeten Eingabedaten die schalltechnischen Verhältnisse für die Gesamtübertragung und die jeweiligen Einzelwege berechnet. Durch den direkten Vergleich mit den gemessenen Werten der realen Gebäude konnten auch Aussagen zur erreichbaren Genauigkeit der Berechnung gewonnen werden. Im Endergebnis konnte damit das CEN-Berechnungsverfahren für das Bauen mit Porenbeton verifiziert werden und ist nun für planerische Zwecke mit der notwendigen Genauigkeit und Prognosesicherheit verfügbar [15]. 2.17. Musterlösungen für Gebäude mit PorenbetonMauerwerk In der Baupraxis wird auch in schalltechnischer Hinsicht immer wieder auf bestimmte konstruktive Lösungen zurückgegriffen. Dies bedeutet, dass eine große Anzahl von ausgeführten Gebäuden bezüglich des Schallschutzes die gleichen Konstruktionsmerkmale aufweisen. Wird für solche oft ausgeführten und für einen Großteil von Gebäuden repräsentative Konstruktionen die Berechnung des zu erwartenden Schallschutzes in Form einer Musterlösung durchgeführt, so kann für alle Gebäude, die entsprechend dieser Musterlösung ausgeführt werden, die Berechnung des Schallschutzes im Einzelfall entfallen. Dies ist die Vorgehensweise, die auch Eingang in die neue DIN 4109 finden soll. Erreicht wird damit für viele Anwendungsfälle eine Vereinfachung des Planungsprozesses und sicherlich auch eine größere Akzeptanz der neuen Vorgaben für Planung und Schallschutznachweis. Gleichzeitig aber werden solche Musterlösungen auch zur Erhöhung der Planungssicherheit für den baulichen Schallschutz führen. Die Möglichkeiten derartiger Musterlösungen sollen zukünftig auch für das Bauen mit Porenbeton verfügbar sein. Bereits im Rahmen der in [17] durchgeführten Untersuchungen wurde deshalb bereits mit den notwendigen Untersuchungen zur Festlegung solcher Musterlösungen begonnen. In einer aktuellen Forschungsarbeit an der HfT-Stuttgart werden diese Untersuchungen zur Zeit weitergeführt. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um sorgfältige messtechnische Analysen des erreichten Schallschutzes und der einzelnen beteiligten Schallübertragungswege in Gebäuden, die den festgelegten Vorgaben für die beabsichtigten Musterlösungen entsprechen. Parallel wird für die beteiligten Gebäude nach den Vorgaben des CEN-Berechnungsverfahrens und mit den dazu ermittelten Eingangsdaten für das Bauen mit Porenbeton der Schallschutz berechnet und mit den gemessenen Resultaten verglichen werden. Denn eindeutige Prämisse für die Erarbeitung von solchen Musterlösungen ist hier, dass diese ausreichend durch baupraktisch nachgewiesene Ergebnisse abgesichert werden müssen. Die derart erarbeiteten und validierten Musterlösungen sollen in die weitere Normungsarbeit eingebracht werden. 2.18. Zweischaliges Mauerwerk für Haustrennwände Zweischaliges massives Mauerwerk mit durchgehender Trennfuge stellt heutzutage die übliche und den anerkannten 22 Regeln der Technik entsprechende Bauweise für Haustrennwände zwischen Doppel- und Reihenhäusern dar. Schalltechnisch relevante Ausführungsmerkmale und eine einfache Methode zur Abschätzung der erreichbaren Schalldämmung werden in Beiblatt 1 zu DIN 4109 (Abschnitt 2.3) [1] geregelt. Mit derartigen Konstruktionen ist bei richtiger Planung und Ausführung eine hohe Schalldämmung erreichbar, die bei entsprechender Dimensionierung der Konstruktion auch den Vorschlägen für den erhöhten Schallschutz genügt [16]. Gerade in der heutigen Bausituation sind diese Konstruktionen verstärkt in den Vordergrund gerückt, da sich mittlerweile ein großer Teil des Wohnungsbaus im Bereich der Doppel- und Reihenhäuser abspielt. Auch für das Bauen mit Porenbeton sind sie deshalb von zunehmender Bedeutung. In zweierlei Hinsicht ist dabei allerdings erheblicher Handlungsbedarf entstanden: erstens werden diese Haustrennwände bislang nicht im CENBerechnungsverfahren berücksichtigt, so dass der schalltechnische Nachweis mit diesem Verfahren (noch) nicht geführt werden kann. Zweitens wird in zunehmendem Maße auf die Unterkellerung des Gebäudes verzichtet. Schalltechnisch hat das erhebliche Konsequenzen, da nun die Trennfuge im Bereich der schutzbedürftigen Räume nicht mehr als durchgehend betrachtet werden kann. Dies aber wird bei den nach DIN 4109 angegebenen Konstruktionen und den dafür genannten Schalldämm-Maßen vorausgesetzt. Da vielfach keine vollständige schalltechnische Trennung mehr vorliegt, ist erhebliche Planungsunsicherheit entstanden. Aus diesem Grund werden in einem laufenden Forschungsvorhaben an der HfT-Stuttgart mit Beteiligung der Forschungsvereinigung der Porenbetonindustrie e.V. grundlegende Untersuchungen durchgeführt, die sowohl die Probleme der Berechenbarkeit als auch die konstruktiven Fragestellungen zum Inhalt haben. Zum derzeitigen Zeitpunkt, wo noch keine abschließenden Ergebnisse vorliegen, sollte seitens der Planer nur auf messtechnisch bereits abgesicherte Lösungen zurückgegriffen. Falls diese nicht vorliegen, sollte im Sinne der Planungssicherheit nicht von den nach DIN 4109 prognostizierten Werten ausgegangen werden sondern von Werten, die bei unvollständiger Trennung etwa 5 dB (zum Teil auch mehr) niedriger liegen. 2.19. Literatur [1] DIN 4109 Beiblatt 1 (Nov. 1989): Schallschutz im Hochbau; Ausführungsbeispiele und Rechenverfahren [2] DIN 52 210 (Aug. 1984): Bauakustische Prüfungen, Luft- und Trittschalldämmung [3] Beiblatt 4 zu DIN 4109: Nachweis des Schallschutzes; Güte- und Eignungsprüfung; Entwurf November 2000 [4] Beiblatt 3 zu DIN 4109 (Juni 1996): Schallschutz im Hochbau – Berechnung von R’w,R für den Nachweis der Eignung nach DIN 4109 aus Werten des im Labor ermittelten Schalldämm-Maßes Rw [5] Richtlinie des Rates vom 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten über Bauprodukte (Bauproduktenrichtlinie), Dokument 89/106/EWG, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L40/12 vom 11. Februar 1989 2 Schallschutz – neue Erkenntnisse/neue Regelwerke [6] [7] [8] Draft of Interpretative Document for the Essential Requierement Nr. 5, Protection against Noise, Council Directve 89/106/EEC, Construction Products, Document TC 57019-Rev. 2 dated 15. 07. 1993 DIN 52 210-7 (Dez. 1997): Bauakustische Prüfungen – Luft- und Trittschalldämmung – Teil 7: Bestimmung der Norm-Flankenpegeldifferenz im Prüfstand DIN EN 12354-1 (Dez. 2000): Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften; Teil 1: Luftschalldämmung zwischen Räumen [9] DIN EN 12354-2 (Sept. 2000): Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften; Teil 2: Trittschalldämmung zwischen Räumen [10] DIN EN 12354-3 (Sept. 2000): Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften; Teil 3: Luftschalldämmung gegen Außenlärm [11] DIN EN 12354-4 (April. 2001): Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften; Teil 4: Schallübertragung von Räumen ins Freie [12] Gerretsen, E.: European development in prediction models for building acoustics, Acta Acustica 2 (1994), S. 205 - 214 [13] Schneider, M., Fischer, H-M.: Warum Labordaten für die Berechnung des Schallschutzes nach DIN EN 12354 angepaßt werden müssen; Tagungsband zum 15. Bauphysikertreffen 2001, Veröffentlichungen der Fachhochschule Stuttgart – Hochschule für Technik, (2001) [14] Späh, M., Fischer, H-M.: Abgesicherte Eingangsdaten für die Berechnung des Schallschutzes nach EN 12354-1; Tagungsband zum 15. Bauphysikertreffen 2001, Veröffentlichungen der Fachhochschule Stuttgart – Hochschule für Technik, (2001) [15] Blessing, S., Fischer, H-M.: Wie genau können Berechnungsverfahren den Schallschutz prognostizieren? Tagungsband zum 15. Bauphysikertreffen 2001, Veröffentlichungen der Fachhochschule Stuttgart – Hochschule für Technik, (2001) [16] DIN 4109-10 (Entwurf Juni 2000): Schallschutz im Hochbau, Teil 10: Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz von Wohnungen [17] Blessing, S., Schneider, M., Späh, M., Fischer, H-M.: Umsetzung der europäischen Normen des baulichen Schallschutzes für die Porenbetonindustrie; Forschungsbericht Nr. 1371 der Fachhochschule Stuttgart/Hochschule für Technik zum AIF-Vorhaben Nr. 11640 N/1, Januar 2002 [18] Schneider, M., Fischer, H-M.: Messung und Anwendung des Stoßstellendämm-Maßes kij für Mauerwerkswände im Massivbau; Forschungsbericht Nr. 1353-01 der Fachhochschule Stuttgart/Hochschule für Technik, Juni 2001 [19] Maysenhölder, W.: Innere Dämpfung von Porenbeton; Bericht B-BA 4/1998 des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, 1998 [20] Maysenhölder, W.: Rechnerische Untersuchungen zur Schalldämmung von gemauerten Wänden aus Porenbetonsteinen; Bericht B-BA 2/2000 des FraunhoferInstituts für Bauphysik, 2000 [21] Maysenhölder, W., Haberkern, R.:Ermittlung einer Porenbeton-Formel für Rw; Bericht B-BA 5/2000 des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, 2000 23 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider, Dipl.-Ing. Monika Oswald 3.1 3.1 Einleitung Jedes Gebäude ist dem Gefahrenfall „Brand“ ausgesetzt. Der Verlauf von Bränden ist durch eine Vielzahl von Einflussgrößen vorgegeben, die hemmend oder begünstigend auf den Brandverlauf wirken bzw. die daraus resultierenden Schäden beeinflussen. Aufgabe des Planers ist es die Grundsätze des Brandschutzes zu beachten, d. h. das Ereignis „Brand“ muss bereits im Entwurfsstadium als Lastfall berücksichtigt werden. Entsprechend ihrer Wirkung in Bezug auf die Brandsicherheit eines Gebäudes unterscheidet man zwischen potentiellen Gefahren und Schutzmaßnahmen. Die vorzunehmenden Schutzmaßnahmen sind wiederum abhängig vom Brandrisiko und den Vorgaben in Bezug auf die angestrebten Schutzziele. Um ein bestimmtes Sicherheitsniveau im Brandschutz zu erreichen, stellt der Gesetzgeber dem Planer in Form von Richtlinien und Bestimmungen Instrumentarien zur Seite, die dazu dienen, die grundlegenden Schutzziele im Brandschutz • den Schutz von Leben und Gesundheit von Personen im betroffenen Gebäude und dessen Umgebung (Personenschutz) und • den Schutz von Eigentum und die Begrenzung finanzieller Schäden im betroffenen Gebäude und dessen Umgebung (Sachwertschutz) zu erreichen. In der Bundesrepublik Deutschland sind in jüngster Zeit in der Entwicklung der baurechtlichen Bestimmungen gravierende Änderungen in den Brandschutznormen und Baugesetzen erkennbar, die z. B. Abminderungen bezüglich der Brennbarkeit von Baustoffen und des Brandwiderstands bei den Bauteilen im Geschossbau zur Folge haben. Demgegenüber wurde mit dem Entwurf einer Technischen Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise ein Regelwerk vorgelegt, welches die Einhaltung des bisherigen Brandsicherheitsniveaus im Geschossbau sicherstellen soll. Im Folgenden wird diese Entwicklung anhand der von der Fachkommission Bauaufsicht im Okt. 2002 verabschiedeten Musterbauordnung 2002 im Detail dargelegt. Des weiteren vergleichende Risikobetrachtungen an mehrgeschossigen Wohngebäuden (> 2 Geschosse) in Holzbau- und Massivbauweise durchgeführt. Darüber hinaus wird über die Ergebnisse statistischer Erhebungen in Wohngebäuden unterschiedlicher Bauart berichtet. § 2 MBO – Begriffe Absatz 3 Satz 1 enthält eine neue, zusätzliche Gliederung der Gebäude in Gebäudeklassen, die als systematische Grundlage für das Brandschutzkonzept erforderlich ist. Die Brandschutzanforderungen lösen sich damit von der bisherigen Abstufung (im Wesentlichen) allein nach der Gebäudehöhe und richten sich nach einer Kombination dieses Kriteriums mit der Zahl und Größe von Nutzungseinheiten. Gebäude mit Nutzungseinheiten, die deutlich kleiner sind als Brandabschnitte, die gegeneinander mit Brandschutzqualität abgetrennt sind und die über ein eigenes Rettungswegsystem verfügen, wie z. B. Wohnungen, kleine Verwaltungseinheiten, Praxen, kleine Läden, stellen für die Brandausbreitung und die Brandbekämpfung durch die Feuerwehr ein geringeres Risiko dar als Gebäude mit ausgedehnten Nutzungseinheiten. Für Gebäude mit dieser Zellenbauweise (auch Kompartment-Bauweise genannt) sind daher geringere Brandschutzanforderungen vertretbar. Das Kriterium der Gebäudehöhe wird daher mit der Größe der Nutzungseinheiten kombiniert, was zur Bildung von fünf Gebäudeklassen führt. Gebäudeklasse 1 umfasst freistehende Gebäude mit einer Höhe bis zu 7 m mit nicht mehr als zwei Nutzungseinheiten von insgesamt nicht mehr als 400 m2. Das sind vor allem die freistehenden Ein- und Zweifamilienhäuser, für die bisher Sonderregelungen in den meisten Landesbauordnungen enthalten sind. Die Nutzung wird jedoch nicht mehr auf Wohnen § 2 MBO – Begriffe (3) 1Gebäude werden in folgende Gebäudeklassen eingeteilt: 1. Gebäudeklasse 1: a) freistehende Gebäude mit einer Höhe bis zu 7 m und nicht mehr als zwei Nutzungseinheiten von insgesamt nicht mehr als 400 m2 und b) freistehende land- oder forstwirtschaftlich genutzte Gebäude, 2. Gebäudeklasse 2: Gebäude mit einer Höhe bis zu 7 m und nicht mehr als zwei Nutzungseinheiten von insgesamt nicht mehr als 400 m2, 3.2 Baurechtliche Bestimmungen Die Musterbauordnung (MBO) wird von den Gremien der Bauministerkonferenz (Konferenz der für Städtebau, Bau- und Wohnungswesen zuständigen Minister und Senatoren der Länder) erarbeitet und von der Bauministerkonferenz beschlossen. Sie bildet die Grundlage für die Landesbauordnungen und für die Erarbeitung von bauaufsichtlichen Muster-Vorschriften (Verordnungen, Richtlinien) und technischen Regeln. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf diejenigen Änderungen in der MBO 2002 eingegangen, welche vor allem die Brandschutzanforderungen an Wohngebäude betreffen. 24 3. Gebäudeklasse 3: sonstige Gebäude mit einer Höhe bis zu 7 m, 4. Gebäudeklasse 4: Gebäude mit einer Höhe bis zu 13 m und Nutzungseinheiten mit jeweils nicht mehr als 400 m2, 5. Gebäudeklasse 5: sonstige Gebäude einschließlich unterirdischer Gebäude. 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten beschränkt. Ebenfalls in die Gebäudeklasse 1 sind die freistehenden landwirtschaftlichen Betriebsgebäude eingeordnet. Die gleichen Gebäude (ohne landwirtschaftliche Betriebsgebäude) sind in die Gebäudeklasse 2 eingestuft, wenn sie nicht freistehend sind. In Gebäudeklasse 3 werden alle übrigen Gebäude einer Höhe bis zu 7 m eingeordnet. Gebäudeklasse 4 umfasst Gebäude mit einer Höhe bis zu 13 m und Nutzungseinheiten mit jeweils nicht mehr als 400 m2. Alle sonstigen Gebäude einschließlich unterirdischer Gebäude fallen in die Gebäudeklasse 5. Die Einstufung in Gebäudeklassen ist unabhängig von der Einstufung als Sonderbau nach § 2 Absatz 4. Im vierten Abschnitt der MBO: Wände, Decken, Dächer sind im § 26 allgemeine Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen festgelegt. § 26 greift dabei die in der MBO Fassung 1996 im § 17 Abs. 2 und 3 a. F. enthaltenen allgemeinen Anforderungen an Baustoffe und Bauteile auf und vervollständigt diese, sodass darin nun das gesamte System der im Gesetz verwendeten Begriffe und deren Zuordnungen zueinander enthalten ist. Die technische Umsetzung der Anforderungen erfordert wie bisher eine Zuordnung der bauordnungsrechtlichen Begriffe zu Klassen von Baustoffen und Bauteilen, die sich aufgrund von Brandversuchen nach technischen Regeln (DIN 4102 bzw. DIN EN 13501) ergeben. Diese Zuordnung ist in der Bauregelliste A Teil 1 in den Anlagen 01 und 02 veröffentlicht. Absatz 1 Satz 1 nennt die auch bisher schon benutzten Bezeichnungen für die Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen. Satz 2 enthält das bisher in § 17 Abs. 2 a. F. enthaltene Verbot der Verwendung leichtentflammbarer Baustoffe. Absatz 2 Satz 1 Halbsatz 1 nennt neben den bisher benutzten Bezeichnungen für die Anforderungen an die Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen (feuerhemmend, feuerbeständig) neu eine dazwischen liegende Stufe und bezeichnet sie als hochfeuerhemmend. Den Begriffen entsprechen folgende Feuerwiderstandsdauern: • feuerhemmend : • hochfeuerhemmend: • feuerbeständig: 30 Minuten, 60 Minuten, 90 Minuten. § 27 enthält wie § 25 a. F. die Anforderungen an die tragenden Wände und Stützen. Absatz 1 Satz 1 enthält neu eine Schutzzielformulierung. Diese Schutzzielformulierung, die jeder Einzelanforderung der §§ 27 bis 32 vorangestellt ist, besteht aus zwei Elementen: • die vom Bauteil verlangte Funktion im Brandfall (hier: Standsicherheit) und • die zeitliche Dauer (ausreichend lang). Sie werden durch die geforderte Feuerwiderstandsfähigkeit in den jeweils nachfolgenden Regelungen konkretisiert, unterschieden nach Gebäudeklassen und bestimmten Fallgestaltungen. Satz 2 enthält wie § 25 Satz 1 a. F. die Feuerwiderstandsfähigkeitsanforderung. Die neue Anforderungsstufe hochfeuerhemmend wird der Gebäudeklasse 4 (Oberkante Fußboden der Aufenthaltsräume < 13 m, 400 m2 Nutzungseinheiten, s. Begründung zu § 2 Abs. 3) zugeordnet. Für Gebäude geringer Höhe der Gebäudeklassen 2 und 3 bleibt es bei der Anforderungsstufe feuerhemmend. Die in § 25 Abs. 3 a. F. enthaltene Freistellung der freistehenden zweigeschossigen Einfamilienhäuser und anderer freistehender Gebäude vergleichbarer Größe von Brandschutzanforderungen wird ausgedehnt auf alle Gebäude der Gebäudeklasse 1; die landwirtschaftlich genutzten Gebäude werden dabei wie bisher erfasst. § 27 MBO – Tragende Wände, Stützen (1) 1Tragende und aussteifende Wände und Stützen müssen im Brandfall ausreichend lang standsicher sein. 2Sie müssen folgendermaßen ausgeführt sein: 1. in Gebäuden der Gebäudeklasse 5 feuerbeständig 2. in Gebäuden der Gebäudeklasse 4 hochfeuerhemmend [neu] 3. in Gebäuden der Gebäudeklasse 2 und 3 feuerhemmend § 26 MBO – Allgemeine Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen (1) 1Baustoffe werden nach den Anforderungen an ihr Brandverhalten unterschieden in: 1. Nichtbrennbare, 2. Schwerentflammbare, 3. Normalentflammbare. 