®

1/200830

Stahlunterzug

Autoren: Robert Borsch-LaaksE.U. KöhnkeHolger SchopbachGerhard WagnerHelmut Zeitter

Ein bisschen Stahl muss sein

Träger und Stützen aus Stahl sind in vielen Holz-häusern oft gesehene Bekannte, wenn es darum geht, einen großzügigen Raumeindruckohne sichtbare Unterzüge oder Wandvorlagen zuvermitteln. Als stabförmige Elemente lassen sie sich gut in das Konstruktionsprinzip und damit in die Bauteile eines Holzrahmenbausintegrieren. Da wir uns auf die Darstellung einer Einbau-situation beschränken müssen, hoffen wir eineAuswahl an spannenden Aspekten getroffen zuhaben.

Die Bauherrschaft ist in der„Planungsphase“ für daseigene Heim häufig mit demintensiven Lesen von Archi-tekturzeitschriften oder denMagazinen der Bausparkas-sen beschäftigt. In der Ent-scheidungsfindung ist derTrend zu großzügigen Räu-men meist schon fest veran-kert. Küche, Essen, Wohnensollen – möglichst fließendund ohne störende Wand-scheiben oder Stützen –ineinander übergehen. Wieder Boden, so soll auch dieDeckenuntersicht möglichstplan erscheinen. Je nach Grundrissgestaltungkommt man mit üblichenHolzquerschnitten dannnicht mehr sinnvoll oderwirtschaftlich aus. In diesenFällen muss der „versteckte“Stahlträger her, der für dasspätere Ambiente einen ent-scheidenden Beitrag zu leis-ten hat. Dass der Stahlträgeraber mehr können muss, alsbloß zu tragen, und dabeinoch mit dem Holz eine guteVerbindung eingehen soll,dass gilt es nun „unter einenHut“ zu bringen.

In unserem Beispiel habenwir uns für eine Gebäude-trennwand einer Doppel-haushälfte als Auflager fürden Stahlträger entschieden.Aber auch hier müssen Fra-gen des Wärmeschutzes

gestellt werden, wenn derNachbar erst ein Jahr späterbaut oder die beiden Haus-hälften horizontal gegenein-ander versetzt sind. DieLösung ist dann doch denk-bar einfach.

Für freistehende Einfamilien-wohnhäuser ist das ThemaBrandschutz für Geschoss-decken leicht zu erledigen:mindestens normalent-flammbar, also B2! Aberschon bei der Doppelhaus-hälfte gilt F30. Bei der„heißen“ Bemessung derHolzbalkendecke kann esdann kritisch werden, wenndiese eine sichtbare Kon-struktion ist. Bei von untenbekleideten Decken ist dasThema Brandschutz weitge-hend unkritisch. Aber wie ist es im Bereichdes Stahlträgers? Welche Re-gelwerke für die Ausführungsind heranzuziehen? Hier gibtes offensichtlich noch Ver-besserungspotenzial, denndie bestehenden Möglichkei-ten sind eher suboptimal.

Dass die beiden Doppelhaus-hälften durch eine Fuge von-einander getrennt werden,um eine zeitgemäße Kon-struktion auch hinsichtlichdes Schallschutzes zu errei-chen, das ist schon selbstver-ständlich. Beim sonntägli-chen Spaziergang durch die

Neubaugebiete sind nichtnur architektonische Frei-heiten zu entdecken, auchbei der Konstruktionsartherrscht zuweilen ein buntesAllerlei. Um rechtliche Pro-bleme zu vermeiden, sollteman rechtzeitig die richtigenFragen stellen.

Wie sich der Stahl mit derhölzernen Umgebung ver-trägt, hängt – wie im echtenLeben – von der Ernsthaftig-keit der Verbindung ab. Sinddie Lasten rechts und linksvom Träger gleich groß odernicht? Holz schwindet, derStahl tut das nicht. Undwenn man als besonders„starker“ Partner viele Lastenauf sich nimmt, dann mussman diese auch wieder abge-ben können: da ist dannwieder das Holz gefragt.Genug der einleitendenWorte. Lesen Sie auf den fol-genden Seiten, was wir zudiesem Thema zusammenge-tragen haben. Und was dannnoch fehlt oder auf andereArt und Weise gelöst werdenkann: sagen Sie es uns –oder faxen oder mailenoder …

Wie gewünscht

Stahl brennt nicht

Abstand halten

Aller Lasten Anfang

Warm eingepackt

®

1/2008 31

Wärmeschutz und Luftdichtung am Stahlträger

In Sachen Wärmeleitfähigkeit liegen Weltenzwischen den Materialien Holz und Stahl. Deshalbist höchste Vorsicht geboten, wenn Stahlbauteilewie Deckenunterzüge und Stützen in Holzbau-wände einbinden und in die Nähe des Außen-klimas rücken. Klar, in Sachen Wärmebrückensensible Holzbauer werden nie einen Stahlträgeraus dem Innenraum nach außen auskragen lassen.Aber es fragt sich, wie viel wärmedämmende Über-deckung erforderlich ist, um feuchtetechnischeRisiken zu vermeiden.Durch Ihre Formgebung stellen Stahlträger u.U. ein kniffliges Anschlussdetail bei der Herstellungder Innen liegenden Luftdichtheitsebene dar.Dieser Abschnitt wird zu beiden Fragestellungenwirksame und einfache Lösungen darstellen.

Der Stahlträgeranschluss imcondetti®-Hauptdetail stellteinen Unterzug dar, der ineine Gebäudetrennwand ein-bindet. Wo ist hier daswärmetechnische Problem,wenn doch auch das Nach-barhaus beheizt wird? Vonwelchen Faktoren das realeKlima in der Trennwand-fuge abhängt, haben wirausführlich im Trennwand-condetti 1/2-2002 behandelt(gerade überarbeitet undneu aufgelegt im Kompendi-um „condetti & Co Bd. 2“).Der Holzbau hat im Prinzipgute Karten, um die Wärme-verluste über die Trenn-wandfuge zu minimieren.Der Hauszwischenraum istinfolge der Dämmung in denTrennwandgefachen gut vorWärmeeintrag aus Transmis-sion geschützt. Auch Luft-strömungen aus dem Innen-raum sollten bei qualitätsge-sicherter Bauweise in engenGrenzen gehalten werden. Andererseits steht ein aufdiesem Wege erzeugter war-mer Zwischenraum immerauch in der Gefahr der Aus-kühlung durch thermischenAuftrieb der Luft im Zwi-schenraum. Wie groß dessenEinfluß ist, ist bislang in derPraxis nicht untersucht wor-den. Was tun, wenn wir esnicht genau wissen, aberRisiken gerade bei kaltemWetter bestehen?

