Forschungsprojekt Brandschutz BAU !!MASSIV - WKO.at · Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbauweise...

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Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz Vorstand: o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider Brandschutz BAU MASSIV ! ! h w h g h c Forschungsprojekt Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holz- bauweise unter Brandeinwirkung 5. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV! August 2002

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Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz Vorstand: o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider

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Forschungsprojekt

Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holz-

bauweise unter Brandeinwirkung

5. Teilbericht des Forschungsprojektes

Brandschutz BAU! MASSIV!

August 2002

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Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz

Vorstand : o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider

Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbauweise

unter Brandeinwirkung

5. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!

von

o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider

Dipl.-Ing. G. Moschnitschka

Dipl.-Ing. M. Oswald

Ing. C. Lebeda

August 2002

Der vorliegende Bericht wurde im Auftrag der Bundesinnung Bau und des Fachverbandes Stein und Keramik für den internen Gebrauch erstellt. Eine Veröffentlichung von Auszügen

aus diesem Bericht bedarf in jedem Einzelfall der Zustimmung des Instituts.

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Inhaltsverzeichnis

1 EINFÜHRUNG ............................................................................................................. 11

1.1 ALLGEMEINES 11

2 TEMPERATURVERHALTEN VON BAUSTOFFEN ............................................. 11

2.1 BETON UND STAHLBETON 12

2.1.1 Temperaturverhalten von Beton und Stahlbeton 13 2.1.1.1 Temperaturverteilung bei einseitig beanspruchten Betonwänden..................... 15 2.1.1.2 Temperaturverteilung in dreiseitig beanspruchten Betonbalken....................... 17

2.1.2 Schäden an Stahlbetonkonstruktionen 18

2.2 MAUERWERK 19

2.2.1 Temperaturverhalten von Mauerwerk 20

2.2.2 Schäden an Mauerwerkskonstruktionen 21

2.3 HOLZ 22

2.3.1 Temperaturverhalten von Holz 22

2.3.2 Temperaturverhalten von Holzverbindungen 26 2.3.2.1 Zimmermannsmäßige Verbindungen................................................................ 26 2.3.2.1.1 Blattverbindung ................................................................................................. 27 2.3.2.1.2 Zapfenverbindung.............................................................................................. 28 2.3.2.1.3 Versatz............................................................................................................... 29 2.3.2.2 Ingenieurmäßige Verbindungen........................................................................ 31 2.3.2.2.1 Brandverhalten von Stahl .................................................................................. 31 2.3.2.2.2 Brandverhalten von Gusseisen.......................................................................... 32 2.3.2.2.3 Brandverhalten von Aluminium........................................................................ 32 2.3.2.3 Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln ..................................... 32 2.3.2.3.1 Nägel.................................................................................................................. 32 2.3.2.3.2 Nagelplatten....................................................................................................... 34 2.3.2.3.3 Nagelbleche ....................................................................................................... 36 2.3.2.3.4 Klammern.......................................................................................................... 37 2.3.2.3.5 Holzschrauben................................................................................................... 38 2.3.2.3.6 Bolzenverbindungen.......................................................................................... 41 2.3.2.3.7 Stabdübelverbindungen..................................................................................... 42

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2.3.2.3.8 Dübelverbindungen ........................................................................................... 43 2.3.2.3.9 Stahlbleche und Stahlblechformteile ................................................................. 43 2.3.2.3.10 Zugstabsysteme aus Stahl und Aluminium ....................................................... 44 2.3.2.3.11 Grundlagen des Brandverhaltens von Klebstoffen und Leimen........................ 45 2.3.2.3.12 Brandverhalten von geklebten Verbindungen................................................... 47 2.3.2.3.13 Verklebungen mit Epoxydharzen...................................................................... 47 2.3.2.3.14 Keilzinkleimungen ............................................................................................ 48

2.3.3 Schäden an Holzkonstruktionen 50

3 GRUNDSÄTZLICHE VERSAGENSMUSTER DER BAUTEILE......................... 51

3.1 VERSAGENSKRITERIEN NACH EUROCODE 51

3.2 LEISTUNGSANFORDERUNGEN AN TRAGWERKE UND BAUTEILE 51

3.3 VERSAGENSMUSTER DER HOLZ- UND MASSIVBAUWEISE IM BRANDFALL 52

4 BETRACHTUNG DER GESAMTKONSTRUKTION ............................................ 56

4.1 WANDBAUTEIL 56

4.1.1 Massivbauweise 57 4.1.1.1 Innenputz und Innenwandverkleidung .............................................................. 58 4.1.1.2 Tragkonstruktion ............................................................................................... 59 4.1.1.3 Dämmstoffe ....................................................................................................... 59

4.1.2 Holzbauweise 60 4.1.2.1 Brandschutzbekleidung ..................................................................................... 60 4.1.2.2 Dämmstoffe ....................................................................................................... 61 4.1.2.3 Firestops ............................................................................................................ 62

4.1.3 Fallbeispiele 63

4.2 FASSADE 65

4.2.1 Massivbauweise 66

4.2.2 Holzbauweise 68

4.2.3 Fallbeispiele 69

4.3 ÖFFNUNGEN 71

4.3.1 Massivbauweise 71

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4.3.2 Holzbauweise 72

4.4 DECKENBAUTEIL 74

4.4.1 Massivbauweise 74 4.4.1.1 Tragkonstruktion ............................................................................................... 74 4.4.1.2 Bekleidung......................................................................................................... 76

4.4.2 Holzbauweise 77 4.4.2.1 Tragkonstruktion ............................................................................................... 77 4.4.2.2 Bekleidung......................................................................................................... 80 4.4.2.3 Firestops ............................................................................................................ 81

4.4.3 Fallbeispiel 81

4.5 VERBINDUNGEN, ANSCHLÜSSE UND FUGEN 82

4.5.1 Massivbauweise 83

4.5.2 Holzbauweise 85

4.5.3 Fallbeispiel 93

4.6 INSTALLATIONEN 95

4.6.1 Massivbauweise 95

4.6.2 Holzbauweise 96

4.7 RAUMGRÖßE 101

4.7.1 Massivbauweise 101

4.7.2 Holzbauweise 101

4.8 TREPPENHAUS 102

4.8.1 Massivbauweise 102

4.8.2 Holzbauweise 103

4.9 VERGLEICH REALISIERTER WOHNBAUPROJEKTE 104

4.9.1 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Deutschland 104 4.9.1.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 109 4.9.1.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 109 4.9.1.1.2 Fassade ............................................................................................................ 110 4.9.1.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 110 4.9.1.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 111

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4.9.1.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 111 4.9.1.1.6 Installationen ................................................................................................... 111 4.9.1.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 112

4.9.2 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Österreich 112 4.9.2.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 118 4.9.2.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 118 4.9.2.1.2 Fassade ............................................................................................................ 119 4.9.2.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 119 4.9.2.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 120 4.9.2.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 120 4.9.2.1.6 Installationen ................................................................................................... 120 4.9.2.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 121 4.9.2.1.8 Gesamtbeurteilung........................................................................................... 121

4.9.3 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Deutschland 122 4.9.3.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 127 4.9.3.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 127 4.9.3.1.2 Fassade ............................................................................................................ 128 4.9.3.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 128 4.9.3.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 129 4.9.3.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 130 4.9.3.1.6 Installationen ................................................................................................... 131 4.9.3.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 132

4.9.4 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Österreich 133 4.9.4.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 141 4.9.4.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 141 4.9.4.1.2 Fassade ............................................................................................................ 143 4.9.4.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 143 4.9.4.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 144 4.9.4.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 146 4.9.4.1.6 Installationen ................................................................................................... 147 4.9.4.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 147 4.9.4.1.8 Gesamtbeurteilung........................................................................................... 147

5 QUALITÄTSVERGLEICH DER BEIDEN BAUWEISEN ................................... 149

5.1 BAUAUSFÜHRUNG 149

6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 152

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7 SCHLUSSFOLGERUNG........................................................................................... 158

8 LITERATURVERZEICHNIS................................................................................... 162

9 ANHANG: BESCHREIBUNG DER BAUWEISEN ............................................... 167

9.1 STATISCH-KONSTRUKTIVER AUFBAU VON GEBÄUDEN 167

9.1.1 Wände 167

9.1.2 Decken 168

9.1.3 Zusammenwirken von Wänden und Decken 169

9.2 KONSTRUKTIONSSYSTEME IN DER MASSIVBAUWEISE 170

9.2.1 Massivbauten mit tragenden Längswänden 170

9.2.2 Massivbauten mit tragenden Querwänden 172

9.2.3 Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden 174

9.2.4 Massive Wandkonstruktionen 174 9.2.4.1 Tragendes einschaliges Mauerwerk ................................................................ 175 9.2.4.2 Tragendes zweischaliges Mauerwerk .............................................................. 177 9.2.4.3 Nicht tragendes Mauerwerk ............................................................................ 179

9.2.5 Massive Deckenkonstruktionen 179

9.3 KONSTRUKTIONSSYSTEME IN DER HOLZBAUWEISE 180

9.3.1 Rippenbauweise 181 9.3.1.1 Tafelbauweise .................................................................................................. 182 9.3.1.2 Raumzellenbauweise ....................................................................................... 184 9.3.1.3 Balloon Framing .............................................................................................. 184 9.3.1.4 Platform Framing............................................................................................. 186

9.3.2 Skelettbauweise 187 9.3.2.1 Fachwerkbauweise .......................................................................................... 188 9.3.2.2 Ingenieurmäßige Skelettbauweise ................................................................... 190

9.3.3 Massivholzbauweise 195 9.3.3.1 Blockbauweise................................................................................................. 195 9.3.3.2 Brettstapelbauweise ......................................................................................... 196

9.3.4 Mischformen 199

9.4 VERBINDUNGEN IM HOLZBAU 199

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9.4.1 Systematik der Verbindungsformen 201 9.4.1.1 Zimmermannsmäßige Verbindungsformen..................................................... 201 9.4.1.2 Ingenieurmäßige Verbindungsformen............................................................. 202

9.4.2 Verbindungen der Rahmenbauweise 203 9.4.2.1 Verbindungen beim Platform Framing und Balloon Framing ........................ 204

9.4.3 Verbindungen der Skelettbauweise 205 9.4.3.1 Fachwerkbauweise .......................................................................................... 205 9.4.3.2 Verbindungen der ingenieurmäßigen Skelettbauweise ................................... 206

9.4.4 Verbindungen der Massivholzbauweise 211 9.4.4.1 Verbindungen der Blockbauweise................................................................... 211

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LEGENDE DER BEZEICHNUNGEN UND ABKÜRZUNGEN

Allgemeine Symbolerläuterung:

Ca(OH)2 Calciumhydroxid CO Kohlenmonoxid CO2 Kohlendioxid O2 Sauerstoff Verwendete Abkürzungen:

afi Zusätzliche Holzdicke und zusätzliche End- und Randabstände von Ver-bindungsmitteln für einen Feuerwiderstand von mehr als R 15 nach EC 5 Teil 1-2

ASTM American Society for Testing Materials b Balkenbreite eines Plattenbalkens CSH Calciumsilicathydrat; wichtigste Verbindung für die Festigkeitsbildung des

Betons d Balkenhöhe eines Plattenbalkens d0 Plattendicke eines Plattenbalkens dn Schraubendurchmesser in [mm] E Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für den Raumabschluss (abgeleitet

vom französischen Wort „Étanchéité“) ETK Einheitstemperaturzeitkurve F 30, 60, 90, 180 Brandwiderstandsklassen; symbolischer bauteilbezogener Ausdruck für die

Brandwiderstandsdauer in Minuten bei Normbrandbelastung I Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die Wärmedämmung unter

Brandeinwirkung (abgeleitet vom französischen Wort „Isolation“) ln Mindestnagellänge in [mm] M Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die mechanische Einwirkung

auf Wände (abgeleitet vom englischen Wort „Mechanical“) OSB Oriented Strand Boards; Flachpressplatten aus großflächigen, vorzugsweise

parallel zur Plattenoberfläche liegenden Langspänen R Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die Tragfähigkeit (abgeleitet

vom französischen Wort „Résistance“) T Temperatur in [°C] t Zeit in [sec.] Tkrit Kritische Temperatur des Bewehrungsstahles in [°C] nach [9]; ist jene

Temperatur, bei der die Bruchspannung des Stahles auf die im Bauteil vorhandene Stahlspannung absinkt.

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tr Feuerwiderstandsdauer in [min] TSD Trittschalldämmung ß gemessene Abbrandrate in [mm/min] nach EC 5 Teil 1-2 ß0 Abbrandgeschwindigkeit in [mm/min] ß1 Abbrandrate in [mm/min] nach EC 5 Teil 1-2

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1 Einführung

1.1 Allgemeines

Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamt-

konstruktion unter Brandeinwirkung erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bau-

teile, deren Aufgaben, Herstellung und Baustoffe und andererseits die Betrachtung des

Zusammenwirkens sämtlicher Konstruktionselemente als Ganzes. Hiervon hängt die

Standfestigkeit des Gebäudes, sowohl unter den üblichen Gebrauchslasten als auch unter

speziellen Belastungen, wie dies z.B. die Brandeinwirkung darstellt, ab.

Eine Zusammenstellung dieser statisch-konstruktiven Aufgaben von Gebäuden wird im

Anhang dieses Berichtes angeführt. Des weiteren wird dort zum besseren Verständnis der

folgenden Kapitel auf die Konstruktionssysteme in der Massiv- und Holzbauweise im

Detail eingegangen und ein Überblick über die Verbindungen, die im Holzbau zur

Anwendung gelangen, gegeben.

2 Temperaturverhalten von Baustoffen

Das statisch-konstruktive Gefüge eines Gebäudes wird immer von der Wahl des Baustoffes

sowie von der jeweiligen Herstellungsweise beeinflusst. Die Feuerwiderstandsdauer der

Bauteile hängt einerseits von der Art und andererseits von der Anordnung der verwendeten

Baustoffe ab. Die drei wichtigsten Konstruktionsbaustoffe im Wohnbau sind:

• Beton bzw. Stahlbeton,

• Mauerwerk,

• Holz.

Aufgrund der verschiedenen Baustoffeigenschaften zeigen sich hinsichtlich des Verhaltens

unter Brandeinwirkung signifikante Unterschiede. Beton, Stahlbeton und Mauerwerk sind

nicht brennbar, wodurch die Geometrie und die Form von Bauteilen aus diesen Baustoffen

bei Feuereinwirkung im Wesentlichen erhalten bleiben. Demgegenüber ist Holz als solches

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brennbar, wodurch sich Holzbauteile praktisch von Beginn des Brandes an verändern.

Während sich die tragenden Querschnitte von Holz unter Beflammung reduzieren, nehmen

die Spannungen in den Querschnitten zu.

Sowohl Holz als auch Mauerwerk und Beton zeichnen sich durch ihre schlechte

Wärmeleitfähigkeit aus. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Bauteile bei

Beflammung nur in den Randzonen erwärmt, während die Kernbereiche nur geringere

Temperaturerhöhungen erfahren.

Die mechanischen Eigenschaften, d.h. unter anderem die Festigkeit und der E-Modul der

Konstruktionsbaustoffe, nehmen mit steigenden Temperaturen durchweg ab. Bauteile aus

Holz versagen in der Regel bereits nach kurzer Brandeinwirkung, da die äußeren Lasten

von den durch den Abbrand rasch reduzierten tragenden Querschnitten nicht mehr

aufgenommen werden können. Stahlbetonbauteile und Bauteile aus Mauerwerk versagen

demgegenüber erst, wenn die Randzonen der Bauteile soweit durchwärmt sind, dass die

tragenden Bewehrungen kritische Temperaturen erreichen oder die Baustoffe durch sehr

hohe Temperaturen zermürbt sind. Stahlbeton- und Spannbetonbauteile erreichen ihren

hohen Feuerwiderstand daher vor allem durch die vorhandenen Überdeckungen.

In den Kapiteln 2.1, 2.2 und 2.3 wird detailliert auf das Temperaturverhalten der drei

Konstruktionsbaustoffe Beton bzw. Stahlbeton, Mauerwerk und Holz eingegangen.

