Die Umsetzung der Eurocodes Optimierung durch best practice 21. Mitteldeutsche Immobilientage des BFW Landesverband Mitteldeutschland

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1 Die Umsetzung der Eurocodes Optimierung durch best practice 21. Mitteldeutsche Immobilientage des BFW Landesverband Mitteldeutschland Dr. Dieter Figge Eggestrasse Warburg

2 Die Umsetzung der Eurocodes Optimierung durch best practice Der Begriff best practice, auch Erfolgsmethode genannt, stammt aus der Betriebswirtschaftslehre und bezeichnet bewährte, optimale bzw. vorbildliche Methoden, Praktiken oder Vorgehensweisen in einem Unternehmen. Dazu gehören auch Regeln, Normen, Vorschriften und Zulassungen. 2

3 Geschichtliches 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

4 Einführung Die Eurocodes sind europaweit vereinheitliche Bemessungsregeln für die Tragwerksplanung. Im Bauwesen wurden sie am 1. Juli 2012 bauaufsichtlich eingeführt und haben damit die bisher gültigen DIN-Normen abgelöst. Derzeit gelten folgende Eurocodes: DIN EN 1990: Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung DIN EN 1991: Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1992: Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken DIN EN 1993: Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN EN 1994: Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl u. Beton DIN EN 1995: Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten DIN EN 1996: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten* DIN EN 1997: Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik DIN EN 1998: Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben* DIN EN 1999: Eurocode 9: Berechnung und Bemessung von Aluminiumkonstruktione Jede dieser Normen unterteilt sich in Unternormen und wird mit einzelnen Nationalen Anhängen (NA) auf die Gegebenheiten der national festgelegten Parameter des jeweiligen Mitgliedslandes angepasst. Die Nationalen Anhänge gelten nur in Verbindung mit der Hauptnorm 4

5 Eurocode 0: Grundlagen Eurocode 0: Grundlagen Die Norm DIN EN 1990 legt Prinzipien und Anforderungen zur Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken fest. Sie beruht auf dem Konzept der Bemessung nach Grenzzuständen mit Teilsicherheitsbeiwerten und gibt Hinweise zu Fragen der in diesem Zusammenhang geltenden Zuverlässigkeitsanforderungen DIN EN 1990: Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung; Deutsche Fassung EN 1990: A1: A1:2005/AC:2010 DIN EN 1990/NA: Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung DIN EN 1990/NA/A1: Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung; Änderung A1 5

6 Grenzzustand der Tragfähigkeit und Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Die Bemessung und die Ausführung von Bauteilen nach Eurocodes erfolgt a) im Grenzzustand der Tragfähigkeit und b) im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. Grenzzustand der Tragfähigkeit (GdT) Zustand bei dessen Überschreitung Einsturz oder andere Formen des Tragwerksversagens eintreten - Bemessung von Mauerwerk unter vertikaler Belastung - Bemessung von Mauerwerk unter Schubbelastung Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GdG) Zustand bei dessen Überschreitung übermäßige Verformungen mit ungünstigen Auswirkungen auf Teile, Oberflächen und technische Ausstattung...eintreten z.b. keine übermäßige Rissbildung Bei Mauerwerk z.b. - Keine klaffenden Fugen (e l/3) - Randdehnungsnachweis - Überbindemaß Bei Stahlbeton z.b. - Weiße Wanne - Rissbreitenbeschränkung 6

7 Eurocode 1: Einwirkungen DIN EN 1991 Eurocode 1: Einwirkungen Die Normen zum Eurocode 1 behandeln unterschiedliche Einwirkungen auf Tragwerke. Sie enthalten Entwurfshinweise und Angaben für Einwirkungen zur Tragwerksplanung. 7

8 Eurocode 3: Stahlbau DIN EN 1993 Eurocode 3: Stahlbau Die Normen zum Eurocode 3 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten und Stahlbauteilen. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Tragwerken aus Stahl. 8

9 Eurocode 4: Verbundbau DIN EN 1994 Eurocode 4: Verbundbau Die Normen zum Eurocode 4 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken und Verbundbauteilen aus Stahl und Beton. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Verbundtragwerken. 9

10 Eurocode 8: Erdbeben DIN EN 1998 Eurocode 8: Erdbeben Die Normen zum Eurocode 8 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Bauwerken des Hoch- und Ingenieurbaus in Erdbebengebieten. Das Ziel ist, sicherzustellen, dass bei Erdbeben menschliches Leben geschützt ist, Schäden begrenzt bleiben und wichtige Bauwerke zum Schutz der Bevölkerung funktionstüchtig bleiben. 10

11 Eurocode 9: Aluminiumbau DIN EN 1999 Eurocode 9: Aluminiumbau Die Normen zum Eurocode 9 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Tragwerken und Bauteilen aus Aluminium. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Bauwerken aus Aluminium. 11

12 Eurocode 2: Betonbau DIN EN 1992 Eurocode 2: Betonbau Die Normen zum Eurocode 2 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Hoch- und Ingenieurbauten aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Tragwerken und Bauteilen aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. 12