Auf der sicheren Seite liegteine Trennwandfuge, die anihren Rändern nicht nurdämmtechnisch abgeschot-tet ist, sondern auch einenluftdichten Anschluss gegendas Außenklima aufweist. Jenach Breite der Fuge könnenhierfür einseitige Klebebän-der oder diffusionsoffeneFolienstreifen verwendetwerden. Ein vergleichsweisegeringer Aufwand für einruhiges Gewissen.

Wenn die Trennwand aneine warme Fuge grenzt,braucht man sich über diewärmetechnischen Effektevon Stahlbauteilen, die hori-zontal in die Wand ein-binden, keine Gedankenmachen. Aber am Auflagerauf der anderen Seite kannes schon anders aussehen,wenn dies die Giebelwanddes Doppelhauses ist. Auchbeim Versatz von Gebäude-trennwänden entstehen Be-reiche, die an das Außen-klima grenzen. Deshalb ha-ben wir mit Hilfe von dreidi-mensionaler Wärmebrücken-berechnung den Träger-anschluss an ein Außenbau-teil kalkuliert. Grundsätzlich ist es so, dassder Stahlträger infolge seinerhohen Wärmeleitfähigkeitdie Raumtemperatur weit inden Querschnitt hinein mit-nimmt. Deshalb kann ein

Träger schon dann, wennnur die beiden Gipsplattenauf der Außenseite nichtdurchdrungen werden, meisttauwasserfrei bleiben. DerStahlträger bringt quasi seine„Begleitheizung“ durch seinehohe Wärmeleitfähigkeit mit.

Da im Umfeld des Stahlträ-gers feuchteempfindlicheBaustoffe liegen, sind diedort herrschenden Ober-flächentemperaturen von ca.10 °C nicht gerade beruhi-gend. Dies gilt umso mehr,als im Luftraum vor Kopf desTrägers (der sich in der Pra-xis allein aufgrund der Mate-rialtoleranzen ergibt) einstarker Temperaturabfall er-folgt. Hierdurch kommendie umgebenden Baustoffe(Gipsfaserplatten und Höl-zer) schnell auf ein kriti-sches Temperaturniveau.In der Variante in Abb. 2haben wir vor dem Stahl-träger eine 20 mm dickeDämmung angeordnet. Dieshebt die niedrigsten Tempe-raturen am Träger auf Wertevon oberhalb 15 ° C an. DerTemperaturabfall erfolgt nunin der Kopfdämmung, wasunproblematisch zu gestal-ten ist, wenn das hierfür ver-wendete Material feuch-tigkeitsunempfindlich ist,einen gewissen Dampf-bremswert aufweist (z.B.XPS-Platte) und Luftströmun-gen unterbunden werden.

Der diesmalige condetti®-Deckenanschluss stellt eineim Fertigbau verbreiteteForm der weitgehenden Vor-fertigung dar. Da dieDeckenelemente incl. derunteren Traglattung und ein-gelegter Dämmung im Werkproduziert werden, läuft auskonstruktionstechnischenGründen diese Lattung samtihrer Zwischenräume ober-

Wie warm ist dieTrennwandfuge?

Wärmebrücke amStahlträger

Einfach und sicher: derAnschlussstreifen

Wo nichts ist, bringtwenig viel

Abb. 2: DreidimensionaleWärmebrückenberechnungmit HEAT 3 zum Stahlträger-anschluss an eine Holzbau-außenwand. Variante mit20 mm Kopfdämmung(WLG 040).a) Vertikaler Schnitt in der

Holzbauwand in derMittelinie des Trägers

b) Vertikaler Längsschnitt inder Holzwand am Kopfdes Trägers

®

1/200832

halb des Rähms bis an dieAußenkante des Wandele-ments. Fertigbaubetriebe,die nach diesem System kon-struieren, sind oft der Mei-nung, das bei rissfreier Verar-beitung der Gipsbauplatteneine zusätzliche Maßnahmezur Luftdichtung beimDeckenanschluss nicht erfor-derlich wäre. Demgegenüber hatten wirschon im ersten Decken-condetti® (Heft 1/2000 undcondetti & Co. Bd.1) eineeinfache Lösung zur Herstel-lung einer umlaufenden unddurchgehenden Luftdicht-heitsebene bei Plattformbau-weise dargestellt:� Ein Anschlussstreifen ge-

gen den „Königskinder-effekt“ baut die sichereBrücke, damit sich dieLuftdichtheitsebenen vonOber- und Untergeschosstreffen können.

Dieser Streifen kann bereitsim vorgefertigten Wandele-ment des unteren Geschos-ses montiert sein und wirdnach Auflage der Decke ein-fach umgeklappt und amoberen Wandelement ange-klebt (vgl. Montagefolge).Dies ist ein vergleichbargeringer bautechnischer Auf-wand, der eine hohe Sicher-heit gewährleistet. Will manhierauf verzichten, so mussdas einbindende Bauteil insich vollständig luftdichtgegenüber dem Innenraumausgebildet werden (Abkle-bung der Holzwerkstoff-beplankung auf der Obersei-te der Decke, luftdichte Lam-penauslässe, Downlight-dosen etc.)