2.1 Beton und Stahlbeton

Normalbeton und Konstruktionsleichtbeton werden ausschließlich aus mineralischen

Baustoffen gefertigt und gelten daher ohne Nachweis als nichtbrennbar

(Brennbarkeitsklasse A 1). Die zur Aufnahme von Zugkräften eingebrachte Bewehrung

aus Baustahl ändert daran nichts.

Bauteile aus Stahlbeton gelten je nach Abmessung und Dicke der Überdeckung des

Baustahls mit Beton grundsätzlich als F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]), F 90 (zukünftig

REI 90 nach [49]) oder F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]), wobei die im Wohnbau

üblichen schlaff bewehrten tragenden Stahlbetonteile mit den aus statischer Sicht

erforderlichen Abmessungen bereits die Brandwiderstandsklasse F 90 (zukünftig REI 90

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nach [49]) ergeben. Wenn sie beidseitig verputzt werden, ergeben sich Brandwiderstands-

klassen von F 120 (zukünftig REI 120 nach [49]) und darüber.

2.1.1 Temperaturverhalten von Beton und Stahlbeton

Beton erfährt im Brandfall eine besondere physikalisch-chemische Belastung. Der

Betonquerschnitt wird unter Brandeinwirkung von der Oberfläche her zunächst relativ

rasch erhitzt. Die Abb. 2.1 stellt die physikalischen und chemischen Vorgänge im

Betonquerschnitt unter Brandeinwirkung dar.

a-Quarz

Dic

ke d

er B

eton

schi

cht

[cm

]

Branddauer nach DIN 4102 [min]

Beton weitgehend zerstört

Beton weitg

ehend in

takt

0 30 60 90 120 150 180

2

4

6

8

750°C

573°C

450°C

350°C Zerfall von CSH(I)

Zerfall von Ca(OH)2

Zerfall von CSH(II)

b-Quarz

Abb. 2.1: Wirkungstiefe einer Brandeinwirkung auf eine Betonoberfläche und die Art der Schädigung nach [20]

Die Abb. 2.1 zeigt, dass bei einer Temperatur von etwa 350°C der Abbau der Festigkeit

des Betons durch Zerfall der ersten CSH(I) Phasen beginnt. Bei einem Wert von ca. 450°C

folgt dann der Zerfall von Calciumhydroxid Ca(OH)2. Die Umwandlung von a-Quarz in ß-

Quarz erfolgt bei 573°C. In weiterer Folge tritt bei Erreichen einer Temperatur von ca.

750°C der Zerfall der CSH(II)-Phasen und somit eine Zerstörung bzw. Zermürbung des

Betons ein. Die Oberflächenschicht aus nahezu festigkeitsloser Betonsubstanz schützt aber

den tieferliegenden, noch tragfähigen Beton mit zunehmender Dicke immer besser vor

weiterer Erwärmung. Auch bei größeren Bränden erfasst die Zermürbung daher selten eine

Schicht von mehr als 5 cm Dicke.

Normalbeton zeigt im Verlauf der Erwärmung Veränderungen in der Mikro- und

Makrostruktur, die zu einem Abfall der Betondruckfestigkeit und einer Erhöhung seiner

Verformbarkeit führen. Innerhalb der für die Brandabläufe maßgebenden Zeiträume

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verändert sich die Druckfestigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 200°C kaum, um

anschließend annähernd linear bei einer Temperatur zwischen 700°C bis 800°C auf Null

abzufallen. Der Abfall des Druck-Elastizitätsmoduls setzt bereits bei etwa 50°C ein und

fällt anschließend annähernd linear auf Null bei 800°C ab. Dementsprechend zeigen

Spannung-Dehnungs-Diagramme für Normalbetone bei zunehmender Temperatur

geringere Festigkeiten bei gleichzeitig erheblich ansteigenden Verformungen. Wird ein

Versuchskörper aus Beton mit einer konstanten Druckspannung von etwa 45% seiner

Kurzzeit-Druckfestigkeit unter Normaltemperatur belastet und unter Last allmählich

erwärmt, werden zunächst die temperaturabhängigen Dehnungen durch die zeitgleich

eintretenden Kriechverformungen in etwa aufgehoben. Erst bei einer Temperatur von etwa

500°C setzen starke Stauchungen ein, die bei 600°C zum Bruch führen [20].

Konstruktionen bzw. Konstruktionselemente aus Beton erhöhen die Brandlast nicht. Sie

haben zudem ein relativ schlechtes Wärmeleitvermögen. Betonbauteile erreichen ohne

besonderen Aufwand hohe Feuerwiderstandsdauern, sie entwickeln im Brandfall keine

toxischen Gase, d.h. sie haben aus brandschutztechnischer Sicht nur Vorteile. Selbst nach

schweren Brandeinwirkungen ist es möglich, die Betonbauteile zu sanieren [42].

Die Einsturzgefahr ist bei tragenden Stahlbetonbauteilen mit im Wohnbau üblicher

schlaffer Bewehrung sehr gering, d.h. Einstürze bei Wohnungsbränden wurden bislang nur

im Holzbau beobachtet. Bei Stahlbetonbauteilen führt die Einwirkung der Brandwärme

zunächst nur zur Erwärmung der äußeren Deckschicht, wodurch sich die Bewehrung

erwärmt und eventuell durch Abplatzungen freigelegt wird. Entscheidend für das

Brandverha lten des Stahlbetons ist letztlich immer das Verhalten der Bewehrungen

In Abhängigkeit von der Anzahl der Seiten eines Bauteils, die einer Beflammung

ausgesetzt werden, unterscheiden sich auch die Temperaturverteilungen im Querschnitt. In

weiterer Folge wird die Temperaturverteilung in den im Wohnbau üblicherweise

verwendeten Bauteilen, d.h. in Wänden, Platten und Balken, dargestellt. Auf das

Brandverhalten von Stützen wird in diesem Bericht nicht detailliert eingegangen, da solitär

stehende Stützen im Geschosswohnbau praktisch nicht zum Einsatz kommen. Werden

Stützen hingegen in Stahlbetonwände eingebunden, verlaufen die Temperaturen durch den

Zusammenhang mit diesen Wänden ähnlich wie in einem Plattenbalken (siehe Abb. 2.3).

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Weil dieser erwärmungstechnisch mit einer eingebundenen Stütze direkt vergleichbar ist,

kann auf eine Wiedergabe entsprechender Beispiele bzw. Temperaturfelder verzichtet

werden.

2.1.1.1 Temperaturverteilung bei einseitig beanspruchten Betonwänden

Legt man die Temperaturbeanspruchung der Einheitstemperaturkurve (ETK) zugrunde,

dann ergeben sich in einseitig beflammten Wänden oder Platten die in den Abbildungen

2.2 und 2.3 dargestellten Temperaturverteilungen. Die Abb. 2.2 zeigt die Temperaturfelder

in Normalbetonplatten nach verschiedenen Zeitpunkten im Normbrandversuch.

Abb. 2.2: Temperaturverteilung in einseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Pla tten bzw. Scheiben (Wänden) aus Normalbeton mit quarzhaltigem Zuschlag nach [22]

Man erkennt daran, dass die Plattendicke selbst ab einer Plattendicke von mehr als 10 cm

und bis zu 90 Minuten Branddauer praktisch keinen Einfluss auf die feuerseitigen

Temperaturfelder hat. Die Temperaturen nahe der beflammten Oberfläche, d.h. jeweils auf

der linken Seite der 10 cm und 15 cm dicken Platten, geben Aufschluss über jene

Temperaturen, die beispielsweise an der Zugbewehrung von statisch bestimmt gelagerten

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Platten oder Scheiben auftreten. Aus den Temperaturen auf der feuerabgekehrten Seite,

d.h. jeweils auf der rechten Seite der Platte, sowie aus der nach Norm zulässigen

Temperaturerhöhung von 140°C im Mittel und maximal 180°C ergeben sich die für

bestimmte Feuerwiderstandsklassen notwendigen Plattendicken.

Die Abb. 2.3 zeigt die Temperaturverteilung in Scheiben bzw. Platten aus Leichtbeton mit

Blähtonzuschlag mit einer Rohdichte von ca. 1350 kg/m3. Die Abbildung gibt annähernd

auch die Temperaturverteilung in einem Porenbeton gleicher Rohdichte wieder. Aufgrund

der niedrigeren Wärmeleitzahl des Leichtbetons fallen die Temperaturen an der dem Feuer

abgewandten Seite niedriger aus als bei den Normalbetonplatten.

Abb. 2.3: Temperaturverteilung in einseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Pla tten bzw. Scheiben (Wänden) aus Leichtbeton mit Blähtonzuschlag nach [22]

Der Vergleich der Abbildungen 2.2 und 2.3 zeigt, dass die Temperaturen im

Leichtbetonquerschnitt zu vergleichbaren Zeitpunkten erheblich niedriger liegen als jene

beim Normalbeton mit quarzhaltigem Zuschlag. Dieser Einfluss ist sowohl bei der

Anordnung der Bewehrung bzw. des Maßes der Überdeckung als auch bei der

Bestimmung der notwendigen Platten- bzw. Scheibendicken zur Erreichung bestimmter

Feuerwiderstandsdauern von Bedeutung.

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2.1.1.2 Temperaturverteilung in dreiseitig beanspruchten Betonbalken

Eine dreiseitige Brandbeanspruchung liegt dann vor, wenn die Oberseite des Balkens durch

eine Stahlbetonkonstruktion oder eine andere gleichwertige Abdeckung mit mindestens

derselben Feuerwiderstandsklasse wie der des Balkens abgedeckt ist. Bei einer dreiseitigen

Brandbeanspruchung werden die dem Feuer zugekehrten Balkenseiten am stärksten

beansprucht. Am Übergang zur Abdeckung liegt dagegen eine geringere Beanspruchung

vor. Die Temperaturen verlaufen für Normalbeton entsprechend den in der Abb. 2.2

dargestellten Isothermen. Ausschlaggebend für die Höhe der Temperaturen sind dabei die

Abmessungen b, d und do. Da in der Praxis in erster Linie die Temperaturen in den unteren

Balkenbereichen interessieren, werden im Folgenden diese Bereiche genauer untersucht.

Abb. 2.4: Isothermen bei einem dreiseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Plattenbalken mit quarzhaltigem Zuschlag nach 30 Minuten Beanspruchungsdauer (Maße in mm, Temperaturen in °C) nach [22]

Trägt man die Erwärmungszeit t, bei der in der Symmetrieachse von rechteckigen Balken

die Temperatur T = 500°C erreicht wird, in Abhängigkeit von der Balkenbreite b auf, dann

ergeben sich die in der Abb. 2.5 wiedergegebenen Kurven. Sie gehen bei einer

Balkenbreite b > 30 cm asymptotisch in horizontale Geraden über. Diese Geraden stellen

die entsprechenden Erwärmungslinien für Platten bzw. Scheiben dar. Die dargestellten

Kurven gelten für Balken mit Seitenverhältnissen d > 2b. Die Kurven gelten annähernd

auch für Balken mit leicht angeschrägten Seiten.

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Wäre ein statisch bestimmt gelagerter Balken nur mit einem Bewehrungsstab in der

Symmetrieachse bewehrt, so würde die auf der Ordinate eingetragene Zeit gleichzeitig die

Feuerwiderstandsdauer in Minuten darstellen, wenn der Bewehrungsstab eine kritische

Temperatur von 500°C hat.

Abb. 2.5: Erwärmungszeit t bis zum Erreichen von T = 500 °C in der Symmetrieachse von Rechteckbalken mit quarzhaltigem Zuschlag bei dreiseitiger Beanspruchung nach DIN 4102 Teil 2 in Abhängigkeit von der Balkenbreite b und dem Achsenabstand u nach [22]

Für Balken mit mehreren Bewehrungsstäben reichen die Angaben der Abb. 2.5 nicht aus,

um das Tragverhalten im Brandfall zu beurteilen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für

die Temperaturverteilung in Balken Isothermenbilder zu verwenden. Auf diese wird jedoch

nicht genauer eingegangen, da das den Rahmen des vorliegenden Berichtes sprengen

würde. Die Abb. 2.5 zeigt, dass bei einer Überdeckung von 3,5 cm im Allgemeinen ein

Brandwiderstand von > 90 min erreicht wird (Tkrit. = 500°C).

2.1.2 Schäden an Stahlbetonkonstruktionen

Bei den Schäden an Stahlbetonkonstruktionen unter Brandeinwirkung handelt es sich nach

[20] grundsätzlich vor allem um die in weiterer Folge angeführten:

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• Verschmutzung und Verrußung der Betonoberflächen.

• Eindringung saurer Brandgase, d.h. beispielsweise Salzsäuredämpfe aus PVC-

Bränden, in die Betonoberfläche.

• Abplatzungen und dadurch Freilegen der Bewehrung sowie

Querschnittsschwächungen oder Lochbildung an dünnen Querschnitten, wie z.B.

Felder von Kassettendecken und dünnwandigen Stegen von T-Profilen.

• Starke Verformungen und Zwängungen wegen behinderter Ausdehnung der

erhitzten Bauteile, anschließendes Fließen der Stahlbewehrung und Absinken der

Elastizitätsmoduli von Beton und Stahl durch Erwärmung sowie entsprechende

Rissbildung.

• Einsturz von Teilen oder ganzen Tragwerken, insbesondere statisch bestimmt

gelagerter Tragwerke, die einachsig gespannt sind, sobald die Zugbewehrung durch

Abplatzung freigelegt ist. Bei statisch unbestimmt gelagerten oder mehrachsig

gespannten Bauteilen sowie bei brandschutztechnisch günstiger

Bewehrungsführung tritt ein Bauteilversagen trotz großflächiger und tiefer

Abplatzungen so gut wie nie auf.

2.2 Mauerwerk

Alle Baustoffe für den Mauerwerksbau sind prinzipiell der Brennbarkeitsklasse A

zuzuordnen, d.h. sie gelten als nichtbrennbar. Eine Ausnahme hiervon bilden die

Dämmschichten in zweischaligen Wänden sowie Thermoputze. Das Hochtemperatur-

verhalten von Mauerziegeln zeichnet sich durch außerordentlich hohe

Feuerwiderstandsfähigkeit aus, da es sich um ein bereits vor dem Einbau gebranntes

Material handelt. Ein ähnlich gutes Brandverhalten zeichnen auch Kalksandstein-

Vollziegel aus. Porenbetons teine sind ebenfalls durch eine hohe Feuerwiderstandsdauer

gekennzeichnet, die durch den hohen Wärmedurchlasswiderstand des Leichtbetons bzw.

im Hinblick auf die raumabschließende Wirkung der Wände begünstigt wird.

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Wie für die Strukturen aus Beton und Stahlbeton gilt auch für Mauerwerkskonstruktionen,

dass die Einhaltung der statischen Erfordernisse in der Regel auch den Brandschutz

gewährleisten. So erreicht eine ungeputzte tragende Ziegelwand aus Mauerziegel der

Dicke 25 cm einen Brandwiderstand von ≥ 90 min. Wird diese Wand beidseitig verputzt,

so beträgt der Brandwiderstand ≥ 180 min. Wird das tragende Mauerwerk aus

Hochlochsteinen ausgeführt, so ist in ungeputztem Zustand bereits bei 17 cm Mauerdicke

ein Brandwiderstand ≥ 90 min gewährleistet, mit beidseitigem Verputz ein

Brandwiderstand ≥ 180 min. Eine beidseitig verputzte nichttragende Wand aus

Mauerziegel erreicht einen Brandwiderstand ≥ 90 min. Für Wände aus Porenbeton gelten

etwa die gleichen Werte.

2.2.1 Temperaturverhalten von Mauerwerk

Das Brandverhalten von Mauerwerk wurde experimentell vergleichsweise selten

untersucht. Da die Erfahrungen bei natürlichen Bränden zeigen, dass Mauerwerk eine hohe

Feuerwiderstandsfähigkeit aufweist, sind derartige Untersuchungen im Gegensatz zu Holz

oder Beton nicht von Bedeutung. Einen zusätzlichen günstigen Einfluss auf das Verhalten

im Brandfall übt hierbei der Verputz, d.h. üblicherweise Kalkmörtel, Kalkzementmörtel

und Gipskalkmörtel, aus.

