Erfahrungen und Vereinfachungen im Umgang mit dem EC6 Konkrete Nachweisführung an einem realisierten Gebäude

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1 Erfahrungen und Vereinfachungen im Umgang mit dem EC6 Konkrete Nachweisführung an einem realisierten Gebäude Prof. Dr.-Ing. Detleff Schermer Prüfingenieur für Massivbau, München Prof. Schermer & Weber Part. GmbB öbuv Sachverständiger für Beton-, Stahlbeton- und Mauerwerksbau Mitglied des Sachverständigenausschusses Wandbauelemente des DIBt

2 : EC 6 in Deutschland und / Schnittgrößenermittlung Nachweis für Mauerwerk unter Druckbeanspruchung nach dem Vereinfachten Verfahren von EC6 Beispielobjekt mit Einzelnachweisen Zusammenfassung und Bewertung Folie 2 2

3 Eurocode 6 in Deutschland - Normenstand Europäische Norm Eurocode 6 seit Anfang 2016 bauaufsichtlich eingeführt Nationalen Anhang einschl. Änderungen und Einführungserlasse beachten Die Anwendung der EUROCODES ist nur zusammen mit den Nationalen Anhängen (=NA) erlaubt: - hier erfolgt Festlegung der NDP (National festzulegende Parameter) für Anpassung Sicherheitsniveau, z.b. Materialsicherheitsfaktor 3

4 Eurocode 6 in Deutschland - Normenstand Neuerungen und Besonderheiten: in Deutschland nicht bewährte Bauweisen werden im Nationalen Anhang (NA) ausgeschlossen, z.b. vorgespanntes Mauerwerk oder Mauerwerk mit Randstreifenvermörtelung Einschränkung im Nationalen Anhang (NA) der auf in Deutschland bewährte Arten insbesondere Steinarten (Lochbilder, Lochanteile, Steinformen, etc.) Kein bewehrtes Mauerwerk geregelt Kein Normalmörtel NM I mehr geregelt 4

5 Eurocode 6 in Deutschland - Normenstand Erweiterungen im Vergleich zu DIN : Detaillierte Anpassung der Festigkeitswerte an die (Steinart, Lochbild, Mörtel) => wirtschaftlichere Nachweisführung Knicklänge bis zur Schlankheit 27 möglich Berücksichtigung eines reduzierten Überbindemaßes ü/h<0,4 Berücksichtigung teilaufgelagerter Geschossdecken Neues Stark vereinfachtes Verfahren für Nachweis einfacher Konstruktionen Anpassung von Ausfachungsflächen auf neue Windlasten Höhere Erdanschüttung bei Kellermauerwerk zulässig Mischung von genauerem und vereinfachten Verfahren sehr einfach, da identisches Lastniveau bei Nachweisen (Bemessungsniveau / design-niveau) Neue Erkenntnisse zum Schubtragverhalten 5

6 Eurocode 6 in Deutschland: Normenstand DIN EN : AC: DIN EN /NA: DIN EN /NA/A1: DIN EN /NA/A2: : Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk; Deutsche Fassung EN :2005+A1: Nationaler Anhang NA: mit Korrekturen A1: und A2: DIN EN : AC: DIN EN /NA: : Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall; Deutsche Fassung EN : AC: Nationaler Anhang NA: DIN EN AC: DIN EN /NA: : Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 2: Planung, Auswahl der und Ausführung von Mauerwerk; Deutsche Fassung EN : AC: Nationaler Anhang NA: DIN EN AC: DIN EN /NA: DIN EN /NA/A1: DIN EN /NA/A2: : Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3: Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten; Deutsche Fassung EN : AC: Nationaler Anhang NA: mit Korrekturen A1: und A2:

7 Eurocode 6 in Deutschland: Arbeitsunterlagen für Praxis HANDBUCH Eurocode 6 (Ausgabe ) gibt die Eurocodes mit eingearbeitetem NA in (gut) lesbarer Form wieder, Änderungen des NA (A1 und A2) in konsolidierter Fassung erfasst BEUTH Kommentar: Der Eurocode 6 für Deutschland (Ausgabe 2013) (gibt wichtige Hintergrundinformationen) Merkblatt der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.v. Merkblaetter/71740_DGfM_MB_VereinfBerechnu ng_internet.pdf Mein-Ziegelhaus /AMZ-Broschüre Bemessung von Ziegelmauerwerk (2. Auflage 2016) 7