Mittels zweidimensionalerhygrothermischer Simulatio-nen hatten wir in Heft 1-2006 unsere grundlegendeEmpfehlung bestätigt gefun-den, dass dieser Anschluss-streifen zum einen aus diffu-sionsoffener bzw. feuchte-variabler Bahnenware herge-stellt werden sollte. Zumanderen erwies es sich alsfeuchtetechnisch günstig,wenn im Regelquerschnitt(Gefachbereich) außenseitigdes Anschlussstreifens min-

destens 20 mm Dämm-schicht angeordnet werden. Am Anschlusspunkt desStahlträgers sind die Tempe-ratur- und damit die Dampf-druckverhältnisse, wie diedreidimensionale Berech-nung zeigt, etwas anders:Die Innenseite der Kopfdäm-mung liegt hier im warmenBereich, so dass es empfeh-lenswert ist, entweder einenDämmstoff mit dampfbrem-senden Eigenschaften dortanzuordnen (z. B. XPS-Hart-schaumplatten) oder einefeuchtvariable Bahn zubevorzugen.Wird der stählerne Unterzugbei Holzbauten nach dem(Quasi)Balloonsystem (vgl.condetti® Heft 2-2001) aus-geführt, so kommt es amTräger zu einer Durch-stoßung der inneren Holz-werkstoffplatte und damitder Luftdichtheitsschicht.Aufgrund der Doppel-T-Form des Trägerquerschnittskann die luftdichte Abkle-bung knifflig werden. Hierkann zweierlei helfen:� Vorfertigung einer „Foli-

entasche“, die über denTräger gestülpt und dannan die innere Luftdicht-heitsebene angeschlossenwird.

� Einsatz der Stichsäge, umdie Holzwerkstoffplattegrob den Umrissen desTrägers anzupassen. Dieverbleibender Fugen kön-nen dann mit Eckklebe-band spannungsfrei abge-klebt werden.

Allseitiger Feuchteschutzinklusive

Abb. 3: Folientasche an luft-dichtende OSB-Platte mitKlebeband angeschlossen(Foto: IB Wagner Zeitter)

Abb. 4: Statt Holzbalken-decke eingeschobene BSH-Elemente als Massiv-holzdecke(Foto: IB Wagner Zeitter)

®

1/2008 33

DE

TAIL

02.0

4.Stahlunterzug Deckengleich vertikal *0

2.08

hier: Rieselschutz

KlebebandPapierfugendeckstreifen

Maßstab 1:5

Stahlunterzug auf Holzwerk-stoffplatte aufgelagert (s. Variante A)

Diffusionsoffener Anschluss-streifen gegen den „Königs-kinder“-Effekt

Dämmung vor Kopf desStahlträgers senkt dasTauwasserrisiko

Stahlträger mit F 30-Anstrich

Alternativ GKF-Streifen inFuge zwischen Flansch undUnterdecke

Fuge der Gebäudetrenn-wand am Rand dämmenund dichten

Trennwand F 30/F 90gemäß Prüfzeugnis des Herstellers

Deckenelemente weit-gehend vorgefertigt

Oberkannte Deckenbalkenhöher als Stahlträger, umunkritisches Schwin-den zu ermöglichen

Rieselschutz verzichtbar,wenn Decke zum Raumdicht ausgeführt wird

Papier-Fugendeckstreifenim Eckbereich für rissfreienAnschluss der Gips-bauplatten

Lattungsdicke mindestens30 mm bei F 30-B Decke

SchnittführungVariante A

®

1/200834

genügt eine Verbolzungs-achse. Wenn die Füllhölzernicht an die Ausrundungenam Übergang zwischen Trä-gerflansch und -steg ange-passt werden, sind unbe-dingt zwei Verbolzungsach-sen (wie dargestellt) anzu-ordnen. Die Variante A ist sicherdurch die Verklotzung robus-ter herzustellen, ein durch-hängendes Deckenfeld führtaber zuverlässig zu einerhohen Beanspruchung amRand des Flansches, alsogenau dort, wo die Exzentri-zität am höchsten ist. Und dasind wir wieder in der Poli-tik: Je weiter die reale Mittevon der geplanten Mitteabweicht, desto größer müs-sen die haltenden Kräftesein.

Die Querpressung der De-ckenbalken auf dem Flanschdes Stahlträgers ist für dieVariante A mit einerMindesttiefe von 4 cm anzu-setzen und dann auch meistvöllig unkritisch. Damit dieVerklotzung gegenüber demoberen Flansch auch dauer-haft wirksam ist, muss dieHolzfeuchte der Balkenbekannt und begrenzt sein.Bei der Variante B überträgtder konventionelle Balken-schuhanschluss die Kräfteauf die Füllhölzer. Bekannt-lich wirken hier nach Zulas-sung nur die Verbindungs-mittel in den Wangen desSchuhs. Bei der Übertragung

in den Stahlträger sollte wie-derum eine klare Entschei-dung getroffen werden, obdies die Bolzen übernehmen(dann nur Passbolzen imHolz und im Stahl) oder dasFüllholz kraftschlüssig aufdem Flansch sitzt und vomBolzen nur gehalten wird.In beiden Fällen ist auch dieKraftübertragung in Längs-richtung des Stahlträgerssicherzustellen. Meist ist eineregelmäßige Verschraubungvon unten durch den unte-ren Flansch hindurch dieeinfachste Lösung.

Die Leistungsfähigkeit desStahlträgers wird durchausin diesem Detail begrenzt.Dabei ist zu berücksichtigen,dass zu der reinen Lagerlastdes Stahlträgers aus allendenkbaren Kombinationennoch die Beanspruchung desLagerbereichs aus der aufge-henden Wand hinzugerech-net werden muss. Der Stahlträger selbst liegtauf einem Stück Holzwerk-stoffplatte (z.B. OSB oderBFU-Sperrholz) auf, die inder Lagerfläche auf demWandkopf liegt und zur Zen-trierung der Lasteinleitung indie Wand beiträgt. Bei demNachweis der Querpressungunter dem Stahlträger ist ins-besondere dann schnell eineGrenze erreicht, die eineVerstärkung erforderlichmacht, wenn im darüberlie-genden Geschoss die gleicheKonstruktion in der gleichen

Die erste Aufgabe bestehtdarin, die Lagerlasten derDeckenbalken in den Stahl-träger einzuleiten. Dazu ste-hen in unserem condetti®-Detail zwei Varianten zurVerfügung. Doch halt! Zu-nächst müssen wir einenSchritt zurück in den Trag-werksentwurf machen. Die Mitte ist (nicht nur poli-tisch) da, wo von links undrechts gleiche Kräfte kom-men. Das Detail sieht soschön achsensymmetrischzum Stahlträger aus. Wir set-zen voraus, dass von beidenSeiten – also aus beidenangrenzenden Deckenfel-dern – gleiche oder wenigs-tens ähnliche Kräfte in denStahlträger eingeleitet wer-den. Ist dies nicht der Fall,entsteht aus der Differenzein Torsionsmoment, dasohne Zusatzmaßnahmenschwierig abzuleiten ist.