Grundsätzlich erwärmen sich gemauerte Wandbauteile im Brandfall nur langsam und

behalten ihre Tragfähigkeit über einen langen Zeitraum. Das Verformungsverhalten von

Mauerwerk unter Brandeinwirkung ist durch eine sehr große Variationsbreite

gekennzeichnet. Dies gilt einerseits für die unterschiedlichen Mauerwerksarten,

andererseits aber auch innerhalb jeder Mauerwerksart. Durchweg sind die thermischen

Verformungen jedoch gering, weil die thermische Ausdehnung generell geringer ist als

z.B. bei Stahlbetonbauteilen.

Der Mörtel in den Fugen des Mauerwerks, d.h. vor allem der Lagerfugenmörtel, sorgt für

die Kraftübertragung von Mauerstein zu Mauerstein und durch den Ausgleich von

Maßabweichungen der Mauersteine für eine gleichmäßigere Spannungsverteilung. Beim

Mörtel für tragendes Mauerwerk handelt es sich in der Regel um Kalk- oder

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Kalkzementmörtel. Durch unvollständig vermörtelte Fugen bzw. durch die oben

angeführte mögliche Zerstörung des Mörtels unter Brandeinwirkung entstehen

Spannungsspitzen, die in weiterer Folge zu einem vermehrten Abplatzen und infolge

dessen zu einer oberflächlichen Zerstörung der Steine führen können [39].

Die Baustoffe der Mauerwerkskonstruktionen tragen als solche nicht zu einer Erhöhung

der Brandlasten bei. Des weiteren nehmen sie nicht am aktiven Brandgeschehen teil und

führen somit auch weder zu einer Brandentstehung noch zu einer Brandausbreitung. Sie

geben keine Rauchgase ab und tragen nicht zur Toxizität der Rauchgase bei.

Mauerwerk tritt in Gebäuden üblicherweise in Kombination mit Stahlbeton auf, daneben

ist auch eine Verbindung mit Stahl und Holz gebräuchlich. Für die schadensfreie Planung

von Mauerwerksbauten sind daher neben den Formänderungseigenschaften der

verschiedenen Mauwerkwerksarten auch diejenigen der eventuell in die Konstruktion

eingreifenden Bauteile aus Stahl, Beton oder Stahlbeton relevant. Im Wohnungsbau ist

dieser Aspekt in der Regel jedoch ohne Bedeutung.

2.2.2 Schäden an Mauerwerkskonstruktionen

Bei den Schäden an brandbeanspruchten Mauerwerkskonstruktionen sind vor allem die in

weiterer Folge genannten zu beachten:

• Entstehung von Rissen auf der feuerzugewandten Seite des Mauerwerks (Kühlrisse).

• Aufgrund von Wärmespannungen Abplatzen der Ecken der Steine in Form von bis zu

2 cm dicken Schalen. Dieses Maß ist von der jeweiligen Steinart sowie vom im

Wohnbau zumeist verwendeten Verputz abhängig.

Einige Natursteine mit dichtem Gefüge, d.h. beispielsweise Granit, dehnen sich

wegen ihres inhomogenen Gefüges bei Erwärmung bzw. plötzlicher Abkühlung

durch Löschwasser unterschiedlich und es kommt zu Abplatzungen und Sprüngen

[19].

• Langsame Verformung der Wandbauteile durch die Zerstörung des Fugenmörtels

zwischen den Mauersteinen.

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• Ein Verlust der Tragfähigkeit einer Mauerwerkskonstruktion tritt so gut wie nie ein.

Im „worst case“ tritt dieser erst nach mehrstündigen Branddauern und meist durch

Zerstörung des Fugenmörtels und nur in den seltensten Fällen durch Zerstörung der

Steine ein.

2.3 Holz

Aufgrund des überwiegend organischen Aufbaues ist Holz als Baustoff brennbar und gilt

ohne Nachweis als normalentflammbar (Brennbarkeitsklasse B 2). Es kann in feinverteilter

Form, d.h. unter 2 mm Dicke, leichtentflammbar sein; es kann andererseits durch

Behandlung mit Anstrichen schwerentflammbar (B 1) gemacht werden. Holz kann anteilig

sogar in nichtbrennbaren Baustoffen der Klasse A 2 enthalten sein.

Als Konstruktionselement verhält sich Holz im Feuer sehr differenziert, d. h. es kommt zu

einem mehr oder weniger schnellen Abbrand der Konstruktion, zur Entwicklung toxischer

Gase (Kohlenmonoxid) und zu einer raschen Erwärmung der metallischen Holzanschlüsse.

Die vergleichsweise geringe Ausdehnung und der niedrige E-Modul von Holz ist dagegen

als positiv zu bewerten, d.h. es treten im Brandfall nur geringe Zwängungen infolge von

Dehnungen oder Verdrehungen auf. Die größte Gefahr ist von den Verbindungselementen,

die aus Metall gefertigt werden, bzw. durch die Verleimung der einzelnen Bauteile zu

erwarten.

Holz ist brennbar und erhöht damit die Brandlast. Erst die Abkehr von der Verwendung

brennbarer Baustoffe für Dacheindeckungen und Außenwände hat dazu geführt, dass die

im Mittelalter und in der Neuzeit häufig zu beobachtenden Stadtbrände seit dem

19. Jahrhundert kaum mehr vorkommen.

2.3.1 Temperaturverhalten von Holz

Das Temperaturverhalten des organischen, inhomogenen und anisotropen Werkstoffes

Holz stellt eine sehr komplexe Thematik dar, wobei viele Einflussgrößen nicht als

Materialkonstante festgelegt werden können. In diesem Kapitel erfolgt nur ein genereller

Überblick, genauere Betrachtungen und Untersuchungen sind dem 6.Teilbericht des

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Forschungsberichtes Brandschutz Bau!Massiv! „Untersuchung von Zündphänomenen und

möglicher relevanter Zündquellen unter Berücksichtigung der Bauweisen“ zu entnehmen.

Bei der Erwärmung von Holz tritt oberhalb von ca. 120°C eine chemische Zersetzung

(Pyrolyse) unter Bildung von Holzkohle und brennbaren Gasen auf, wobei bei genügender

Konzentration dieser Gase auch eine Entzündung stattfinden kann, ohne dass eine

Zündquelle anwesend ist. Weder die Temperatur, bei der die thermische Zersetzung

beginnt, noch die Entzündungstemperatur können als Materialkonstante festgelegt werden,

weil dabei die Erwärmungsdauer einen entscheidenden Einfluss hat.

Die spontane Entzündung fein zerkleinerter Holzproben tritt im Temperaturbereich von

über 250°C auf. Die Abb. 2.6 zeigt, dass bei Erwärmung über viele Stunden eine

Entzündung jedoch bereits unterhalb einer Temperatur von 150°C stattfinden kann.

00

100

200160120

300

400

500

20 40 60

Zeit bis zur Entzündung in h

Tem

pera

tur i

n °C

80 100

Abb. 2.6 Entzündungstemperatur von unbehandeltem Holz in Abhängigkeit von der Zeit (schematische Darstellung nach [41])

Außer der Erwärmungsdauer haben die Probengröße, die Rohdichte des Holzes und der

Feuchtigkeitsgehalt deutlichen Einfluss auf die Entzündbarkeit. Eine hohe Rohdichte und

ein hoher Feuchtigkeitsgehalt verzögern die Entzündung.

Die Verbrennung von Holz läuft in der Praxis je nach den Temperaturverhältnissen und

dem Sauerstoffangebot sehr verschieden ab. Durch die Strahlungshitze des

Entstehungsbrandes verdampft die Holzfeuchtigkeit an der Oberfläche. Übersteigt die

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Temperatur an dieser Stelle einen Wert von 200°C, so entstehen in zunehmendem Maße

brennbare Pyrolysegase. Sobald sich diese entzündet haben, steigt die Temperatur an der

Oberfläche rasch weiter an. Durch die in das Holz vordringende Hitze werden

fortschreitend tiefere Schichten erwärmt und pyrolysiert. Ist die Oberfläche des Holzes

groß und ist viel Sauerstoff vorhanden, so kann der Abbrand explosionsartig erfolgen (z.B.

Explosion in Spänebunkern). Sind umgekehrte Verhältnisse vorhanden, d. h. kleine

Oberflächen und wenig Sauerstoff, so entsteht ein Schwelbrand oder der Brand erstickt.

Abbrandgeschwindigkeit von Holz nach ÖNORM B 3800

Oberhalb von rund aus 260°C verläuft der Zersetzungsvorgang von Holz stark exotherm,

d.h. unter Energieabgabe, die Reaktionsgeschwindigkeit steigt dabei ständig an, auch ohne

weitere äußere Energiezufuhr. Durch den Verbrennungsvorgang bilden sich Pyrolysegase

mit steigendem Gehalt an Kohlenwasserstoffen. Bei Temperaturen oberhalb 500°C nimmt

die Gasbildung stark ab, dafür steigert sich die Bildung von Holzkohle.

In der ÖNORM B 3800, Teil 4 sind die Abbrandgeschwindigkeiten von Bauholz und

Holzwerkstoffen unter den Bedingungen der Einheitstemperaturkurve zusammengefasst

(siehe Tab. 2.1).

Tab. 2.1: Abbrandgeschwindigkeit von Holz und Holzwerkstoffen nach ÖNORM B 3800, Teil 4 [42]

Werkstoff Abbrandgeschwindigkeit in [mm/min]

Gutes Bauholz gemäß ÖNORM B 4100 Teil 2 Eiche Fichte, auch brettschichtverleimt Kiefer

0,50 0,65 0,75

Holzspanplatten gemäß ÖNORM B 3002 Rohdichte 600 bis 700 kg/m3 über 700 kg/m3

0,80 0,70

Sperrholzplatten gemäß ÖNORM B 3008 Rotbuche Fichte

0,80 0,80

Holzfaserplatten gemäß ÖNORM B 3005 Harte Holzfaserplatten Poröse Holzfaserplatten

0,65 2,00

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Risse sind im Brandfall einer Querschnittsminderung gleichzusetzen. Bei der Bemessung

von Bauteilen mit geringeren Querschnitten wie z.B. Bekleidungen von Wänden, sollte auf

der „kalten“ Seite eine Restdicke von 1 cm nicht mehr in Rechnung gestellt werden. Dünne

Schichten verlieren im Brandfall rasch alle Feuchtigkeit und brennen dann viel schneller ab

als die vorhergehenden Schichten. Dieser Umstand wird prinzipiell auch dadurch

berücksichtigt, dass bei einer vorgesehenen Feue rwiderstandszeit die Temperatur auf der

kalten Seite im Mittel um nicht mehr als 140°C über die Temperatur zu Versuchsbeginn

ansteigen darf.

Abbrandgeschwindigkeit von Holz nach Eurocode 5 Teil 1-2

Für die Abbrandgeschwindigkeit gelten in diesem Zusammenhang die Werte der

nachstehenden Tab. 2.2.

Tab. 2.2: Abbrandverhalten β0 für Bauholz nach Eurocode 5 Teil 1-2 [10]

Holzart Abbrandgeschwindig-keit β0 [mm/min]

Nadelholz Vollholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3 und einer Mindestabmessung von 35 mm

0,80

Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3

0,70

Massivholzplatten mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3 und einer Dicke von 20 mm

0,90

Laubholz Massives oder verleimtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 450 kg/m3 und Eiche

0,50

Massives oder verleimtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3

0,70

Die in der Tab. 2.2 angeführten Abbrandgeschwindigkeiten sollen auch für Bauholz

angewendet werden, wobei aber nicht ganz klar ist, welche Holzarten damit gemeint sind.

Die Abbrandraten für Buche entsprechen denen von Nadelholz. Bei den Laubvollhölzern

mit Rohdichten zwischen 290 und 450 kg/m3 dürfen die Zwischenwerte interpoliert

werden.

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Wenn die Versagenszeit der schützenden Bekleidung kleiner als die geforderte

Feuerwiderstandsdauer ist, beginnt der Abbrand mit der Versagenszeit des Materials, d. h.,

eine Addition der verschiedenen Zeiten ist erlaubt. Dabei ist allerdings der Durchbrand an

Fugen bzw. die wirksame Materialdicke im Fugenbereich zu berücksichtigen!

2.3.2 Temperaturverhalten von Holzverbindungen

Grundsätzlich verhält sich Holz unter Brandeinwirkung aus brandschutztechnischer Sicht

relativ gutmütig, d.h. dass im Brandfall jeweils nur Teile der Konstruktion einstürzen und

die Restquerschnitte der Konstruktion als verkohltes Skelett stehen bleiben. Es sind jedoch

auch einzelne Brandfälle bekannt, bei denen es zu einem plötzlichen Versagen von

Gesamtkonstruktionen gekommen ist (siehe Kapitel 4.5.3).

Am häufigsten versagen die Verbindungen von Holztragwerken, so dass andere Bauteile

(z.B. Platten oder Aussteifungen) abfallen. Daher ist das Temperaturverhalten der

Verbindungen im Hinblick auf die Bewertung der Gesamtkonstruktion von Holzbauten

unter Brandeinwirkung von besonderer Bedeutung. In diesem Kapitel wird in weiterer

Folge das Brandverhalten von zimmermannsmäßigen und ingenieurmäßigen

Verbindungsmittel, die bei den in Abschnitt 9.3 dargestellten Holzbausystemen im

Wohnbau zum Einsatz kommen, genauer betrachtet.

2.3.2.1 Zimmermannsmäßige Verbindungen

Unter den in Kapitel 9.4.1.1 kurz dargestellten zimmermannsmäßigen Verbindungen ver-

steht man handwerkliche Verbindungselemente, die dem Zweck dienen, stabförmige Holz-

bauteile zu einem Tragsystem zusammenzufügen. Dabei werden die Kräfte zwischen den

Holzflächen ausschließlich über Reibung und Druckkontakt übertragen. Die meisten

zimmermannsmäßigen Verbindungsformen werden durch Nägel in ihrer Lage gesichert.

Diese Nägel ermöglichen in geringem Ausmaß die zusätzliche Aufnahme von Zugkräften.

Zimmermannsmäßige Verbindungsarten finden für Neubauten in Holzbauweise jedoch

kaum mehr Anwendung.

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Für jene Bauweisen, die auch heute noch auf handwerkliche Verbindungsformen

zurückgreifen, wird das Brandverhalten der Holz-Holz-Verbindungen anhand von drei

Ausführungsarten exemplarisch dargestellt. Zu den Bauweisen zählen unter anderem die

Fachwerkbauweise (siehe Kapitel 9.3.2.1) und die Blockbauweise (siehe Kapitel 9.3.3.1).

Bei den wichtigsten, nach wie vor gebräuchlichen, zimmermannsmäßigen Verbindungs-

formen handelt es sich um die Blattverbindung, die Zapfenverbindung und den Versatz.

2.3.2.1.1 Blattverbindung

Blattverbindungen sind dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zu verbindenden Hölzer

zur Hälfte ausgenommen wird, d.h. die Ober- und die Unterkante verlaufen bündig. Die

drei Berührungsflächen der Hölzer können in unterschiedlicher Form ausgeführt werden,

z.B. mit geradem und schrägem Schnitt, als Eck- und Kreuzblatt oder in verschiedenen

Sonderformen. Derartige Verbindungen dienen v.a. der Aufnahme von Druckkräften und

der Sicherung gegen lotrechtes Verschieben, Zugkräfte können in geringem Ausmaß von

den Nägeln übertragen werden. Ein Problem stellt die Schwächung der Hölzer durch das

Ausnehmen der tragenden Querschnitte dar. Dadurch finden Blattverbindungen meist nur

dort Anwendung, wo die senkrecht zu ihrem Verlauf auftretenden Belastungen nicht zu

groß sind oder diese durch eine entsprechende Unterstützung unter den Stossstellen

abgefangen werden.