13 Beschränkung der Deckendurchbiegung Der Nachweis der Beschränkung der Deckendurchbiegung kann durch die Begrenzung der Biegeschlankheit geführt werden. DIN 1045 Der Nachweis der Beschränkung der Durchbiegung kann vereinfacht werden durch eine Begrenzung der Biegeschlankheit li/l. l i /h 35 bei Bauteilen die mit ausreichender Überhöhung der Schalung hergestellt worden sind l i /h 150 /l i bei Bauteilen die Trennwände zu tragen haben, wenn störende Risse in den Trennwänden nicht durch andere Maßnahmen vermieden werden. DIN EN Die Schlankheit biegebeanspruchter Bauteile mit normalen Anforderungen nach DIN EN /NA, Abschnitt 7.4.2, die mit ausreichender Überhöhung der Schalung hergestellt werden, darf nicht größer sein als l f / d K ˑ 35. Bei Deckenplatten, an die höhere Anforderungen gestellt werden, weil sie beispielsweise nicht tragende Innenwände zu tragen haben, sollte die Schlankheit wie folgt begrenzt werden l f /d K 2 ˑ (150 / l f ) oder d l f 2 / (K 2 ˑ 150) l f d K Stützweite der Decke in m Statische Höhe des biegebeanspruchten Bauteils in m Beiwert zur Berücksichtigung unterschiedlicher statischer Systeme Risse durch Deckenverformungen Konstruktive (andere Maßnahmen) z.b. konstrukt. Bewehrung 13

14 Beiwerte α (DIN 1045) und K (EC2) in Abhängigkeit der statischen Systeme α (DIN 1045) 1,00 0,80 Statisches System K Frei drehbar gelagerter Einfeldträger; gelenkig gelagerte einachsig oder zweiachsig gespannte Platte Endfeld eines Durchlaufträgers oder einer einachsig gespannten durchlaufenden Platte; Endfeld einer zweiachsig gespannten Platte, die kontinuierlich über einer längeren Seite durchläuft 0,60 Mittelfeld eines Balkens oder einer einachsig oder zweiachsig gespannten Platte 1,5 2,40 Kragträger 0,4 Beispiel: Deckenstützweite 6,00 m leichte Trennwände (EC2) 1 1,3 DIN 1045 (l i2 /150) (6,00 1,00) = 6,00 2 /150 = 24 cm + 2 = d 26 cm DIN 1045 (l i2 /150) (6,00 0,80) = 4,80 2 /150 = 15 cm + 2 = d 17 cm DIN 1045 (l i2 /150) (6,00 0,60) = 3,60 2 /150 = 09,0 cm + 2 = d 11 cm Eurocode 2 d l f 2 / (K 2 ˑ 150) 6,00 2 / ( ) = 36 / (1 150) = 0,24 m + 3 = d 27 cm Eurocode 2 d l f 2 / (K 2 ˑ 150) 6,00 2 /(1, ) = 36 / (1,69 150) = 14 cm + 3 = d 17 cm Eurocode 2 d l f 2 / (K 2 ˑ 150) 6,00 2 /(1, ) = 36 / (2,25 150) = 11 cm + 3 = d 14 cm 14

15 Deckenverformungen Unter der Annahme, dass die Deckenverformung einer quadratischen Parabel entspricht, ergibt sich für die Verformung f 2 : Riss bei Trennung Decke Außenwand Riss andernfalls auch eine Steinschicht tiefer Steigung der Parabel am Auflager f 2 a l f 1 = (2 f 1 ) / (l/2) = (4b f 1 ) / (l + (1/3 a)) = Auflagerlänge = Deckenspannweite = Deckendurchbiegung Fall 1: Kleine Einspanntiefe und geringe Auflast. Folge: Kippen der Wand Fall 2: Große Einspanntiefe und geringe Auflast Folge: Anheben der Wand 15

16 Stahlbetondecke d 18 cm DIN 1045 (alt) DIN 1045 (2004) und Eurocode 2 (EC2) 100% 103% - 105% 16

17 Stahlbeton Kellerwand Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit Je Seite Mindestbewehrung 1,88 cm 2 100% Nachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit bei einem Grenzwert der Rissbreite von 0,3 mm Je Seite ca. 5,5 cm 2 Bewehrung bis zu 250% 17

18 Eurocode 7: Grundbau DIN EN 1997 Eurocode 7: Grundbau Die Normen zum Eurocode 7 behandeln die geotechnischen Aspekte und Anforderungen an die Festigkeit, Standsicherheit und Dauerhaftigkeit von Bauwerken 18

19 Stahlbetongründung DIN 1045 (alt) EC2 in Verbindung mit EC7 100% Bis zu 125% 19

20 Beispiel Streifenfundamente - Vorschlag Je nach Nutzung - lediglich konstruktive Bewehrung erforderlich 20

21 Eurocode 5: Holzbau DIN EN 1995 Eurocode 5: Holzbau Die Normen zum Eurocode 5 behandeln die Bemessung und Konstruktion von Hochbauten und Ingenieurbauwerken bzw. Bauteilen aus Holz (Vollholz, gesägt, gehobelt oder als Rundholz, Brettschichtholz oder andere Bauprodukte aus Holz für tragende Zwecke, wie z. B. Furnierschichtholz) oder Holzwerkstoffen, die geklebt oder mit mechanischen Verbindungsmitteln zusammengefügt sind. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Tragwerken aus Holz oder Holzwerkstoffen. 21