…und was hat das mitPolitik zu tun?

Das Auflager in der Wand

Feste Loslager und lose Festlager

Jede gute Tragwerksplanung wird an hochbean-spruchten Details diejenigen Werkstoffe zum Ein-satz bringen, die die geforderten EigenschaftenSteifigkeit und Festigkeit am wirtschaftlichstenerfüllen. Bei Deckensystemen stehen im Grundrisshäufig nur wenige gute Lagermöglichkeiten undTragachsen zur Verfügung. So liegt es nahe, dassdie Deckenlasten „eingesammelt“ und dannkonzentriert weitergegegeben werden. Dazu bietetsich an, zur Optimierung der Konstruktionshöhemit Stahlträgern zu arbeiten, die als Unterzug dieLinienlasten der Deckenfelder aufnehmen und amAuflager wieder konventionell auf einer Holz-konstruktion ruhen. Im Gegensatz zum Stahl-betonbau kann hier ein echter „deckengleicher“Unterzug umgesetzt werden.

Daher sollten die Regeln, diefür beidseitige Anschlüssevon Balkenträgern oder Bal-kenschuhen an einen Haupt-träger in den Zulassungenstehen, als erster Ansatzübertragen werden. Dortwird ab einer Differenz von20 % eine genaue Berech-nung gefordert. Da in beidenKonstruktionsvarianten dieseitliche Haltung des Stahl-trägers über die Scheiben-wirkung der Decke umge-setzt werden kann, scheintdies nicht so kritisch.Die unterschiedlichen Torsi-onssteifigkeiten eines IPE,HEA oder HEB-Profils müs-sen hier nicht erläutert wer-den. Jedoch ist zu bedenken,dass die Variante B (mit Bal-kenschuhen an Füllhölzerangeschlossen) eine ordent-liche Exzentrizität gegenüberder Stahlträgerachse dar-stellt. Gerade bei schlanke-ren Profilen aus der IPE-Rei-he ist hier Vorsicht geboten.Nur wenn das Füllholz aufdem unteren Flansch desStahlträgers voll aufliegt,

Das Auflager imStahlträger

V a r i a n t e A

Verkeilung Deckenbalken inMontagefolge 2 dargestellt

®

1/2008 35

Variante B

Achse stattfindet. DieDimensionierung der (meistseitlich gehaltenen) Stützen-querschnitte unter dem Auf-lager bereitet keine Schwie-rigkeiten. Ferner muss der Stahlträgerin der Wand seitlich seinWiderlager finden, um auchdie Scheibenkräfte in dieWandebene zu übertragen.In beiden Varianten solltedaher darauf geachtet wer-den, dass die in der Wand-ebene liegenden Holzbalkender Decke mit ihren Hirn-hölzern kraftschlüssig amStahlträger anliegen. Danngenügt nämlich die kontinu-ierliche Verschraubung die-ses Balkens mit dem Rähm-bzw. Schwellholz derangrenzenden Wände. Inder Montagefolge 1 istzusätzlich die Verschraubungdurch den Flansch darge-stellt.

Die Deckenbalkenlage wirdim Gesamtentwurf fastimmer als aussteifendeScheibe vorausgesetzt. Dazuist es erforderlich, dass imGrundriss klargestellt wird,wo Gurtkräfte dieser Schei-be nachzuweisen sind. Istder Stahlträger in seiner Ach-se Teil dieser Gurtkräftemuss die Scheibenkraft ausder Beplankung auf denDeckenbalken und von dortin den Stahlträger eingeleitetwerden. Zwischen Oberkan-te Stahlträger und Unterkan-te Beplankung wird jedocheine Fuge sinnvoll, die dasSchwinden der Deckenbal-ken gegenüber dem Stahlträ-ger berücksichtigt. Selbst bei

Einbau von trockenem KVHmit 15 % Holzfeuchte kannder dargestellte, 240 mmhohe Deckenbalken beiTrocknung auf 9 % imbeheizten Wohnraum umfast 3,5 mm schwinden.Wird im Entwurf die Balken-höhe identisch mit der Stahl-trägerhöhe gewählt, lauerthier sonst die Gefahr, dassdie Beplankung neben demStahlträger auf Schub ver-sagt.Die Gurtkräfte aus derBeplankung können dahernur über eine Zusatzbean-spruchung der Balkenköpfean deren Auflager im Stahl(s.o.) übertragen werden.Da diese Kräfte pro Balken-kopf üblicherweise relativklein sind, kann meist aufeinen separaten Nachweisverzichtet werden.

Aus den dargestellten Sach-verhalten wird klar, dass diestatische Ehe zwischen denbeiden Partnern durchauspasst, aber spannungsgela-den ist. Sowohl aus derBetrachtung der Beanspru-chung im Endzustand alsauch aus den Zwängun-gen während der Montageergeben sich entscheiden-de, kraftübertragende Fugen,die sich in folgenden, zuüberprüfenden Details er-gibt:� vertikale Kraftübertragung

der Lasten in den Stahl-träger

� Klemmwirkung durchKeile (Variante A) bzw.vertikale Lagesicherungdurch die Bolzen (Varian-te B)

� Differenz zwischen verti-kaler Lastweiterleitung imLagerbereich des Stahlträ-gers und vertikaler Last-weiterleitung im Wandbe-reich neben der Träger-achse

� Horizontale Haltung derHolzbalken im Stahlträgerzur Stabilisierung undÜbertragung der Schei-benkräfte

� Horizontale Haltung desStahlträgers auf der Wand

Dass bei der Umsetzung die-ser Details Toleranzen zuberücksichtigen sind, erklärtsich von selbst. Aber erst beieiner ganzheitlichen Be-trachtung kann sichergestelltwerden, dass im Endzustandalles „fest“ und nichts „lose“ist.

Welchen Anteil am Durch-biegungs- und Schwingungs-verhalten dieses Gesamt-systems der Stahlträger bzw.die Holzbalkenlage hat, wirdim Artikel „Schwingungsver-halten von Decken bei Auf-lagerung auf Unterzügen“von Frau Dr.-Ing. Hamm aufden Seiten 41 bis 46 ausführ-lich beschrieben.