Abb. 2.7: Eckblatt mit geradem Schnitt

Die Abb. 2.7 zeigt die Ausbildungsform eines Eckblatts mit geradem Schnitt, bei der beide

Holzstäbe im Kreuzungspunkt auf ihre halbe Höhe reduziert und im rechten Winkel

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zueinander fixiert werden. Die Sicherung gegen das Auseinanderziehen der Hölzer erfolgt

durch Nägel.Brandschutztechnisch gesehen stellt die dargestellte Eckblattverbindung,

keine ideale Verbindungsform dar. Durch die Schwächung der beiden Holzquerschnitte an

der Kontaktstelle verbleibt jeweils nur noch die halbe Holzhöhe zur Aufnahme der Kräfte,

im Besonderen der Druckkräfte. Generell zeigt sich, dass die Druckfestigkeit von Holz, das

normal zur Faser belastet wird, bei Erhöhung der Temperatur abnimmt. Das für Gebäude

in Holzbauweise gebräuchliche Fichtenholz mit einer laut ÖNORM B 3800 Teil 4

festgelegten Abbrandgeschwindigkeit von 0,65 mm/min verbrennt unter Brandeinwirkung

relativ schnell, wobei in der Norm der negative Einfluss von Nägeln im Querschnitt auf die

Abbrandgeschwindigkeit nicht berücksichtigt ist. Dies führt dazu, dass die Druckkräfte

durch den verbleibenden Restquerschnitt nicht mehr aufgenommen werden können. Im

Brandfall ist daher je nach Ausführung mit einem Versagen dieser Blattverbindung nach

30 bzw. 60 Minuten unter Einheitstemperaturbeanspruchung (ETK) zu rechnen [70], dieses

kann allerdings durch eine entsprechende Unterstützung unter den Stossstellen vermieden

oder zumindest verzögert werden.

2.3.2.1.2 Zapfenverbindung

Die Zapfenverbindung stellt die gebräuchlichste Winkelverbindung im

zimmermannsmäßigen Holzbau dar. Es ist üblich, die Zapfenhöhe bei tragenden Balken

mit 1/3 der Balkenhöhe und die Zapfenlänge gleich der Säulenstärke anzunehmen. Der

Zapfen wird in eine Ausnehmung des anzuschließenden Holzes gesteckt und sichert die

Verbindung somit vor seitlichem Verschieben. Des weiteren dient die Verbindung dazu,

das Verdrehen der Balken gegeneinander zu verhindern. Ein weiterer Vorteil der

Ausführungsform ist darin zu sehen, dass die Zapfenverbindung auch beim Schwinden des

Holzes formschlüssig bleibt.

Die Abb. 2.8 zeigt einen einfachen geraden Zapfen, der zur Verbindung eines senkrecht

stehenden Holzes, z.B. einer Säule, mit einem waagrecht liegenden Holz, z.B. einem

Balken oder einer Schwelle, dient.

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Abb. 2.8: Einfacher gerader Zapfen

Aus brandschutztechnischer Sicht verhalten sich Zapfenverbindungen prinzipiell gut.

Obwohl der Originalquerschnitt beider Hölzer durch den Abbrand um die Tiefe der

Holzkohleschicht reduziert wird, nimmt der allseitig umschlossene Zapfen keinen

Schaden, da er vom Restquerschnitt vor direkter Beflammung geschützt wird. Aufgrund

der formschlüssigen Verbindung der beiden Holzbauteile wirken diese als Einheit, d.h. die

Flammen können, fachgerechte und exakte Ausführung vorausgesetzt, nicht in den

Zwischenraum der Kontaktstelle eindringen. Der Brandwiderstand ergibt sich im

Wesentlichen aus der Druckkraft und dem rechnerischen Querschnitt, wobei der

Temperatureinfluss auf die zulässige Druckspannung zu beachten ist.

2.3.2.1.3 Versatz

Wenn zwei Konstruktionshölzer mit einer Winkelstellung von weniger als 90°

aufeinandertreffen, so erfolgt ihre Verbindung mit Hilfe von Schrägverbänden. Stärker

beanspruchte Streben im Bereich der Dachkonstruktion werden mit unterschiedlichen

Formen von Versätzen angeschlossen, die dem druckfesten Anschluss dienen. Dabei wird

vor allem die vordere Versatzfläche auf Druck beansprucht, d.h. es kommt zum Ausnützen

der hohen Druckfestigkeit von Holz parallel zur Faser. Die Vorholzlänge lv muss

mindestens 20 cm betragen, wobei eine Faustregel besagt, dass diese Länge lv mit dem 8-

fachen der Einschnitttiefe angesetzt werden soll. Die Einschnitttiefe wird in der

ÖNORM B 4100-2 festgelegt und ist vom Anschlusswinkel zwischen dem horizontal

liegenden und dem schräg verlaufenden Holz abhängig. Ist dieser Winkel " # 50°, wird die

Einschnitttiefe mit maximal 1/4 der Querschnittshöhe, bei einem Anschlusswinkel " $ 60°

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mit 1/6 der Höhe angesetzt, die Zwischenwerte werden interpoliert. Eine äußerst präzise

Ausführung ist die Voraussetzung dafür, dass örtliche Überbeanspruchungen innerhalb der

Verbindung vermieden werden, die in weiterer Folge zu Längsrissen, d.h. auch zum

Abscheren, führen.

Die Abb. 2.9 zeigt einen Rückversatz, bei dem die Kraftübertragung in der

Winkelhalbierenden der geneigten Strebe und des waagrecht liegende Holz erfolgt. Da der

Winkel " zwischen den beiden Hölzern weniger als 50° beträgt, wird die Einschnitttiefe

mit 1/4 der Höhe jenes Holzes angenommen in das der Versatz eingeschnitten ist.

Abb. 2.9: Rückversatz

Die Konstruktionselemente bestehen üblicherweise aus Fichtenholz, dessen Abbrand-

geschwindigkeit in der ÖNORM B 3800 Teil 4 mit 0,65 mm/min festgelegt ist. Die

während des Abbrands entstehende Holzkohle bildet zwar eine Schutzschicht für den

Restquerschnitt, kann jedoch keinen Beitrag zur Tragfähigkeit liefern. Zudem nimmt die

Druckfestigkeit von parallel zur Faser belastetem Holz bei einer Erhöhung der Temperatur

kontinuierlich ab. Aus brandschutztechnischer Sicht müssen Versätze somit entsprechend

berechnet oder geschützt werden, um die geforderten Klassifikationen F 30 (zukünftig R

30 nach [49]) bzw. F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) zu erreichen. Der Schutz der

Verbindung erfolgt entweder durch die Anordnung einer oberen Decklasche oder durch

eine allseitige Umschließung des Knotenpunktes mittels Decklaschen und seitlich

angeordneten Deckkeilen. Die allseitige Ummantelung stellt allerdings eine

unökonomische Konstruktionsweise dar und wird nur zur nachträglichen „Aufrüstung“

verwendet, wenn keine anderen Maßnahmen möglich sind.

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2.3.2.2 Ingenieurmäßige Verbindungen

Im ingenieurmäßigen Holzbau werden zum Stossen von Holzbalken bzw. zur Ausbildung

von Knotenpunkten meist schnell herstellbare Verbindungen unter Verwendung von

Stahlformteilen gewählt. Die Verwendung von modernen Verbindungsmittel ( siehe auch

Kapitel 9.4.1.2) ermöglicht eine hohe statische Ausnutzung der nahezu ungeschwächten

Holzquerschnitte. Während bei der Betrachtung des Brandverhaltens von

zimmermannsmäßigen Verbindungsformen ausschließlich das Verhalten des Werkstoffs

Holz relevant ist, sind bei ingenieurmäßigen Verbindungen die unterschiedlichen

Verhaltensweisen der Holzelemente und deren Verbindungsmittel aus Metall bzw.

Klebstoff unter Brandeinwirkung zu betrachten.

Das Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln ist abhängig von der Temperatur

des Metalls, weil diese sowohl die Festigkeit des Verbindungsmittels als auch die

Tragfähigkeit des Holzes beeinflusst. Aus diesem Grund wird nachstehend das

Brandverhalten von Stahl, Gusseisen und Aluminium überblicksmäßig erörtert.

2.3.2.2.1 Brandverhal ten von Stahl

Bei der Erwärmung von Stahl steigt die Beweglichkeit der Versetzungen innerhalb der

Kristallite bei gleichzeitiger Zunahme der Verformungen an, wodurch der E-Modul und

die Festigkeit abnehmen. Sobald die Temperatur den Wert von 300°C erreicht, ist ein

deutliches Absinken der Streckgrenze von Stahl zu beobachten. Überschreitet die

Temperatur die 400°C-Grenze, geht die Festigkeit, die zuvor durch Kaltverformung oder

Wärmebehandlung im Stahl erzielt werden konnte, zunehmend verloren. Bei voller

Ausnutzung der zulässigen Spannungen beträgt die kritische Temperatur für den

Versagensfall ca. 500°C, bei nur 50-prozentiger Ausnutzung liegt sie um etwa 100°C

höher, d.h. bei ca. 600°C.

Aus Kosten- und Fertigungsgründen stellt Stahl den für die Fertigung von

Verbindungsmitteln üblichen Werkstoff dar.

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2.3.2.2.2 Brandverhalten von Gusseisen

Gusseisen verliert seine Druckfestigkeit bei einer Temperatur von 700°C, die Zugfestigkeit

sinkt deutlich früher. Eine plötzliche Abkühlung des Materials durch Löschwasser kann

zum Zerspringen des Gusseisens führen. Ab einer Temperatur von etwa 1100°C geht

Gusseisen plötzlich vom festen in einen schmelzflüssigen Zustand über.

2.3.2.2.3 Brandverhalten von Aluminium

Wegen seiner geringen Festigkeit wird Aluminium meist in Form von Legierungen

verwendet. Bei Erwärmung weist Aluminium etwa die doppelte Dehnung von Stahl auf.

Die Schmelztemperatur von Reinaluminium liegt bei einem Wert von 660°C, bei

Legierungen noch darunter.

2.3.2.3 Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln

Da die Wärmeleitfähigkeit von Metallen deutlich höher ist als jene von Holz, besteht die

Gefahr, dass die Wärme durch metallische Verbindungsmittel von der Holzoberfläche in

den Holzquerschnitt geleitet wird. Es gibt experimentelle Nachweise dafür, dass Holz-

verbindungen aus Metall selbst für die niedrigste Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig

R 30 nach [49]) keine ausreichende Sicherheit bieten. Im Brandfall kann es bereits nach

15 bis 25 Minuten zum Durchglühen kommen, was zum Abknicken oder Abreißen der

Verbindungsteile führt und somit den Einsturz der Konstruktion bzw. des gesamten

Gebäudes zur Folge haben kann [11].

Nachfolgend werden detaillierte Untersuchungsergebnisse angeführt, die der Beschreibung

der jeweiligen ingenieurmäßigen Verbindungsmittel zugeordnet sind.

2.3.2.3.1 Nägel

Nägel stellen bei Normaltemperatur gute Verbindungsmöglichkeiten für

Holzkonstruktionen dar. Eine Nagelverbindung muss grundsätzlich aus zwei oder

mehreren Nägeln bestehen und dient dazu, Holzelemente kraftschlüssig miteinander zu

verbinden. Die Beanspruchung der Nägel erfolgt dabei auf Abscheren bzw. Herausziehen.

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Die Haltekraft der Nägel ist sowohl von der Holzart als auch von der Eindringtiefe in Holz

und von der Nageldicke abhängig. Der Widerstand gegen das Herausziehen ist normal zur

Faser am größten und in Hirnholz am geringsten. Ein Vorteil von Nagelverbindungen ist

die Tatsache, dass der Holzquerschnitt nicht durch Bohrlöcher geschwächt wird.

Außerdem können die Kräfte über einen größeren Oberflächenanteil in den Querschnitt

eingeleitet werden als das durch Bolzenverbindungen möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist

darin zu sehen, dass Nägel viel besser in das Holz eindringen können als Klebstoffe, die

die Holzelemente nur oberflächlich bzw. oberflächennah verbinden. Die Abb. 2.10 zeigt

die Unterteilung der Nägel in glattschaftige Nägel und Sondernägel. Als Sondernägel

werden Nägel mit profiliertem Schaft bezeichnet.

Abb. 2.10: Einteilung der Nägel

Für das Brandverhalten ist von Relevanz, dass Nägel unter Brandeinwirkung „weich“

werden, d.h. sie verlieren ihre Festigkeit. Ungeschützte Nägel können ihre Tragfähigkeit

bereits nach einer Brandeinwirkung von 15 Minuten einbüßen. Daher müssen diese

Verbindungsmittel immer vor der Hitzeeinwirkung geschützt werden, indem sie z.B. mit

Decklaschen abgedeckt werden. Durch den Schutz der Nägel kann die Feuerwiderstands-

dauer zusätzlich um mindestens 15 Minuten erhöht werden, d.h. es ist die Klassifikation

F 30 (zukünftig R 30 nach [49]) erreichbar. Durch geeignete Wahl des Materials bzw. der

Dicke der Abdecklage kann eine zusätzliche Erhöhung der Feuerwiderstandsdauer um

30 Minuten erzielt werden, wodurch auch die Klassifikation F 60 (zukünftig R 60 nach

[49]) möglich ist. Auf den Schutz von freiliegenden metallischen Verbindungsmitteln wird

im Kapitel 4.5.2 detailliert eingegangen.

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2.3.2.3.2 Nagelplatten

Nagelplatten bestehen aus Stahl und haben einseitig um ca. 90° abgewinkelte, nagel-

förmige Ausstanzungen. Je nach Anwendung werden Nagelplatten verzinkt oder aus rost-

freiem Stahl gefertigt, die Dicke dieser Platten beträgt 1,0 bis 2,5 mm. Diese Verbindungs-

mittel werden von beiden Seiten maschinell in die stumpf gestoßenen Holzbauteile

eingepresst, wobei die statischen Werte des Holzes durch die geringe Eindringtiefe nicht

abgemindert werden. Die Abb. 2.11 zeigt eine Nagelplatte, deren um etwa 90°

aufgebogene Ausstanzungen die Wirkungsweise von Nägeln besitzen.

Abb. 2.11: Nagelplatte

Nagelplatten weisen grundsätzlich einen sehr schlechten Feuerwiderstand auf. Durch die

beidseitig aufgebrachten Platten erfolgt eine rasche Einleitung der Wärme des Feuers in

das Bauteilinnere. Somit wird die Bildung der Holzkohleschicht beschleunigt, in der die

Nagelplatten aufgrund der geringen Eindringtiefe der „Nägel“ nach kurzer Zeit keinen Halt

mehr finden und abfallen. Als Folge tritt das sofortige und plötzliche Versagen der

Gesamtkonstruktion ein.

In den USA fanden umfassende experimentelle Untersuchungen über das Verhalten von

Nagelplatten unter Brandeinwirkung statt [4]. Dabei handelt es sich um Zugversuche an

Holzelementen mit den Abmessungen von 38 x 89 mm, deren Verbindung durch

Nagelplatten erfolgte. Die Versuche wurden unter einer ASTM E-119-Normbrand-

beanspruchung durchgeführt. Um die Brandraumtemperatur zu simulieren wurde die

Temperatur bis auf 300°C gesteigert. Im Testverlauf versagten die ungeschützten

Nagelplatten nach etwa 6 Minuten, während im Vergleich dazu das Versagen des

Vollholzes ohne Verbindungsmittel erst nach ca. 13 Minuten eintrat. Zahlreiche

Materialkombinationen zur Einhausung der Verbindungsmittel trugen zur Erhöhung der

Feuerwiderstandsdauer bei. Dabei erwies sich die vierseitige Verkleidung der Nagelplatte

durch eine 13 mm dicke Gipskartonplatte „Typ X“ mit zusätzlich verklebten Ecken als

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besonders günstig. Durch diese Maßnahme konnte die auf Zug beanspruchte Verbindung

eine Feuerwiderstandsdauer von mehr als 30 Minuten erreichen.

