Neue Anforderungen und Konzepte für 2016 Die Umstellung der Bemessung auf den Eurocode 6 Dr. Dieter Figge Industrieverbände Duisburg
Das semiprobabilistische Teilsicherheitskonzept. Vorrangiges Ziel im konstruktiven Ingenieurbau ist es, Bauwerke so zu kon-struieren und statisch zu berechnen, dass sie dauer-haft und damit nachhaltig standsicher sind. Eine Überschreitung des Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) führt rechnerisch zu einem Versagen des gesamten Tragwerkes oder einzelner Tragwerksteile. Die Grundlage für die Nachweisführung des Eurocode 6 ist, ebenso wie in den anderen Teilen der Eurocode-Reihe, ein semiprobabilistisches Teilsicherheitskonzept. Grundsätzlich werden dabei zwei Grenzzustande definiert: - Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) und - Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG). E d Einwirkung R d Widerstand Mit dem Einhalten der Bedingungen für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) erfüllt ein Tragwerk oder einzelne Tragglieder die Anforderungen für die vorgesehene Nutzung. Anforderungen können zum einen die Beschränkung auftretender Formänderungen sein, um eine Rissbildung in sekundären Traggliedern zu vermeiden und das Erscheinungsbild zu wahren. 2
Die Eurocode Reihe 3
Der Eurocode 6 und die nationale Anhänge des Eurocode 6 DIN 1053 Eurocode 6 32 Seiten 532 Seiten 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
Wesentliche Teile in DIN EN 1996 statisch konstruktiv Genaueres Bemessungsverfahren Vereinfachte Bemessungsverfahren Teilaufliegende Decken müssen im Vereinfachten Verfahren berücksichtigt werden. Verzicht auf Aussteifungsberchnungen für ausreichend ausgesteifte Bauten Nachweis Kellermauerwerk im Genaueren und Vereinfachten Verfahren mögl. Stark vereinfachte Bemessungsmethode für Gebäude bis max. 3 Geschosse Elementmauerwerk (Steinhöhe > 374 mm, Steinlänge > 498 mm) Mauerwerk mit Füllbeton Schlitztabelle erweitert um die Wanddicke 15 cm Ausfachungstabellen (an geänderte Windzonen angepasst) 5
Nicht geregelt und in Bearbeitung Nicht geregelt ist vorgespanntes Mauerwerk Nicht geregelt ist die Randstreifenvermörtelung Bearbeitet wird zur Zeit das bewehrte Mauerwerk 6
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 aber auch durch Rahmenkonstruktionen, Ringbalken und Ringanker gewährleistet. Überbindemaß einhalten Bei Steinhöhe 374 mm und Steinlänge 498 mm = 0,4 h Bei Steinhöhe > 374 mm und Steinlänge > 498 mm = 0,2 h 7
Mindestanforderungen an Wände DIN EN 1996-1-1/NA 8.1.2 (NCI) (NA.3) NCI = contradictory complementary information speziell deutsche, zusätzliche aber nicht widersprechende Angaben zur Anwendung von DIN EN 1996 1-1 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) Monolithische Außenwand (einschalig mit und ohne Dämmung oder Bekleidung) 2 schalige Außenwand (Vorsatzschale aus Sichtmauerwerk oder geputz) Innenwand Mindest- t 115 mm (DIN EN 1996-1-1) wanddicke t 150 mm (DIN EN 1996-3 bei tragenden Außenwänden) t 300 mm (DIN EN 1996-3, Anhang A bei teilaufliegender Decke) Kellermauerwerk nach Teil 3 Wanddicke t 240 mm Wandhöhe h 2,6 m Anschütthöhe h e 1,15 h 8
Ausfachungsflächen Ausfachungen, bei denen neben dem Eigengewicht ausschließlich von außen wirkende Windlasten abzutragen sind, erfordern keinen rechnerischer Nachweis der Tragsicherheit, wenn die in der Tabelle festgelegten maximalen Ausfachungsflächen nicht überschritten werden. Bei der tabellarischen Festlegung dieser Flächen werden das Seitenverhältnis der Ausfachung die Dicke der Wand und (indirekt über die Gebäudehöhe),die einwirkende Windlast berücksichtigt. Ausfachungen mit Mauerwerk im Industrie- und Gewerbebau. 9
