Heiß und Kalt Brandschutz und Statik werden eins

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1 Heiß und Kalt Brandschutz und Statik werden eins Mauerwerksbemessung nach DIN EN 1996 Dr. Dieter Figge Industrieverbände Duisburg

2 Geschichtliches Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Beispiel 4 geschossiges Gebäudes (Giebelwand mit Öffnungen) Wanddicke 4. Obergeschoss ca. 25 cm Wanddicke Erdgeschoss ca. 50 cm Bau Polizeiordnung (1853) Berlin Jahrhundertwende Beispiel 12 geschossigen Gebäudes Wanddicke Erdgeschoss 32 Inches = ca. 80 cm Wanddicke 9. Obergeschoss 20 Inches = ca. 50 cm Wanddicke 12. Obergeschoss 16 Inches = ca. 40 cm z.b. Chicago Building Ordinance (1911) Beispiel: Park Avenue New York

3 Eurocodes - allgemein Die Eurocodes sind als europäische Standards in Bezug auf die Konstruktion von Gebäuden und andere Ingenieurbauten festgelegt. Mit den Eurocodes soll ein einheitliches Sicherheitsniveau in der Baubranche garantiert werden. Sie sollen eine gemeinsame und transparente Grundlage für einen fairen Wettbewerb bilden und den Austausch von Bauleistungen und den Einsatz von Materialien und Bauteilen erleichtern. Die Eurocodes sind eine Reihe von 10 europäischen Normen von denen jede aus einzelnen Teilen besteht: EN 1990: (EC 0) Grundlagen der Tragwerkplanung EN 1991: (EC 1) Einwirkungen auf Tragwerke EN 1992: (EC 2) Bemessung und Konstruktion von Stahlbetonbauten EN 1993: (EC 3) Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten EN 1994: (EC 4) Bemessung und Konstruktion von Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton EN 1995: (EC 5) Bemessung und Konstruktion von Holzbauwerken EN 1996: (EC 6) Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten EN 1997: (EC 7) Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik EN 1998: (EC 8) Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben EN 1999: (EC 9) Bemessung und Konstruktion von Aluminiumbauten Die Eurocodes im Bauwesen sind seit dem 1. Juli 2012 bauaufsichtlich eingeführt. Ausnahme: EC 8 Bis gilt parallel mit EC 6. Ab gilt nur noch EC 6. 3

4 Der Eurocode 6 und die nationale Anhänge des Eurocode 6 NDP (National Determined Parameter) Möglichkeit: nationale festzulegende Parameter festzulegen: z.b. Sicherheitsbeiwerte, Mindestwanddicke etc. NCI (Noncontradictory Complementary Information) Möglichkeit: zusätzliche jedoch nicht entgegensprechende Angaben zu machen: z.b. Zweischaliges Mauerwerk etc

5 Was ändert sich in DIN EN Allgemein Eurocode 6 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten DIN EN 1996 DIN EN Allgemeine Regeln für das Mauerwerk DIN EN Tragwerksbemessung für den Brandfall DIN EN Auswahl der Baustoffe und Ausführung DIN EN Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten DIN 1053 Eurocode 6 32 Seiten 532 Seiten Neue Einheiten Aus σ 0 (Spannung) wird f k (Festigkeit) DIN Wanddicke d Knicklänge h k Schlankheit h k /d 25 Nachweis vorh.σ zul.σ D vorh.τ zul.τ DIN EN 1996 Wanddicke t ef Knicklänge h ef Schlankheit h ef /t ef <27 Nachweis N Ed N Rd V Ed V Rd Zusätzliche neue Regelungen Es bleibt Einschränkungen Elementmauerwerk (Steinhöhe > 374 mm Steinlänge > 498 mm) Mauerwerk mit Füllbeton Bewehrtes Mauerwerk (in Deutschland z.z. nicht anwendbar) Schlitztabelle Ausfachungstabellen (an geänderte Windzonen angepasst) Drahtankertabellen (an geänderte Windzonen angepasst) nicht bewährte Bauweisen werden ausgeschlossen, z.b. vorgespanntes Mauerwerk oder Mauerwerk mit Randstreifenvermörtelung 5

