Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen. Wienerberger Statikertage Quelle: Backstein-Magazin 2009

Transkript

1 Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen Wienerberger Statikertage 2010 Quelle: Backstein-Magazin 2009 Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Prof. Dr.-Ing. Werner Seim

2 Konstruktion und Bemessung von Mauerwerk 2 - im Laufe der Zeit Pont du Gard, Nimes (ca. 50 n. Chr.) Kathedrale Amiens (ca bis 1360)

3 Konstruktion und Bemessung von Mauerwerk - im Laufe der Zeit New York. Park Avenue ca. 1910

4 Ziegelmauerwerk im Laufe der Zeit 4 Mauern mit Planziegeln und Dünnbettmörtel Ziegel mit integrierter Dämmung

5 Ziegelmauerwerk zul σ 0 = 1,4 N/mm² zul σ 0 = 0,5 N/mm² zum Vergleich: Entwicklung des durchschnittlichen Treibstoffverbrauchs von Pkw in Deutschland Quelle: BMVBS, 2010

6 Ziegelmauerwerk Kriterien für Außenwandkonstruktionen Nutzung / Flexibilität / Fassade / Wärmedämmung/ Wärmespeicherung / solare Gewinne / Schallschutz / Wirtschaftliche Herstellung / Baubetrieb / etc. Quelle: Kuhlemann/Riechers, 2010

7 Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen 7 8. Auflage, Auflage, 2007

8 Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen 8 Themen Besonderheiten gemauerter Tragwerke Entwurfsgrundsätze Konzepte und Details Vereinfachte Bemessung von Außenwänden Überwachung der Ausführung Vereinfachte Lastkombinationen / Erdbebensicherheit Zusammenfassung und Ausblick Quelle: Backstein-Magazin 2009

9 Besonderheiten gemauerter Tragwerke 9 -Mauerwerk kann keine Zugkräfte aufnehmen -Ausmittige Lasten führen zum überproportionalen Anwachsen der Druckbeanspruchung (klaffende Fuge!) -Die Druckfestigkeit von leichtem, gut wärmdämmendem Mauerwerk ist begrenzt

10 Besonderheiten gemauerter Tragwerke 10 - Keine horizontale Lasten ohne vertikale Lasten - Schubtragfähigkeit / Schubversagen hängt von der Auflast ab - Beeinflussung des Lastflusses nur durch mehr oder weniger hohe Vertikallasten üblicherweise nicht durch Bewehrung

11 Besonderheiten gemauerter Tragwerke 11 - Begrenzte Lastausbreitung: 60 - Regel

12 Besonderheiten gemauerter Tragwerke 12 - Decken und Wände sind nicht monolithisch verbunden Eckaufwölbung von Stahlbetondecken bei fehlender Auflast - Vertikalverformungen hängen von der Steinart, der Wanddicke und der Beanspruchung ab Gefahr der Rissbildung durch unterschiedliche Verformungen bei Mischmauerwerk

13 Besonderheiten gemauerter Tragwerke 13 - Unterschiedlliches Schwinden von Ziegel und Beton Rissgefahr Rechenwert für das Endschwindmaß von Mauerziegeln: ε f, 0 Endschwindmaß Mauerziegel: ε f, 0, 2 mm / m bis + 0, 3 mm / m Endschwindmaß Beton: ε cs, 0, 50 mm / m Rechenbeispiel l = ε l = 0, 50 mm / m 20m = 10mm

14 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten Möglichst gleichmäßige Beanspruchung, klarer einfacher Lastfluss

15 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten 15 Möglichst gleichmäßige Beanspruchung? Kein Mauerwerksbau Stahlbetonbau mit gemauerter Vorsatzschale Quelle: Backstein- Magazin

16 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten Verformungen zwängungsfrei zulassen - Fuge zwischen Wand und Decke in eine Ebene legen - Bei schlanken Decken Zentrierleiste vorsehen Empfehlung Mindestauflagertiefe: 195 mm Quelle: Wienerberger

17 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten 17 Verformung zwängungsfrei? Hier ist das Deckenauflager mit der Wand verzahnt!