Ebenfalls in den USA wurde ein Modell entwickelt, das zur Vorhersage des Verlustes der

Steifigkeit von Nagelplatten bei steigenden Temperaturen dient [4]. Dieses Modell zeigt,

untermauert von Untersuchungsergebnissen, eine langsame Abnahme der Festigkeit bis zu

Temperaturbereichen zwischen 200°C und 250°C. Eine rasche Reduktion der Festigkeit

des Verbindungsmittels tritt dann bei einer Temperatur ab 300°C ein.

Sind sowohl die Nageltemperaturen als auch die aufgebrachten Lasten bekannt, so kann

das Verhalten von genagelten Verbindungsmitteln durch Betrachtung des

Dehnungsverhaltens berechnet werden. Bei den Tests von Norén [29] wurden Holzbauteile

mittels Nagelplatten verbunden, anschließend auf Zug beansprucht und einer ISO 834-

Brandbelastung ausgesetzt. Die Abb. 2.12 zeigt einige Testergebnisse, bei denen die

Verformungen durch Nagelschlupf im Verhältnis zu jener Zeit stehen, in der die Lasten mit

10% bis 60% der maximalen Lastaufnahmefähigkeit bei Normaltemperatur aufgebracht

werden.

Abb. 2.12: Nagelschlupf von Verbindungen mit Nagelplatten unter Normbrandbelastung nach [29]

Die Abbildung zeigt, dass der Zeitraum bis zum Versagen umgekehrt proportional zur

aufgebrachten Last ist. Wird die Verbindung mit 60% der maximalen

Lastaufnahmefähigkeit auf Zug belastet, beträgt der Nagelschlupf ca. 25 mm und das

Versagen tritt nach einer Branddauer von etwa 7 Minuten ein. Bei einer Zugbelastung der

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Verbindung mit 10% der maximalen Lastaufnahmefähigkeit tritt das Versagen in der

21. Minute ein, der Nagelschlupf beträgt zum Zeitpunkt des Versagens beinahe 50 mm.

Der größte Nagelschlupf von etwa 60 mm konnte bei der Zugbelastung mit 15% der

Lastaufnahmefähigkeit festgestellt werden, wobei das Versagen nach einer Belastung von

ca. 20 Minuten festgestellt wurde.

Es kann kritisch angemerkt werden, dass diese Untersuchungsergebnisse zwar

grundsätzliche Erkenntnisse über das Verhalten von Nagelplatten unter Brandeinwirkung

darstellen, eine Verbindung im Brandfall aufgrund einer Lastumlagerung aber mit bis zu

100 % ihrer maximalen Lastaufnahmefähigkeit belastet werden kann. Daher ist nach

diesen Versuchsergebnissen generell von einem Versagen der auf Zug beanspruchten

Nagelplattenverbindung nach einer Brandbelastung von 6 Minuten auszugehen.

Die Untersuchungsergebnisse, die in der Abb. 2.18 des Kapitels 2.3.2.3.5 dargestellt

werden, liefern einen weiteren Nachweis für das schlechte Verhalten von ungeschützten

Nagelplatten unter Brandeinwirkung.

2.3.2.3.3 Nagelbleche

Nagelbleche bestehen aus Stahlblechen in unterschiedlicher Form und einer Stärke von

1,0 bis 2,0 mm, die in zuvor gesägte Schlitze eingelegt und meist ohne Vorbohren

durchnagelt werden. Bei vielen Nagelblechverbindungen handelt es sich um patentierte

Ausführungsformen, wie z.B. die in der Abb. 2.13 dargestellte Greimbauweise.

Abb. 2.13: Nagelblech bei der Greimbauweise

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Der Holzquerschnitt wird durch das Einschlitzen der Bleche nur minimal reduziert. Der

erreichbare Feuerwiderstand ist dabei abhängig von der Art der Ausführung, d.h. ob die

Knotenbleche wie bei der Greimbauweise sichtbar oder verdeckt angeordnet werden. Im

Fall der sichtbaren Anordnung der Bleche ist ein sehr schlechtes Brandverhalten zu

erwarten, da eine große Stahlfläche brandbeansprucht wird. Je größer die erhitzte

Stahlfläche ist, desto früher tritt das Versagen der Verbindung ein. Aufgrund dieser

Erkenntnis ist es besser, wenn Verbindungen mit Stahlblechen in das Holzbauteil

eingeschlitzt werden, wodurch nicht mehr die gesamte Stahloberfläche, sondern nur die

brandseitig liegenden Dübel, Nägel oder Schrauben der Brandbelastung ausgesetzt sind.

Bei verdeckter Anordnung der Stahlteile ist eine Mindestnagellänge lN $ 90 mm

einzuhalten, um das vorzeitige Versagen durch Herausziehen der Nägel bei

Brandbeanspruchung zu verhindern. Weiters muss eine ausreichende Überdeckung der

Stahlbleche den Schutz vor einer frühzeitigen Erwärmen des Verbindungsmittels

gewährleisten. Bei Einhaltung dieser Anforderungen kann auch unter Last sogar die

Klassifikation F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) erreicht werden [21].

2.3.2.3.4 Klammern

Klammern werden aus verzinktem oder korrosionsbeständigem Stahldraht in Dicken von

1,5 bis 2,0 mm hergestellt. Sie kommen hauptsächlich in der Tafelbauweise bei

mittragenden oder aussteifenden Beplankungen zum Einsatz, um kraft schlüssige

Befestigungen am Holzsteher zu erzielen. Wie in der Abb. 2.14 dargestellt, erfolgt die

Befestigung der Bekleidungslagen am Holzsteher durch versetzt angeordnete Klammern.

Die beharzten Schenkel der Klammern dienen dabei der Vergrößerung des

Ausziehwiderstandes. Nach der Montage der Tafelelemente werden die durch das

Einbringen der Klammern beschädigten Oberflächen der innenraumseitig angebrachten

Platte verspachtelt.

Aus der Sicht des Brandschutzes verhalten sich Klammern ähnlich allen anderen

freiliegenden Stahlverbindungsmittel. Die Wärme des Brandes wird rasch ins Bauteilinnere

geleitet, da durch die Verspachtelung des Klammerrückens kein Schutz vor der

Brandeinwirkung erzielt werden kann. Die Klammern, insbesondere jedoch auch das Harz,

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werden aufgrund der Erwärmung „weich“ und die Klammern verlieren ihre Tragfähigkeit

bzw. versagen vorzeitig durch Herausziehen.

Abb. 2.14: Klammer für normale und erhöhte Belastung

2.3.2.3.5 Holzschrauben

Schrauben haben brandschutztechnisch grundsätzlich die gleichen Nachteile wie die

Nagelverbindungen, allerdings gewährleistet das Gewinde einen höheren Widerstand

gegen Herausziehen. Ein zusätzlicher Nachteil kann in manchen Situationen die geringere

Dehnbarkeit von Schrauben im Vergleich zu Nägeln sein. Die Abb. 2.15 zeigt die

Einteilung von Holzschrauben, die in verschiedenen Formen und Abmessungen angeboten

werden. Zu den häufig verwendeten Schraubentypen zählen dabei die Halbrundschraube,

die Linsenkopfschraube, die Senkkopfschraube und die Sechskantschraube.

Abb. 2.15: Einteilung der Holzschrauben

Es wurden bis dato noch keine ausführlichen Untersuchungen bezüglich des

Brandverhaltens von geschraubten Verbindungen bekannt. Es kann jedoch vorausgesetzt

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werden, dass viele der für Nagelverbindungen geltenden Schlussfolgerungen auch für

Verbindungen mit Holzschrauben gelten. Im Folgenden wird auf das Brandverhalten von

Zuglaschen eingegangen, wobei geschraubte und genagelte Verbindungsformen

miteinander verglichen werden.

Versuche an genagelten und geschraubten Zuglaschen

In Australien wurde 1979 eine Testserie zur Überprüfung der Feuerwiderstandsdauer von

verschiedenen Verbindungsmitteln aus Metall durchgeführt [24]. Die Abb. 2.16 zeigt die

drei durch genagelte bzw. geschraubte Zuglaschen verbundenen Holzstäbe, die

Brandversuchen mit unterschiedlichem Temperaturmaxima ausgesetzt waren.

Abb. 2.16: Genagelte und geschraubte Zuglaschen nach [24]

Die Abbildungen 2.17 und 2.18 zeigen die Versuchsergebnisse der verschiedenen

Zuglaschen unter Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) und nach einer

abgeminderten Temperaturkurve.

Bei der Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) zeigte sich, dass die

Nagelplattenverbindung durch die rasche Erhitzung des Stahls bereits nach 5 Minuten

versagt. Das geschraubte Stahlblech hält der Brandbeanspruchung etwa 17 Minuten, das

genagelte Stahlblech ca. 38 Minuten lang stand.

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Abb. 2.17: Verhalten der Zuglaschen bei Belastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) nach [24]

Abb. 2.18: Verhalten der Zuglaschen bei Belastung durch abgeminderte Temperaturkurve nach [24]

Bei der Belastung mit einer abgeminderten Temperaturkurve mit kurzzeitigen

Temperaturen von maximal 550°C zeigte sich, dass die Lasten sowohl durch das genagelte

als auch durch das geschraubte Stahlblech über die gesamte Versuchsdauer von zwei

Stunden bei Temperaturen von unter 250°C aufgenommen werden können. Nur die

Nagelplattenverbindung versagte bereits nach 20 Minuten. Die Tatsache, dass die

Nagelplatte nicht einmal einer 30-minütigen Brandbelastung einer unterhalb der ETK

angesiedelten Temperaturkurve standhält und bei einer Brandbeanspruchung nach der ETK

bereits nach 5 Minuten versagt, ist hier als besonders negatives Versuchsergebnis

hervorzuheben.

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2.3.2.3.6 Bolzenverbindungen

Bei Bolzen handelt es sich um Stahlstäbe, die mit einem fixen Schraubkopf und Gewinde

oder beidseitig mit Gewinden, Beilagen und Muttern versehen sind. Bolzen werden mit

sehr guten Ergebnissen für viele Verbindungen von Holzbauteilen angewandt. Dabei ist zu

beachten, dass das Verhalten von Verbindungen mit vielen kleinen Bolzen besser ist als

jenes von Verbindungen mit wenigen großen Bolzen. Die Verbindungsmittel kommen vor

allem als Schraubbolzen zum Einsatz und durchstoßen die Scherfläche der zu

verbindenden Hölzer rechtwinkelig. Sie werden auf Abscheren und auf Biegung

beansprucht, dabei treten im Holz Lochleibungs- und Scherspannungen auf. Die Abb. 2.19

zeigt verschiedene Ausbildungsformen von Bolzen. Die Stahlstäbe können entweder

beidseitig mit Gewinden, Beilagscheiben und Muttern oder einseitig mit fixem

Schraubkopf und Gewinde gefertigt werden.

Abb. 2.19: Bolzen und Bolzenverbindung

Das Verhalten von Bolzenverbindungen im Brandfall ist abhängig vom Wärmeanteil, der

über das Verbindungsmittel in den Holzquerschnitt eingeleitet wird. Durch die beidseitig

angeordneten ungeschützten Beilagscheiben und die überstehenden Schraubenköpfe bzw.

der Mutter ist in jedem Fall mit einer raschen Erwärmung des Bolzens zu rechnen. Wie alle

bereits vorab angeführten metallischen Verbindungsmittel wird der Bolzen unter

Brandeinwirkung „weich“ und verliert seine Tragfähigkeit. Einen weiteren

Versagensmechanismus stellt der Verlust der Klemmkraft aufgrund der Bildung der

Holzkohleschicht unter dem Bolzenkopf dar. Zusätzlich ist das Brandverhalten der

Bolzenverbindung von der Scherfestigkeit des Holzes abhängig, da das Versagen dieser

Konstruktion auch durch die rasche Abnahme der Scherfestigkeit des erwärmten Holzes

eintreten kann. Ungeschützte Bolzenverbindungen können maximal die Klassifikation F 30

(zukünftig R 30 nach [49]) erreichen, durch Schutz des Verbindungsmittels mit einge-

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leimten Holzstöpseln, Pfropfen oder Decklaschen kann die Feuerwiderstandsklasse F 60

(zukünftig R 60 nach [49]) erreicht werden [21].

2.3.2.3.7 Stabdübelverbindungen

Unter Stabdübel versteht man Rundstäbe aus Stahl mit glatter oder leicht gerillter

Oberfläche. Die Stabdübelbauweise findet sowohl bei der direkten Verbindung von

Holzelementen als auch bei Holzverbindungen in Kombination mit Stahlblechen

Anwendung. Die Stabdübellänge ist maximal die Dicke der Summe der zu verbindenden

Teile, wobei diese Länge kürzer sein sollte, um die Feuerwiderstandsdauer durch

Verschließen des Bohrloches mit Holzstöpseln nach dem Einbringen des Stabdübels zu

erhöhen. Die Abb. 2.20 zeigt ein- bzw. beidseitig mit Holzstöpseln verschlossene

Stabdübelverbindungen.

Abb. 2.20: Stabdübelverbindungen

Die Länge des Stabdübels ist in beiden Ausführungsformen kürzer als die Dicke der drei

zu verbindenden Holzelemente, damit die Bohrlöcher zur Verbesserung der

brandschutztechnischen Eigenschaften verschlossen werden können. Eine ungeschützte

Stabdübelverbindung behält unter Brandeinwirkung mindestens 15 Minuten lang die

erforderliche Tragfähigkeit. Durch den Schutz der Verbindung mittels eingeleimter

Holzstöpseln, Pfropfen oder Decklaschen kann die Feuerwiderstandsdauer um zusätzliche

15 bis 45 Minuten erhöht werden, d.h. die Klassifikationen F 30 (zukünftig R 30 nach [49])

bzw. F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) sind durch diese zusätzlichen Maßnahmen erreichbar

[21].

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2.3.2.3.8 Dübelverbindungen

Dübel werden vor allem in Knoten von Stabwerken und bei nachgiebig verbundenen

mehrteiligen Trägern und Stützen verwendet. Man unterscheidet Einlassdübel aus Holz

oder Stahl, die in vorgefertigte Ausnehmungen eingelassen werden (siehe Abb. 2.21) und

Einpressdübel aus Stahl, bei denen zusätzlich Krallen in das Holz eingepresst werden und

die nur in Verbindung mit Schraubbolzen zulässig sind.

Abb. 2.21: Verbindung von zwei Holzstäben durch einen Einlassdübel

Das Verhalten von Dübelverbindungen im Brandfall ist wie bei Bolzenverbindungen (siehe

Kapitel 2.3.2.3.6) abhängig vom Wärmeanteil, der in den Holzquerschnitt eingeleitet wird.

Bei allen Dübeln, die in Kombination mit einer Bolzenverbindung eingesetzt werden,

dringt die Wärme rasch über den Bolzen ins das Holzinnere ein und erwärmt dort auch den

Dübel. Dieses führt in weiterer Folge durch Erweichen zum Verlust der Tragfähigkeit aller

Verbindungsmittel. Der Schutz der Verbindung wird durch eine entsprechende Abdeckung

der Bolzen erreicht, womit Klassifikationen bis zu F 60 (zukünftig R 60 nach [49])

erzielbar sind [21].

2.3.2.3.9 Stahlbleche und Stahlblechformteile

Standardformteile bestehen aus Stahl, Aluminium oder Edelstahl in einer Dicke von 2 bis

4 mm. Unter industriell vorgefertigten Stahlblechformteilen versteht man unter anderem

verschiedene Winkelbleche, Lochblechplatten, Balkenschuhe, Sparrenpfettenanker,

Sparrenschuhe sowie diverse andere Formteile. Geschweißte Stahlbleche haben eine Dicke

von 3 bis 10 mm und werden genagelt oder mit Stabdübeln befestigt.

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Abb. 2.22: Balkenschuh (Stahlblechformteil)

Die Abb. 2.22 zeigt ein industriell vorgefertigtes Stahlblechformteil in Form eines

Balkenschuhs, das durch Nägel an den Hauptträger befestigt wird. Anschließend wird der

Nebenträger in den Balkenschuh eingehängt und ebenfalls durch Nägel in seiner Lage

gesichert.