2.1 Standsicherheit / 2.1.1 Standsicheres Konstruieren DIN EN 1996-3/NA 4.1 (NDP) NDP = nationally determined parameters von jedem CEN Mitglied national festzulegende Parameter (Sicherheitsbeiwerte, Mindestwanddicke ) 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 Anhalt: Tafel 11 der alten DIN 1053 (11.1972). Die Konstruktionsregel geht davon aus, dass bei Mauerwerksbauten bis zu sechs Geschossen kein Windnachweis geführt werden muss, wenn die Bedingungen der Tabelle in etwa erfüllt sind. Zeile Dicke der auszusteifenden belasteten Wand (t) (cm) 1 11,5 < 17,5 2 17,5 < 24,0 Geschoss -höhe (h) (m) 3,25 3 24,0 < 30,0 3,50 Dicke der aussteifenden Wand (t ) (cm) Im 1. bis 4. Vollgeschoss von oben Im 5. bis 6. Vollgeschoss von oben 11,5 17,5 Mitten- Abstand (a) (m) < 4,50 < 6,00 4 30,0 5,00 < 8,00 Dicken und Abstände aussteifender Wände (Tab. 3, DIN 1053 alt) 10
Aussteifung durch Verzahnung oder Stumpfstoß Liegende Verzahnung Stehende Verzahnung Aussteifende Wände müssen zug- und druckfest an auszusteifende Wände angeschlossen sein. Ihre Länge muss mindestens h/5 betragen. Die liegende und stehende Verzahnung ist zulässige. (zug- und druckfest) Lochverzahnung Stockverzahnung Loch- und Stockverzahnungen sind nur für den Anschluss nicht tragender Innenwände zulässig. Diese Verzahnungsarten sind nicht zugfest. Flachstahlanker sind so zu bemessen, dass sie in den Drittelspunkten der Wandhöhe jeweils 1/100 der vertikalen Last der tragenden Wand übertragen. 11
Anwendungsgrenzen des vereinfachten Verfahrens 12
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 1,35 060 kn/m = 081 kn/m infolge veränderlicher Lasten 1,50 140 kn/m = 210 kn/m 291 kn/m Alternativ: N Ed = infolge ständiger Lasten 060 kn/m infolge veränderlicher Lasten 140 kn/m 1,40 200 kn/m = 280 kn/m 13
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 1996-3) Bemessung nach DIN 1053-1 globales Sicherheitskonzept nach EC 6 Teilsicherheitskonzept (TSK). Unterschied: Bemessungsniveau nach DIN 1053-1 über Spannungsnachweis (vorh σ D zul σ D ) Bemessungsniveau EC 6 über die Kraftebene (vorhandene Einwirkung N Ed Tragfähigkeit N Rd ) (N Ed N Rd ). Nachweis: nach DIN 1053-1 über Grundwert der zul. Mauerwerksdruckspannung σ 0 nach EC 6 über die charakeristische Mauerwerksdruckfestigkeit f k 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 3,0) σ 0 2,6 bis 2,7 (z.b.festigkeitskl.12db = σ 0 1,15 2,64 = f k Tabelle: Charakteristische Werte f k der Mauerwerkdruckfestigkeit 14
Sonderfall Pfeiler Erhöhte Sicherheitsanforderungen aufgrund geringer Querschnittsfläche (fehlende Umlagerungsmöglichkeit, stärkere Auswirkung von Fehlstellen Mindestwandquerschnitt: 0,04m ² (z.b. 0,115 0,35 = 0,042 m 2 ) Modifikation der Druckfestigkeit bei Pfeilern mit A < 0,1m ² : (z.b. 0,115 0,87 = 0,10 m 2 ) Abminderung mit 0,8 Bemessungswert der Druckfestigkeit f d = 0,8 ζ (f k / γ M ) = 0,45 f k 15
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 1053-1= 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
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 1053-1= 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
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