2Baustoffe, die nicht mindestens normalentflammbar sind (leichtentflammbare Baustoffe) dürfen nicht verwendet werden; dies gilt nicht, wenn sie in Verbindung mit anderen Baustoffen nicht leicht-entflammbar sind. (2) 1Bauteile werden nach den Anforderungen an ihre Feuerwiderstandfähigkeit unterschieden in: 1. Feuerbeständige, 2. Hochfeuerhemmende [neu] 3. Feuerhemmende. Die Feuerwiderstandfähigkeit bezieht sich bei den tragenden und aussteifenden Bauteilen auf deren Standsicherheit im Brandfall, bei raumabschließenden Bauteilen auf deren Widerstand gegen die Brandausbreitung … 25 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten In § 30 werden die Anforderungen an Brandwände im Detail geregelt. Hierzu wird in Absatz 1 als Schutzziel gefordert, dass Brandwände als raumabschließende Bauteile ausreichend lang die Brandausbreitung • als Gebäudeabschlusswand auf andere Gebäude, • als innere Brandwand auf andere Brandabschnitte verhindern müssen. § 30 MBO – Brandwände (1) Brandwände müssen als raumabschließende Bauteile zum Abschluss von Gebäuden (Gebäudeabschlusswand) oder zur Unterteilung von Gebäuden in Brandabschnitte (innere Brandwand) ausreichend lang die Brandausbreitung auf andere Gebäude oder Brandabschnitte verhindern. (2) … (3) 1Brandwände müssen auch unter zusätzlicher mechanischer Beanspruchung feuerbeständig sein und aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen. 2Anstelle von Brandwänden nach Satz 1 sind zulässig: 1. für Gebäude der Gebäudeklasse 4 Wände, die auch unter zusätzlicher mechanischer Beanspruchung hochfeuerhemmend sind [neu],für Gebäude der Gebäudeklasse 1 bis 3 hochfeuerhemmende Wände [neu], 3. … Die Anforderungen der nachfolgenden Absätze beziehen sich teilweise nur auf Gebäudeabschlusswände oder auf innere Brandwände. § 30 Absatz 3 Satz 1 entspricht § 28 Abs. 3 a. F. und enthält die grundsätzlichen Anforderungen an eine Brandwand. Satz 2 regelt neu die umfangreiche Zulässigkeit anderer Wände anstelle von Brandwänden mit zum Teil deutlich geringeren Anforderungen bis hin zur Verwendung brennbarer Baustoffe. Die reduzierten Anforderungen berücksichtigen die konstruktiv mögliche Aussteifung durch die (jeweils geforderte) Tragkonstruktion der Gebäude. So dürfen z. B. in Gebäuden der Gebäudeklassen 4 anstatt von Brandwänden hochfeuerhemmend ausgeführte Wände errichtet werden, die jedoch zusätzlichen mechanischen Beanspruchungen standhalten müssen. Für Gebäude der Gebäudeklassen 1 bis 3 sind sogar nur hochfeuerhemmende Wände anstelle von Brandwänden gefordert; d. h. es wird die Meinung vertreten, dass bei diesen Gebäudeklassen die Funktion einer nichtbrennbaren, feuerbeständigen Brandwand, die im Brandfall darüber hinaus zusätzlichen mechanischen Anforderungen standhält, ebenso durch eine brennbare, hochfeuerhemmende Wand gegebenenfalls ohne zusätzliche mechanische Beanspruchbarkeit erfüllt werden kann. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass Abminderungen in den brandschutztechnischen Anforderungen bzw. an das Gebäudedesign in Bezug auf die Brennbarkeit von Baustoffen und die Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen, die u. a. einen Zuwachs von brennbaren Bestandteilen am Gebäude bewirken, ohne die gleichzeitige Forderung nach zu- Gesamtbrandlast Mobile Brandlast Konstruktive Brandlast nutzungsspezifische Ausstattung, Mobilar, etc. Bauweisenspezifische Brandlast Konstruktionsneutrale Brandlast Trag- und Ausbaukonstruktionen z.B. Fenster, Türen; Installationen; Gebäudetechnik Abb. 3-1 Zusammensetzung der Brandlastanteile in einem Gebäude nach [7] 26 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten sätzlichen brandschutztechnischen Maßnahmen (z. B. anlagentechnische Einbauten in Form von Brandmelde- oder Sprinkleranlagen) eine deutliche Erhöhung des Brandrisikos in Bezug auf den Personen- und Sachwertschutz verursachen können. Zu beachten ist, dass die im Gebäude vorhandenen Baustoffe und deren Brandverhalten (brennbar/nichtbrennbar) einen wesentlichen Einfluss auf die Risikogröße „Brand“ nehmen; d. h. das im Gebäude vorhandene Gefährdungspotential ist primär abhängig von den Brandlasten, die den Brandverlauf und das Brandgeschehen maßgeblich beeinflussen. Dies gilt vor allem in Bezug auf die • Brandentstehung bzw. Brandentwicklung (Brandentstehungswahrscheinlichkeit) • Brandausbreitung (Brandausbreitungswahrscheinlichkeit) • Entstehung eines Flashovers, d. h. die schlagartige Entzündung aller brennbaren Materialien im Brandraum (Vollbrandwahrscheinlichkeit). Die Fachkommission Bauaufsicht hat die mit den geplanten Erleichterungen zu Gunsten des Holzbaus verbundenen Risiken frühzeitig erkannt und die Erarbeitung einer Technischen Richtlinie für den Holzbau in der Gebäudeklasse 4, d.h. viergeschossiger Wohnbau plus Dachgeschoss mit brennbarer Tragkonstruktion, mitangeregt, weil über diese Bauart keine Erfahrungen vorliegen und die bisher verwendeten Holzkonstruktionen im Mehrgeschossbau keine hinreichende Sicherheit bieten. 3.3 Brandlasten Das Brandgeschehen entwickelt sich in Bezug auf die oben genannten Faktoren naturgemäß umso kritischer, je größer der Anteil an brennbarem Inventar sowie an brennbaren und ungeschützten Bauteilen im und am Gebäude ist. Die Abb. 3-1 stellt die grundsätzliche Gliederung der Gesamtbrandlast in einem Gebäude dar (nach [7] und [13]). Danach setzt sich die Gesamtbrandlast aus den mobilen und den konstruktiven Brandlasten zusammen. Der Gebäudeinhalt stellt dabei die mobile Brandlast mit allen im Gebäude vorhandenen Einrichtungsgegenständen, den nutzungsspezifischen Ausstattungen und dem Mobiliar dar. Die mobile Brandlast beschreibt dabei im Wohnbau eine nur sehr schwer zu bestimmende Größe, die nicht allgemein gültig festgelegt werden kann, weil sie auch abhängig ist von den persönlichen Verhältnissen und Lebensgewohnheiten, zeitlichen Modeerscheinungen, dem sozialen Umfeld, sowie weiteren sozioökonomischen Faktoren. Die konstruktive, immobile Brandlast hingegen setzt sich aus der bauweisenspezifischen und den konstruktionsneutralen Brandlasten zusammen, Größen die für unterschiedliche Bauweisen eindeutig festgelegt und bestimmt werden können. Die bauweisenspezifische Brandlast ist abhängig von der Tragund Ausbaukonstruktion und den dabei verwendeten Materialen. Die konstruktionsneutralen Brandlasten beziehen sich hingegen auf Einbauten im Gebäude, die sowohl bei Massivals auch bei Holzbauten Verwendung finden, wie z. B. Fenster, Türen, Installationen, sonstige Gebäudetechniken etc. 700.000 600.000 Brandlast aus Konstruktion Brandlast aus Mobiliar und Gebäudetechnik 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 Brettstapel Skelett Holzrippen Massivbau Abb. 3-2 Gegenüberstellung der konstruktiven und mobilen Brandlasten für unterschiedliche Bauweisen in einem 4-geschossigen Wohnbau mit ca. 800 m2 Wohnnutzfläche nach [1] 27 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Die Abb. 3-2 zeigt, dass sich die Brandlasten in einem mehrgeschossigen Wohnbau mit einer durchschnittlichen Wohnnutzfläche von ca. 800 m2 bei den vier angegebenen Konstruktionsarten insgesamt bis zu einem Faktor Vier unterscheiden; d.h. in einem Holzwohnbau sind die zwei- bis vierfachen Mengen an brennbaren Stoffen vorhanden wie in einem Massivwohnbau [1]. Dementsprechend ist naturgemäß mit einem deutlich höheren Brandrisiko zu rechnen, wie in [7] eindeutig gezeigt ist und auch aufgrund einer über 10 Jahre geführten Brandstatistik von Wohngebäuden [28] eindeutig belegt wurde. Darauf wird später noch eingegangen. Der Vergleich der bauweisenspezifischen Brandlasten für unterschiedliche Holzbauweisen mit dem Massivbau in der Abb. 3-2 zeigt weiterhin, dass der Holzrippenbau im Vergleich zum Massivbau in etwa die 9,5-fache Menge an konstruktiven Brandlasten aufweist. Der Skelettbau erreicht bereits die 21-fache Menge an konstruktiven, brennbaren Bestandteilen und die Brettstapelkonstruktion die 31,5-fache Menge an konstruktiven Brandlasten. Diese Gegenüberstellung zeigt deutlich, dass die konstruktiven Brandlasten bei Holzkonstruktionen in einem maßgeblichen Verhältnis zu den Gesamtbrandlasten stehen und deshalb naturgemäß im Brandfall durch die dem Baustoff Holz immanente Eigenschaft der Brennbarkeit wesentlichen Einfluss auf die Brandentstehung und -entwicklung nehmen (vergl. [1]). Bauteilkonstruktionen, die brennbare Baustoffe z. B. in Form von Vollholz, Holzwerkstoffen oder organischen Dämmstoffen enthalten, weisen nach [1] und [7] grundsätzlich folgende zusätzliche oder erschwerende Gefahrenpotentiale gegenüber nichtbrennbaren Massivbauten auf: 1. Zusätzlicher Eintrag von Brandlasten 2. Erhöhung der Rauchgasentwicklung und Pyrolyseprodukte 3. Zusätzliche Bildung und Ausbreitung von Kohlenmonoxid 4. Brandentstehung innerhalb der Konstruktion 5. Brandeinleitung und Weiterleitung in Konstruktionshohlräumen 6. Gefahr von Nachentzündungen und Bildung von Glutnestern 7. Erhöhung der Flashovergefahr Am bedenklichsten für das Brandgeschehen ist in dieser Auflistung der zusätzliche Eintrag von konstruktiven Brandlasten zu bewerten, da brennbare Baustoffe, wenn sie dem Feuer zugänglich sind, sich im Brandfall vergleichsweise schnell thermisch zersetzen und zusätzliche Energie sowie toxische Brandgase freisetzen. Die Abb. 3-3 zeigt qualitativ die zu erwartenden Temperaturentwicklungen bei einem Brand in einem Massivbau und in einem Holzbau. Es zeigt sich, dass bei Wohngebäuden aus nichtbrennbaren Baustoffen (z. B. Mauerwerks- oder Stahlbetonbau) der Brand nach dem Verzehren der mobilen und konstruktionsneutralen Brandlasten im Brandfall schnell erlischt. Bei der Holzbauweise hingegen beteiligen sich zusätzlich zu den mobilen Brandlasten die dem Feuer mittelbar oder unmittelbar zugänglichen Trag- und Bekleidungskonstruktionen am Brandgeschehen. Es ist damit zu rechnen, dass während eines Brandes die durch nichtbrennbare Bekleidungen bis zu einem gewissen Zeitpunkt geschützten immobilen Brandlasten (z. B. Wandständer, Holzbalken in Deckenkonstruktionen etc.) sich zeitlich verzögert ebenfalls am Brandgeschehen beteiligen; d. h. Holzkonstruktionen weisen prinzipiell im Brandfall einen höheren Energieeintrag, eine größere Temperaturund Brandgasentwicklung und in weiterer Folge eine größeren Zerstörungsgrad am Gebäude auf als Massivbauten. Im Rahmen eines zweijährigen Forschungsprojektes hat sich das Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz der TU Wien mit Fragen der Sicherheit und des Verhaltens von mehrgeschossigen Wohngebäuden im Falle von Bränden beschäftigt. Dabei hat sich neben der detaillierten Untersuchung des Brandlasteinflusses ergeben, dass die derzeit übliche Brandschutzberechnung einzelner Bauteile im Hinblick auf das Verhalten der Gesamtkonstruktion je nach Bauart zu Risi- Brandraumtemperatur T [°C] ETK nach ÖNORM B 8300 Teil 2 Massivbauweise Holzbauweise Branddauer t [min] Abb. 3-3 Einfluss der bauweisenspezifischen Brandlasten auf das Brandszenarium 28 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten ken führen kann, welche vor allem im Wohngeschossbau zu beachten sind, wenn überwiegend brennbare Baustoffe zur Anwendung kommen [13]. Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamtkonstruktion unter Brandeinwirkung erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bauteile im Hinblick auf die verwendeten Baustoffe und ihre Herstellung sowie der Bauteilfunktion und andererseits die Beurteilung des Zusammenwirkens sämtlicher Konstruktionselemente als Ganzes. Es ist vollkommen klar, dass der Brandwiderstand einzelner tragender Bauteile, z. B. von Stützen, den Brandwiderstand der Gesamtkonstruktion ausschlaggebend beeinflussen kann. Für den mehrgeschossigen Wohnbau ist der Einbau von tragenden Einzelstützen allerdings nicht relevant. Hier überwiegt das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile unter Berücksichtigung des Verhaltens von Unterstützungen, Anschlüssen und Verbindungen; wobei im Holzbau zusätzlich die Wirksamkeit von Aussteifungen zur Vermeidung eines Stabilitätsversagens zu beachten ist. Die Standsicherheit Gebäudes unter den üblichen Gebrauchslasten ist im Falle zusätzlicher Brandeinwirkungen insoweit sehr schwierig zu beurteilen. Die Frage, ob die normgerechte brandschutztechnische Bemessung von Einzelbauteilen zur Erzielung eines adäquaten Brandverhaltens der Gesamtkonstruktion führt, wird im Folgenden für die Massiv- und Holzbauweise anhand einzelner Bauelemente und deren Zusammenwirken untersucht. Im Detail werden folgende Bauelemente und Konstruktionen des Wohngeschossbaus untersucht und bewertet: • • • • • Ausnutzungsfaktor von α2 = 1,0 eine vollfugig versetzte Porenbetonwand mit einer Mindestdicke von 20 cm erforderlich (siehe Abb. 3-4). Tragende Wand aus Porenbeton Klassifikation F 180 (REI 180) Voraussetzungen: Mindestdicke d = 20 cm Rohdichteklasse ≥ 0,4 Stoßfugen Nut und Feder unvermörtelt mind. 20 cm Abb. 3-4 Ausführungsbeispiel einer tragenden Wand aus Porenbeton-Plansteinen nach [16] Das Ausführungsbeispiel einer zweischaligen tragenden Wand aus Porenbeton erlangt bereits durch die tragende Innenschale aus Porenbeton-Plansteinen oder Planelementen mit einer Mindestdicke von 20 cm bei einseitiger Brandbeanspruchung die F180 (REI180) Klassifikation (siehe Abb. 3-5). Wandbauteile Deckenbauteile Verbindungen, Anschlüsse und Fugen Fassaden Öffnungen Tragende 2-schalige Wand aus Porenbeton Klassifikation F 180 (REI 180) 3.4 Beurteilung unterschiedlicher Bauarten und Bauelemente 3.4.1 Wandbauteile in Massivbauweise Voraussetzungen: Mindestdicke d = 20 cm Massive tragende Wände müssen bereits aus statischen Gründen derart bemessen sein, dass die Konstruktion in jedem Fall mindestens der Klassifikation F 90 (zukünftig REI 90 nach [27]) entspricht. Mauerwerks- oder Stahlbetonkonstruktionen besitzen somit im Gegensatz zu den Konstruktionsweisen aus Holz im Wohnbau üblicherweise „stille“ Reserven hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsdauer, welche dazu beigetragen haben, dass die Brandsicherheit im Wohngeschossbau bei uns als vergleichsweise hoch eingestuft wurde. Man könnte auch umgekehrt sagen, die übliche Massivbaukonstruktion im Wohnbau ist hinsichtlich des Brandschutzes überbemessen. In den nachstehenden Abb. 3-4 und 3-5 sind Beispiele für tragende Wände in ein- und zweischaliger Ausführung dargestellt. In Abhängigkeit vom Baumaterial und der Wandstärke wird bereits bei typischen Wohnbaukonstruktionen eine Einreihung in die Feuerwiderstandsklassen nach DIN 4102-4 mit einer F180 (REI 180) Klassifikation erzielt, obwohl die baurechtlichen Anforderungen typischerweise die Klasse F90 (alte MBO) bzw. F60 (neue MBO) nicht überschreiten. Für ein tragendes, raumabschließendes Mauerwerk aus Porenbeton ist hierfür bei einseitiger Brandbeanspruchung und einem ohne Hohlräume Rohdichteklasse ≥ 0,4 Stoßfugen Nut und Feder unvermörtelt mind. 20 cm Abb. 3-5 Ausführungsbeispiel einer tragenden 2-schaligen Wand aus Porenbeton-Plansteinen nach [16] Es zeigt sich somit eindeutig, dass massive Wände bereits aufgrund ihrer statischen Ausbildung und den daraus resultierenden Querschnitten, eine große Masse, Wärmespeicherfähigkeit und Feuerwiderstandsdauer besitzen. Im mehr- 29 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten geschossigen Wohnbau in Massivbauweise ist davon auszugehen, dass die massiven Wände während eines Raumbrandes nur einseitig beflammt werden, da es sich in der Regel um die Außenwände des Gebäudes oder Querschnitte zwischen den Wohneinheiten handelt. 3.4.2 Wandbauteile in Holzbauweise Ein Wandbauteil in Holzbauweise muss zahlreiche Anforderungen erfüllen, um die Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion zu verhindern. Eines der wesentlichen Kriterien im mehrgeschossigen Wohnbau in Holzbauweise ist eine „brandschutztechnisch wirksame“ raumseitige Beplankung des Wandbauteils. Sie muss derart ausgeführt werden, dass die Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion sowohl während der Brandbelastung als auch in der Abkühlphase wirkungsvoll verhindert wird. Gravierende Beschädigungen, z.B. in Form von klaffenden, durchgehenden Rissen bzw. ein Abfallen oder Ablösen der Beplankung, sind unter Brandbeanspruchung praktisch nicht zu vermeiden. Eine wirksame Brandschutzbekleidung muss, wenn sie in baurechtlichen Vorschriften einen festen Platz erhalten soll, brandschutztechnisch genau beurteilt werden. Die Festlegung des Zeitraumes bis zum Versagen der Beplankungen unter Brandbeanspruchung erfolgte deshalb erstmalig im deutschen Entwurf einer Muster-Holzbaurichtlinie [19] für eine Prüfung nach DIN 14135 (K 60) mit mindestens 60 Minuten. Die determinierten Leistungskriterien sind dabei die Verhinderung der Entzündung bzw. Verkohlung des Holztragsystems unterhalb der Brandschutzbekleidung bei 300 °C. Das Versagenskriterium ist in der Regel der Verlust des Raumabschlusses („E“-Kriterium) durch Versagen der Kapselung. In den nachfolgenden Abb. 3-6 und 3-7 sind unterschiedliche Lösungsvarianten eines Wandanschlusses gegenübergestellt. Die Abb. 3-6 zeigt ein Anschlussbeispiel für eine Trennwand an eine Außenwand gemäß den Standardlösungen der PROHOLZ-Österreich [24]. Die innenseitige Brandschutzbekleidung der Außenwand wird darin mit einer Lage Gipsfaserplatte in 10 mm Dicke als ausreichend angegeben. Eine einlagige Gipskartonbeplankung hat sich jedoch aus der Sicht des Brandschutzes generell als ungenügend herausgestellt, d.h. eine derartige Verkleidung kann die Holzkonstruktion nicht über einen längeren Zeitraum vor der Brandeinwirkung schützen. Des weiteren wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den fehlenden Versatz der Brandschutzbekleidungen im Eckebereich eine vorzeitige Entzündung der Tragkonstruktion im Brandfall begünstigt. Demgegenüber stellt die Abb. 3-7 eine Lösungsvariante gemäß den Anforderungen der in Deutschland entwickelten Muster-Holzbaurichtlinie [19] dar. Für die Brandschutzbekleidung dürfen hierbei nur nichtbrennbare Verkleidungsmaterialen verwendet werden. Die Herstellung der Verkleidung der tragenden Konstruktion muss mindestens aus zwei Plattenlagen mit annähernd gleichem Temperatur- und Verformungsverhalten erfolgen, wobei die Fugen bei allen Wand- und Deckenanschlüssen versetzt angeordnet sein müssen. Des weiteren werden die Holzsteher der beiden Wandelemente im Stoßbereich miteinander verschraubt. Die Konstruktion hat zwar den Nachteil, dass bei Wohngebäuden in Holzkonstruktion das Holz optisch verschwindet, sie hat jedoch den Vorteil einer vergleichsweise brandsicheren Bauweise. In Österreich ist man derzeit noch weit entfernt von