8 Welche dürfen verwendet werden? Blockziegel mit Normalmörtel Genormte Produkte Produktnormen für Mauersteine: bzw. DIN EN bis -5 & zugeh. Anwendungsnormen DIN V bis -4 sog. Restnormen DIN xxx-100 Planziegel mit Dünnbettmörtel Produkte nach Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassungen (abz) Folie 8 8

9 Festigkeit von Mauerwerk nach EC6 : Nachweis mit Teilsicherheitsfaktoren Baustoffkennwert: Druckfestigkeit des Mauerwerks alt: σ 0 (DIN ) neu: f k (Eurocode 6) (Grundwert der zul. Druckspannung (charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit) genormte Steine (Blockziegel) Zulassungsprodukte (Planziegel) genormte Steine (Blockziegel) Zulassungsprodukte (Planziegel) σ 0 aus Tab. 4 von DIN σ 0 aus Zulassung f k aus Tab. NA.D.1-3 von EC 6-3/NA f k aus Zulassung (weitere Festigkeitswerte (Schub-, Biege-, ) von Mauerwerk nur für Nachweis nach dem genaueren Verfahren erforderlich). Folie 9 9

10 Nachweisverfahren im Eurocode 6: Genaues Verfahren (Teil 1-1) Nachweise: Nachweis unter vorwiegender vertikaler Beanspruchung (N & M) N mit Scheibenbiegung Schubbeanspruchung (Scheibe & Platte) V Dominierende Plattenbiegung x-/ y-achse Festigkeitswerte: Druckfestigkeit, Schubfestigkeit, Biegefestigkeit Vereinfachtes Verfahren (Teil 3) Nachweise: Nachweis auf Druck: N Ed N Rd (Innenwände, Außenwände / deckt Windbeanspruchung ab) Kellerwände / Grenzlasten N min, N max Ausfachungswände / Tabelle Festigkeitswerte: Druckfestigkeit Schnittgrößenermittlung: N, M platte,x/y, M Scheibe, V Platte, V Scheibe Schnittgrößenermittlung: N 10

11 Bemessung nach dem Vereinfachten Verfahren EC6-3/NA Vereinfachtes Verfahren darf angewendet werden, wenn - keine relevanten Momentenbeanspruchungen - Decken wirken als Scheiben - Wanddicken, Deckenstützweiten und Geschosshöhen eingehalten: - Ausführungsvorgaben in EC6, Teil 2 eingehalten - Schlitze und Aussparungen entspr. Schlitztabelle - Gebäude ausgesteift / Überbindemaß ü 0,4*Steinhöhe 11

12 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept Anwendung des Teilsicherheitskonzeptes für das Erreichen eines einheitlichen Sicherheitsniveaus Nachweise in verschiedenen Grenzzuständen (GZ): E d R d I. Tragfähigkeit (= GZT: maßgebender Nachweis) II. Gebrauchstauglichkeit (bei Mauerwerk über GZT abgedeckt) III. Dauerhaftigkeit (über Baustoffanforderungen und Konstruktionsregeln abgedeckt) 12

13 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept Übergang von Spannungsnachweisen (alte DIN1053-1: s 0 -Werte) zu E d R d Bauteiltragfähigkeiten ( Rd -Bezeichnung) Modell für Bemessung enthält bereits Verhaltenseffekte bzw. Umrechnungen von Spannungen und Schnittgrößen => deutliche Vereinfachung in der Praxis, da direkt die Schnittgrößen aus den statischen Berechnungen für die Nachweise verwendet werden können => es entfällt die Umrechnung von Schnittgrößen (N,M.Q) auf Spannungen (σ) 13

14 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept E d R d Einwirkungsseite: Ermittlung vom Bemessungswerten (Index Ed ) - Normalkraft mit /ohne Ausmitte : N Ed N Rd - Scheibenbeanspruchung / Biegung: M scheibe,ed - Plattenbeanspruchung (Ausfachungsmauerwerk) M Platte, Ed - Schubbenbeanspruchung (Scheibe / Platte) : V Ed 14