Wird das Stahlblechformteil nicht durch zusätzliche Verkleidungen vor der

Brandeinwirkung geschützt, stellt diese Art der Verbindung aus der Sicht des

Brandschutzes ein Problem dar. Die Schenkel des oben dargestellten Balkenschuhes

können sichtbar oder unsichtbar liegen, d.h. sie sind vor der Brandeinwirkung geschützt

bzw. ungeschützt. Somit kann die Verhaltensweise dieser Verbindungsmittel unter

Brandeinwirkung mit jener von Nage lblechen verglichen werden, die ebenfalls geschützt

oder ungeschützt liegen (siehe Kapitel 2.3.2.3.3). Grundsätzlich ist die

Feuerwiderstandsdauer von Balkenschuhen auch von der Schuhbreite, der Nagellänge und

der Größe der Belastung abhängig. Die Auflagerpressung im Schuh wird durch

Sondernägel übertragen, d.h. es ist auch das Verhalten von Nägeln unter Brandeinwirkung

relevant (siehe Kapitel 2.3.2.3.1). Zusätzlich zur im Brandfall gegebenen Gefahr der

Verformung bzw. des Aufreißens des Stahlformteils selbst kann sich das

Verbindungsmittel aufgrund der Hitze in das Holz „einbrennen“ und dadurch schräg

stellen. Infolgedessen kommt es zum Herausrutschen des Holzträgers aus dem Formteil,

wodurch die Konstruktion versagt. Der Brandwiderstand dieser Verbindung dürfte bei

weniger als 15 Minuten Branddauer liegen.

2.3.2.3.10 Zugstabsysteme aus Stahl und Aluminium

Bei Holzkonstruktionen werden zugbeanspruchte Teile oft aus Stahl oder Aluminium

ausgeführt. Stahlzugstäbe im unbekleideten Zustand können durch ihre rasche Erwärmung

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auf die kritische Temperatur von etwa 500°C einer Brandbelastung nur ca. 15 Minuten

standhalten. Durch dämmschichtbildende Anstriche bzw. durch massige Stahlzugglieder

mit geringer Spannungsausnutzung ist es jedoch möglich, die Klassifikation F 30

(zukünftig R 30 nach [49]) zu erreichen.

Eine Ummantelung der Stahlzugglieder, z.B. mit Kalzium-Silikat-Platten, führt zu einer

Erhöhung der Feuerwiderstandsklasse bis auf F 60 (zukünftig R 60 nach [49]). Die Stahl-

zugglieder werden durch Knotenbleche an die Balken bzw. Gurte von Fachwerkträgern

angeschlossen. Der Anschluss erfolgt entweder durch Schweißen oder durch Stahl- bzw.

Aludübel, die jeweils durch Bolzen in ihrer Lage gesichert werden. Wie die

Stahlzuggliedern sind auch die Knotenbleche und die Verbindungsmittel gegebenenfalls

mit einem dämmstoffbildenden Anstrich zu versehen.

Ungeschützte Zugstabsysteme beginnen sich bei einer Temperatur von etwa 300°C

deutlich zu verformen und die Festigkeit nimmt ab. Dadurch kann es zum Versagen der

gesamten Konstruktion kommen, bevor die Holzkonstruktion wesentlich abgebrannt ist,

weil das als Einheit wirkende Tragsystem keine Zugkräfte mehr aufnehmen kann. Stahl-

Zugglieder weisen eine hohe Dehnung auf, d.h. sie müssen i.a. eine Länge # 2,00 m

aufweisen. Bei Auswahl des Materials für Zugstabsysteme, Knotenbleche und

Verbindungsmittel ist die Tatsache zu beachten, dass Aluminium bei Erwärmung die

doppelte Dehnung von Stahl aufweis t und auch eine niedrige Versagenstemperatur hat (ca.

300°C), d.h. es kann bei Aluminium noch früher zu einem Versagen der gesamten

Konstruktion kommen.

2.3.2.3.11 Grundlagen des Brandverhaltens von Klebstoffen und Leimen

Durch Klebstoffe und Leime werden Holzteile miteinander oder Holz mit anderen

Werkstoffen, z.B. mit Metall oder Kunststoffen, verbunden. Im Gegensatz zu Werkstoffen

mit glatten Oberflächen beruht die Ausbildung der Bindungskräfte zum überwiegenden

Teil auf der mechanischen Adhäsion. Die Auswahl der Klebstoffe erfolgt je nach Art der

durchzuführenden Klebungen und den vorzusehenden Beanspruchungsarten.

Bei den Klebstoffen und Leimen unterscheidet man:

• Klebstoffe aus Naturprodukten

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• Klebstoffe aus Kunstharz (Thermoplaste und Duroplaste)

Während Klebstoffe aus Naturprodukten heute keinerlei Bedeutung mehr haben, werden

Klebstoffe aus Kunstharz zur Herstellung nicht tragender und tragender Bauteile und

Holzverbindungen verwendet. Zu den Thermoplasten, auch Plastomere genannt, zählen

unter anderem Polyvinylacetat-Dispersionen, Polychloropren-Kontaktklebstoffe und

Schmelzklebstoffe auf Basis Polyamid bzw. Ethylen-Vinylacetat. Zu den Duroplasten

gehören Resorcinharzleime, Harnstoff- und Thioharnstoffe, Melaminharzleime,

Phenoplaste, Polyurethanharze, Phenolharzleime und Epoxydharze.

Holz unterliegt durch sein anisotropes Verhalten und der inhomogenen, porösen Struktur

sowohl in Gestalt des zu klebenden Werkstoffes, als auch durch später auftretende

Beanspruchungen, sehr großen Schwankungen. Durch die Verbindungsform des Klebens

sollen weitgehend isotrope Eigenschaften erreicht werden. Dabei werden Schichtverbunde

in Form von Sperrholz, Span- und Faserplatten, geklebten Balkenkonstruktionen, etc.

hergestellt. Kennzeichnend für Holz ist des weiteren die geringe Wärmeleitfähigkeit, die

zur begrenzten Anwendbarkeit wärmehärtender Klebstoffe führt, wobei das im besonderen

für die Verklebung dicker Holzquerschnitte Gültigkeit hat.

Brandverhalten von Thermoplasten (Plastomeren)

Die Zustände, die Thermoplaste bei einer Temperaturerhöhung durchlaufen, werden als

hart, thermoplastisch und thermoelastisch bezeichnet. Zwischen den einzelnen Bereichen

liegen jeweils Temperaturübergangsbereiche und keine scharfen Übergange bei

bestimmten Temperaturen. Aus diesem Grund lässt sich bei Thermoplasten keine generelle

Temperatur angeben, der Übergang vom harten in den thermoplastischen Zustand liegt

etwa im Bereich zwischen 110°C und 180°C. Durch eine Kurzzeitbelastung mit einem

Temperaturwert von 250°C tritt eine irreversible thermische Zersetzung bzw. das

Schmelzen und Verbrennen der Thermoplaste auf. Eine über einen längeren Zeitraum

erfolgende Wärmeeinwirkung mit niedrigerer Temperatur hat dabei den gleichen Effekt

wie ein höherer Temperatureinfluss über kurze Zeit, d.h. die Thermoplaste beginnen zu

fließen und verlieren ihre Tragfähigkeit.

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Brandverhalten von Duroplasten

Obwohl temperaturabhängige, zwischenmolekulare Wechselwirkungen bei Duroplasten

nur eine untergeordnete Rolle spielen, erfolgt bei Temperaturerhöhung ein Erweichen,

dessen Umfang vor allem von der Vernetzungsdichte abhängig ist. Der

Erweichungsvorgang ist in der Regel mit einer Verschlechterung der chemischen und

physikalischen Eigenschaften verbunden. Bei niedrigen Temperaturen sind Duroplaste

glasig-hart (energie-elastisch) und auch bei hohen Temperaturen nicht viskos-flüssig,

sondern zwischen etwa 50°C und der Zersetzungstemperatur bei sehr begrenzter

Deformierbarkeit im Wesentlichen elastisch. Je nach Aufbau der Duroplaste liegt die

Zersetzungstemperatur zwischen 220°C und 400°C, d.h. in diesem Bereich geht ihre

Tragfähigkeit vollständig verloren.

2.3.2.3.12 Brandverhalten von geklebten Verbindungen

Viele Tragstrukturen aus Holz sowie Holzbauteile werden durch Klebungen verbunden.

Dabei werden Thermoplaste zur Herstellung nicht tragender und Duroplaste zur

Konstruktion tragender Bauteile verwendet. Unter Brandeinwirkung verhalten sich

geklebte Holzbauteile nur in Sonderfällen wie Vollholz. Voraussetzung dafür ist, dass ein

duroplastischer Klebstoff, wie z.B. Resorcin- oder Melaminharzleim, benutzt wird. Einige

häufig verwendete duroplastische Klebstoffe, z.B. Epoxydharze, reagieren sehr

empfindlich auf Brandeinwirkung und werden nachfolgend genauer betrachtet.

2.3.2.3.13 Verklebungen mit Epoxydharzen

Aufgrund der raschen Festigkeitsabnahme von Epoxydharz bei Erhöhung der

Temperaturen, zeigen die damit verklebten Holzbauteile im Allgemeinen eine sehr geringe

Feuerwiderstandsdauer. Zur Untermauerung dieser Aussage wurden in Neuseeland

Zugversuche durchgeführt [3], bei denen an die Endfaser eines Holzleimbinders verformte

Stahlstäbe angeleimt wurden. Die erzielte Feuerwiderstandsdauer war sehr gering, da das

Epoxydharz bereits bei einer Temperatur von 50°C an Festigkeit verlor und schließlich bei

Temperaturen oberhalb von 70°C nur noch eine sehr geringe Festigkeit aufwies.

Verbindungen mit Epoxydharz können grundsätzlich nur dann eine hohe

Feuerwiderstandsdauer erreichen, wenn die Verbindung selbst vor der Brandeinwirkung

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geschützt wird. Dieser Schutz kann durch eine Überdeckung mit einer zusätzlichen

Holzschicht erfolgen, um die Einleitung der Wärme in das Innere des Holzleimbinders zu

verhindern. Die aus diesem Versuch gewonnene Erkenntnis ist auch für das Wissen über

die Temperaturverteilung in einem Bauteil wichtig. Unter Umständen kann ein geklebtes

Holzbauteil bereits durch Temperaturerhöhungen, wie sie z.B. durch am Bauteil

vorbeistreichende heiße Rauchgase auftreten, an Festigkeit verlieren bzw. eventuell sogar

versagen.

2.3.2.3.14 Keilzinkleimungen

Die Abb. 2.23 zeigt zwei durch Keilzinkleimung miteinander verbundene Holzbauteile.

Dafür werden in beide Endstücke maschinell eine Reihe gleichartiger, symmetrisch spitz

zulaufender Keilzinken eingefräst und anschließend verleimt. Die Tragfähigkeit ist dabei

von der Geometrie der Keilzinken abhängig.

Abb. 2.23: Verbindung durch Keilzinkleimung

In Schweden wurden Versuche an auf axialen Zug belastetem sägerauhem Schnittholz

durchgeführt [28]. Die Abb. 2.24 zeigt einen Vergleich des Brandverhaltens von mittels

Keilzinkleimung verbundenen Holzbauteilen mit der Verhaltensweise von nicht

keilzinkverleimten Bauteilen. Die dargestellten Kurven basieren auf Werten, die bei vier

Temperaturen gemessen wurden.

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Abb. 2.24: Auswirkung von erhöhten Temperaturen auf die Festigkeit von Keilzinkleimung nach [4]

Die Abb. 2.24 zeigt im gesamten Verlauf relativ ähnliche Kurvenverläufe der beiden

untersuchten Probestücke. Bei einer Temperatur von etwa 20°C liegt die Bruch-spannung

der Bauteile mit bzw. ohne Keilzinkleimung bei 40 bzw. 43 MPa. Ein deutliches

Auseinanderklaffen der beiden Kurven kann jedoch bei 90°C festgestellt werden, wobei

die Bruchspannung des durch Keilzinkung verbundenen Probestücks mit nur etwa 26 MPa

deutlich unter jener des Holzstücks ohne Keilzinkung mit einem Wert von ca. 40 MPa

liegt. Bei einer Messtemperatur von 160°C gleichen sich die Werte für die Bruchspannung

wieder aneinander an und sinken von etwa 25 MPa kontinuierlich auf ca. 10 MPa bei

230°C.

Bei der Holzleimbauweise werden die Bretter meist durch Keilzinkleimung gestoßen.

Aufgrund des dargestellten Versuchsergebnisses ze igt sich, dass das Brandverhalten von

durch Keilzinkleimung verbundenen Holzbauteilen, geeignete Klebstoffwahl und

ordnungsgemäße Verarbeitung vorausgesetzt, grundsätzlich mit jenem von Vollholz

gleichzusetzen ist, solange die durch die Last erzeugte mittlere Bruchspannung in einem

Bereich zwischen 10 und 23 MPa liegt. Beträgt der Wert für die mittlere Bruchspannung

allerdings mehr als 23 MPa, so verhalten sich die keilzinkverleimten Bauteile schlechter,

d.h. sie versagen bei viel niedrigeren Temperaturen, als sich aus der Berechnung des durch

den Abbrand verminderten Querschnittes ergibt.

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2.3.3 Schäden an Holzkonstruktionen

Hinsichtlich der Schäden durch Holzkonstruktionen sind vor allem folgende Gefahren

besonders zu beachten:

• Zerstörung der Brandschutzbekleidung sowie Brandeinleitung in die Konstruktion.

Dadurch kann es zur Entzündung weiterer Bereiche in der tragenden Konstruktion

und zum Verlust der Tragfähigkeit kommen.

• Feuer- und Rauchweiterleitung innerhalb der Konstruktion durch Brandeinleitung

infolge eines Raumbrandes oder durch eine Entzündung innerhalb der Konstruktion

(Konstruktionshohlräume, Installationshohlräume).

• Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln (siehe Abb. 2.25), Verlust der

Klemmkraft der Verbindung sowie daraus möglicherweise resultierendes Versagen

der Gesamtkonstruktion.

Abb. 2.25: Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln

• Erweichen oder Verbrennen von Klebstoffen, Leimen oder Polymerkernen

tragender Holzbauteile.

• Bildung von tödlichen Kohlenmonoxidkonzentrationen durch den

Verbrennungsvorgang von Holz. Dieses Holz kann z.B. eine Holzverkleidung oder

auch die Tragkonstruktion sein.

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3 Grundsätzliche Versagensmuster der Bauteile

3.1 Versagenskriterien nach Eurocode

Durch die europäischen Normen und die Bauproduktenlinie werden die

schutzzielorientierten Anforderungen für die EU-Mitgliedsländer unter anderem wie folgt

definiert:

• Kriterium “R„

Nachweiskriterium für die Fähigkeit von Tragwerken oder Bauteilen, bestimmten

Einwirkungen während des maßgebenden Brandes standzuhalten.

• Kriterium “E„

Nachweiskriterium für die Fähigkeit eines raumabschließenden Bauteils, den

Durchgang von Flammen und heißen Gasen zu verhindern.

• Kriterium „I“

Nachweiskriterium für die Fähigkeit von raumabschließenden Bauteilen, übermäßige

Wärmeleitung zu verhindern.

• Kriterium „M“

Nachweiskriterium für die Fähigkeit von raumabschließenden Bauteilen, einer

mechanischen Stoßbeanspruchung standzuhalten.

3.2 Leistungsanforderungen an Tragwerke und Bauteile

• Wenn mechanischer Feuerwiderstand gefordert ist, müssen Tragwerke so bemessen

und konstruiert sein, dass sie ihre Tragfähigkeit während der festgesetzten

Brandbeanspruchung beibehalten – Kriterium R

• Verformungskriterien sollten nur dann angewandt werden, wenn die

Produkteigenschaften raumabschließender Bauteile oder schützender Bekleidungen

die Beschränkungen der Verformungen des Tragwerks erfordern.

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Wenn Abschnittsbildungen gefordert werden, müssen die maßgebenden Bauteile so

bemessen und konstruiert werden, dass sie ihre raumabschließende Funktion während

der festgesetzten Brandbeanspruchung erfüllen, d.h.:

• Kein Versagen des Raumabschlusses infolge von Rissen, Löchern und anderen

Öffnungen, die groß genug sind, einen Feuerdurchgang in Form von heißen Gasen

und Flammen zu verursachen – Kriterium E.