der Realisierung derartiger Konstruktionen, d. h. es gibt keine Holzbaurichtlinie für den Brandschutz. Abb. 3-6 Lösungsvariante eines Anschlusses Außenwand-Trennwand nach PROHOLZ-Österreich [25] 30 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten kann. Bei Geschossdecken in Massivbauweisen erfolgen die Lastabtragungen darüber hinaus meist linienförmig und zweibzw. vierseitig, d. h. ein Einsturz der Gesamtkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen Auflagerung ausgeschlossen werden. Die Durchwärmungsgeschwindigkeit bei den heute im Wohnbau üblicherweise verwendeten Stahlbetondecken oder Porenbetondecken ist unter Brandeinwirkung relativ gering, d.h. Zerstörungen treten erst nach einer längeren Zeitspanne und zuerst in den äußeren Schichten auf. Dabei wirkt sich der Innenwandverputz des Deckenbauteils positiv auf die Durchwärmungsgeschwindigkeit des Stahlbetons aus. Versuchserfahrungen haben gezeigt, dass ausreichend haftende Putzverkleidungen in Verbindung mit Stahlbetonbauteilen die Feuerwiderstandsdauer einer Stahlbetonplatte je nach Putzzusammensetzung bis zu 600 % vergrößern können [21]. Abb. 3-7 Lösungsvariante eines Anschlusses tragender, raumabschließender Wände nach Muster-Holzbaurichtlinie [19] Nur zweilagige Beplankungen tragender Holzkonstruktionen, praxisgerechte Ausführung und eine brandschutztechnisch wirksame Kombination der Werkstoffe vorausgesetzt, sind geeignet, um die Anforderungen an den Brandschutz zu erfüllen. Eine solche Kombination von Werkstoffen stellt z.B. die bei Brandversuchen in Deutschland [18] getestete Bekleidung aus einer brandseitig liegenden, 20 mm starken, speziellen Gipskarton-Feuerschutzplatte in Kombination mit einer 15 mm starken, speziellen Gipsfaserplatte dar. Das in der Feuerschutzplatte enthaltene Glasvlies verhindert eine frühzeitige Rissbildung und somit kann während der gesamten Brandbeanspruchungsdauer keine Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion stattfinden. Diese beiden genannten Plattentypen weisen zudem ein ähnliches Dehnungsverhalten auf, um die Rissbildung nicht zusätzlich zu verstärken. Nach dem Entwurf der deutschen „Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise“ [25] müssen die Konstruktionshohlräume des weiteren mit nichtbrennbarem Dämmmaterial (Schmelzpunkt > 1000 °C) vollständig ausgefüllt werden. Die Ergebnisse der Naturbrandversuche in Lehrte [15] haben in Bezug auf das Zusammenwirken der Decken- und Wandbauteile gezeigt, dass sich aufgrund der Dehnungen von Stahlbetondecken geringfügige Verschiebungen im darüber und darunter stehenden Mauerwerk ergeben können. Es wurde jedoch weder bei einer Brandbelastung der Stahlbetondecken nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) von über 120 Minuten Dauer noch durch einen Realbrand mit der sehr hoch angesetzten mobilen Brandlast von 90 kg Holz/m2 (die mittleren mobilen Brandlasten im Wohnbau liegen zwischen 240 und 260 kWh/m2, d. h. im Mittel bei etwa 52 kg Holz/m2) ein Tragfähigkeitsverlust der Decke festgestellt. Des weiteren blieb die raumabschließende Funktion in allen Fällen gänzlich erhalten, d. h. im derzeitig üblichen massiven Geschosswohnbau ist aufgrund der ausreichenden Sicherheit der Gesamtkonstruktion kein Versagen im Brandfall zu erwarten. Anhand des folgenden Fallbeispiels kann der Unterschied zwischen Massiv- und Holzbauweise besonders anschaulich dargestellt werden. Bei dem untersuchten Objekt handelt es sich um ein Einfamilienhaus in Massivbauweise, wobei die massiv ausgebildeten Deckenbauteile im Wohnbereich nachträglich mit einer Holzverkleidung versehen wurden. Die nachfolgenden Abb. 3-8 und 3-9 zeigen die Auswirkungen eines Zimmerbrandes auf das Tragverhalten der Wände und Decken. 3.4.3 Deckenbauteile in Massivbauweise Aus statischen Gründen sind grundsätzlich bei fast allen Gebäuden in Massivbauweise zusätzliche Tragreserven der Geschossdecken vorhanden. Dies ist unter anderem dadurch zu erklären, dass im Gegensatz zu den statischen Annahmen die Querbewehrung im Brandfall mitträgt und außerdem die brandschutztechnisch maßgeblichen Stützweiten infolge der Randeinspannung kleiner sind als die statischen (rechnerischen) Stützweiten. In der Praxis kommt es im Brandfall daher auch Umlagerungen in der Lastverteilung, so dass sich die Feuerwiderstandsdauer der Bauteile mehr als verdoppeln Abb. 3-8 Schadenbild eines Zimmerbrandes in einem Massivbau mit nachträglich angebrachter dekorativer Holzverkleidung [14] 31 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Tatsächlich blieb das Dachgeschoss vom Brand vollkommen unberührt. Die Abb. 3-10 zeigt Außenansichten des Einfamilienhauses nach dem Zimmerbrand. Trotz des relativ heftigen Brandereignisses im Inneren des Gebäudes sind die wahrnehmbaren Zerstörungen im Außenbereich mäßig. Auswirkungen auf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion sind nicht zu verzeichnen. 3.4.4 Deckenbauteile in Holzbauweise Abb. 3-9 Detailaufnahme der massiv ausgeführten Decke nach dem Verbrennen und Abfallen der Holzverkleidung [14] Anhand des Schadenbild lässt sich erkennen, dass sich die Holzverkleidung im Brandverlauf entzündete und mit zunehmender Brandintensität und -dauer größtenteils abfiel. Die darunter liegende massive Ziegeldecke blieb hingegen so gut wie unversehrt und verlor ihre Tragfähigkeit nicht. Wenn unter der dekorativen Verkleidung eine brennbare Tragkonstruktion angebracht gewesen wäre, hätte ein derartiger Zimmerbrand vermutlich den Einsturz der Deckenkonstruktion herbeigeführt, sodass das darüber liegende Geschoss vom Brand erfasst worden wäre. Im Holzwohnbau werden heutzutage meist massive Holzbauweisen in Form von Brettstapeldecken eingesetzt. Aus brandschutztechnischer Sicht ist dieses System eher von Nachteil, weil die verleimten Holzbauteile im Feuer auseinanderreißen und eine Feuerausbreitung in der Konstruktion ermöglichen, d. h. Brettstapeldecken führen prinzipiell zu einer Erhöhung der Brandlast aus der Konstruktion selbst und Verhalten sich im Brandfall wie Vollholz. Dieser Umstand erschwert auch das Ablöschen des Brandes (Glutnester). Während Geschossdecken in Massivbauweise aus statischen Gründen bei fast allen Gebäuden zusätzliche Tragreserven beinhalten, d.h. dass ein Brand in der Regel kein Versagen der Konstruktion zur Folge hat, kann eine Decke in Holzbauweise nur unter Einhaltung einer Reihe spezieller Anforderungen, wie z. B. durch eine 2-lagige Brandschutzbekleidung und die brandgeschützte Verschraubung der Deckenbalken mit den Holzstehern, die geforderte Brandwiderstandsdauer erreichen. Ein Deckenbauteil in Holzbauweise beinhaltet üblicherweise keinerlei Tragreserven, d.h. es ist davon auszugehen, dass sie im Höchstfall maximal die vorgegebene Klassifikation erfüllt. Da bei Wohnungsbränden bei Vernachlässigung von Löschmaßnahmen durchweg Brandwirkungen von über 30 Minuten Branddauer auftreten, hat eine auf brandhemmend (F30) bemessene Decke praktisch keine Chance die Brandweiterleitung zu verhindern. Bei Holzbauweisen kann im Falle eines nicht rechtzeitig gelöschten Brandes somit nicht davon ausgegangen werden, dass der Raumabschluss über einen längeren Zeitraum (z. B. > 30 Minuten) erhalten bleibt sowie wesentliche Teile des Tragwerks bzw. das gesamte Tragwerk tragfähig und standsicher bleiben, weil die Elemente selbst bzw. deren Verbindungen und eventuell auch Anschlüsse zwischen den Elementen und den Wandbauteilen versagen. Im Vergleich dazu ist festzustellen, dass Einzelbauteile und deren Verbindungen und Anschlüsse in der praktisch monolithischen Massivbauweise, bezogen auf den Wohnbau, ohne zusätzliche Maßnahmen praktisch immer ausreichend feuerwiderstandsfähig ausgebildet werden, um auch die an ein Gesamtsystem zu stellenden Brandschutzanforderungen zu erfüllen (siehe [12] und [13]). Die nachfolgenden Abb. 3-11 und 3-12 zeigen Anschlussvarianten von Decken an Wände in Holzbauweise, wie sie in Deutschland gemäß Muster-Holzbaurichtlinie und in Österreich nach PROHOLZ vorgeschlagen und auch ausgeführt werden. Abb. 3-10 Außenansichten des Brandobjektes nach dem Zimmerbrand 32 Im deutschen Entwurf „Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise“ [25] wird gefordert, dass die Brandschutzbekleidungen im Anschlussbereich von Deckenan Wandbauteilen so auszuführen sind, dass keine durchgehenden Fugen entstehen. Außerdem ist auf eine Ausbildung 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten der Anschlüsse zu achten, die geeignet ist, das Aufreißen der Brandschutzbekleidung aufgrund von Verformungen im Brandfall zu verhindern. Dazu sind die tragenden Holzelemente im Anschlussbereich mit Schrauben im Bereich der Balken sowie in der Mitte durch Verblockung zu verbinden. Der Abstand der Verbindungsmittel darf maximal 500 mm betragen, wobei die Einschraubtiefe zur Herstellung einer zugfesten Verbindung ≥ 12 dn sein muss [19]. Die Abb. 3-11 zeigt eine aus brandschutztechnischer Sicht korrekte Ausbildung eines Anschlusses der Decke an eine durchlaufende Wand gemäß der Holzbaurichtlinie, nach der eine Entzündung von tragenden und aussteifenden Teilen des Deckenbauteils, unentdeckte Brandherde, ein Nachbrennen der Konstruktion mit der Gefahr des verzögerten Tragfähigkeitsverlustes oder die Brandweiterleitung in benachbarte Nutzungseinheiten verhindert werden. Auf zerstörende Glimmphänomene durch exotherme Holzzersetzungen, welche bereits bei T < 300 °C nachweisbar sind, wurde bereits in Abschnitt 3.4.2 hingewiesen. Die Abb. 3-12 zeigt die derzeitigen Defizite dieser Konstruktion auf. Die Brandschutzbekleidung weist durchgehende Fugen auf, d.h. es ist im Brandfall im Anschlussbereich des Deckenbauteils an das Wandbauteil mit einer Brandeinleitung in die Konstruktion zu rechnen. Des weiteren ist keine Verschraubung bzw. Verblockung der tragenden Holzelemente vorgeschrieben. Solange ähnliche Forderungen wie sie in Deutschland erhoben werden in Österreich nicht verpflichtend sind, wird die Verschraubung der Elemente alleine aus Kostengründen vermutlich nicht durchgeführt werden. Somit kann im Brandfall nicht verhindert werden, dass das Feuer infolge von Verformungen und Verschiebungen der Holztragelemente durch aufreißende Fugen in die Konstruktion eindringt, diese entzündet und somit in weiterer Folge einen Einsturz wesentlicher Teile der Gesamtkonstruktion verursacht. Der mögliche Einsturz der Gesamtkonstruktion wird in der Holzbauweise durch die punktförmige Einleitung der Lasten aus der Geschossdecke über die tragenden, vertikalen Holzsteher in die Wandkonstruktion noch begünstigt, da bereits das Versagen eines einzelnen Holzstehers bzw. eines einzigen Verbindungselements zwischen dem tragenden Deckensystem und dem Holzsteher das Versagen wesentlicher Teile der Gesamtkonstruktion zur Folge haben kann. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn es sich bei diesem Knotenpunkt um einen wesentlichen und kritischen Bestandteil der Holzkonstruktion in Bezug auf die Tragfähigkeit des Gesamtverbandes handelt. Die enormen Tragreserven des Massivbaues, die weit über die bauaufsichtlichen Anforderungen hinausgehen und welche in der Vergangenheit zu dem hohen Sicherheitsniveau im Wohnungsbau geführt haben, sind bei den mehrgeschossigen Holzbauten (stillschweigend) verschwunden. Der Architekt und auch der Nutzer merken dies naturgemäß nicht, weil es „selten“ brennt. Der mit 60 % extrem große Anteil an Planungsfehlern liegt in der Regel im Verantwortungsbereich des Architekten, d.h. es fehlt in der Architekturszene nach wie vor eine Bewusstseins- Abb. 3-11 Anschluss eines Deckenbauteils an eine durchlaufende, raumabschließende Wand nach [25] Abb. 3-12 Anschluss eines Deckenbauteils an eine raumabschließende Wand nach [24] 33 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten bildung bezüglich der bauweisenspezifischen Risiken und Gefahrenpotentiale in der Holzbauweise. Angesichts der fehlenden Brandschutzausbildung an fast allen Architekturfakultäten in Deutschland und Österreich ist dieses nicht weiter verwunderlich. Des weiteren zeigen diese Untersuchungen deutlich, dass die fachgerechte Ausführung nicht vorausgesetzt werden kann, denn die durch Ausführungsfehler verursachten Mängel liegen in einer Größenordnung von 30 %. Verhältnismäßig gering liegen im Vergleich zu den beiden genannten Fehlerquellen die Produktfehler mit einem Anteil von 10%. 3.4.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Massivbauweise Grundsätzlich gilt für alle Gebäude, dass die tragenden und nichttragenden Bauteile, einschließlich Anschlüssen, Auflagern, Aussteifungen, Fugen, etc., die gleiche Feuerwiderstandsdauer aufweisen müssen. Diese ganz allgemeine Anforderung ergibt sich nicht nur aus der Logik der MBO, sondern auch aus den Prüfbedingungen nach DIN 4102-2 und -3. Somit sind auch bei Gebäuden in Massivbauweise hinsichtlich der Anschluss- und Fugenproblematik diesbezüglich gewisse Regeln und Vorschriften zu beachten. Die Detailausführungen bei monolithischen Bauweisen sind in Bezug auf das Brandverhalten allerdings weit weniger kritisch zu beurteilen als bei der Holzbauweise und darüber hinaus relativ problemlos herstellbar. So werden z. B. im Wohnbau die Deckenbauteile oft als Stahlbetonfertigteile oder vor Ort betoniert ausgeführt, bei denen aufgrund des hohen Eigengewichtes der Stahlbetonplatten grundsätzlich nur mit minimalen und aus der Sicht des Brandschutzes risikolosen Fugen zu rechnen ist. Die Ableitung der Lasten der Geschossdecken in das tragende Mauerwerk erfolgt grundsätzlich linienförmig sowie zweioder vierseitig. Die Abb. 3-13 zeigt eine praxisübliche Ausbildung eines Deckenanschlusses an eine einschalige massive Außenwand. Dabei werden die Lasten aus der plattenförmigen Stahlbetongeschossdecke linienförmig in die tragende Schale des Mauerwerkes aus Porenbeton-Plansteinen abgetragen. Die Anschlusspunkte werden aufgrund dieser durchgehenden Ausführung der Auflagerung im Brandfall nicht versagen. Eine partielle Zerstörung des Fugenmörtels kann infolge von Spannungsverlagerungen zwar im schlimmsten Fall zu einer langsamen Verformung einer Wand führen, aber ein Einsturz der Deckenkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen Auflagerung ausgeschlossen werden. 3.4.6 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen in der Holzbauweise Bei der Holzbauweise verhalten sich Verbindungen und Anschlüsse bezüglich ihrer Feuerwiderstandsdauer im Vergleich zu den Bauteilkonstruktionen, d.h. zu Innen- und Außenwänden, Stützen, Balken und Decken, am kritischsten. Die Abb. 3-14 untermauert die allgemeine Erkenntnis, dass metallische Verbindungsmittel unter Brandbeanspruchung „weich“ werden und so ein Versagen der Gesamtkonstruktion zur Folge haben können. Die Fotos zeigen jeweils einen Balkenschuh zur Verbindung des Trägers mit der Stütze. Das linke Foto wurde dabei kurz vor dem Versagen aufgenommen und das rechte Foto zeigt den infolge der Temperaturbeanspruchung aufgerissenen Balkenschuh. Durch die Verformung Lagerfuge ( Dünnbettmörtel) Leichtputz Gewebeeinlage Ausgleichsfuge (Normalmörtel) Deckenrandstein Wärmedämmung Stahlbeton-Geschossdecke Plansteine Abb. 3-13 Möglichkeit eines Anschlusses der Stahlbetondecke an eine tragende, raumabschließende Außenwand aus Porenbeton-Plansteinen nach [16] 34 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten des Stahlteils rutscht der Träger aus dem Balkenschuh und das gesamte Tragsystem versagt, obwohl die Holzquerschnitte erst vergleichsweise geringe Verkohlungstiefen zeigen, d. h. die in Diskussionen über die Brandsicherheit von Holzbauten häufig hervorgehobene und zweifellos auch vorhandene „Schutzwirkung“ der Holzkohle (im Sinne eines Isolationsschutzes an der Holzoberfläche) trägt nicht wesentlich dazu bei, die gut wärmeleitenden Stahlverbindungen vor dem „Erweichen“ zu schützen. sind daher grundsätzlich unbedenklich. Dabei ist es nicht relevant, ob es sich um eine ein- oder zweischalige Wandkonstruktion handelt. Sowohl die Porenbetonwände als auch der Außenputz/die Beschichtung liefern keinen Beitrag zur Brandlast und tragen nicht zur Brandweiterleitung über die Fassade bei. Ein besonderes Gefahrenpotential bildet eine brennbare Fassadenverkleidung, sobald sie im Brandfall an der Fassade verbleibt und nicht abfällt. Hierbei ist neben der Befestigung der Verkleidung vor allem auch die Geometrie des Gebäudes relevant. Die Brandvorgänge an der Fassade hängen in der Regel unmittelbar von der Entwicklung des Brandes im Gebäudeinneren ab. Die höchsten Wärmestromdichten vor der Fassade treten im Fall von aus den Fensteröffnungen herausschlagenden Flammen etwas oberhalb des Fenstersturzes auf und sind somit für die Tragfähigkeit des Sturzes und die Brandweiterleitung zum nächsten Geschoss von großer Bedeutung. Die Abb. 3-15 zeigt die im Heißgasstrom auftretenden Temperaturen vor der Fassade anhand von drei unterschiedlichen Versuchsanordnungen bei Realbrandversuchen in Lehrte [15]. Abb. 3-14 Ingenieurmäßiges Verbindungsmittel in Form eines Balkenschuhs vor und nach dem Versagen [20] Stahlverbindungsmittel können nur dann einen hohen Feuerwiderstand erreichen, wenn sie zusätzlich vor dem Feuer geschützt werden. Wenn dies nicht gewährleistet ist, wird die Wärme über die Verbindungsmittel rasch in das Bauteilinnere geleitet. Dies führt dazu, dass Nägel „weich“ werden und die Festigkeit verlieren oder kraftübertragende Bolzen oder Dübel rasch hohe Temperaturen erreichen und versagen. Beispiele dazu sind in [20] zu finden. 