Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588...

78
Dokumentation 588 Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich Planen und Konstruieren Stahl-Informations-Zentrum

Transcript of Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588...

Page 1: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

Dokumentation 588

Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich Planen und Konstruieren

Stahl-Informations-Zentrum

Page 2: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

2

Dokumentation 588

Impressum

Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-mente aus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“, Ausgabe 2007, ISSN 0175-2006

Herausgeber: Stahl-Informations-Zentrum,Postfach 10 48 42, 40039 Düsseldorf

Autoren: Dr.-Ing. Marc Böttcher, Lehrbeauftragter am Institut für Stahlbau undWerkstoff mechanik, TU DarmstadtDipl.-Ing. Hans-Werner Girkes,bauforumstahl e.V., DüsseldorfDr.-Ing. Markus Kuhnhenne, Lehrstuhl fürStahl- und Leichtmetallbau, RWTH AachenProf. Dr.-Ing. Jörg Lange, Institut für Stahlbau und Werkstoff mechanik,Technische Universität DarmstadtDr.-Ing. Ralf Podleschny,IFBS-Industrieverband für Bausysteme im Metallleichtbau e.V., DüsseldorfDipl.-Ing. Hans Pöter, Pöter & Möller, SiegenDipl.-Ing. Karl-Heinz Wickel, Netphen

Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist –auch auszugsweise – nur mit schriftlicher Ge-nehmigung des Herausgebers und bei Quellen-angabe gestattet. Die zugrunde liegenden Infor-mationen wurden mit größter Sorgfalt recher-chiert und redaktionell bearbeitet. Eine Haftungist jedoch ausgeschlossen.

Fotos: Titel, S. 4 Mitte, Abb. 1.2: HammersenElementbau GmbH & Co. KG; S. 4/5 oben: Franzen Ingenieur- und Montagebau GmbH; S. 4/5 unten, Abb. 2.2, 2.8, 6.39: ThyssenKruppSteel AG; Abb. 2.7, 3.6, 6.35–6.38: ThyssenKruppBausysteme GmbH

DIN-Normen: Wiedergegeben mit Erlaubnis desDIN Deutsches Institut für Normung e.V. Maß-gebend für das Anwenden der DIN-Norm ist deren Fassung mit dem neuesten Ausgabedatum,die bei der Beuth Verlag GmbH, Burggrafen -straße 6, 10787 Berlin, erhältlich ist.

Mitglieder des Stahl-Informations-Zentrums: • AG der Dillinger Hüttenwerke• ArcelorMittal Bremen GmbH• ArcelorMittal Commercial RPS S.à.r.l.• ArcelorMittal Duisburg GmbH• ArcelorMittal Eisenhüttenstadt GmbH• Benteler Steel Tube GmbH• Gebr. Meiser GmbH• Georgsmarienhütte GmbH• Rasselstein GmbH• Remscheider Walz- und Hammerwerke Böllinghaus GmbH & Co. KG

• Saarstahl AG• Salzgitter AG• ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH• ThyssenKrupp GfT Bautechnik GmbH• ThyssenKrupp Steel Europe AG• ThyssenKrupp VDM GmbH•Wickeder Westfalenstahl GmbH

Stahl-Informations-Zentrum

Das Stahl-Informations-Zentrum ist eine Gemeinschaftsorganisation Stahl erzeugenderund verarbeitender Unternehmen. Markt- undanwendungsorientiert werden firmenneutraleInformationen über Verarbeitung und Einsatzdes Werkstoffs Stahl bereitgestellt.

Verschiedene Schriftenreihen bieten einbreites Spektrum praxisnaher Hinweise fürKonstrukteure, Entwickler, Planer und Ver -arbeiter von Stahl. Sie finden auch Anwendungin Ausbildung und Lehre.

Vortragsveranstaltungen schaffen ein Forum für Erfahrungsberichte aus der Praxis.

Messen und Ausstellungen dienen derPräsentation neuer Werkstoffentwicklungenund innovativer, zukunftsweisender Stahlan-wendungen.

Als individueller Service werden auch Kon-takte zu Instituten, Fachverbänden sowie Spezia-listen aus Forschung und Industrie vermittelt.

Die Pressearbeit richtet sich an Fach-, Tages- und Wirtschaftsmedien und informiertkontinuierlich über neue Werkstoffentwicklun-gen und -anwendungen.

Das Stahl-Informations-Zentrum zeichnetbesonders innovative Anwendungen mit demStahl-Innovationspreis (www.stahl-innovationspreis.de) aus. Er ist einer der bedeutendstenWettbewerbe seiner Art und wird alle drei Jahreausgelobt.

Die Internet-Präsentation (www.stahl-info.de) informiert über aktuelle Themen und

Veranstaltungen und bietet einen Überblicküber die Veröffentlichungen des Stahl-Informa-tions-Zentrums. Publikationen können hier bestellt oder als PDF-Datei heruntergeladenwerden. Anmeldungen zu Veranstaltungen sindebenfalls online möglich.

Der Newsletter informiert Abonnenten perE-Mail über Neuerscheinungen, Veranstaltungenund Wissenswertes.

Page 3: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

3

Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich Planen und Konstruieren

InhaltSeite

Einleitung .................................................. 5

1 Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl ................ 6

1.1 Einführung .......................................... 61.2 Tragverhalten ...................................... 71.2.1 Lastabtrag ............................................ 71.2.2 Spannungsversagen ............................. 81.2.3 Stabilitätsprobleme und

Spannungsprobleme nach Theorie II. Ordnung ........................................ 9

1.2.4 Befestigung .......................................... 101.2.5 Besonderheiten im Sandwichbau ........ 121.3 Bemessung von Sandwichelementen .. 131.3.1 Regelwerke ......................................... 131.3.2 Bauaufsichtliche Zulassung

Sandwichbauteil .................................. 141.3.3 Stützweitentabellen ............................ 141.3.4 Bauaufsichtliche Zulassung

Verbindungsmittel .............................. 141.4 Bemessung von Trapezprofilen .......... 151.5 Literatur ............................................... 17

2 Korrosionsschutzsysteme –Auswahlkriterien bei Dach- und Wandbauteilen ......................... 18

2.1 Auswahl des geeigneten Beschichtungssystems ........................ 18

2.1.1 Vorschriften, Normen, Zulassungen ... 192.1.2 Dachelemente ..................................... 202.1.3 Fassadenelemente ............................... 202.1.4 Standortbedingung –

Großklimazone ................................... 212.1.5 Standortbedingung –

örtliche Belastungen ........................... 212.1.6 Standortbedingung –

Belastungen im Gebäudeinnern .......... 212.1.7 Schutzdauer ........................................ 222.2 Eigenschaften der

Beschichtungssysteme ........................ 222.3 Farbton ................................................ 232.3.1 Farbpalette .......................................... 232.3.2 Farbton und Stützweite ...................... 242.3.3 Farbton und Mindestmenge ................ 252.3.4 Farbton und Beschichtungssystem ..... 252.4 Zusammenfassung ............................... 252.5 Literatur ............................................... 25

3 Baulicher Brandschutz für Dach und Fassade ...................... 26

3.1 Einleitung ............................................ 263.2 Brandausbreitung ................................ 263.3 Klassifizierungskombinationen ........... 273.3.1 Klassifizierungskombinationen ........... 283.4 Normung ............................................. 293.5 Stahltrapezprofile ................................ 303.6 PUR-Sandwichelemente ...................... 313.7 Sandwichelemente mit Steinwolle ..... 32

4 Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau .... 34

4.1 Einleitung ............................................ 344.2 Energieeinsparverordnung 2002

und 2007 .............................................. 344.2.1 Allgemeines ......................................... 344.2.2 Anforderungen an Neubauten ............ 354.2.3 Grundzüge zur Berechnung

des Primärenergiebedarfs nach DIN V 18599 ....................................... 36

4.2.4 Anforderungen an den Wärmeschutz .. 364.2.5 Anforderungen an die Luftdichtheit ... 384.3 Wärmeschutz und Luftdichtheit

im Stahlleichtbau ................................ 384.3.1 Allgemeines ......................................... 384.3.2 Bestimmung der

Wärmedurchgangskoeffizienten U ..... 384.3.3 Mindestwärmeschutz .......................... 424.3.4 Wärmeschutz im Bereich

der Bauteilanschlüsse .......................... 424.3.5 Luftdichtheit ........................................ 464.4 Zusammenfassung und Ausblick ......... 474.5 Literatur ............................................... 48

5 Schallschutz im Stahlleichtbau ..... 505.1 Grundlagen der Luftschall-

dämmung und der Schallabsorption ... 505.1.1 Allgemeines ......................................... 505.1.2 Ermittlung der Luftschalldämmung

im Prüfstand (Baumusterprüfung) ...... 505.1.3 Ermittlung des Schallabsorptions-

grades im Prüfstand (Hallraum) .......... 515.1.4 Merkmale der Schalldämmkurven

von Wänden und Dächern aus Stahl ... 515.2 Schalltechnische Eigenschaften .......... 525.2.1 Wandkonstruktionen –

Schalldämmung ................................... 52

Seite

Page 4: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

4

5.2.2 Wandkonstruktionen – Schallabsorption .................................. 54

5.2.3 Dachkonstruktionen – Schalldämmung ................................... 56

5.2.4 Dachkonstruktionen – Schallabsorption .................................. 57

5.2.5 Sandwichelemente .............................. 585.2.6 Schlussbemerkung .............................. 595.3 Literatur ............................................... 59

6 Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen ................ 60

6.1 Grundlagen für das Konstruieren von Stahlleichtbauelementen .............. 60

6.1.1 Besonderheiten leichter Baukonstruktionen .............................. 60

6.1.2 Nachweise für dünnwandige Bauelemente ....................................... 60

6.1.3 Bezeichnungen an Leichtbauteilen aus Stahl ............................................... 60

6.1.4 Allgemeine Fachregeln – Stand der Technik ............................... 61

6.2 Konstruktion zur Erfüllung der Tragsicherheit ............................... 62

6.2.1 Forderungen an Konstruktion und Statik ............................................ 62

6.2.2 Lastannahmen ..................................... 626.2.3 Konstruktionsdetails

nach DIN 18807-3 ............................... 626.2.4 Besonderheiten bei

Stahlkassettenprofilen ......................... 666.2.5 Besonderheiten bei

Sandwichelementen ............................ 676.2.6 Verbindungselemente ......................... 686.2.7 Korrosionsschutz ................................ 686.3 Konstruktion zur Erfüllung

der Gebrauchstauglichkeit .................. 706.3.1 Forderungen an die Dichtheit

gegen Niederschlag ............................. 706.3.2 Forderungen an

Wärme- und Feuchteschutz ................ 716.3.3 Forderungen an das

optische Erscheinungsbild .................. 736.3.4 Forderungen

an den Schallschutz ............................. 756.3.5 Forderungen an den Brandschutz ....... 766.4 Zusammenfassung ............................... 77

Dokumentation 588

Seite

Page 5: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

5

Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich Planen und Konstruieren

Einleitung

Bauelemente aus oberflächenveredeltemStahlblech für Dach und Wand werden seitvielen Jahren erfolgreich für die Gebäudehüllevon Industrie-, Gewerbe- und Hallenbauten ein-gesetzt. Ihre hohe Tragfähigkeit bei geringemEigengewicht, die schnelle und einfache Hand-habung bei der Montage und das günstige Kos-ten-Nutzen-Verhältnis bringen greifbare Vorteilefür Hersteller, Verarbeiter und Bauherren.

Das Stahl-Informations-Zentrum informiertmit Praxisseminaren über veränderte Normen,Regeln und Richtlinien sowie aktuelle Entwick-lungen im Bereich Dach und Fassade. Koopera-tionspartner ist der IFBS- Industrieverband fürBausysteme im Metallleichtbau e.V.

Diese Dokumentation fasst die Seminar -beiträge ausgewiesener Fachleute und Sach -verständiger aus der Industrie sowie von Hoch-schulen und Fachverbänden zusammen. Sierichtet sich an Architekten und Ingenieure inPlanung und Abwicklung sowie an Mitarbeitervon Stahlbau-, Hand werks- und Montageunter-nehmen mit bereits vorhandenem Grundwis-sen beim Einsatz von Sandwichelementen undTrapezprofilen. Detailliert vorgestellt werdenanwendungstechnische Themen der Bemes-sung und Konstruktion sowie bauphysikalischeLösungsansätze für den Wärme-, Schall-, Brand-und Korrosionsschutz.

Abb. oben: Bürogebäude mit horizontalverlegten Wellprofilen

Abb. links Mitte: Stahl-Sandwichelemente und Wellprofile verleihen der Lagerhalle eine harmonische Anmutung

Abb. links unten: Industriefassade mit vertikal verlegten Stahl-Trapezprofilen

Abb. rechts: Industriefassade mit integrierten Solarelementen

Page 6: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

6

1.1 Einführung

Sandwichplatten, bestehend aus zwei dün-nen, metallischen Deckblechen, die durch einenschubweichen Kern miteinander ver bundensind (Abb. 1.1), haben in den vergange nen Jahr -zehnten ein großes Einsatzfeld erobert. GroßeSteifigkeit, gepaart mit geringem Gewicht,machen sie zu einem sehr guten Bauteil für

Die Deckbleche mit Dicken zwischen ca. 0,4und 1,0 mm bestehen meist aus Stahl S320 oderS350. Edelstahl, Aluminium und sogar Kupfersind weitere Werkstoffe, für die praktische Er -fahrungen existieren. Als Kernwerkstoffe werdenderzeit Polyurethanschaum, expandiertes bzw.extrudiertes Polystyrol oder Mineralwolle ver -wen det. Mit diesen Werkstoffen können Elementemit bis zu 240 mm Dicke hergestellt werden. FürFassadenelemente mit besonders hohen Anforde -rungen an die Ebenheit werden Waben (so ge-nannte Honeycombs) eingesetzt. Phenolharz-schäume und Schaumglas sind weitere Kern -materialien, die in Sandwichelemente einge-baut werden können.

Ein wichtiger Grund für den Erfolg dieserBauelemente ist die preiswerte Herstellung undeinfache Montage. In einem kontinuierlichen Ver -fahren (Abb. 1.3) werden die Deckbleche vonCoils abgewickelt und der Verarbeitung zuge-führt, eines von oben und eines von unten. Dasuntere wird mit Polyurethan und Treibmittel(für das Aufschäumen) besprüht. Das obereBlech wird durch Stahlplatten exakt in dem ge-forderten Ab stand gehalten, so dass der Schaumdagegenwachsen kann. Wegen der hervorragen-den Kle beeigenschaften von Polyurethan findeteine sehr gute, kraftschlüssige Verbindung derbeiden Materialien statt. Bei Elementen, die mitMineralwolle oder Polystyrol gefüllt sind, mussdas Kernmaterial mit der Deckschicht verklebtwerden, was auch kontinuierlich geschehenkann.

Dokumentation 588

1 Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus StahlProf. Dr.-Ing. Jörg Lange und Dr.-Ing. Marc Böttcher

Abb. 1.1: Sandwichelement mit Deckblech in Sinuswellenform

Abb. 1.2: Industriefassadenmit Sandwich -elementen undTrapezprofilenaus Stahl

die Dach- und Wandbekleidung im Hochbau(Abb. 1.2). Ein weiterer Vorteil ist ihre sehrgute Wärme dämmung. Sandwichelemente er-lauben eine schnelle Bauausführung, da sie dieFunktionen „Tragen“, „Dichten“ und „Dämmen“in einem Bauteil vereinen. Auch im Fahrzeug-bau wird diese Bauweise mit großem Erfolg ein-gesetzt.

Page 7: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

7

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

1.2 Tragverhalten

1.2.1 LastabtragUm die Versagensarten eines Sandwichele -

mentes zu verstehen, ist es nötig, einen Blick aufdie Lastabtragung zu werfen. Die Ausführungengelten für baupraktische Sandwichelemente,in denen die Dehnsteifigkeit der Deckblechewesentlich größer ist als die des Kernmaterials.Wir unterscheiden zwischen Elementen mitleicht profilierten und Elementen mit stark pro-filierten Deckblechen (Abb. 1.4).

Elemente mit leicht profilierten Deckblechensind z.B. linierte, ebene oder gesickte Wandele-mente. Die Biegesteifigkeit wird allein von denDeckblechen bestimmt. Aufgrund der geringenProfilierung und der geringen Dicke ist die Eigen -biegesteifigkeit der Deckbleche gering gegen -über der Steifigkeit, die aus dem Abstand derSchwerachsen resultiert. Die Eigenbiegesteifig-keit wird daher bei diesen Elementen vernach-lässigt.

Die Schubsteifigkeit wird über den Kern er -zeugt. Die Steifigkeit ist so klein, dass sie bei derErmittlung von Schnittgrößen in statisch unbe-stimmten Systemen und von Verformungen nichtvernachlässigt werden kann. Aus den äußerenSchnittgrößen (M und Q) lassen sich Spannun-gen in den Deckblechen (σ) und im Kern (τ)bestimmen (Abb. 1.5).

Abb. 1.3: SchematischeDarstellungeiner Sandwich-Produktions -anlage

Abb. 1.4: Sandwichelemente mit leicht profilierten und mitstark profilierten Deckblechen

Umreifungsautomat

Stapelanlage

Kühlstrecke

Abstapelung

Ablängsägen

Reaktionsstrecke

Schäumportal

Flächenprofilierung oben

Flächenprofilierung unten

Querteilscheren

Coilhaspeln

Verbindungsstationen

Randprofilierung

Vorwärmstation

Paletten-zuführung

Page 8: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

8

Elemente mit stark (h≥5 mm) profiliertenDeckblechen sind z.B. wellprofilierte Wand-elemente und Dachelemente. Die Biegesteifig-keit wird auch hier allein von den Deckblechenbestimmt. Die Eigenbiegesteifigkeit der Blecheist jedoch nicht mehr gering und muss berück-sichtigt werden. Die Schubsteifigkeit wird nichtnur über den Kern erzeugt, sondern auch überdie biegesteifen Deckbleche. Es überlagern sichAnteile aus den Eigensteifigkeiten des profiliertenDeckblechs und Anteile aus der Sandwichtrag-wirkung, so dass ein innerlich statisch unbe-stimmter Zu stand entsteht. Aus den äußerenSchnitt größen (M und Q) lassen sich innere Teil-schnittgrößen ermitteln und daraus Spannun-gen in den Deckblechen (σ und τ) und imKern (τ) bestimmen (Abb. 1.6).

1.2.2 Spannungsversagen

In einem Sandwichelement tritt Versagen ein,wenn die einwirkende Spannung größer als dieGrenzspannung des Materials ist.

Es lassen sich gemäß dem oben beschriebe-nen Lastabtrag vier Grenzspannungen angeben,die in Versuchen bestimmt werden können:– Streckgrenze der Deckschicht [4]– Schubfestigkeit der Deckschicht– Schubfestigkeit des Kerns– Druckfestigkeit des Kerns

Die Streckgrenze der Deckschicht bildet eineGrenzspannung für die aus der Biegung resultie -rende Spannung. Ist die Deckschicht stark pro-filiert, so ist dort auch die Schubspannung zu er -mitteln und der Schubfestigkeit der Deckschichtgegenüberzustellen.

Sowohl für Elemente mit leicht profiliertenals auch für Elemente mit stark profilierten Deck -schichten werden Schubspannungen vom Kernaufgenommen. Die Schubfestigkeit und dieSchub steifigkeit werden aus einem 4-Punkt-Biege-versuch am kurzen Balken (l/b = 1.000/100 mm)ermittelt (Abb. 1.7). Um einen Schubbruch zuverhindern, muss die Schubfestigkeit des Kernseingehalten werden. Zur Berechnung der Ver-formungen ist die Kenntnis der Schubsteifigkeiterforderlich.

Durch die Einhaltung einer Mindestauflager -breite ist sicherzustellen, dass die Auflagerkräftein den Kern eingeleitet werden können und dieDruckfestigkeit des Kerns nicht überschrittenwird. Die Druckfestigkeit wird mit Würfel-Druck -versuchen festgestellt (Abb. 1.8). Ein Druck-bruch tritt – im Gegensatz zum Mineralwoll-kern – im PUR-Kern nicht auf. Es lassen sichersatzweise Grenzspannungen βd bei einerDehnung von 10% angeben.

Dokumentation 588

Abb. 1.7: 4-Punkt- Biegeversuche:Versuchsaufbau(links),typischerSchubbruch bei PU-Schaum(rechts)

Abb. 1.5: Spannungsverteilung in Elementen mit leicht profilierten Deckblechen

Abb. 1.6: Spannungsverteilung in Elementen mit stark profilierten Deckblechen

Page 9: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

9

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

1.2.3 Stabilitätsprobleme und Spannungs- probleme nach Theorie II. Ordnung

Werden schlanke Bauteile auf Druck be -ansprucht, reagieren sie mit einem Ausweichenaus der Belastungsebene heraus. Dieses Auswei -chen kann progressiv (Spannungsprobleme nachTheorie II. Ordnung) oder schlagartig (Stabilitäts-problem) erfolgen. Beide Versagensarten tretenim Sandwichbauteil auf.

Die Biegung wird (für die Teilschnittgrößedes Sandwichanteils) durch ein Kräftepaar inden Deckschichten abgetragen. Es entsteht einedruck- und eine zugbeanspruchte Deckschicht.Während für die Zugbeanspruchung die Streck-grenze maßgebend wird, versagt die gedrückteDeckschicht meist schon unter einer geringerenSpan nung. Dieses Versagen stellt sich als schlag -artiges, kurzwelliges Beulen dar und wird Knit-tern genannt.

Das Deckblech besitzt nicht nur seine Eigen -biegesteifigkeit als Widerstand, sondern wirdauch durch die Bettung auf dem Kern gestützt.Die Bettung wird maßgeblich von der Zug- undDrucksteifigkeit des Kerns beeinflusst. Zur Be-stimmung dieser Werte sind Versuche erforder-lich. Der Würfel-Druckversuch wurde bereits

im Kapitel 1.2.2 vorgestellt. Er liefert ebenfallsden E-Modul ED im quasilinearen Bereich. ZurBestimmung der Zugsteifigkeit werden Würfelmit den Abmessungen l/b=100 mmx100 mmsenkrecht zu den Deckschichten gezogen(Abb. 1.9). Das Ver sagen ist ein Bruch zwischenDeckblech und Kern (Haftzugversagen) oder einBruch direkt im Kern (Zugversagen). Aus derSpannungs-Dehnungs-Beziehung lässt sich imquasilinearen Bereich ein E-Modul Ez ermitteln.

Die Druckspannung in der Deckschicht, diezum Knittern führt, wird Knitterspannung ge-nannt und in Versuchen bestimmt, da die Be-rechnungsmethoden noch nicht genau genugsind und die Eingangs parameter stark streuen.In Einfeldträgerversu chen (Abb. 1.10) wird dieKnitterspannung des Deckbleches in Positiv-und Negativlage ermittelt. Selbst wenn das Deck-blech auf beiden Seiten eine identische Geome-trie aufweist, so unterscheiden sich die Werteder Knitterspannung trotzdem. Das beim Pro-duktionsprozess oben liegende Blech erreichtoft geringere Werte, da sich bei PU-Kernen imgegen das Blech aufschäumenden Kernmaterialkleine Lufteinschlüsse zwischen Blech undSchaum bilden, so genannte Lunker. Auch beiMineralwolle lässt sich ein Unterschied erken-nen, der darauf zurückgeführt werden kann,dass der auf die Mineralwolle aufgetrageneKlebstoff in die Wolle einsickert, bevor es zurendgültigen Verbindung mit dem Deckblechkommt. Die Last wird bei diesem Experimentüber vier Einzellasten so eingebracht, dass dieMomenten- und Querkraftlinien ähnlich demVer lauf bei einer Beanspruchung durch eineGleich flächenlast sind. Die Beanspruchung kannauch durch ein Vakuum unter dem Element oderLuft kissen aufgebracht werden.

An Zwischenauflagern wird durch Wind-druck die untere Deckschicht auf Druck belas-tet. Zusätzlich erzeugt die Aufla gerreaktion eineEindrückung in den Schaum. Das Deckblech er-hält hier eine Vorverformung, wodurch das Sta-

Abb. 1.9: Würfel-Zugver-such (links);Würfel-Zugver-such mit Zug -versagen imKernmaterialPU-Schaum(rechts)

Abb. 1.8: Würfel-Druckversuch mit Mineralwolle

Page 10: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

10

bilitätsproblem in ein Spannungsproblem nachTheorie II. Ordnung übergeht. Der Ersatzträger-versuch“ dient zur Analyse dieser Momenten-Querkraft-Interaktion. Es wird für diesen Ver-such gedanklich das Stück aus dem Durchlauf-träger geschnitten, in dem die Auflager kraft unddas Stützmoment wirken. Durch Aufbringeneiner Einzellast entsteht eine dreiecks förmigeMomentenlinie (Abb. 1.11), die wiederum derPara bel im Stützbereich sehr ähnlich ist. Ver - sagen tritt durch Deckblechknittern ein. DieGrenz spannungen sind infolge der aus der Auf -lager kraft resultierenden Eindrückung geringerals beim Einfeldträgerversuch.

Werden Dach-Sandwichelemente als Mehr -feldträger gestützt und durch Schnee belastet,tritt dieses Phänomen an der Unterseite desElementes am Zwischenauflager auf (Abb. 1.12).Werden Wand-Sandwichelemente als Mehrfeld-

träger gestützt und durch Windsog belastet, trittdiese Kombination an der Außenseite des Ele -men tes an der Befestigung auf. Hier zeigt sich einbesonders ungünstiger Fall. Die Last wird lokalnur über die Befestigungsmittel (Schrauben mitDichtscheiben) in die druckbeanspruchte Deck -schicht eingetragen. Die ertragbaren Spannungensind hier geringer als bei Beanspruchungen ausWinddruck. Die Versuche zur Bestimmung derKnitterspannung werden ebenfalls am Ersatzträ -ger durchgeführt. Die Lasteinleitung erfolgt abernicht mehr durch einen Träger an der Element -innenseite, sondern durch eine Verschraubungvon der Elementaußenseite (Abb. 1.13).

1.2.4 Befestigung

Sandwichelemente müssen mit der Unter-konstruktion kraftschlüssig verbunden werden.Hierzu werden Schrauben als Verbindungsmittelgenutzt. Bei der direkten Befestigung wird vonaußen durch beide Deckschichten und die Unter -konstruktion ein Loch vorgebohrt und die Befes-tigung mit einer gewindefurchenden Schraubevollzogen (Abb. 1.14). Sind die Schrauben miteiner Bohrspitze versehen, lässt sich die Befesti-gung in einem Arbeitsgang durchführen. DerNachteil dieser Verbindungsart liegt in derSichtbarkeit der Schraubenköpfe in der Fassade(Abb. 1.15).

Dokumentation 588

Abb. 1.10: Einfeldträger -versuch mit4-Punkt-Last-einleitung.Die typischeKnitterfalte istrechts oben zusehen.

Abb. 1.11: Momenten -verteilung zurHerleitung desErsatzträger -versuchs

Page 11: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

11

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

Abb. 1.12: Ersatzträger -versuch für dieLastfälle Schnee(Dach) undWinddruck(Wand)

Abb. 1.13 (links):Typische Knitter-falte beim Ersatzträgerver-such im LastfallWindsog (Wand-element)

Abb. 1.15 (links):Prinzipdarstel-lung der direktenBefestigung

Abb. 1.14 (rechts):Direkte Befesti-gung eines Elementes

Abb. 1.16 (rechts):Prinzipdarstellungder verdecktenBefestigung

Bei der verdeckten Befestigung (Abb. 1.16)wird der Schraubenkopf durch das Sandwich-element überdeckt, so dass er in der Fassadenicht mehr sichtbar ist. Sowohl die gewindefur-chende Schraube als auch die Bohrschraube kön-nen hier verwendet werden.

Page 12: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

12

Die Beanspruchung des Verbindungsmittelssetzt sich aus Zug, Schub und Zwangsverformungzusammen. Während Zug- und Schublasten ausWind, Schnee und Eigengewicht resultieren, tre -ten Zwangsverformungen durch Temperaturbe-lastung auf. Für das Versagen der Verbindungist jedoch nicht das Verbindungsmittel maßge-bend, sondern das Sandwichelement selbst(Abb. 1.17).

Für die Beanspruchbarkeit der Verbindungauf Schub ist die Lochleibung im Deckblech unddamit die Deckblechdicke maßgebend. Wird eineZugbelastung nur über die Dichtscheibe einge-tragen, so kommt es gerade bei der direkten Be-festigung an Wandelementen zu einem Durch-knöpfen der Deckschicht (Abb. 1.18). WerdenDachelemente direkt durch die Hochsicke befes -tigt, kann durch den Einsatz von Lastverteilungs -platten (Kalotten) ein Durchknöpfen verhindertwerden, und es kommt zu einem lokalen Gesamt -versagen der Lasteinleitungszone.

Kalotten finden ebenso wirksam ihren Ein-satz bei verdeckten Befestigungen im Wandbe-reich. Bei der verdeckten Befestigung hat dieAusbildung der Längsfuge einen entscheidendenEinfluss auf die Tragfähigkeit. Hier sind die Para-meter Deckblechgeometrie, Zug-, Druck- undSchubfestigkeit des Kernmaterials sowie die Ver -bindung von Kern und Deckblech entscheidend(Abb. 1.17).

1.2.5 Besonderheiten im Sandwichbau

Das Sandwichbauteil besitzt zwei wesent -liche Besonderheiten: – Die Temperaturbelastung ist ein wesentlicherLastfall

– Kernwerkstoffe aus Kunststoff neigen zum KriechenDas Sandwichbauteil hat eine sehr geringe

Wärmeleitfähigkeit. Für diese Eigenschaft ist derintegrierte Kern verantwortlich. Während auf deräußeren Deckschicht im Sommer bis zu 80 °Cgemessen werden können, herrschen auf derinneren Deckschicht gleichzeitig nur 25 °C.Dieser große Temperaturgradient erzeugt inElementen mit leicht profilierten Deckschichtenin statisch bestimmten Systemen keine Schnitt-größen, aber Krümmungen. Die Verbindungs-mittel an den Lagern müssen die daraus entste-henden Verschiebungen aufnehmen können.