Das Widerlager derScheibenkräfte

… wer ist hier wann fest und wer ist warum lose?

Abb. 5: Variante B – Decken-balkenanschluss mitBalkenschuhen(Foto: IB Wagner Zeitter)

Füllhölzer mit (Pass-)Bolzenam Trägersteg befestigt

IPE-Profil als Unterzug beikleineren Stützweiten

Balkenschuhe gut geeignetfür Baustellenmontage

Lattungsdicke mindestens30 mm bei Anforderung F 30-B für Decke

®

1/200836

Brandschutz bei Stahlunterzügen in Holzdecken

Bedingt durch die hohe Festigkeit des Werkstoffesbesitzen tragende Stahlbauteile in der Regel nurgeringe Querschnittsabmessungen und erreichenim Brandfall, gefördert durch die hohe Wärmeleit-fähigkeit des Materials, schnell ihre kritische Tem-peratur, bei der die Streckgrenze auf die im Bauteilvorhandene Stahlspannung absinkt. Die Tragfähig-keit ungeschützter Stahlkonstruktionen geht beiTemperaturen ab ca. 500 °C verloren. Diese Tempe-raturen werden bei einer Brandbeanspruchungentsprechend der Einheitstemperaturkurve bereitsnach 20 Minuten erreicht. Die aus den Verformun-gen entstehenden Verschiebungen können zuZwängungsspannungen oder dem Verlust derLagesicherheit und damit zum Einsturz ganzerStrukturen führen. Die verminderte Festigkeit undSteifigkeit des Stahlbauteils selbst können eben-falls zum Verlust der Tragfähigkeit führen. BeiAnforderungen bzgl. einer speziellen Feuerwider-standsklasse ist der Stahl daher durch Beschichtun-gen oder Bekleidungen zu schützen.

Sollen die Holzbalken, unddamit auch der Stahlträger,sichtbar bleiben, müssen dieDeckenbalken brandschutz-technisch nachgewiesenwerden. Bei einer ausrei-chend dimensionierten obe-ren Beplankung ergibt sichein dreiseitiger Abbrand. DieAusbildung der Beplankungerfolgt entsprechend DIN4102-4, Tabellen 60 bis 62.Ein schwimmender Estrichbzw. Trockenestrich wirktsich dabei positiv aus: eine25 mm dicke Holzwerkstoff-platte bzw. Bretter mit ei-ner wirksamen Dicke von28 mm sind dann für eineFeuerwiderstandsklasse vonF30-B ausreichend.Die Dimensionierung derDeckenbalken ist abhängigdavon, welche Fassung derBemessungsnorm DIN 1052gewählt wurde (die verbind-liche Einführung der DIN1052:2004-08 hat sichnochmals um ein Jahr aufden 01.01.2009 verscho-ben). Werden die Holzbau-teile noch entsprechendDIN 1052:1988-04 bemes-sen, können für die brand-schutztechnische Beurtei-lung die Tabellen 74 bis 81der DIN 4102-4 herangezo-

gen werden. Für Vollholzaus Nadelholz ergibt sichdamit bei reiner Biegebean-spruchung (100% statischausgelastet), einer dreiseiti-gen Brandbeanspruchungund einer max. Spannweitevon 6,0 m eine Mindestbal-kenbreite von 120 mm; imgünstigsten Fall (Seitenver-hältnis h/b = 2, Spannweite2,0 m, statische Auslastung20%) ist eine Balkenbreitevon 80 mm ausreichend.Werden die Holzbauteileallerdings gemäß DIN1052:2004-08 dimensio-niert, lassen sich die vorge-nannten Tabellen nicht mehranwenden. EntsprechendDIN 4102-22 müssen dieDeckenbalken brandschutz-technisch mit einem Ab-brand von 0,8 mm proMinute (Nadelholz) dimen-sioniert werden. Dafür sindzwei Nachweisverfahrenmöglich: vereinfachtes Be-messungsverfahren mitideellen Restquerschnittenund genaueres Bemessungs-verfahren mit reduzierterFestigkeit und Steifigkeit.Da bereits bei 30 MinutenBrandbeanspruchung einAbbrand von 24 mm je Seiteangesetzt werden muss,wird deutlich, dass eineFeuerwiderstandsdauer über30 Minuten (z. B. F 60) miteiner sichtbaren Holzbalken-decke kaum umgesetzt wer-

den kann. Hierfür bietensich eher Massivholzkon-struktionen an (siehe auchcondetti® in Heft 1/2004).

Bei einer sichtbaren Holzbal-kenlage ist in der Regel auchder Stahlträger sichtbar.Damit muss auch der Trägereine definierte Feuerwider-standsdauer erreichen. Hier-für können brandschutztech-nische Beschichtungen ver-wendet werden. Diese Beschichtungen schäu-men bei der Einwirkung vonTemperatur auf und schüt-zen durch die entstehendeDämmschicht den Stahl übereinen definierten Zeitraumvor unzulässiger Temperatur-erhöhung. Die Systeme sinderhältlich für die Feuerwi-derstandsklassen F 30-AB bisF 90-AB und für den Innen-,oftmals auch für den Außen-bereich zugelassen. Sie be-stehen aus mehreren aufein-ander abgestimmten Schich-ten: Korrosionsschutz bzw.Haftvermittler, Dämmschicht-bildner und Deckanstrich.In Normbrandversuchenwurde festgestellt, dass dasVersagen von Stahlbauteilenim Brandfall abhängig istvom Verhältnis der Ober-fläche des Bauteils zu seinerMasse. Die aufzubringendeSchichtdicke ist daher vondiesem Quotienten, ausge-drückt durch den Verhältnis-wert U/A [m-1], abhängig.