3.4.7 Fassaden in Massivbauweise Aus der Sicht des Brandschutzes stellt die Fassade eines Gebäudes immer dann ein Problem dar, wenn diese einen nennenswerten Beitrag zur Brandlast liefert bzw. wenn diese zur Brandweiterleitung beiträgt. Fassaden in Massivbauweise Die in der Abb. 3-15 dargestellten drei Isothermenbilder zeigen, dass das Temperaturfeld eine Achse hat, welche ab einer gewissen Entfernung zum Sturz etwa parallel zur Außenwand verläuft. Maßgebend für die Ausdehnung des Heißgasstromes vor der Fassade ist die Horizontalgeschwindigkeit, mit der die Rauchgase die Brandraumöffnung verlassen. Diese bestimmt die Länge der horizontalen Strecke, nach deren Durchlaufen die Rauchgase infolge des Auftriebs in eine vertikale Bahn umgelenkt werden. Die Höhe des Feuerplumes vor der Fassade wird durch die Brandleistung im Brandraum und die Brandleistung der Verbrennung vor der Fassade bestimmt. Massivwohnbauten werden heute aus Gründen des Wärmeschutzes u. a. als einschaliges Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystemen ausgeführt. Dabei kommen in der Regel Wärmedämmplatten aus schwerentflammbarem PolystyrolHartschaum (Baustoffklasse B1) zum Einsatz, die fassadenseitig auf die massive Wandkonstruktion aufgebracht werden. Diese Wärmedämmplatten erweichen bei einer Temperatur von etwa 110 °C, schrumpfen und schmelzen in weiterer Folge bei einer Temperatur von ca. 200 °C. Anhand der gezeigten Darstellung der Isothermenbilder des Temperaturfeldes an der Fassade (siehe Abb. 3-15) ist erkennbar, wie weit sich das Temperaturfeld von 200 °C entlang der Fassade in vertikaler Richtung ausbreitet. Die Gefährlichkeit dieser Reaktion ist in Summe stark von den jeweiligen Randbedingungen wie z.B. der Gebäudegeometrie, den Brandlasten, der Brandschutzausrüstung des Polystyrols etc. abhängig. Wärmedämmverbundsysteme sind unter anderem aus diesem Grunde zulassungspflichtige Bauprodukte. Die Brandbelastung eines 10 cm dicken PS-Wärmedämmverbundsystems ergibt sich zu: q = dPS · ρPS · HuPS = 0,1 · 30,0 · 11,1 = 33,3 [kWh/m2] Abb. 3-15 Isothermenbild des Temperaturfeldes vor der Fassade nach [15] Darin sind: q dPS ρPS HuPS Brandbelastung in [kWh/m2] Dicke des PS-Wärmedämmverbundsystems in [m] Dichte für Polystyrol in [kg/m3] Heizwert für Polystyrol in [kWh/kg] 35 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Dieser Wert von 33,3 kWh/m2 entspricht gemäß nachfolgender Berechnung einer 12 mm dicken Holzbekleidung aus Lärchenholz ohne Einrechnung des zur Befestigung erforderlichen Lattengerüsts. dH = q/(ρH · HuH) = 33,3/(590 · 4,8) = 0,012 [m] Für Holzfassaden werden üblicherweise Bekleidungsdicken von 18 bis 28 mm eingesetzt, d. h. derartige Fassaden (normalentflammbar, Baustoffklasse B2) haben ein deutlich höheres Brandpotential als WDVS und nehmen aufgrund ihrer guten Brennbarkeit einen weitaus größeren Einfluss auf den Brandverlauf als schwerentflammbare WDVS (Baustoffklasse B1). 3.4.8 Fassaden in Holzbauweise Die Fassade eines Gebäudes in Holzbauweise stellt im mehrgeschossigen Holzwohnbau, aufgrund der Erhöhung der konstruktiven Brandlast, des direkten Feuerangriffs auf die darüber angeordnete Tragkonstruktion und der Brandweiterleitung über die Fassade, ein großes Gefahrenpotential dar. Eine besondere Problematik bildet die Flammenausbreitung über den Luftraum von hinterlüfteten Fassaden, die sehr rasch erfolgen und die Entzündung der innenliegenden, tragenden Holzkonstruktion beschleunigen kann. In diesem Zusammenhang ist weiters zu beachten, dass die tragbaren und fahrbaren Feuerwehrleitern im Geschossbau bis zur Hochhaus- grenze üblicherweise den zweiten Rettungsweg sicherstellen sollen. Wenn also ein mehrgeschossiges Gebäude mit einer normalentflammbaren Fassade errichtet wird, welche in ihrer Höhe über die nach Baurecht bisher üblichen 2 Geschosse hinausgeht, dann entfällt eventuell dieser zweite Rettungsweg, d. h. es müsste über Ersatzmaßnahmen nachgedacht werden. In der Wiener Bauordnung ist diesbezüglich eine generelle Forderung enthalten, dass ein 2. baulichen Rettungsweg verlangt werden kann, wenn dieser aufgrund der vorliegenden Bauweise bzw. Bauausführung nicht anderweitig sichergestellt werden kann. Abschließend soll der Einfluss von brennbaren bzw. nichtbrennbaren Materialien auf die Brandentwicklung und -fortleitung im Fassadenbereich anhand eines Fallbeispiels qualitativ aufgezeigt werden. Die Abb. 3-16 zeigt den Brand eines Zweifamilienhauses in Vorarlberg. Bei dem Gebäude handelt es sich um einen Massivbau mit einem Anbau in Holzbauweise. Der Massivbau ist im angrenzenden Teil zum Holzbau mit einer Holzlattung verkleidet. Die Abb. 3-16 zeigt deutlich das Verhalten der Konstruktionen im fortgeschrittenen Brandstadium. Während die gesamte Holzkonstruktion schon vom Feuer erfasst ist, brennt am Massivbau lediglich die holzverkleidete Fassade sowie das an den Holzbau angrenzende Dachgeschoss. Am übrigen Gebäudeteil brennen zu diesem Zeitpunkt nur die dekorativen Elemente aus Holz, d.h. die Fensterläden und die hölzernen Gesimse oberhalb der Fenster brannten, während der in Holz ausgeführte Gebäudeteil vom Feuer bereits völlig zerstört war. Bedingt durch den starken Föhn wurde der Löschangriff der Feuerwehr deutlich erschwert und so konnte schlussendlich nicht verhindert werden, dass das Feuer auch auf den Dachstuhl des Massivbauteiles übergriff und sich auf diesen ausbreitete. Das Dachgeschoss des massiven Gebäudeteils brannte in weiterer Folge zwar aus, der Massivbau blieb aber im Gegensatz zum Holzbau erhalten. 3.4.9 Öffnungen bei der Massivbauweise Abb. 3-16 Brand eines Zweifamilienhauses in Massivbauweise mit einem Anbau in Holzbauweise [17] Bei Massivbauten ist grundsätzlich die Anwesenheit zusätzlicher mobiler Brandlasten erforderlich, um eine Brandweiterleitung über Öffnungen zu ermöglichen. Weiterhin sind für die Abb. 3-17 Brandentwicklung an den Öffnungen bei einem Zimmerbrand in einem Massivhaus 36 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Ausbildung der Öffnungen keine komplizierten Detaillösungen erforderlich, um eine Brandeinleitung in die Konstruktion zu verhindern. In der Massivbauweise wird im Wesentlichen der Wandverputz bis zum Türstock geführt. Diese Anschlussausbildung ist aus brandschutztechnischer Sicht ausreichend, da eine Entzündung der Tragkonstruktion keine bauweisenimmanente Problematik darstellt. Ein Schwachpunkt im Geschossbau ist lediglich die Wohnungseingangstür, welche im Falle eines Brandes gegebenenfalls von den flüchtenden Bewohnern nicht verschlossen wird, sodass der angrenzende Treppenraum eventuell verraucht. Andere Bewohner müssen dann über die Feuerwehrleiter gerettet werden. Dasselbe Prinzip gilt auch für die Ausbildung der Fensteröffnungen in der Massivbauweise. Der Putz endet beim Fensterstock und die Fuge hinter dem Rahmen stellt somit keinen zusätzlichen Schwachpunkt dar. Problematisch wird in Bezug auf die Fensteröffnungen das Erreichen sehr hoher Temperaturen, bei denen mit einem Zerspringen der Scheiben zu rechnen ist. Dieses ist beim Massivbau etwas weniger kritisch als beim Holzbau, weil die Brandintensität beim Ersteren etwas geringer ist. Allerdings hat das Herausschlagen der Flammen aus der Fensteröffnung im Allgemeinen keine Auswirkungen im Hinblick auf die Brandweiterleitung über die nichtbrennbare Fassade. Die Abb. 3-17 zeigt die Entwicklung des Brandgeschehens außerhalb des Brandraumes nachdem infolge der hohen Temperatureinwirkungen die Fensterscheiben im Brandraum bereits geborsten sind. Auf der linken Darstellung ist eindeutig zu erkennen, dass die Holzfensterrahmen bereits brennen und somit einen Beitrag zum Brandgeschehen und der Brandintensität leisten. Gleichzeitig sind an den die Öffnungen umschließenden Wände, abgesehen von der Verrußung im Bereich des Flammenkranzes, keinerlei Auswirkungen auf das Wandbauteil v. a. in Bezug auf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion auszumachen. Ebenso ist eindeutig erkennbar, dass trotz den mehrere Meter hohen Flammen keine Brandweiterleitung über die Fassade erfolgt. 3.4.10 Öffnungen bei der Holzbauweise Öffnungen für Fenster, Türen und sonstige Einbauten stellen aus der Sicht des Brandschutzes besondere Schwachpunkte in der Gesamtkonstruktion eines Holzbaus dar. Bei einem Holzbau können die aus den Fenster- und Türöffnungen tretenden Flammen rasch über die Fassade weitergeleitet werden, während bei Bränden nahe der Öffnungen, wie im vorangegangen Abschnitt gezeigt wurde, bei einem normalen Massivbau mit Außenputz zusätzliche mobile Brandlasten erforderlich sind, um eine Brandweiterleitung über die Fassade zu ermöglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass auch dort ein Brandübertritt durch Fensteröffnungen theoretisch möglich ist, d.h. es sind entsprechende Feuerüberschlagswege durch nichtbrennbare Bauteile sicherzustellen. Aus diesem Grund sollten brennbare Fassaden-baustoffe der Klasse B2 nur bei maximal zweigeschossigen Bauwerken zugelassen werden. Das folgende Fallbeispiel in Abb. 3-18 zeigt den Brand eines Bauernhauses in St.Veit, Salzburg. Es handelt sich dabei um ein Gebäude in Blockbauweise. Abb. 3-18 Brandweiterleitung über die Fassade bei einem Bauernhaus in Holzbauweise Wie auf dem Foto ersichtlich, wurden die aus den Fenster- und Türöffnungen tretenden Flammen aufgrund ihrer Höhe sehr rasch über die Fassade weitergeleitet, griffen schließlich auf den Dachstuhl über und entzündeten diesen. Die Feuerwehr hatte einen sehr langen Anfahrtsweg zu dem in 1.100 m Seehöhe gelegene Bauernhaus zurückzulegen. Somit war das Haus bereits vor Eintreffen der Löschmannschaften vollständig ausgebrannt, die in Massivholzbauweise errichtete tragenden Außenwandkonstruktion blieb jedoch bis zu diesem Zeitpunkt erhalten. 3.5 Brandrisiko unterschiedlicher Bauarten 3.5.1 Grundlagen Unter einer allgemeinen Risikobewertung bzw. einer mathematisch-wahrscheinlichkeitstheoretischen Risikoanalyse versteht man die Bewertung des Gefährdungspotentials, das von einem Objekt für den Personen- und Sachschutz unter definierten und bewerteten Randbedingungen ausgeht; d. h. über die Bestimmung des Brandrisikos kann die für eine bestimmte Gebäudeart zu erwartende Schadenshöhe und häufigkeit und der daraus resultierende Schaden und seine volkswirtschaftliche Relevanz durch das Ereignis „Brand“ ermittelt werden. Das Gesamtrisiko wird dabei vereinfacht durch drei voneinander unabhängige Faktoren bestimmt. Zu untersuchen sind dazu die folgenden Fragestellungen in Abhängigkeit von der Bauweise und Gebäudenutzung: 1. Wie hoch ist die Entrittswahrscheinlichkeit der Entstehung und der Ausbreitung eines Brandes im Wohnbau? 2. Wie groß ist der materielle (wirtschaftliche) Schaden, und wie hoch sind die Instandsetzungs- und Folgekosten im Wohnbau? 3. Wie hoch ist der immaterielle Schaden, d. h. welche Schäden ergeben sich infolge eines Brandfalles für Leben, Gesundheit und Umwelt? In Bezug auf die in Deutschland momentan vorliegende Bauweisenverteilung im Wohnbau von ca. 87 % Massivbauten zu 13 % Holzbauten [2] wird darüber hinaus die Frage aufgeworfen: 4. Wie sieht die Entwicklung des derzeit in Deutschland verzeichneten Brandrisikos bei einer Verlagerung weg vom Massivbau und hin zum Holzbau für den zivilen Bereich (Wohnbau) aus? 37 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten 3.5.2 Brandrisikoberechnung Das bauartspezifische Brandrisiko für eine bestimmte Gebäudeart in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) wird mit der nachstehenden Formel Gl. (1) beschrieben: Gl. (1) R(Q) = E(Q) · S(Q) Darin sind: R Brandrisiko E Eintrittshäufigkeit des Brandes in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) S Schadensausmaß des Brandes in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) Für den Wohnbau sind die in Gl. (1) enthaltenen Abhängigkeiten der Brandhäufigkeiten und Brandschäden von der Brandlast Q eindeutig belegt [28]. Die nachstehende Tab. 3-1 zeigt die Ergebnisse einer 10-Jahres Statistik aus der Schweiz über die Brandhäufigkeit, Brandtoten und Gebäudeschäden in Abhängigkeit von der Bauart. In dieser Statistik sind alle den Versicherungen gemeldeten Brände im Wohnbau enthalten. Stellt man die Versicherungsdaten dieser Statistik für den Massivbau und den Holzbau gegenüber (siehe Tab. 3-1), so zeigt sich, dass in Abhängigkeit von der Bauart ein Zuwachsfaktor von • 1,6 für die Eintrittshäufigkeit • 2,47 für das Schadensausmaß • 2,82 für die Anzahl der Brandopfer im Wohnbau gegeben ist. Die hier interessierenden Zahlen für den Wohnbau belegen somit, dass die Bauart einen signifikanten Einfluss auf das Brandrisiko hat. Da nun die Brandlast und die Konstruktionsart die einzigen brandschutztechnisch wesentlichen Merkmalsunterschiede zwischen einem Massivbau und einem Holzbau sind, können diese Parameter in Gl. (1) zur Anwendung kommen. Tab. 3-1 Statistische Daten über Brandhäufigkeiten, Brandtote und Gebäudeschäden im Wohnbau in der Schweiz nach [28] Risikodaten Schweiz Prozentueller Vergleich Bauart Eintrittshäufigkeit**) [Brände/m2 a 105] 2,780 4,465 100 % 160 % Massivbau Holzbau Schadensausmaß*) [?/m2a] 0,114 0,281 100 % 247 % Massivbau Holzbau Brandopfer [1/106 m2a] 0,028 0,079 100 % 282 % Massivbau Holzbau *) Schäden, die infolge Brand am Gebäude auftreten **) einschließlich Kleinbrände 3.5.3 Berechnung der Brandeintrittswahrscheinlichkeit Für die Berechung der Eintrittshäufigkeit von Bränden im zivilen Bereich in Deutschland in Abhängigkeit von der Bauweise gibt es folgende Daten als Ausgangsgrößen: • In Deutschland werden jährlich durchschnittlich 751.300 Brandfälle durch die Versicherungen in den Versicherungszweigen „Verbundene Hausrat“ und „Verbundene Wohngebäude“ verzeichnet [3, 4]. Diese Daten beziehen sich auf Angaben aus dem Jahr 1999 und beinhalten alle Brandvorfälle, die den Versicherungen in diesem Kalenderjahr gemeldet wurden. • Von diesen 751.300 Brandfällen treten nach eigenen Ermittlungen bzw. Berechnungen im Durchschnitt ca. 33.808 Brände im zivilen Bereich und in privaten Haushalten auf, die Versicherungsansprüche über 1.534,– e geltend machen, d. h. man kann in diesem Bereich zumindest teilweise auch schon geringe Gebäudeschäden für die Brandfälle unterstellen. • Die Gesamtwohnfläche in Deutschland liegt momentan bei 3.236.000.000 m2 Wohnnutzfläche (Stand 2000 nach [5]). Gemäß den oben genannten Angaben lässt sich die derzeitige Eintrittshäufigkeit von Bränden für den zivilen Bereich in Deutschland aus der jährlichen Anzahl an signifikanten Brand- 38 fällen bezogen auf die Gesamtwohnfläche bestimmen. Die Eintrittshäufigkeit insgesamt setzt sich naturgemäß aus einem Anteil an Brandereignissen infolge der mobilen Brandlasten (Nutzung) und aus einem Anteil an Brandereignissen infolge der konstruktiven Brandlasten (Bauweise) zusammen; wobei der Anteil infolge der mobilen Brandlasten auf das Nutzerverhalten zurückgeht und die Bauweise daran im Wesentlichen nicht von Einfluss ist. Der Anteil infolge der konstruktiven Brandlasten ist jedoch stark veränderlich und in Abhängigkeit von der Bauart bzw. Höhe der brennbaren Bestandteile zu berechnen. Als Ausgangsgröße dient hierbei die momentane Bauweisenverteilung von rund 87% Massivbauten zu 13 % Holzbauten im Wohnbaubereich gemäß [2]. Für die weiteren Berechnungen wird die Eintrittshäufigkeit eines Brandes durch die mobile Brandlast als konstant (statistischer Festwert für Wohnbaunutzung) angesehen. Für die Eintrittshäufigkeit infolge der konstruktiven Brandlast gilt hingegen, dass sie direkt proportional dem Anteil der konstruktiven Brandlast ist. Für die in der Abb. 3-2 gezeigten unterschiedlichen Bauweisen im Wohnbau mit den Anteilsgrößen der konstruktiven und mobilen Brandlasten ergeben sich demnach die in der nachfolgenden Abb. 3-19 dargestellten Eintrittswahrscheinlichkeiten für Brände. Auf der Abszisse ist der Anteil der jeweiligen Holzbauweise im Wohnbau in Prozent dargestellt. Auf der linken Seite der Abb. 3-21 sind demge- 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten mäss die Werte der Massivbauweise dargestellt und ganz rechts liegt der Holzbau. Für die Holzbauweise werden die Holzrippen-, die Skelett- und Brettstapelkonstruktionen betrachtet. Die Ordinate zeigt die Eintrittshäufigkeit eines Brandes bezogen auf 1 m2 Wohnnutzfläche im zivilen Bereich für ein Jahr. Die grüne Markierung im linken unteren Bereich des Diagramms stellt die derzeitige Eintrittshäufigkeit eines Brandes mit einer Größe von 1,05 · 10-5 Bränden/m2 Jahr, wobei von einer momentanen Bauweisenverteilung von 13 % Holzrippen- und 87 % Massivbau ausgegangen wird. Die in diesem Wert für die Eintrittshäufigkeit berücksichtigte Anzahl von Bränden bezieht sich dabei auf jene Brandereignisse, die ein Schadenausmaß von mindesten 1.500,- e verursachen. Ge- mäß den statistischen Daten der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen [11] liegt die Eintrittshäufigkeit von Bränden, die dem Wohnbau zuzuordnen sind und einen Sachschaden von mindesten 2.000,- CHF (entspricht ca. 1.325,- e) verursachen, bei 0,922 Bränden/m2 Jahr. Der Vergleich dieser beiden Größen zeigt, dass eine gute Übereinstimmung zwischen den in der Untersuchung [7, 29] ermittelten Größen und den statistischen Zahlen der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen [11] erzielt wird. Die Vergleichswerte der Eintrittshäufigkeit von Bränden für den reinen Massivbau (100 % Massivbau) liegt bei 0,99 · 10-5 Bränden/m2 Jahr und für den Holzbau zwischen 1,39 · 10-5 Bränden/m2 Jahr (100 % Holzrippenbauweise) und 1,68 · 10-5 Bränden/m2 Jahr (100 % Brettstapelbauweise). Eintrittshäufigkeit in Abhängigkeit der Verteilung der Bauweisen 1,80E-05 Eintrittshäufigkeit [Brände/m2a] Brettstapelbauweise 1,60E-05 Skelettbauweise 1,40E-05 Holzrippenbauweise 1,20E-05 1,00E-05 derzeitige Eintrittshäufigkeit 8,00E-06 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Anteil Holzbau an der Bauweise [%] Abb. 3-19 Eintritthäufigkeit E von Bränden pro m2 Wohnfläche und Jahr in Abhängigkeit von der Bauweise im Wohnbau in Deutschland 180 161,29 % 160 160,61 % 140 Prozent [%] 120 100 100 % 100 % Massivbau 80 Holzbau 60 40 20 0 Deutschland (Daten WWFS, TU Wien 2000) Schweiz (Daten VKF, Kanton Bern 1986-1995) Abb. 3-20 Gegenüberstellung der Eintritthäufigkeit von Bränden im Wohnbau in Abhängigkeit von der Bauweise [25], [29] und [7] 39 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Vergleicht man die Eintrittshäufigkeit eines Brandes für einen reinen Massivbau (100 % Massivbau) mit der Eintrittshäufigkeit für einen Holzbau in Skelettbauweise (100 % Skelettbau) so ergibt sich gemäß den Berechnungen am Institut für Baustofflehre ein prozentueller Zuwachs für die Eintrittshäufigkeit eines Brandes von 100 % auf 161 % für Deutschland. Zur Überprüfung der in der Berechnung ermittelten Zahlen wurden im Zuge der Untersuchung u. a. statistische Daten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (CH) ausgewertet, mit denen erstaunliche Übereinstimmungen zu dem ursprünglich prognostizierten Zuwachs der Eintrittshäufigkeit von Bränden in Abhängigkeit von der Bauweise erzielt werden konnten (siehe Abschnitt 3.5.2). Diese Daten belegen anhand von tatsächlich eingetretenen Brandereignissen an Wohnbauten in Massiv- und Holzbauweise im Kanton Bern für den Zeitraum 1986 bis 1995 [28], dass bei Holzbauten die Gefahr eines Brandes um 60,6 % höher liegt als bei Massivbauten (siehe Abb. 3-20), wobei sich die ermittelte Eintrittshäufigkeit nach VKF auf alle den Versicherungen gemeldeten Brandschäden im Wohnbau bezieht. 