6 Was ändert sich in DIN EN 1996 statisch konstruktiv Nachweise unter Verwendung des Teilsichherheitsformates. (semiprobibalistisches Sicherheitskonzept)l Verwendung starrplastischer Werkstoffgesetze zur Modellierung des Tragverhaltens Neu ist eine stark vereinfachte Bemessungsmethode für Gebäude bis max. 3 Geschosse Es gibt ein Genaueres Bemessungsverfahren Es bleibt das Vereinfachte Bemessungsverfahren Teilaufliegende Decken müssen im Vereinfachten Verfahren berücksichtigt werden. Weiter: Verzicht auf Aussteifungsberchnungen für ausreichend ausgesteifte Bauten Weiter: Nachweis Kellermauerwerk im Genaueren und Vereinfachten Verfahren möglich. 6

7 Mindestanforderungen an Wände nach DIN EN 1996 Monolithische Außenwand (einschalig mit und ohne Dämmung oder Bekleidung) 2 schalige Außenwand (Vorsatzschale aus Sichtmauerwerk oder geputz) Innenwand Kellermauerwerk: Anschüttungshöhe h e ist h e 1,15 h Mindestwanddicke t mm (DIN EN ) t 150 mm (DIN EN bei tragenden Außenwänden) t 300 mm (DIN EN , Anhang A bei teilaufliegender Decke) Mindestwandfläche: A 0,04 m² (unter Berücksichtigung von Schlitzen und Aussparungen) Deckenauflager: a t/ mm bzw. 100 mm (DIN EN ) a t/2 bzw. 100 mm bzw. a 0,45 t bei t 365 mm (DIN EN ) a 2/3 t bzw. 85 mm (DIN EN Anhang A) 7

8 Nachweiskriterie Die Nachweise sind in verschiedenen Grenzzuständen (GZ) und Lastkombinationen zu führen: E d Einwirkung R d Widerstand I. Die Tragfähigkeit (= GZ-T = maßgebender Nachweis) II. Die Gebrauchstauglichkeit ist im Mauerwerksbau i.d.r über GZ-T automatisch mit abgedeckt. III. Die Dauerhaftigkeit ist über Baustoffanforderungen und Konstruktionsregeln abgedeckt. 8

9 2 Statisch konstruktive Grundlagen Standsicheres Konstruieren Jedes Bauwerk muss so konstruiert werden dass alle auftretenden vertikalen und horizontalen Lasten einwandfrei in den Baugrund abgeleitet werden können und somit eine ausreichende Standsicherheit vorhanden ist. Im Mauerwerksbau wird dies in der Regel durch Wände und Deckenscheiben erreicht. In Sonderfällen kann die Standsicherheit auch durch andere Maßnahmen (z.b. Rahmenkonstruktionen, Ringbalken etc.) gewährleistet werden. 9

10 2.1 Standsicherheit / Standsicheres Konstruieren Auf einen Nachweis der räumlichen Steifigkeit kann verzichtet werden wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: - Die Decken sind als steife Scheiben ausgebildet oder es sind stattdessen statisch nachgewiesene Ringbalken (ausreichend steif) vorhanden. - In Längs- und Querrichtung des Bauwerks ist eine offensichtlich ausreichende Anzahl von aussteifenden Wänden vorhanden. Diese müssen ohne größere Schwächungen und Versprünge bis auf die Fundamente gehen. DIN EN /NA enthält keine Angaben darüber was offensichtlich ausreichend bedeutet. Anhalt: Tafel 11 der alten DIN 1053 ( ) - (Norm ist allerdings inzwischen zurückgezogen). Die Konstruktionsregel geht davon aus, dass bei Mauerwerksbauten bis zu sechs Geschossen kein Windnachweis geführt werden muss, wenn die Bedingungen der Tafel 11 in etwa erfüllt sind. Tafel 11 Dicken und Abstände aussteifender Wände (Tab. 3, DIN 1053 alt) Zeile Dicke der auszusteifenden belasteten Wand (t) (cm) 1 11,5 < 17,5 2 17,5 < 24,0 Geschosshöhe (m) 3, ,0 < 30,0 3,50 Dicke der aussteifenden Wand (t in cm) Im 1. bis 4. Vollgeschoss von oben Im 5. bis 6. Vollgeschoss von oben 11,5 17,5 Mittenabstand (m) < 4,50 < 6, ,0 5,00 < 8,00 10

11 Die Rechenverfahren nach DIN EN Genaues Rechenverfahren nach DIN EN mit Nationalem Anhang 2. vereinfachtes Rechenverfahren nach DIN EN mit Nationalem Anhang 3. stark vereinfachter Nachweis für unbewehrte Mauerwerkswände bei Gebäuden mit höchstens 3 Geschossen nach Anhang A von DIN EN mit Nationalem Anhang 11