Besitzen Sandwichelemente eine profilierteDeckschicht, so sind sie innerlich statisch unbe-stimmt, und es entstehen selbst in statisch be -stimmten Systemen Spannungen durch den Last-fall Temperatur. Eine äußere Schnittgröße ent-steht jedoch erst bei statisch unbestimmten Sys -temen.

Die Spannungen durch den Lastfall Tempe -ratur erreichen im Zweifeldsystem mehr alsdoppelt so große Werte wie durch den LastfallWindsog.

Die Spannungen durch den Lastfall Tempe-ratur treten zusätzlich an ungünstiger Stelle imSandwichelement auf. Aus dem Lastfall Tempera-tur im Sommer am Zweifeldsystem resultierenZugkräfte in den Schrauben am Mittelauflager,und es werden Druckspannungen im äußerenDeckblech erzeugt (Abb. 1.19). Die Tragfähig-keit des Sandwichele mentes unter dieser Einwir -kung ist, wie in Absatz 1.2.3 beschrieben, gering.

Als Kernwerkstoffe werden neben minerali-schen Dämmstoffen (Steinwolle) hauptsächlichKunststoffschäume (Polystyrol- und PUR-Schäu-me) eingesetzt. Gerade bei geschäumten Kunst -stoffen ist die Kriechneigung sehr hoch. Das Krie -chen erfolgt ohne ein zu beobachtendes End -kriech maß (Abb. 1.20). Da das Kriechverhaltenvom Kern ausgeht, der maßgeblich Querkräfteabträgt, wird das Kriechen im Sandwichbauteilauch als Schubkriechen bezeichnet.

Für Wandelemente, die keine ständigen Las -ten senkrecht zu ihrer Ebene abtragen, ist dasKriechen weniger bedeutend als für Dachele-mente. Dort erzeugt das geringe Eigengewichteine ständig wirkende Belastung. Die Schneelastist periodisch wiederkehrend und wirkt dannals ständige Belastung kriecherzeugend.

Dokumentation 588

Abb. 1.17: Versagen einesSandwich -elementes imVerschraubungs-bereich

Abb. 1.18: Durchknöpfen(Schraube nach-träglich heraus-gezogen)

Page 13: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

13

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

Werden schuberzeugende, ständig wirkendeLasten (z.B. Photovoltaikanlagen, Klimageräteoder Werbetafeln) auf Sandwichelemente aufge -setzt, ist neben den oben erläuterten Versagens -arten das Kriechverhalten zu berücksichtigen.

1.3 Bemessung von Sandwichelementen

1.3.1 Regelwerke

Im Bereich der Sandwichelemente existiertauf europäischer Ebene seit kurzem die Produkt -norm DIN EN 14509 [7]. Diese umfasst nebenRegeln zur Herstellung und Qualitätssicherungauch die Bemessungsregeln. Neben dieser Normgeben die ECCS- und CIB-Empfehlungen [2] denStand der Technik im Bereich der Bemessungund Konstruktion gut wieder.

Bauprodukte dürfen gemäß den Bauordnun -gen der Länder nur verwendet werden, wenn sieein Übereinstimmungszeichen (Ü-Zeichen) oderCE-Zeichen tragen. Mit diesem Zeichen wird be -stätigt, dass das Produkt in Übereinstimmung mitden entsprechenden Regeln hergestellt wurde.Basis der Vergabe des Ü-Zeichens ist die Bau -regelliste [3]. Da Regelungen zu Sandwichelemen -ten weder in der Bauregelliste A noch B noch Centhalten sind, wird eine „Allgemeine bauauf-

sichtliche Zulassung“ (BAZ) benötigt. Mit demÜ-Zeichen wird dann die Übereinstimmung desProduktes mit dieser Zulassung dokumentiert.Da das CE-Zeichen auf Basis von europäischenNormen vergeben werden muss und es nochkeine europäischen Normen gibt, ist es zurzeitnicht zu berücksichtigen.

Abb. 1.19: Überlagerungder LastfälleWindsog undTemperaturim Sommer

Abb. 1.20: Durchbiegungin Feldmittebei konstanterGleichflächen-last in Abhängig-keit von der Zeit

Windsog und Sommer

Belastung und Systeme

Momentenlinien Lastfall Temperatur

MomentenlinienLastfall Wind

Normalkräfte in den Deckenschalen derSandwichelemente

Page 14: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

14

1.3.2 Bauaufsichtliche Zulassung Sandwichbauteil

Ein wichtiger Bestandteil zur Erlangung einerZulassung ist das Prüfprogramm [1], in dem dieumfangreichen experimentellen Untersuchungenfestgelegt werden, denen das Produkt unterzogenwird. Diese dienen der Gewinnung der bemes-sungsrelevanten Kennwerte. Die wichtigsten Ver -suche und die daraus abgeleiteten Kennwertewurden im Kapitel 1.2 bereits vorgestellt. DieVer suche sind weiterhin notwendig, da bishernoch kein rechnerisches Verfahren gefundenwurde, das zufrieden stellende Vorhersagenüber die Tragfähigkeit von Sandwichelementenliefert. Vorhersagen mittels FEM-Analysen füh-ren zu Ab weichungen von 10 bis 20% gegen -über den Versuchswerten.

Die Zulassungen für Sandwichelemente ha-ben die Nummer Z-10.4-xxx. Da es im Bereichder Sandwichelemente eine hohe Produktinno-vation gibt, besitzen die BAZ eine Geltungsdauer.Es ist bei der Bemessung darauf zu achten, dassdie zugrunde gelegten Kennwerte einer aktuellgültigen BAZ entnommen werden.

Neben den Besonderen Bestimmungen undihrer Anlage B, in denen das Produkt mit seinenEigenschaften und Kennwerten genau beschrie -ben wird, ist die Anlage A von besonderer Bedeu -tung für die Bemessung von Sandwichkonstruk-tionen. In ihr werden die Lastannahmen und dieNachweisformate der Bemessung einheitlichgeregelt. Zu den Lastannahmen gehören Eigen-last, Wind, Schnee und Temperaturdifferenz.

Die Bemessung erfolgt sowohl im Gebrauchs -zustand als auch im rechnerischen Bruchzustand.Im Gebrauchszustand ist sicherzustellen, dass ankeiner Stelle ein Knittern oder ein Fließen derDeckschichten auftritt. Die Tragfähigkeitsnach -weise lassen die Ausbildung von Knittergelenkenüber der Innenstütze zu. Das Versagen bei einemMehrfeldträger wird daher durch das Knittern imFeldquerschnitt definiert. Mit diesen beidenNach weisformaten ist eine wirtschaftliche Be-messung möglich, da die Sicherheitsbeiwerte imNachweis der Gebrauchstauglichkeit wesentlichgeringer sind als im Nachweis der Tragfähigkeit.Der Nachweis der Tragfähigkeit bei langzeitigwirkenden Belastungen ist für Dachelementeunter Berücksichtigung der zeitabhängigen Span -nungsumlagerungen und des zeitabhängigenSchubfestigkeitsabfalls zu führen.

Für jeden Zustand sind die Normalspannun-gen in den Deckblechen, die Schubspannungenim Kern und die Auflagerpressungen nachzu-weisen.

1.3.3 Stützweitentabellen

Um nicht für jedes Projekt eine neue Be-messung nach Zulassung durchführen zu müssen,geben die Hersteller Stützweitentabellen zur ver -einfachten Bemessung heraus. Für ein ausgewähl -tes Element lässt sich aus den geforderten Nach -weisen die maximale Stützweite bestimmen.Diese werden tabelliert zusammengefasst und derNachweis beschränkt sich auf die Einhaltung dermaximalen Stützweite. Zu beachten ist jedoch,dass diese Tabellen in der Regel für Mehrfeld-träger mit gleichen Stützweiten in allen Feldernund für übliche Temperaturbeanspruchungenan geboten werden. Insbesondere der LastfallTemperatur führt bei Mehrfeldträgern zu hohenBeanspruchungen.

Die Gliederung der Tabellen berücksichtigtneben der Auflagerbreite auch die Farbgruppeder Elemente, da eine dunkle Deckschicht heißerwird als eine helle. Bei Dachelementen wird dieSchneebelastung, bei Wandelementen die Wind-last berück sichtigt.

Die Bemessung der Verbindungsmittel ist beiden meisten Produkten durch die Stützweiten -tabelle nicht abgedeckt.

1.3.4 Bauaufsichtliche Zulassung Verbindungsmittel

Die BAZ Z-14.4-407 (Abb. 1.21) regelt dieVer bindungsmittel zur Verwendung bei Kon-struktionen mit Sandwichbauteilen. Tabelliertnach Blechdicken und Belastungsarten, werdenzulässige Kräfte angegeben. Wichtig in diesemZusam menhang sind die zulässigen Kopfaus-lenkungen der Schraube.

Dokumentation 588

Abb. 1.21: Deckblatt des Zulassungsbescheids für Verbindungselemente von Sandwichelementen

Page 15: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

15

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

Durch Temperatureinwirkung werden dieDeckbleche gegeneinander verschoben underzeugen somit eine Kopfauslenkung der Schrau-be. Diese muss von der Schraube aufgenommenwerden können, ohne dass sie ihre Funktions -fähigkeit verliert.

Für den Lastfall Windsog treten beim Wand-element Zugkräfte in den Verbindungsmittelnauf. Maßgebend für die Bemessung der Verbin-dung ist das Sandwichelement. Die zulässigenWerte für direkte und verdeckte Befestigungensind der BAZ für das verwendete Sandwichele-ment zu entnehmen.

Beanspruchungen aus Querkraft im Verbin -dungsmittel treten durch das Wandeigengewichtoder durch Dachschub auf.

1.4 Bemessung von Trapezprofilen

Stahltrapezprofile (Abb. 1.22) werden seitden 1950er Jahren im Hochbau verwendet. Pri-märes Einsatzgebiet ist der Industriebau, jedochauch bei Verwaltungs- und Wohngebäuden wer-den sie genutzt, zum einen wegen ihrer statisch-kon struktiven Vorteile, zum andern wegen ihreroptischen Ausdrucksstärke.

Trapezprofile werden in einem Rollformer(Abb. 1.23) kontinuierlich aus bandverzinktemStahlblech mit Dicken von 0,75 bis 1,25 mm her -gestellt. Die Streckgrenze des eingesetzten Ma-terials beträgt meist über 330 N/mm2. Für dieBemessung spielen häufig Blechknittern undBeulen eine wichtige Rolle, so dass die hoheStreckgrenze nicht immer ausgenutzt werdenkann.

Abb. 1.22: Typische Trapezprofile

Abb. 1.23: Rollformer zurHerstellung vonTrapezprofilen

Page 16: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

16

Die DIN 18807 „Trapezprofile im Hochbau“[5] regelt die Bemessung und Ausführung. Sieist in drei Teile gegliedert: – Teil 1: Allgemeine Anforderungen, Ermittlung der Tragfähigkeitswerte durch Berechnung

– Teil 2: Durchführung und Auswertung von Tragfähigkeitsversuchen

– Teil 3: Festigkeitsnachweise und konstruktiveAusbildungZu berücksichtigende Versagensformen sind

die Überschreitung der Fließgrenze, das Beulender gedrückten Bereiche und das Krüppeln derStege im Auflagerbereich.

Für die Bemessung von Trapezblechen ist dasPrinzip der mitwirkenden Querschnittsbereichevon großer Bedeutung. Hierbei wird davon aus -gegangen, dass gedrückte Blechbereiche beulen,durch die Einspannung in stabile Bereiche undUmlagerungen der Spannungen diese Beulen je -doch nicht unbedingt das Versagenskriteriumdar stellen. Vielmehr werden diese Bereiche beider Bemessung als spannungsfrei angesehen,und es wird nur der effektive Restquerschnittberücksichtigt (Abb. 1.24). Die Berücksichti-gung dieses Effekts kann zum einen rechnerischerfolgen. Die DIN 18807 hält hierzu Regeln be-reit, mit denen in Abhängigkeit von der Blech-dicke und der Breite unausgesteifter Bereichedie mitwirkenden Querschnittsbereiche berech-net werden können. Die Norm lässt zum anderenauch eine experimentelle Bestimmung zu undgibt hierzu die Randbedingungen vor.

Für den Anwender von Trapezblechen ent-fällt jedoch die Bemessung meistens. Die Geo-metrie der Bleche ist herstellerspezifisch opti-miert. Jeder Produzent findet für seinen Markt dieoptimale Blechgeometrie, für die er einen Roll -former herstellen lässt. Daher sind die im Handelvertretenen Trapezbleche hinsichtlich ihrer Ab -messungen nicht genormt, so dass es für die Her -steller und Lieferanten sinnvoll ist, dem Nutzerdie fertigen Bemessungswerte auf Basis der Normzur Verfügung zu stellen. Meist geschieht diesin Form einer typengeprüften Statik. Darin sinddie Bemessungswerte für maximal ertragbare

Dokumentation 588

Abb. 1.24: Tatsächliche Spannungsverteilung (links), Rechenmodell (rechts)

Abb. 1.25: Konstruktioneines Schub -feldes aus einemTrapezblech

Page 17: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

17

Tragverhalten und Bemessung von Sandwichelementen und Trapezprofilen aus Stahl

Momente bei positiver und negativer Biegungsowie die maximal ertragbare Auflagerkraft amEndauflager und getrennt davon am Zwischen-auflager (Momenten-Querkraft-Interaktion) an-gegeben.

Die Aufnahme von Schubkräften in derBlech ebene ist eine besondere Eigen schaft vonTrapezblechen, die zur Aussteifung von Bau-werken gut genutzt werden kann (Abb. 1.25).Wird das Blech umlaufend, das heißt an allenvier Seiten, auf der Unterkonstruktion befestigt,so kann es zum einen verwendet werden, umDach pfetten gegen Biegedrillknicken zu sichern,zum andern können Stabilisierungskräfte, insbe-sondere Windlasten, mit dem Blech weiterge-leitet und abgetragen werden. In diesen Fällenist jedoch eine deutliche Kennzeichnung imBauwerk nötig, damit nicht nachträg liche Ände-rungen, wie z.B. der Einbau von Oberlichtern,die Tragfähigkeit des Schubfeldes gefährden(Abb. 1.26).

1.5 Literatur

[1] Prüfprogramm für Sandwichkonstruktionenmit einem Stützkern aus Polyurethan-(PUR-)Hartschaum, frei von bestimmten, die Ozon-schicht abbauenden Halogenkohlenwasserstof-fen zwischen Metalldeckschichten im Zulassungs-verfahren,Deutsches Institut für Bautechnik,Berlin, 3/1993

[2] ECCS- und CIB-Empfehlungen,European Recommendations for SandwichPanels, ISBN 90-6363-024-7, Brüssel, Oktober 2000

[3] Bauregelliste,jährlich herausgegeben vom DIBt, Berlin

[4] DIN EN 10002, Metallische Werkstoffe, Zugversuch,4/1991

[5] DIN 18807, Trapezprofile im Hochbau,Teil 1–3: Stahltrapezprofile, 6/1987, mit Änderungen von 5/2001

[6] Stamm/Witte, Sandwichkonstruktionen,Springer, Wien/New York, 1974

[7] DIN EN 14509,Selbsttragende Sandwich-Elemente mit beid -seitigen Metalldeckschichten – Werksmäßig her -gestellte Produkte – Spezifika tionen,Ausgabe 2007

Abb. 1.26: Zwingend notwendige Kennzeichnung eines Schubfeldes

Page 18: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

18

Mit Inbetriebnahme der ersten Bandverzin-kungsanlage im Jahre 1959 und der nachfolgendeingeführten Bandbeschichtung begann derSiegeszug der leichten Bauelemente aus Stahl.

Es war nun möglich, eine metallische Ver-edelung des Stahlbandes in geeigneten Schicht-dicken (bessere Umformbarkeit) mit hohenProduktionsgeschwindigkeiten und damit wirt-schaftlich herzustellen.

Die nachfolgende Bandbeschichtung nutztedie Korrosionsschutzeigenschaften des Zinksfür ein hochwertiges Korrosionsschutzsystem(Duplex-System) bei gleichzeitiger Erfüllung derarchitektonischen Gestaltungswünsche.

Ständige Weiterentwicklungen des metalli-schen Überzuges durch Legieren mit Alumi-nium verbesserten die Umformeigenschaftendes Stahles und die Haftung der nachfolgendenBeschichtung.

Mit neuen Lackentwicklungen wurden derKorrosionsschutz und das Langzeitverhaltender Lackoberfläche den gestiegenen Umwelt -belastungen angepasst, so dass selbst bei bun-ten Farbtönen eine langjährige Farbbrillanz und-stabilität erhalten bleibt.

Verbesserte Anlagenkomponenten ermög-lichten weitere Steigerungen der Produktions-geschwindigkeiten, und somit konnten Bau -elemente zu äußerst wirtschaftlichen Preisenangeboten werden.

Umfangreiche Farbtonpaletten geben der-zeit dem Planer die Möglichkeit, weg vom Ein-heitsgrau der Industriegebäude früherer Jahrezu gelangen (Abb. 2.1): mit den derzeit aktuel-len materialtypischen Silbermetallic-Fassadenoder den in die Landschaft und die Nachbar-schaft integrierten Gebäuden (Abb. 2.2) mitnatürlichen Farbtönen.

Bei der Vielzahl der angebotenen Korrosions -schutzsysteme steht der Anwender immer wie-der vor der Frage nach dem geeigneten Systemfür das anstehende Bauvorhaben.

Der Wunsch nach längerem Korrosions-schutz bei nahezu gleich bleibender Ober -flächen qualität, verbunden mit der Wirtschaft-lichkeit (Kosten und Folgekosten), steht dabeiim Vordergrund.

2.1 Auswahl des geeigneten Beschichtungssystems

Bei der Auswahl eines Korrosionsschutzsys-tems sollte beachtet werden, dass Korrosions-schutz kein Selbstzweck ist, sondern an den je-weiligen Einsatzbedingungen, Belastungen undder vorgesehenen Nutzungsdauer ausgerichtetwird.

Zwingend zu berücksichtigen sind dabeiaber die jeweiligen Vorschriften, Normen undZulassungen.

Dokumentation 588

2 Korrosionsschutzsysteme –Auswahlkriterien bei Dach- und WandbauteilenDipl.-Ing. Karl-Heinz Wickel

Abb. 2.1: Wandverkleidung im Einheitsgrau der 60er Jahre Abb. 2.2: Naturnahe Fassade

Page 19: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

19

Korrosionsschutzsysteme – Auswahlkriterien bei Dach- und Wandbauteilen

2.1.1 Vorschriften, Normen, Zulassungen

2.1.1.1 TrapezprofileWerden Trapezprofile eingesetzt, ist zum

Thema Korrosionsschutz die DIN 18807 zu be-achten. Im Teil 1 dieser Norm sind die erforder-lichen Korrosionsschutzklassen (von K I bisK III) in Tabelle 1 (Dachsysteme) und Tabelle 2(Wandsysteme) aufgelistet.

In Abb. 2.3 sind für den Anwender die For-derungen der DIN 18807 bezüglich der Korro-sionsschutzklassen vereinfacht dargestellt.

Als Fußnote ist vermerkt: „... entsprechendden für die verschiedenen Bausysteme vorge-schriebenen Korrosionsschutzklassen sind dieKorrosionsschutzsysteme nach DIN 55928-8Tabelle 3 oder gleichwertig anzunehmen ...“.

In dieser Tabelle 3 sind einzelne Systememit Beschreibung des Aufbaus und den erfor -der li chen Schichtdicken in die Korrosions-

Abb. 2.4: Einteilung derKorrosions-schutzsystemein Korrosions-schutzklassen inAnlehnung anDIN 55928-8

Abb. 2.5: Gebräuchlichsteorganische Beschichtungs-systeme

Abb. 2.3: Geforderte Korrosionsschutzklassen

Korrosionsschutz- Korrosionsschutz-klasse system

I Verzinkt, Z275/GALFAN®, ZA255

II Verzinkt, Z275/GALFAN®, ZA255plus organische Beschichtung, Mindestschichtdicke 12 µm

III Verzinkt, Z275/GALFAN®, ZA255plus organische Beschichtung, Mindestschichtdicke 25 µm oder GALVALUME®, AZ185

ohne zusätzliche Beschichtung

Organische Beschichtungen

Beschichtungsstoff Kurzzeichen Schichtdicke Korrosions-schutzklassen

µm nach DIN 55928-8

Lacksysteme

Polyester SP 12 II

Polyester SP 25 III

Polyurethan PUR 25 III

High-Durable-Polymer HDP 25 III

Polyvinylidenfluorid PVDF 25 III

Polyvinylchlorid-Plastisol PVC (P) 100–200 III

Foliensysteme

Polyvinylchlorid PVC (F) 100–200 III

Polyvinylfluorid PVF (F) 40 III

schutzklassen ein geordnet. Vereinfacht darge-stellt ist dies in Abb. 2.4.

Gemäß DIN 55928-8 ist die Eignung derKorrosionsschutzssysteme vom Hersteller nach-zuweisen, wobei Art, Umfang und Dokumenta-tion der Prüfungen festgelegt sind.

Die Norm DIN 55928-8 ist zurzeit in Über-arbeitung und erhält bei Erscheinen die neueNummer DIN 55634. In dieser Norm wird einBezug zwischen der bisherigen “K-Klassifizie-rung“ und der „C-Klassifizierung“ der DIN ENISO12944 hergestellt.

In Abb. 2.5 sind zur Übersicht die gebräuch-lichsten organischen Beschichtungssysteme mitden erreichten Korrosionsschutzklassen auf -geführt. Vorausgesetzt wird hierbei, dass derGrundwerkstoff entweder bandverzinkt (nachDIN EN 10147) oder legierverzinkt (nach DINEN 10214 oder DIN EN 10215) ist.

Page 20: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

20

2.1.1.2 SandwichelementeBei ungeregelten Produkten wie Sandwich-

elementen musste bisher die jeweilige bauauf-sichtliche Zulassung beachtet werden. Hier istfür den Korrosionsschutz die Aussage getrof-fen: „... der Korrosionsschutz ist nach DIN55928-8 Tabelle 3 auszuführen ...“ – siehe hier-zu die vereinfachte Übersicht in Abb. 2.3.

Ab 2007 ist die europäische SandwichnormDIN EN 14509 eingeführt (wird ab Juni 2009zur Pflicht) und löst die bauaufsichtlichen Zu-lassungen ab. In dieser Norm wird im Abschnitt5.1.2.1 zum Thema Korrosionsschutz gefordert:„Organische Schutzbeschichtungen sind ent-sprechend ihrer Dauerhaftigkeit in der Einsatz-umgebung auszuwählen“.

Sowohl in der DIN 18807 als auch in derbauaufsichtlichen Zulassung (bei Sandwichele-menten) werden hinsichtlich des Korrosions-schutzes aber nur Mindestanforderungen fest-gelegt ohne Berücksichtigung von Standort,Nutzung, auftretender Sonderbelastung etc.Auch in der neuen DIN EN 14509 ist diese An-forderung nicht weiter konkretisiert worden.

Es stellen sich daher folgende Fragen, diebei der Auswahl eines geeigneten Beschich-tungssystems beantwortet werden müssen:– Wird das Bauteil als Dach oder Fassade ein -gesetzt,

– wie lang soll die geplante Schutzdauer sein,– wie sind die Standortbedingungen,– wie hoch ist die Belastung im Gebäudeinnern,– ist mit Sonderbelastungen zu rechnen,– ist später evtl. eine Nutzungsänderung an -gedacht,

– welcher Farbton ist vorgesehen?

2.1.2 Dachelemente

Dachflächen sind besonders starken Belas-tungen ausgesetzt. Neben stärkerer Sonnenein-strahlung, längerer Verweilzeit von Nieder-schlagsfeuchte, Schmutzablagerung und Hagel-schlag wird die Dachoberfläche durch Begehenbei Montage und Wartung mechanisch belastet(Abb. 2.6).

Die Wärmebeständigkeit, die UV-Beständig-keit des Lacksystems und die Widerstandsfähig-keit gegen mechanischen Abrieb sind daherwichtige Kriterien bei Dachaußenschalen.

Abgeschattete Bereiche, wie z.B. Vordächeroder auskragende Dachbereiche (Abb. 2.7), wer-den auf der Unterseite nicht vom Regenwasserabge waschen; hier muss auf ausreichendenKorrosionsschutz geachtet werden. In jedemFall sind Beschichtungssysteme nach Korro-sionsschutzklasse III zu wählen.

2.1.3 Fassadenelemente

Bei der Auswahl des Beschichtungssyste-mes für Fassaden stehen die ästhetischenGesichtspunkte im Vordergrund (Abb. 2.8). DieUV-Beständigkeit mit den Auswirkungen auf– Glanz,– Farbtonhaltung und– Auskreidung ist die wichtigste Eigenschaft eines Beschich-tungssystems für Fassadenaußenschalen.

Die Kriterien– Verschmutzungsgrad,– leichte Reinigung und– Überlackierbarkeitsollten ebenfalls in die Bewertung einfließen.

Bei Intensiv-Farbtönen (Rot, Gelb, Blau)muss infolge von Umwelteinflüssen mit einemGlanzverlust gerechnet werden, der sich beiden einzelnen Gebäudeteilen durch Sonnen-einstrahlung unterschiedlich auswirken kann.

Beschichtungen auf der Basis Polyvinyliden -fluorid (PVDF) mit ausgezeichneter UV- und

Dokumentation 588

Abb. 2.6: Montageschäden

Abb. 2.7: Abgeschattete Dachbereiche

Page 21: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

21

Korrosionsschutzsysteme – Auswahlkriterien bei Dach- und Wandbauteilen

Farbtonbeständigkeit werden besonders beiIntensiv-Farbtönen empfohlen. Siehe hierzuTabelle Abb. 2.12.

Um die beschichteten Oberflächen vorBeschädigungen bei Verarbeitung, Lagerung,Transport und Montage zu schützen, empfiehltes sich, bei der Herstellung eine abziehbareSchutzfolie auf der Sichtseite aufzubringen.Achtung: zum Entfernen der Schutzfolie Her-stellerhinweise beachten!

Bei Metallic-Farbtönen ist darauf zu achten,dass alle Elemente in der gleichen Richtungverlegt werden und das miteinander verbauteMaterial aus einer Charge stammt. Nur so ist ge-währleistet, dass die Wandelemente ein einheit-liches Erscheinungsbild aufweisen.

2.1.4 Standortbedingung – Großklimazone

Wie erwähnt hat die umgebende Atmos -phäre einen großen Einfluss auf die Korro-sionsgeschwindigkeit und sollte daher bei derAuswahl des geeigneten Korrosionsschutzsys-tems berücksichtigt werden. Zur Beurteilungder Aggressivität hilft DIN EN ISO 12944-2,worin eine Einteilung in fünf Atmosphären -typen vorgenommen wird (Abb. 2.9).

Geringe Korrosionsbelastung besteht in derLandatmosphäre, die in ländlichen Gebieten undkleinen Städten vorherrscht; hier gibt es keinenennenswerten Verunreinigungen durch kor-rosive Stoffe wie Schwefeldioxid und/oderSchwefel.

In der Industrieatmosphäre steigt die Belas-tung durch Schwefeldioxid, bedingt durch dieindustriellen Abgase, stark an.

Sehr große Korrosionsgefahr durch Chlorid -belastung herrscht in der Atmosphäre am Meeroder in Meeresnähe vor. Unter Einfluss vonSpritzwasser verstärkt sie sich nochmals.

Die Frage nach dem Standort des Gebäudesist daher äußerst wichtig für die richtige Beur-teilung der Anforderungen.

2.1.5 Standortbedingung –örtliche Belastungen

Zusätzlich zu den oben beschriebenenGroßklimata sind die Einflüsse der jeweiligenörtlichen Gegebenheiten (Kleinstklima) nahedem Gebäude entscheidende Faktoren zur Be-wertung der Korrosionsbelastung.

Diese örtlichen Belastungen, z.B.– Industrieabgase,– hohe Feuchtebelastung,– chemische Belastung,– hohe Temperaturen,– Beschattung,– mechanische Belastungen,müssen bekannt sein und sorgfältig bewertetwerden.

Hier ist der Planer aufgerufen, die Belastun-gen in der Ausschreibung deutlich darzustellen,damit der Bauelementlieferant das geeigneteBeschichtungssystem anbieten kann.

2.1.6 Standortbedingung –Belastungen im Gebäudeinnern

Zur Auswahl des Beschichtungssystemeswird wieder die DIN 18807-1 zu Rate gezogen.Im Inneneinsatz über trockenen Räumen ist dieKorrosionsschutzklasse II gefordert. Hier sinddaher eine Verzinkung plus ein Einschichtsys-tem der Schichtdicke 12 µm ausreichend.

Abb. 2.9: Korrosions -belastung –Atmosphärentyp

Gering Mäßig Stark Sehr stark

Korrosionsbelastung

Abb. 2.8: Fassadenelemente

Page 22: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

22

Zu bedenken ist aber, dass eine derartigeDünnbeschichtung kein einheitliches Aussehender beschichteten Fläche zulässt. Bei höherenAnsprüchen an die optische Gestaltung desInnenraumes (Ausstellungs-, Empfangs-, Büro -räume) wird daher eine Schichtdicke von 25 µmempfohlen.

Bei einigen Gebäudearten kann es aber in-folge der betrieblichen Faktoren zu erheblichenKorrosionsbelastungen kommen, so z.B. in– Schwimmbädern,– Kompostieranlagen, – Brauereien,– Beizereien/Verzinkereien,– Galvanikbetrieben, – Viehställen,– Waschhallen.

Die einwirkenden Belastungsmedien sinddaher möglichst detailliert zu erfassen und nach– Art, Zusammensetzung, Form,– Konzentration,– Temperatur,– Dauer und Häufigkeit der Einwirkungin den technischen Vorbemerkungen der Leis-tungsverzeichnisse zu beschreiben und mit demBeschichter technisch abzuklären.