Überstehendes Mauerwerk Schnittgrößen Am Wandkopf N Ed,Wandkopf = 36,9 kn/m In Wandmitte N Ed,Wandmitte = 44,0 kn/m Am Wandfuß N Ed,Wandfuß = 51,1 kn/m Widerstand N Rd = ϕ A f d mit A (Bruttowandfläche A = l t) Am Wandkopf und Wandfuß wird ϕ1 aus Deckenverdrehung relevant ϕ1, Wandkopf = 0,33 (oberste Geschossdecke) ϕ1, Wandfuß = 1,6 l/6 0,9 (a/t) = 0,71 bzw. 0,9 (0,225/0,365) = 0,55 In Wandmitte beträgt der Knickbeiwert ϕ2 = 0,85 (a/t) 0,0011 (h k /t)² = 0,42 0,0011 (7,2)² = 0,36? Maßgebende Bemessungsstelle N Rd, Wandmitte = ϕ2 A fd = 0,36 0,365 0,85 2,5 / 1,5 = 186,2 kn/m Nachweis N Rd, Wandmitte = 186,2 kn/m > N Ed, Wandmitte = 44,0 kn/m (Ausnutzung 23,6 %) 19
Beispiel 1: monolithische Außenwand Einwirkung N Gk = 060 kn/m N Qk = 140 kn/m N Ed = 1,4 (NGk + NQk) = 1,4 (60 + 140) = 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 = 3,0 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 f d 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
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 (60 + 140) = 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
Beispiel 3: Innenwand Einwirkung N Gk = 090 kn/m N Qk = 210 kn/m N Ed = 1,4 (N Gk + N Qk ) = 1,4 (90 + 210) = 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
Änderung A2 - 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: N hm (3 q Ewd h 2 b) (16 (a - (h / 300)) dabei ist: N hm = der Bemessungswert der kleinsten vertikalen Belastung in Wandhöhenmitte im betrachteten Geschoss h 23 = die lichte Geschosshöhe q Ewd = der Bemessungswert der Windlast je Flächeneinheit b a = die Breite, über die die vertikale Belastung wirkt = die Deckenauflagertiefe Maximale Wandhöhe in Abhängigkeit der Bemessungswindlast
Rückverankerung Riss aufgrund fehlender Auflasten (hier nur leichte Dachkonstruktion) und Verformungen der Dachkonstruktion Mauerwerk wird hinter Zuganker erstellt! Zuganker ca. 3 cm tief in die Außenwand einschlitzen. Zuganker in Schlitz mit LM 21 vermauern (mit Quernägeln sichern) und mit Gewebe überspannen 24
Stark vereinfachter Nachweis nach Anhang A von DIN EN 1996-3 Stark vereinfachter Nachweis für unbewehrte Mauerwerkswände bei Gebäuden mit höchstens 3 Geschossen nach Anhang A von DIN EN 1996-3 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
Stark vereinfachter Nachweis nach Anhang A von DIN EN 1996-3 Beispiel: MZ 10 Wanddicke 36,5 cm f k = 3,0 N/mm 2 Beispiel HLzB 12/NM IIa Wanddicke 24 cm f k = 5,0 N/mm 2 Maximal zulässiger Bemessungswert der Einwirkung in Abhängigkeit der charakteristischen Druckfestigkeit des Mauerwerks und der Wanddicke (N Ed =N Rd ) 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 (88%) 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 (90%) Beispiel 2 vereinfacht: N Ed = 280 kn/m N Rd = 464 kn/m (> N ED ) Nachweis erbracht (60%) 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 (82%) Beispiel 3 vereinfacht: N Ed = 420 kn/m N Rd = 503 kn/m (> N ED ) Nachweis erbracht (83%) 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 (124 %) Der stark vereinfachte Nachweis nach Anhang A liegt bei schlanken Innenwänden sehr stark auf der sicheren Seite. 27
Kellermauerwerk Bei Kelleraußenwänden kann nach DIN EN 1996-3 ein genauerer rechnerischer Nachweis auf Erddruck entfallen, wenn nachfolgende Bedingungen erfüllt sind und der Bemessungswert der Wandnormalkraft innerhalb bestimmter Grenzen liegt: N Ed, max N Rd (t b f b ) / 3 N ed, min N lim,d (ρ h h e 2 b) / (t ß) - 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 Anschütthöhe h e ist h e 1,15 h - Keine Einzellast größer als 15 kn im Abstand von weniger als 1,5 m zur Kellerwand vorhanden - Kein hydrostatischer Druck vorhanden (z. B. durch drückendes Wasser) N Ed N Rd N lim.d t b f d ρ e h h e β