12 Vergleich der Einwirkung Ned mit dem Widerstand N Rd Die Standsicherheit von Wänden bei überwiegender Normalkraft - Beanspruchung wird nach DIN EN mit Nationalem Anhang durch den Vergleich der vorhandenen Normalkraft N Ed mit der maximal aufnehmbaren Normalkraft N Rd nachgewiesen. N Ed N Rd N Ed (Einwirkung) Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft N Rd (Widerstand) Bemessungswert der aufnehmbaren Normalkraft Einwirkung N Ed = 1,35 N Gk + 1,5 N Qk N Gk = chakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft N Qk = charakteristischer Wert der der einwirkenden Normalkraft infolge veränderlicher Lasten Widerstand N Rd = Φ A f d Φ A f d = Abminderungsfaktor = l t Bruttoquerschnitt des nachzuweisenden Wandabschnitts = Bemessungswert der Druckfestigkeit 12

13 Einwirkungen Einwirkung: N Gk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge ständiger Lasten (z. B. Eigengewicht) 060 kn/m N Qk = Charakteristischer Wert der einwirkenden Normalkraft infolge veränderlicher Lasten (z. B. Nutzlast) 140 kn/m N ed = Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft Tabelle: Teilsicherheitsbeiwerte γ F der Einwirkungen für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit Monolithische Außenwand Tragschale zweischalige Außenwd. N Ed = infolge ständiger Lasten 1, kn/m = 081 kn/m infolge veränderlicher Lasten 1, kn/m = 210 kn/m 291 kn/m Alternativ: N Ed = infolge ständiger Lasten 060 kn/m infolge veränderlicher Lasten 140 kn/m 1, kn/m = 280 kn/m 13

14 f d = Bemessungswert der Druckfestigkeit Bemessungswert der Druckfestigkeit f d = ζ (f k / γ M ) ζ = Beiwert zur Berücksichtigung von Langzeiteinwirkungen, i. a. gilt ζ (Zeta) = 0,85 γ M = Teilsicherheitsbeiwert für Materialeigenschaften Tabelle: Teilsicherheitsbeiwerte γ M für Baustoffeigenschaften (DIN EN ) f k = charakteristische Mauerwerkdruckfestigkeit Umrechnung bei Normziegel f k σ 0 3,14 (z.b.festigkeitskl.12mg IIa = σ 0 1,6 3,14 = f k 5,0) Umrechnung bei Zulassungsziegel: f k σ 0 2,60 bis 2,70 (z.b.festigkeitskl.12db = σ 0 1,15 2,61 = f k 3,0) Tabelle: Charakteristische Werte f k der Mauerwerkdruckfestigkeit 14

15 Sonderfall Pfeiler Erhöhte Sicherheitsanforderungen aufgrund geringer Querschnittsfläche (fehlende Umlagerungsmöglichkeit, stärkere Auswirkung von Fehlstellen Mindestwandquerschnitt: 0,04m² Modifikation der Druckfestigkeit bei Pfeilern mit A < 0,1m²: Abminderung mit 0,8 Bemessungswert der Druckfestigkeit fd = 0,8 ζ (fk / γm) = 0,45 fk 15

16 Abminderungsfaktor Φ 1 (Deckendrehwinkel) Φ 1 bei Traglastminderung an Wandkopf und Wandfuß durch den Deckendrehwinkel bei Endauflagern Bei Decken zwischen Geschossen gilt Φ 1 = 1,6 (l/6) 0,9 (a/t) (in DIN = k3-faktor) a t l = Auflagertiefe der Geschossdecke = Wanddicke = Deckenstützweite Wird die Traglastminderung infolge Deckendrehwinkel durch konstruktive Maßnahmen z.b. Zentrierleisten, vermieden, so gilt unabhängig von der Deckenstützweite: Φ 1 = 0,9 (a/t) Bei Decken über dem obersten Geschoss, insbesondere bei Dachdecken mit geringen Auflasten gilt: Φ 1 = 0,33 16