Veränderungen im Verlauf der Nutzungs-dauer eines Gebäudes sind dabei zu beachten.Derartigen, meist nicht vorhersehbaren Einflüs-sen kann evtl. durch Einsatz eines höherwerti-gen Korrosionsschutzsystems entgegengewirktwerden.

Generell ist zu sagen, dass die Korrosions-geschwindigkeit mit steigender Luftfeuchte,Kondensatbildung und Verunreinigung derAtmos phäre zunimmt. Gute Belüftung oder Kli-matisierung hilft, die Belastung zu reduzieren.

Bei zu starker Belastung muss überlegt wer-den, ob ein Beschichtungssystem die geeigneteWahl ist, ein Ausweichen auf Bausysteme mitnicht rostenden Edelstahldeckschalen steht dannals Möglichkeit zur Verfügung.

Bei nur teilweise geschlossenen Gebäudenmuss die Korrosionsbelastung der Umgebungs-belastung gleichgesetzt werden.

Bereiche mit Wärmebrücken neigen zuhöherer Kondensatbildung und sind dahergesondert zu betrachten.

Bei Gebäuden der Lebensmittelindustrie,z.B. Kühlhäuser und Metzgereien, muss sichdas Beschichtungssystem im Gebäudeinnern vorallem an der – Verträglichkeit mit Lebensmitteln und– physiologischen Unbedenklichkeitausrichten. Prüfzeugnisse der Hersteller gebendarüber Auskunft.

2.1.7 Schutzdauer

Auch die angestrebte Schutzdauer ist einKriterium bei der Auswahl der Korrosions -schutz systeme.

Bereits bei der Planung ist die erwarteteStandzeit des Korrosionsschutzsystems bis zurersten Teilerneuerung zu berücksichtigen, d. h.,nach Ablauf der Schutzdauer müssen geeigneteInstandhaltungsmaßnahmen zur Aufrechterhal-tung der funktionellen Schutzwirkung einge-plant werden.

Nach DIN EN ISO 12944 sind definiert:– kurze Schutzdauer 5 Jahre– mittlere Schutzdauer 10 Jahre– lange Schutzdauer 15 Jahre

Es empfiehlt sich, das Ausmaß der Schädi-gung bis zur ersten Instandsetzung sowie dieSchutzdauer zwischen den Vertragspartnern zuvereinbaren und die Qualität des gewählten Sys-tems daran auszurichten.

Hinweis: Die Schutzdauer ist nicht gleichder Gewährleistungszeit. Während die Schutz-dauer ein technischer Begriff ist, um ein In-standhaltungsprogramm festzulegen, ist dieGewähr leistungszeit ein juristischer Begriff.Die Gewährleistungszeit ist in der Regel kürzerals die Schutzdauer.

2.2 Eigenschaften der Beschichtungssysteme

Die Lieferprogramme der Hersteller unter-scheiden je nach der Art des Auftrages zwischen– Einbrennlackierung und– Folienbeschichtung.

Bei der Einbrennlackierung werden flüssigeBeschichtungsstoffe durch Walzenauftrag mitanschließender Wärmetrocknung in einem kon-tinuierlichen Anlagendurchlauf aufgebracht.Gebräuchlichste Lackbasen sind– Polyester (SP),– Polyvinylidenfluorid (PVDF),– Polyurethan (PUR) und– Polyvinylchlorid-Plastisol (PVC).

Namensgeber sind die Bindemittel, diedurch ihre chemische Natur und ihre physikali-schen Eigenschaften die wesentlichen Eigen-schaften des Beschichtungsstoffes, die Art undDauer der Filmbildung und das Verhalten derfertigen Lackoberfläche beeinflussen. Weitere

Dokumentation 588

Page 23: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

23

Korrosionsschutzsysteme – Auswahlkriterien bei Dach- und Wandbauteilen

Inhaltsstoffe sind die als Farbmittel dienendenPigmente, Lösemittel, Füllstoffe und sonstigeZusätze (Abb. 2.11).

Neben der Bezeichnung des Bindemittelsverwenden die Beschichter meist noch eigeneHandelsmarken (z.B. PLADUR®, Colofer®, Color-coat® und Granite®). Die Schichtdicken der Sys-teme reichen von 10 µm für den Inneneinsatzbis zu 200 µm bei Plastisol.

Bei der Folienbeschichtung werden Kunst-stoff-Folien unter Verwendung von wärmeakti-ven Klebstoffen auflaminiert. GebräuchlichsteSysteme sind– Polyvinylchlorid (PVC) und– Polyvinylfluorid (PVF)in Schichtdicken von 40 µm (PVF) bis 200 µm(PVC).

Jedes System hat seine ganz spezifischenEigenschaften wie– Umformverhalten,– Härte,– Haftfestigkeit,– Abriebfestigkeit,– Chemikalienverträglichkeit,– Wärmebeständigkeit,– Korrosionswiderstand,– schmutzabweisendes Verhalten,– UV-Beständigkeit.

Beschichtungsstoff(ca. 25 –200 µm)

PrimerVorbehandlung

Zinkauflage (20 µm)

Stahlkern

Zinkauflage (20 µm)

Vorbehandlung

Rückseitenlack(10 –25 µm)

Oberseite

Unterseite

Abb. 2.10: Beschichtungsaufbau

Abb. 2.11: Inhaltsstoffe der Beschichtungen

Alle Systeme haben Stärken, aber auch Schwä-chen. Daher müssen die jeweiligen Einsatzbe-dingungen geprüft, bewertet und muss das fürden jeweiligen Einsatzfall geeignete Produkt ge-wählt werden.

Die wichtigsten Gebrauchseigenschaftensind in Abb. 2.12 dargestellt, wo sie nach funk-tionellen und dekorativen Eigenschaften unter-schieden werden.

Zur Wärmebeständigkeit ist anzumerken,dass die angegebenen maximalen Temperaturensich nicht auf eine ständige Belastung beziehen.

Unter dem Begriff UV-Beständigkeit ist dieBeständigkeit gegen Sonnenlicht zu verstehen,hier sind das Farb-, Glanz- und Kreidungsverhal-ten zusammengefasst.

Korrosionswiderstand bezeichnet das Ver-halten des Verbundwerkstoffes gegenüber denaggressiven Medien der natürlichen Atmosphäre.

2.3 Farbton

2.3.1 Farbpalette

Für den Planer spielt der Farbton der Ge-bäudehülle eine wichtige Rolle in der Gesamt-architektur des zu planenden Gebäudes.

Die Bandbeschichter bzw. die Bauteilher-steller haben sich darauf eingestellt und bietenin ihren Lieferprogrammen ein umfangreichesSpektrum von Farbtönen an.

Ist eine kurze Lieferzeit erforderlich, wer-den beschichtete Coils (fertig zum Profilieren)in Standardfarben von den Herstellern vorge -halten.

• Bindemittel

• Lösemittel

• Pigmente

• Füllstoffe

• Sonstige Zusätze

Namensgeber

Page 24: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

24

Unabhängig von den Farbtonkarten der Lie-feranten benutzen die Planer gängige Farbkol-lektionen wie RAL-Standard, RAL-Design oderdas NCS-Farbsystem. In diesen Registern sinddie Farbtöne nach bestimmten Gesetzmäßig -keiten und Rezepturen geregelt und zusammen-gefasst.

Aber auch Sonderfarbtöne, wie sie z.B.von Unternehmen für ihr unverwechsel baresErscheinungsbild erforderlich sind, Stichwort„Corporate Identity“, werden nach Angleichungauf das jeweilige Farbmuster produziert undgeliefert.

2.3.2 Farbton und Stützweite

Bedingt durch die hervorragenden Wärme-dämmeigenschaften des Dämmkerns, kommt esbei Sandwichelementen bei einseitiger Erwär-mung (Sonne) zu erheblichen Temperaturdiffe-renzen zwischen Innen- und Außenschale.Während auf der Außenseite bei hellen Farb-tönen mit +55 °C zu rechnen ist, erreicht dieOberflächentemperatur bei dunklen Farbtönen+80 °C. Die Deckschichttemperatur der Innen-seite ist im Sommer mit +25 °C anzu setzen.

Infolge dieser unterschiedlichen Deckscha -len temperaturen kommt es zu Zwängungs kräf -ten und Knitterspannungen in den Deckschalen.Beim Überschreiten der zulässigen Knitterspan -nungswerte (bauaufsichtliche Zulassung) bestehtdie Gefahr, dass die Deckschichten beulen.

Neben den üblichen Einwirkungen Wind,Eigengewicht und Schnee ist daher die Wärmeals weiterer Lastfall bei Sandwichelementen an-zusetzen.

In den Stützweitentabellen der Herstellerwird dies mit der Einteilung der Farb töne inFarbgruppen berücksichtigt.

Am Beispiel einer Stützweitentabelle (Abb.2.13) ist zu sehen, dass höhere Oberflächen -temperaturen (FG III) sich besonders bei Zwei-und Mehrfeldträgern in Form von verminder-ter Stützweite auswirken.

Vor statischer Festlegung der Stützabständemuss daher vom Planer der Farbton der Außen-schale gewählt werden.

Die Eingruppierung der Farbtöne erfolgtentsprechend den Helligkeitswerten in die Farb-gruppen I (heller Farbton), II (mittlerer Farb-ton) und III (dunkler Farbton) – siehe TabelleAbb. 2.14.

Im Zweifelsfall wird empfohlen, mit denBauelementeherstellern Rücksprache zu halten.

Dokumentation 588

Abb. 2.12: Eigenschaftender organischenBeschichtungen

Eigenschaften SP PUR HDP PVDF PVC PVC PVF(P) (F) (F)

Glanzgrad 10 ... 80 10 ... 80 20 ... 80 20 ... 40 45 ... 70 5 ... 15 5

Oberflächenhärte B C B C E D D

Wärmebeständig- 80 80 80 110 60 60 110keit bis max. (in ºC)

Umformbarkeit/ C B B A A A ABiegen (T-Bend)

Umformbarkeit/ B B B A A A AWalzprofilieren

Abriebfestigkeit D E D C A A B

Witterungs-beständigkeit, D D C A E E AUV-Beständigkeit

Witterungs-beständigkeit, C C C B A D AKorrosionswider-stand auf Z275

A = ausgezeichnet B = sehr gut C = gut (P) = PlastisolD = befriedigend E = ausreichend (F) = Foliensystem

Page 25: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

25

Korrosionsschutzsysteme – Auswahlkriterien bei Dach- und Wandbauteilen

2.3.3 Farbton und Mindestmenge

Bei den heutigen Bandbeschichtungsanlagensind für einen Anlagendurchlauf Mindestmengenvon ca. 400 m2 erforderlich.

Werden kleinere Mengen eines Sonderfarb-tons benötigt, kann Stücklackierung oder Pulver -beschichtung eine wirtschaftliche Alternativesein.

2.3.4 Farbton und Beschichtungssystem

Wie im Kapitel 2.1.3 beschrieben, erfor-dern Intensiv-Farbtöne (Rot/Gelb/Blau) den Ein-satz von Systemen mit hoher UV-Beständigkeit.Gemäß Abb. 2.12 empfiehlt sich für diesenAnwendungsfall das Lacksystem PVDF.

2.4 ZusammenfassungKein Beschichtungssystem weist universelle

Eigenschaften auf und eignet sich für alle auf -tretenden Belastungen. Bauherr, Planer, Lieferantder Bauteile und falls erforderlich der Beschich-ter sollten sich rechtzeitig über das für das an-stehende Projekt geeignete Korrosionsschutz -system abstimmen und die geeignete Auswahltreffen.

Nur kurzfristige wirtschaftliche Gesichts-punkte sind dabei sicherlich nicht der richtigeWeg, ein optimales System für längeren Korro-sionsschutz und dekorative Gestaltung zu finden.

2.5 LiteraturDIN EN ISO 12944-1 und 12944-2,Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Be-schichtungssysteme

DIN 18807-1,Trapezprofile im Hochbau

DIN 55928-8,Korrosionsschutz von tragenden dünnwandigenBauteilen

DIN EN 14509Selbsttragende Sandwichelemente mit beidseiti-gen Metalldeckschichten

Merkblatt 093Organisch bandbeschichtete Flacherzeugnisseaus Stahl,Stahl-Informations-Zentrum

Merkblatt 121 „Korrosionsschutzsysteme für Bau elemente ausStahlblech“,Stahl-Informations-Zentrum

Dokumentation 558 „Bausysteme aus Stahl für Dach und Wand“,Stahl-Informations-Zentrum

Prospekt „Bandbeschichtetes Feinblech“,ThyssenKrupp Stahl AG

Abb. 2.13: Stützweitentabelle Wand-Sandwichelemente(Beispiel)

Abb. 2.14: Helligkeitswert und Farbgruppe

Farbgruppe I II IIITemperatur (Delta) in °C 55 65 80Helligkeitswert H in % 90–75 74–40 39–8

Farbe Weiß •

Farbe Gelb •

Farbe Grün •

Geschlossene Gebäude Normalbereich der Wand

Höhe über Gelände 0 ... 8 m > 8 ... 20 m > 20 ...100 m

Gebäudeform h/a 0,25 0,50 0,25 0,50 0,25 0,50

EinfeldträgerFG 3 40 3 40 3 40 3 40 3 40 3 40

I–III 4,84 4,84 4,19 4,19 3,76 3,76

3 40 3 40 3 40 3 40 3 40 3 40

FG I 4,92 4,92 4,05 4,05 3,58 3,58

3 60 3 60 3 60 3 60 3 67 4 67

3 40 3 40 3 40 2 40 3 40 3 40

Zweifeldträger FG II 4,92 4,89 4,05 4,05 3,58 3,00

3 60 3 60 3 60 3 60 3 67 4 60

3 40 3 40 3 40 3 40 3 40 3 40

FG III 3,20 3,06 2,99 2,86 2,87 2,69

3 60 3 60 3 60 3 60 3 60 3 60

Page 26: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

26

3.1 Einleitung

Stahl ist mehr denn je ein unverzichtbarerWerkstoff unserer Industriegesellschaft.

Er ist Grundlage für unzählige Produkte mitfast unbegrenzten Einsatzmöglichkeiten. SeineGebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften so-wie seine besondere Wirtschaftlichkeit machenihn auf fast allen Gebieten unersetzbar.

Wen wundert es da, dass von seinen Geg-nern der Brandschutz als sein größter Mangelherausgestellt wird? Dem ist aber nicht so. Esgibt mit Stahl kein Brandschutzproblem. Richtigangewendet ist er in der Lage, jede Feuerwider-standsdauer zu erreichen.

Trotzdem ist in Deutschland die Brand -schutz problematik eines der größten Hinder-nisse für den Einsatz von Stahl. In fast allenNachbarländern, insbesondere Großbritannien,den Beneluxländern und Skandinavien, hat dieStahlbauweise weitaus höhere Marktanteile auf-zuweisen.

Es trifft sicherlich nicht zu, dass dieser Ver-gleich das Sicherheitsempfinden der einzelnenLänder widerspiegelt, sondern wir könnendavon ausgehen, dass in allen Ländern ein ähn-liches Verständnis für die Verhinderung vonBrandopfern besteht.

Im §3 Abs. 1 der MBO heißt es: BaulicheAnlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zuändern und instand zu halten, dass die öffent -liche Sicherheit und Ordnung, insbesondereLeben, Gesundheit und die natürlichen Lebens-grundlagen, nicht gefährdet werden.

Diese allgemeine Anforderung gilt jedochnicht nur für den Brandschutz. Genauer definiertwerden die Schutzteile des Brandschutzesdurch den §14 der MBO.

Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zuerrichten, zu ändern und instand zu halten, dass• der Entstehung eines Brandes und der Aus-breitung von Feuer und Rauch vorgebeugtwird,

• bei einem Brand Menschen und Tiere geret-tet werden können und

• wirksame Löscharbeiten möglich sind.

Dieser Paragraf definiert die Ziele, die bezüg-lich des Brandschutzes einzuhalten sind. Es istaber nicht gesagt, wie die Schutzziele eingehal-ten werden können.

Beim Brandschutz wird zwischen dem vor-beugenden und dem abwehrenden Brandschutzunterschieden.

Unter abwehrendem Brandschutz verstehtman die Brandbekämpfung und die Rettungdurch die Feuerwehr.

Zum vorbeugenden Brandschutz gehören:• der betrieblich organisatorische Brandschutz,dazu zählen die Nutzung und der Betrieb vonAnlagen und die betriebliche Vorsorge,

• der anlagentechnische Brandschutz, der sichauf technische Anlagen wie Brandmelder,Sprinkleranlagen und Rauch- und Wärmeab-zugsanlagen bezieht,

• der bauliche Brandschutz, der immer nochden Schwerpunkt beim vorbeugenden Brand-schutz bildet.

3.2 Brandausbreitung

Ist ein Brand erst einmal entstanden, soll dieAusbreitung von Feuer und Rauch vermiedenbzw. verhindert werden. Dafür hat das Bauord-nungsrecht das Prinzip der Abschottung vor -gesehen.

Abschottung bedeutet aber immer, dasszweierlei erreicht werden soll.1. Der Brand soll aus dem Bereich, in dem erausgebrochen ist, nicht weitergeleitet wer-den können, und

2. wenn ein Brand ausgebrochen ist, soll ver-hindert werden, dass er auf ein anderes Ge-bäude überspringt.

Angenommen, der Brand bricht bei (1) aus.Ein mögliches Szenario wäre, dass der darüberliegende Dachbereich (2) auf der UnterseiteFeuer fängt. Hier kann sich das Feuer nach allenSeiten unter dem Dach (3) ausbreiten. Das Ma-terial kann brennend (4) abfallen und weitereBereiche in Brand setzen. Unangenehmer wirdes noch, wenn der Dachaufbau aus mehrerenSchichten besteht und der Brand sich inner-halb der Schichten (5) ausbreitet. Dies ist vonunten nicht feststellbar und könnte z.B. fürdie Feuerwehr, die zum Brandherd vorrückt,zu einer ernsten Gefahr werden, weil das Feuerim Rücken der Feuerwehrleute nach untendurchkommen kann. Findet das Feuer einen

Dokumentation 588

3 Baulicher Brandschutz für Dach und FassadeDipl.-Ing. Hans-Werner Girkes

Page 27: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

27

Baulicher Brandschutz für Dach und Fassade

Weg, um ins Freie (6) durchzudringen, dannkann es sich unter Umständen über das Dach(7) ausbreiten und durch Lüftungen oder offenstehende Fenster in Nachbarbereiche (8) ein-dringen (Abb. 3.1).

3.3 Klassifizierungskombinationen

Um die Brandweiterleitung zu unterbindenund um sie einschätzen zu können, wird dasBrandverhalten von Baustoffen und Bauteilen inder DIN 4102 geregelt. Im Teil 1 der DIN wer-den Baustoffe hinsichtlich ihres Brandverhal-

tens in die Baustoffklassen A (nicht brennbar)und B (brennbar) eingeteilt. Beide Baustoffklas-sen haben noch Unterteilungen. Die Baustoff-klasse A wird in die Klassen A1 und A2 unter-schieden. A1 ist ganzheitlich aus nicht brennba-ren Bestandteilen hergestellt, während die Bau -stoffklasse A2 brennbare Bestandteile hat. DasMischungsverhältnis von brennbaren zu nichtbrennbaren Bestandteilen ist jedoch so ge wählt,dass diese Baustoffe nicht brennen können.

Die Baustoffklasse B wird unterteilt inschwer entflammbare, normal entflammbareund leicht entflammbare Baustoffe.

Im Unterschied zur nationalen Klassifizie-rung nach DIN 4102-1 stellt das europäischeKlassifizierungssystem eine größere Vielfalt vonKlassen und Kombinationen zur Verfügung. Zu-sätzlich zum Brandverhalten werden die Brand-nebenerscheinungen wie Rauchentwicklungund brennendes Abtropfen/Abfallen in Klasseneingeteilt.

Die europäische Norm ist als DIN EN 13501-1und DIN EN 13501-2 erschienen. Das nationaleund europäische Klassifizierungssystem werdenfür eine Übergangszeit gleichwertig und alter-nativ anwendbar sein.

In der Bauregelliste erfolgt die Zuordnungder Klassen zu den bauaufsichtlichen Anforde-rungen an den Brandschutz. In Abb. 3.2 sind dieKlassen aufgeführt, die zur Gewährleistung des

Bauaufsichtliche Zusatzanforderungen Europäische Klasse KlasseBenennung Kein Kein brennendes nach nach

Rauch Abfallen/Abtropfen DIN EN 13501-1 DIN 4102-1

• • A1 A1Nicht brennbar

• • A2 – s1 d0 A2

• • B, C – s1 d0

• B, C – s3 d0 B11)Schwer entflammbar

• B, C – s1 d2

B, C – s3 d2

• D – s3 d0

Normal entflammbar D – s3 d2 B21)

E – d2

Leicht entflammbar F B3

1) Angaben über hohe Rauchentwicklung und brennendes Abtropfen/Abfallen im Verwendbarkeitsnachweis und in der Kennzeichnung.

Abb. 3.2: Klassifizierung des Brandverhaltens (ohne Bodenbeläge) nach DIN EN 13501-1

Abb. 3.1: Phasen der Brandweiterleitung

1

23

4

5

67

58

Page 28: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

28

in Deutschland geltenden Sicherheitsniveausmindestens einzuhalten sind. Bei besonderenAnforderungen an die Rauchentwicklung ist dieKlasse s1 einzuhalten. Wird ein Baustoff gefor-dert, der nicht brennend abtropfen oder ab -fallen darf, ist ein Baustoff der Klasse d0 zu ver-wenden.

Das europäische Klassifizierungssystem istdurch die Veröffentlichung in der Bauregelliste2002/1 in das deutsche Baurecht eingeführtworden.

3.3.1 Klassifizierungskombinationen

Prüfungen und Leistungskriterien für dieKlassifizierung wurden einheitlich für folgendeBauprodukte festgelegt:• tragende Bauteile ohne raumabschließendeFunktion

• tragende Bauteile mit raumabschließenderFunktion

• Produkte und Systeme zum Schutz von tra-genden Bauteilen oder Bauwerksteilen

• nicht tragende Bauteile oder Teile von Bau-werken, mit oder ohne Verglasung

• brandschutztechnisch wirksame Bekleidun-gen von Decken und Wänden

• Produkte haustechnischer Anlagen

Nach DIN EN 13501 können tragende Bau-teile mit raumabschließender Funktion in fol-gende Feuerwiderstandsklassen klassifiziertwerden:• Wände mit RaumabschlussRE 30, 60, 90

• Wände mit Raumabschluss und WärmedämmungREI 30, 60, 90

• BrandwändeREI-M 30, 60, 90

• WändeREW 30, 60, 90

Ein raumabschließendes tragendes Bauteilmit der Klassifizierung REI 30 muss der Brand-beanspruchung während der Prüfung mindes-tens 30 Minuten standhalten und die KriterienE-Raumabschluss und I-Wärmedämmung erfül-len, um die Übertragung von Feuer und Rauchin andere Nutzungseinheiten zu verhindern.Das Bauteil muss so widerstandsfähig sein, dassFlammen und Gase nicht durchtreten können.Die feuerabgekehrte Seite darf sich nicht derar-tig erwärmen, dass sich dort befindliche Materi -alien entzünden können. Das Kriterium M kenn-zeichnet die Fähigkeit des Bauteils, einer Stoß-beanspruchung durch herabfallende andere Bau-teile zu widerstehen.

Dokumentation 588

Bauaufsichtliche Tragende Bauteile Nicht Nicht Benennung ohne raum- mit raum- tragende tragende

abschließende Funktion abschließender Funktion Innenwände Außenwände

R 30 REI 30 EI 30 E 30 (i → o) undEI 30 (i ← o)

[F 30] [F 30] [F 30] [W 30]Feuerhemmend

R 60 REI 60 EI 60 E 60 (i → o) undEI 60 (i ← o)

[F 60] [F 60] [F 60] [W 60]

R 90 REI 90 EI 90 E 90 (i → o) und

Feuerbeständig1) EI 90 (i ← o)

[F 90] [F 90] [F 90] [W 90]

Feuerwider- R 120 REI 120standsdauer 120 Min. [F 120] [F 120]

Brandwand – REI-M 90 EI-M 90

1) Zurzeit nach §17 Abs. 2 MBO (in den wesentlichen Teilen aus nicht brennbaren Baustoffen).

Abb. 3.3: Feuerwiderstandsklassen von Bauteilen nach DIN EN 13501-2 und DIN EN 13501-3 und ihre Zuordnung zu den bauauf-sichtlichen Benennungen [Klassifizierung nach DIN 4102] (Auszug aus Anlage 0.1.2. zur Bauregelliste A Teil 1, Ausgabe 2002/1)

Page 29: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

29

Baulicher Brandschutz für Dach und Fassade

In Abb. 3.3 wird die Zuordnung der euro -päischen Klassen zu den bauaufsichtlichenBegriffen „feuerhemmend, feuerbeständig“ fürDeutschland verbindlich festgelegt.

Raumabschließende tragende Wände undDecken zwischen verschiedenen Nutzungsein-heiten müssen nach MBO wärmedämmendsein, sie müssen daher die Anforderungen derKlasse REI mit der erforderlichen Feuerwider-standsdauer erfüllen. Brandwände müssen derKlasse REI-M entsprechen.

Steht ein Gebäude in Flammen und hat einBrand einen Weg durch Dach und/oder Wandgefunden, kann das Feuer durch Flugfeuer aufeine Nachbarbebauung übergreifen. Die Dach-haut der Nachbarbebauung muss in der Lagesein, diesen brennenden Bestandteilen stand -zuhalten. Dabei darf die Strahlungswärme, dievon einem Brand ausgeht, nicht vergessen wer-den. Auch dadurch ist es möglich, ein benach-bartes Gebäude in Brand zu setzen, nämlichdann, wenn die Entzündungstemperatur desBaustoffes erreicht ist.

Geregelt wird das Brandverhalten in derDIN 4102 Teil 7. Als Bedachung im Sinne die-ser Norm gelten Dacheindeckungen und Dach-abdichtungen einschließlich etwaiger Dämm-schichten sowie Lichtkuppeln oder andere Ab-schlüsse für Öffnungen im Dach. Gegen Flug-feuer und strahlende Wärme widerstandsfähigeBedachungen sollen die Ausbreitung des Feuersauf dem Dach und eine Brandübertragung vomDach in das Innere des Gebäudes bei der indieser Norm festgelegten Beanspruchung ver-hindern.

3.4 Normung

Im Jahre 1988 wurde auf Antrag des Ver-bandes der Schadensversicherer (VdS) beimDeutschen Institut für Normung mit der Erstel-lung einer Normungsreihe begonnen. Im August1992 wurde dann die deutsche NormDIN 18234 Teil 1 –Baulicher Brandschutz großflächiger Dächer –Brandbeanspruchung von unten – Teil 1:Begriffe, Anforderungen und Prüfungen;Geschlossene Dachflächen

herausgegeben, um damit einheitliche Bewer-tungskriterien für die Prüfung solcher Dächerfestzulegen.

Nach dieser Norm geprüfte Dächer erfüllendas Schutzziel einer Begrenzung der Brand -weiterleitung im Bereich der geschlossenenDachfläche. Es ist somit sichergestellt, dass dieseDächer sich nicht oder nur sehr verzögert am

Brandgeschehen beteiligen und so die Feuer-wehr die Chance einer wirksamen Brandein-dämmung und Brandbekämpfung erhält.

In der ersten Phase eines Entstehungsbran-des soll das passive Brandverhalten des Dachesnachgewiesen werden.

Während die Versicherer schon frühzeitignach Erscheinen der Norm die nach DIN 18234errichteten Dächer positiv bewerteten und inder Höhe der Versicherungsprämie berücksich-tigten, war und ist auch heute der Weg im Bau-recht noch nicht abgeschlossen.

Die Aufnahme der DIN 18234 als ein Regel-dachaufbau in der im März 2000 veröffentlich-ten MindBauRl war ein erster Schritt der bau-lichen Anwendung dieser Norm. In der Mind-BauRl heißt es unter Punkt 5.11.1:Bedachungen von Brandabschnitten oderBrandbekämpfungsabschnitten mit einerGrundfläche von mehr als 2.500 m2 sind soauszubilden, dass eine Brandausbreitunginnerhalb eines Brandabschnitts oder einesBrandbekämpfungsabschnitts über das Dachbehindert wird. Dies gilt z.B. als erfüllt beiDächern• nach DIN 18234-1 einschließlich Beiblatt 1 oder

• mit tragender Dachschale aus mineralischenBaustoffen (Beton oder Porenbeton) oder

• mit Bedachungen aus nicht brennbaren Bau- stoffen.

Durch die MindBauRl gehören Dächer nachDIN 18234 seitdem auch baurechtlich zu denauch ohne Einzelnachweis freigegebenen Dach-aufbauten von Industriegebäuden.

Die komplett überarbeitete und im Septem -ber 2003 neu herausgebrachte Normenreihe derDIN 18234 besteht heute aus vier Teilen. ImTeil 1 der DIN werden im Wesentlichen derAnwendungsbereich der Normenreihe, die ver-wendeten Begriffe, Anforderungen und die not-wendigen Prüfungen aufgeführt, die auf die ge-schlossene Dachfläche anzuwenden sind. Fürdie in solchen Dächern enthaltenen Durchdrin-gungen sind die Grundlagen und Prüfungen imTeil 3 dieser Norm aufgeführt. In den Teilen 2und 4 werden Lösungen für die Materialauswahlund die konstruktive Ausführung, die die Anfor-derungen aus dieser Norm erfüllen und deshalbohne weitere Überprüfung verwendet werdenkönnen, dargestellt.

Ein in der Praxis oft vernachlässigtes Detailsind die Verbindungselemente der Stahltrapez-profile an den Längsrändern untereinander. Hierverwenden die Monteure gelegentlich Niete ausdem Fahrzeugbau. Wenn deren Schmelzpunkt

Page 30: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

30

kleiner als 1.000 ºC ist, wird das Dach im Brand -fall an diesen Stellen aufreißen und damit ver -sagen. Hier ist also eine besondere Kontrollegefragt.