3.5.4 Berechnung des Schadensausmaßes Das Schadensausmaß wird im Wesentlichen von der Anzahl der Brandtoten und -verletzten und der Höhe der im (mobile Brandlasten) und am (konstruktive Brandlasten) Gebäude verursachten Zerstörungen und Schäden durch den Brand bestimmt. Zur Ermittlung der Bezugsgrößen, d. h. des momentan in Deutschland vorliegenden Schadensausmaßes durch Brandereignisse in Wohnbauten, dient Datenmaterial des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft [2] als Grundlage. Die Berechnung der Personenschäden stützt sich u. a. auf Angaben des österreichischen Kuratoriums für Verkehrssicherheit. • Basierend auf dem Datenmaterial des GDV ergibt sich für 1998 im Wohnbau eine Sachschadensumme durch Brandereignisse in der Höhe von 1,22 Mrd. e (2,39 Mrd. DM). • Der Anteil der Versicherungsansprüche über 1.534,- e (ca. 3.000,- DM) liegt nach eigenen Bewertungen der Daten aus Österreich bei ca. 61 % und ergibt somit eine Sachschadensumme 750 Mrd. e (1.467 Mrd.DM). • Als Berechnungsgrundlagen für die Personenschäden dienen Angaben des Kuratoriums für Verkehrssicherheit in Österreich, die besagen, dass die Schadenssummen pro Todesfall mit 1,18 Mio. e (2,3 Mio. DM) und pro Verletzten mit 50.000,- e (97.800,- DM) anzusetzen sind. • Im Jahr 1999 wurden 506 Todesopfer durch Exposition gegenüber Feuer, Rauch und Flammen in Deutschland verzeichnet [8]. Davon gab es 429 Brandopfer in privaten Haushalten. (Anmerkung: Diese Daten sind dem Feuerwehr-Jahrbuch des Deutschen Feuerwehrverbandes entnommen [26]). • Ausgehend von Statistiken der US-Fire Administration ist bei Bränden pro einem Todesfall durchschnittlich mit 6 Verletzten zu rechnen. Auf dieser Basis ergibt sich durchschnittlich eine jährliche Anzahl von 2.574 Verletzten. Demgemäß setzt sich der jährliche volkswirtschaftliche Gesamtschaden, der durch Brände im zivilen Bereich (Wohnbau) bei einer momentanen Bauweisenverteilung von 87 % Massivbau zu 13 % Holzbau verursacht wird, aus Sachschäden in der Höhe von 1,46 Mrd. DM und Personenschäden in der Größenordnungen von 0,75 Mrd. e (1,24 Mrd. DM) zusammen und beträgt in Summe 1,38 Mrd. e (2,70 Mrd. DM). Ausgehend von diesen Bezugsgrößen wird im Folgenden die Entwicklung der Schadenssumme bei einer angedachten Anteilsverlagerung vom Massivbau hin zum Holzbau berechnet. Die Sach- und Personenschäden, verursacht durch die konstruktiven Brandlasten, werden dabei direkt proportional der Brandlast angenommen, und die Sach- und Personenschä- 300 247,09 % 250 218,74 % Prozent [%] 200 Massivbau 150 100 100 % 100 % Holzbau 50 0 Deutschland (Daten GDV, TU Wien 2000 Schweiz (Daten VKF, Kanton Bern 1986-1995) Abb. 3-21 Gegenüberstellung des Schadensausmaßes von Bränden im Wohnbau in Abhängigkeit von der Bauweise nach [28], [29] und [7] 40 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten den durch die mobilen Brandlasten als konstant angesehen (siehe Gl. (2)) Eine detaillierte Aufstellung der Grundannahmen und der Berechnungsvorgänge ist den Angaben in [7] zu finden. wert von 1.534,- e liegt, wohingegen in der Untersuchung nach [28] alle den Versicherungen gemeldeten Brandschäden im Wohnbau enthalten sind. 3.6 Gl. (2) Bewertung des Brandrisikos S(Q) = SPers(Q) + SSach(Q) Darin sind: S Schadensausmaß des Brandes in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) SPers Schadensausmaß der Personenschäden infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) SSach Schadensausmaß der Sachschäden infolge Brand in Abhängigkeit von der Brandlast (Q) In der Abb. 3-21 ist eine Gegenüberstellung der Untersuchungsergebnisse des Instituts für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz zu statistischen Zahlen von tatsächlichen Brandereignissen im Wohnbau, die von den Schweizer Versicherungen [28] über einen Zeitraum von 10 Jahren erfasst wurden, dargestellt. Die Daten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (CH) für den Kanton Bern belegen, dass die Bauweise sogar noch einen größeren Einfluss auf die Schadenshöhe nimmt als die an unserem Institut durchgeführte Untersuchung prognostiziert. Demgemäss ist mit einem Anstieg des Schadensausmaßes von 100 % auf 247 % zu rechnen, wenn es sich bei dem Brandobjekt um einen brennbaren Holzbau im Vergleich zu einem nicht brennbaren Massivbau handelt (siehe Abb. 3-21). Die geringere Bewertung des Schadensausmaßes in den Untersuchungsergebnisse des Instituts für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz ist möglicherweise z. T. darauf zurückzuführen, dass in der Berechnung nur jener Anteil der Versicherungsansprüche berücksichtigt wird, bei dem der infolge Brand verursachte Schaden über einem Versicherungs- In der Abb. 3-22 sind diese Ergebnisse in einem prozentuellen Vergleich zwischen Deutschland und der Schweiz gegenübergestellt. Das Diagramm beinhaltet darüber hinaus statistische Daten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (CH), anhand derer das tatsächliche Brandrisiko basierend auf Brandereignissen an Wohnbauten im Kanton Bern über den Zeitraum 1986 bis 1995 für Massiv- und Holzbauten [28] ermittelt wurde. Es zeigt sich, dass gegenüber den Untersuchungsergebnissen der TU Wien, die einen Anstieg von 100 % auf 352 % prognostizieren, in der Realität mit einem weit höheren Einfluss der Bauweise zu rechnen ist, der bis zu einem Zuwachs des Brandrisikos von 100 % (100 % Massivbau) auf 396 % (100% Holzbau) führen kann (siehe Abb. 3-22). Mit den Daten der 1. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (CH) kann somit grundsätzlich bestätigt werden, dass die Bauweise einen signifikanten Einfluss auf das Brandrisiko nimmt. Des weiteren wird durch den Vergleich in 3-22 Abb. 3-24 belegt, dass die Verwendung brennbarer Baustoffe für Tragsysteme im Wohnbau zu einer Erhöhung des Brandrisikos um den Faktor 3,5 bis 4,0 führen kann. Die hier dargestellten Ergebnisse und Prognosen beziehen sich naturgemäß auf die bestehende Bausubstanz. Wenn es also gelänge, die Brandsicherheit von Holzkonstruktionen hinsichtlich des Personenschutzes (z. B. durch automatische Brandmelder) und des Sachschutzes (z. B. durch automatische Löschanlagen oder durch andere bauliche Brandschutzmaßnahmen) signifikant zu verbessern, dann würden sich deutlich günstigere Verhältnisse ergeben. Die neue Holzbaurichtlinie ist sicherlich ein deutlicher Schritt in diese Richtung. 450 396,86 % 400 352,80 % 350 Prozent [%] 300 250 Massivbau 200 Holzbau 150 100 100 % 100 % 50 0 Deutschland (Daten WWFS u. GDV; TU Wien 2000 Schweiz (Daten VKF, Kanton Bern 1986-1995) Abb. 3-21 Gegenüberstellung der berechneten und statistischen Risikogrößen für unterschiedliche Bauweisen im Wohnbau nach [28], [29] und [7] 41 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten Vergleichbare Vorhaben sind in Österreich (leider) noch nicht in Arbeit, d. h. im mehrgeschossigen Wohnbau sind die aufgezeigten Risiken nicht wegzudiskutieren, wenn nicht im Einzelfall zusätzliche Brandschutzmaßnahmen vom Bauherrn verlangt oder behördlicherseits vorgeschrieben werden. 3.7 Zusammenfassung Die aktuelle Musterbauordnung, Fassung Okt. 2002, sieht die Gleichstellung tragender Baukonstruktionen in der neuen Gebäudeklasse 4 vor, d. h. bis zu einer Gebäudehöhe von 13 m dürfen diese Konstruktionen in Massivbauweise oder Holzbauweise errichtet werden. Aufgrund des damit verbundenen erhöhten Brandrisikos im Geschosswohnbau wurde die Erarbeitung einer Muster-Holzbaurichtlinie angeregt und auch erarbeitet, worin neue Konstruktionsvorschriften für den mehrgeschossigen Holzwohnbau angegeben sind. Damit sollen die bestehenden Schwachstellen im Geschosswohnbau beseitigt werden. Dass diese Vorgehensweise dringend erforderlich ist, haben die vorliegenden Untersuchungen an bestehenden Gebäuden bestätigt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen eindeutig, dass das Risikopotential durch das Ereignis „Brand“ im Wohnbau in starker Wechselbeziehung und Abhängigkeit von der Art der Bauweise steht. In diesem Zusammenhang ist daher der verantwortungsvolle Umgang der Planer mit dem Gebäudedesign gefordert. Die Möglichkeit der gestalterischen Freiheit und Freizügigkeit im Gebäudedesign, die den Planern und Bauherrn durch die neueren Entwicklungen in den Rechtsgrundlagen geboten werden, sollten nicht zu einem Absinken des Sicherheitsniveaus führen. Zu diesem Zweck müssen die Risiken, die durch die Verwendung von brennbaren Stoffen in einer mehrgeschossigen tragenden Gebäudekonstruktion entstehen, sowohl dem Planer, Bauherren und Gebäudenutzer rechtzeitig vor Augen geführt werden. Dabei ist grundsätzlich zu beachten, dass in der Regel die Brandwiderstandsdauer jedes einzelnen Bauteils für den Brandwiderstand der Gesamtkonstruktion nicht ausschlaggebend ist, sondern die Tragfähigkeit des Gesamtsystems beurteilungsrelevant ist. Dies betrifft vor allem den Mehrgeschossbau, d.h. das Versagen einzelner Bauelemente und deren Verbindungen hat unter Umständen katastrophale Folgen für das gesamte Gebäude. Die gültigen Normen DIN 4102 und ÖNORM B 3800 sowie die betreffenden Eurocodes berücksichtigen bereits weitgehend, dass Bauteile nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Sie gehen aber nicht expressis verbis auf die Wirkung von Bauteilinteraktionen bei einer Brandbeanspruchung ein, d. h. welche konstruktiven Maßnahmen zu treffen sind, um solche Systeme den vorliegenden Brandeinwirkungen anzupassen, bleibt im Allgemeinen dem Planer vorbehalten. Dazu sind grundlegende Kenntnisse über den Brandschutz erforderlich, insbesondere sind die konstruktiven Schwachpunkte wie Anschlüsse und Verbindungen zu beachten und zu bewerten. Der Massivbau kann konstruktive Reserven nutzen, die das Bauwerk bietet, und damit das Verhalten günstig beeinflussen, d.h. Schwachstellen können leicht vermieden bzw. ausgeglichen werden. In der Holzbauweise gibt es grundsätzlich eine Vielzahl brandschutztechnischer Schwachstellen und es existieren im Vergleich zur Massivbauweise praktisch keinerlei 42 Reserven, d.h. das Gesamtsystem verzeiht aus brandschutztechnischer Sicht keine konstruktiven Fehler. Aus diesem Grund wurde in Deutschland auch eine neue brandschutztechnische Richtlinie für den Holzbau erarbeitet, sodass im Geschossbau zukünftig gravierende Konstruktionsmängel vermieden werden können. Der Vergleich von massiven, nichtbrennbaren mehrgeschossigen Wohngebäuden mit entsprechenden brennbaren Holzkonstruktionen hat ergeben, dass Massivbauweisen durch ihr aus brandschutztechnischer Sicht günstigeres Verhalten der Gesamtkonstruktion ein erheblich höheres Sicherheitsniveau besitzen als brennbare Holzkonstruktionen. Die Sicherheit von Holzkonstruktionen kann prinzipiell nur durch automatische Brandlöschung oder brandsichere Verkleidung sämtlicher brennbarer Oberflächen mit nichtbrennbaren Baustoffen erfolgen, wie dieses gemäß der neuen Muster-Holzbaurichtlinie vorgesehen ist. 3.8 Literaturzusammenstellung [1] Becker, K.; Tichelmann, K.; Hosser, D.; El-Hariri, M.; Wesche, J.: Theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum Brandschutz mehrgeschossiger Gebäude in Holzbauweise. Untersuchungsbericht Teil 1; zum DGfH-Forschungsvorhaben F-96/10 im Auftrag des Deutschen Instituts für Bautechnik, VHT, iBMB, TU-Braunschweig, Juli 1997 [2] Statistisches Bundesamt: Statistische Werte der genehmigten Bauvorhaben im Hochbau 1998, Wiesbaden, Bonn, Berlin, 1999 [3] Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V.: Statistisches Taschenbuch der Versicherungswirtschaft 2000, Berlin, 2000 [4] Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V.: Prozentuelle Angaben zum Schadenaufwand und zur Schadenanzahl in den Versicherungszweigen „Verbundene Hausrat„ und “Verbundene Wohngebäude“. Abt. Statistik; Juli, 2001 [5] Statistisches Bundesamt Deutschland: Bauen und Wohnen, „Bewohnte Wohneinheiten in Wohngebäuden und sonstigen Gebäuden mit Wohnraum nach Belegung und Fläche“, http://www.statistik-bund.de, 2000 [6] Schneider, U.; Oswald, M.: Sammlung und Auswertung statistischer Daten. 2. Teilbericht des Forschungsprojektes BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, 2001 (unveröffentlicht) [7] Schneider, U.; Oswald, M.: Untersuchung des Einflusses der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko. 4. Teilbericht des Forschungsprojektes BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, 2001 (unveröffentlicht) [8] Angaben gemäß Ltd. Branddirektor Dipl.-Ing. Werner Thon, Feuerwehr Hamburg, Vorbeugender Brand- und Gefahrenschutz, Hamburg, März 2001 3 Brandrisikoeinfluss der Baustoffe und Bauarten [9] Schneider, U.; et. al.: Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz. Kontakt & Studium, Band 531. Expert Verlag, Renningen, 2001 [10] Wilmot, R.T.D.: United Nations Fire Statistics Study, World Fire Statistics Centre Bulletin, Geneva Association, Genf, Sept. 1999 [11] Fontana, M.; Favre, J. P.; Fetz, C.: A Survey of 40.000 Building Fires in Switzerland. Fire Safety Journal, Vol. No. 32, P. 137-158, Elsevier Science, New York 1999 [12] Moschnitschka G.: Das Verhalten von Holzkonstruktionen unter Brandeinwirkung. Diplomarbeit, ausgeführt am Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz an der Technischen Universität Wien, Wien, 2001 (unveröffentlicht) [13] Schneider, U.; Moschnitschka G.; Oswald M.; Lebeda, C.: Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbauweise unter Brandeinwirkung. 5. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, August 2002 (unveröffentlicht) [14] Brandverhütungsstelle Oberösterreich: Bildmaterial, Dez. 2001 (unveröffentlicht) [15] Bundesministerium für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau: Brandversuche Lehrte – Brandversuche in einem zum Abbruch bestimmten, viergeschossigen modernen Wohnhaus in Lehrte. Schriftenreihe „Bauund Wohnforschung“. Braunschweig, 1978 [16] Bundesverband Porenbeton: Porenbeton Lehrmaterial – Diagramme, Illustrationen, Bilder. Bundesverband Porenbetonindustrie e. V., 2. CD-Rom Auflage Wiesbaden, 2002 [17] Hofmeister, B: Fotos in der Tageszeitung „Vorarlberger Nachrichten“. Bregenz, Februar 2001 18] Hosser, D.; Dehne, M.; Zehfuss, J.: Theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum Brandschutz mehrgeschossiger Gebäude in Holzbauweise, Stufe 2 (Bauteilversuche) und Stufe 3 (Empfehlungen). Forschungsauftrag des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) über die deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) / (DIBt-Nr.IV 12-5-4.111.1896/98, DGfH-Nr.F-98/29), IBMB Darmstadt / TU Braunschweig, März 2000 [19] [20] Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (IBMB) der TU Braunschweig: Braunschweiger Brandschutz-Tage ’01 – Kurzreferate. 9. Fachseminar Brandschutz – Forschung und Praxis, Heft 158, Braunschweig, 2001 Kordina, K.; Meyer-Ottens, C.: Holz-BrandschutzHandbuch. Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V. (Hrsg.), Verlag Ernst & Sohn, München, 1994 [21] Kordina, K.; Meyer-Ottens, C.: Beton-BrandschutzHandbuch. Beton-Verlag, Düsseldorf, 1981 [22] Schneider, U.; Schjerve, N.; Lebeda, C.;: Zündphänomene unter Berücksichtigung der Bauweisen. 6. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, Jänner 2003 (unveröffentlicht) [23] Schneider, U.; Lebeda, C.; Oswald, M.: Entwicklung und Stand der Österreichischen Bauvorschriften und Normen in Bezug auf die Brennbarkeit und den Feuerwiderstand von Bauteilen, Baustoffen und Konstruktionen. 3. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!, Technische Universität Wien, Oktober 2001 (unveröffentlicht) [24] PROHOLZ-Österreich: Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich – Anforderungen, Standardlösungen und Qualitätssicherung. Version 01/99. Wien, 1999 [25] Projektgruppe Brandschutz der Fachkommission Bauaufsicht: Entwurf der Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise (Muster-Holzbaurichtlinie – M-HbauRL). Fassung Oktober 2001 [26] Deutscher Feuerwehrverband e.V. Bonn: FeuerwehrJahrbuch 2000, DFV Medien GmbH, Bonn, 1999 [27] ÖNORM B 3807: Äquivalenztabellen – Übersetzung europäischer Klassen des Feuerwiderstandes von Bauprodukten (Bauteilen) in österreichische Brandwiderstandsklassen; Bauteil-Äquivalenztabellen, Tabelle 1 Seite 5 – Entwurf Vornorm 01.03.2002, Österreichisches Normungsinstitut, Wien, 2002 [28] Fontana, M.; Lienert, C.; Favre, J.-P. ; Maag, T. : Statistische Untersuchungen zu Gebäudebränden. S+s report, S. 18-23, Ausgabe 1/2002, Schweiz 2002 [29] Schneider, U.; Oswald, M.: Brandrisiko – Einfluss der Bauweisen und Bauarten. Deutsches Ingenieurblatt, Ausgabe Nr. 5/02, DIB Special S. 13 –18, Berlin 2002 30] Leicester, R.H.; Seath, C.; Pham, L.: The Fire Resistance of Metal Connectors. Proceedings, 19th Forest Products Research Conference, Melbourne, 1979 [31] Schneider, U.; Lebeda, C.: Baulicher Brandschutz. Verlag Kohlhammer Stuttgart, 2000 [32] Schneider, U.: Grundlagen der Ingenieurmethoden im Brandschutz. Werner Verlag GmbH, Düsseldorf, 2002 [33] Schneider, U.; Oswald, M.; Lebeda, C.: Wohnbau: Holz oder Massiv?. technopress BauMagazin, Ausgabe Nr. 6/02, S. 16-22, Klosterneuburg, 2002 [34] Weber, H.; Hullmann, H.: Das Porenbeton-Handbuch – Planen und Bauen mit System, 5. Auflage, Bauverlag, Wiesbaden 2002 43 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger 4.1 Einführung zur Bemessung nach dem Teilsicherheitskonzept im Mauerwerksbau 4.1.1 Grundlagen Die bisherige Nachweismethodik nach zulässigen Spannungen bzw. dem Traglastverfahren berücksichtigte keinerlei Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Einwirkungen und keine Streuung der Lastgrößen oder der Bauteilwiderstände. Mit der semiprobabilistischen Bemessungsmethodik werden diese Dinge stärker in die Bemessung einbezogen, als bisher. Einwirkungen sind mit spezifischen Teilsicherheitsfaktoren zu belegen und die Bauteilwiderstände mit charakteristischen Festigkeiten, die die Streuung der Baustoffeigenschaften berücksichtigen, zu bestimmen. Nichtlineare Effekte werden dabei mit erfasst und ausgenutzt, zumindest bei der Bemessung. geht man nun auf die Kraftebene über, um ggf. vorhandene Tragreserven infolge nichtlinearem Werkstoffverhaltens mit berücksichtigen zu können. Die Kraft, die der Querschnitt kurz vor dem Bruch bzw. im Gebrauchszustand aufnehmen kann, wird als Querschnittswiderstand bezeichnet. 