17 Abminderungsfaktor Φ 2 (Knicken) Φ 2 bei Traglastminderung infolge Knickgefahr in halber Wandhöhe bei Decken zwischen Geschossen gilt Φ 2 = 0,85 (a/t) 0,0011 (h ef /t) 2 (in DIN = k2-faktor) mit: Knicklänge h ef = ρ 2 h bei flächig aufgelagerten massiven Plattendecken- oder Rippendecken nach EC 2 darf bei 2 seitig gehaltenen Wänden die Einspannung der Wand in den Decken durch eine Abminderung der Knicklänge berücksichtigt werden. h = lichte Geschosshöhe ρ 2 = 0,75 für Wanddicke t 175 mm ρ 2 = 0,90 für Wanddicke t 175 mm < t 250 mm ρ 2 = 1,00 für Wanddicke t > 250 mm Die Schlankheit h ef darf nicht größer als 27 sein dicke Wand dünne Wand Sofern keine genaueren Betrachtungen angestellt werden, kann vereinfachend für die Bemessung der kleinere Wert von Φ 1 und Φ 2 angesetzt werden 17

18 Auflagerung Außenwand auf Kellerdecke Sonderfall: Detail beim Übergang Außenwand auf Kellerdecke / Fundament bzw. bei Wanddickenreduktion Auskragung der Steinreihe Lösung mit Bemessungsansatz: a = Auflagertiefe sichere Seite: Ansatz von a nur bis einschl. des letzten direkt aufliegenden Längssteges 18

19 Beispiele 1. monolith. Außenwd 2. Tragschale 2 schal. Außenwd. 3. Innenwd. Monolith. Außenwd. Tragschale 2 schalige Außenwand Innenwand Bauteil Monolithische Außenwand Tragschale 2 schalige Außenwand Innenwand Baustoff Planziegelmauerwerk nach abz f k = 3,0 N/mm 2 HLzB 12/NM IIa f k = 5,0 N/mm 2 HLzB 12/NM IIa f k = 5,0 N/mm 2 Stützweite Geschossdecke (l) 5,50 m < 6,0 m 5,50 m < 6,0 m < 6,0 m Wanddicke (t) 0,365 m 0,24 m 0,24 m Lichte Geschosshöhe (h) 2,625 m < 12 t = 4,38 m Auflagertiefe Geschossdecke (a) 24,5 cm Auflagertiefe / Wanddicke (a/t) 0,67 > 0,45 2,625 m < 12 t = 2,88 m Volle Auflagerung Nicht relevant Nicht relevant Volle Auflagerung Nicht relevant 19

20 Beispiel 1: monolithische Außenwand Einwirkung N Gk = 060 kn/m N Qk = 140 kn/m N Ed = 1,4 (NGk + NQk) = 1,4 ( ) = 280 kn/m Knicklänge hef = ρ 2 h 1,0 2,625 = 2,625 m Deckendrehwinkel Φ 1 = 1,6 (l/6) 0,9 (a/t) 1,6 (5,5 / 6) = 0,68 > 0,60 (0,9 (a/t) = 0,67) Beispiel: MZ 10 Wanddicke 36,5 cm f k = 5,0 N/mm 2 Knicken in Wandmitte Φ 2 = 0,85 (a/t) 0,0011 (h ef /t) 2 0,85 0,67 0,0011 (2,625 / 0,365) 2 = 0,513 Φ = min (Φ 1 ; Φ 2 ) = Φ 2 = 0,513 Bemessungswert der Druckfestigkeit f d = ζ (f k / γ M ) 0,85 (3,0 / 1,5) = 1,70 N/mm 2 N Rd = A fd F 1,0 0,365 1,70 0,513 = 0,318 MN/m = 318 kn/m Nachweis: N Ed = 280 kn/m < 318 kn/m = N Rd Beispiel: Monolithische Außenwand 20

21 Beispiel 2: tragschale 2 schalige Außenwand Einwirkung N Gk = 060 kn/m N Qk = 140 kn/m N Ed = 1,4 (NGk + NQk) = 1,4 ( ) = 280 kn/m Knicklänge hef = ρ 2 h 0,9 2,625 = 2,36 m Deckendrehwinkel Φ 1 = 1,6 (l/6) 0,9 (a/t) 1,6 (5,5 / 6) = 0,683 < 0,9 (a/t) = 1,0) HLzB 12/NM IIa f k = 5,0 N/mm 2 Knicken in Wandmitte Φ 2 = 0,85 (a/t) 0,0011 (h ef /t) 2 0,85 1,0 0,0011 (2,36 / 0,24) 2 = 0,74 Φ = min (Φ 1 ; Φ 2 ) = Φ 1 = 0,683 Bemessungswert der Druckfestigkeit f d = ζ (f k / γ M ) 0,85 (5,0 / 1,5) = 2,83 N/mm 2 N Rd = A fd F 1,0 0,24 2,83 0,683 = 0,464 MN/m = 464 kn/m Nachweis: N Ed = 280 kn/m < 464 kn/m = N Rd Beispiel 2: Tragschale 2 schalige Außenwand 21