Bemessungswert der Wandnormalkraft aus dem Lastfall max N bzw. min N in halber Anschütthöhe oberer Grenzwert der Wandnormalkraft unterer Grenzwert der Wandnormalkraft Wanddicke Wandlänge (Wandbreite) Bemessungswert der Druckfestigkeit des Mauerwerks Wichte der Anschüttung lichte Wandhöhe Höhe der Anschüttung Beiwert zur Berücksichtigung einer horizontalen Tragwirkung = 20 f ür b c 2 h (nur vertikaler Lastabtrag) = 60-20 b c /h für h < bc < 2 h = 40 für b c h bc horizontaler Abstand zwischen aussteifenden Querwänden oder aussteifenden Elementen 28
Kelleraußenwände Weiterhin ist sicherzustellen, dass bei der Verfüllung und Verdichtung des Arbeitsraumes nur nichtbindiger Boden nach DIN 1054 [18] und nur Rüttelplatten oder Stampfer mit folgenden Eigenschaften zum Einsatz kommen: - Breite des Verdichtungsgerätes 50 cm - Wirktiefe 35 cm - Gewicht 100 kg, bzw. Zentrifugalkräfte 15 kn 29
Brandschutz DIN EN 1996 1-2 30
Bauaufsichtliche Anforderungen nach MBO Ein hohes Schutzziel im Bauordnungsrecht wird mit dem baulichen Brandschutz verfolgt. Nach der Musterbauordnung MBO sind bauliche Anlagen so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der Entstehung sowie Ausbreitung eines Brandes vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind. Als technische Maßnahmen des vorbeugenden Brandschutzes sind in der MBO Anforderungen genannt. Die Zuordnung der Gebäudeklassen nach MBO gilt für alle Bundesländer mit Ausnahme von Nordrhein Westfalen und Brandenburg. Die Bauordnung NRW und Brandenburg unterscheiden zwischen Gebäuden: geringer Höhe (Fußbodenoberkante bis 7 m über Geländeoberfläche) sowie Gebäuden mittlerer Höhe (Fußbodenoberkante bis 22 m über Geländeoberfläche). Gebäude mit einer Fußbodenoberkante von mehr als 22 m über Geländeoberfläche werden als Hochhäuser eingestuft. 31
Brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile (Zusammenfassung 1) Gebäudeklasse 1a Freistehend.Gebäude h 7 m 2 NE Grundfläche insgesamt 400 m 2 Tragende Wände: KG feuerhemmend (F30) Über KG keine Anforderung Gebäudeklasse 1b Freistehend land- und forstwirtschaftlich genutzt Tragende Wände: KG feuerhemmend (F 30) Über KG keine Anforderung Gebäudeklasse 2 Gebäude h 7 m 2 NE Grundfläche insgesamt 400 m 2 Tragende Wände: KG feuerhemmend (F 30) Über KG feuerhemmend (F 30) 32
Brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile (Zusammenfassung 2) Gebäudeklasse 3 Sonstige Gebäude h 7 m Tragende Wände: KG feuerbeständig (F90) Über KG feuerhemmend (F30) Gebäudeklasse 4 Gebäude h 13 m Je Nutzfläche 400 m2 Tragende Wände: KG feuerbeständig (F90) Über KG hochfeuerhemmend (F60) Gebäudeklasse 5 Sonstige Gebäude einschl. unterirdische Tragende Wände: KG feuerbeständig (F90) Über KG feuerbeständig (F90) 33
Brandschutzklassen nach DIN 4102-1 mit bauaufsichtlicher Benennung und entspr. Eurokasse Brandschutztechnische Begriffe, Anforderungen und Prüfungen sind in DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen sowie in DIN EN 13501 zur Klassifizierung von Baustoffen und DIN EN 1365 in Verbindung mit DIN EN 1363 für Prüfungen festgelegt. Brandschutzklassen von Baustoffen Baustoffe, z. B. Stahl, Steine, Holz, Dämmstoffe, werden nach ihrem Brandverhalten in Klassen eingeteilt. Ziegel sind nicht brennbar und entsprechen als klassifizierte Baustoffe der Baustoffklasse A1. Brandschutzklassen nach DIN 4102-1 mit bauaufsichtlicher Benennung und entsprechender Eurokasse 34