4.1.1.3 Nachweisführung Im Grenzzustand der Tragfähigkeit darf am betrachteten Querschnitt der Bemessungswert der Einwirkungen den Bemessungswert des nicht überschreiten. (1) wobei Es werden zwei wesentliche Zustände, die für die Nachweisführung von Interesse sind, definiert: Ed • der Grenzzustand der Tragfähigkeit und • der Grenzzustand der Nutzungsfähigkeit. Rd 4.1.1.1 Einwirkungen Ed ≤ Rd der Bemessungswert der Beanspruchung, wie z.B. eine Schnittgröße, Spannung oder ein diesbezüglicher Vektor und der Bemessungswert des Tragwiderstandes, dem alle Tragwerkseigenschaften mit ihren jeweiligen Bemessungswerten zugeordnet sind, ist. Während alle Bemessungsansätze im Mauerwerksbau in der Vergangenheit von einem globalen Sicherheitsfaktor ausgingen, wird dieser bei dem neuen Sicherheitskonzept aufgesplittet. Es wird zwischen Gl. (1) stellt das prinzipielle Nachweisformat dar. Der Bemessungswert der Einwirkungen ist mit Hilfe der unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerte unter Herausfindung der ungünstigsten Kombination zu ermitteln. • Ständigen Einwirkungen • Veränderlichen Einwirkungen – zeitlich veränderlich – räumlich veränderlich • Außergewöhnlichen Einwirkungen und • Erdbeben Der Bemessungswert des Widerstandes ergibt sich aus dem bzw. den charakteristischen Werten der Eingangsgrößen für das Bauteil bzw. den Querschnitt, der dann durch den Teilsicherheitsbeiwert für das Material zu dividieren ist. Eine ausführliche Darstellung einschließlich der Definition der Grenzzustände ist beispielsweise in [4] enthalten. unterschieden. Die Einwirkungen können sich günstig oder ungünstig auf das Gesamttragverhalten auswirken, was ebenfalls über den entsprechenden Teilsicherheitsbeiwert zu berücksichtigen ist. Der Grenzzustand der Nutzungsfähigkeit (z.B. Verformungsbeschränkungen) gilt im Mauerwerksbau als erfüllt, sofern der Grenzzustand der Tragfähigkeit nachgewiesen ist. 4.1.2 Stand der Normung Treten verschiedene Einwirkungen zur gleichen Zeit auf, geht die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses in die Berechnung mit ein, u. zw. über die so genannten Kombinationsbewerte ψ. 4.1.1.2 Festigkeiten und Widerstände Für die Berechnung der Widerstände werden die entsprechenden Festigkeiten in Abhängigkeit von der Beanspruchungsart benötigt. Dem Grundgedanken der Wahrscheinlichkeitstheorie folgend, sind das Werte, die nur zu einem geringen Prozentsatz unterschritten werden und mit einer hohen Wahrscheinlichkeit garantiert sind. Im Mauerwerksbau haben sich hier 5 bzw. 95 % durchgesetzt. Der Wert wird als 5 %-Fraktilwert bezeichnet. Während bei den bisherigen Bemessungsverfahren in Deutschland stets auf der Spannungsebene gearbeitet wurde, 44 Die Methode der Grenzzustände ist schon länger bekannt. Ihr Vorteil gegenüber der Methode der zulässigen Spannungen bzw. dem Traglast- oder Grenzspannungsverfahren besteht in der konkreteren Erfassung der einzelnen Einflüsse und der Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens. Sie wurde zu Beginn der Erarbeitung der europäischen Vornormen ENV für die Bemessung von Bauwerken und Bauteilen zur verbindlichen Nachweismethode erklärt. Sie trägt dem gestiegenen Erkenntnisstand Rechnung, bringt allerdings mehr Aufwand mit sich und führt nicht unbedingt zu einer wirtschaftlicheren Dimensionierung. Im Stahlbau liegt die auf dieser Methode beruhende Vorschrift seit Beginn der neunziger Jahre vor und kann angewendet werden. Da der europäische Normungsprozess länger als erwartet dauert, hatte sich Deutschland entschlossen, auch 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept die anderen deutschen Normen auf das Teilsicherheitskonzept umzustellen. 4.1.2.1 Europa Die erste Phase des europäischen Normungsprozesses konnte in der ersten Hälfte der neunziger Jahre mit der Vorlage der europäischen Vornormen für die Bemessung von Mauerwerk abgeschlossen werden [5]. Es folgte eine dreijährige Erprobungszeit, die jedoch national so gut wie nicht genutzt wurde. An Hand von Vergleichsrechnungen sind lediglich die Anwendbarkeit getestet und vorhandene Sicherheitslücken aufgedeckt worden. Die Mehrheit der europäischen Länder stimmte einer Überführung der ENV 1996-1-1 in eine europäische Norm zu, wobei Erfahrungen und Erkenntnisse aus der Erprobungsphase eingearbeitet werden sollten. Die abschließende Behandlung des Schlussentwurfes der überarbeiteten europäischen Mauerwerksnorm (prEN 1996-11) durch CEN/TC 250/SC 6 fand im Dezember 2002 statt. Die formale Abstimmung dazu wird 2003 erfolgen. Nach der Verfügbarkeit in den drei offiziellen Sprachen Englisch, Deutsch und Französisch kann bei positivem Ergebnis bei der Abstimmung dann mit der Bearbeitung der Nationalen Anhänge begonnen werden. Danach ist bei Einführung durch die Bundesländer die Anwendung parallel zur gültigen DIN 1053-1 (bzw. 100) möglich. Drei Jahre nach dem Erscheinen der letzten Norm aus dem EC 6-Paket sind dann die widersprechenden nationalen Normen zurückzuziehen. Das wird bei Beachtung aller offiziellen Fristen voraussichtlich 2009 der Fall sein (vgl. hierzu [7]). 4.2 DIN 1053-100:05/03 Die Norm geht davon aus, dass Mauerwerk in der Regel nur im Grenzzustand der Tragfähigkeit nachzuweisen ist. Der Nachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit wird im Mauerwerksbau nicht geführt, da dieser im eigentlichen Sinne von den üblichen Einwirkungen her als erfüllt angesehen werden kann. Das schließt jedoch nicht spezielle Betrachtungen bei der Konstruktionswahl aus, insbesondere wenn anerkannte Erfahrungsregeln verlassen werden sollen. 4.2.1 Teilsicherheitsbeiwerte Der Anhang A der DIN 1053-100 [2] enthält die wesentlichen Dinge zum Sicherheitskonzept, sodass ein Nachschlagen in der Lastnorm DIN 1055-100 [4] entfällt. 4.2.1.1 Einwirkungen Die Teilsicherheitsbeiwerte für ständige und veränderliche Einwirkungen sind in Tab. 4-1 angegeben. Auswirkung Ständige Einwirkung (γG) Veränderliche Einwirkung (γQ) günstige 1,0 0 ungünstige 1,35 1,5 Tab. 4-1 Teilsicherheitsbeiwerte γf für Einwirkungen in Tragwerken für ständige und vorübergehende Bemessungssituationen 4.2.1.2 Tragwiderstand 4.1.2.2 Deutschland Die letzte Aktualisierung der deutschen Mauerwerksnorm erfolgte 1996 [1]. Das vereinfachte Verfahren beruht auf der Bemessung nach zulässigen Spannungen, das genaue Verfahren auf dem Traglast- bzw. Grenzspannungsnachweis. Es werden dabei globale Sicherheitsfaktoren verwendet. Grundlage für den Tragwiderstand sind die charakteristischen Festigkeiten des Mauerwerks, die als 5%-Fraktilwerte definiert sind. Die Teilsicherheitsbeiwerte γM zur Bestimmung des Bemessungswertes des Tragwiderstandes sind Tab. 4-2 zu entnehmen. γM Die lange Dauer des europäischen Normungsprozesses machte eine zwischenzeitliche Überarbeitung der Bemessungsnormen erforderlich, die auf der Basis des Teilsicherheitskonzeptes erfolgen sollte. Auf dem Gebiet des Mauerwerksbaus wurde damit 1997 begonnen, um eine entsprechende Lösung gleichzeitig mit den anderen Bauarten zur Verfügung zu haben. Die verantwortlichen Gremien waren sich einig, dass die Einführung dieses, 1998 vorgelegten Entwurfes nur bei entsprechender Notwendigkeit erfolgen sollte. Da diese nicht vorlag, war ausreichend Zeit zu einer gründlichen Überarbeitung des Bemessungsteils auf der Basis der Teilsicherheitsmethode. Das Ergebnis dieser Phase konnte Ende 2002 beim DIN eingereicht werden und ist im Mai d.J. zur Veröffentlichung vorgesehen. Nach entsprechender Einführung in den Bundesländern kann dann die Bemessung nach dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept auf der Basis der deutschen Norm im Mauerwerksbau erfolgen. Gleichzeitig ist mit einer Rückziehung der europäischen Vornorm ENV 19961-1 [5] einschließlich des Nationalen Anwendungsdokumentes [6] zu rechnen. Material Normale Einwirkungen Außergewöhnliche Einwirkungen Mauerwerk 1,5 · k0 1,2 · k0 Verbund-, Zug- und Druckwiderstand von Wandankern und Bändern 2,5 2,5 Tab. 4-2 Teilsicherheitsbeiwerte γM für Baustoffeigenschaften Dabei ist in Tab 4-2: k0 ein Faktor zur Berücksichtigung unterschiedlicher Teilsicherheitsbeiwerte γM bei Wänden und „kurzen Wänden“ nach DIN 1053-1:11/96, Abschnitt 2.3 [1]. Es gilt: 45 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept k0 = 1,0 für Wände (allgemein); k0 = 1,0 für „kurze Wände“, die aus einem oder mehreren ungetrennten Steinen oder aus getrennten Steinen mit einem Lochanteil von weniger 35 % bestehen und nicht durch Schlitze oder Aussparungen geschwächt sind. k0 = 1,25 für alle anderen ”kurzen Wände“. Mit der Beziehung (4) sind unter Beachtung der Abminderungen für hochfestes Mauerwerk sowohl die Festigkeitstabellen als auch die Tabelle mit den Verformungswerten aus der bisherigen Vorschrift [1] umgerechnet worden. Bei Rezeptmauerwerk können die fk-Werte aus der Tab 4-3 in Abhängigkeit von den Steinfestigkeitsklassen und Mörtelgruppen entnommen werden. Die Tabellen beruhen auf den bisher anerkannten Versuchswerten. 4.2.2 Festigkeiten 4.2.2.1 Druckfestigkeit 4.2.2.2 Zug- und Biegezugfestigkeiten Die charakteristische Druckfestigkeit von Mauerwerk fk ist die im Kurzzeitversuch an Prüfkörpern nach DIN 18554-1 gewonnene, als 5 %-Fraktile ausgewertete und auf die theoretische Schlankheit 0 bezogene Druckfestigkeit. Für den Tragfähigkeitsnachweis werden die abgeminderte Haftzugfestigkeit fvko und die Höchstwerte der Zugfestigkeit max fx2 parallel zur Lagerfuge benötigt. Sie sind ebenfalls aus den bisher bekannten Werten umgerechnet worden. Die Tab 4-4 und Tab 4-5 geben die entsprechenden Werte an. Vergleicht man die Definition mit den bisher gebräuchlichen Werten der Mauerwerksfestigkeit βM, der Rechenfestigkeit βR und dem Grundwert der zulässigen Spannung σo nach [1], so besteht der nachfolgende Zusammenhang: (2) fk = 1,1 · βM (3) βR fk = ––––– 0,85 (4) fk = 3,14 · σo Steinfestigkeitsklasse 1) 4.2.3 Schubfestigkeiten Für die Bestimmung der Schubfestigkeit werden die Angaben zu fvko aus Tab 4-4 benötigt. beim vereinfachten Nachweisverfahren dürfen bestimmte Höchstwerte für die Schubfestigkeit nicht überschritten werden, die in Tab 4-6 angegeben sind. Mauerwerk mit Normalmörtel Plansteinmauerwerk mit Dünnbettmörtel Mörtelgruppe Mauerwerk mit Leichtmörtel I MN/m2 II MN/m2 IIa MN/m2 II MN/m2 MN/m2 LM21 MN/m2 LM36 MN/m2 2 0,9 1,5 1,51) - 1,8 1,5 1,51) 4 1,2 2,2 2,5 2,8 3,4 2,2 2,5 6 1,5 2,8 3,1 3,7 4,7 2,2 2,8 8 1,8 3,1 3,7 4,4 6,2 2,5 3,1 fk =1,8 MN/m2 bei Außenwänden mit Dicken ≥ 300 mm. Diese Erhöhung gilt jedoch nicht für den Nachweis der Auflagerpressung (Einzellasten und Teilflächenpressung). Tab. 4-3 Charakteristische Werte fk der Druckfestigkeit von Mauerwerk aus Porenbeton üblicher Steinfestigkeitsklassen nach [2] 1) Mörtelart; Mörtelgruppe NM I NM II NM IIa LM 21 LM 36 NM III DM fvko1) 0,02 0,08 0,18 0,22 Für Mauerwerk mit unvermörtelten Stoßfugen sind die Werte fvko zu halbieren. Als vermörtelt in diesem Sinne gilt die Stoßfuge, bei der etwa die halbe Wanddicke oder mehr vermörtelt ist. Tab. 4-4 Abgeminderte Haftscherfestigkeit fvko in MN/m2 46 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Steinfestigkeitsklasse 2 4 6 8 Max fxk2 0,02 0,04 0,08 0,10 Tab. 4-5 Höchstwerte der Zugfestigkeit max fxk2 parallel zur Lagerfuge in MN/m2 1) Steinart max fvk1) Hohlblocksteine 0,012 · fbk Hochlochsteine und Steine mit Grifflöchern oder Grifföffnungen 0,016 · fbk Vollsteine ohne Grifflöcher und Grifföffnungen 0,020 · fbk fbk ist der charakteristische Wert der Steindruckfestigkeit (Steinfestigkeitsklasse). Tab. 4-6 Höchstwerte der Schubfestigkeit max fvk im vereinfachten Nachweisverfahren 4.2.4 Zentrische und exzentrische Vertikalbelastung 4.2.4.1 Spannungsverteilung Für Mauerwerk im Gebrauchszustand ist der Ansatz einer linearen Spannungsverteilung unter Ausschluss von Zugspannungen hinreichend genau. Wenn man jedoch im Bruchzustand den Nachweis führt, können die infolge der nichtlinearen Spannungsverteilung mehr oder weniger stark vorhandenen Tragreserven im Sinne einer wirtschaftlichen Materialauslastung mit in Ansatz gebracht werden. Dies war bisher in Deutschland nicht üblich. Die Größe der Reserven hängt von der Stein-Mörtel-Kombination und ihrem typischen Spannungs-Dehnungs-Diagramm ab. Der EC 6 geht bei der Bemessung von einem Spannungsrechteck aus. Diese Annahme ist nur für die Nachweisführung sinnvoll und zulässig, weil dann die Unterscheidung zwischen gerissenem und ungerissenem Querschnitt unterbleiben kann. Auf der Basis dieser Bemessungsvereinfachung und exzentrischer Versuche war Jahre 1996 in der DIN 1053-1 im Abschnitt 7.9.1 [1] eine um den Wert 1,33 · βR erhöhte Kantenpressung bei exzentrischer Belastung zugelassen worden. Diese erhöhte Kantenpressung konnte nunmehr beim allgemeinen Übergang auf das Spannungsrechteck bei DIN 1053100 entfallen, da sie nur ein Hilfsmittel zur Ausnutzung vorhandener Reserven im Vergleich zum Spannungsrechteck darstellte. Das Rechteckdiagramm stellt eine starke Vereinfachung des tatsächlichen Parabel-Rechteck-Diagramms für die Bemessung dar, obwohl es sich bei den meisten Mauerwerksarten so nicht einstellt (vgl. [9], Abschnitt 9.4). Die Nachweisführung gestaltet sich damit wesentlich einfacher. Die Traglast einer exzentrisch beanspruchten Wand Ne lässt sich in Bezug auf die Tragfähigkeit bei zentrischer Belastung N0 darstellen zu (5) 4.2.4.2 Nachweis der Knicksicherheit Beim genaueren Verfahren wurde bisher der Knickeinfluss über eine zusätzliche Lastexzentrizität berücksichtigt, die von der Schlankheit, der Außermittigkeit und der Knicklänge abhing. Jetzt wird – dem Vorgehen des EC 6 folgend – der Knickeinfluß über einen Abminderungsfaktor explizit angegeben, sodass die Berücksichtigung einer zusätzlichen Durchbiegung aus Theorie II. Ordnung entfällt (vgl. hierzu ausführlich [10], dort in Gl. (11q) implizit enthalten). Der Abminderungsfaktor Φm in der Mitte der Wand ergibt sich in der DIN 1053-100 [2] zu (6) ) ______ für hk/d > 10: emc = 0,002 · ϕ∞ · hk · em0 d √ / ) Die Überprüfung, ob der Querschnitt gerissen oder ungerissen ist, entfällt. ( Darin bedeuten hk /d Schlankheit der Wand unter Beachtung der Knicklänge und der Wanddicke em Exzentrizität der einwirkenden Last Nm,d in halber Geschosshöhe Es gilt: em = em0 + emk = Mmd/Nmd + ea + emk emo Exzentrizität infolge der planmäßigen Biegemomente Mmd in halber Geschosshöhe, insbesondere aus Deckeneinspannung und Wind sowie ungewollter Ausmitte ea ea ungewollte Ausmitte. Sie kann mit hk/450 angenommen und parabolisch über die Höhe angesetzt werden. emc Exzentrizität in halber Geschosshöhe infolge Kriechen. Falls kein genauerer Nachweis erfolgt, ist folgende Abschätzung zulässig: hk em em Φm = 1,14 · 1-2 · ––– - 0,024 –––– ≤ 1-2 · ––– d d d ( e Ne = N0 · 1-2 · –– d für hk/d ≤ 10: emc = 0. ϕ∞ Endkriechzahl nach Tabelle 3 von DIN 1053-100 [2] (Die Werte sind identisch mit denen aus Tabelle 2 der DIN 1053-1: 11/96 [1]). 47 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Beim vereinfachten Verfahren wird der Knickeinfluss über den Korrekturfaktor Φ2 erfasst, der etwa dem bisherigen k2 entspricht. 4.2.4.3 Begrenzung der Lastexzentrizität Die DIN 1053-1 fordert, dass die klaffende Fuge bei exzentrischer Beanspruchung höchstens bis zum Schwerpunkt sich öffnen darf. Diese Bedingung repräsentiert bei starrem Materialverhalten die als minimal zulässig anzusehende Kippsicherheit um die Vorderkante von 1,5. Bei einem Rechteckquerschnitt und Ansatz linearer Spannungsverteilung bedeutet diese Forderung, dass die maximale Lastexzentrizität d/3 sein darf. In der DIN 1053-100 konnte nun diese einschränkende Bedingung entfallen, da nach dem Teilsicherheitskonzept die für die jeweilige Versagensart maßgebende Lastkombination zu untersuchen ist und die Tragfähigkeit des überdrückten Restquerschnittes sich aus der Festigkeit des Materials ergibt. 