22 Beispiel 3: Innenwand Einwirkung N Gk = 090 kn/m N Qk = 210 kn/m N Ed = 1,4 (NGk + NQk) = 1,4 ( ) = 420 kn/m Knicklänge h ef = ρ 2 h 0,9 2,625 = 2,36 m Deckendrehwinkel Φ 1 = nicht maßgeblich Knicken in Wandmitte Φ 2 = 0,85 (a/t) 0,0011 (h ef /t) 2 0,85 1,0 0,0011 (2,36 / 0,24) 2 Φ = 0,74 HLzB 12/NM IIa f k = 5,0 N/mm 2 Bemessungswert der Druckfestigkeit f d = ζ (f k / γ M ) 0,85 (5,0 / 1,5) = 2,83 N/mm 2 N Rd = A f d F 1,0 0,24 2,83 0,74 = 0,503 MN/m = 503 kn/m Nachweis: N Ed = 420 kn/m < 503 kn/m = N Rd Beispiel 3: Innenwand 22

23 Einstein Man muss die Dinge so einfach wie möglich machen. Aber nicht einfacher. Albert Einstein deutsch-amerikanischer Physiker * ,

24 Nachweis der Mindestauflast Für Wände, die als Endauflager für Decken oder Dächer dienen und durch Wind beansprucht werden, ist ein Nachweis der Mindestauflast der Wände zu führen. Der Nachweis darf in Wandhöhenmitte unter der Berücksichtigung des dort wirkenden Eigengewichtsanteils der Wand erfolgen: dabei ist: N hm = der Bemessungswert der kleinsten vertikalen Belastung in Wandhöhenmitte im betrachteten Geschoss h = die lichte Geschosshöhe q Ewd = der Bemessungswert der Windlast je Flächeneinheit N hm (3 q Ewd h 2 b) (16 (a - (h / 300)) b a = die Breite, über die die vertikale Belastung wirkt = die Deckenauflagertiefe Maximale Wandhöhe in Abhängigkeit der Bemessungswindlast 24

25 Stark vereinfachter Nachweis nach Anhang A von DIN EN Stark vereinfachter Nachweis für unbewehrte Mauerwerkswände bei Gebäuden mit höchstens 3 Geschossen nach Anhang A von DIN EN mit Nationalem Anhang Zusätzliche Anwendungsvoraussetzungen für die Ermittlung von N Rd : - Maximal 3 Geschosse über Gelände - Kleinste Gebäudeabmessung mindestens 1/3 der Gebäudehöhe - Schlankheit h ef /t 21 - Lichte Geschosshöhe h 3,0 m - Wanddicke t 365 mm, wenn a/t < 1 - Deckenauflagertiefe a 2/3 t C A = Abminderungsfaktor = 0,50 bei Wänden mit einer Schlankheit h ef /t 18 = 0,40 bei Wänden mit einer Schlankheit h ef /t 18 in Verbindung mit einer charakteristischen Druckfestigkeit des Mauerwerks von fk < 1,8 N/mm 2 und gleichzeitig Deckenspannweiten l f > 5,5 m = 0,33 bei Wänden mit einer Schlankheit 18< h ef /t 21 sowie generell bei Wänden als Endauflager im obersten Geschoss, insbesondere unter Dachdecken A = l t Bruttoquerschnittsfläche des nachzuweisenden Wandabschnittes f d = ζ (f k / γ M ) Bemessungswert der Druckfestigkeit 25

26 Vergleich vereinfachtes Verfahren mit stark vereinfachtem Verfahren Beispiel 1 vereinfacht: N Ed = 280 kn/m N Rd = 318 kn/m (> N ED ) Nachweis erbracht Beispiel 1 stark vereinfacht: h ef /t = 2,625/0,365 = 7,19 c A = 0,5 N Ed = 280 kn/m N RD = 0,5 0,365 1,0 1,70 = 310 kn/m (> N ed ) Nachweis erbracht Beispiel 2 vereinfacht: N Ed = 280 kn/m N Rd = 464 kn/m (> N ED ) Nachweis erbracht Beispiel 2 stark vereinfacht: h ef /t = 2,36/0,24 = 9,44 c A = 0,5 N ed = 280 kn/m N RD = 0,5 0,24 1,0 2,83 = 340 kn/m (> N ED) Nachweis erbracht Beispiel 3 vereinfacht: N Ed = 420 kn/m N Rd = 503 kn/m (> N ED ) Nachweis erbracht Beispiel 3 stark vereinfacht: h ef /t = 2,36/0,24 = 9,44 c A = 0,5 N ED = 420 kn/m N RD = 0,5 0,24 1,0 2,83 = 340 kn/m (< N ED ) Nachweis nicht erbracht Der stark vereinfachte Nachweis nach Anhang A liegt bei schlanken Innenwänden sehr stark auf der sicheren Seite. 26