Allgemein jedoch gilt: Dächer, die die inder DIN 18234 beschriebenen Anforderungenerfüllen, können das Brandschutzniveau ohneklassifizierbare Feuerwiderstandsdauer erheb-lich verbessern. Ein Brand im Innenraum wirddas Dach entweder nicht mehr oder nur nochso verzögert beteiligen können, dass eine recht -zeitig alarmierte und eintreffende Feuerwehrrealistische Chancen hat, den Brand noch aufeiner kleinen Fläche beschränkt vorzufindenund bekämpfen zu können.

3.5 Stahltrapezprofile

Oberflächenveredelte Stahltrapezprofileund Kassetten sind im Regelfall nach DIN 4102einzeln betrachtet in die Baustoffklasse A2 –nicht brennbar – eingestuft (Abb. 3.4).

Sie finden primär als Wetterschutz ihre An-wendung. Die im Gefälle des Daches vom Firstzur Traufe verlaufenden Profile liegen auf Pfet-ten auf, bilden den Raumabschluss und sindgleichzeitig die Wasser abführende Schale desDaches. Dachabdeckungen mit Stahltrapezpro-filen müssen regensicher ausgeführt werdenund dürfen für Dachdeckungen nur verwendetwerden, wenn sie der DIN 18807 entsprechen.

Sie erfüllen damit die Forderung „wider-standsfähig gegen Flugfeuer und strahlende Wär-me“ gemäß DIN 4102 Teil 7. Genauso werdensie – als harte Bedachung – gemäß der Richtliniedes Verbandes der Sachversicherer eingestuft.

Aus Sicht der Sachversicherer müssen bau -liche Anlagen so beschaffen sein, dass einden Prämienrichtlinien entsprechender Sach-schutz gewährleistet ist und dass Brandfolge-schäden auf das kleinstmögliche Maß beschränktsind.

Bei Gebäuden mit bis zu zwei Vollgeschos-sen werden im Regelfall an nicht tragendeAußenwände keine brandschutztechnischen An-forderungen gestellt.

Bei Gebäuden mit mehr als zwei Vollge-schossen sind sie aus nicht brennbaren Baustof-fen in W30- bis W90-Ausführung herzustellen.Dabei gibt es für Dach- und Wandkonstruktioneneine Vielzahl von Ausführungen, die von denHerstellern mit Prüfzeugnissen belegt sind.

Aber auch Warmdächer können dieser An-forderung genügen. Der Dachaufbau aus Stahl-trapezprofilen mit oben liegender Wärmedäm-mung und Dachabdichtung muss einer der inDIN 4102 Teil 4 aufgeführten Ausführungsmög-lichkeit entsprechen.

Zweischalige Metalldachkonstruktionen bie-ten gegenüber anderen Dachkonstruktionen ei-ne Reihe von Vorteilen, die sich besonders hin-sichtlich des Brandschutzes zeigen. Sie geltenals wartungsfreundlich mit einer langen Lebens-dauer.

Hohe Brandschutzklassen können mit derentsprechenden Konstruktion und besonderenDämmstoffen ohne weiteres erfüllt werden.

Für Baustoffe der Trapezprofile, Mineral -faser-Dämmung, Schrauben und Nieten, ausdenen zweischalige Metalldächer im Wesent-lichen bestehen, gilt die Baustoffklasse A mitder bauaufsichtlichen Bezeichnung „nichtbrennbarer Baustoff“ nach DIN 4102 Teil 1.

Dokumentation 588

Abb. 3.4: Stahltrapez -profile

1. GenerationProfilhöhe ~ 70 mm

2. GenerationProfilhöhe ~ 140 mm

3. GenerationProfilhöhe ~ 210 mm

Page 31: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

31

Baulicher Brandschutz für Dach und Fassade

Für die Dampfsperre wird die Verwendungvon Baustoffen der Baustoffklasse B1, schwerentflammbar nach DIN 4102 Teil 1, empfohlen,die das Brandverhalten des ansonsten nichtbrennbaren Daches nicht wesentlich beein -flussen.

Zweischalige Metalldächer sind nach DIN4102 Teil 7 widerstandsfähig gegen Flugfeuerund strahlende Wärme. Sie verhindern die Aus-breitung des Feuers auf dem Dach sowie dieBrandübertragung in das Innere des Gebäudes.

Zweischalige Metalldächer können so aus-gebildet werden, dass sie die Anforderungender Feuerwiderstandsklasse R30 erfüllen.

3.6 PUR-Sandwichelemente

Wie kaum ein anderes Bauelement hat sichdas Polyurethan-Sandwichelement im Industrie-und Gewerbebau seinen Platz erobert. BeiSandwichelementen handelt es sich um Bau -elemente, bestehend aus zwei dünnen Metall-deckschichten, die über einen Dämmstoffschubfest miteinander verbunden sind. DieDämmstoffkerne sind in der Regel aus Poly -urethan-Hartschaum und nur bei besonderenAnforderungen aus Mineralfaserplatten (Abb.3.5).

Bei Sandwichelementen gibt es ein ganzesBündel von Eigenschaften zu bewerten, die Ein-fluss auf die statischen und bauphysikalischenFunktionen und die Wirtschaftlichkeit der Sand-wichkonstruktion und damit auf das ganze Bau-werk nehmen.

Diese mühevolle und zeitaufwendige Arbeitwird Planern und Bauherren von den Herstellernwesentlich erleichtert. Sie müssen ihr Augen-merk lediglich, dies aber sorgfältig, auf die Vor-lage von Nachweisen konzentrieren, die auf-einander abgestimmt ein Höchstmaß an Sicher-heit bieten.

Geprüft werden muss Folgendes:1. Liegt eine allgemeine bauaufsichtliche Zulas-sung durch das Deutsche Institut für Bau-technik Berlin vor, und ist sie noch lange ge-nug gültig? In den Landesbauordnungen der Länder wirdsinngemäß gefordert: Wer Bauprodukte inden Verkehr bringt, muss die Verwendbarkeitdurch einen Verwendbarkeitshinweis nach-weisen. Im Sinne des Gesetzes sind Sandwich-elemente keine geregelten Bauprodukte,denn es liegen keine technischen Regeln zu-grunde. Deshalb bedürfen Sandwichelementeals Nachweis der Verwendbarkeit einer all -

gemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, inder u.a. die Werkstoffeigenschaften und Zu-sammensetzungen der Deckschichten, derKerndämmung und des Elementes als Grund-lage für das Brandverhalten eindeutig festge-legt ist. Auch muss die Gültigkeit des Zulas-sungsbescheides über den geplanten Fertig-stellungszeitraum hinaus vorhanden sein.

2. Stimmen Zulassungsbescheid und Produktüberein?Ganz wichtig bei der Verwendung von Sand-wichelementen ist, inwieweit die Materialienund Materialkennwerte des gelieferten Pro-duktes mit denen im Zulassungsbericht über-einstimmen.

3. Verfügt das Sandwichelement über ein Ü-Zei-chen?Sandwichelemente sind in Deutschland zur-zeit nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulas-sung geregelt. Sie sind Ü-Zeichen-pflichtigund unterliegen einer regelmäßigen Fremd-überwachung, und es ist eine der wichtigstenAufgaben des Planers, die Sandwichelementeauf das Vorhandensein des Ü-Zeichens zuüberprüfen. Die Kennzeichnung mit demÜ-Zeichen ist zwingend vorgeschrieben. Esdokumentiert die zulassungskonforme Her-stellung der Sandwichelemente in Bezug aufdie werkseigene Produktionskontrolle unddie regelmäßige Fremdüberwachung durchein anerkanntes, unabhängiges Institut. Stim-men alle in der bauaufsichtlichen Zulassunggeforderten Parameter mit den Prüfungenüberein, erfüllt die fremdüberwachte Stelledas Ü-Zeichen. Damit ist das Ü-Zeichen wich-tigster Indikator für gleich bleibende Qualität.

Abb. 3.5: PUR-Sandwich-elemente

Page 32: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

32

Voraussichtlich wird im Jahre 2005 eineeuropäische Norm für Sandwichelemente, DINEN 14509, im Weißdruck erscheinen. Danachdürfen Sandwichelemente zukünftig allein miteiner Herstellererklärung auf den Markt gebrachtund mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet wer-den. Eine regelmäßige unabhängige Fremdüber-wachung wird nicht mehr stattfinden.

Nach DIN 4102 Teil 1 (Brandverhalten vonBaustoffen und Bauteilen), sind einzeln betrach-tet der PUR-Hartschaum als normal entflamm -barer Baustoff B2 und die oberflächenveredeltenStahldeckschalen als nicht brennbarer BaustoffA2 eingestuft.

Sandwichelemente werden überwiegendindustriell vorgefertigt. Dabei erfolgt der kraft-schlüssige Verbund zwischen den Schichtenin der Regel durch Verklebungen, wodurchdie für Bauelemente erforderlichen Biege- undTorsionssteifigkeit erreicht wird.

Gegner des Sandwichelementes begründenihre Ablehnung häufig mit der Verwendung vonPolyurethan-Hartschaum und dem damit zu-sammenhängenden vermeintlichen mangelhaf-ten Brandschutz.

Bei näherer Betrachtung stellt sich eine sol-che Verurteilung jedoch als Informationsmangelheraus.

Polyurethan-Hartschaumstoffe sind wie alleorganischen Produkte brennbar. Jedoch trägtdas PUR-Sandwichelement nicht zur Aufrecht -erhaltung eines Brandes bei, weil der Schaum-stoff nur in der Flamme brennt. Bei Wegnahmeder Zündquelle ist der Schaumstoff selbstver -löschend. Er brennt nicht außerhalb der Flamme.

Das PUR-Sandwichelement kann somit auchnicht zur Weiterleitung eines Brandes beitragen,weil der Polyurethan-Hartschaumstoff nur imunmittelbaren Bereich des Brandherdes brennenkann, und trägt weder zu einer nennenswertenErhöhung der im Gebäude vorhandenen Brand-last noch zu einer Brandausweitung durch sogenannte Kaminwirkung bei. Dämmstoffe „fürsich allein geprüft“ sind nicht feuerwiderstands-fähig gemäß DIN 4102. Der Feuerwiderstandwird aber nicht am einzelnen Baustoff, sondernan der Gesamtkonstruktion ermittelt, mit allenSchichten und Schalungen. Je nach Konstruk-tion können sich dabei sehr feuerwiderstands -fähige Bauteile ergeben.

Weitere günstige Eigenschaften des Elemen-tes sind, dass es nicht schmilzt und nicht ab-tropft. Dadurch besteht keine Gefahr, dass sichein neuer Brandherd bilden kann.

Darum wird das gesamte Stahl-PUR-Sand-wichelement klassifiziert als „schwer entflamm-bar“, also Baustoffklasse B1.

Insbesondere als Wandelemente und nichttragende Außenwandelemente können Sand-wichelemente die Feuerwiderstandsklassen nachDIN 4102 erreichen.

Sandwichelemente mit Deckschichten ausStahlblech und einem Kern aus PUR-Hartschaumohne Luftschicht können in die BaustoffklasseDIN 4102-B1 „schwer entflammbar“ eingestuftwerden.

Im Zuge eines Forschungsvorhabens zurUntersuchung des Brandverhaltens, das vomBundesministerium für Forschung und Techno-logie gefördert und von den Versicherern undder Industrie kritisch beobachtet wurde, fandein Großbrandversuch in einem neu errichtetenLaborgebäude für die Forschungs- und Material -prüfanstalt Baden-Württemberg statt. Dabei wur-den u.a. Sandwichelemente mit Deckschichtenaus 1 mm dickem, mit Acrylharzlack beschich-tetem Stahlblech und einem Kern aus PUR-Hart-schaum ohne Luftschicht als Fassadensystemgeprüft.

Nach dem Brand wurde das Brandverhaltendes Fassadensystems als überraschend gut ge-wertet, weil ein Durchbrand nur im Fugenbe-reich erfolgte und ansonsten nur im Bereichdes direkten Feuerangriffs Verbrennungen derBlechbeschichtung sowie eine Verkohlung desKerns aus PUR-Hartschaum auftraten. Das Sys-tem trug also weder zur horizontalen noch zurvertikalen Brandausbreitung bei.

Erwähnt werden muss jedoch, dass währenddes Brandversuchs die Rauchentwicklung nichtunerheblich war.

Als Dachbauteile können Sandwichele-mente in der Regel keine Feuerwiderstands -klasse nach DIN 4102 erreichen. Insgesamt sindSandwichelemente im Dach beim Entstehungs -brand jedoch kaum am Brandgeschehen be -teiligt.

Das ganze nachweislich defensive Verhal-ten im Brandfall wird selbst von den Sachver -sicherungen bezüglich der Feuerversicherunganerkannt. Die Sachversicherer stufen Gebäude,in denen Stahl-PUR-Sandwichelemente einge-setzt sind, prämienneutral ein und erheben keinebesonderen Risikozuschläge zu den üblichenBrandschutzprämien.

3.7 Sandwichelementemit Steinwolle

In den letzten fünf bis zehn Jahren wurdedas Produktprogramm der Sandwichelementedurch die verstärkte Entwicklung attraktiverSteinwolle-Sandwichelemente ergänzt.

Dokumentation 588

Page 33: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

33

Baulicher Brandschutz für Dach und Fassade

Steinwolle hat sich bereits vorher im Brand-,Wärme- und Schallschutz bewährt. Sie ist flexi-bel und wird in allen erdenklichen Formen aufden Markt gebracht.

Ausgenutzt wird in fast allen Anwendungs-gebieten die hohe thermische Belastbarkeitder Steinfaser, die aus vulkanischen Gesteinengewonnen wird und einen Schmelzpunkt vonüber 1.000 °C hat.

Im Verbund mit feuerbeständigen Stahlble-chen bilden diese Sandwichelemente mit einemSteinwollekern eine gute Basis stabiler, feuer-hemmender und feuerbeständiger Konstruktio-nen. Über einen Zeitraum von zum Teil mehrals 90 Minuten übernimmt die Steinwolle fast

den alleinigen Schutz gegen die einwirkendeBrandbeanspruchung. Bei kaum einer anderenKonstruktion wird der Dämmstoff ähnlich langeund massiv beansprucht.

Selbst bei intensiver Beflammung tragenSandwichelemente mit Steinwollekern (Abb.3.6) nicht zur Brandausbreitung oder Brandver-stärkung bei und setzen nur geringe Rauchmen-gen frei. Eigenschaften, die sich auch in der Prü-fung nach europäischen Standards widerspiegeln.So sind seit 2003 Sandwichelemente am Markt,die europaweit in die Baustoffklasse A2-s1d0eingestuft sind. s1 und d0 sind Zusatzklassifizie-rungen und dokumentieren das Rauchverhaltenbzw. das Abtropfverhalten bei Beflammung.

Nicht brennbare Sandwichelemente sindüberall dort sinnvoll, wo mit traditionellen PUR-Sandwichelementen nicht mehr gearbeitet wer-den kann.

Typische Anwendungsbeispiele kommen z.B.aus folgenden Bereichen:• Kühlhausbau mit Brandschutzzonen• Innensanierung bestehender Hallen mit Brand -schutzanforderungen

• Wände mit zu geringem Abstand zu Grund-stücksgrenzen (< 5 m Abstand)

• Trennwände nach Verkaufsstättenverordnung• Brandwände nach der neuen MIndBauRl• Bauteile, die den Anforderungen der Prämien-richtlinien von Versicherungsgesellschaftenentsprechen müssen

• Flughafengebäude

Sandwichelemente mit Steinwollekern undSandwichelemente mit PUR-Kern lassen sichbei Bedarf auch kombinieren und gewährleistendadurch eine funktionelle und optisch ausge-reifte Fassadengestaltung.

Abb. 3.6: Sandwich element mit Steinwolle

Page 34: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

34

4.1 Einleitung

Die Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV2007) [1] ersetzt seit 01.10.2007 die Energie-einsparverordnung 2002 (EnEV 2002) [2]. DieEnEV 2007 ist ein Element in der Klimaschutz-politik der Bundesregierung, um den Energie -bedarf von Gebäuden und damit die Kohlen -dioxidemissionen zu senken.

Der Energiebedarf wird durch verschiedeneFaktoren, wie z. B. Dämmstandard, Art derLüftung, Verluste bei der Wärmeerzeugung, Be-leuchtungskonzept und Kühlsystem, beeinflusst.In der EnEV 2007 wird versucht, sämtliche Ein-flussgrößen auf den Energiebedarf umfassendzu berücksichtigen, was an der Komplexitätdes Berechnungsverfahrens zu erkennen ist.

Mit der Einführung der EnEV 2002 sind dieAnforderungen an den Wärmeschutz von Ge-bäuden deutlich verschärft worden. Dadurchgewinnt der Einfluss von Wärmebrücken so anBedeutung, dass er beim Nachweis des energie-einsparenden Wärmeschutzes berücksichtigtwerden muss.

Die europäische Richtlinie über die Gesamt-energieeffizienz von Gebäuden [3] wird mit derEinführung der Energieeinsparverordnung 2007in nationales Recht umgesetzt. Bei dem Nach-weis des energieeinsparenden Bauens nachEnEV 2007 wird erstmals der Energieaufwandzur Kühlung und Beleuchtung von Gebäudenberücksichtigt.

4.2 Energieeinsparverordnungen 2002 und 2007

4.2.1 Allgemeines

In der EnEV 2002 wurden die Wärmeschutz -verordnung 1995 (WSVO 1995) und die Hei-zungsanlagenverordnung zusammengeführt. Da-durch werden Gebäudehülle und Anlagentech-nik in der Gesamtheit betrachtet und innerhalbfestgelegter Grenzen wird eine direkte energeti -sche „Verrechnung“ zwischen bauphysikali-schen und anlagentechnischen Maßnahmen zu-gelassen. Die Einflüsse der Gebäudegeometrie,der verwendeten Bauteile, der Anlagentechnikund des Energieträgers auf den Heizenergie -bedarf werden energetisch bewertet. Die be-rechneten Werte für den Heizenergiebedarf des

Gebäudes und den Wärmeverlust über die Ge-bäudehülle dürfen die jeweiligen Höchstwertenach EnEV 2002 nicht überschreiten. Die An-forderungen der EnEV 2002 an den maximalenEnergieeinsatz zur Beheizung und Trinkwasser -erwärmung in Gebäuden gelten für zu errich-tende Gebäude ab 01.02.2002.

Die Europäische Richtlinie „Gesamtenergie -effizienz von Gebäuden“ (EPBD) [3], die am04.01.2003 in Kraft getreten ist, muss in denMitgliedsstaaten der Europäischen Union innationales Recht umgesetzt werden. In Deutsch-land ist dies mit der Einführung der Energieein-sparverordnung 2007 erfolgt.

Für Wohngebäude bleibt das oben beschrie-bene Verfahren der EnEV 2002 auch mit Einfüh-rung der EnEV 2007 weiterhin gültig. Bei Nicht -wohngebäuden besitzt der Energiebedarf fürBeleuchtung und Kühlung einen erheblichenAnteil am Primärenergiebedarf. Das Konzeptder EnEV 2007 sieht daher vor, den Primär-energiebedarf für Nichtwohngebäude unterEinbeziehung dieser Beiträge zu begrenzen. Fürdie Bestimmung der zulässigen Höchstwerte desJahres-Primärenergiebedarfs wurde ein neuerAnsatz gewählt. In §4 der EnEV 2007 heißt es:„Zu errichtende Nichtwohngebäude sind soauszuführen, dass der Jahres-Primärenergiebe-darf für Heizung, Warmwasserbereitung, Lüf-tung, Kühlung und eingebaute Beleuchtung denWert des Jahres-Primärenergiebedarfs einesReferenzgebäudes gleicher Geometrie, Netto-grundfläche, Ausrichtung und Nutzung ein-schließlich der Anordnung der Nutzungseinhei-ten mit der in Anlage 2 Tabelle 1 angegebenentechnischen Ausführung nicht überschreitet.“

Dieses sogenannte Referenzgebäudeverfah-ren verlangt eine zweite Berechnung des zuerrichtenden Gebäudes, bei der für alle Ele-mente der Gebäudehülle (z. B. Transmissions-wärmetransfer, Verglasung, Sonnenschutz) so-wie der Anlagentechnik (z.B. Heizung, RLT,Beleuchtung) Referenzausführungen bzw. Soll-werte in Anlage 2 Tabelle 1 der EnEV 2007 vor-gegeben werden. Für die Berechnung des Pri-märenergiebedarfs für Nichtwohngebäude istdas neue Verfahren nach DIN V 18599 zu ver-wenden.

An bestehende Wohn- und Nichtwohnge-bäude nach Abschnitt 3 der EnEV 2007 werdengesonderte Anforderungen gestellt, auf die andieser Stelle nicht näher eingegangen wird.

Dokumentation 588

4 Energieeinsparung und Wärmeschutz im StahlleichtbauDr.-Ing. Markus Kuhnhenne

Page 35: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

35

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

4.2.2 Anforderungen an Neubauten

Mit den Anforderungen der EnEV 2002 sollder Heizenergiebedarf von Neubauten um durch-schnittlich 30% im Verhältnis zu den Anforde-rungen nach WSVO 1995 gesenkt werden.

Für die energetische Bewertung von Gebäu-den wurde mit der WSVO 1995 ein Verfahrenzur Berechnung des Jahres-HeizwärmebedarfsQh (Wärmemenge, die das Heizsystem liefert)eingeführt. Ein wesentliches Merkmal der EnEV2002 ist die Umstellung der Anforderungen anNeubauten vom Jahres-Heizwärmebedarf aufden Jahres-Heizenergiebedarf (Primärenergie,die dem Heizsystem zugeführt wird) des Gebäu-des. Der berechnete Wert darf einen zulässigenHöchstwert nicht überschreiten, siehe Abb. 4.1.Die EnEV 2007 erweitert die Berechnung fürNichtwohngebäude um den Primärenergie -bedarf für Beleuchtung und Kühlung.

In der Bilanzierung des Heizenergiebedarfsnach EnEV 2002 werden die Wärmeverluste derHeizungsanlage und der Wärmebedarf für dieWarmwasserbereitung mit in die Energiebilanzaufgenommen. Der Heizenergiebedarf einesGebäudes umfasst nicht mehr nur den Jahres-Heizwärmebedarf, sondern er wird auf die Hei-zungs-, Lüftungs- und Warmwasseranlage inklu-sive der benötigten Hilfsenergien ausgedehnt.

Für Nichtwohngebäude galt in der EnEV2002 eine Unterscheidung zwischen Gebäudenmit normalen Innentemperaturen (das sind nachEnEV 2002 solche Gebäude, die mehr als vierMonate im Jahr auf mindestens 19 °C beheiztwerden) und Gebäuden mit niedrigen Innen-

temperaturen. Bei diesen wurden lediglich dieTransmissionswärmeverluste begrenzt, da solcheGebäude sehr unterschiedliche Nutzungsmerk-male aufweisen und somit eine pauschale Be-rücksichtigung der Lüftungswärmeverluste undder internen Wärmegewinne nicht sinnvoll ist.

Nach der neuen EnEV 2007 ist eine Berech-nung des Jahres-Primärenergiebedarfs für alleNichtwohngebäude erforderlich, sobald mindes-tens eine der Konditionierungen Heizung, Küh-lung, Be- und Entlüftung, Befeuchtung, Beleuch-tung und Trinkwarmwasserversorgung gegebenist. Das heißt, die vereinfachten Berechnungenfür niedrig temperierte Gebäude fallen weg, statt-dessen sind die Randbedingungen (z. B. Innen-temperatur, interne Wärmequellen, Luftwechsel-zahlen) für die Berechnungen anzupassen.

Neben den Anforderungen an den Primär-energiebedarf und der Begrenzung des Trans-missionswärmetransfers werden zusätzlich ge-nerell geltende Anforderungen gestellt an:– Luftdichtheit, Mindestluftwechsel,– Mindestwärmeschutz, Wärmebrücken,– Anlagen der Heizungs-, Kühl- und Raumlufttechnik,

– Prüfung alternativer Energieversorgungs -systeme,

– Energieausweise.Insbesondere die Anforderungen an den

Mindestwärmeschutz und die Luftdichtheit so-wie die Berücksichtigung des zusätzlichenWärmetransfers im Bereich von Wärmebrückenhaben deutliche Auswirkungen auf die Pla-nung und Ausführung von Dach- und Fassaden-systemen.

Heizwärmebedarf nach WSVO 1995

Qh,cal = QT + QV – Qs – Qi ≤ Qh,maxQT TransmissionswärmeverlusteQV LüftungswärmeverlusteQs Solare WärmegewinneQi Interne Wärmegewinne

Primärenergiebedarf nach EnEV 2007

QP,cal = QP,Heiz + QP,Lüft + QP,WW + QP,Licht + QP,Kühl ≤ QP,maxQP,Heiz Primärenergiebedarf HeizungQP,Lüft Primärenergiebedarf LüftungQP,WW Primärenergiebedarf WarmwasserQP,Licht Primärenergiebedarf BeleuchtungQP,Kühl Primärenergiebedarf Kühlung

Heizenergiebedarf nach EnEV 2002

QP,Heiz,cal = Qh + Qw + Qt – Qr ≤ QP,Heiz,maxQh HeizwärmebedarfQw Wärmebedarf für WarmwasserbereitungQt Wärmeverluste der Anlagentechnik Qr Wärmebeitrag durch regenerative Systeme

Abb. 4.1: Konzepte WSVO 1995, EnEV 2002 und EnEV 2007

Page 36: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

36

4.2.3 Grundzüge zur Berechnung des Primärenergiebedarfs nach DIN V 18599

Die DIN V 18599 [4] stellt ein ganzheitlichesBerechnungsverfahren dar, das alle für denbestimmungsgemäßen Betrieb eines Gebäudesbenötigten Energien einschließlich der Anlagen-technik umfasst. Sie wird von der EnEV 2007 alsBerechnungsverfahren für Nichtwohngebäudevorgeschrieben. Die Norm besteht aus zehnTeilen (Abb. 4.2), die in ihrer Struktur nachfol-gend erläutert werden.

Teil 10 schließlich definiert Randbedingun-gen für 33 Nutzungsarten (Nichtwohngebäude).Hier werden z. B. tägliche und jährliche Nut-zungszeiten, Sollwerte für Temperatur undBeleuchtung, Luftwechselzahlen und interneWärmelasten definiert. Für weitere Erläuterun-gen wird auf [5] und [6] verwiesen.

4.2.4 Anforderungen an den Wärmeschutz

4.2.4.1 AllgemeinesDie EnEV 2007 begrenzt mit ihren Anforde-

rungen an zu errichtende Gebäude den Trans-missionswärmetransfer der Gebäudehülle. Dar-über hinaus haben sich die Anforderungen anden Mindestwärmeschutz mit der Neufassungder DIN 4108-2 deutlich verschärft.

4.2.4.2 Bestimmung der Transmissions-wärmetransferkoeffizienten

Durch die Berücksichtigung des Kühlener-giebedarfs in der EnEV 2007 wird eine Änderungder Begriffe notwendig, da es vom jeweiligenBetriebsfall „Heizen“ oder „Kühlen“ abhängt,ob ein Wärmestrom erwünscht ist oder nicht.Daher wird nun neutral vom „Wärmetransfer“anstelle von Gewinnen oder Verlusten gespro-chen, wird Wärme aus dem Raum abgeführt,liegt eine „Wärmesenke“ vor, bei „Wärmequel-len“ wird dem Raum Energie zugeführt.

Seit Einführung der EnEV 2002 ist derWärmetransfer im thermischen Einflussbereichvon Wärmebrücken bei der Bestimmung desTransmissionswärmetransferkoeffizienten zuberücksichtigen. Die Berechnung darf verein-facht erfolgen nach:

HT = ∑i

Ui · Ai + HWB [W/K ]

Dabei ist: Ui Wärmedurchgangskoeffizient

des Bauteils i [W/(m2·K)]Ai Wärmeübertragende Fläche

des Bauteils i [m2]HWB Wärmebrückenzuschlag [W/K]

Für die Berechnung von HT ist die Kenntnisaller Wärmedurchgangskoeffizienten Ui der Ein-zelbauteile notwendig. Die Bestimmung dieserU-Werte erfolgt für nicht transparente Bauteilein der Regel nach der europäischen Norm DINEN ISO 6946 [7]. Diese gilt jedoch nicht beiwärmedämmenden Schichten, die von einermetallischen Schicht durchdrungen sind.

Dokumentation 588

In Teil 1 wird die Bilanzierung und Zonie-rung vorgestellt. Die wesentlichen Größen undGleichungen zur Aufstellung der Bilanzierungenwerden benannt, daher bildet dieser Teil dasGrundgerüst und auch einen Navigator für dienachfolgenden Teile, in denen die einzelnenGrößen detailliert berechnet werden.

In den Teilen 2 bis 4 wird die Nutzenergiefür die Konditionierung (Heizen, Kühlen, Raum-lufttechnik, Beleuchtung) ermittelt. Die Teile 5bis 7 behandeln die erforderliche Anlagentech-nik und deren Energieeffizienz. Teil 8 befasstsich mit dem Energiebedarf für die Warmwasser-bereitung.

Von erheblicher Bedeutung für die primär -energetische Bewertung kann die gekoppelteErzeugung von Wärme, Strom und gegebenen-falls auch Kälte sein, daher ist unter dem Schlag -wort BHKW (Blockheizkraftwerk) für diese Tech -niken eigens der Teil 9 der Norm entwickeltworden.

Abb. 4.2: Aufbau der DIN V 18599

Page 37: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

37

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

Die Bestimmung der Wärmedurchgangs-koeffizienten U von Dach- und Wandsystemendes Stahlleichtbaus wird in Kapitel 4.3.2 nähererläutert.