Sichtbare Balkenlage

Beschichtungen

AU

U Umfang des ProfilsVerhältniswert = ––– –––––––––––––––––––––––––––

A Querschnittfläche (Area)

®

1/2008 37

Je größer dieser Quotientwird, d.h. je größer diebeflammte Fläche im Ver-hältnis zum Volumen wird,umso größer muss die Leis-tungsfähigkeit der Beschich-tung werden. Bei der Ermitt-lung des U/A-Wertes istunter anderem auch zuberücksichtigen, ob einedrei- oder vierseitige Beflam-mung möglich ist. F-30Systeme sind in der Regel biszu einem U/A-Wert von 300zulässig, F-60/ F90 Systemebis zu einem U/A-Wert von160.Da die geforderte Wirkunginsbesondere von den inden Zulassungen geforder-ten Schichtdicken abhängt,dürfen nur geschulte Fach-kräfte die Beschichtungsar-beiten vornehmen. Das Auf-bringen der Beschichtungenerfolgt, systemabhängig,durch Spritzen, Streichenoder Rollen. Die gefordertenTrockenschichtdicken vonbis zu drei Millimetern beiF90-Systemen können dieOptik der Konstruktionerheblich beeinträchtigen.Die derart beschichtetenBauteile dürfen keine sonsti-gen Bekleidungen bzw.Ummantelungen erhalten,die den Dämmschichtbild-ner am Aufschäumen hin-dern würden.

Sind die Holzbalken, unddamit auch der Stahlträger,nicht sichtbar und durcheine unterseitige Bekleidunggeschützt, ergeben sich dieAnforderungen an die einzel-nen Bauteile aus Abschnitt5.2 der DIN 4102-4. DieTabellen 56 bis 59 behan-deln Decken in Holztafelbau-art und unterscheiden mitbrandschutztechnisch not-wendiger und nicht notwen-diger Dämmschicht. BeiTabelle 56 mit brandschutz-technisch notwendigerDämmschicht muss dieDämmschicht aus Mineral-fasern bestehen und eineDicke von mindestens 60 mm bei einer Mindest-rohdichte von 30 kg/m3 auf-weisen. Für abweichendeDämmmaterialien können

alternativ geprüfte Aufbau-ten mit allgemeinem bauauf-sichtlichem Prüfzeugnis zumEinsatz kommen. Wird einAufbau mit brandschutztech-nisch notwendiger Dämm-schicht nach Tabelle 56 derDIN 4102-4 gewählt, istunterseitig eine 12,5 mmdicke Gipskartonfeuerschutz-platte mit einer Spannweite≤ 500 mm erforderlich; beioberseitig einem schwim-menden Estrich reicht aufden Deckenbalken eineBeplankungsdicke aus Holz-werkstoffen von 13 mm aus,um einen Feuerwiderstandvon F30-B zu erzielen.

Es muss sichergestellt wer-den, dass sich Stahlbauteilebei einer Brandbeanspru-chung nicht auf die kritischeTemperatur erwärmen. Dieskann, neben den Beschich-tungen, durch entsprechen-de Bekleidungen und Um-mantelungen erreicht wer-den. Auch hierbei richtet sichdie Bemessung nach demVerhältniswert U/A [m-1],also nach dem Verhältnisvon beflammtem Umfang zuder zu erwärmenden Quer-schnittsfläche.Einen Einsatzbereich wie imvorliegenden condetti®-Detail sieht DIN 4102-4nicht vor. Für eine Einstu-fung wird daher Abschnitt6.2 der DIN 4102-4 „Feuer-widerstandsklassen beklei-deter Stahlträger“ zugrundegelegt. Gipskartonplatten-bekleidungen werden inAbschnitt 6.2.3 behandelt;Plattenanordnung und Min-destdicke sind in Tabelle 92dargestellt. Der im condetti®-Detail vorgesehene Decken-aufbau mit schwimmendemEstrich bzw. schwimmen-dem Fußboden schützt denStahlträger bei Berücksichti-gung der Anforderungen ausden Tabellen 60 bis 64 voreiner Brandbeanspruchungvon oben. Die Spannweiteder Gipskartonplatten (inder Regel Gipskartonfeuer-schutzplatten) muss auf ≤ 400 mm begrenzt werden,die Lattendicke muss 30 mmbetragen, damit der in Tabel-

le 92 definierte Mindestab-stand zwischen Flansch undBekleidung eingehalten wer-den kann. Um diesen Min-destabstand zu vermeiden,kann der Untergurt desStahlträgers mit einem Strei-fen GKF in Flanschbreite ab-gedeckt werden. Längs desStahlträgers darf keine Fugein der einlagigen Beplan-kung vorhanden sein; einesolche wäre ansonsten mitGipskartonplattenstreifen zuhinterfüttern (s. o.). Fugenquer zur Trägerachse müssenallerdings im Bereich derTräger entsprechend hinter-füttert werden, wenn deruntere Flansch nicht durch-gehend abgedeckt ist.

Nicht sichtbare Balken-lage

Bekleidungen

Abb. 7: Wenn die Gebäude-trennwand zunächstAußenwand ist (Foto: IB Wagner Zeitter)

Abb. 6: Beschichteter Stahl-träger bei Brandeinwirkung

®

1/200838

Schallschutz

Wir haben schon häufig über die erreichbarenBauschalldämm-Maße von Holzkonstruktionen unddie Probleme der Nebenwege bzw. Schalllängs-dämm-Maße berichtet. Diesmal wollen wir auf die Gesamtproblematik des Schallschutzes vonGebäudetrennwänden und die damit verbundenenFußangeln in der Praxis hinweisen.

Für Haustrennwände fordertdie DIN 4109:1989 ein Bau-schalldämm-Maß von 57 dB.Dieser Mindestwert wirdvon unserer Wand, sofernein symmetrischer Aufbauvorliegt, also die gleicheWand bei beiden Häusernvorhanden ist, sicher einge-halten. Als Laborwert –ohne Nebenwege – kann beidieser Wand von einem RwR 64 bis 66 dB ausgegan-gen werden. Dieser Wert istallerdings um die Auswir-kungen der Nebenwegebzw. des Schalllängsdämm-Maßes oder der Norm –Flankenpegeldifferenz zureduzieren. Die wiederumkann sehr unterschiedlichsein. Ob es allerdings ausreicht,die Anforderungen der DIN4109 sicher einzuhalten,steht auf einem anderenBlatt. Die derzeit immernoch gültige DIN 4109 aus1989 weist die 57 dB alsMindestwert für Haustrenn-wände bzw. Gebäudetrenn-wände aus. Das Beiblatt 2macht Vorschläge für einenerhöhten Schallschutz mit67 dB statt der Mindestan-forderungen 57 dB, also eineVerbesserung um 10 dB.Bei Wohnungstrennwändenbeträgt die Mindestanforde-rung nur 53 dB und der Vor-schlag für einen erhöhtenSchallschutz sogar nur 55 dB,also 2 dB über den Mindest-anforderungen und nichteinmal so hoch wie das Min-destmaß für eine Gebäude-trennwand.Das heißt im Klartext, dassder Nutzer einer Eigentums-wohnung, selbst bei einerVereinbarung über einen

erhöhten Schallschutz, nochnicht einmal das Mindest-schutzniveau einer Haus-trennwand erhält. Um das zuverstehen, muss man sicheinmal die klassischenMauerwerkswände für derar-tige Gebäude ansehen undderen Bauschalldämm-Maße.Mit „Schutzniveau“ und„Logik“ hat das nichts zutun.