18 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten 18 Verformung zwängungsfrei? Bei monolithisch angeordneten Unterzügen besteht die Gefahr des Herausdrehens

19 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten Die Trennschicht als eierlegende Wollmilchsau 19 Gleiten bei Zwangsbeanspruchung Reibung zum Abtrag der Horizontallasten 2) 2) Ohne Trennschicht, aber mit exakt ausgeführter Mörtelabgleichschicht Quelle: Arge Mauerziegel, 4/2000

20 Entwurfsgrundsätze für Mauerwerksbauten Sonderfall oberste Geschossdecke Verformung behindern 20 Zuganker im Eckbereich Aufkantung Attika als umlaufender Überzug

21 Entwurf Berechnung Konstruktion 21 Ein schlechter Entwurf lässt sich durch komplexes Rechnen nicht verbessern Ein Tragwerk verhält sich immer so, wie es konstruiert wurde manchmal auch so, wie es berechnet wurde. Entwerfen Rechnen Konstruieren Soll Rechnen Entwerfen Konstruieren Ist

22 Einfache Statik = Statik für Schwachbegabte? 22 Einfache Berechnung für einfache Aufgaben Komplexe Berechnung für schwierige Aufgaben Abb.: Mauerwerk 2003

23 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden Das Regelwerk Nachweis der Tragsicherheit und energetische Bewertung im Vergleich 23 DIN (32 Seiten) DIN V (998 Seiten)

24 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 24 Baukonstruktive Anforderungen - Brandschutz - Schallschutz - Wärmedurchgang - Wärmebrücke - Wärmespeicherung - Deckenverdrehung - Schwindverformung - einheitlicher Putzuntergrund Quelle: Wienerberger

25 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 25 Zentrische und exzentrische Druckbeanspruchung Es gibt keinen ideal geradlinige Stab: - Vorkrümmung - Einflüsse Theorie II. O. - Kriechen Vereinfachtes Verfahren DIN : k 2 h 25 k = 15 d DIN : h Φ =,, k d DIN EN : Φ S heff = 0, 85 0, 0011 teff 2 2

26 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 26 Unterschiedliche Normen im Vergleich

27 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 27 Spannung im Wandquerschnitt im rechnerischen Bruchzustand Spannungsverteilung linear-elastisch DIN Spannungsverteilung realitätsnah Spannungsverteilung ideal-plastisch, Spannungsblock DIN DIN EN 1996

28 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 28 Zulässige Spannungen charakteristische Festigkeiten Quelle: Jäger 2006

29 Bemessung von Mauerwerkskonstruktionen 29 Anwendungsgrenzen des vereinfachten Verfahrens nach DIN und DIN Quelle: Arge Mauerziegel

30 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden - Beispiel 30 Quelle: Arge Mauerziegel

31 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 31 Nachweis am Wandkopf

32 Vereinfachte Bemessung von Außenwänden 32 Nachweis am Wandkopf

33 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 33 - Abdichtung - Brandschutz - Schallschutz - Wärmedurchgang - Wärmebrücke - Wärmespeicherung - Feuchteausgleich - Deckenverdrehung - Schwindverformung - einheitlicher Putzuntergrund Quelle: Arge Mauerziegel

34 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 34 Kelleraußenwand ohne rechnerischen Nachweis DIN Voraussetzungen für die Anwendung des vereinfachten Verfahrens Quelle: Arge Mauerziegel

35 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 35 Nachweis der Auflast Quelle: Arge Mauerziegel

36 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 36 Tabellenwerte für das Verfahren 1 Quelle: Arge Mauerziegel

37 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 37 Zweiachsiger Lastabtrag bei aussteifenden Wänden aber Achtung: horizontale Gewölbewirkung nur bei vermörtelten Stoßfugen

38 Vereinfachte Bemessung von Kelleraußenwänden 38 Unterschiedliche Normen im Vergleich

39 Überwachung der Ausführung 39 Kelleraußenwand ohne rechnerischen Nachweis -Vorgaben zur Verfüllung und Verdichtung des Arbeitsraums

40 Überwachung der Ausführung 40

41 Überwachung der Ausführung 41 normgerecht mangelhaft

42 Überwachung der Ausführung 42 Überbindemaß nach unterschiedlichen Vorschriften DIN diverse allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen DIN EN :2006

43 Überwachung der Ausführung Luftdichtheit 43 Quelle: Kuhlemann/Riechers, 2010

44 Überwachung der Ausführung Schlitze und Aussparungen 44

45 Überwachung der Ausführung 45 Schlitze und Aussparungen ohne rechnerischen Nachweis Quelle: Arge Mauerziegel

46 Überwachung der Ausführung 46 Eigenschaften der Mauersteine Quelle: Wienerberger

47 Überwachung der Ausführung 47 Quelle: Wienerberger

51 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 51 Grundlagen - Erdbebenzone - Untergrund - Bedeutungskategorie - Eigenfrequenz des Bauwerks - Verformungsfähigkeit (Duktilität) der aussteifenden Wände