Die EnEV 2007 fordert, „dass der Einflusskonstruktiver Wärmebrücken auf den Jahres-Heizwärmebedarf“ so gering wie möglich gehal-ten werden soll. Der verbleibende Einfluss derWärmebrücken auf den Transmissionswärme-transfer wird berücksichtigt durch den Wärme-brückenzuschlag HWB, der berechnet wird nach:

HWB = ΔUWB · A = ∑i

Ψj · Lj [W/K ]

ΔUWB Pauschaler Wärmebrückenzuschlag [W/(m2·K)]

A Gesamte wärmeübertragende Fläche [m2]Ψj Längenbezogener Wärmedurchgangs-

koeffizient der Wärmebrücke j [W/(m·K)]

Lj Länge der Wärmebrücke j [m]

Die pauschale Erhöhung der U-Werte allerAußenbauteile erfolgt nach EnEV 2007 umΔUWB = 0,10 W/(m2·K) bzw. ΔUWB = 0,05 W/(m2·K). Normativ gleichwertig ist die Berech-nung des Wärmetransfers im Bereich der Wärme-brücken mit Hilfe der längenbezogenen Wärme-durchgangskoeffizienten Ψ, siehe Kapitel 4.3.4.

4.2.4.3 MindestwärmeschutzNach EnEV 2007 müssen die Anforderungen

an den Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2[8] eingehalten werden.

Die Mindestanforderungen an den Wärme-schutz im Sommer sollen eine Überhitzung vonAufenthaltsräumen vermeiden, so dass in derRegel auf Anlagentechnik zur Kühlung der Ge -bäude verzichtet werden kann. Werden dennochkältetechnische Anlagen eingesetzt, ist bei Wohn-gebäuden eine pauschale Erhöhung des Primär-energiebedarfs vorzunehmen. Bei Nichtwohn-gebäuden ist die detaillierte Berechnung nachDIN V 18599 durchzuführen.

Der Mindestwärmeschutz im Winter umfasstper Definition „Maßnahmen, die an jeder Stelleder Innenoberfläche der Systemgrenze bei aus-reichender Beheizung und Lüftung unter Zu-grundelegung üblicher Nutzung ein hygienischesRaumklima sicherstellen, so dass Tauwasser-und Schimmelpilzfreiheit an Innenoberflächenim Ganzen und in Ecken gegeben ist“.

Die Norm stellt hierzu Mindestanforderun-gen an den Wärmedurchlasswiderstand R bzw.den Wärmedurchgangskoeffizienten U von Bau-teilen der Gebäudehülle. Darüber hinaus ist der

Mindestwärmeschutznachweis im Bereich vonWärmebrücken zu führen. Dazu muss der dimen-sionslose Temperaturfaktor fRsi berechnet wer-den nach:

θsi – θefRsi = ––––––––––– [–]θi – θe

Dabei ist:θsi Minimale raumseitige

Oberflächentemperatur [°C]θi Innenlufttemperatur [°C]θe Außenlufttemperatur [°C]

Folgende Randbedingungen sind nach Normfür die Berechnung der minimalen raumseitigenOberflächentemperatur und des Temperatur-faktors fRsi zu verwenden:

Nach DIN 4108-2 darf im Bereich vonWärmebrücken der Temperaturfaktor fRsi ander ungünstigsten Stelle den Wert 0,7 nichtunterschreiten, das heißt, bei den in Abb. 4.3angegebenen Randbedingungen ist eine raum-seitige Oberflächentemperatur von θsi ≥ 12,6 °Ceinzuhalten.

4.2.4.4 WärmebrückenAls Wärmebrücken werden örtlich begrenzte

Stellen bezeichnet, die im Vergleich zu denangrenzenden Bauteilbereichen einen höherenWärmetransfer aufweisen. Der zusätzlicheWärmetransfer führt zu niedrigen Oberflächen -temperaturen auf der Bauteilinnenseite im ther -mischen Einflussbereich der Wärmebrücke.Dies kann zu Tauwasser- und Schimmelpilz -bildung führen.

Man unterscheidet in der Regel zwei Artenvon Wärmebrücken. Geometrisch bedingteWärmebrücken treten immer dort auf, wo auf-grund der Geometrie eines Bauteiles oder An-schlusses einer bestimmten wärmeaufnehmen-den Innenoberfläche eine größere wärmeab -gebende Außenoberfläche gegenübersteht (z.B.Gebäudekanten, Raumecken).

θ [°C] Rs [ (m2·K)/W]

Innen 20,0 0,25

Außen – 5,0 0,04

Abb. 4.3: Randbedingungen für den Nachweis Mindestwärmeschutz

Page 38: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

38

Sind Materialien unterschiedlicher Wärme-leitfähigkeit nebeneinander angeordnet, sprichtman von einer materialbedingten Wärmebrücke(z.B. Balkonkragplatte, Durchdringung).

Werden Werkstoffe mit einer hohen Wärme -leitfähigkeit in der Gebäudehülle verwendet,kann es zu einer Überlagerung der thermischenEinflüsse von geometrischen und stoffbedingtenWärmebrücken auf den Wärmestrom kommen.

Bauteile aus Stahl in der Dämmebene derGebäudehülle stellen aufgrund der hohen Wär -meleitfähigkeit des Werkstoffes eine material -bedingte Wärmebrücke dar.

Grundsätzlich muss für alle Wärmebrückenein Nachweis des Mindestwärmeschutzes erfol -gen. Außerdem muss der zusätzliche Wärme -transfer bei der Berechnung des Primärenergie -bedarfs berücksichtigt werden.

4.2.5 Anforderungen an die Luftdichtheit

Bei beheizten und gut wärmegedämmtenGebäuden erreicht der Wärmetransfer überUndichtheiten in der Gebäudehülle einen nichtzu vernachlässigenden Anteil.

Die EnEV 2007 fordert, „dass zu errichtendeGebäude so auszuführen sind, dass die wärme-übertragende Umfassungsfläche einschließ-lich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig ent-sprechend den anerkannten Regeln der Tech-nik abgedichtet ist“.

Die Anforderung an die Dichtheit derGebäudehülle soll dazu beitragen, unnötigenWärmetransfer und Bauschäden zu vermeiden.Die Luftdichtheitsschicht soll verhindern, dassBauteile mit warmer, feuchtigkeitsbeladenerLuft durchströmt werden. Leckagestellen in derLuftdichtheitsebene können zu Tauwasser-schäden in der Konstruktion führen.

Die messtechnische Prüfung der Luftdicht-heit von Gebäuden wird nicht vorgeschrieben.Bei freiwilliger Prüfung und Einhaltung bestimm -ter Grenzwerte der Luftdichtheit reduziertsich allerdings der rechnerische Lüftungswärme-transfer.

4.3 Wärmeschutz und Luftdichtheit im Stahlleichtbau

4.3.1 Allgemeines

Vor dem Hintergrund der verschärften An-forderungen (mit Einführung der EnEV 2002)sind bei der Planung und Konstruktion vonDach- und Wandkonstruktionen im Stahlleicht-bau die Aspekte Wärmeschutz und Luftdichtheitmit erhöhter Aufmerksamkeit zu behandeln.

Die vorgefertigten flächigen Elemente derGebäudehüllen im Stahlleichtbau weisen im Re-gelbereich ein hohes Maß an Wärmeschutz undLuftdichtheit auf. Beim Zusammenfügen dieserEinzelelemente entstehen Fugen und Bauteil -anschlüsse, die ebenfalls die Anforderungen derEnEV erfüllen müssen.

4.3.2 Bestimmung der Wärmedurchgangskoeffizienten U

Die Berechnung des Transmissionswärme-transfers im flächigen Regelbereich der Gebäude-hülle erfolgt mit Hilfe der Wärmedurchgangs-koeffizienten U der Einzelelemente. Für homo-gene Bauteile (siehe Abb. 4.4) kann der Wärme -durchgangskoeffizient mit dem unten beschrie-benen Verfahren bestimmt werden.

Abb. 4.5 zeigt die Temperaturverteilungvon warm (rot) nach kalt (blau). Der homogeneAufbau bei linierten Stahl-Sandwichelementenführt zu einem streng eindimensionalen Wärme-strom. Der Bemessungswert des Wärmedurch-gangskoeffizienten UBW kann für diesen ein -fachen Fall berechnet werden nach:

1 WUBW = –––––––––––––––––––– [–––––––––]

Rsi + ∑i

Ri + Rse m2·K

Dabei ist:Rsi Wärmeübergangswiderstand innenRi Wärmedurchlasswiderstand der

Materialschicht iRse Wärmeübergangswiderstand außen

Dokumentation 588

Abb. 4.4: Sandwichelement, liniert Abb. 4.5: Temperaturverteilung

Page 39: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

39

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

Die Wärmeübergangswiderstände sind nachDIN EN ISO 6946 zu bestimmen, siehe TabelleAbb. 4.6.

Der Wärmedurchlasswiderstand einer homo-genen Materialschicht berechnet sich nach:

di m2·KRi = ––––– [––––––––––]

λi W

Dabei ist:di Dicke der Materialschicht iλi Wärmeleitfähigkeit des Materials i

Die Bemessungswerte der Wärmeleitfähig-keit von Materialien finden sich in DIN V 4108-4[9] und DIN EN 12524 [10].

Tabelle Abb. 4.7 zeigt beispielhaft dieBemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit voneinigen Materialien.

Dach- und Fassadenkonstruktionen desStahlleichtbaus kombinieren Materialien, derenWärmeleitfähigkeiten sich mindestens um denFaktor 1.000 unterscheiden. Dies hat gravieren-den Einfluss auf die Berechnung der Wärme-durchgangskoeffizienten.

Mit der Einführung der DIN EN ISO 6946steht für eine Reihe von nichttransparentenKonstruktionen eine hinreichend genaue verein-fachte Methode zur Berechnung des U-Werteszur Verfügung. Im Kapitel Anwendungsbereichder Norm wird festgelegt, dass der U-Wert vonKonstruktionen mit metallischen Bauteilen inder Dämmebene nicht mit dem vereinfachtenVerfahren bestimmt werden darf.

Für diese Konstruktionen muss die Bestim-mung des Bemessungswertes des Wärmedurch-gangskoeffizienten UBW mit Hilfe von numeri-schen Methoden nach DIN EN ISO 10211-1 [11]oder experimentellen Methoden, z.B. nach DINEN ISO 8990 [12], erfolgen.

Abb. 4.8 zeigt beispielhaft die Wärme -brückenwirkung eines Z-Distanzprofils in derDämmebene einer Dachkonstruktion als Ergeb-nis einer zweidimensionalen numerischen Be-rechnung.

Nach EnEV 2007 sind die Auswirkungender im flächigen Bereich der Gebäudehülleregelmäßig vorkommenden wärmetechnischenSchwachstellen, z.B. Fugen zwischen Sandwich-elementen, Stege von Kassettenwänden odermetallischen Befestigungselementen, bei der Be-stimmung der Wärmedurchgangskoeffizientenzu berücksichtigen.

Im Folgenden werden die für Sandwich- undzweischalige Konstruktionen des Stahlleicht-baus entwickelten vereinfachten Verfahren zurBestimmung des U-Wertes beschrieben.

4.3.2.1 SandwichkonstruktionenGebäude können mit Hilfe von Sandwich-

konstruktionen praktisch wärmebrückenfreikonstruiert werden. Dabei muss den Fugen zwi-

Abb. 4.7: Wärmeleitfähigkeit λ [W/(m·K)]

Material Wärmeleitfähigkeit λ[W/(m·K) ]

Metalle

Stahl 50,0

Nichtrostender Stahl 17,0

Aluminium 160,0

Kupfer 380

Sonstige Materialien

Holz 0,13

Beton 2,5

PVC 0,17

Glas 1,0

Wärmedämmung

Polyurethan-Hartschaum 0,025

Mineralwolle 0,045

Abb. 4.8: Dämmebene mit Z-Profil

Richtung des Wärmestroms

Aufwärts Horizontal Abwärts

Innen 0,10 0,13 0,17

Außen 0,04 0,04 0,04

Abb. 4.6: Wärmeübergangswiderstand Rs [ (m2· K) /W]

Page 40: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

40

schen Sandwichelementen sowie den Bauteil-anschlüssen besondere Beachtung bei der Pla-nung und Ausführung der Wärmeschutzmaß-nahmen geschenkt werden.

Der Wärmedurchgangskoeffizient von Stahl-Sandwichkonstruktionen kann nach DIN EN14509 [13] bestimmt werden. Dabei werdendie erhöhten Wärmeströme im thermischen Ein-flussbereich der Fugen zwischen den Sandwich -elementen mit Hilfe von längenbezogenen Wär-medurchgangsbeiwerten bestimmt.

Folgende Fugentypen werden nach DIN EN14509 unterschieden:

Der Bemessungswert des Wärmedurch-gangskoeffizienten UBW berechnet sich nachDIN EN 14509 mit:

1 fFuge WUBW = –––––––––––––––– · (1 + ––––––– ) [–––––––––]Rsi + R + Rse B m2·K

Dabei ist:Rsi Wärmeübergangswiderstand innen

nach DIN EN ISO 6946R Wärmedurchlasswiderstand

nach DIN EN 14509Rse Wärmeübergangswiderstand außen

nach DIN EN ISO 6946B Breite Sandwichelement

Dokumentation 588

Abb. 4.9 (links): Typ 1

Abb. 4.10(rechts): Typ 2

Abb. 4.11 (links): Typ 3

Abb. 4.12(rechts): Typ 4

Abb. 4.13: Typ 5

Abb. 4.14: Längenbezoge-ner Wärme -durchgangs -beiwert fFuge

fFuge

Dicke Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Typ 5[mm] Ohne Clip Mit Clip

60 0,04 0,14 1,156 0,16 0,04 0,02

80 0,04 0,08 1,389 0,10 0,04 0,02

120 0,03 0,06 1,719 0,06 0,04 0,01

160 0,03 0,05 1,948 0,05 0,04 0,01

200 0,03 0,04 2,106 0,04 0,03 0,01

Der längenbezogene Wärmedurchgangs -beiwert fFuge wird mit den Angaben in TabelleAbb. 4.14 bestimmt.

Page 41: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

41

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

Der längenbezogene Wärmedurchgangs -beiwert für Typ 2 wird berechnet nach:

a – bc bcfFuge = fFuge,oc · –––––––– + fFuge,c · –––– [–]a a

Dabei ist:fFuge,oc Längenbezogener Wärmedurchgangs-

beiwert im Bereich ohne ClipfFuge,c Längenbezogener Wärmedurchgangs-

beiwert im Bereich mit Clipa Abstand der Clipsbc Breite der Clips

Für Dicken abweichend von Abb. 4.14 darfzwischen den angegebenen Werten interpoliertwerden.

Neben dem angegebenen vereinfachten Ver-fahren nach DIN EN 14509 darf der Wärme-transfer im thermischen Einflussbereich derFuge zwischen Sandwichelementen mit ge-nauen numerischen Verfahren nach DIN ENISO 10211-1 bestimmt werden.

4.3.2.2 Zweischalige Dach- und Wandkonstruktionen

Im Rahmen von mehreren Forschungs -projekten wurde ein vereinfachtes Verfahrenentwickelt, mit dem der Bemessungswert desWärmedurchgangskoeffizienten UBW von mehr-schaligen wärmegedämmten Dach- und Wand-konstruktionen näherungsweise ermittelt wer-den kann.

In Abb. 4.15 sind beispielhaft zweischaligeKonstruktionen aufgeführt, für die das Verfah-ren angewendet werden darf.

Bei derartigen Konstruktionen sind im flächi-gen Regelbereich wärmetechnische Schwach-stellen vorhanden, die bei der Ermittlung desTransmissionswärmetransfers berücksichtigtwerden müssen. Das Berechnungsverfahren teiltden Gesamtwärmestrom in einzelne Teilwärme -ströme auf, die mit Hilfe von Diagrammen be-rechnet werden können. Dabei gehen als Para-meter die Bauteilabmessungen und die Wärme-leitfähigkeiten der verwendeten Materialien ein.

Für die verschiedenen Konstruktionsartenwurde jeweils ein Arbeitsblatt erstellt, das diezu Nomogrammen zusammengefassten Dia-gramme enthält. Ein Arbeitsblatt dokumentiertdie Berechnung des Bemessungswertes UBW füreine Konstruktion und kann dem Nachweis desenergiesparenden Wärmeschutzes beigefügt wer-den. Die Nomogramme sind in einer Schrift desIndustrieverbandes für Bausysteme im Metall-leichtbau (IFBS) zusammengefasst [14].

Als Alternative kann auf den Internetseitendes IFBS ein Programm heruntergeladen werden,mit dem der Bemessungswert des Wärmedurch -gangskoeffizienten UBW von zweischaligen Dach-und Wandkonstruktionen bestimmt werdenkann.

4.3.2.3 Sonstige Dach- und Wandkonstruktionen

Die Wärmedurchgangskoeffizienten vonsonstigen Konstruktionen des Stahlleichtbausmit metallischen Elementen in der Dämmebeneder Gebäudehülle müssen mit Hilfe von nume-rischen oder experimentellen Untersuchungenermittelt werden. Die Anwendung der verein-fachten Verfahren ist auf die beschriebenenKonstruktionsarten beschränkt.

4.3.2.4 Einfluss von mechanischen Befestigungselementen

Nach DIN EN ISO 6946 sind die berechnetenWärmedurchgangskoeffizienten U gegebenen-falls zu korrigieren, um beispielsweise denthermischen Einfluss von mechanischen Befes-tigungselementen auf den Wärmetransfer vonBauteilflächen zu berücksichtigen. Die Korrek-tur für mechanische Befestigungselemente, diedie Dämmschicht durchdringen, muss nicht vor-genommen werden, wenn– die Gesamtkorrektur weniger als 3% vomU-Wert beträgt,

– die Wärmeleitfähigkeit des Befestigungsteilsoder eines Teils davon geringer als 1W/(m·K) ist.

Die Bestimmung von Korrekturwerten fürmetallische Befestigungselemente erfolgt mitgenauen dreidimensionalen numerischen Be-rechnungsverfahren nach DIN EN ISO 10211-1.

Abb. 4.15: ZweischaligeDach- und Wand-konstruktionen[14]

Page 42: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

42

4.3.3 Mindestwärmeschutz

Die Anforderungen an den Mindestwärme-schutz von Gebäuden haben sich mit der Ein-führung der neuen DIN 4108 Teil 2 deutlichverschärft. Das bedeutet, für Konstruktionenmit Bauteilen aus Stahl in der Dämmebene derGebäudehülle muss in der Regel ein gesonderterNachweis des Mindestwärmeschutzes erfolgen,um eine mögliche Tauwasser- und Schimmel-pilzbildung zu vermeiden. Dazu muss nachge-wiesen werden, dass bei den in der DIN 4108-2angegebenen Randbedingungen eine raumseitigeOberflächentemperatur von θsi ≥ 12,6 °C ein -gehalten wird. Dieser Nachweis erfolgt mitHilfe von numerischen Berechnungsverfahrenoder mit geeigneten Hilfsmitteln (z.B. Wärme-brückenkatalog).

Nach heutigem Stand der Technik müsstebei dem Nachweis zur Vermeidung von Schim-melpilzbildung zwischen saugfähigen und nichtsaugfähigen Oberflächen unterschieden werden[15]. Diese Differenzierung wird in der DIN4108-2:2003-07 jedoch nicht vorgenommen.

Bei einer nicht saugfähigen Oberfläche, z.B.aus Stahl oder Aluminium, entsteht erst mit derTauwasserbildung eine Schimmelpilzgefahr [15].Somit wäre bei einer Innenlufttemperatur θi =20 °C und einer relativen inneren Luftfeuchtevon ϕi = 50% eine minimale raumseitige Ober-flächentemperatur von 9,3 °C ausreichend. Fürsaugfähige Oberflächen stellt der in der DIN4108-2 angegebene Wert θsi = 12,6 °C die kriti-sche Oberflächentemperatur dar.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass die inder Realität vorhandenen Umgebungsbedingun -gen deutlich von den Bemessungsrandbedingun -gen nach DIN 4108-2 (siehe Tabelle Abb. 4.3)

abweichen können. Dies ist gegebenenfallsbeim Nachweis eines ausreichenden Mindest-wärmeschutzes zu berücksichtigen.

4.3.4 Wärmeschutz im Bereich der Bauteilanschlüsse

4.3.4.1 AllgemeinesDer Transmissionswärmetransfer der Ge-

bäudehülle wird mit Hilfe der Wärmedurch-gangskoeffizienten der flächigen Elemente (sieheKapitel 4.3.2) berechnet. Weiterer Wärmetrans-fer im Bereich von Bauteilverbindungen, Öffnun-gen und Durchdringungen der Gebäude hüllemuss seit der Einführung der EnEV 2002 beider Bestimmung der Transmissionswärmetrans-fers berücksichtigt werden. Im Bereich dieserWärmebrücken muss außerdem dem Mindest-wärmeschutz besondere Aufmerksamkeit ge-schenkt werden.

Abb. 4.16 zeigt die Temperaturverteilungals Ergebnis der numerischen Berechnung derWärmeströme im Bereich des Bauteilanschlus-ses „Außenecke“ einer Sandwichkonstruktion,siehe auch Kapitel 4.3.4.3.

Die EnEV 2007 fordert, dass der Wärme-transfer im Bereich von konstruktiven Wärme-brücken so gering wie möglich gehalten werdensoll. Der verbleibende Einfluss der Wärme -brücken auf den Transmissionswärmetransferwird nach EnEV 2007 durch pauschale Zu-schlagswerte oder mit Hilfe von längenbezoge-nen Wärmedurchgangskoeffizienten ermittelt(siehe Kapitel 4.2.4.2).

4.3.4.2 Bestimmung des längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffizienten Ψ

Der Transmissionswärmetransfer im Bereichder linearen Bauteilanschlüsse wird mit Hilfeder längenbezogenen Wärmedurchgangskoeffi-zienten Ψ bestimmt. Am Beispiel des Anschluss-details „Außenecke“ wird die Vorgehensweisebei der Bestimmung des Ψ-Wertes erläutert.

Die numerische zweidimensionale Berech-nung bei stationären Randbedingungen liefertden Wärmestrom L2D. Durch die Subtraktionder eindimensionalen Wärmeströme ∑ U · l imRegelbereich der angrenzenden Bauteilflächenergibt sich der längenbezogene Wärmedurch-gangskoeffizient Ψ, siehe Abb. 4.17. Die Längenwerden dabei mit den Außenabmessungen derKonstruktion berechnet. Diese Vorgehensweiseist konsistent zu der Ermittlung der Flächenund Längen beim Wärmeschutznachweis nachEnEV 2007.

Dokumentation 588

Abb. 4.16: Temperatur -verteilungim Bereich„Außen ecke“

Page 43: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

43

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

Der längenbezogene Wärmedurchgangs-koeffizient Ψ muss für die am Gebäude vorkom -menden linearen Bauteilanschlüsse bestimmtwerden. Er hängt stark von den Abmessungenund Wärmeleitfähigkeiten der verwendetenMaterialien ab.

4.3.4.3 Beispiel AußeneckeAnhand des Bauteilanschlusses „Außenecke“

soll die Auswirkung von Stahlelementen in derDämmebene auf den längenbezogenen Wärme-durchgangskoeffizienten Ψ aufgezeigt werden.Abb. 4.18 zeigt die Sandwichkonstruktion undAbb. 4.19 die Temperaturverteilung als Ergeb-nis der zweidimensionalen numerischen Be-rechnung.

Im Bereich des von der warmen zurkalten Seite durchgehenden Innenbleches mitt = 0,5 mm wird die Wärme nach außen geleitet,und die Isothermen werden gespreizt. Aus dernumerischen Berechnung ergibt sich der län-genbezogene Wärmedurchgangskoeffizient zuΨ = 0,030 W/(m·K).

Nach [16] können Ψ-Werte wie folgt beur-teilt werden:

Abb. 4.17: Berechnung des längenbezogenen Wärme durch gangs koeffizienten Ψ

Abb. 4.18: Außenecke mit durchgehendem Innenblech Abb. 4.19: Temperaturverteilung

Klasseneinteilung der linearen Wärmebrückeneffektemit Hilfe von berechneten Ψ-Werten

C1 C2 C3 C4Ψ < 0,10 0,10 ≤ Ψ < 0,25 0,25 ≤ Ψ < 0,50 Ψ ≥ 0,50

Vernach-Gering Bedeutend

Sehr lässigbar bedeutend

Page 44: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

44

Das bedeutet, der Wärmebrückeneffektinfolge des durchgehenden Innenbleches kannin diesem Fall in Klasse C1 eingestuft werden.

Niedrige Ψ-Werte sind allein kein Maß fürdie wärmetechnische Qualität der Gebäudehülle.Vielmehr müssen neben dem Mindestwärme-schutz die Auswirkungen der längenbezogenenWärmedurchgangskoeffizienten auf den gesam-ten Transmissionswärmetransfer des jeweiligenGebäudes beurteilt werden.

4.3.4.4 Auswirkungen von linearen Wärmebrücken auf den Transmissionswärmetransfer

Im Folgenden wird der Transmissions -wärme transfer einer beheizten Halle in verein-fachter Form berechnet. Abb. 4.20 zeigt bei-spielhaft die linearen Wärmebrücken mit denzugehörigen längenbezogenen Wärmedurch-gangskoeffizienten.

Multipliziert man die Längen L mit denWerten Ψ, berechnet sich der Wärmetransferder linearen Wärmebrücken zu ∑ Ψ · L = 55 W/K.Das entspricht etwa dem Wärmetransfer von180 m2 Außenwandfläche mit einem U-Wertvon 0,30 W/(m2·K).

Die Flächen und U-Werte für die Berech-nungen des Wärmetransfers der Bauteilflächenzeigt Abb. 4.21.

Multipliziert man die Flächen A mit denU-Werten, berechnet sich der Transmissions-wärmetransfer der Bauteilflächen zu ∑ U · A =1.020 W/K. Somit beträgt der Anteil der Wär-mebrücken in diesem Fall ca. 5% am gesamtenTransmissionswärmetransfer.

4.3.4.5 ThermografiemessungenEine Möglichkeit, die wärmetechnische

Qualität von Gebäudehüllen zu untersuchen,sind Thermografieaufnahmen mit einer Infrarot -kamera. Abb. 4.22 bis Abb. 4.25 zeigen bei-spielhaft Foto- und Thermografieaufnahmeneiner Durchdringung und die Raumecke einerHalle.

Thermografiemessungen sind komplexeUntersuchungen, die auch unter idealen Rand-bedingungen ein hohes Maß an Erfahrung undKompetenz erfordern, um die Messergebnisserichtig interpretieren zu können.

Bei Thermografieaufnahmen wird dieWärmeabstrahlung von Oberflächen gemessen.Diese ist abhängig von der Temperatur und

Dokumentation 588

Abb. 4.20: Transmissionswärmetransfer über Bauteilanschlüsse

Längenbezogener Gebäude Lineare Wärme-

Wärmebrücke durchgangs-koeffizient

Detail Bauteilanschluss L [m] Ψ [W/(m·K)]

A First 40 0,004

B Traufe 80 0,205

C Ortgang 40 0,091

E Sockel 120 0,126

F Außenecke 24 0,030

G1 Fenster oben 80 0,071

G2 Tür oben 2 0,387

H1 Fenster unten 80 0,066

I1 Tür seitlich 8 0,364

I2 Fenster seitlich 4 0,076

J Tor oben 4 0,289

K Tor seitlich 8 0,292

Breite b = 20 m 2 Türen: 1 m · 2 mLänge l = 40 m 1 Tor: 4 m · 4 mHöhe h = 6 m 2 Fensterbänder: 40 m · 1 m

Page 45: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

45

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

dem Emissionsgrad der Oberfläche. Materialienkönnen sehr unterschiedliche Emissionsgradebesitzen, siehe Tabelle Abb. 4.26.

Bei Messungen von metallischen Oberflächenneben Oberflächen mit hohem Emissionsgradmüssen die Thermografieaufnahmen bereichs-weise korrigiert werden, um eine quantitativeAussage über die tatsächlich vorhandene Tem-peratur machen zu können. Darüber hinauskönnen im Thermografiebild Reflexionen vonwärmeabstrahlenden Oberflächen zu sehen sein(siehe Abb. 4.23), die eine wärmetechnischeSchwachstelle vortäuschen.

Abb. 4.22 (links): Durchdringung

Abb. 4.23 (rechts): Thermografie außen

Abb. 4.24 (links): Raumecke

Abb. 4.25 (rechts): Thermografie innen

Abb. 4.26: EmissionsgradverschiedenerMaterialien

Material Emissionsgrad ε [ – ]

Holz 0,85

Gipskarton 0,90

Beton 0,92

Schwarzer Lack 0,97

Aluminiumblech, hochpoliert 0,05

Stahlblech, poliert 0,10

Stahlblech, verzinkt 0,23

Abb. 4.21: Transmissionswärmetransfer über Bauteilflächen

Bauteil Fläche A U-Wert U · A[m2] [W/(m2· K)] [W/K]

Wand 620 0,30 186

Tor 16 2,0 32

Türen 4 2,0 8

Fenster 80 2,0 160

Dach 720 0,38 274

Lichtkuppeln 80 2,0 160

Boden 800 0,25 200

Page 46: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

46

4.3.5 Luftdichtheit

4.3.5.1 Fugendichtheit im Stahlleichtbau

Die Abdichtung von Fugen trägt dazu bei,Dichtebenen über Element- und Bauabschnitts-grenzen fortzusetzen und die umfassende For-derung der EnEV 2002 bzw. EnEV 2007 nacheiner luftdichten Gebäudehülle zu erfüllen.

Die vom Industrieverband für Bausystemeim Metallleichtbau (IFBS) herausgegebene Schrift„Fugendichtheit im Stahlleichtbau“ [17] gibtEmpfehlungen, wie Gebäudehüllen im Stahl-leichtbau abgedichtet werden können. DieSchrift enthält eine Vielzahl von Konstruktions -vorschlägen für die Ausbildung von Fugen undBauteilanschlüssen. Abb. 4.27 und Abb. 4.28zeigen exemplarisch Konstruktionen, bei denendie Abdichtung von Fugen mit Dichtbändernhergestellt wird.