Für den Architekten undauch den ausführendenUnternehmer wäre das bisdahin noch kein Problem.Schwierig wird es im Falleeines Rechtsstreites. Ineinem aktuellen Urteil hatnun der Bundesgerichtshof(BGH) entschieden, dass esnicht ausreiche, das Mindest-maß einzuhalten. Ist keinSchallschutzwert vereinbart,wird nach Meinung desBGH eine mittlere (übliche)Qualität geschuldet und daswären nach Ansicht desBGH die erhöhten Anforde-rungen des Beiblattes 2,auch wenn in der Norm derHinweis steht, dass dieseWerte, wenn sie erreichtwerden sollen, schriftlich zuvereinbaren sind.Gerne wird dann auch vonden Gerichten die VDI –Richtlinie 4100 herangezo-gen, die für höhere Schall-schutzstufen ebenfalls deut-lich höhere Werte aufführt.Es hilft dann auch wohlnichts, dass diese Richtlinievon der ArGeBau der Ländernicht anerkannt wurde.Der BGH stützt sich in sei-nem neuesten Urteil sogarauf die bisher nicht veröf-fentlichte, in Bearbeitungbefindliche geplante neue

DIN 4109, mit welcher dreiSchallschutzstufen ursprüng-lich vorgesehen waren. Dies,obwohl der Entwurf von derMehrzahl der Normenaus-schussmitglieder verworfenwurde. Es erhebt sich hierdie Frage, wo die größereKompetenz und Ausgewo-genheit bei der Beurteilungvorliegt.

Der Handwerker und/oderauch der Architekt solltensich in der Form absichern,dass das Bauteil und die akus-tischen Eigenschaften desBauteils im Vertrag eindeutigbeschrieben und damit ver-einbart sind. Ggf. sollte nochdie Hörtabelle mit den akus-tischen Höreindrücken un-terschiedlicher Schalldämm-Maße beigefügt werden, umdem Auftraggeber neben dernackten dB-Zahl auch derenakustische Wirkung deutlichzu machen. Man kann niewissen, was bei der Ausle-gung der fiktiven Rechtsnor-men herauskommt.Besonders schwierig wirdes, wenn zwei Doppelhäuservon zwei verschiedenenBauherrn durch verschiede-ne Unternehmer in verschie-denen Bauweisen und dannauch noch zeitversetzterrichtet werden.� Wie groß ist das Bau-

schalldämm-Maß der ge-samten Wand?

� Welcher Wert ist in die-sem Fall für wen geschul-det?

� Wer ist für welchen Wertverantwortlich?

Da die Normen den Gerich-ten weitgehend egal sind,erhebt sich die Frage, ob wirfür diesen Themenkreis kon-krete Rechtsnormen bekom-men oder evtl. die Bauge-nehmigungen demnächstbei Gerichten einholen müs-sen.Wir bitten also um Verständ-nis, wenn wir Ihnen dieseFragen nicht beantwortenkönnen.

Sind 57 dB ausreichend?

Die rechtliche Seite derMedaille

Praktische Tipps

Abb. 8: Wie man es nichtmachen sollte:a) Deckenbalken liegt nicht

auf,b) Grundrissplanung ohne

Rücksicht auf Konstruk-tion,

c) fehlende Dämmung amUnterzug

(Fotos: E. U. Köhnke)

®

1/2008 39

Montage

Auch wenn in Sachen Wärmeleitfähigkeit Weltenzwischen den beiden Materialien Stahl und Holzliegen, baukonstruktiv sind sie beinahe Nachbarn.Das geschossweise Montieren bei der Plattform-Bauweise kann daher wie gewohnt erfolgen, demAnschluss der Deckenbalken an den Stahlträgerschenken wir ein wenig Aufmerksamkeit.

Die Gebäudetrennwand imEG ist bereits montiert undder Stahlunterzug kann aufdas werkseitig auf demRähm befestigte Stück Holz-werkstoffplatte aufgelegtwerden (MF 1-1). Um einenToleranzausgleich zu ge-währleisten, sollte der Stahl-unterzug planmäßig mindes-tens 20 mm gegenüber derAußenkante der Holzständer-konstruktion zurückbleiben.Dies gilt sinngemäß auch fürdie Holzwerkstoffplatte. Mitzwei DIN 571-Schlüssel-schrauben durch den vorge-bohrten Unterflansch (ggfs.Langloch) ist die Lagesiche-rung erledigt (MF 1-2).

Die Deckenelemente sindweitgehend vorgefertigt:oberseitig mit OSB-Platte,unterseitig Sparschalung ca.21 x 80 mm im Abstand vonetwa 415 mm und daraufbereits eingelegter Mineral-faser als Hohlraumbedämp-fung. Die Balkenköpfe sindoberseitig ausgeklinkt undunten gefast, so dass sie bisan den Steg des Stahlträgerseingeschoben werden kön-nen (MF 2-1). Die OSB-Plattesteht gegenüber dem Balken-kopf deutlich zurück, umdas fehlende Stück Mineral-faserdämmung einzulegen(MF 2-2). Um durch das weitere Herun-tertrocknen auf Ausgleichs-feuchte Verdrehungen desBalkenquerschnitts oder denVerlust des Druckkontakts zuvermeiden, sollten Keile ver-

wendet werden, um einekraftschlüssige Verbindungim Stahlträger sicherzustellen(MF 2-3). Zur Herstellung derzugfesten Verbindung derbeiden Deckenhälften wirdnun die OSB-Platte eingefügtund auf den Deckenbalkenbefestigt (MF 2-4). Ein optio-naler Rieselschutz kann nunebenfalls vervollständigt wer-den (MF 2-5).