4.2.5 Schubbeanspruchung In Abhängigkeit von der Kraftrichtung wird zwischen Scheibenschub infolge von Kräften parallel zur Wandebene und Plattenschub infolge von Kräften senkrecht dazu unterschieden. fbk δDd 4.2.5.2 Schubnachweis Querschnittsbereiche, in denen die Fugen rechnerisch klaffen, dürfen nicht beim Schubnachweis in Rechnung gestellt werden. Die Länge lc der überdrückten Fläche A darf unter der Annahme, dass es sich um einen linear-elastischen Werkstoff mit Ausschluss von Zugspannungen handelt, bestimmt werden. Im Grenzzustand der Tragfähigkeit ist nachzuweisen: (10) Aus der abgeminderten Haftscherfestigkeit ist unter Beachtung der Auflast zuerst die Schubfestigkeit zu bestimmen. Dabei kommt wie bisher das gewohnte Schubmodell nach Mann/Müller zur Anwendung, das auch schon der DIN 10531: 11/96 zu Grunde liegt. Anschließend wird unter Ansatz der überdrückten Fläche die aufnehmbare Schubkraft ermittelt. (11) mit Für die charakteristische Schubfestigkeit fvk gilt: VEd VRd (7) fvk = fvko + − µ · σDd (8) fvk = 0,45 · fbz · ________ σDd 1 + ––– fbz √ • Plattenschub: (9) fvk = fvko + µ · σDd Dabei bedeuten: fvko µ − µ fbz 48 die abgeminderte Haftscherfestigkeit nach Tab. 4-4 der Reibungsbeiwert. Für alle Mörtelarten gilt µ = 0,6. der abgeminderte Reibungsbeiwert. Mit der Abminderung wird die Spannungsverteilung in der Lagerfuge längs eines Steines berücksichtigt. Für alle Mörtelarten darf angenommen werden. die Steinzugfestigkeit. Liegen keine Versuchswerte vor, darf angenommen werden VEd ≤ VRd Dabei gilt für Rechteckquerschnitte: 4.2.5.1 Schubfestigkeit • Scheibenschub: Der kleinere Wert aus den Gln. und ist maßgebend. fbz = 0,025 · fbk für Hohlblocksteine fbz = 0,033 · fbk für Hochlochsteine und Steine mit Grifflöchern oder Grifföffnungen fbz = 0,040 · fbk für Vollsteine ohne Grifflöcher oder Grifföffnungen der charakteristische Wert der Steindruckfestigkeit (Steindruckfestigkeitsklasse). der Bemessungswert der zugehörigen Druckspannung im untersuchten Lastfall an der Stelle der maximalen Schubspannung. Für Rechteckquerschnitte gilt δDd = NEd/A; dabei ist A der überdrückte Querschnitt. Im Regelfall ist die minimale Einwirkung NEd = 1,0 · NG maßgebend. fvd = fvk/γM γM A D l c A VRd = fvd · ––– c der Bemessungswert der Querkraft der Bemessungswert des Bauteilwiderstandes bei Querkraftbeanspruchung der Bemessungswert der Schubfestigkeit (s.o.) Teilsicherheitsbeiwert für Material nach Tab 4-2 überdrückter Wandquerschnitt d · lc = 1,5 · d · (l - 2 · e) ≤ d · l Dicke der Wand Länge der Wand Faktor zur Berücksichtigung der Verteilung der Schubspannungen über den Querschnitt. Für hohe Wände hW/l ≥ 2 gilt c = 1,5; für Wände mit hW/l ≤ 1 gilt c =1,0; Dazwischen darf linear interpoliert werden. HW bedeutet die Gesamthöhe, l die Länge der Wand. Bei Plattenschub gilt stets c =1,5. Der Unterschied zwischen dem vereinfachten und dem genaueren Verfahren besteht in der Berechnung der Schubfestigkeit. Bei Rechteckquerschnitten genügt es, den Schubnachweis für die Stelle der maximalen Schubspannung zu führen. Bei zusammengesetzten Querschnitten ist außerdem der Nachweis am Anschnitt der Teilquerschnitte zu erbringen. 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept 4.2.6 Weitere Nachweise fk charakteristische Druckfestigkeit des Mauerwerks nach Tab 4-3 Teilsicherheitsbeiwert nach Tab 4-2 Abminderungsfaktor zur Berücksichtigung der Schlankheit der Wand und von Lastexzentrizitäten. Die Nachweise für Einzellasten und Teilflächenpressungen sind entsprechend umgestellt worden. Für Kellerwände kann weiterhin der bekannte Grenzlastnachweis, der an das Teilsicherheitskonzept angepasst wurde, geführt werden. γM Φ 4.2.7 Abminderungsfaktor Φ1 bei vorwiegend biegebeanspruchten Querschnitten Vereinfachtes Verfahren Die Mehrheit der im Hochbau anliegenden Bemessungsfälle kann mit dem vereinfachten Verfahren bearbeitet werden. Dieses ist an bestimmte Grenzen gebunden, die vorher zu überprüfen sind. Die Anwendungsgrenzen wurden gegenüber der bisherigen Fassung der DIN 1053-1: 11/96 nicht verändert. Bei vorwiegend biegebeanspruchten Querschnitten, insbesondere bei Windscheiben, gilt (17) 4.2.7.1 Zentrische und exzentrische Druckbeanspruchung Einwirkungen und prinzipielles Nachweisformat Das Nachweisformat ist: (12) NEd ≤ NRd Hierin bedeuten: NEd Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft. Hierfür gelten die Gleichungen nach Anhang B, Abschnitt 3.2. Im Allgemeinen genügt der Ansatz (13) NEd = 1,35 · NGk + 1,5 · NQk In Hochbauten mit Decken aus Stahlbeton, die mit charakteristischen Verkehrslasten von maximal 2,5 kN/m2 belastet sind, darf vereinfachend angesetzt werden: (14) NEd = 1,4 · (NGk + NQk) Im Fall größere Biegemomente M ist auch der Lastfall max M + max N zu berücksichtigen. Dabei gilt: (15) minNEd = 1,0 · NGk e Φ = Φ1 = 1-2 · –– b mit b Länge der Windscheiben bei Scheibenbeanspruchung bzw. b = d = Wanddicke bei Plattenbeanspruchung. e = MEd/NEd Exzentrizitäten der Lasten; zum Lastfall max M + min N siehe Gl. (15). MEd = γf·MSk Bemessungswert des Biegemomentes. Bei Windscheiben gilt MEd = 1,5 · HWk · hW. HWk charakteristischer Wert der resultierenden Windlast, bezogen auf den nachzuweisenden Querschnitt. hW Hebelarm von HWk bezogen auf den nachzuweisenden Querschnitt. NEd Bemessungswert der Normalkraft im nachzuweisenden Querschnitt nach den Gln. (13) bis (15). Bei Exzentrizitäten e > b/6 bzw. e > d/6 sind rechnerisch klaffende Fugen vorausgesetzt. Bei Windscheiben mit e > b/6 ist zusätzlich nachzuweisen, dass die rechnerische Randdehnung aus der Scheibenbeanspruchung auf der Seite der Klaffung εR = εD · a/c unter charakteristischen Lasten den Wert εRk = 10-4 nicht überschreitet (siehe Abb. 4-1). Der Elastizitätsmodul für Mauerwerks darf hierfür zu E = 1000 · fk angenommen werden. Der Nachweis macht sich erforderlich, weil sonst bei wechselnder Windebeanspruchung der Ansatz der abgeminderten Haftzugfestigkeit in Gl. (24) beim Schubnachweis nicht mehr gerechtfertigt wäre. und NRd Bemessungswert der aufnehmbaren Normalkraft. Grundlage ist ein rechteckiger Spannungsblock, dessen Schwerpunkt mit dem Angriffspunkt der Lastresultierenden übereinstimmt. Für Rechteckquerschnitte gilt: (16) NRd = Φ · A · fd mit A fd = fk/γM als Gesamtfläche des Querschnitts. Gemauerte Querschnitte, deren Flächen kleiner als 400 cm2 sind, sind als tragende Teile unzulässig. Beim Nachweis, dass dieser Mindestquerschnitts eingehalten ist, sind alle Schlitze und Aussparungen zu berücksichtigen. Bemessungswert der Druckfestigkeit des Mauerwerks Abb. 4-1 Zulässige rechnerische Randdehnung bei Windscheiben (Bild 3 nach [2]) b σDk εDk εRk Länge der Windscheibe Kantenpressungen auf Basis eines linear-elastischen Stoffgesetzes rechnerische Randstauchung rechnerische Randdehnung 49 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Abminderungsfaktor Φ2 und Φ3 bei geschosshohen Wänden Zur Berücksichtigung der Traglastminderung bei Knickgefahr unter Ansatz der vorhandenen Knicklänge gilt (18) hk Φ = Φ2 = 0,85 - 0,0011 · ––– d 2 ( ) Knicklänge nach Abschnitt 8.7.2 von [2] und Dicke des Querschnitts. Schlankheiten hk/d > 25 sind unzulässig. Zur Berücksichtigung der Traglastminderung durch den Deckendrehwinkel bei Endauflagern für Außen- oder Innenwände gilt: Für Deckenstützweiten l ≤ 4,20 m: (19) Φ = Φ3 = 1,0 Für 4,20 < l ≤ 6,0 m: (20) Φ = Φ3 = 1,7 - I/6 mit l als Deckenstützweite. Bei Decken über dem obersten Geschoss, insbesondere bei Dachdecken, gilt (21) Φ = Φ3 = 0,5 für alle Werte von l. Hierbei werden rechnerisch klaffende Fugen vorausgesetzt. Wird die Traglastminderung infolge Deckendrehwinkel durch konstruktive Maßnahmen, zum Beispiel Zentrierleisten, vermieden, so gilt unabhängig von der Deckenstützweite Φ3 = 1,0. Für die Bemessung maßgebend ist der kleinere der Werte Φ2 und Φ3. Außergewöhnliche Einwirkungen Bei zweiseitig gehaltenen Wänden mit Wanddicken < 175 mm und mit Schlankheiten > 12 und mit Wandbreiten < 2,0 m ist der Einfluss einer ungewollten horizontalen Einzellasten H = 0,5 kN, die als außergewöhnliche Einwirkung Ad in halber Geschosshöhe angreift, nachzuweisen. Sie darf als Linienlast über die Wandbreite gleichmäßig verteilt werden. Der Nachweis ist mit der Lastkombinationsregel für außergewöhnliche Einwirkungen (s. Anhang A der DIN 1053-100: 05/03 [2], Gl. (A.3)), zu führen. Er darf entfallen, wenn die Grenzschlankheit (22) Schlankheit der Wand H = 0,5 kN horizontale Enzellast A Wandquerschnitt b · d für Wände mit Wandbreiten b < 2,0 m. 4.2.7.2 Einzellasten und Teilflächenpressung Werden Wände von Einzellasten belastet, so ist die Aufnahme der Spaltzugkräfte konstruktiv sicherzustellen. Dies kann bei sorgfältig ausgeführtem Mauerwerksverband als gegeben angenommen werden. Die Spaltzugkräfte können auch durch Bewehrung oder durch Stahlbetonkonstruktionen aufgenommen werden. Ist die Aufnahme der Spaltzugkräfte konstruktiv gesichert, so wird die Druckverteilung unter konzentrierten Lasten innerhalb des Mauerwerkes unter 60° angesetzt. Der höher beanspruchte Wandbereich darf in höherer Mauerwerksfestigkeit ausgeführt werden. Die allgemeinen Aussagen der Norm zu Zwängungen sind dabei zu beachten. Wird nur die Teilfläche A1 (Übertragungsfläche) eines Mauerwerksquerschnitts durch eine Einzellast, z. B. unter Balken, Unterzügen, Stützen usw., mittig oder ausmittig belastet, dann darf A1 mit folgender Teilflächenpressung σ1d belastet werden: (23) α · fk FSd σ1d = –––– ≤ –––––– A1 γM Im Allgemeinen gilt α = 1,0. fk folgt aus Tab 4-3, γM aus Tab 4-2. Dieser Nachweis ersetzt nicht den Nachweis der gesamten Wand und ihrer Knicksicherheit. Vergrößerter Wert der Teilflächenpressung Der Wert α in Gl. (23) darf auf α = 1,3 vergrößert werden, wenn folgende Voraussetzungen eingehalten sind (siehe Abb 4-2): • Teilfläche A1 ≤ 2 · d2 mit d als Wanddicke. • Exzentrizitäten des Schwerpunktes der Teilfläche: e ≤ d/6 • Abstand a1 der Teilfläche vom Rand der Wand größer als die dreifache Länge l1 der Übertragungsfläche in Wandlängsrichtung: a1 > 3 · l1. Der Nachweis kann auch noch den genauen Verfahren geführt werden. – H λ ≤ 20 - 1000 · ––––– A · fk eingehalten ist. 50 – hk λ = ––– d Einzellasten auf Mauerwerk mit hk d Dabei bedeuten Abb. 4-2 Teilflächenpressungen (Bild 5 nach [2]). 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept Teilflächenpressung rechtwinklig zur Wandebene 4.3.1.1 Eingangsgrößen Außenwand aus PPW2-0,40 mit Dünnbettmörtel mit fk = 1,8 MN/m2 Für Teilflächenpressung rechtwinklig zur Wandebene gilt Gl. (23) mit α = 1,3. Bei horizontalen Lasten FSd ist zusätzlich die Schubspannung in der Lagefugen der belasteten Steine nach Gln. (24) und (25) nachzuweisen. Bei Loch- und Kammersteinen ist zum Beispiel durch Unterlagsplatten sicherzustellen, dass die Druckkraft auf mindestens zwei Stege übertragen wird. Wanddicke Lichte Höhe Stützweite der Decke 4.2.7.3 Schubbeanspruchung 4.3.1.2 Lotrechte Lasten Für die charakteristische Schubfestigkeit gilt beim vereinfachten Verfahren: • Scheibenschub: Der kleinere Wert aus den Gln. (24) und (25) ist maßgebend. Deckenbelastung: (24) (25) fvk = fvko + 0,4 · σDd Fvk = max fvk Abmessungen: Eigengewicht Verkehrslast Decke Trennwandzuschlag Gesamt • Plattenschub: (26) fvk = fvko + 0,6 · σDd Dachlasten Auflast aus Dach Dabei bedeuten: fvko γDd max fvk fbk die abgeminderte Haftscherfestigkeit nach Tab 4-4 der Bemessungswert der zugehörigen Druckspannung im untersuchten Lastfall an der Stelle der maximalen Schubspannung. Für Rechteckquerschnitte gilt γDd = NEd/A, dabei ist A der überdrückte Querschnitt. Im Regelfall ist die minimale Einwirkung NEd = 1,0 · NG maßgebend. Höchstwert der Schubfestigkeit nach Tab 4-6, abhängig vom Rissverhalten. der charakteristische Wert der Steindruckfestigkeit (Steindruckfestig-keitsklasse). Der Tragfähigkeitsnachweis ist nach den Gln. (10) und (11) zu führen. 4.3 Gesamt Drempel gD = 0,18 · 25 + 1,33 = 5,83 kN/m2 AgD = 5,83 · 5,22/2 = 15,22 kN/m NogD = 5 · AgD= 5 · 15,22 = 76,1 kN/m pD = 1,50 kN/m2 pT = 1,25 kN/m2 p = 2,75 kN/m2 ApD = 2,75 · 5,22/2 = 7,18 kN/m NopD = 5 · ApD = 5 · 7,18 = 35,9 kN/m Nog = 4,76 kN/m Nop = 2,24 kN/m gW = 0,18 + 5 · 0,30+0,15 = 1,83kN/m2 GW1= 1,83 · 2,60 = 4,76kN/m GW = 4,76 · 5 = 23,8 kN/m GD = 2,8 kN/m2 4.3.1.3 Überprüfung der Voraussetzungen für die Anwendung des vereinfachten Verfahrens Die Voraussetzungen • Gebäudehöhe ≤ 20 m • Stützweite der aufliegenden Decken < 6,00 m • Wanddicke ≥ 24 cm • Geschoßhöhe hS ≤ 2,75 m • Nutzlast ≤ 5 kN/m2 sind im vorliegenden Fall eingehalten. Beispiel nach dem vereinfachten Verfahren Es wird hier nur der Nachweis für die exzentrische Druckbelastung dargestellt. Zur Demonstration der Nachweisführung wird das Beispiel aus [11] (S. 126 f) verwendet, wodurch ein direkter Vergleich mit dem bisher angewendeten Algorithmus möglich ist. Der Einfachheit halber wird auf Öffnungen und daraus resultierende Auflagerkräfte verzichtet. Bei Berücksichtigung können sich u.U. andere Festigkeitsklassen ergeben, als hier verwendet. 4.3.1 Wandlasten pro Geschoss d= 30,0 cm hS=2,60 m l1= 5,00 + 0,3/3 + 0,24/2 = 5,22 m Bauteil und Belastungen Es handelt sich um eine einschalige Außenwand eines fünfgeschossigen Gebäudes. Sie ist zweiseitig gehalten. 4.3.1.4 Maßgebende Lastkombination und einwirkende Normalkraft Da die Verkehrslast p > 2,50 kN/m2 ist, kann von der vereinfachten Lastkombinationsregel nach Gl. (14) kein Gebrauch gemacht werden. Maßgebend ist Gl. (13). NEd = 1,35 · NGk + 1,5 · NQk = 1,35 · (35,9 +2,24) + 1,5 · (76,1 + 4,76 + 23,8 + 2,8) = 212,68 kN/m 4.3.2 Art der Wandhalterung und Knicklänge Der Wandabschnitt ist zweiseitig gehalten b = 1,0. Knicklänge hk = 1,0 · 2,60 = 2,60 m Schlankheit hk/d = 2,60/0,30 = 8,67 < 10 51 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept 4.3.3 Abminderungsfaktoren Φ 4.3.3.1 Zur Berücksichtigung des Schlankheitseinflusses Mit Gl. (18) folgt hk 2 Φ2 = 0,85 - 0,0011 · ––– = 0,85 - 0,0011 · 8,672 = 0,767 d ( ) Die DIN 1053-100 wird im Mai d.J. erscheinen. Nach Einführung durch die obersten Bauaufsichtsbehörden der einzelnen Bundesländer kann sie dann alternativ angewendet werden. Das Mischungsverbot ist dabei zu beachten. Es ist beabsichtigt, zur gleichen Zeit die ENV 1996-1-1 als eingeführte Technische Baubestimmung zurückzuziehen. Φ3 = 1,7-I/6 = 1,7-5,22/6 = 0,83 Die DIN 1053-100 hat nur die Bemessung zum Inhalt. Hinsichtlich Baustoffen, Konstruktion und Ausführung gilt weiterhin DIN 1053-1. Da diese Norm bereits seit 1996 Gültigkeit besitzt, ist in den nächsten Jahren eine generelle Überarbeitung vorgesehen. 4.3.3.3 Maßgebender Wert 4.5 Quellen/Literatur Maßgebend ist der kleinere der beiden Werte, also Φ2. [1] DIN 1053-1: 11/96: Mauerwerk. Teil 1: Berechnung und Ausführung. NABau im DIN/Beuth Verlag: Berlin Nov. 1996 [2] DIN 1053-100: 05/03: Mauerwerk. Teil 100: Berechnung auf der Grundlage des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes. NABau im DIN/Beuth Verlag: Berlin erscheint im Mai 2003 [3] Mann, W. & Jäger, W.: Vereinfachte Bemessung von Mauerwerk nach dem Teilsicherheitskonzept. In: Mauerwerk-Kalender 2003. Hrsg. H.-J. Irmschler, P. Schubert und W. Jäger. Ernst & Sohn: Berlin 2003, S. 349 - 365 [4] DIN 1055-100: 03/01: Einwirkungen auf Tragwerke. Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln. NABau im DIN/Beuth Verlag: Berlin März 2001 [5] ENV 1996-1-1: 12/96: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 1-1: Allgemeine Regeln. Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk. Deutsche Fassung ENV 1996-1-1: 1995. NABau im DIN/Beuth Verlag: Berlin Dez. 1996 [6] Nationales Anwendungsdokument (NAD): Richtlinie zur Anwendung von DIN V ENV 1996-1-1, Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 1-1: Allgemeine Regeln- Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk. DIN-Fachbericht 60. Hrsg. DIN Deutsches Institut für Normung e.V.. Beuth Verlag: Berlin, Wien, Zürich 1997 [7] Jäger, W.: Zum Stand der europäischen Bemessungsregeln im Mauerwerksbau Eurocode 6. In: MauerwerkKalender 2003. Hrsg. H.-J. Irmschler, P. Schubert und W. Jäger. Ernst & Sohn: Berlin 2003, S. 637 – 658 [8] Reeh. H. & Jäger W.: Bemessung von Mauerwerk. Beispiele nach DIN 1053-1 und Eurocode 6. In: Mauerwerk-Kalender 2003. Hrsg. H.-J. Irmschler, P. Schubert und W. Jäger. Ernst & Sohn: Berlin 2003, S. 367 – 457 [9] Jäger, W.; Pflücke, T. & Morlack, F.: Kicksicherheit von Mauerwerk nach EC 6. Untersuchungen zur Knicksicherheit von Mauerwerksbauteilen mit Berücksichti- 4.3.3.2 Zur Berücksichtigung der Deckenverdrehung Aus Gl. (19) ergibt sich 4.3.4 Ermittlung des Tragwiderstandes und Nachweis 4.3.4.1 Teilsicherheitsbeiwert für Material Im vorliegenden Fall handelt es sich um normale Einwirkungen sowie eine allgemeine Wand (vgl. Abschnitt 4.2.1.2). ko = 1,0 γM = 1,5 · 1,0 = 1,5 4.3.4.2 Tragwiderstand Der Tragwiderstand ergibt sich mit Gl. (16) NRd = Φ · A · fd = 0,767 · 0,30 · 1,00 · (1,8/1,5) · 1000 = 276,1 kN 4.3.4.3 Nachweis NEd = 212,68 kN/m < NRd = 276,1 kN Der Nachweis ist erfüllt. 4.3.5 Einschätzung Wie an dem Beispiel gezeigt werden konnte, ist der Aufwand nach dem Teilsicherheitskonzept nur unwesentlich höher als nach der bisherigen Nachweismethodik. Der Mehraufwand liegt im Wesentlichen in der Lastermittlung. Die dabei im Rahmen der DIN 1053-100 für den Mauerwerksbau eingeführten Vereinfachungen sind sehr hilfreich. In dem dargestellten Beispiel wird eine geringere Ausnutzung der Wand gegenüber dem Ergebnis nach [11] ausgewiesen, d.h. sie besitzt eine höhere Tragfähigkeit. 4.4 Ausblick Mit der DIN 1053-100 liegt ein Nachweiskonzept für den Mauerwerksbau vor, das die durchgängige Bemessung von Bauwerken nach dem neuen Sicherheitskonzept gestattet. Ziel der Umstellung war es, die Einfachheit der Anwendung und der Nachweisführung möglichst bei zu behalten und ein auf die Bauweise abgestimmtes Bemessungskonzept vorzulegen. 52 4 Mauerwerk-Bemessung nach dem neuen Sicherheitskonzept gung großer Exzentrizitäten und nichtlinearer Spannungs-Dehnungs-Beziehungen nach ENV 1996-1-1. Forschungsbericht, erarbeitet i. A. des DIBt. Technische Universität Dresden, Fakultät Architektur, Lehrstuhl Tragwerksplanung: Dresden, Juni 2002 [10] Graubner, C.-A.; Glock, Chr.; Jäger, W. & Pflücke, T.: Knicksicherheit von Mauerwerk. In: Mauerwerk-Kalender 2002. Hrsg. H.-J. Irmschler und P. Schubert. Ernst & Sohn: Berlin 2002, S. 381 - 441 [11] N.N.: XELLA Baustoffhandbuch Porenbeton. Hrsg. XELLA Baustoffe GmbH Duisburg. Eigenverlag. Duisburg 2003 53 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Dr.-Ing. Ronald Rast Der relativ junge Baustoff Porenbeton ist in der Summe der Eigenschaften das Material der Zukunft für Neubauten, Umbauten, Modernisierungen und Sanierungen. Abb. 5-1 ver- deutlicht bildhaft, dass die Tragfähigkeit von Porenbeton im Verhältnis zur Rohdichte enorm ist. Abb. 5-1 Die Grundwerte σ0 [MN/m2] der zulässigen Druckspannungen für Mauerwerk nach DIN 1053-1 sind im Verhältnis zur SteinSteinfestigkeitsklasse festigkeitsklasse gegenüber anderem Mauerwerk deutlich höher. 