27 Kelleraußenwände Bei Kelleraußenwänden kann nach DIN EN mit nationalem Anhang ein genauerer rechnerischer Nachweis auf Erddruck entfallen, wenn nachfolgende Bedingungen erfüllt sind und der Bemessungswert der Wandnormalkraft innerhalb bestimmter Grenzen liegt: - Wanddicke t 240 mm - Lichte Höhe der Kellerwand h 2,60 m - Die Kellerdecke wirkt als Scheibe und kann die aus dem Erddruck entstehenden Kräfte aufnehmen - Im Einflussbereich des Erddruckes auf die Kellerwand beträgt der charakteristische Wert q k der Verkehrslast auf der Geländeoberfläche nicht mehr als 5 kn/m 2 - Die Geländeoberfläche steigt nicht an - Die Anschüttungshöhe h e ist h e 1,15 h - Keine Einzellast größer als 15 kn im A bstand von weniger als 1,5 m zur Kellerwand vorhanden - Kein hydrostatischer Druck vorhanden (z. B. durch drückendes Wasser) 27

28 DIN EN und DIN EN /NA 28

29 Bauaufsichtliche Anforderungen nach MBO 29

30 Bauaufsichtliche Anforderungen und europäische Bezeichnungen Bauaufsichtliche Anforderungen an Bauteile feuerhemmend (Höhe OKFF 7 m) hochfeuerhemmend (Geschossbau 13 m) feuerbeständig (Geschossbau > 13 m) Prüfungen oder Klassifizierungen National (F bis 1999), EU (REI seit 2000) Bauregelliste A Teil 1 (nationale Klassen) europäische Bezeichnungen Feuerwiderstand F in Deutschland beinhaltet, wo gefordert: - Tragfähigkeit (R) - Raumabschluss (E) - Wärmedämmung (I) - Stoßbelastung (M, Brandwand) Bauregelliste A Teil 1 (europäische Klassen) 30

31 Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Zeilen- Nr. 1 2 Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN /NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLz W, HLzT1, HLzT2, HLzT3 und HLzT4 unter Verwendung von Normal- und Leichtmauermörtel Langlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN / NA: , Anhang M, bzw. DIN unter Verwendung von Normal- und Leichtmauermörtel Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse EI in (Minuten) t fi,d (70) (70) (70) 1145 (70) (100) (140) (175) Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) 31

32 Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) Rohdichteklasse 1,20 Zeilen-Nr Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN / NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLzT1 Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0,15 Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0,42 Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0,70 Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d (140) (175) Die Tragfähigkeit von Bauteilen ist im Brandfall neben weiteren Faktoren insbesondere auch von der vorhandenen Auflast abhängig. In DIN , DIN EN /NA und in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen sind für Mauerwerk drei verschiedene Ausnutzungsfaktoren geregelt: Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) Rohdichteklasse 1,20 32

33 Einflüsse auf den Feuerwiderstand Mauerwerk nach DIN Ausnutzungsfaktor α 2 Definition α 2 = 1,0 entspricht der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach dem vereinfachten Rechenverfahren in DIN Erläuterung Der Wert wird in DIN und in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen verwendet. (in einigen bauaufsichtlichen Zulassungen auch 0,6) Mauerwerk nach Eurocode 6 α fi α 6,fi α fi = 0,7 entspricht der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach DIN EN /NA bzw. nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung mit den Bemessungsregeln nach DIN EN /NA α 6,fi = 0,7 entspricht der im Brandfall maximal zulässigen Beanspruchung eines Mauerwerksbauteils bei einer Bemessung nach DIN EN Der Wert für die volle Ausnutzung beträgt nicht 1,0, da die Einwirkung im Brandfall gegenüber der kalten Bemessung entsprechend abgemindert werden darf; Der Wert wird in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen anstelle des Ausnutzungsfaktors α 6,fi verwendet Die maximal zulässige Beanspruchung entspricht in der Regel der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach dem vereinfachten Rechenverfahren der DIN ; Der Wert wird in DIN EN / NA für alle Steinarten verwendet 33