• Kein Versagen der Temperaturbegrenzung durch Temperaturerhöhung auf der dem

Feuer abgekehrten Seite über erlaubte Grenzen – Kriterium I.

• Die zulässige mittlere Temperaturerhöhung auf der dem Feuer abgekehrten Seite ist

auf 140 K und die maximale Temperaturerhöhung auf 180 K begrenzt.

• Die vertikalen Bauteile von Brandabschnitten (Brandwände, Feuermauern) müssen

während und nach dem Brandversuch einer mechanischen Beanspruchung

widerstehen – Kriterium M.

Bauteile müssen den Kriterien R, E, I und M wie folgt, entsprechen:

• nur Tragfähigkeit: R

• Tragfähigkeit und Raumabschluss: R, E und I

• nur Raumabschluss: E und I

• Tragfähigkeit, Raumabschluss und mechanische Stoßbeanspruchungen: R,

E, I, M

• Raumabschluss und mechanische Stossbeanspruchung: E, I und M

3.3 Versagensmuster der Holz- und Massivbauweise im Brandfall

Es ist ein grundsätzlicher Unterschied in den Versagensmustern der Holz- und

Massivbauweisen festzustellen. Dies betrifft einerseits die Art des Baustoffes, d.h. ob

dieser brennbar oder nicht brennbar ist. Andererseits sind die Konstruktionsaufbauten

relevant, d.h. es ist grundsätzlich zu bewerten, ob es sich um ein monolithisches Bauteil

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(z.B. Ziegelmauerwerk) oder ein Bauteil aus vielen Schichten (z.B.

Holzrahmenkonstruktion) handelt. Danach unterscheidet sich, an welcher Stelle das

Bauteil versagen und ob dieses Versagen zu einem Kollaps der Gesamtkonstruktion führen

kann. Weiters ist bei einem Versagen des gesamten Systems von Interesse, nach welchem

Kriterium dies geschieht.

Während bei einem monolithischen Gefüge nur ganz wenige einzelne Punkte eine

Strukturschwächung im gesamten Bauteil bewirken können, bilden in der Holzbauweise

die Tragkonstruktion, die Ausführung der Bekleidung der Tragkonstruktion, die

Verbindungen der Bauteile, etc. eine Vielzahl potentieller Versagens- bzw.

Schwachstellen.

In der Massivbauweise übernimmt zumeist ein monolithischer und homogener Baustoff

sämtliche an das Bauteil gestellte Funktionen. Aus brandschutztechnischer Sicht bedeutet

das, dass er sowohl das Kriterium der Tragfähigkeit als auch jenes des Raumabschlusses

stets gleichzeitig erfüllt. Hinsichtlich des Brandverhaltens gilt gleiches für ein- wie auch

für zweischalige Massivbauwände, bei denen eine Funktionsteilung auf mehrere Schichten

erfolgt, die aber gleiche Versagensmuster aufweisen. Das Versagenskriterium bildet im

Massivbau das „R“-Kriterium, mit dem das Versagen des Raumabschlusses einhergeht. Zu

einem Tragfähigkeitsverlust kommt es bei Massivbauten jedoch so gut wie nie, d.h. ein

beidseitig geputztes 25 cm dickes Mauerwerk hat bereits einen Brandwiderstand von

> 180 Minuten unter Normbrandbedingungen.

In der Holzbauweise sind die an das Bauteil gestellten Forderungen auf verschiedene

Konstruktionselemente aufgeteilt, wobei an dieser Stelle unter der Holzbauweise die in den

Kapiteln 9.3.1 und 9.3.2 betrachteten Holzrippen- bzw. Holzskelettbauweisen, nicht aber

Holzmassivbauweisen, gemeint sind. Das Kriterium der Tragfähigkeit erfüllen die

innerhalb der Konstruktion situierten Holzsteher, während das Kriterium des

Raumabschlusses von den beidseitig angebrachten Beplankungslagen, d.h. der brennbaren

Tragkonstruktion erfüllt wird bzw. werden muss.

Die Fugen und Stöße der Beplankungslagen, die das „E“-Kriterium zu erfüllen haben,

bilden in der Holzbauweise signifikante Strukturschwächungen. Darunter sind

beispielsweise die Plattenstöße der Gipskartonplatten oder auch die Bauteilanschlüsse der

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Wände und Decken zu verstehen. An diesen Punkten kann frühzeitig eine Brandeinleitung

in die tragende Konstruktion erfolgen. In weiterer Folge kann es zu einer Entzündung der

Tragkonstruktion kommen. Die Bauteile in der Holzbauweise versagen jedoch fast immer

zuerst nach dem Kriterium des Raumabschlusses, d.h. der Durchbrand und die

Brandweiterleitung auf der dem Feuer abgewandten Seite sind primäre

Schadensverursacher.

Die Abb. 3.1 zeigt jenen Zeitpunkt eines Gebäudebrandes, zu dem zwar der

Raumabschluss nicht mehr gegeben ist, aber die Holztragkonstruktion unter Eigengewicht

noch tragfähig ist. Es ist auch erkennbar, dass der Personenschutz schon lange nicht mehr

gewährleistet ist, d.h. sobald ein Bauteil nach dem „E“-Kriterium versagt (Branddurchtritt

auf der Rückseite), ist die Umgebung nicht mehr von den Auswirkungen eines Brandes

geschützt.

Abb. 3.1: Versagen nach dem Kriterium des Raumabschlusses bei einem Stadelbrand [2]

Die Abbildungen 3.1 und 3.2 zeigen, dass die ungeschützte Holzkonstruktion ab dem

Zeitpunkt, zu dem der Raumabschluss nicht mehr gegeben ist, auch weiterhin

Brandeinwirkungen ausgesetzt ist. Dadurch kommt es in Abhängigkeit von der Dauer der

Brandbelastung auch zu einem Versagen der Tragfähigkeit unter Eigengewicht (!), d.h. zu

einem Versagen nach dem „R“-Kriterium.

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Abb. 3.2: Versagen nach dem Kriterium der Tragfähigkeit bei einem Stadelbrand [2]

Auf sämtliche genannte Versagensmuster der Holz- und Massivbauweise wird in Kapitel 4

im Rahmen der sicherheitstechnischen Betrachtung der Gesamtkonstruktionen unter

Brandeinwirkung detailliert eingegangen.

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4 Betrachtung der Gesamtkonstruktion

Bauliche Brandschutzmaßnahmen zielen im Allgemeinen auf Einzelbauteile ab, d.h. sie

lassen deren Zusammenwirken unberücksichtigt. Dadurch können sich im Brandfall

einerseits zusätzliche Tragreserven, andererseits jedoch auch ungünstige Einflüsse ergeben,

die zu bedeutsamen Veränderungen des Feuerwiderstandes der Einzelbauteile führen

können.

Die daraus resultierenden Problematiken unterscheiden sich je nach Bauweise. In der

Massivbauweise bringt die Beurteilung des Feuerwiderstandes der einzelnen Bauteile im

Vergleich zu der Wirkungsweise als Gesamtkonstruktion in der Regel keine Nachteile mit

sich. Vielfach kommt es sogar zu Spannungsumlagerungen, welche sich auf das

Gesamttragverhalten positiv auswirken. In der Holzbauweise kann hingegen üblicherweise

ein frühzeitiges Versagen der Beplankungen, Stöße, Fuge oder Verbindungen der

einzelnen Bauteile eines Tragwerks beobachtet werden, wodurch die Gesamtkonstruktion

in manchen Fällen nicht einmal die Qualifikation F 30 (zukünftig REI 30 nach [49])

erreicht.

In weiterer Folge werden die Bauteile bzw. die Konstruktionsdetails der Holzbauweise mit

jener der Massivbauweise verglichen und anschließend die bauweisenimmanenten

Gefahrenpotentiale anhand von 4 realisierten Wohnbauprojekte aufgezeigt.

4.1 Wandbauteil

Aus der Sicht des Brandschutzes wird zwischen nichtragenden und tragenden sowie

zwischen raumabschließenden und nichtraumabschließenden Wänden unterschieden. Als

raumabschließende Wände gelten z. B. Wände in Rettungswegen, Treppenraumwände

oder Wohnungstrennwände. Sie dienen zur Verhinderung der Brandübertragung von einem

Raum zum anderen und werden somit üblicherweise nur einseitig vom Brand beansprucht.

Als nichtraumabschließende Wände gelten beispielsweise Wände innerhalb eines

Brandabschnittes; sie sind tragende Wände, die ein- oder zweiseitig vom Brand

beansprucht werden.

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Außenwände können gemäß den Anforderung entweder raumabschließende oder nicht-

raumabschließende Wände sein. Brandwände sind immer raumabschließende Wände, an

die die zusätzliche Anforderung gestellt wird, einer horizontalen mechanischen

Stoßbeanspruchung zu widerstehen, um beispielsweise Gebäudeabschnitte oder

Brandabschnitte zu bilden.

Nachfolgend wird die Tragkonstruktion der Holz- und Massivbauweise sowie die

raumseitige Bekleidung der Wandkonstruktion betrachtet; dazu zählen sämtliche

Innenwandverkleidungen, d.h. unter anderem die Gipskartonbeplankung der

Holztragkonstruktion sowie der Innenputz einer massiven Wand. Des weiteren werden die

Dämmstoffe innerhalb des Konstruktionsaufbaus abgehandelt. Die fassadenseitig

angebrachten Verkleidungen aus Holz, Dämmstoff, etc. bilden ein eigenen Punkt, der im

Kapitel 4.2 detailliert betrachtet wird.

4.1.1 Massivbauweise

Mauerwerks- oder Stahlbetonkonstruktionen besitzen im Gegensatz zu den Konstruktions-

weisen aus Holz üblicherweise „stille“ Reserven hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsdauer.

Massive tragende Wände müssen alleine aus statischen Gründen derart bemessen sein, dass

die Konstruktion in jedem Fall mindestens der Klassifikation F 90 (zukünftig REI 90 nach

[49]) entspricht.

Massive Wände besitzen relativ dicke Querschnitte, eine große Masse und

Wärmespeicherfähigkeit. Sie versagen in der Regel nur dann, wenn sie entsprechend dünn

und schlank dimensioniert sind. Da diese Ausführung im Wohnbau nicht üblich ist, wird

der Punkt im Rahmen des vorliegenden Berichtes nicht genauer verfolgt.

Im mehrgeschossigen Wohnbau in Massivbauweise ist davon auszugehen, dass die

massiven Wände während eines Raumbrandes nur einseitig beflammt werden, da es sich in

der Regel um die Außenwände des Gebäudes oder Querschnitte zwischen den

Wohneinheiten handelt. Die Innenwände werden im Wohnbau heute zumeist als massive

Wände im Vgl. zu Leichtwänden (z.B. Gipskartonständerwände) ausgeführt.

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Die einseitige Brandbelastung von tragenden Wänden kann zu den in der Abb. 4.1

dargestellten Spannungen im Mauerwerk sowie zu Exzentrizitäten infolge von

Materialzerstörungen führen.

Abb. 4.1: Spannungsverteilung im Wandquerschnitt unter Brandbelastung

Obwohl sich massive Bauteile im Brandfall nur langsam erwärmen, können sich an der

Oberfläche der feuerzugewandten Seite der Wand in Abhängigkeit von der Branddauer

Risse bilden und schalenförmige Abplatzungen bis zu 2 cm entstehen. Im Hinblick auf das

Tragverhalten der Wand sind diese Abplatzungen vollkommen unbedeutend.

4.1.1.1 Innenputz und Innenwandverkleidung

Ein vorhandener Innenputz beeinflusst das Abplatzverhalten positiv, d.h. die Dicke der

beschädigten Mauerwerksschale, die maximal 2 cm beträgt, kann durch den Innenputz

verringert werden. Der Innenputz fällt jedoch in Abhängigkeit von der

Brandeinwirkungsdauer ab.

Auch im Wohnbau in Massivbauweise werden Innenwandverkleidungen aus Holz als

dekorative Verkleidung auf die Wandkonstruktion aufgebracht. Die Feuerwider-

standsfähigkeit von Bauteilen aus nichtbrennbaren Materialien, d.h. beispielsweise aus

Mauerwerk oder Stahlbeton, wird jedoch im Gegensatz zur Holzbauweise durch eine

nachträgliche Bekleidung mit einem brennbaren Material nicht negativ beeinflusst. Die

Holzverkleidung einer Massivkonstruktion hat jedoch sehr wohl einen Einfluss auf die

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CO-Produktion und somit in weiterer Folge auf den Personenschutz (siehe auch Kapitel

4.1.2).

4.1.1.2 Tragkonstruktion

Eine einschalige Wand in Massivbauweise kann grundsätzlich jede beliebige

Feuerwiderstandsdauer erreichen.

Der Feuerwiderstand einer zweischaligen Wand hängt davon ab, ob eine oder beide

Schalen der Wand tragend ist bzw. sind und ob sie ungefähr die gleiche Last tragen. Wenn

beide Schalen annähernd bis zu ihrer Grenztragfähigkeit belastet sind, dann wird der

Feuerwiderstand einer zweischaligen Wand, in etwa gleich dicke Schalen vorausgesetzt,

definiert als der Feuerwiderstand einer entsprechenden einschaligen Wand mit einer Dicke

gleich der Dicke der Summe der beiden Schalen. Wenn nur eine Schale der zweischaligen

Wand tragend ist, dann wird der Feuerwiderstand der Wand gegenüber jenem einer

entsprechenden einschaligen tragenden Wand größer. Der Feuerwiderstand einer

zweischaligen Wand mit zwei nichttragenden Schalen darf aus der Summe der

Feuerwiderstände der einzelnen Schalen gebildet werden.

4.1.1.3 Dämmstoffe

Die Dämmmaterialen leisten bei einem Raumbrand in einem massiven Wohngebäude

üblicherweise keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Verputz, die

Mauerwerkssteine bzw. den Stahlbeton hinreichend vor der Brandeinwirkung geschützt

werden. Somit ist eine unmittelbare Beteiligung der Dämmschichten an einer

Brandübertragung mit großer Wahrscheinlichkeit ausschließen. Es sind auch keine

Schadensfälle bekannt, bei denen der Dämmstoff zwischen nichtbrennbare Wetterschutz-

und Tragschichten zur Brandweiterleitung beigetragen hätte [33].

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4.1.2 Holzbauweise

4.1.2.1 Brandschutzbekleidung

Im mehrgeschossigen Wohnbau in Holzbauweise muss eine raumseitige Beplankung des

Wandbauteils „brandschutztechnisch wirksam“ sein, d.h. sie muss derart ausgeführt

werden, dass die Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion sowohl während der

Brandbelastung als auch in der Abkühlphase wirkungsvoll verhindert wird. Gravierende

Beschädigungen, z.B. in Form von klaffenden, durchgehenden Rissen bzw. ein Abfallen

oder Ablösen der Beplankung, sind unter Brandbeanspruchung praktisch nicht zu

vermeiden.

Die Brandschutzbekleidung wird, falls sie überhaupt in die baurechtlichen Vorschriften

Einzug hält, in diesen in der Regel nicht näher definiert. Die Festlegung des Zeitraumes bis

zum Versagen der Beplankungen unter Brandbeanspruchung erfolgt erstmalig im

deutschen Entwurf einer Muster-Holzbaurichtlinie [16] für eine Prüfung nach DIN 14135

(K 60) mit mindestens 60 Minuten. Die determinierten Leistungskriterien sind dabei die

Verhinderung der Entzündung bzw. Verkohlung des Holztragsystems unterhalb der

Brandschutzbekleidung. Das Versagenskriterium ist in der Regel der Verlust des

Raumabschlusses („E“-Kriterium) durch Versagen der Kapselung.