Eine luftdichte Gebäudehülle bedarf einersorgfältigen Planung der Anschlusskonstruk -tionen. Vor Ort sollten gut ausgebildete Fach -arbeiter unter der Aufsicht einer erfahrenenBauleitung die möglichen Leckagestellen ab-

dichten und somit die Luftdichtheitsebeneschließen. Die messtechnische Überprüfungder Luftdichtheit kann mit dem Differenzdruck-verfahren nach DIN EN 13829 [18] erfolgen.

4.3.5.2 Experimentelle Untersuchungen der Luftdichtheit

Mit dem Differenzdruckverfahren ist esmöglich, die Luftdichtheit von Gesamtgebäu-den zu bestimmen. Dabei wird im Gebäude einUnter- oder Überdruck erzeugt, und es wirdgleichzeitig der Volumenstrom gemessen, derüber die Gebäudehülle verloren geht. Werdenbestimmte Grenzwerte eingehalten, kann voneinem luftdichten Gebäude nach EnEV 2007ausgegangen werden. Das bedeutet, dass sichbeim Nachweis des energiesparenden Wärme-schutzes nach EnEV 2007 der rechnerischeLüftungswärmetransfer reduziert.

Im Rahmen von Differenzdruckmessungenist es möglich, Leckagestellen in der Gebäude-hülle zu lokalisieren durch– Einblasen von Nebel ins Gebäude,– Infrarotaufnahmen im Gebäude,

Dokumentation 588

Abb. 4.27: Ortganganschluss [17]

Page 47: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

47

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

– Messung der Luftgeschwindigkeit mit Anemometern im Bereich von vermutetenLeckagestellen,

– Wiederholungsmessungen nach einzelnenAbdichtungsmaßnahmen.

Die letztgenannte Methode ist aufwendig,aber durch sukzessives Abdichten und Messenlässt sich der Beitrag jeder Undichtheitsstelleam Volumenstrom quantifizieren.

Die Prüfung von Leckagekoeffizienten derEinzelkomponenten (z. B. Fenster) der Gebäude -hülle im Labor erfolgt nach DIN EN 12114[19].

4.4 Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Einführung der Energieeinsparver-ordnung 2002 (EnEV 2002) haben sich dieAnforderungen an den Heizenergiebedarf vonGebäuden und an den Wärmeschutz der Ge-bäudehülle deutlich verschärft.

Dies hat Auswirkungen auf die wärmetech-nische Bemessung und Ausführung von Dach-und Fassadensystemen. Bei der Bestimmung desTransmissionswärmetransfers über die Gebäude -hülle muss erstmals der Wärmetransfer im Be-reich der Wärmebrücken berücksichtigt wer-den, und der neu konzipierte Nachweis desMindestwärmeschutzes muss erfüllt werden.

Abb. 4.28: Fensteranschluss [16]

Page 48: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

48

Die EnEV 2002 fordert darüber hinaus einedauerhaft luftundurchlässige Gebäudehülle, umunnötigen Wärmetransfer und Bauschäden zuvermeiden.

Vor diesem Hintergrund sind bei der Planungund Konstruktion von Dach- und Fassadensyste -men des Stahlleichtbaus die Aspekte Wärme-schutz und Luftdichtheit mit erhöhter Auf-merksamkeit zu behandeln.

Die Energieeinsparverordnung 2007 (EnEV2007) bringt hinsichtlich des Berechnungsver-fahrens und der Definition der Anforderungen(Referenzgebäudeverfahren) erhebliche Neue-rungen für Nichtwohngebäude. Durch die Er-weiterung der betrachteten Energieanwendun-gen (Beleuchtung, Kühlung) sind nun auch dieTageslichtnutzung und die Minimierung desKühlbedarfs für den energieeffizienten Entwurfvon Bedeutung.

Mit Hilfe der beschriebenen Verfahren kön -nen wärmetechnisch optimierte Konstruktionenkonzipiert und bemessen werden. Bei einersorgfältigen Ausführung ist ein hohes Maß anWärmeschutz und Luftdichtheit erreichbar. Dieskann durch Messungen verifiziert und im Rah-men der Ausstellung des Energieausweises fürdas jeweilige Gebäude dokumentiert werden.

Bei der EnEV 2007 wird der Fokus auf die Implementierung des Verfahrens der DIN V18599 gelegt, ohne eine allgemeine Verschär-fung der Anforderungen. Allerdings sind weitereVerschärfungen der Anforderungen an den Pri-märenergiebedarf von Gebäuden in den kom-menden Jahren geplant.

4.5 Literatur

[1] Verordnung über energiesparenden Wärme-schutz und energiesparende Anlagentechnikbei Gebäuden (Energieeinsparverordnung –EnEV) vom 24.07.2007, BGBl. I, S. 1519, 2007

[2] Verordnung über energiesparenden Wärme-schutz und energiesparende Anlagentechnikbei Gebäuden (Energieeinsparverordnung –EnEV) vom 16.11.2001, BGBl. I, S. 3085, 2001

[3] Richtlinie 2002/91/EG des EuropäischenParlaments und des Rates vom 16.12.2002 überdie Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden,Amtsblatt der Europäischen GemeinschaftenNr. L 1, S. 65

[4] DIN V 18599:2007-02, Teil 1 bis 10, „Energetische Bewertung von Gebäuden“,Beuth Verlag GmbH, Berlin

[5] Heizen, Kühlen, Belüften und Beleuchten –Bilanzierungsgrundlagen zur DIN V 18599, Fraunhofer IRB Verlag, Autoren: David, de Boer, Erhorn et al.

[6] Bauphysik-Kalender 2007, Schwerpunkt Gesamtenergieeffizienz, Fouad, Nabil A. (Hrsg.)

[7] DIN EN ISO 6946:2003-10, „Bauteile – Wärmedurchlasswiderstand undWärmedurchgangskoeffizient, Berechnungsver-fahren“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[8] DIN 4108-2:2003-07, „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Ge-bäuden, Teil 2: Mindestanforderungen an denWärmeschutz“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[9] DIN V 4108-4:2007-06, „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Ge-bäuden, Teil 4: Wärme- und feuchteschutztech-nische Bemessungswerte“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[10] DIN EN 12524:2000-07, „Wärme- und feuchteschutztechnische Eigen-schaften – Tabellierte Bemessungswerte“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[11] DIN EN ISO 10211-1: November 1995, „Wärmebrücken im Hochbau – Wärmeströmeund Oberflächentemperaturen, Teil 1: Allge-meine Berechnungsverfahren“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[12] DIN EN ISO 8990:1996-09, „Wärmeschutz – Bestimmung der Wärmedurch -gangseigenschaften im stationären Zustand,Verfahren mit dem kalibrierten und dem ge -regelten Heizkasten“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

Dokumentation 588

Page 49: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

49

Energieeinsparung und Wärmeschutz im Stahlleichtbau

[13] DIN EN 14509:2007-02, „Selbsttragende, wärmedämmende Sandwich-Elemente mit beidseitiger Metalldeckschicht –Vorgefertigte Produkte, Festlegungen“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[14] IFBS-Schrift 4.05: „Ermittlung der Wärmeverluste an zweischali-gen Dach- und Wandaufbauten“, Dezember 2004, Autoren: Loose, T.; Saal, H., Versuchsanstalt fürStahl, Holz und Steine, Universität Karlsruhe

[15] Lutz, Jenisch; Klopfer, Freymuth; Krampf,Petzold: „Lehrbuch der Bauphysik“, 5. überarb. Auflage,2002, Teubner Verlag, Stuttgart

[16] Eurokobra, „Practical guide for the hygrothermal evaluationof thermal bridges“, Mai 2003, Autoren: Wouters, P.; Schietecat, J.; Standaert, P.

[17] IFBS-Schrift 4.02: „Fugendichtheit im Stahlleichtbau“,November 2004

[18] DIN EN 13829:2001-02, „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden –Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäu-den, Differenzdruckverfahren“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

[19] DIN EN 12114:2000-04, „Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden –Luftdurchlässigkeit von Bauteilen, Laborprüf-verfahren“, Beuth Verlag GmbH, Berlin

Page 50: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

50

5.1 Grundlagen der Luftschall-dämmung und der Schallabsorption

5.1.1 Allgemeines

Nach den Bestimmungen des Bundes-Immis-sionsschutzgesetzes sind die Betreiber gewerb-licher und industrieller Betriebe u.a. verpflichtet,Lärmeinwirkungen von der Nachbarschaft fernzu halten. Bei der Beurteilung der Geräuschein -wirkung geplanter bzw. vorhandener Anlagen istals Grundlage die TA Lärm heranzuziehen.

Die Anforderungen an die Schallabsorptionvon Industriewänden leiten sich im Allgemeinenaus Arbeitsschutzgründen ab.

Der IFBS, Industrieverband für Bausystemeim Stahlleichtbau e.V., hat in den Jahren 1999 bis2002 umfangreiche Messreihen an insgesamt 44Konstruktionen des Stahlleichtbaus durchführenlassen. Hierunter waren Kassettenwände mit undohne Distanzkonstruktion, Akustik-Kassetten-wände, ein- und zweischalige Dächer sowieAkustikdächer. Mit den durchgeführten Unter-suchungen wurden gezielt konstruktive Parame -ter verändert, um deren Einfluss auf das Schall-dämmverhalten und die Schallabsorptionseigen -schaften von Wand- und Dachkonstruktionen imStahlleichtbau zu untersuchen und deren Leis-tungsfähigkeit zu analysieren. Die erzielten Ergeb -nisse sind in einer umfangreichen IFBS-Fachin-formation, IFBS 4.06, veröffentlicht worden. Indieser Schrift sind neben den Analysen alle Mess -ergebnisse, verbunden mit den konstruktivenAufbauten, zusammengefasst dargestellt.

Mit Konstruktionen des Stahlleichtbaus sindgemäß den bislang vorliegenden Prüfungen be-wertete Schalldämmmaße im Dach von bis zuRw = 55 dB und in der Wand von bis zu Rw =57 dB erzielbar.

Die in diesem Beitrag vorgestellten Konstruk -tionen sind gebrauchsübliche Aufbauten. Sie er -heben keinen Anspruch, auf ein möglichst hohesSchalldämmmaß bzw. einen möglichst hohenSchallabsorptionsgrad optimiert zu sein.

5.1.2 Ermittlung der Luftschalldämmung im Prüfstand (Baumusterprüfung)

Messungen zur Ermittlung der Schalldäm-mung (siehe Abb. 5.1) sind in der Regel in Prüf-ständen mit bauüblichen Nebenwegen durchge-führt worden, das heißt mit Flankenübertragun-gen, wie sie insbesondere in Wohnbauten auf-treten. Industriehallenwände und -dächer sinddagegen großflächige Außenbauteile, die (ab -gesehen von möglichen Dämmungseinbrüchendurch ungenügende Randabdichtung an Trau-fen, Betonsockeln o.dgl.) kaum Flankenübertra -gungen aufweisen wie im Wohnungsbau. Bei derüberwie genden Zahl der früher meist in Prüf-ständen mit „bauüblichen Nebenwegen“ durch -geführten Bau musterprüfungen an Industrie-wänden ist jedoch bei Aufbauten mit bewertetenBauschalldämmmaßen R’w (der Hochstrich ander Größe R’w deutet auf eine Messung mit bau-üblichen Neben wegen hin) bis ca. 45 dB dieFlankenübertragung im Allgemeinen vernach-lässigbar. Die in solchen Prüfständen gemesse-nen Bauschalldämmmaße können deshalb alsSchalldämmmaße R bzw. bewertete Schalldämm -maße Rw aufgefasst und weiterverwendet werden.

Zur Gesamtbewertung der frequenzabhän-gigen Dämmkurve wird gemäß DIN EN ISO717-1 das bewertete Schalldämmmaß Rw durcheinen rechnerischen Vergleich mit einer normier -ten Bezugskurve ermittelt. Das bewertete Schall -dämmmaß kann bei vereinfachter Betrachtungwie ein mittleres Schalldämmmaß bei 500 Hz derverschobenen Bezugskurve aufgefasst werden.

Dokumentation 588

5 Schallschutz im StahlleichtbauDr.-Ing. Ralf Podleschny

Abb. 5.1: Prüfaufbau zur Messung der Luftschalldämmung

Page 51: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

51

Schallschutz im Stahlleichtbau

5.1.3 Ermittlung des Schallabsorptionsgrades im Prüfstand (Hallraum)

Der frequenzabhängige Schallabsorptions-grad αs der auf dem Boden des Prüfraumes (Hall -raum) aufgebrachten, im Allgemeinen ca. 10 m2

großen, randdicht durch eine Verbretterung odermit Kantprofilen eingefassten Probe (sieheAbb. 5.2) wird ermittelt über Nachhallzeitmes-sungen im Hallraum, die mit und ohne Prüflingerfolgen. Der Schallabsorptionsgrad ergibt sichin vereinfachter Darstellung zu:

absorbierte Schallenergieαs = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

auftreffende Schallenergie

Die Ergebnisse für den Schallabsorptionsgradkönnen dann z.B. unmittelbar verwendet wer-den, um aus Arbeitsschutzgründen den Lärmpe-gel in einer Halle abzusenken. Dies kann durchSchall absorbierende Außenbauteile, wie z.B.Akustikprofile mit Lochung (bei Bauten mittlererHöhe meist nur Dächer, bei hohen Bauten auchWandbereiche > 2 m über Boden), geschehen.

Bei handelsüblichen Konstruktionen vonIn dustriehallenwänden und -dachaufbauten mitAkustikprofilen werden mittlere Schallabsorp-tionsgrade von

αs = ca. 0,6 bis 0,9nachgewiesen. αs = 1,0 würde bedeuten, dassdie Energie aller auf das Bauteil auftreffendenSchallwellen vollständig absorbiert wird.

5.1.4 Merkmale der Schalldämmkurven von Wänden und Dächern aus Stahl

5.1.4.1 Biegewellen/SpuranpassungDie Luftschalldämmung einschaliger Stahl-

blechwände/-dächer ist wie auch die Schalldäm -mung anderer einschaliger Bauteile grundsätzlich

von der flächenspezifischen Masse g’ [kg/m2] ab -hängig und steigt mit der Frequenz f [Hz] an.Eine Abweichung von diesem Verhalten (reso -nanz artiger Einbruch der Luftschalldämmung)tritt auf, wenn das Bauteil durch eine auftreffendeSchallwelle, deren Wellenlänge mit der Biege-wellenlänge der Wand übereinstimmt, angeregtwird. Dieser Spuranpassungseffekt tritt bei Stahl -blechwänden im Allgemeinen im oberen Dar-stellungsbereich der über der Frequenz aufge-tragenen Dämmkurve auf. Die Schalldämmungsteigt oberhalb der Spuranpassungs-(Grenz-)Frequenz fg wieder an.

5.1.4.2 AbstimmungsfrequenzZweischalige Wände/Dächer können nähe-

rungsweise als Masse-Feder-Masse-Systeme be-trachtet werden. Die Schalen sind dabei nichtnur über die weiche Feder (Luftschicht, Dämm-schicht) verbunden, sondern auch über starreVerbindungsbauteile (Stege, statisch erforderlicheBauteile u.dgl.) zwangsgekoppelt. Solche zwei-schaligen Bauteilkonstruktionen zeichnen sichdurch eine System-Koppelschwingung (Abstim -mungsfrequenz fg) aus. Die Abstimmungsfre-quenz liegt bei ausgeführten Stahlblechwänden/-dächern häufig im unteren Bereich zwischen80 Hz und 125 Hz und führt hier im Vergleich zugleich schweren einschaligen Konstruktionenzu einem Schalldämmungseinbruch (siehe Abb.5.3). Je größer die flächenspezifische Masse derEinzelbauteile (Innen-/Außenschalen) ist bzw.je größer der Schalenabstand gewählt wird, um -so kleiner ist die Abstimmungsfrequenz.

5.1.4.3 Stehende WellenBei üblichen Schalenabständen zweischaliger

Wand-/Dachaufbauten zwischen ca. 10 cm und20 cm können insbesondere dann, wenn derHohl raum zwischen den Schalen nicht mit geeig -neten Materialien, z.B. Mineralwollplatten, aus-gefüllt ist, im Frequenzbereich ab ca. 1.000 Hzresonanzartige Dämmungseinbrüche auftreten(siehe Abb. 5.3).

5.1.4.4 Resonanzeffekte bei mehrschichtigen zwangsgekoppeltenWand-/Dachaufbauten

Als typische Vertreter solcher Produktauf-bauten können hochwertige wärmedämmendeSysteme betrachtet werden, bei denen Stahlblech -innenschale und -außenschale durch Hartschäu -me, z.B. PUR-Schaum, vollflächig miteinander ver -bunden (verklebt) sind, so genannte Sandwich-elemente. Dabei treten sehr breitbandige, reso-nanzbedingte Dämmungseinbrüche auf, derenZentren zwischen ca. 670 Hz (bei Prüflingsdicken

Abb. 5.2: Prüfaufbau zur Messung der Schallabsorption(Montagezustand)

Page 52: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

52

von ca. 150 mm) und ca. 1.450 Hz (bei Prüflings -dicken von ca. 40 mm) angesetzt werden können(siehe Abb. 5.4). Vergleichbare Dämmungsein -brüche treten auf bei Fassadenwärmedämmmaß -nahmen, bei denen Hartschaumplatten aufWände gebracht und anschließend verputztwerden.

5.1.4.5 Zusatzmassen auf mehrschaligen Dächern

Durch Aufbringen von Zusatzmassen, z.B.Kiesschüttungen, auf mehrschaligen Dächernkann, wie mehrfach festgestellt wurde, zwar dieLuftschalldämmung der im unteren Frequenz-bereich akustisch einschalig wirkenden mehr-schaligen Dachhaut erhöht werden (Massenge-setz). Gleichzeitig ist jedoch zu beobachten, dassdie aufgebrachte Zusatzmasse im oberen Fr e -quenz bereich eher eine Minderung der Schall-dämmung herbeiführt. Dies kann z.B. dadurcherklärt werden, dass sich die resultierende Feder -steife des Dämmschichtaufbaus durch die Zu-satzmasse ungünstig verändert.

5.1.4.6 EntdröhnungGünstig auf die Luftschalldämmung wirken

sich Entdröhnungsmassen (Masseerhöhung undBiegewellenbedämpfung) aus, die gelegentlichauf die dem Hohlraum zugewandte Seite vonWand schalen aufgetragen werden.

5.1.4.7 Schalldämmung zwei- und mehrschaliger Wand-/Dachaufbauten

Akustisch zweischalige Wand-/Dachaufbau-ten zeichnen sich im Vergleich zu gleich schwe -ren einschaligen Konstruktionen im Bereichoberhalb der Abstimmungsfrequenz durch einewesentlich höhere Luftschalldämmung (steilereDämmkurve) aus. Dies ist ein Vorteil, den manvergleichsweise auch bei zweischaligen Haus-trennwänden nutzt. Bedeutsam ist insbesondereder Vorteil, der sich aus der kostengünstigerenUnterkonstruktion bei leichten Außenbauteilenvon Hallen ergibt.

Bei der Planung der Sanierung von älterenIndustriehallenwänden wird gelegentlich ver-sucht, die Standzeit der durch Wettereinflüsseangegriffenen Außenschale einer zweischaligenWand durch Vorsetzen einer zusätzlichen Trapez -profilschale zu verlängern. Darüber hinaus wirdbei dieser Maßnahme häufig erwartet, dass eineErhöhung der Schalldämmung auftritt. Dies istjedoch – wie Versuche erwiesen haben – bei derSchalldämmung nicht der Fall. Eher tritt einegeringe Verschlechterung um 1 bis 2 dB ein.

5.2 Schalltechnische Eigenschaften

5.2.1 Wandkonstruktionen – Schalldämmung

Im Folgenden sind die Einflüsse verschiede-ner Parameter auf die Schalldämmeigenschaftenerläutert.

Dokumentation 588

Abb. 5.3: Frequenzabhängige Messkurve des Schalldämm-maßes R’ einer Kassettenwand

Abb. 5.4: Frequenzabhängige Messkurve des Schalldämm-maßes R’ einer Sandwichwand

0Frequenz f [Hz]

Scha

lldäm

mm

aß R

’ [dB

]

04.0002.0001.000

60

�125 250 500

10

20

30

40

50

63

Bezugskurve nach ISO 717R

0Frequenz f [Hz]

Scha

lldäm

mm

aß R

’ [dB

]

10

60

250

50

40

30

20

500 1.000 2.000125

BezugskurveR

Page 53: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

Wellprofil Raumgewicht Rw ΔRwMineralfaser [dB] [dB]

Stahl 55 kg/m3 42Aluminium 55 kg/m3 39 3Stahl 15 kg/m3 43Aluminium 15 kg/m3 39 4

Kassettenwand mit vertikaler Trapezprofilschale:

Kassettenwand mit vertikaler Distanzkonstruk-tion und horizontaler Welle:

Die o.a. Tabellen zeigen, dass die Schall -dämm werte sowohl vom Raumgewicht der Mine -ralfaserdämmung als auch von der Konstruktions -art beeinflusst werden. In dem betrachteten Be-reich von 15 kg/m3 bis 55 kg/m3 Raumgewichtkönnen bei einer Kassettenwand ohne Distanz-konstruktion durch Erhöhung des Raumgewichtsbei gleicher Dämmstoffdicke 3 dB gewonnenwer den, dies geschieht durch eine deutliche Ver -besserung der Dämmeigenschaften ab einer Fre -quenz von ca. 250 Hz. Bei einer Kassettenwandmit Distanzkonstruktion erhält man hingegenauch mit einer leichten Dämmung einen besserenRw-Wert als ohne Distanzkonstruktion. Für beideDämmstoffgewichte ergeben sich im Fall mitDistanzkonstruktion identische Messergebnisse(eine genauere Betrachtung des Messergebnis-ses zeigt, dass es sich hier um einen guten 42-dB-Wert und einen schlechten 43-dB-Wert handelt,das Messergebnis liegt somit im Rahmen derMessgenauigkeit).

5.2.1.2.3 WerkstoffeinflussNeben dem Eigenwicht der Dämmung hat

auch das Eigenwicht/Material der Außenschaleeinen Einfluss auf die schalltechnischen Eigen-schaften der Konstruktion. Dargestellt werdenKonstruktionen mit horizontalen Stahlwellprofi -len und Aluminiumwellprofilen auf vertikalenDis tanzkonstruktionen und mit Kassetteninnen -schale, je weils mit zwei unterschiedlichenRaumgewichten der Wärmedämmung.

53

Schallschutz im Stahlleichtbau

5.2.1.1 Einschalige, ungedämmte Trapezprofilwand

Gemäß VDI-Richtlinie 2571 erreicht eine ein -schalige, ungedämmte Trapezprofilwand miteiner Blechdicke von 1 mm und einem Flächen-gewicht von 11 kg/m2 ein bewertetes Schall-dämmmaß von

R’w = 25 dB.

5.2.1.2 KassettenwändeDie nachfolgend aufgeführten Werte gelten,

soweit im Folgenden nichts anderes ausgeführtist, für Kassettenwände mit einer Kassetten-schale, die in ganzer Profiltiefe mit Mineralfaser -dämmstoff mit einem Raumgewicht (RG) von55 kg/m2 ausgefüllt ist. Als Außenschale dient einStahltrapezprofil. Dieses ist von den Kassetten-stegen durch einen dazwischen liegendenTrennstreifen thermisch getrennt.

5.2.1.2.1 DämmschichtdickeEine Variation der Kassettenhöhe bei gleich -

zeitiger Volldämmung der Kassetten ergibt dieunten angegebenen bewerteten Schalldämm-maße (siehe IFBS 4.06):

Dämmschichtdicke Rw [dB]

100 mm 40130 mm 43160 mm 44

Eine Vergrößerung der Kassetten- undDämmschichthöhe bewirkt keine stetige Ver-besserung der Schalldämmeigenschaften. Ab ei-ner bestimmten Konstruktionsdicke ist die Leis-tungsmöglichkeit eines Kassettenwandsystemsausgeschöpft. Im vorliegenden Fall liegt dieseDicke bei ca. 130 mm. Eine weitere Erhöhungauf 160 mm bewirkt nur noch eine Steigerungum 1 dB. Ein Unterschied im bewerteten Schall-dämmmaß von 1 dB kann vom Menschen nichtmehr wahrgenommen werden und liegt außer-dem im Rahmen der Messgenauigkeit.

5.2.1.2.2 Erhöhung des Konstruktions -eigengewichts – Raumgewicht der Wärme-dämmung

Kassettenwandaufbauten mit 130 mm dickenMineralfaserdämmplatten mit unterschiedlichemRaumgewicht, einerseits mit vertikaler Trapez-profilschale ohne Distanzkonstruktion und an -dererseits mit vertikaler Distanzkonstruktionund horizontaler Wellprofilschale, besitzen diefolgenden Eigenschaften:

Raumgewicht Rw [dB]

15 kg/m3 4055 kg/m3 43

Raumgewicht Rw [dB]

15 kg/m3 4355 kg/m3 42

Page 54: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

54

Die Ergebnisse zeigen, wie schon zuvor be-schrieben, keine Abhängigkeit von dem Dämm-stoffgewicht. Der Einfluss des Materials der Au -ßenschale ist jedoch erheblich. Bei Einsatz vonBauelementen aus Stahlblech können, bei sonstidentischer Konstruktion, um 3 bis 4 dB höhereSchalldämmmaße erzielt werden als mit Bauele -menten aus Aluminium. Angesichts des logarith -mischen Maßstabes des Schalldruckpegels ist eineErhöhung des Schalldämmwertes um 3 dB gleich -zusetzen mit einer Halbierung der Anzahl derSchallquellen.

5.2.2 Wandkonstruktionen – Schallabsorption

5.2.2.1 KassettenwändeDie Schallabsorptionsfähigkeit einer norma-

len Kassettenwand, ohne Akustiklochung, istsehr gering. Der Schallabsorptionsgrad liegt hierzwi schen 0 und 0,3. Zur Verbesserung der Schall -absorptionsfähigkeit werden daher Kassettenpro -file mit Lochung angeboten. Dies führt jedochgleichzeitig zu einer Verschlechterung der Schall -dämmeigenschaften der Konstruktion.

Bei Akustik-Kassettenwänden muss wegender Lochung der Kassetten die Dichtheit derWand durch den Einbau einer Dampfsperre her -gestellt werden. Diese Dampfsperre muss beiWän den zwischen Schallschluckplatte und Wär -

me dämmung angeordnet sein. Die Dampfsperrewird kassettenweise eingebaut und an den Kas-settenstegen befestigt. Hierdurch wird verhin-dert, dass die Dampfsperre vom warmen Innen -bereich in den kalten Außenbereich geführt wird,da dies zu bauphysikalischen Problemen führenkönnte. An den Stößen der Kassetten ist daraufzu achten, dass die Dampfsperre in horizontalerund vertikaler Richtung durchgehend ausgebildetwird.

Im Folgenden werden die Eigenschaften vonKassetten mit einem maximalen und einem mini -malen Lochanteil aufgeführt, um den Einflussdieses Parameters darzustellen. Die verschiede-nen Einflussgrößen werden im Folgenden nähererläutert.

5.2.2.1.1 KassettenhöheBei Volldämmung der Kassetten (jeweils mit

30 mm glasvlieskaschierter Mineralfaserplatte hin -ter der Lochung) und einem Lochanteil von 14%,erzielt man für Kassettenhöhen von 100 mm,130 mm und 160 mm (Typ 4 a, 5 a, 6 a) diein Abb. 5.5 dargestellten Schallabsorptions -kurven.

Die Kurven zeigen einen sehr ähnlichen Ver -lauf. Lediglich im Bereich von ca. 250 Hz undüber 1.000 Hz gibt es geringe Unterschiede.

5.2.2.1.2 Einfluss des LochanteilsEine Variation der Kassettenhöhe ergibt die

unten angegebenen bewerteten Schalldämm-maße sowohl für einen geringen Lochanteil von14% an der Kassettenfläche als auch für einenLochanteil von 28%.

Dokumentation 588

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20Wandtyp 4 aWandtyp 5 aWandtyp 6 a

Abb. 5.5: Einfluss der Kassettenhöhe auf den Schall -absorptionsgrad αs bei Kassettenwänden

Gesamt- Lochanteil Rw ΔRwDämmschichtdicke [dB] [dB]

Ungelocht 40100 mm

14% 35 5

Ungelocht 43130 mm

28% 36 7

Ungelocht 44160 mm

14% 39 5

Ein Lochanteil von 14% bewirkt eine Ab-senkung des bewerteten Schalldämmmaßes umca. 5 dB gegenüber einer ungelochten Kassette.Ein Lochanteil von 28% führt schon zu einer

Page 55: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

55

Schallschutz im Stahlleichtbau

Verringerung von ca. 7 dB. Die Steigerung desSchalldämmmaßes Rw in Abhängigkeit von derDämmstoffdicke ist ähnlich der bei ungelochtenProfilen, eine Erhöhung von 100 mm auf 160 mmbringt in beiden Fällen einen Gewinn von 4 dB.

Die Werte für die Schallabsorption für Kas-setten von 130 mm Höhe mit einem Lochanteilvon 14% (Wandtyp 5 a) bzw. 28% (Wandtyp 5 b)können der Abb. 5.6 entnommen werden.

Bei Kassettenwänden hat der Lochanteil indem auf dem Markt erhältlichen Bereich von 14%bis 28% keinen nennenswerten Einfluss auf dieSchallabsorptionsfähigkeit der Wand.