15 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept N Ed N Rd Einwirkungsseite: Teilsicherheitsbeiwerte: Ständige und vorübergehende Bemessungssituation (Standardfall): Ständige Einwirkungen G =1,35 bzw. G =1,0 (günstige Wirkung) Veränderliche Einwirkungen Q =1,5 bzw. Q =0 (günstige Wirkung) N Vereinfachter Ansatz bei Hochbauten mit Betondecken und q k 3,0kN/m² für Nachweis unter maximaler Normalkraft (Standardnachweis für Mauerwerk unter Druck): N Ed 1,35 N 1,0 Ed,max 1, 4 Gk N 1,5 N 0 Gk N Qk Qk Standardnachweis Bei Kellermauerwerk für Nachweis der Mindestauflast 15

16 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept Einwirkungsseite: Teilsicherheitsbeiwerte: N Ed N Rd Vereinfachter Ansatz bei Hochbauten mit Betondecken und q k 3,0kN/m² für den Nachweis maximaler Normalkraft (= Standardnachweis für Mauerwerk unter Druckbeanspruchung): N Ed,max 1, 4 N Gk N Qk 16

17 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept N Ed N Rd Widerstandsseite: Drucktragfähigkeit geschosshoher Wände (Standardnachweis) im vereinfachten Verfahren abhängig von: Baustofffestigkeit (charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit f k, Dauerstands- und Sicherheitsfaktor) Geometrische Parameter (Wanddicke, Wandhöhe, Deckenauflagertiefe, Deckenstützweite) Bemessungsgleichungen erfassen Einfluss von - Deckeneinspannung (nur bei Endauflagern von Decken / Nachweisstelle: Wandkopf und Wandfuß) - Knicken (Nachweisstelle: halbe Geschosshöhe) 17

18 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept N Ed N Rd Widerstandsseite: Festigkeitswerte (Bemessungswerte auf Design -Niveau => Index d ) Druckfestigkeit: f d =ζ* f k / M Materialsicherheitsfaktor M =1,5 Dauerstandsfaktor ζ =0,85 Wichtig: bei Pfeilern mit A < 0,1m² ist eine weitere Abminderung mit dem Faktor (0,7 + 0,3*A) erforderlich! ( Faktor k 1 aus DIN ) Mindestwandquerschnitt 0,04m² beachten! 18

19 Eurocode 6: Teilsicherheitskonzept Besonderheiten bei zulassungsgergelten Produkten Angabe der Mauerwerksdruckfestigkeit f k direkt in Zulassung WICHTIG: Herstellerangaben auch zu Ausführung und ggf. vorhandene Bemessungsbesonderheiten beachten: - Teilflächenpressung - Schubfestigkeit - Anwendungsbereich - Feuerwiderstand - 19

20 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Nachweis alleine der Druckbeanspruchung: Effekt der Einspannung zwischen Wand und Decke und entsprechender Einfluss auf die Drucktragfähigkeit der Wand durch Abminderungsfaktor Φ 1 einfach abgedeckt Einfluss der Knickgefahr durch Abminderungsfaktor Φ 2 einfach abgedeckt Keine Windlasten explizit bei Schnittgrößenermittlung und bei Bemessung anzusetzen Normalkraft ist die einzige zu ermittelnde Schnittgröße! (keine Biegemomente oder Schubkräfte nachzuweisen) 20

21 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Weitere Voraussetzungen Stützweite Decke max. 6m Überbindemaß 0,4*Steinhöhe Deckenauflagertiefe a min. 50% der Wanddicke t (ab einer Wanddicke von t = 36,5cm: 45%) bzw. min. 10cm Empfehlung für die Praxis: mindestens 2/3 21

22 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Schnittgrößenermittlung - Lasten aus Decken: Durchlaufwirkung nur bei erstem Zwischenauflager und bei Stützweitenverhältnissen < 0,7 berücksichtigen 2-achsig gespannte Decken: Ermittlung über Lasteinzugsflächen FEM-Ergebnisse: direkte Ergebnisübernahme Tip: N 1, 4 N N Ed,max Gk Qk 22

23 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Knicklänge: Allgemein: h ef =ρ*h 2-seitige Halterung: h ef =ρ 2 *h Wanddicke [cm] ρ 2 * Dazu erforderliche Auflagertiefe min. ( * ) 17,5 0,75 * a=t ( * ) 17,5 25cm 0,9 * a=t ( * ) > 25cm 1 17,5cm * sonst: ρ 2 =1 23