2 4 6 8 Mauerwerk aus Porenbeton-Plansteinen mit Dünnbettmörtel 0,6 1,1 1,5 2,0 Mauerwerk mit Mörtelgruppe II 0,5 0,7 0,9 0,9 0,8 Mauerwerk mit Mörtelgruppe III Mauerwerk mit Leichtmörtel LM36 0,5 12 20 1,0 1,2 1,6 1,2 1,4 1,8 2,4 0,9 1,0 1,1 1,1 Tab. 5-1 Grundwerte der zulässigen Druckspannungen σ0 [MN/m2] In alle Belastungsrichtungen sind die Trageigenschaften nahezu gleich und dennoch ist die Verarbeitung des Materials kinderleicht. Die Steingewichte und die Verklebung mit Dünnbettmörtel machen das Material auch besonders interessant 54 für den Selberbauer. In Sachen Brandschutz ist Porenbeton als nichtbrennbarer Baustoff in der Klasse A1 gemäß DIN 4102 eingestuft. Seine rein mineralischen Bestandteile und die Porenstruktur geben ihm diese perfekten Eigenschaften in Sa- 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte chen Brandschutz, so dass der Planer bei Anwendung im Wohn- und Wirtschaftsbau die Einhaltung von Brandschutzanforderungen gewährleisten kann. Selbst sehr schlanke Wand und Dachkonstruktionen halten einer Brandbelastung von 180 Minuten und mehr stand. In Sachen Schallschutz hat sich aus aktuellen Messungen gezeigt, dass Porenbeton wesentlich bessere Werte als in der Norm 4109 vorgegeben aufweist. Eigentlich ist die Luftschalldämmung von einschaligen massiven Bauteilen von ihrer flächenbezogenen Masse abhängig. Diese Gesetzmäßigkeit ist dementsprechend in der heute gültigen Norm DIN 4109 als Grundlage vorhanden. Dabei hat Porenbeton im Beiblatt 1 der DIN 4109 einen Bonus von 2 dB erhalten, doch ist mit Messungen gezeigt worden, dass Porenbeton gegenüber der Norm 4 bis 7 dB bessere Werte aufweist. Am Ende seiner Nutzungsdauer kann Porenbeton als sortenreines Material bedenkenlos auf Deponien entsorgt oder als Recyclingmaterial für neue Anwendungen genutzt werden. Mit der Auszeichnung der Arbeitsgemeinschaft umweltverträgliches Bauprodukt e.V. wurden die guten Umweltkenndaten von Porenbeton ausdrücklich bestätigt. Der heute, als eine der wichtigsten Eigenschaften angesehene Wärmeschutz, wurde in den vergangenen Jahren kontinuierlich verbessert. Wie in Abb. 5-2 ersichtlich, wurde 1997 zum erstenmal ein monolithischer Werkstoff aus Porenbeton geschaffen, der die magische Grenze eines Wärmeleitrechenwertes von λ = 0,10 W/(mK) unterschritten hat und im Bundesanzeiger damals mit λ = 0,09 W/(mK) veröffentlicht wurde. Abb. 5-2 Andere Baustoffe, wie z.B. der Ziegel, zogen inzwischen nach. Ein gleicher Wert von λ = 0,09 W/(mK) konnte aber nur in einer spezifischen Form als Hochlochziegel mit einer Dämmstofffüllung erreicht werden. Relativ neu als mineralischer Wärmedämmstoff wurde ebenfalls 1997 von dem damaligen Porenbetonhersteller Hebel AG ein Porenbeton mit einem Raumgewicht von nur noch 125 kg/m3 als sogenannte Hebel-MDPlatte auf den Markt gebracht. Seit Anfang dieses Jahres wird ein vergleichbares Produkt nun unter dem Namen Multipor vertrieben. Dieser mineralische Dämmstoff kann für die Herstellung neuer Wand- und Deckenkonstruktionen mit WDVS im Wohn- und Wirtschaftsbau, aber auch für die nachträgliche Dämmung bestehender Bauten genutzt werden. Doch kommen wir zurück zum Thema Vollstein. Porenbeton ist mit seiner Struktur ein homogener Stein, der in alle Richtungen die gleichen Wärmedämmeigenschaften hat. Diese Eigenschaft wird auch als isotrop bezeichnet und sorgt dafür, dass gerade in kritischen Bereichen des Wärmeschutzes Konstruktionen einfach Wärmebrückenfrei ausgebildet werden können. Am Beispiel, siehe auch Abb. 5-3, eines Dachanschlusses im Detailbereich des Ortgangs lässt sich der Unterschied zwischen einem Vollstein und Lochstein einfach darstellen.Beim Vollstein wird der Wärmestrom in alle Richtungen gleichmäßig unterbunden und es entstehen nur minimale Wärmeverluste an der Innenecke zwischen Wand und Dachkonstruktion. 55 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Abb. 5-3 Abb. 5-4 56 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Doch nicht nur der Planstein aus Porenbeton, der bei einfachster Verarbeitung an sich schon mehr als doppelt so groß wie andere Mauersteine ist, wird von den im Bundesverband Porenbeton zusammengeschlossenen Porenbetonherstellern angeboten. Abb. 5-4 zeigt einen Überblick über das Gesamtangebot der Hersteller. Neben dem Planstein als eigentlich kleinstes Bauteil des Porenbetonbausystems wird inzwischen eine ganze Palette an sogenannten Großformaten und Elementen hergestellt. Im tragenden und nichttragenden Wandbereich werden z.B. Planelemente im Doppelpack, aus denen mit einem Minikran bereits bis zu 1,25 m lange und 0,625 m hohe Wandstücke versetzt werden können, angeboten. Weiterhin gibt es transportbewehrte Wandbauteile, wie das liegend angewendete Planelement mit bis zu 3,00 m Länge und das Systemwandelement, welches geschosshoch stehend eingesetzt wird. Beide Produkte erlauben eine größtmögliche Effizienz beim Bauen und werden von den Herstellern einschließlich Montageplänen bereitgestellt. Bei den Großformaten ist daher bereits in der frühen Entwurfsphase eine Abstimmung zwischen Architekten und Porenbetonherstellern sinnvoll, um alle Vorteile des zeitgemäßen und effizienten Bauens vollkommen auszuschöpfen. Im nichttragenden Wandbereich für Industriebauten wird das Porenbetonbausystem durch bewehrte Montagebauteile für den liegenden als auch stehenden Einbau ergänzt. Diese Bauteile sind in der Lage, das Eigengewicht, die Windlasten auf die Fassade und die eingeleiteten Windkräfte aus Fenstern auf eine Unterkonstruktion abzuleiten. Die maximale Abmessung von Montagebauteilen beträgt 7,50 m in der Länge und 0,75 m in der Höhe. Die Dimensionierung der Dicke erfolgt über die Statik durch die Beanspruchungen und über die Anforderungen des Wärmeschutzes gemäß EnEV. Sowohl für den Wohnungsbau als auch für den Industriebau stellen die Hersteller von Porenbeton auch Decken- und Dachplatten mit Bewehrung als großformatige Bauteile her. Die Vorteile des Porenbetons kommen natürlich auch für diese Bauteile zum tragen. Ein massives Dach hat gleiche Wärmedämmeigenschaften wie die Porenbetonwand mit der gleichen Dicke und Wärmeleitfähigkeit. Dem Planer sind innerhalb der lieferbaren Maßen alle Freiheiten bei der Gestaltung von Fassaden, Innenwänden, Decken und Dächern gegeben. Effizienz beim Bauen bedeutet nicht nur eine kürzere Bauzeit, sondern auch geringere Baukosten. Die Lohnkosten auf der Baustelle werden infolge kürzerer Bauzeit reduziert und für den Investor ist es möglich, Gebäude schneller der geplanten Nutzung zuzuführen. Abb. 5-5 zeigt anschaulich die Zahl der Steine bzw. Elemente beim Bauen mit unterschiedlichen Formaten. Angefangen beim klassischen 2DF/3DF-Mauerwerk, wo für einen Quadratmeter Mauerwerk 32 Steine erforderlich sind, bis hin zur Systemwandbauweise, wo nur noch ein halbes Element pro m2 Mauerwerksfläche benötigt wird. Die Produktivitätssteigerung am Bau wird neben der Anzahl der Steine bzw. Elemente pro Quadratmeter Mauerwerksfläche auch durch die Abnahme der Arbeitszeitrichtwerte der einzelnen Mauerwerksbildner erreicht. In Abb. 6 kann man Abb. 5-5 57 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte diesen Trend der Abnahme der Arbeitszeitrichtwerte anhand einer 30 cm dicken Mauerwerkswand deutlich erkennen. Bereits mit dem Einsatz von Porenbeton-Plansteinen kann nahezu eine Halbierung der Aufwandswerte gegenüber 5DFMauerwerk erreicht werden. Mit den ganz großen Formaten wie dem Porenbeton-Planelement und dem PorenbetonSystemwandelement kann dieser Wert sogar auf ca. ein Fünftel des Wertes von klassischem 5 DF-Mauerwerk gebracht werden. Ist das Steingewicht beim 5DF-Mauerwerk noch bei durchschnittlich 10 kg pro Stein und damit von Hand zu verlegen, muss schon beim Porenbeton-Planelement im Doppelpack mit einem Durchschnittsgewicht von etwa 140 kg ein Minikran zur Hilfe genommen werden. Für die ganz großen Formate wird ein Minikran benötigt, aber es ist auch möglich, diese Elemente direkt vom Lastkraftwagen mittels eines Autokrans zu verlegen. Nachteile entstehen dabei jedoch nicht. So ist, bei einem angenommenen Stundensatz von 35,00 e/h der Kalkulationsansatz für das 5 DF-Mauerwerk mit durchschnittlich 103,25 e/m2 Mauerwerk zu kalkulieren, während sich dieser Wert bei Porenbeton-Systemwandelementen auf unter 30,00 e/m2 inklusive Kosten für den Kraneinsatz reduziert. Der Effekt der Einsparung der Lohnkosten rechtfertigt den Einsatz eines höherwertigen Baumaterials. Unter der Annahme eines gleichen Marktpreises für das fertige Mauerwerk ist in Abb. 5-7 dargestellt, dass sich trotzt höherer Materialkosten der Einsatz eines großformatigen Bausystems für den Bauunternehmer lohnt. Hinzugerechnet werden kann bei diesem Beispiel auch noch der Gesamtzeitgewinn für das Bauvorhaben, welcher durch Abb. 5-6 58 geringere Zwischenfinanzierungskosten und schnellerer Vermarktung bzw. Vermietung weitere Effekte beim Bauträger bzw. Auftraggeber auslöst. Gerade in der heutigen Zeit kommt es darauf an, die Baustoffe so einzusetzen, dass in der Summe ein optimales Bauergebnis erzielt wird. Dabei leistet der Baustoff Porenbeton mit der Summe der Eigenschaften und den großen Bauteilabmessungen einen wichtigen Beitrag. Wenn man sich, wie in Abb. 5-8 dargestellt, heute eine Baufamilie ansieht, so gibt es in deren Köpfen eine Vielzahl an Dingen, die beachtet werden müssen. Angefangen bei den Vorstellungen des eigenen Traumhauses über die Risiken bei den Kosten, den Terminen und der Bauqualität bis hin zu der Flexibilität des Hauses im fortgeschrittenen Alter gibt es eine Unzahl an Fragen und Problemen, mit denen oft nicht gerechnet wird. Vielfach ist sarkastisch „von dem letzten Abenteuer der Menschheit ...“ die Rede, wenn es um den Hausbau geht. Hierbei werden langfristige Entscheidungen getroffen und finanzielle Verpflichtungen eingegangen, bei denen der Bauherr auf der sicheren Seite stehen möchte. Abschreckende Beispiele in den Medien und im eigenen Bekanntenkreis schüren weitere Ängste. Wir, als im Bundesverband der Porenbetonindustrie zusammengeschlossene Hersteller wollen zeigen, dass es auch anders geht. In den letzen Jahren wurde eine Vielzahl an neuen Dienstleistungen und Produktinnovationen rund um den Baustoff Porenbeton entwickelt und auf dem Markt eingeführt. Auf den folgenden Seite sollen diese kurz vorgestellt werden. Für vertiefende Informationen stehen die Porenbetonhersteller gerne zur Verfügung. 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Abb. 5-7 Abb. 5-8 59 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Angefangen bei den produktbezogenen Dienstleistungen in Abb. 5-9 mit den Verlegeplänen für Porenbetonprodukte und den Berechnungen für Kalkulation und Konstruktion wird auf der einen Seite die planerische Sicherheit für das Bauobjekt erreicht und auf der anderen Seite der Bauablauf nachhaltig optimiert. Für den Planer ist der Bauteilkatalog von typischen Details von besonderem Interesse, da dort einfach auszuführende Details dargestellt sind, die eine sichere Erfüllung der einschlägigen Gesetze und Vorschriften sowie insbesondere der neuen Energieeinsparverordnung ermöglichen. Der gesamte Wärmebrückenkatalog mit allen Details ist als Berichtsheft Nummer 20 des Bundesverbandes der Porenbetonindustrie erhältlich und kann auch im Internet ständig aktualisiert abgerufen werden. Daneben unterstützten Sie die Porenbetonhersteller in allen Fragen rund im Details zur Vermeidung von Wärmebrücken. Neben diesen wärmetechnischen Beratungen stehen Ihnen die Porenbetonhersteller auch für Fragen rund um den Schallschutz zur Verfügung. Für Leistungen, die im eigentlichen Sinn nichts mit Porenbeton zu tun haben, können wir Ihnen Bauunternehmen vermitteln, die in der Vergangenheit bereits erfolgreich mit uns zusammengearbeitet haben. Ergänzt wird diese Dienstleistung mit Generalunternehmen, die Ihnen eine Vielzahl an Aufgaben rund um den Bau abnehmen. Für den Selberbauer und Baufirmen beim erstmaligen Einsatz von Porenbeton stellen die Porenbetonhersteller nach Absprache Vorführmeister, die vor Ort eine Einweisung in die Arbeitstechniken mit Porenbeton geben. Darüber hinaus gibt es auch noch Schulungsangebote der Porenbetonhersteller, die es nach Absolvierung erlauben, den Rohbau für sein eigenes Haus selbst zu bauen. Im Industriebau stehen, wie in Abb. 10 ersichtlich, eigene Montagekolonnen und langjährig auf die Porenbetonmontage spezialisierte Montageunternehmer den Bauherren zur Verfügung, so dass die Porenbetonhersteller in diesem Bereich einen Rundum-Service für die Fassade und das Dach anbieten können. Bei der Baulandoptimierung können wir Ihnen fachlich hochqualifizierte Baulandentwickler vermitteln, die sie auf dem Weg vom „Ackerland“ hin zum baureifen Land in allen Fragen rund um die Umwandlung und optimaler Nutzung begleiten. Abb. 5-9 60 Abb. 5-11 zeigt zwei Beispiele für objektbezogene Dienstleistungen aus dem Bereich Planungsservice und Baulandoptimierung. Auf der einen Seite können wir unseren Kunden Architekten empfehlen, die Porenbeton als einen modernen Baustoff bereits mehrfach ausgeschrieben haben. Auf der anderen Seite vergeben wir auch Planungsleistungen, wenn es vom Kunden so gewünscht wird. Als intensivster Schritt einer Zusammenarbeit zwischen Porenbetonherstellern und Architekten ist die gemeinsame Entwicklung von Hauskonzepten, die den optimalen Einsatz von Porenbeton berücksichtigen und dann bundesweit eingesetzt werden, zu nennen. Zur Vermeidung von Baustellenabfällen und für einen noch schnelleren Bauablauf bietet Ihnen die Porenbetonindustrie auch bereits vorkonfektioniertes Mauerwerk an. Zusammen mit den bereitgestellten, in Abb. 5-12 dargestellten, Verlegeplänen wird das Mauern nochmals beschleunigt, da zeitraubende Arbeiten, wie zum Beispiel der Steinezuschnitt, entfallen. 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Abb. 5-10 Abb. 5-11 61 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Auch hier spielt die Großformatigkeit eine wichtige Rolle, denn mit der Kombination von Großformaten, Konfektionierung und Positionierung können Spitzenzeiten in der Verarbeitungsgeschwindigkeit auf der Baustelle erreicht werden. Konfektioniertes Mauerwerk ist für den Profianwender gedacht. In Format und Verarbeitungsgeschwindigkeit übertroffen wird das konfektionierte Mauerwerk zur Zeit nur noch durch eine vorelementierte Bauweise mit geschosshohen Systemwandelementen. Durch die Elementierung und die Konfektionierung im Werk wird auf der Baustelle der Abfall nahezu komplett vermieden und bei den Systemwandelementen besteht die Möglichkeit, dass diese direkt vom Lastkraftwagen montiert werden. Auch hierbei ist der Einsatz für den Profibereich definiert und ein effizientes Bauen mit diesen Elementen ergibt sich insbesondere, wenn es mehrere Wiederholungen, wie z.B. Reihenhäuser oder größere Mehrgeschossbauten, gibt. Versuchsweise sind auch schon mehrere einzelne Systemwandelemente miteinander verbunden worden, was dann eine Wandtafel, wie sie auf der rechten Seite der Abb. 12 dargestellt ist, ergibt. Dieses Verfahren eignet sich jedoch zur Zeit nur für geschlossenen Wandfelder und ist auf Nachfrage erhältlich. Fensterzwischenräume und kurze Wandstücke werden dabei weiterhin mit Systemwandelementen ausgeführt. Mit diesem Zwischenschritt der verbundenen Einzelelemente kommt man damit zum aktuellsten Großformat des Porenbeton-Bausystems. Die in Abb. 5-13 dargestellten Mauerwerkstafeln ermöglichen es, ein Wohngebäude in kürzester Zeit, bei kleineren Abb. 5-12 62 Gebäuden sogar an einem Tag, rohbaufertig zu errichten. Mauerwerkstafeln bestehen aus werkseitig aufgemauerten Wandelementen, die alle Öffnungen berücksichtigen und die, entsprechend den Architektenplänen, individuell gefertigt werden. Mauerwerkstafeln werden stehend ausgeliefert und mittels eines Autokrans auf die vorbereiteten Boden bzw. Deckensysteme verlegt. Bis zum Auflegen der Folgedecke werden die einzelnen Wandelemente temporär mittels Sprießen abgestützt. Eine Kombination mit allen Deckensystemen aus Porenbeton, Beton oder Holz ist entsprechend dem statischen Nachweis problemlos möglich. Mauerwerkstafeln werden von dem Hersteller entsprechend positioniert und nach den statischen und wärmetechnischen Anforderungen bemessen. Zukünftig ist eine weitere Vervollständigung der industriellen Vorfertigung des Porenbeton-Bausystems denkbar. In ersten Versuchen wurden, wie rechts in Abb. 5-13 dargestellt, mittels Robotertechnik Porenbetonelemente entsprechend geschnitten und gefräst. Denkbar ist dabei die Vorfertigung von Aussparungen für Steckdosensysteme und Wasserleitungen, was auf der Baustelle zu einer weiteren Zeitersparnis führt und was werkseitig wesentlich genauer und sauberer herstellbar ist. Was bisher vorgestellt wurde, ist nicht nur graue Theorie. Erste Musterhäuser sind mit industriell vorgefertigten Wandelementen errichtet worden und haben bewiesen, dass es möglich ist, mit der Losgröße Eins, Porenbetonhäuser in massiver Fertigbauweise zu errichten. Hinzu kam bei diesen Musterprojekten auch noch, dass bereits untersucht wurde, ob es möglich ist, werksseitig eine Dämmung aus Porenbeton 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Abb. 5-13 Abb. 5-14 63 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte Abb. 5-15 Abb. 5-16 64 5 Das Porenbeton Bausystem – Neue Produkte und Konzepte aufzubringen. Gemeinsam konnte somit ein Passivhaustandard für ein Wohngebäude rein aus Porenbeton erreicht werden. In Abb. 5-14 und 5-15 sehen Sie eine kurze Bilddokumentation des Musterhauses bei dem neben den Wandelementen auch industriell vorgefertigte Decken- und Dachsysteme aus Porenbeton verwendet wurden. Als Fazit dieses Musterhauses kann gesagt werden, dass es ohne weiteres möglich ist, bei optimaler Vorplanung und Verfertigung, ein Einfamilienhaus an einem Tag zu errichten und am folgenden Tag Leitungen für Strom und Wasser in vorbereitete Kabelkanäle zu verlegen. Zum Abschluss eine kurze Zusammenfassung. Das Porenbeton-Bausystem ist ein perfekt aufeinander abgestimmtes Bausystem zur problemlosen Verwirklichung Ihrer architektonischen Vorstellungen. Alle im Bundesverband Porenbeton zusammengeschlossenen Hersteller, die Sie in Abb. 5-16 auf der rechten Seite dargestellt sehen, bieten Ihnen bundesweit hochqualitativen Porenbeton für ein optimales Bauergebnis an. Wir geben Ihnen in allen Bereichen die Sicherheit, die Sie von einem modernen Baustoff in einem modernen Bausystem erwarten können. Mit aufeinander abgestimmten Produkten können Sie aus einem Baukasten die für Sie beste Lösung auswählen. Gemeinsam sollte es unser Ziel sein, dass Baufamilien in Zukunft nicht mit den heutigen Sorgen des Hausbaus leben müssen, sondern sich ihr Traumhaus für mehrere Generationen mit einer Festpreis- und Termingarantie unter Ausnutzung optimaler Technologien leisten können. 65