34 Bemessung nach Eurocode DIN EN Aufbau und Regelungsinhalte der DIN wurden weitgehend übernommen - Nachweise i.d.r. durch Tabellenwerte Neu: Ausnutzungsfaktor α 6,fi bzw. α fi Anpassungsfaktor ω Definitionsgemäß wird in allen Brandschutz-Eurocodes nur für die 0,7fache maximale kalte Auflast bemessen N Ed,fi = 0,7 N Ed Die maximale Ausnutzung beträgt daher nach DIN EN /NA α 6,fi = 0,7 (entspricht α 2 = 1,0) Zeilen-Nr. 1 Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN /NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLzT1 Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, (140) 240 (175) 34

35 Ausnutzungsfaktor α 6,fi 3.1 Ausnutzungsfaktor α 6,fi In DIN EN /NA wird bei allen dort geregelten Steinarten und -sorten der Ausnutzungsfaktor α 6,fi verwendet. α 6,fi ist nach DIN EN /NA mit den folgenden Formeln zu ermitteln: Der Ausnutzungsfaktor α 6,fi berücksichtigt, dass die maximal zulässigen Normalkräfte nach Eurocode 6 größer oder kleiner sein können als bei einer Bemessung nach dem vereinfachten Berechnungsverfahren in DIN N Ed,fi Bemessungswert der Normalkraft (Einwirkung) im Brandfall N Rd Bemessungswert des vertikalen Tragwiderstands nach DIN EN /NA bzw. DIN EN /NA ω Anpassungsfaktor der Mauerwerkskenngrößen an die verschiedenen Steinarten (Stein-Mörtel- Kombinationen) auf der Grundlage von Brandprüfungen; dieser ist tabelliert in DIN EN /NA, Tabelle NA.1 l Wandlänge t Wanddicke f k charakteristische Druckfestigkeit des Mauerwerks k 0 Faktor zur Berücksichtigung von Wandquerschnitten kleiner als 0,1 m² mit k0 = 1,25 e mk,fi die planmäßige Ausmitte von N Ed,fi in halber Geschosshöhe; bei Bemessung nach den vereinfachten Berechnungsmethoden nach DIN EN /NA mit vollständig aufliegender Decke darf e mk,fi zu Null gesetzt werden, bei teilweise aufliegender Decke darf (1 2 e mk,fi /t) vereinfachend zu a/t angenommen werden. die Knicklänge der Wand h ef 35

36 Anpassungsfaktor ω Die gegenüber dem bisher maßgebenden Grundwert der zulässigen Druckspannung σ 0 deutlich höhere charakteristische Druckfestigkeit f k wird unter Berücksichtigung der maximalen Ausnutzung im Brandfall nach dem Teilsicherheitskonzept durch den Anpassungsfaktor ω = 0,7 f k / σ 0 dargestellt, s. Tabelle Anpassungsfaktor ω Abhängigkeit der verwendeten Stein-Mörtel- Kombinationen 36

37 Anwendungsbeispiel zum Ausnutzungsfaktor α 6,fi Stein-Mörtelkombination: Hochlochziegel HLz12-1,2 Normalmauermörtel NM Iia Wandgeometrie: Wanddicke: t = 175 mm Wandlänge: l = 5,00 m Wandhöhe: h = 2,65 m Parameter aus der statischen Berechnung: Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft: N Ed = 735 kn Knicklänge: h ef = ρ 2 h = 0,75 2,65 = 1,99 m Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit: f k = 5,0 N/mm² Erforderliche Parameter für die Brandschutzbemessung: Bemessungswert der Normalkraft im Brandfall: N Ed,fi = 0,7 735 = 515 kn Anpassungsfaktor: ω = 2,2 (DIN EN /NA, Tabelle NA.1) Faktor für kleinewandquerschnitte: k 0 = 1,0 Planmäßige Ausmitte : e mk,fi = 0 (voll aufliegende Decke, vereinfachtes Verfahren) 37