5.2.2.1.3 Eigengewicht der DämmungAn Kassettenwänden mit einer Kassetten-

höhe von 130 mm und einem Lochanteil von28 % wird der Einfluss des Dämmstoffeigenge-wichts verdeutlicht. Hierzu wird ein Aufbau miteiner Dämmung mit hohem Raumgewicht einemAufbau mit einer Dämmung mit geringem Raum -gewicht gegenübergestellt (100 mm mit RG =55 kg/m3/15 kg/m3 und 30 mm Akustikplatte mitRG = 50 kg/m3/20 kg/m3) (Typ 5 b, 5 d). Außer-dem wird gezeigt, ob für die Schallabsorptions-fähigkeit das Gewicht der Dämmung insgesamt(siehe Wandtyp 5b – schwere Dämmung, 5d –leichte Dämmung), das der überwiegendenWand dämmung (100 mm mit RG = 15 kg/m3,bei einer Schallschluckplatte mit RG = 50 kg/m3)(Typ 5 e) oder nur das der Schallschluckplattevon Be deu tung ist (Wärmedämmung 100 mmmit RG = 55 kg/m3, Schallschluckplatte RG =20 kg/m3) (Typ 5 f).

Abb. 5.7 zeigt, dass im Frequenzbereich bis300 Hz mit einer leichteren Dämmung eine deut -liche Verbesserung des Schallabsorptionsgradeszu erreichen ist. Ein Δαs von 0,25 ist erzielbar.

Die Kurvenverläufe zeigen, dass schon alleinein kleineres Raumgewicht der Schallschluck-platte eine deutliche Erhöhung von αs im unterenFrequenzbereich bis 150 Hz bewirkt (Typ 5 f).Eine ähnliche Schallabsorption kann nach denMessergebnissen auch mit einer leichten Däm-mung in 100 mm Dicke bei Verlusten im nieder -frequenten Bereich erzielt werden (Typ 5 e).

Bei einer Akustik-Kassettenwand ist je nachRahmenbedingung zwischen den Anforderungenfür Schalldämmung und Schallabsorption abzu-wägen. Ein hohes Raumgewicht der Dämmungist für die Schalldämmeigenschaften positiv, fürdie Schallabsorption ist der Einfluss je nach Fre-quenzbereich unterschiedlich.

5.2.2.1.4 Lage der DampfsperreDen Einfluss der Lage der Dampfsperre zeigt

Abb. 5.8. Bei Wandtyp 5 c liegt die Dampfsperredirekt hinter der Kassettenlochung. Bei Wand-typ 5 b liegt die Dampfsperre wie bei allen an-deren Wandaufbauten zwischen Schallschluck-platte und Wärmedämmung.

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20 Wandtyp 5 aWandtyp 5 b

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20

Wandtyp 5 bWandtyp 5 dWandtyp 5 eWandtyp 5 f

Abb. 5.6: Einfluss des Lochanteils von Akustikprofilen aufden Schallabsorptionsgrad αs bei Kassettenwänden

Abb. 5.7: Einfluss des Eigengewichts der Dämmung aufden Schallabsorptionsgrad αs bei Kassettenwänden

Page 56: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

56

Ab ca. 300 Hz zeigt der Kurvenverlauf, dassdurch die Dampfsperre hinter der Lochung Ver-schlechterungen der Schallabsorptionsfähigkeitum Δαs von 0,1 bis 0,3 eintreten. Dieser Einbauder Dampfsperre ist bauakustisch gesehen falsch.Die auftreffenden Schallwellen werden an derDampfsperrfolie reflektiert und können nicht indem erforderlichen Maße in der Mineralwolldäm -mung abgebaut werden. Die gewünschte schall -technische Leistung kann wegen der falschenDampfsperrlage nicht voll erreicht werden.

5.2.3 Dachkonstruktionen – Schalldämmung

5.2.3.1 Einschalige, ungedämmte Stahltrapezprofildächer – Dachdeckung

Gemäß VDI-Richtlinie 2571 erreicht eineDachdeckung mit einer Blechdicke von 1 mmund einem Flächengewicht von 11 kg/m2 einbewertetes Schalldämmmaß von

R’w = 25 dB.

5.2.3.2 Einschaliges, oberseitig wärmegedämmtes Stahltrapezprofildach

Die folgenden Dachaufbauten bestehen, so -weit im Folgenden nichts anderes ausgeführt ist,jeweils aus einem tragenden Stahltrapezprofil mitaufliegender Dampfsperrfolie, 120 mm Wärme-dämmung und einer Dichtungsbahn aus PVC-Folie in einer Dicke von 1,5 mm.

5.2.3.2.1 Art der Wärmedämmung Die folgenden Ergebnisse gelten für Dachauf -

bauten mit tragenden Trapezprofilen verschie-dener Profilhöhe und einer Mineralfaserdäm-mung mit einem Raumgewicht von 140 kg/m3

bzw. einer Polystyroldämmung mit einem Raum -gewicht von 20 kg/m3, PS 20 SE.

Die Wahl des Dämmstoffes erbringt beiVerwendung von Mineralfaserprodukten eineVerbesserung von bis zu 6 dB gegenüber Poly-styrol, unter Berücksichtigung der geprüftenRaumgewichte. Dies bedeutet wiederum, dassmit einer Mineralfaserdämmung, bei sonstgleicher Konstruktion, die rechnerische Anzahlder Schallquellen auf ein Viertel und die gehörteLautstärke um ca. die Hälfte reduziert werdenkann.

5.2.3.2.2 Einfluss der DampfsperreAlle zuvor beschriebenen Dachkonstruktio-

nen besaßen eine Dampfsperre aus PE-Folie ineiner Dicke von 0,25 mm. Bei dem folgendenDachaufbau ist die PE-Folie durch eine Bitumen -schweißbahn (G200 S4 Al 01) ersetzt worden.

Allein durch die Verwendung von Bitumen -schweißbahnen und die damit verbundene Er-höhung der Masse kann die Schallabsorptionsfä-higkeit einer Dachkonstruktion deutlich gestei-gert werden. Im vorliegenden Fall lässt sich derRw-Wert um 4 dB verbessern.

5.2.3.3 Zweischaliges, nicht belüftetes,wärmegedämmtes Stahltrapezprofildach

Die folgenden Ergebnisse gelten für Dachauf -bauten, bestehend aus einem tragenden Stahl -tra pezprofil mit 160 mm Profilhöhe, 120 mmMine ralfaserdämmung und einer Stahltrapez -außenschale mit 35 mm Höhe auf Z-Profilen.

Dokumentation 588

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20 Wandtyp 5 bWandtyp 5 c

Abb. 5.8: Einfluss der Lage der Dampfsperre auf denSchallabsorptionsgrad αs bei Kassettenwänden

Dämmschicht Rw [dB]

Mineralfaser 37–39Polystyrol 31–34

Dampfsperre Rw

PE-Folie 37 dBG200 S4 Al 01 41 dB

Page 57: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

57

Schallschutz im Stahlleichtbau

5.2.3.3.1 Raumgewicht der Wärmedämmung

Eine Variation des Dämmstoffeigenge-wichts mit Mineralfaserdämmungen mit einemRaumgewicht von 30 kg/m3 und 50 kg/m3 hatkeinen Einfluss auf die Schalldämmeigenschaf-ten der Konstruktion.

5.2.4 Dachkonstruktionen – Schallabsorption

Zur Verbesserung der Schallabsorptionsfähig -keit werden wie die Kassettenprofile auch dieTrapezprofile mit Lochung angeboten. Die fol-genden Werte gelten für Trapezprofile mit denam Markt erhältlichen maximalen und mini-malen Lochanteilen.

5.2.4.1 Einschaliges, oberseitig wärme -gedämmtes Akustik-Stahltrapezprofildach

Die bewerteten Dachaufbauten bestehen, so -weit im Folgenden nichts anderes ausgeführt ist,jeweils aus einem tragenden Stahltrapezprofil mit160 mm Höhe mit aufliegender Dampfsperr folie,120 mm Wärmedämmung und einer Dichtungs-bahn aus PVC-Folie in einer Dicke von 1,5 mm.In die Gurte sind vlieskaschierte Schallschluck-elemente mit einem Raumgewicht von 20 kg/m3

eingelegt.An Profilen mit einer Trapezprofilhöhe von

135 mm wird im Folgenden der Einfluss des Loch -anteils bei unterschiedlichen Wärmedämmungendargestellt. Bei diesen Profilen sind die Stege ge -locht. Die Lochung wird zum Zwecke der Schall -absorption mit vlieskaschierten Mineralfaser-dämmstreifen hinterlegt. Die Trapezprofile be-sitzen einen marktüblichen minimalen (14%)und maximalen (19%) Lochanteil.

5.2.4.1.1 Einfluss des Lochanteils auf die Schalldämmung

Die Lochung führt wie bei Wandkonstruk-tionen zu einer Verschlechterung der Schall-dämmeigenschaften. Es ist zusätzlich eine Ab-hängigkeit vom verwendeten Dämmmaterialfestzustellen. Die Lochung bewirkt im Fall vonMineralfaserdämmung eine Absenkung des Rw-Wertes um 2 bis 3 dB, im Fall von Polystyrol hin -gegen um 6 dB. Hier wirkt sich aus, dass derdurch die Lochung und durch die Schallschluck -platte hindurchgehende, noch nicht absorbierte

Schallanteil von der Mineralfaserdämmung bes-ser absorbiert wird als von Polystyrol. Ein Ein-fluss der unterschiedlichen Lochanteile ist imGegensatz zur Wand bei den untersuchten Loch -bildern nicht vorhanden.

5.2.4.1.2 Art der Wärmedämmung Dargestellt sind die Schalldämmwerte so-

wohl für eine Mineralfaserdämmung mit RG =140 kg/m3 als auch für eine Polystyroldämmungmit RG = 20 kg/m3, PS 20 SE, für die o.a. Loch-anteile:

Die Wahl des Dämmstoffes erbringt bei Ver-wendung von Mineralfaserprodukten eine Ver-besserung von 8 bis 9 dB gegenüber Polystyrol,unter Berücksichtigung der geprüften Raumge -wichte. Dies zeigt, dass die Akustik-Dachaufbau -ten noch sensitiver gegenüber dem Dämmmate -rial sind als die ungelochten Konstruktionen, dienur einen Unterschied von 5 bis 6 dB erbringen.

5.2.4.1.3 Lochanteil und Art der Wärmedämmung

Konstruktionen mit Mineralfaserdämmungmit RG = 140 kg/m3 (Typ 4 M, 5 M) als auch mitPolystyroldämmung mit RG = 20 kg/m3, PS 20 SE(Typ 4 P, 5 P), sind in Abb. 5.9 aufgeführt. Typ 4besitzt 19% Lochanteil, Typ 5 besitzt 14% Loch-anteil.

Dämmschicht Rw [dB]

Mineralfaser 36–37Polystyrol 28

Raumgewicht Rw [dB]

30 kg/m3 4350 kg/m3 43

Lochanteil Rw ΔRw Dämmstoff[dB] [dB]

Ungelocht 39 Mineralfaser

14% 36 3 Mineralfaser

19% 37 2 Mineralfaser

Ungelocht 34 Polystyrol

14% 28 6 Polystyrol

19% 28 6 Polystyrol

Page 58: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

58

Der höhere Lochanteil verbessert den αs-Wert ab einer Frequenz von 500 Hz um ca. 0,2.Dieser Effekt ist unabhängig vom verwendetenDämmmaterial. Auf den niederfrequenten Bereichhat der Lochanteil keinen Einfluss. Bei Trapez-profilen in Dachkonstruktionen hat die Variationdes Lochanteils somit einen größeren Einflussals bei Akustik-Kassettenprofilen.

Die Verwendung von Mineralfaser anstellevon Polystyrol macht sich in der Schallabsorp-tionskurve nur geringfügig bemerkbar. Mit Mine -ralfaser ist αs um maximal 0,1 zu verbessern, beisonst gleichen Bedingungen. Dies ist darin be-gründet, dass die Absorption durch die in dieGurte eingelegten Mineralfaser-Schallschluckele -mente erfolgt und nur der dann noch nicht ab-sorbierte Anteil des Schalls, der auf die Dach-dämmung trifft, von dieser entweder reflektiertoder weiter absorbiert wird.

5.2.4.1.4 Einfluss der Dampfsperre Der Dachaufbau entspricht dem zuvor be-

schriebenen Typ 4 M unter Verwendung einerBitumenschweißbahn (G200 S4 Al 01 – Typ6 M) anstelle einer PE-Folie.

Die Bitumenschweißbahn verschlechtertdie Schallabsorption bis zu einer Frequenz vonca. 1.500 Hz um bis zu αs = 0,2. Die Bitumen -schweiß bahn bildet in diesem Aufbau eineschwere und starre Schallreflexionsschicht überden Gurten, so dass der weitere Dachaufbau mitder darüber liegenden Dämmung keinen weite-ren Schall absorbieren kann (Abb. 5.10).

5.2.5 Sandwichelemente

Das Schalldämmvermögen einer Konstruk-tion verbessert sich mit zunehmendem Eigenge -wicht. Da Sandwichelemente schalltechnisch ge -sehen wie einschalige Bauteile wirken, hat dieDicke eines Sandwichelementes keinen Einflussauf das Schalldämmmaß. Wegen des geringenEigengewichts von PUR-Schaum besitzen allePUR-Sandwichelemente somit einheitlich ein be -wertetes Schalldämmmaß von R’w = 25–26 dB.Dies ist durch Messungen nachgewiesen worden.Dieser Wert liegt, bezogen auf das Flächenge-wicht und verglichen mit anderen Bauelementen,recht günstig und ist für den Einsatz im Industrie -bau im Allgemeinen ausreichend. Sandwichele-mente mit Mineralwollkern besitzen wegen deshöheren Eigengewichts der Mineralwolle und so -mit wegen des höheren Flächengewichtes desgesamten Elementes ein bewertetes Schalldämm -maß von R’w = 28–33 dB. Bei den Prüfergebnis-sen für Sandwichelemente ist darauf zu achten,in welchem Prüfstand das Element geprüft wor-den ist. Vorgeschrieben ist ein Wandprüfstand(ca. 10 m2). Prüfungen an Fensterprüf ständen(ca. 2–3 m2) mit einer reduzierten Größe desPrüflings führen zu Ergebnissen mit zu gutenSchalldämmwerten, die nicht realistisch sind.

Dokumentation 588

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20

Dachtyp 4 MDachtyp 4 PDachtyp 5 MDachtyp 5 P

Abb. 5.9: Einfluss des Lochanteils und der Art der Dämmung auf den Schallabsorptionsgrad αs bei Dach -konstruktionen

100

Frequenz [Hz]

Scha

llabs

orpt

ions

grad

αs

0,00

1,00

160125 200

250315

400500

630800

1.0001.250

1.6002.000

2.5003.150

4.0005.000

0,80

0,60

0,40

0,20 Dachtyp 4 MDachtyp 6 M

Abb. 5.10: Einfluss der Art der Dampfsperre auf denSchallabsorptionsgrad αs bei Dachkonstruktionen

Page 59: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

59

Schallschutz im Stahlleichtbau

5.2.6 Schlussbemerkung

Konstruktionen des Stahlleichtbaus besitzeneine große Variationsbreite, um die spezifischenschalltechnischen Anforderungen, die an einGebäude gestellt werden, zu erfüllen. Ein Schall -dämmmaß von 25 dB bis 57 dB ist erzielbar.Die Schallabsorptionsfähigkeit der entsprechendoptimierten Konstruktionen liegt in der Regelzwischen einem αs von 0,6 bis 0,9.

Die in diesem Beitrag vorgestellten schall -tech nischen Werte resultieren aus einem kom-plexen Zusammenspiel der einzelnen Bauteil-komponenten. Bei Variation mehrerer Parameterkann eine Konstruktion neue Eigenschaften er-halten, die sich aus den angeführten Abhängig-keiten nicht ableiten lassen. Für ein detaillierte-res Studium der schalltechnischen Eigenschaf-ten der Stahlleichtbaukonstruktionen einschließ-lich der konstruktiven Aufbauten und Messkur -venverläufe sei hier auf die IFBS-Fachinforma-tion 4.06, Bauphysik, Schallschutz im Stahl-leichtbau, verwiesen.

5.3 Literatur

Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umweltein-wirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräu-sche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge(Bundes-Immissionsschutzgesetz – BImSchG), inder Fassung vom 14.05.1990 (BGBl. I S. 880),zuletzt geändert durch Gesetz vom 10.12.1990(BGBl. I S. 2634)

Sechste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zumBundes-Immissionsschutzgesetz, Technische An-leitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) vom26.08.98 (Gemeinsames Ministerialblatt 1998,Nr. 26, Seite 503 ff.)

IFBS 4.06, Bauphysik, Schallschutz im Stahlleichtbau,Ausgabe August 2003

VDI 2571, Ausgabe August 1976, „Schallabstrahlung von Industriebauten“

VDI 2570, Ausgabe September 1980, „Lärmminderung in Betrieben – allgemeineGrundlagen“

DIN EN ISO 717-1, „Bewertung der Schalldämmung in Gebäudenund von Bauteilen, Teil 1: Luftschalldämmung“,Deutsche Fassung ISO 717-1: 1996

Page 60: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

60

6.1 Grundlagen für das Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

6.1.1 Besonderheiten leichter Baukonstruktionen

Abweichend von den im Holz-, Massiv- oderallgemeinen Stahlhochbau bekannten Verhaltens-weisen von Baustoffen und Bauteilen sind beiLeichtbaukonstruktionen einige Besonderheitengegeben, deren Beachtung bei der Konstruktionund Ausführung maßgebend für ihre zuverläs-sige Funktion ist.

Eine der Besonderheiten ist die Tendenzdünnwandiger Bauteile zu großen Verformun-gen, die insbesondere auch quer zu ihrer Trag-richtung auftreten können. Daher kommt demErhalt der Querschnittsgeometrie unter Last einezentrale Bedeutung zu.

Des Weiteren verfügen Leichtbauelementeüber keine eigenen thermischen Kapazitäten,können also weder Wärme speichern noch diesespäter wieder abgeben. Sie sind auch nicht alsFeuchtepuffer wirksam.

Schließlich verfügen sie über ein vergleichs-weise geringes Schalldämmvermögen.

Diese zunächst als Nachteile hervortreten-den Eigenschaften sind jedoch durch überlegteKonstruktionen beherrschbar.

6.1.2 Nachweise für dünnwandige Bauelemente

Aufgrund der oben genannten Besonderhei -ten sind zur Bemessung und Detaillierung leichterBaukonstruktionen außer den Tragsicherheits -nachweisen grundsätzlich auch die Gebrauchs -tauglichkeitsnachweise für die einzelnen Bau-komponenten zu führen (Abb. 6.1).

Die Nachweise für die Tragsicherheit derKonstruktion beinhalten Aussagen über dieStandsicherheit der tragenden Bauteile sowiedie Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeitder eingesetzten Baustoffe.

Demgegenüber beschäftigen sich die Nach-weise für die Gebrauchstauglichkeit mit den For-derungen an den Wärme- und Feuchteschutzund je nach Nutzung des Gebäudes auch mitden Anforderungen an den Brand- und denSchallschutz. Schließlich gehört zur Gebrauchs -tauglichkeit eines Gebäudes auch ein anspre-chendes optisches Erscheinungsbild, weswegender Gestaltung sichtbarer Baukomponenteneinige Bedeutung zukommt.

6.1.3 Bezeichnungen an Leichtbauteilen aus Stahl

Die Bezeichnungen für die einzelnen Profil-abschnitte von Leichtbauteilen aus Stahl lehnensich naturgemäß an die in DIN 18800 für denallgemeinen Stahlhochbau vorgegebenen Be-zeichnungen an (Abb. 6.2 und 6.3). So sprichtman auch bei Stahltrapezprofilen und Stahlkas-settenprofilen von Ober- und Untergurten so-wie Stegen. Als Sicken bezeichnet man die inOber- und Untergurten sowie Stegen zur Erhö-hung der Tragsicherheit des Querschnitts einge-prägten längs verlaufenden Vertiefungen oderVersätze. Entsprechend sind die Bezeichnungenbei Sandwichelementen, wobei sich diese dannjeweils auf die Deckschalen beziehen – Beispiel:Ober- oder Untergurt und Steg der Stahltrapez-profilierten Deckschale eines Dach-Sandwich-elementes.

Schließlich wird die Lage der Trapezprofileaus Stahl (Abb. 6.4) als Positivlage bezeichnet,wenn die Längsstöße der Profiltafeln direkt überdem Auflager liegen. Demgegenüber sprichtman von Negativlage, wenn die Profiltafeln z.B.als Deckung verwendet werden und die Längs-

Dokumentation 588

6 Konstruieren mit StahlleichtbauelementenDipl.-Ing. Hans Pöter

Abb. 6.1: Nachweise für dünnwandige Bauelemente

Festigkeit, StandfestigkeitTragsicherheit

Korrosionsbeständigkeit

Wärmeschutz

Feuchteschutz

Gebrauchstauglichkeit Brandschutz

Schallschutz

Gestaltung

Page 61: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

61

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

stöße nicht direkt über den Auflagern liegen.In der Regel werden die Stahltrapezprofile soals Eindeckung verwendet.

Diese Definition unterscheidet sich grund-legend von der, die bei Trapezprofilen aus Alu -minium angewendet wird, hier sind die Lage -bezeichnungen genau umgekehrt.

6.1.4 Allgemeine Fachregeln – Stand der Technik

Als Grundlage für die Konstruktion vonLeichtbauelementen aus Stahl dienen Normen,Richtlinien und Veröffentlichungen, wovon diewichtigsten hier genannt werden.

DIN-Normen: • DIN 18807 Teil 1–3Trapezprofile im Hochbau, Stahltrapezprofile

• DIN 18516 Teil 1Außenwandbekleidungen, hinterlüftet

• DIN 18234Baulicher Brandschutz im Industriebau,Dachkonstruktionen

• DIN 55928 Teil 8Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Be-schichtungen und Überzüge, Korrosionsschutzvon tragenden dünnwandigen Bauteilen

• DIN 4108 Teil 1–7Wärmeschutz im Hochbau

• DASt-Richtlinie 016Bemessung und konstruktive Gestaltung vonTragwerken aus dünnwandigen kaltgeform-ten Bauteilen.

Regeln für Sandwichelemente:• DIBt, Berlin Bauaufsichtliche Zulassungsbescheide desDeutschen Instituts für Bautechnik für ver-schiedene Hersteller

• DIN EN 14509 Selbst tragende Sandwich-Dämmplatten mitbeidseitiger Metalldeckschicht.

Richtlinien:• Industrieverband für Bausysteme im Stahl-leichtbau e.V.

• Deutsches Dachdeckerhandwerk – Flachdach-richtlinien

• Fachregeln des Klempner-Handwerks (ZVSHK)

Dokumentationen und Merkblätter:• Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf

Technische Informationen:• Schriften namhafter Hersteller

ObergurtProf

ilhöh

e h

Untergurt

Rippenbreite bR

Baubreite bElementbreite

Steg

Obergurtsicke Stegsicke oderStegversatz

EbenerLängsrand

AbgekanteterLängsrand

Abb. 6.2: Bezeichnungen an Trapezprofilen nach DIN 18807-1

Abb. 6.4: Bezeichnung der Lage von Trapezprofil querschnitten

Abb. 6.3: Bezeichnungen an Kassettenprofilen nach DIN 18807-1

ObergurtProf

ilhöh

e h

UntergurtsickeUntergurt

Stahl

Negativ-lage

Positiv-lage

Alu

Positiv-lage

Nicht möglich

Baubreite bElementbreite

Steg

Stegsicke oderStegversatz

Page 62: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

62

6.2 Konstruktion zur Erfüllung der Tragsicherheit

6.2.1 Forderungen an Konstruktion und Statik

Alle Nachweise für die Tragsicherheit derKonstruktion sowie deren Detaillierung müssengrundsätzlich projektbezogen sein mit ausdrück-licher Anpassung an die jeweils vorhandenenVerhältnisse. Neben den statischen Nachweisensind Konstruktionspläne – Verlegepläne undDetails – vorzulegen, in denen alle Montagevor-gänge enthalten und verständlich dargestelltsind. Hierzu gehören insbesondere auch dieAuswahl und Lage der Verbindungselemente(Abb. 6.5) sowie der einzusetzenden Dichtele-mente (Gebrauchstauglichkeit).

6.2.2 Lastannahmen

Aufgrund des geringen Eigengewichtes vonLeichtkonstruktionen gewinnen die eingepräg-ten Lasten Wind, Schnee und Temperaturdiffe-renzen (Abb. 6.6) – anders als bei den herkömm-lichen Bauweisen, z.B. dem Massivbau – spür-bar an Bedeutung. Neben den anzusetzendenSchneelasten können Schneeanhäufungen dasTrag- und Verformungsverhalten der Leichtbau-elemente maßgebend beeinflussen. Das gilt ins-besondere auch für den Lastfall Temperatur,der beim Einsatz von Sandwichelementen fürdie Bemessung bestimmend sein kann. Darüber

hinaus sind für die Bemessung der Verbindungs -elemente in den Gebäudeeck- und Randberei-chen die erhöhten Windsoglasten bemessungs-bestimmend. Die Möglichkeit der Wassersack-bildung sollte konstruktiv ganz vermieden wer-den. Zusatzlasten aus• Zwischendecken• Rohrabhängungen• Sanitäranlagen• Heizlüftern• Beleuchtungen• Kabeltrassen und anderemsind vorab mit dem Planer abzustimmen undbei der Bemessung zu berücksichtigen.

Nicht zuletzt ist darauf zu achten, dass dievon den jeweiligen Herstellern für ihre Produkteveröffentlichte Begehbarkeitsgrenze (Abb. 6.7)bei der Eindeckung mit Stahltrapezprofilen ein-gehalten wird. Dies gilt im Hinblick auf die Er -füllung der Gebrauchstauglichkeit ausdrücklichauch für die Deckschale zweischaliger Metall -dächer.

6.2.3 Konstruktionsdetails nach DIN 18807-3

Die Tragsicherheit von dünnwandigen Bau-teilen – z.B. von Stahltrapezprofilen – hängtdirekt ab vom Erhalt der jeweiligen Quer-schnittsgeometrie. Jede Veränderung der Quer-schnittsgeometrie beeinflusst das Tragverhaltendes Bauteils.

Da bei dünnwandigen Profilen nur die „mit-tragenden Breiten“ – das heißt die Biegschulternund die durch Sicken oder Versätze ausgesteif-ten Gurt- und Stegpartien (Abb. 6.8) – zum Last-abtrag direkt beitragen, dürfen diese Stellen nichtdurch Ausschnitte oder Bohrungen ohne zusätz-liche aussteifende Maßnahmen geschwächtwerden. Bohrungen für Abhängungen werdenalso nicht in Ober- oder Untergurten einge-bracht, sondern in Stegmitte.

Zum andern haben seitlich ungestützte Rip-pen von Stahltrapezprofilen unter Last die Nei-

Dokumentation 588

• Eigenlasten nach DIN 1055-1

• Schneelast nach DIN 1055-5

• Windlast nach DIN 1055-4

• Temperatur nach DIN 18807-3

• Wassersackbildung nach DIN 18807-3

Abb. 6.5: Kassettenwand – Befestigungsschema für dieAußenschale (Quelle: Bauen mit Stahl e.V.)

Abb. 6.6: Lastannahmen

Page 63: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

63

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

gung, seitlich auszuweichen und dabei flacherzu werden. Mit dem Abfall der Rippenhöhe wirdaber das Trag- und Verformungsverhalten desProfils (Abb. 6.9) überproportional negativ be-einflusst. Deshalb kommt der Sicherung desQuerschnittserhalts von Leichtbauprofilen einezentrale Bedeutung zu.

In DIN 18807 Teil 3 sind zahlreiche Hin-weise und Skizzen enthalten, die alle dazu die-nen, die Querschnittsgeometrie von Stahltrapez -profilen, Stahlkassettenprofilen und Wellelemen-ten unter Lastabtrag zu erhalten.

Abb. 6.7: Bemessungstabelle mit Angabe der Grenzstützweite (Quelle: Hoesch Siegerlandwerke)

Abb. 6.8: 1. Kraftübertragung unter Biegung über die „mittragenden Breiten“2. Anordnung von Abhängungen in Stegmitte – „neutrale Faser“

Abb. 6.9: Überdurchschnittlicher Abfall des Tragvermögensinfolge Abflachung der Querschnittsgeometrie am Trapezprofil

1. 2.

W = W (q, L, l)

h3 = 64 cm3 h3 = 27 cm3

h = 3 cmh = 4 cm

Page 64: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

64

Dokumentation 588

Abb. 6.10: Befestigung und Längsrandausbildung nach DIN 18807-3

Abb. 6.11: Randaussteifung nach DIN 18807-3 mit nach unten gerichteter Abkantung

Abb. 6.12: Biegesteifer Stoß nach DIN 18807-3

1 2

eL

1 Profiltafel

2 Verbindungs-elementeL ≤ 666 mm

≥ 30 mm

≥ 20 mm > 3 d

tN ≥ 1,0 mm

eR ≤ 333 mm

Dicht-band

Randaussteifung durch Randaussteifungsblech

≥ 4 d ≥ 40 mm ≤ 10 d

≥ 4 d ≥ 40 mm ≤ 10 d

Page 65: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

65

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

Das beginnt mit der Sicherung am Auflager,die bei Stahltrapezprofilen an den Endauflagernan jedem Untergurt erfolgt (Abb. 6.10). An denInnenauflagern kann die Befestigung je nachLastaufkommen auch in jedem zweiten Unter-gurt durchgeführt werden. Dann folgt die Siche-rung der Längsrandüberlappungen von Stahltra -pezprofilen im Abstand von e ≤ 666 mm und fürStahlkassettenprofile im Abstand von e ≤ 800 mmbei Verlegung als tragende Dachunterschale unde ≤ 1.000 mm als tragende Wandinnenschale.Wellelemente werden wie Stahltrapezprofilebehandelt.

Am Rande von Verlegeflächen sind diefreien Längsränder von Stahltrapezprofilen undWellelementen ebenfalls gegen seitliches Aus-weichen zu sichern. Dies geschieht z.B. durchLagerung und Befestigung auf Randträgern imAbstand von e ≤ 666 mm. Wo keine Randauf -lagen zur Verfügung stehen, können einfachedünnwandige Randaussteifungswinkel angeord -net werden, die mit den beiden Randobergurtender Stahltrapezprofile im Abstand von e ≤ 333 mmverbunden werden. Der abgekantete Schenkeldes Randaussteifungswinkels (Abb. 6.11) kanndabei sowohl nach oben als auch nach untenweisen.