Feuerwiderstandsklassen von Wänden Feuerwiderstandsklasse F nach DIN 4102-2 und entspr. Einstufungen nach DIN EN 13501-2; der Zahlenwert gibt die Feuerwiderstandsdauer in Minuten an Kurzzeichen nach DIN EN 13501-2 / -3: R = Tragfähigkeit (Resistance) E = Raumabschluss (Etancheite) I = Wärmedämmung (Isolation) M = Stoßbeanspruchung W = Begrenzung des Strahlungsdurchtritts i o bzw. i o (Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer 35
Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 115 mm 100 mm + Putz R = Tragfähigkeit (Resistance) E = Raumabschluss (Etancheite) I = Wärmedämmung (Isolation) 36
DIN EN 1996-1-2 und DIN EN 1996-1-2/NA 37
Einflüsse auf den Feuerwiderstand von Mauerwerkbauteilen Der Feuerwiderstand von Bauteilen wird nicht allein vom verwendeten Baustoff und der Bauteildicke beeinflusst. Diese Einflussgrößen sind insbesondere: - die Belastung - die Ausnutzung der Tragfähigkeit - die Art der Brandbeanspruchung Feuereinwirkung nur von einer Seite oder mehrseitig) - die Ausführung (z. B. unverputzt oder verputzt) - die Feuerwiderstandsdauer der angrenzenden tragenden oder aussteifenden Bauteile und - die Anschlüsse an diese Bauteile. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Zunahme der Feuerwiderstandsdauer der Bauteile eines Bauwerks von oben nach unten, um die Funktion eines Bauteils nicht durch vorzeitiges Versagen eines tragenden Bauteils zu gefährden Die Stoßfugenausbildung bei verputztem Ziegelmauerwerk hat keinen Einfluss auf den Feuerwiderstand. Angaben der DIN 4102-4 gelten für alle Arten der Stoßfugenausbildung Stoßfuge verzahnt (Nut+Feder) Stoßfuge mit Mörteltasche Vollvermörtelte Stoßfuge 38
Heißbemessung nach Eurocode 2 und Eurocode 5 (Beispiele) Bemessung nach EC5 Holzbau Bemessung im kalten Zustand (statische Erfordernis) erforderlich 18/20 cm Bemessung für den Brandfall (Abbrennfaktor) hier: treq 30 min Erforderlich mind. 13,2 / 15,2 cm Bemessung nach EC2 Stahlbetonbau Bemessung im kalten Zustand (statisch erforderlich 35/45 cm) Analyse des Querschnitts und der Bewehrung im Brandfall hier: R 60 39
Einflüsse auf den Feuerwiderstand Mauerwerk nach DIN 1053-1 Ausnutzungsfaktor α 2 Definition α 2 = 1,0 entspricht der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach dem vereinfachten Rechenverfahren in DIN 1053-1 Erläuterung Der Wert wird in DIN 4102-4 und in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen verwendet. (in einigen bauaufsichtlichen Zulassungen auch 0,6) Mauerwerk nach Eurocode 6 Nachweis für Zulassungsziegel Nachweis für Normziegel α fi α 6,fi α fi = 0,7 entspricht der vollen Tragfähigkeit bei einer Bemessung nach DIN EN 1996-1-1/NA bzw. nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung mit den Bemessungsregeln nach DIN EN 1996-1-1/NA α 6,fi = 0,7 entspricht der im Brandfall maximal zulässigen Beanspruchung eines Mauerwerksbauteils bei einer Bemessung nach DIN EN 1996. 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 1053-1; Der Wert wird in DIN EN 1996-1-2/ NA für alle Steinarten verwendet 40
Brandschutz Tragende, raumabschließende Wände Fallbeispiel (12/11) In einem Möbelhaus wurde ein Schwelbrand bemerkt, der sich nach Eintreffen der Feuerwehr durchzündete und zu einem Vollbrand entwickelte. Der Brand wurde durch einen Löschangriff über ein Fenster sowie durch einen Innenangriff bekämpft. Durch den Löschangriff über das Fenster traf Löschwasser auf die erhitzte tragende 24 cm dicke Innenwand aus Hochlochziegeln (Baujahr 1955). Dabei wurde der Putz komplett von den Mauerziegeln abgelöst und die Außenschalen der Mauerziegel fast vollständig abgelöst. Die Rückseite der Wand war lediglich verrußt. Angeschmolzene Kunststoff- Schilder auf der Wandrückseite sowie unverkohlte Tapeten, lassen auf eine Temperatur von unter 200 C an der Oberfläche der Wandrückseite schließen. Es galt zu klären ob nur die reduzierte Wanddicke die statische Tragfähigkeit der Wand beeinflusst, oder ob das Gefüge der ges. Wand durch das Brandereignis zerstört ist und damit einen Rückbau erforderlich macht. 41