24 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Knicklängen: h ef = ρ *h 3-seitige / 4-seitige Knickhalterung: h ef = ρ 3 *h bzw. ρ 4 *h Analog genauerem Verfahren / Berücksichtigung reduziertes Überbindemaß bei Elementmauerwerk mit DM 1 gehaltene Wand 2 aussteifende Wände Voraussetzung: b <15t; b<30t 24

25 N N Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Nachweis der Drucktragfähigkeit allgemeines: Ed,max Gk Qk N Ed N Rd Ed, max Gk Qk N Rd 1, 2 t fd bzw. 1,35 N 1,4 N 1,5 N N Abminderungsfaktor Stelle i : Geschosshohe Wände (Standardfall): Querschnittsfläche (brutto / kein Klaffen!) Bemessungswert der MW- Druckfestigkeit min 1 2 Deckenverdrehung Knicken 25

26 Vereinfachtes Verfahren (EC 6, Teil 3) Nachweis der Drucktragfähigkeit Widerstand: Widerstand: N Rd = t * l * f d * { Φ 1 ; Φ 2 } Deckeneinspannung Knicken l f 1 1,6 0, 9 6m* Nachweis: N Ed N Rd a t 0 a hef 2,85 0, 0011 t t für Wände als Endauflager einer Decke, sonst: Φ 1 =0,9 2 f d = f k *0,85/1,5 Knicklänge: Wanddicke: Deckenauflagertiefe: Deckenstützweite: char. Mauerwerksdruckfestigkeit : h ef t a l f f k *: bei f k <1,8MN/m²: 5m 26

27 Stark Vereinfachtes Verfahren (Anhang A, Eurocode 6-3/NA) Zusätzliche Voraussetzungen für Anwendung des SVV: maximale Wandschlankheit 21 lichte Geschosshöhe maximal 3m maximal 3 Geschosse Gebäudehöhe max. 3 x kürzere Gebäudebreite im Grundriss bei teilaufgelagerten Decken: - Wanddicke mindestens 36,5cm - Deckenauflagertiefe mindestens 2/3 der Wanddicke N Ed N Rd t l f d c A c A : 0,5 im Regelfall c A : 0,33 bei - Endauflagern von Dachdecken - Wandschlankheiten >18 - Deckenstützweiten l > 5,5m und f k <1,8MN/m² 27

28 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Planung Wohnnutzung, leichte innere nt TW Massive Decken 22cm Innenmauerwerk: ThermoPlan TS² bzw. Planfüllziegel Außenmauerwerk: MZ90-G Quelle: nething 28

29 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Ausführung Quelle: nething 29

30 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Schnitt Wohnnutzung, leichte innere nt TW Massive Decken 22cm Innenmauerwerk: ThermoPlan TS² bzw. Planfüllziegel Außenmauerwerk: MZ90-G Quelle: nething 30

31 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Grundrisse 1. OG EG Quelle: nething 31

32 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Positionsplan EG Innenwände: ThermoPlan TS² in SFK 12: abz : f k =5MN/m² Außenwände: MZ90-G in SFK 12: abz : f k =3,9MN/m² Schallschutzwände: ThermoPlan Planfüllziegel in SFK 12 abz : f k =5,8MN/m² Quelle: ihm 32

33 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Positionsplan EG Quelle: nething Quelle: ihm 33

34 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Position: Innenwand im EG / maßgebender Pfeilerbereich: Quelle: ihm Berechnung als Linienlast ohne Berücksichtigung der Türöffnungen: aus Dachtragwerk: Summe ständig und veränderlich: 8 kn/m (char.) aus Geschossdecken und Wandeigengewicht (3 x): Summe ständig und veränderlich: 61kN/m (char.) SUMME: 191 kn/m (charakteristisch) Lasteinzugsbreite des Wandabschnittes (Länge 1,22m): 2,24m. SUMME: N Ek =191kN/m * 2,24m= 428 kn (charakteristisch) Umrechnung auf Bemessungsniveau: SUMME: N Ed =1,4* N Ek =1,4*428kN = 599 kn 34