Zur besseren Ausnutzung des Tragverhaltensvon Stahltrapezprofilen können diese zu Mehr-feldträgern zusammengefügt werden. Die Kopp-lung erfolgt in Form eines biegesteifen Stoßesjeweils über einem Auflager (Abb. 6.12). EineKopplung im Feld ist nicht erlaubt. Ebenso istdie Ausbildung eines biegesteifen Stoßes beiStahlkassettenprofilen nicht möglich.

Öffnungen für Rohrdurchführungen (Abb.6.13 und 6.14) dürfen in eine tragende (nichtdurch zusätzliche Wechsel ausgesteifte) Schaleaus Stahltrapezprofilen in runder oder eckigerForm eingebracht werden, wenn ihr Durchmes-ser nicht größer ist als D = 300 mm und wennder Ausschnitt im Stahltrapezprofil mit einemVersteifungsblech verstärkt wird. Das Ver -steifungs blech hat eine Mindestdicke von min.t = 1,5 · tN und ist so breit ausgelegt, dass esnach jeder Seite zwei ungeschädigte Stege vonStahltrapezprofilrippen überdeckt. Es wird um-laufend und im Abstand von e < 120 mm mitden Obergurten der überdeckten Rippen ver-bunden.

Abb. 6.13: Öffnung in der Verlegefläche nach DIN 18807-3

Abb. 6.14: Öffnung in der Verlegefläche nach DIN 18807-3

3

6

4

5

2

1

tN, B

Schnitt A-A

AA

tN, TP

1 Trapezblech2 Abdeckblech mindestens 600 mm x 600 mm,

mind. 1,13 mm dick (1.5 · tN, TP)3 Abdeckblech-Längsrand 4 Abdeckblech-Querrand5 Am Querrand 2 Verbindungselemente im Obergurt,

je eines neben jedem überdeckten Steg6 Verbindungselemente am Längsrand

Abstand: 120 mm

Page 66: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

66

Größere Öffnungen sind grundsätzlich mitstatisch nachgewiesenen Wechselprofilen(Abb. 6.15) zu versehen, deren Bemessung imAllgemeinen nach DASt-Richtlinie 016 erfolgenkann. Die Obergurte der Wechsel sollen denObergurt der Randrippe ganz überdecken undentlang ihrem Längsrand über eine Abkantungverfügen. Sie werden zur Sicherung in ihrerLage und gegen Gurtbeulen im Abstand vone ≤ 500 mm mit den von ihnen überdecktenStahltrapezprofilobergurten verbunden. Ist dieseVoraussetzung erfüllt – wenn also die Verfor-mung um eine erzwungene Drehachse erfolgt –,kann ein vereinfachter Nachweis mit Hilfe derTrägheits- und Widerstandsmomente um einedurch den Schwerpunkt gehende horizontaleAchse geführt werden.

6.2.4 Besonderheiten bei Stahlkassettenprofilen

Im Gegensatz zu Stahltrapezprofilen verfü-gen Kassetten (Abb. 6.16) über überbreite Unter -gurte und im Vergleich hierzu über schmaleObergurte. Hierdurch bedingt reduzieren sichdie kraftübertragenden Zonen auf die Stege,die stegnahen Bereiche der Untergurte und dieObergurte. Daraus folgt, dass die Befestigungder Kassetten auf der tragenden Unterkonstruk-tion in einem Abstand von nicht weiter alse ≤ 75 mm erfolgen darf.

Weitere Verbindungselemente am Auflagerdienen der Lagesicherung des Untergurtes amAuflager sowie der Komprimierung der an End-auflagern zur Herstellung der Luftdichtheit ein -gebauten Dichtbänder (Gebrauchstauglichkeit).

Dokumentation 588

Abb. 6.15: Auswechslung für eine großformatige Öffnung in der Verlegefläche

Abb. 6.16: Befestigung von Kassetten nach DIN 18807-3 (A1 – Änderung)

e < 500 mm

Profiltafel

Längsstoßdichtband

Statisch wirksame Verbindungs -elemente, e ≤ 75 mm

Konstruktive Verbindungselementenur im anliegenden Gurtteil

Dichtband beim Endauflager

Stüt

ze

e ≤ 75 mm

WS

WS

e

Page 67: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

67

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

Anders als Stahltrapezprofile entfalten Stahl -kassettenprofile ihre Tragsicherheit erst in Ver-bindung mit der Außenschale, die in der Regelaus Stahl trapezprofilen oder in Einzelfällen auchaus Wellelementen besteht. Diese sind in denfür jeden Kassettentyp festgelegten Abständenkontinuierlich mit den Obergurten der Kassettenverbunden. Werden die Elemente der Außen-schale horizontal verlegt, so wird auf den Ober-gurten der Kassetten zunächst eine Distanzkon-struktion aus Z-, C- oder Hutprofilen (Abb. 6.17)angeordnet, die ihrerseits die Aussteifung derKassettenobergurte übernehmen. Dementspre-chend müssen die Abstände der Distanzprofilein Anlehnung an die Angaben in den Tabellender Querschnitts- und Bemessungswerte statischnachgewiesen werden. Sie fallen in der Regelgeringer aus als die zulässigen Spannweiten derProfile der Außenschale.

6.2.5 Besonderheiten bei Sandwichelementen

Zunächst ist darauf zu achten, dass Lastenaller Art – z.B. aus abgehängten Decken, Lüf-tern, Rohrleitungen und Kabeltrassen – nichtdurch Einzelverschraubung in die Deckschalender Sandwichelemente eingeleitet werden dür-fen. Des Weiteren tritt bei Sandwichelementen,die als Mehrfeldträger verlegt werden, der Last-fall Temperaturdifferenzen in den Vordergrund.Aufgrund der Trennung zwischen der äußerenund der inneren Deckschale durch den Dämm-kern kommt es bei Erwärmung der äußerenDeckschale unter Sonneneinstrahlung zu derenLängenausdehnung. Bei unterschiedlichen Tem-peraturen zwischen innen und außen führt diesbeim Einfeldträger zu einer von inneren Kräf-ten freien Längskrümmung des Elementes nachaußen.

Wird das Element als Mehrfeldträger verlegtund damit die Verformung jeweils am Zwischen-auflager durch die Befestigung verhindert (Abb.6.18), entstehen Zwängungskräfte, die zu erhöh-ten Druckspannungen in der der Erwärmungzugewandten Deckschale am Auflager führen.Übersteigt die Druckspannung das Niveau der„Knitterspannung“, kommt es zum Ausbeulen –„Knittern“ – der Deckschale in Elementquer-richtung. Die Gefahr ist umso größer, je dunk-ler die Farbe der Außenschale ist und je höherdamit die Temperatur in der Außenschale wird.Deshalb sind für als Mehrfeldträger verlegteSandwichelemente die statischen Nachweisegrundsätzlich auch für die Lastfälle „Tempera-tur im Sommer und Temperatur im Winter“ zuführen, wobei je nach Farbe der Außenschale

drei Farbgruppen und damit drei unterschied-lich hohe Außentemperaturen (Abb. 6.19) zuberücksichtigen sind.

Abb. 6.17: Distanzkonstruktion auf Kassettenprofilen zur Aufnahme der Außenschale

Abb. 6.18: Zwängungen am Sandwichelement infolgeTemperaturverformung

Abb. 6.19: Temperaturlastfall bei Sandwichelementen

= 0

= 0

Außen Innen

Sommer Winter

AußenFG I: 55 °CFG II: 65 °CFG III: 80 °C

Innen25 °C

Außen–20 °C

Innen+20 °C

Page 68: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

68

6.2.6 Verbindungselemente

Als Verbindungselemente kommen Schrau-ben, Setzbolzen und Niete zur Anwendung(Abb. 6.20 und 6.21). Die Bemessung und ihreEinsatzmöglichkeiten sind in dem vom DIBt er-lassenen und in der IFBS-Info 7.01 veröffentlich-ten bauaufsichtlichen Zulassungsbescheid gere-gelt. Besondere Beachtung ist dabei dem Ein-fluss von Außermitten zu widmen und den sichdaraus ergebenden Abminderungen der zulässi -gen Auszugskräfte. Aufgrund der „Weichheit“der Querschnitte von Trapez-, Well- und Stahl-kassettenprofilen dürfen am Auflager statischerforderliche Verbindungselemente, die die Zahlzwei übersteigen, nur in Elementlängsrichtungeingebracht werden. Bei einer Anordnung zwi-schen den beiden stegnahen Mindestbefestigun-gen bleiben sie in ihrer Funktion wirkungslos(Abb. 6.22).

Bei schwach profilierten Sandwichelemen-ten ist die Besonderheit zu beachten, dass dieAnzahl der Befestigungselemente (in der Regelbei mehr als drei Verbindungselementen) die Be-messungsgrenzwerte für die Knitterspannungenbeeinflusst. Da die Art der Befestigung und dieAnzahl der Verbindungselemente in den Nach-weis der Sandwichelemente selbst mit eingehen,dürfen in den Verlegeplänen nur diejenigenVerbindungselemente und deren Anzahl ausge-wiesen werden, die dem statischen Nachweiszugrunde gelegen haben.

6.2.7 Korrosionsschutz

Dünnwandige Konstruktionen aus Stahl er-fordern in besonderer Weise einen Schutz ge-gen Bewitterung, da sie im Falle fortschreiten-der Korrosion schnell ihre Tragsicherheit ein -büßen können. Deshalb gehört zum Tragsicher-heitsnachweis auch die verbindliche Festlegungeines geeigneten Korrosionsschutzes, der in derRegel aus einem im Bandbeschichtungsverfah-

Dokumentation 588

Abb. 6.21: Anwendungsbereiche der Verbindungselemente

Abb. 6.20: Bauaufsichtlicher Zulassungsbescheiddes DIBt für Verbindungselemente

SandwichStahl-Unter-konstruktion

SandwichHolz-Unter -konstruktion

Form A

TrapezStahl-Unter-konstruktion

LängsstößeBlech/Blech

QuerstößeBlech/Blech

Typ des Verbindungselementes

Verbindungselemente zur Verwendung bei Konstruktionen mit „Kaltprofilen“ aus Stahlblech -

insbesondere mit Stahlprofiltafeln

DIBt - Zulassungsnummer Z-14.1-4

- Ausgabe Juni 2002 -

Industrieverband zur Förderung des Bauens mit Stahlblech e.V. 7.01

Page 69: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

69

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

ren aufgebrachten metallischen Überzug ausZink oder GALFAN® mit einer zusätzlichenKunst stoffbeschichtung oder aus GALVALUME®

besteht. Welche Korrosionsschutzklasse jeweilszur Anwendung kommt, ist in DIN 18807-1 ge-regelt. Bei der Auslegung der Konstruktion istdarüber hinaus auf eine Vielzahl von Einflüssenzu achten, die dazu beitragen können, den Kor-rosionsschutz zu beeinträchtigen. Insgesamtsind etwa zehn Regeln (Abb. 6.24) einzuhal-ten, um die langfristige Lebensdauer des Kor -rosionsschutzes und damit der Bauteile zu ge-währleisten.

Abb. 6.24: Zehn „goldene“ Regeln zur Beachtung beimKonstruieren von dünnwandigen Konstruktionen

Abb. 6.22: Blatt 1 zum Zulassungsbescheid vom 25.07.90, Nr.: Z-14.1-4Tabelle 1 – besondere Anwendungsfälle

a in mm FZ, r

< 75 0,7 · zul. FZ

> 75 0,35 · zul. FZ

FZ, i = 0

0 < e ≤ bG/2150 mm < bG ≤ 250 mm

0,5 · zul. FZ

e a

t I, N

bG bG

FZ, i FZ, r

• Ausbildung großer Biegeradien bei Kantteilen und Profiltafeln• Alle beschichteten Flächen sind belüftet und möglichst zugänglich• Ausbildung belüfteter Tropfkanten bei der Konstruktion (Abb. 6.23)• Kondensat und Oberflächenwasser müssen ungehindert abfließen können• Fußverwahrungen sollten möglichst vermieden werden;

wenn erforderlich, sind die Wandelemente mit einem Mindestabstandvon 10 mm vom Tropfblech zu montieren

• Vermeidung abgeschatteter Bereiche („unwashed areas“)• Vermeidung von Blechkontakten (Kapillarflächen) bei Querstößen• Bohrspäne sind nach ihrer Entstehung umgehend zu entfernen!• Mechanische Beschädigungen durch die Montage sind nach Fertigstellung

des Objektes sofort auszubessern!• Schnittkanten bauseits möglichst nicht nachschneiden

Abb. 6.23: Belüftete Schnittkante an einer Sockelausbildung

10 mm

Page 70: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

70

6.3 Konstruktion zur Erfüllung der Gebrauchstauglichkeit

6.3.1 Forderungen an die Dichtheit gegen Niederschlag

Nach DIN 18807-3, 4.9.3, ist das Eindringenvon Wasser bei allen Dach- und Wandsystemensowie bei den Außenwandbekleidungen durchgeeignete Maßnahmen dauerhaft zu verhindern.Um dies zu erreichen, werden Dichtbänder zwi-schen die überlappenden Längs- und Querrän-der der Elemente eingebaut (Abb. 6.25). Sowohldie DIN 18807-3 als auch die IFBS-Info 8.01„Montagerichtlinie“ geben hierzu Dachneigun-gen vor, unterhalb deren jeweils Dichtmaßnah-men durchzuführen sind. Die Erfahrung zeigtaber, dass eine Eindichtung von Längs- und Quer-stößen von Dachelementen – auch für Sandwich-elemente – grundsätzlich vorgesehen werdensollte. Dies gilt auch für die Quer- und Längs-randüberlappungen aller Formteile, die im Dach-

und Dachrandbereich eingesetzt werden wieFirstkappen, Wandkappen, Oberlichtrandab -deckungen etc.

Die Eindichtung geschieht so, dass zumeinen die Verbindung dauerhaft dicht ist undzum andern die überlappenden Längsränder vonDachelementen und Formteilen zur Verhinde-rung von Schnittkantenkorrosion luftumspültbleiben (Abb. 6.26).

Längs- und Querüberlappungen von einscha-ligen Wandelementen bedürfen in der Regelkeiner zusätzlichen Eindichtung, zumal wennsie als Außenschalen von hinterlüfteten Wand-aufbauten eingesetzt werden. Demgegenüberist aber durch konstruktive und optisch verträg-liche Maßnahmen dafür zu sorgen, dass an denSchnittstellen von Wandöffnungen das Eindrin-gen von Niederschlag in den Wandaufbau ver-hindert wird (Abb. 6.27). Bei Wand-Sandwich -elementen übernimmt das am Längsrand derElemente werkseitig eingebrachte Dichtband denSchutz gegen das Eindringen von Schlagregen.

Dokumentation 588

Abb. 6.25: Herstellung der Regendichtheit von Deckungen durch Einbau von Dichtbändern

Dichtbänder: verbindlich bei Dachneigungen < 15° Dichtung unter 7° Dachneigung

Empfehlung: „Dichtung – immer“

Schraube/Niet im Obergurt100–200 mm

Abb. 6.26: Zwei Möglichkeiten der Ausbildung einer Querstoßüberlappung

> 5 mm

> 5 mm

Page 71: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

71

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

6.3.2 Forderungen an Wärme- und Feuchteschutz

Die größten Wärmeverluste und der größteTeil von Feuchteschäden an Bauwerken sind dar-auf zurückzuführen, dass feuchtwarme Innen-raumluft ungehindert nach außen entweichenoder in mehrschaligen Dach- und Wandkonstruk-tionen in die kälteren Bereiche bis zu den äuße-ren Deckschalen vordringen und dort konden-sieren kann. Aus dem Grunde fordert die Ener-gieeinsparverordnung (EnEV) die Herstellungluftdichter Konstruktionen.

Bei mehrschaligen Dachaufbauten dient dieDampfsperre zugleich als Luftsperre und stelltdamit die notwendige Luftdichtheit des Dach-aufbaus her. Voraussetzung ist, dass die Quer-und Längsüberlappungen der Luftsperrbahnenselbst sowie ihre Anschlüsse an Nachbar -gewerke wie Öffnungen und Wandaufbautenebenfalls luftdicht abgeklebt sind (Abb. 6.28).

Besteht bei zweischaligen Wandaufbautendie Wandinnenschale aus Stahlkassettenprofi-len, so können diese nach Einbau von Dichtun-gen in ihre Längsstoßüberlappungen sowie anihren Endauflagern die Funktion der Luftsperre

Abb. 6.27: Konstruktive Maßnahmen zur Herstellung der Regendichtheit in der Fassade

Abb. 6.28: Verlegung der Luftsperre und Vorbereitung fürden Anschluss im Randbereich

Abb. 6.29: Aufbau einer Stahlkassettenwand

Verbindungs-elementeim Steg e = 1.000 mmEmpfohlen e = 500 mm

Last-abtragendesKassettenprofil

Dichtband

Dämmung

Befestigungs-elemente

Stabilisierende Wetterschale

Thermischer Trennstreifen

Page 72: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

72

übernehmen (Abb. 6.29). Dabei ist darauf zuachten, dass das Dichtband in der Längsstoß-überlappung möglichst nahe an der Biegeschul-ter zum Untergurt liegt. Die vertikal angeordne-ten Dichtbänder an den Auflagern werden soausgewählt und angeordnet, dass sie die Frei-räume zwischen Auflager und Untergurtsickenzuverlässig abdichten. Zum andern müssen sieschlüssigen Kontakt mit den Dichtbändern derLängsstoßüberlappungen haben (Abb. 6.30).

Hilfen für die Auswahl geeigneter Dicht -materialien für den Einsatz als Regen- und/oderLuftdichtung gibt die IFBS-Fachinformation4.02 „Fugendichtheit im Stahlleichtbau“.

Zur Minderung von Wärmebrücken sindzwischen den Außenschalen und den Obergur-ten der Stahlkassettenprofile thermische Tren-nungen einzubauen. Hierfür geeignet sind alleBänder, deren wärmeisolierende Eigenschaft imeingebauten Zustand nachgewiesen ist. Es kön-

nen auch andere technische Lösungen zum Zielführen – z.B. die Umfassung der Obergurte mitDämmmaterial und Befestigung der Außenschalemit eigens hierfür entwickelten Stützschrauben(Abb. 6.31 und 6.32). Ein einwandfreies Aus-richten der Außenschale ist allerdings nur beithermischen Trennstreifen mit ausreichenderSteifigkeit möglich.

Dachdeckungen und Wandbekleidungenaus Stahl-Sandwichelementen verfügen mitihren Elementinnenschalen aus Stahl ebenfallsüber eine luftdichte Ebene. Voraussetzung istdie im Zuge der Montage vorzunehmende aus-reichende Komprimierung der werkseitig ein-gebauten Dichtbänder entlang den Längsstoß-ausbildungen.

Ferner ist dafür zu sorgen, dass Anschlüssean Nachbargewerke wie Öffnungen und Wand-aufbauten ebenfalls luftdicht hergestellt werden(Abb. 6.33 und 6.34).

Dokumentation 588

Abb. 6.30: Dichtbänder am Endauflager eines Stahlkassettenprofils

Abb. 6.31: Minderung von Wärmebrücken zwischen Kassettenobergurt und Außenschale (Quelle: G+H/SFS)

Abb. 6.32: Minderung von Wärmebrücken zwischen Kassettenobergurt und Außenschale durch thermischeTrennscheiben

Dichtbänder

Technische Lösungen G+H/SFS

Page 73: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

73

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

6.3.3 Forderungen an das optische Erscheinungsbild

Mit dem Durchbruch der Stahlleichtbau-weise am Markt sind auch die Anforderungen andas optische Erscheinungsbild gestiegen (Abb.6.35). Schon im Planungsstadium sollten des-halb einige Regeln beachtet werden, die dieGrundlage für das spätere Aussehen z.B. einerFassade bilden.

Eine der wichtigsten Aufgaben ist es, dasRaster zwischen Wandöffnungen und Bauteil-breiten so abzustimmen (Abb. 6.36), dass un-schöne Fugenverläufe und Versätze vermiedenwerden.

Bei horizontaler Verlegung von Bauelemen-ten sollte auf Querstoßüberlappungen gänzlichverzichtet und grundsätzlich eine Teilung durch

Lisenen vorgesehen werden. Dabei sollten dieBreiten der beidseitigen Schattenfugen mit Rück-sicht auf die zulässigen Liefertoleranzen der Bau-teile mindestens b = 15 mm betragen. Ebensosollten die Lisenen immer tiefer als die Bauteil-höhe geplant und ausgeführt werden, um sys-tembedingte Unebenheiten in der Fläche deraußen liegenden Profilgurte nicht augenfälligwerden zu lassen (Abb. 6.37).

Bei der Verwendung von Stahl-Sandwich-elementen als Wandbekleidung, die als Mehrfeld-träger sichtbar auf der Unterkonstruktion befes-tigt sind, können sich während der Sommer -monate deutlich sichtbare Vertiefungen in denäußeren Deckschalen im Bereich der Verbin-dungselemente bleibend einstellen, die nicht zuvermeiden sind (Abb. 6.38). Die Gründe liegenin dem oben beschriebenen Verformungsver-

Abb. 6.33: Sandwichwand – Herstellung der Luftdichtheit am Sockel

Abb. 6.34: Sandwichwand – Herstellung der Luftdichtheit in der Gebäudeecke

Dichtband 10 mm x 10 mm

Page 74: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

74

Dokumentation 588

Abb. 6.35: Gestaltung mit Stahlleichtbauelementen

Abb. 6.36: Abstimmung der Fensteröffnung auf die Bauteilbreite

Abb. 6.37: Horizontale Verlegung von Wellelementen zwischen vertikal verlaufenden Lisenen

Abb. 6.38: Vertiefungenin der Außenschale vonSandwichelementen alsFolge einer Temperatur -erhöhung auf T = +65,6 °Cunter Sonneneinstrahlung

Page 75: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

75

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

halten von Sandwichkonstruktionen unterTemperatureinfluss. Auch gelegentlich wahr-nehmbare Knister- und Knackgeräusche, diemehr oder minder störend wirken können, wer-den durch dieses Verformungsverhalten veran-lasst. Dieser Geräuschbildung, die durch dasplötzliche Entlasten von Reibschlüssen zustandekommt, kann man gegebenenfalls mit dem Ein-bau von Gleitebenen zwischen den Sandwich -innen schalen und den Auflagern begegnen.Zugleich ist darauf zu achten, dass die Verbin-dungselemente symmetrisch angeordnet wer-den, um Relativverschiebungen zwischen be-nachbarten Elementen zu vermeiden. In diesenFällen ist auch eine Untersuchung des Verfor-mungsverhaltens der Unterkonstruktion durch-zuführen, da in der Regel hier die eigentlicheUrsache für die Geräuschbildung liegt.

Zum optischen Erscheinungsbild gehörtauch die Farbgebung, wofür die Herstellervon Stahlleichtbauelementen eine reichhaltigePalette unterschiedlicher Farbstoffe und Farb -töne anbieten (Abb. 6.39).

Bei großen Fassadenflächen sowie beimEinsatz von Metallic-Lackierungen ist darauf zuachten, dass das Vormaterial für die Bauteile auseiner Beschichtungscharge kommt und die Bau -teile in die gleiche Richtung verlaufend mon-tiert werden, um unerwünschte Farb-, Hellig-keits- und Glanzgradeffekte zu vermeiden. Ähn-liches gilt es zu beachten bei der Auswahl derFormteile, insbesondere dann, wenn bandbe-schichtetes Material mit pulverbeschichtetenBauteilen in einem Wandabschnitt verarbeitetwerden soll (Abb. 6.40).

6.3.4 Forderungen an den Schallschutz

Bei besonderen Anforderungen an denSchallschutz kann in Stahlleichtbaukonstruktio-nen der Einsatz von alternativen Materialien mithöherem Raumgewicht erforderlich werden.Hierzu gehören Mineralfaserplatten höherer Roh -dichte, Schallschluckplatten oder auch Gips -faserplatten im Wandaufbau (Abb. 6.41) sowieeine Bekiesung des Dachaufbaus.

Zur Verminderung der Weiterleitung vonSchall über den Baukörper (Körperschall) kannes erforderlich sein, Dach- und Wandabschnittedurch Fugen zu trennen, die gegebenenfalls aufähnliche Maßnahmen in Fundamenten undBodenplatten abzustimmen sind.

Ist ein spezielles und nachprüfbares Schall-dämmmaß verbindlich gefordert, so ist vorabzu klären, ob sich diese Forderung auf das Bau-teil oder die Baukomponente allein oder auf

Abb. 6.39: Fassade in NSC-Farben, Natural Colour System

Abb. 6.40: Farb- und Helligkeitsunterschiede aus unter-schiedlichem Blickwinkel bei gleichzeitigem Einsatz vonbandbeschichtetem und pulverbeschichtetem Material

Abb. 6.41: Kassettenwand mit einem bewerteten Schall-dämmmaß von Rw = 54 dB

Mineralwolle 120 mm ς = 50 kg/m3

Gipsfaserplatte 18 mm

Trapezprofil

Neopren/APTK-Band 5 mm x 60 mm

Kassette

Dichtband

Rw = 54 dB

Page 76: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

76

den verbauten Zustand bezieht. In jedem Fallsind nur solche Konstruktionen auszuführen,deren Schalldämmmaß im Rahmen von Versu-chen geprüft und testiert worden ist. Weiterhinist darauf zu achten, dass bei der Anwendungeiner geprüften Konstruktion auch nur diegleichen Baustoffe und auch nur von dem Her-steller zur Anwendung kommen dürfen, die imVersuch eingesetzt worden sind.

6.3.5 Forderungen an den Brandschutz

Maßnahmen zur Erhöhung des Brandschut-zes bei Leichtbaukonstruktionen haben vorran-gig zum Ziel, die Brandweiterleitung durch dieArt und Ausbildung der Dach- und Wandkon-struktion zu begrenzen oder zumindest zu ver-zögern. Dazu dienen zum Beispiel die „hartenBedachungen“ nach DIN 4102-7, deren Krite-rien von den stählernen Deckschalen der Bau -elemente bereits als erfüllt anzusehen sind. Auchsind Wand- und Dachkonstruktionen in W- undF-Klassifizierungen nach DIN 4102-2 und DIN4102-3 möglich. Der bauliche Brandschutz groß-flächiger Dächer bei Brandbeanspruchung vonunten wird durch die DIN 18234 umfänglichgeregelt. Dabei sind auch Forderungen zu be-

achten, die weit über die Festlegung der DIN18807 hinausgehen. Neben Abschnitten im An-schluss an Brandwände oder um Dachöffnungenherum, in denen bisher schon nicht brennbaresDämmmaterial vorgeschrieben war, sind nachDIN 18234-3 nun auch Kanäle innerhalb derDach- oder Wandkonstruktion wirksam gegen dieWeiterleitung heißer Rauchgase abzuschotten.

Entsprechend müssen die offenen Quer-schnitte z.B. von Stahltrapezprofilen an ihrenEndauflagern im Bereich von Öffnungen odervor Brandwänden gegen die Weiterleitung derRauchgase abgeschlossen werden. Dies ge-schieht mit Hilfe von feuerfesten Formfüllern,die in die Trapezprofilrippen unverschieblicheingebaut werden (Abb. 6.42 und 6.43).

Eine Sonderstellung nimmt nach wie vordas Sandwichelement mit stählernen Deckscha-len und Kern aus Polyurethan-Hartschaum ein.Die relativ schlechte Einstufung des Elementesaufgrund des brennbaren PUR- Hartschaumkernsspiegelt nicht das wahre Brandverhalten desElementes wider. Auf europäischer Ebene sindseit langem Bestrebungen im Gange, durch ge-eignetere Methoden das Brandverhalten ge-nauer zu prüfen und eine realistischere Einstu-fung des Elementes herbeizuführen. Die Arbei-ten sind noch nicht abgeschlossen.

Dokumentation 588

Abb. 6.42: Formstücke nach DIN 18234-3, 4.1, zur Abschottung der Trapezprofilrippen an der Auswechslung für dieDachöffnung

Formstücknach DIN 18234-3, 4.1,für jede angeschnittene Rippe

Page 77: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

77

Konstruieren mit Stahlleichtbauelementen

6.4 Zusammenfassung

Leichtbaukonstruktionen aus Stahl setzenneben den Tragsicherheitsnachweisen die denNachweis der Standsicherheit sowie eines aus-reichenden Korrosionsschutzes zum Inhalthaben, auch Nachweise zur Gebrauchstauglich-keit voraus. Hierzu zählen die Herstellung derDichtheit der Gebäudehülle gegen Niederschlag,die Erfüllung eines ausreichenden Wärme- undFeuchteschutzes sowie ein anspre chendesoptisches Erscheinungsbild der das Gebäudeum fassenden Flächen. Darüber hinaus könnennutzungsabhängig Forderungen an Schall- undBrandschutz zu erfüllen sein.

Abb. 6.43: Dachaufbau und Formstücke nach DIN 18234-3, 4.1, zur Abschottung gegen die Brandweiterleitung an derAuswechslung für die Dachöffnung

Dachabdichtungnach DIN 18234-2

Wärmedämmungnach DIN 18234-3, 4.1

Formstücknach DIN 18234-3, 4.1

Thermische Trennung

Dichtbänder

Bohlenkranz (Holz)bzw. Profilals Futter

Einfassungt ≥ 2 mm

Statischer Wechsel

Trapezprofil

Befestigungs-elemente e < 500 mm

RWA-Aufsatzkranz

Befestigungselemente

Page 78: Dach- und Fassadenelemente aus Stahl – Erfolgreich · PDF file2 Dokumentation 588 Impressum Dokumentation 588 „Dach- und Fassadenele-menteaus Stahl – Erfolgreich Planen und Kon-struieren“,

Stahl-Informations-Zentrumim Stahl-ZentrumPostfach 10 48 42 · 40039 DüsseldorfSohnstraße 65 · 40237 DüsseldorfE-Mail: [email protected] · www.stahl-info.de