Der Randbalken der Decke(und meist auch Decken-scheibe) wird kontinuierlichmit dem Rähm der EG-Wandverschraubt oder vernagelt(MF 3-1). Der Anschlussstrei-fen als verbindende Brückeder beiden Luftdichtheits-schichten wird einfach hoch-geklappt (MF 1-3) und nachMontage der Gebäudetrenn-wand im OG (MF 3-2) andie Gipsplatte angeklebt(MF 3-5).

Um die brandschutztechni-sche Wirksamkeit derTrennwand sicherzustellen,muss die zur Gebäudefu-ge orientierte Bekleidungergänzt werden. Auch wennbekannte Hersteller einenStufenfalz bei zweilagigerBekleidung nicht fordern,ist dies die brandschutztech-nische robustere Lösung(MF 3-4). Zuvor wird derals Toleranzausgleich vor-gesehene Bereich zwischenRandbalken und Gipsfa-serplatte mit Mineralfa-serdämmstoff ausgefüllt(MF 3-3).

Die kontinuierliche Befesti-gung der OG-Wand erfolgtdurch Befestigung des ergän-zenden Plattenstreifens anOG-Schwelle und EG-Rähm.Auf der Innenseite der OG-Wand kann eine zusätzlicheBefestigung durch Schräg-vernagelung oder -verschrau-bung durch das Schwellholzin den Deckenrandbalkenerfolgen. Im Zuge des weite-ren Ausbaus wird die Unter-decke an der Sparschalungbefestigt (MF 3-6) und imBereich zur Wand ein Papier-Fugendeckstreifen in dieEcke eingelegt und einge-spachtelt (MF 3-7).

Stahl auf Holz

Mit Holz nach oben

Holz an Stahl

3.

1.

2.

1.

3.

1.

5.

4.

2.

2.

®

1/200840

Konstruktion

Da wir pro Ausgabe stets nur ein weitgehendpräzisiertes condetti®-Detail darstellen können,sollte man dies nicht als die ultimative Lösungansehen. Die condetti®-Autoren sind nichtallwissend, im Gegenteil: manchmal wird überWochen heftig diskutiert bis das Detail steht. Der ein oder andere Leser vertritt durchaus eineandere Meinung und im besten Falle erfahren wirdavon. Einige Gedankensplitter möchten wir hiermitteilen.

Ob Plattform- oder Quasi-Balloon-Bauweise, diese Fra-ge muss der ausführende Be-trieb für sich entscheiden.Aus Gründen der Material-logistik, gleiche Platten undStiellängen, sowie Fertigungs-vorrichtungen und Trans-porteinrichtungen gaben wirder Plattform-Bauweise denVorzug.Balken in den Trägeroder über Balkenschuhan Füllholz?Hier haben beide Variantenihren Reiz, deshalb habenwir beide dargestellt. Im Bal-kenschuh ist der Deckenbal-ken gut fixiert und es kön-nen auch Zugkräfte durchge-leitet werden. Natürlich sindZugkräfte auch über dieBeplankungen oder aufandere Art und Weise über-tragbar. In den Stahlträgereingeschoben, ist sicherlicheinfacher und preiswerter.

Dieser Punkt wurde bis zumSchluss diskutiert. WelchenZweck kann die Foliehaben? Als Dampfbremse istsie, beidseitig beheizte Räu-me, nicht nötig. Als „Mief-Schutz“ ist sie wohl aucheher entbehrlich. Die Gips-kartonplatten sind luftdichtund unter dem Estrich liegtmeist auch noch eine Folie.Gerüche gehen eher durchdie Installationsschächte.Die Nachteile der Folie wer-den bei „Regenmontagen“

besonders deutlich: das Was-ser bleibt in der Deckenkon-struktion stehen, kann nichtnach unten ablaufen undführt zu starker Auffeuch-tung und damit Schädigung.Den gleichen Nachteil hatdie Folie während der Nut-zung unter wasserführendenInstallationen im darüber lie-genden Geschoss, z. B. un-terhalb einer Dusche. Lecka-gen werden wegen der Foliehäufig zu spät erkannt. Bleibtalso für die Folie nur der Rie-selschutz?

Wenn die Traglattung derunteren Gipsplatte am Rand-balken bis außen geführt istoder bei Profilholzbretternauf der Balkenoberseite die-se bis außen reichen, dannja. Wir haben in unseremBeispiel die Traglattung nurzur Hälfte auf den Rand-balken geführt und eine Lat-te in gleicher Dicke außenlängs zum Balken angeord-net. Ist außen noch einedurchlaufende Beplankungoder ein Wärmedämmver-bundsystem, reicht das fürdie Luftdichtung im Normal-fall, wie Messungen belegen,aus, sofern trockenes undgehobeltes, weitgehend ver-zugsfreies Holz Verwendungfindet.

Bei der Quasi-Balloon-Bau-weise (Giebelwand auf Gie-belwand) liegt der Decken-

randbalken vor der Wand.Dies führt häufig zu Proble-men bei der Logistik inBezug auf höhere Wandele-mente. Aber auch beim Ver-legen vorgefertigter Decken-elemente ist die Möglichkeitdes Toleranzausgleiches ein-geschränkt, da in diesemFall, um Abrisse zwischenDecke und Wand zu vermei-den, der Randbalken mit derWand zu verschraubenwäre.Natürlich könnte man diezwangsläufig auftretendenToleranzen auch zwischenzwei Elementen ausgleichen,dann allerdings ist die wün-schenswerte Verbindung derElemente häufig ein Pro-blem. Zwischen der Außen-kante des Deckenrandbal-kens und der äußeren Be-plankung sollte „Luft“ zumAusgleich der Toleranzenverbleiben, in welche dannnoch sinnvoll etwas Däm-mung eingebaut wird.Sie haben bessere Ideen?Schreiben Sie uns, wir disku-tieren gerne mit Ihnen, nichtnur über dieses Detail. �

Einige konstruktiveAspekte

WohnungstrennendeDecke: muss eine Fo-lie eingebaut werden?

Eine Folie als Luftdichtungaußen um die Deckeherumgeschlagen?

Die Lage des Rand-balkens

4.

2.

5.

7.

3.

6.

1.

3.Montage