35 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Position: Innenwand im EG / maßgebender Pfeilerbereich: Quelle: ihm Bemessung: ThermoPlan TS² in SFK 12: abz : f k =5MN/m² => f d =5MN/m²/1,5*0,85=2,83MN/m² Traglastfaktoren nach dem vereinfachten Verfahren: 1. Deckeneinspannug (nicht zu berücksichtigen, da Zwischenauflager, Φ 1 =0,9) 2. Knicken: Lichte Geschosshöhe: 2,65m Knicklängenfaktor bei 2-seitiger Knickfesthaltung und einer Wanddicke von 24cm: ρ 2 =0,9 => Knicklänge h ef =0,9*2,65m = 2,38m Φ 2 =0,85*a/t-0,0011*(h ef /t)²=0,85*0,24m/0,24m-0,0011*(2,38m/0,24m)²=0,74 Widerstand: N Rd = 0,74*2,83MN/m²*0,24m*1,22m = 615 kn Nachweis: N Ed = 599kN < N Rd = 615 kn => Nachweis erfüllt! 35

36 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Position: Außenwand im EG (AW2): Quelle: ihm Berechnung als Linienlast ohne Berücksichtigung der Türöffnungen: aus Dachtragwerk: Summe ständig und veränderlich: 5kN/m (char.) aus Geschossdecken inkl. Wandeigengewicht (3 x): Lasteinzugstiefe der Außenwand: 0,365+0,375*5,26m+0, 24m/2 = 2,46m Summe ständig und veränderlich: 27N/m (char.) SUMME: 86 kn/m (charakteristisch) Lasteinzugsbreite des Wandabschnittes (Länge 1,49m): 2,47m. SUMME: N Ek =86kN/m * 2,47m= 211 kn (charakteristisch) Umrechnung auf Bemessungsniveau: SUMME: N Ed =1,4* N Ek =1,4*211kN = 296kN 36

37 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Position: Außenwand im EG (AW2): Bemessung: MZ90-G in SFK 12: abz : f k =3,9MN/m² => f d =3,9MN/m²/1,5*0,85=2,21MN/m² Quelle: ihm Traglastfaktoren nach dem vereinfachten Verfahren: 1. Deckeneinspannug: Deckenstützweite l f =5,26m+0,24m/2+0,365m/2=5,56m Φ 1 =1,6- l f /6m = 1,6-5,56m/6m =0,67 0,9*a/t=0,9*0,24/0,365= 0,59 2. Knicken: Lichte Geschosshöhe: 2,65m Knicklängenfaktor bei 2-seitiger Knickfesthaltung und einer Wanddicke t=36,5cm: ρ 2 =1 => Knicklänge h ef =2,65m Φ 2 =0,85*a/t-0,0011*(h ef /t)²=0,85*0,24m/0,365m-0,0011*(2,65m/0,365m)² = 0,5 Widerstand: N Rd = 0,5*2,21MN/m²*0,365m*1,49m = 594kN Nachweis: N Ed = 296kN < N Rd = 594 kn => Nachweis erfüllt! 37

38 Beispiel: Geschosswohnungsbau in Ziegelbauweise Position: Außenwand im EG (AW1): Lastkonzentration durch Balkon Berechnung als Einzellast auf Wandabschnitt: Zusatzlast aus Balkon (2x) und größerer Lasteinzugsbreite (3 Deckenebenen) gegenüber Außenwandpfeiler AW2: aus Balkon: 60 kn (char.) Deckenfeld: 71 kn (char) SUMME: N Ed = 296kN (AW2) + 1.4*(60kN+71kN) = 485kN Widerstand: N Rd = 0,5*2,21MN/m²*0,365m*1,49m = 594kN Nachweis: N Ed = 485kN < N Rd = 594 kn => Nachweis erfüllt! Quelle: nething Quelle: ihm 38

39 Zusammenfassung - Eurocode 6: Stand in Deutschland Neuerungen & Änderungen und Festigkeiten für Mauerwerk nach EC 6 Nachweis nach dem Vereinfachten Verfahren unter Druckbeanspruchung / Schnittgrößenermittlung und Bemessung Beispiel: Nachweisführung für die maßgebenden Bauteile bei einem realisierten Gebäude 39

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Quelle: nething 40