Brandschutz Tragende, raumabschließende Wände Fallbeispiel (12/11) 42
1.4 Bauaufsichtliche Anforderungen an Wände 1 + 3 Raumabschließende Wände werden per Definition nur einseitig vom Brand beansprucht, d.h. es sind Trennwände, die im Brandfall Rettungswege begrenzen oder Nutzungseinheiten oder Brandbekämpfungsabschnitte trennen oder Räume mit erhöhter Brandlast kapseln. 2 + 4 Nichtraumabschließende, tragende Wände sind Wände, die sich innerhalb einer Nutzungseinheit befinden und im Brandfall 2 oder mehrseitig von Brand beansprucht werden. Auch bei dieser mehrseitigen Brandbeanspruchung müssen sie ihre Tragfähigkeit über den geforderten Zeitraum behalten. Daher sind nichtraumabschließende, tragende Wände in der Regel dicker als raumabschließende Wände. Pfeiler und Wandabschnitte kürzer als 1 m, werden per Definition vierseitig vom Brand beansprucht und sind daher nichtraumabschließend. R = Tragfähigkeit (Resistance) E = Raumabschluss (Etancheite) I = Wärmedämmung (Isolation) 43
Bemessungsbeispiel Brandschutz 1. Bemessung einer tragende raumabschließende Wand (Einstufung REI) Tragfähigkeit (R) / Raumabschluss (E) / Wärmedämmung (I) 2. Bemessung einer tragende nichtraumabschließende Wand (Einstufung R) 3. Bemessung einer nicht tragenden raumabschließenden Wand (Einstufung EI) 44
Tragende, raumabschließende Wände (Einstufung REI) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m N Ed = 123 kn/m N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 123 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 140 mm 115 mm + Putz 45
Tragende, nichtraumabschließende Wände (Einstufung R) gewählt Lochstein SFK 12 / NM III Wand t = 175 mm, h = 2,75 m N Ed = 123 kn/m N Ed = 123 kn/m N Rd = 175 0,85 5,6 0,642 / 1,5 = 357 kn/m N Ed,fi = 0,7 N Ed = 0,7 123 = 86 kn/m α 6,fi = 86 / 357 = 0,24 < 0,42 Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 175 mm 115 mm + Putz 46
Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Nichttragende, raumabschließende Wände (Einstufung EI) Mindestwanddicke bei α 6,fi = unverputzt verputzt 115 mm 100 mm + Putz 47
Ausnutzungsfaktor α fi bei Zulassungsziegeln 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 1996-1-1/NA (Eurocode 6, genaueres Verfahren). Stein-Mörtelkombination: Plan-Hochlochziegel PHLzB 12-1,2 Dünnbettmörtel DM Teilsicherheitsbeiwerte γ M für Baustoffeigenschaften (γ M Brandfall / γ M ständig u. vorübergehend) 1 / 1,3 = 0,76 α fi 0,7 Wandgeometrie: Wanddicke: t = 240 mm Wandhöhe: h = 3,00 m Parameter aus der statischen Berechnung (DIN EN 1996-3/NA): Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft: N Ed = 191 kn Bemessungswert des Tragwiderstandes: N Rd = Φ 2 ζ (f k / γ M ) A = 0,711 0,85 4,7 /1,5 5 240 = 227 kn (84%) Erforderliche Parameter für die Brandschutzbemessung: Bemessungswert der Normalkraft im Brandfall: N Ed,fi = 0,7 191 = 133,7 kn Ausnutzungsfaktor im Brandfall α fi = N Ed,fi / N Rd = 133,7 / 227 = 0,59 < 0,70 48
Herzlichen Dank Man muss die Dinge so einfach wie möglich machen. Aber nicht einfacher! (Albert Einstein 1879 1955) Dr. Dieter Figge Industrieverbände Duisburg figge.zz@t-online.de