22 Eurocode 5 Holzbau - Verwissenschaftlichung der Normung: Ermittlung der zul. Scherkraft eines Nagels 1) nach alter DIN 1052 (1988) 2) nach Eurocode 5 22

23 Beispiel: 2 stieliges Pfettendach mit Firstgelenk und Kehlbalken DIN 1052 (alt) DIN 1052 (2008) Eurocode 5 (EC5) 100% 115% 100% 23

24 Eurocode 6: Mauerwerksbau DIN EN 1996 Eurocode 6: Mauerwerksbau Die Normen zum Eurocode 6 gelten für die Bemessung und Konstruktion von Hoch- und Ingenieurbauwerken bzw. Teilen davon, die mit unbewehrtem, bewehrtem, vorgespanntem oder eingefasstem Mauerwerk ausgeführt werden. Sie behandeln Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit, die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und den Feuerwiderstand von Tragwerken aus Mauerwerk. 24

25 Allgemeines Die Bemessung von Baukonstruktionen nach Eurocode erfolgt baustoffübergreifend auf Grundlage des semiprobabilistischen Teilsicherheitskonzeptes. Die Größe der einzelnen Teilsicherheitsbeiwerte ist dabei in Abhängigkeit der Streuungen der jeweiligen Einwirkungen und Widerstände festgelegt. E k Charakteristischer Wert der Einwirkung γ F Teilsicherheitsbeiwert für die Einwirkung (γ G = 1,35/ γ Q =1,50) E d Bemessungswert der Einwirkung R d Bemessungswert des Widerstandes R k Charakteristischer Wert des Widerstandes γ M Teilsicherheitsbeiwert für Baustoffeigenschaften (z.b. Mauerw. 1,5) Die Bemessungswerte von Einwirkung (E d ) und Widerstand (R d ) ergeben sich aus den jeweiligen charakteristischen Größen (E k ) und (R k ) unter Berücksichtigung der entsprechenden Teilsicherheitsfaktoren γ. Der Bemessungswert des Widerstandes R d muss mindestens so groß wie der Bemessungswert der Einwirkungen E d sein. 25

26 Beispiel Mauerwerk Aus σ 0 (Spannung) wird f k (Festigkeit) Bei Genormten Mauersteinen gilt der Umrechnungsfaktor Bei Mauerstein-Zulassungen gilt vorerst der Umrechnungsfaktor f k = 3,14 σ 0 f k = 2,64 σ 0 (Änderung ca. 16%) Begründung: DIN bemisst für Schlankheit h k /d = 10 DIN EN 1996 für h k /d = 0 f k = 0,8 f m (f m Mittlere MW-Druckfestigkeit) 0 = f m / 3 f k = 0,8 3 1,1 0 = 2,64 26

27 Vergleichsberechnungen DIN mit DIN EN Grundwerte σ 0 der zulässigen Druckspannungen nach DIN für Mauerwerk. σ 0 = 1,60 N/mm 2 Umrechnung für Normziegel: f k = σ 0 3,14 f k = 5,00 N/mm 2 Charakteristische Werte f k der Mauerwerkdruckfestigkeit. 27

28 Neu: Expositionsklassen für Mauerwerk Expositionsklassen für Stahlbeton Neu: Expositionsklassen für Mauerwerk 28

29 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. 29

30 Initiative Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen e.v. Beweggrund war die Auffassung, dass die Praxistauglichkeit der Regelwerke im Bauwesen in Deutschland und Europa verbessert werden muss. Initiative Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen e.v. Die Initiative will sich daher an der Verbesserung durch Durchführung von Forschungsvorhaben im Vorfeld der Erstellung von Normen und anderen Regelwerken im Sinne pränormativer Arbeiten aktiv beteiligen. Bundesvereinig. der Prüfingenieure für Bautechnik Bundesingenieurkammer Deutsche Ausschuss für Stahlbeton Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein Deutsche Gesellschaft für Geotechnik Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau Deutsche Stahlbau-Verband e.v.; Hauptverband der Deutschen Bauindustrie Verband der Beratenden Ingenieure Zentralverband des Deutschen Baugewerbes Schwerpunkte dabei sollen sein: a) die Erforschung der für die Bauarten verwendeten Bemessungsregeln, Baustoffe und Bauprodukte b) die Weiterentwicklung wissenschaftlicher Untersuchungsergebnisse in praxistaugliche Nachweiskonzepte und Regeln. "Mit unserer Initiative wollen wir Motor sein, um praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen professionell vorzubereiten. Unser Ziel ist es, dass Normen Hilfestellung - und nicht Hemmnis oder Risiko sind." (Der Vorsitzende Prof. Nußbaumer zur Gründung) 30

31 Herzlichen Dank Dr. Dieter Figge Eggestrasse Warburg Figge.zz@t-online.de