38 Bemessung nach Eurocode DIN EN Klassifizierung als tragende, raumabschließende 1schalige Wand: HLzB 12-1,2: DIN EN /NA, Tabelle NA.B.1.2, Zeile 1.2 Feuerwiderstandsklasse REI 90 Ausnutzungsfaktor: α 6,fi 0,284 0,42 Mindestwanddicke: mm (Putz) Die Anforderungen an die Feuerwiderstandsklasse REI 90 werden mit der vorhandenen Wanddicke von 175 mm erfüllt. Zeilen-Nr. 1 Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN /NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLzT1 Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, (140) 240 (175) 38

39 Ausnutzungsfaktor α fi Alternativ wird in allen bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt vereinfachend der Ausnutzungsfaktor α fi verwendet. Dieser wird ermittelt durch: α fi = N ed,fi / N Rd und entspricht bei α fi = 0,7 - unter Berücksichtigung des Bemessungswertes der einwirkenden Normalkraft im Brandfall mit N Ed,fi = 0,7 N Ed - der vollen Ausnutzung bei der Kaltbemessung nach DIN EN /NA (Eurocode 6, genaueres Verfahren). Stein-Mörtelkombination: Plan-Hochlochziegel PHLzB 12-1,2 Dünnbettmörtel DM Wandgeometrie: Wanddicke: t = 240 mm Wandlänge: l = 5,00 m Wandhöhe: h = 3,00 m Parameter aus der statischen Berechnung (DIN EN /NA): Bemessungswert der einwirkenden Normal-kraft: N Ed = kn Bemessungswert des Tragwiderstandes: N Rd = Φ 2 ζ (f k / γ M ) A = 0,711 0,85 4,7 /1, = kn Erforderliche Parameter für die Brandschutzbemessung: Bemessungswert der Normalkraft im Brandfall: N Ed,fi = 0, = kn Ausnutzungsfaktor im Brandfall α fi = N Ed,fi / N Rd = / = 0,59 < 0,70 39

40 Bemessungsbeispiel 1. Bemessung einer tragende raumabschließende Wand (Einstufung REI) Tragfähigkeit (R) / Raumabschluss (E) / Wärmedämmung (I) 2. Bemessung einer tragende nicht - raumabschließende 1schalige Wand (EI) 40

41 Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m DIN EN (Tabelle NA.D.1) N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 23 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Zeilen-Nr. 1 Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN /NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLzT1 Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, (140) 240 (175) 41

42 Tragende nicht - raumabschließende 1schalige Wände (EIR) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m DIN EN (Tabelle NA.D.1) N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 23 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Zeilen-Nr. 1 Materialeigenschaften Voll- und Hochlochziegel nach DIN EN in Verbindung mit E DIN und DIN EN /NA: , Anhang M, bzw. DIN Lochung: Mz, HLz A, HLz B, HLzT1 Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0, (140) 240 (175) 42

43 Ergebnisse Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) Tragende nicht - raumabschließen de 1schalige Wände (R) Zeilen-Nr. Materialeigenschaften Mindestwanddicke (mm) t F zur Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse REI in (Minuten) t fi,d Voll- und Hochlochziegel Lochung: HLz B, Rohdichteklasse 1,20 unter Verwendung von Normalmauermörtel 1.2 Ausnutzungsfaktor α 6,fi 0,

44 Bemessung und Konstruktion im Mauerwerksbau nach EC 6 - einfach wie bisher? DIN EN /NA (NCI) (NA.3) NCI = contradictory complementary information speziell deutsche, zusätzliche aber nicht widersprechende Angaben zur Anwendung von DIN EN DIN EN /NA 4.1 (NDP) NDP = nationally determined parameters von jedem CEN Mitglied national festzulegende Parameter (Sicherheitsbeiwerte, Mindestwanddicke ) DIN EN /NA (1) Für eine Mauerwerksstatik gilt die statisch konstruktive Regel, dass auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden kann, wenn die gewählte Wanddicke offensichtlich ausreicht. (Wenn die gewählte Wanddicke offensichtlich ausreicht, darf auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden) Auf einen Nachweis der räumlichen Steifigkeit kann verzichtet werden, wenn die Geschossdecken als steife Scheibe ausgebildet sind bzw... ausreichend steife Ringbalken vorliegen und wenn in Längs- und Querrichtung des Gebäudes eine offensichtlich ausreichende Anzahl von aussteifenden Wänden vorhanden ist Falls die Konstruktionsdetails des Mauerwerks nicht an anderer Stelle in EN behandelt werden, sollten sie in Übereinstimmung mit der am Ort der Verwendung üblichen Baupraxis und Erfahrung ausgeführt werden. 44

45 Herzlichen Dank Dr. Dieter Figge Industrieverbände Duisburg

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