52 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 52 Kriterien für einen erdbebengerechten Entwurf -Vertikal durchgehende aussteifende Wandscheiben - keine Steifigkeitssprünge

53 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 53 Kriterien für einen erdbebengerechten Entwurf - näherungsweise Symmetrie der aussteifenden Wände - geringe Differenz zwischen Massenschwerpunkt und Schubmittelpunkt ungünstig besser

54 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 54 Auf einen rechnerischen Nachweis der Erdbebensicherheit darf verzichtet werden, wenn folgende Randbedingungen eingehalten sind: - Das Gebäude muss kompakt und annähernd rechteckig sein, b/l > 0,25 - Reihenhaustrennwände benötigen eine Abstand von mindestens 40 mm - Aussteifende Wände müssen über die gesamte Gebäudehöhe durchgehen und den überwiegenden Teil der Vertikallasten tragen - Das Gebäude muss durch genügend lange Wände gemäß Tabelle 5 (DIN 4149) ausgesteift sein. - Anforderungen an die Länge aussteifender Wände müssen erfüllt sein - in jede Gebäuderichtung mindestens zwei Wände mit l > 1,99 m - maximale Anzahl der Geschosse darf nicht überschritten werden

55 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 55 Mindestanforderungen an aussteifende Wände nach DIN 4149 Wann ist eine Wand eine aussteifende Wand? Quelle: Arge Mauerziegel

56 Erdbebensicheres Bauen mit Ziegelmauerwerk 56 Vereinfachter Erdbebennachweis: auf die Geschossgrundrissfläche bezogene Querschnittsfläche von Schubwänden nach DIN 4149 Quelle: Arge Mauerziegel

57 Vereinfachung von Einwirkungskombinationen 57 Mögliche Einwirkungskombinationen zur Ermittlung der maßgebenden Knotenmomente einer Innenwand aus Mauerwerk Quelle: Purtak, Mauerwerk 2004, Heft 5

58 Einwirkungskombinationen vereinfachte Kombinationsregeln 58 Im Holzbau DIN 1052:2008 Im Mauerwerksbau DIN :2007 (Anhang A) identisch mit DIN (Anhang A.4)

59 Bemessung von Mauerwerkskonstruktionen 59 DIN (32 Seiten) DIN EN 1996 (ca. 250 Seiten)

60 Wie geht es weiter? 60 Ausblick Stand 2007 Ausblick Stand Januar 2010

61 Wie geht es weiter? 61 Ausblick Stand 10/2010 Weißdruck: : EC 1, EC 2, EC 4, EC 5 Weißdruck: : EC 6 Anwendung bis 07/2012 im Einzelfall probeweise Anwendung ab 07/2012 ohne Übergang verbindlich

62 Der Anwender der Norm ein Fall für den Notarzt.. oder schlimmer? 62

63 Fazit und Ausblick 63 Auf welcher Grundlage entstehen gute Bauwerke? -Normen? -Grundlegendes Fachwissen! -Koordination und Kommunikation bei Planung und Ausführung! Baukonstruktionen -Verständnis der grund-legenden Phänomene -Qualität der Ausführung Entwicklung der Normen -Unterstützung und handhabbare, praxisgerechte Hilfen bei Firmen und Verbänden einfordern Quelle: Backstein-Magazin 2009

64 Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen Wienerberger Statikertage 2010 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quelle: Backstein-Magazin 2009 Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Prof. Dr.-Ing. Werner Seim

65 Anwendungsbeispiel 65 Monolithische Bauweise

66 Ziegelmauerwerk sicher konstruieren und einfach berechnen Wienerberger Statikertage 2010 Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Prof. Dr.-Ing. Werner Seim

67 Konstruktion und Bemessung 67 - im Laufe der Zeit Foto Wendehorst von oben Foto Wendehorst Seitenansicht

68 Mauerwerksbau heute hochwertige und vielfältige Produkte 68 Bauprodukte - Herstellererklärung -Anforderungen und Qualitätsmerkmale Baukonstruktionen -Verständnis der grund-legenden Phänomene -Qualität der Ausführung Entwicklung der Normen -Unterstützung und handhabbare praxisgereichte Hilfen einfordern Laborgebäude Tübingen, Quelle BV KS

69 Mauerwerksbau Normen im Umbruch Nordbau Kongress 2010 Tagung der Landesfachgruppe Massivbau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Prof. Dr.-Ing. Werner Seim