Eine einlagige Gipskartonbeplankung hat sich aus der Sicht des Brandschutzes generell als

ungenügend herausgestellt, d.h. eine derartige Verkleidung kann die Holzkonstruktion

nicht über einen längeren Zeitraum vor der Brandeinwirkung schützen. Auch bei einer

zweilagigen Beplankung ist der Brandschutz des Holztragsystems nur unter der Einhaltung

aller in weiterer Folge angeführten Kriterien gegeben. Wie sich bei Versuchen gezeigt hat,

reicht z.B. eine zweilagige Gipskartonverkleidung mit je 15 mm Stärke möglicherweise

nicht aus, um das Tragwerk wirksam vor einer Brandbelastung zu schützen. Selbst wenn

die Gipskartonbeplankung unter Brandeinwirkung intakt bleibt bzw. nicht abfällt, kann es

bei unzureichender Ausbildung der Plattenstöße zu einer thermischen Zersetzung der

darunter liegenden Holzkonstruktion kommen. Dieser Punkt stellt ein

bauweisenimmanentes Risiko dar, wobei von außen meist nicht erkennbar ist, ob sich das

unter der Beplankung befindliche brennbare Tragwerk entzündet hat. Die Holzelemente

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können glimmend abbrennen, was dann in weiterer Folge zu einem Versagen der gesamten

Konstruktion führt.

Eine zweilagige Beplankung, praxisgerechte Ausführung und eine brandschutztechnisch

wirksame Kombination der Werkstoffe vorausgesetzt, ist geeignet, um die genannten

Kriterien zu erfüllen. Eine solche Kombination von Werkstoffen stellt z.B. die bei

Brandversuchen in Deutschland [14] getestete Bekleidung aus einer brandseitig liegenden,

20 mm starken, speziellen Gipskarton-Feuerschutzplatte in Kombination mit einer 15 mm

starken, speziellen Gipsfaserplatte dar. Das in der Feuerschutzplatte enthaltene Glasvlies

verhindert eine frühzeitige Rissbildung und somit kann während der gesamten

Brandbeanspruchungsdauer keine Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion

stattfinden. Diese beiden genannten Plattentypen weisen zudem ein ähnliches

Dehnungsverhalten auf, um die Rissbildung nicht zusätzlich zu verstärken.

4.1.2.2 Dämmstoffe

Geeignete Dämmmaterialien in Hohlräumen wirken sich günstig auf die

Feuerwiderstandsdauer von Holzkonstruktionen aus. Steinwolle mit einer hohen Rohdichte

und einem hohen Schmelzpunkt von $1000°C kann die Feuerwiderstandsdauer verbessern,

während Glaswolle und Zellulosefaserdämmstoffe, die eine geringere Rohdichte

aufweisen, geringere positive bzw. keine positiven Auswirkung auf die

Feuerwiderstandsdauer haben. Steinwolle kann unter der Voraussetzung, dass sie fugenlos

eingebracht wird, einen Feuerwiderstand von bis zu 100 Minuten aufweisen. Wenn der

zwischen den Holzstehern eingebrachte Dämmstoff einen Füllgrad von ≥ 100% erreicht,

können Konvektionsflächen im Hohlraumquerschnitt vermieden werden.

Wenn neue, ökologische, brennbare Dämmstoffe eingesetzt werden, ist auf eine

umfassende experimentelle Untersuchung ihres Brandverhaltens zu achten. Die Bedenken

betreffen dabei hauptsächlich die Gefahr einer möglichen Schwel- und

Glimmbrandbildung im Inneren des Bauteils und weniger die erzielbare

Feuerwiderstandsdauer der Konstruktion unter Verwendung derartiger Dämmstoffe. Bevor

das Brandverhalten dieser Dämmmaterialien nicht in ausreichendem Maß experimentell

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belegt ist, sollten sie vor allem im mehrgeschossigen Wohnbau auf keinen Fall angewendet

werden.

4.1.2.3 Firestops

Die Konstruktionshohlräume in den Bauteilen der Holzkonstruktionen stellen, unabhängig

vom Füllgrad, grundsätzlich ein bauweisenimmanentes Risiko im Brandfall dar. Aus

diesem Grund sollen innerhalb der Hohlräume der Wand- und Deckenbauteile „Firestops“

aus Vollholz, Gipskartonplatten oder Zementfertigteilen angeordnet werden, die eine

Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte

verzögern.

Abb. 4.2: Firestops innerhalb der Konstruktionshohlräume nach [4]

Die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion kann insbesondere bei zunehmender

Gebäudehöhe schwerwiegende Konsequenzen mit sich bringen, da die unbemerkte

Ausdehnung des Brandes über einen größeren Bereich möglich ist. Des weiteren nimmt die

Möglichkeit des Personenschutzes, d.h. der Schutz der Bewohner und der Feuerwehrleute,

bei zunehmender Höhenentwicklung des Gebäudes ab, da die höher liegenden Geschosse

eine schlechtere Erreichbarkeit während des Löscheinsatzes implizieren bzw. die Flucht-

und Rettungswege sowie die Angriffswege der Feuerwehr länger werden.

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4.1.3 Fallbeispiele

Der grundsätzliche Unterschied der Auswirkungen eines Brandes auf Wandbauteile in

Holz- bzw. Massivausführung ist anhand der Abb. 4.3 ersichtlich. Bei dem dargestellten

Gebäude ist das Sockelgeschoss in Massivbauweise errichtet, während das Obergeschoss

in Holzbauweise ausgeführt wurde.

Abb. 4.3: Auswirkungen eines Brandes auf ein Gebäude [2]

Entsprechend den in Kapitel 3 beschriebenen typischen Verhaltensweisen von Holz im

Brandfall versagte der in Holz ausgeführte Gebäudeteil zuerst nach dem Kriterium des

Raumabschlusses. Einige wenige Teile des Holztragsystems sind durch das Löschen des

Brandes noch vorhanden, ihre Tragfähigkeit ist jedoch nicht mehr gegeben. Es erfolgt ein

100-prozentiger Abriss, d.h. der in Holzbauweise ausgeführte Teil der Gesamtkonstruktion

ist in jedem Fall soweit zerstört, dass er nur noch abgetragen werden kann. Das massive

Sockelgeschoss einschließlich des in Massivbau ausgeführten Kamins ist hingegen auch

nach dem Brand intakt und sogar in der Lage, die zusätzlichen, durch den Einsturz

umgelagerten Lasten der nicht verbrannten, eingestürzten Holzkonstruktion aufzunehmen.

Soweit auf dem Foto erkennbar, kann dieser Teil der Gesamtkonstruktion weiter genutzt

werden, was generell einen grundsätzlichen Unterschied zwischen der Holz- und

Massivbauweise darstellt.

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Einen ähnlichen Fall zeigen die Abbildungen 4.4 und 4.5. Bei dem Objekt handelt es sich

um ein Wohnhaus in Grieskirchen (Oberösterreich), dessen Sockelgeschoss massiv und

das Obergeschoss in Holzbauweise errichtet ist.

Abb. 4.4: Entstehungsbrand im Obergeschoss eines Wohnhauses [2]

Anhand der Abb. 4.4 ist zu erkennen, dass die Feuerwehr bereits kurz nach dem

Ausbrechen des Brandes mit dem Löscheinsatz begann. Trotzdem gelang es nicht mehr,

den Brand unter Kontrolle zu bringen und er breitete sich rasch über das gesamte in

Holzbauweise errichtete Obergeschoss aus.

Abb. 4.5: Auswirkungen des Brandes eines Wohnhauses in Mischbauweise[2]

Anhand der Abb. 4.5 ist erkennbar, dass trotz Löscheinsatz der Feuerwehr das in Holz

errichtete Obergeschoss komplett zerstört wurde, während sämtliche in Massivbauweise

errichtete Gebäudeteile, d.h. der gesamte Erdgeschossbereich einschließlich des

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Treppenhauses vom Erdgeschoss in das Obergeschoss sowie die Kamine den Brand

nahezu unbeschadet überstanden (siehe Gardinen am Fenster des Erdgeschosses).

4.2 Fassade

Aus der Sicht des Brandschutzes stellt die Fassade eines Gebäudes immer dann ein

Problem dar, wenn diese einen Beitrag zu Brandlast liefert bzw. wenn diese zur

Brandweiterleitung dient. Ein besonderes Gefahrenpotential bildet eine brennbare

Fassadenverkleidung, sobald sie im Brandfall an der Fassade verbleibt und nicht abfällt.

Hierbei ist neben der Befestigung der Verkleidung vor allem auch die Geometrie des

Gebäudes relevant.

Die Brandvorgänge an der Fassade hängen in der Regel unmittelbar von der Entwicklung

des Brandes im Gebäudeinneren ab. Die höchsten Wärmestromdichten vor der Fassade

treten im Fall von aus den Fensteröffnungen herausschlagenden Flammen etwas oberhalb

des Fenstersturzes auf und sind somit für die Tragfähigkeit des Sturzes und die

Brandweiterleitung zum nächsten Geschoss von großer Bedeutung. Die Abb. 4.6 zeigt die

im Heißgasstrom auftretenden Temperaturen vor der Fassade anhand von drei

unterschiedlichen Versuchsanordnungen bei Realbrandversuchen in Deutschland [5].

200

200

200

3,0m

1,5m 2,0m 3,0m

4,0m5,0m

Abb. 4.6: Isothermenbild des Temperaturfeldes vor der Fassade nach [5]

Die in der Abb. 4.6 dargestellten drei Isothermenbilder zeigen, dass das Temperaturfeld

eine Achse hat. Maßgebend für die Ausdehnung des Heißgasstromes vor der Fassade ist

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die Horizontalgeschwindigkeit, mit der die Rauchgase die Brandraumöffnung verlassen.

Diese bestimmt die Länge der horizontalen Strecke, nach deren Durchlaufen die

Rauchgase infolge des Auftriebs in eine vertikale Bahn umgelenkt werden.

Anhand der Abb. 4.6 ist ersichtlich, dass ohne Wind vom Innenraum nach außen in etwa

1,5 m horizontaler und 3,0 m vertikaler Entfernung von der Fenstersturzunterkante eine

Temperatur von 200°C gemessen werden konnte. Bei einer Windgeschwindigkeit von

2 m/s stieg die horizontale Entfernung auf ca. 2 m und der vertikale Weg auf etwas 4 m an.

Die Temperatur von 200°C wurde bei einer Geschwindigkeit von 4 m/s schließlich in

ungefähr 3,0 m horizontalem und 5,0 m vertikalem Abstand von der Fenstersturzunter-

kante gemessen. Mit zunehmendem Abstand von der Brandraumöffnung kühlen die

Heißgase sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ab, wobei die Gase in

vertikaler Richtung einen etwa doppelt so langen Weg benötigen, um auf die gleiche

Temperatur wie horizontal abzukühlen.

4.2.1 Massivbauweise

Aus brandschutztechnischer Sicht stellt eine Fassade in Massivbauweise grundsätzlich kein

Problem dar. Dabei ist es nicht relevant, ob es sich um eine ein- oder zweischalige

Wandkonstruktion handelt. Sowohl die Mauerziegel als auch der Außenputz liefern keinen

Beitrag zur Brandlast und tragen nicht zur Brandweiterleitung über die Fassade bei. Sobald

die Fassade jedoch mit brennbarem Material verkleidet wird und dieses im Brandfall nicht

abfällt, bildet allerdings auch der Fassadenbrand eines Gebäudes in Massivbauweise

eventuell ein Problem.

Massivwohnbauten werden heute aus Gründen des Wärmeschutzes häufig als einschaliges

Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystemen ausgeführt. Dabei kommen in der Regel

Wärmedämmplatten aus Polystyrol-Hartschaum zum Einsatz, die fassadenseitig auf die

massive Wandkonstruktion aufgebracht werden. Diese Wärmedämmplatten erweichen bei

einer Temperatur von etwa 110°C, schrumpfen und schmelzen in weiterer Folge bei einer

Temperatur von ca. 200°C. Anhand der am Beginn dieses Kapitels gezeigten Darstellung

der Isothermenbilder des Temperaturfeldes an der Fassade (siehe Abb. 4.6) ist erkennbar,

wie weit sich das Temperaturfeld von 200°C entlang der Fassade in vertikaler Richtung

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ausbreitet. Die Gefährlichkeit dieser Reaktion ist in Summe stark von den jeweiligen

Randbedingungen wie z.B. der Gebäudegeometrie, den Brandlasten, der Brandschutzaus-

rüstung des Polystyrols etc. abhängig. Wärmedämmverbundsysteme sind unter anderem

aus diesem Grunde zulassungspflichtige Bauprodukte.

Fassadenverkleidungen aus Holz, d.h. aus brennbarem Material, finden heute auch in der

Massivbauweise ebenfalls Verwendung. Die Abb. 4.7 zeigt die Holzverschalung einer

Außenwand bei einem mehrgeschossigen Wohnbau in Ludwigsburg (Deutschland). Die

tragende Wand ist als einschalige Ziegelwand mit außenliegender Mineralwolledämmung,

einem Schutzvlies und einer 58 mm starken Zedernholzbekleidung ausgeführt. Durch die

Mineralwolledämmung kommt es bei einem Fensterbrand zu einem Wärmestau hinter der

Holzbekleidung, d.h. es ist mit einer besonders raschen Brandausbreitung an der Fassade

zu rechnen.

Abb. 4.7: Fassadenverkleidung aus Holz bei einem Wohnbau in Ludwigsburg [8]

Während diese Bekleidungen ursprünglich als Witterungsschutz von Scheunen und

untergeordneten Bauten dienten, werden Holzverschalungen der Außenfassade heute

durchwegs aus ästhetischen Gründen angebracht. Sie werden in der Regel als Außenhaut

auf einem am Mauerwerk befestigten Lattenrost angebracht. Dadurch entstehen ähnliche

Problematiken wie in der Holzbauweise, d.h. vor allem die rasche Brandweiterleitung über

die Fassade und die Weiterleitung der Flammen durch den Luftraum von hinterlüfteten

Fassaden. Einen Vorteil gegenüber der Holzbauweise stellt allerdings die Tatsache dar,

dass der Brand der Holzverschalung nicht zur Entzündung der Tragkonstruktion führen

kann und somit kein Versagen der Gesamtkonstruktion zu befürchten ist.

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4.2.2 Holzbauweise

Eine Holzfassade stellt bei einem mehrgeschossigen Wohnbau in Holzbauweise ein großes

Gefahrenpotential dar, weil diese zur Erhöhung der konstruktiven Brandlast beiträgt und

eine Brandweiterleitung entlang der Fassade bewirkt. Eine weitere Problematik bildet die

Flammenausbreitung über den Luftraum von hinterlüfteten Fassaden, die sehr rasch

erfolgen und die Entzündung der innenliegenden, tragenden Holzkonstruktion

beschleunigen kann.

Die hohen Temperaturen, die vor allem nach einem Flashover bei Raumbränden auftreten,

führen sehr rasch zum Versagen der Verglasungen. Das Anordnen von auskragenden

Balkonen aus nichtbrennbaren Baustoffen bzw. die Ausbildung einer brandschutztechnisch

geschützten Traufkante kann die Brandweiterleitung über die Fassade und in weiterer

Folge zum Dach des Gebäudes zwar nicht verhindern, aber zumindest verzögern und somit

die Personensicherheit erhöhen.

Dabei ist allerdings die auf den Balkonen eventuell gelagerte Brandlast von großer

Bedeutung. Prinzipiell können nur massive Balkonplatten über dem Brandraum ohne

darauf gelagerter Brandlast einen Feuerübersprung auf das über dem Brandraum liegende

Geschoss verhindern. Es ist jedoch grundsätzlich davon auszugehen, dass in der Praxis

sowohl immobile Brandlasten, z.B. in Form von Geländern, als auch mobile Brandlasten,

d.h. Möbel, Wäscheständer, etc. auf Balkonen vorzufinden sind. Somit ist mit einer

Brandweiterleitung in die über dem Brandraum situierten Bereiche zu rechnen.

Eine verzögernde Wirkung auf die Brandweiterleitung über die Fassade wird

ausschließlich durch auskragende Balkone, nicht aber durch Loggien erreicht, die nur

einseitig offen sind. Loggien sind zwar den Balkonen konstruktiv verwandt, sie liegen in

der Regel jedoch innerhalb des Baukörpers und bieten somit durch die fehlende horizontale

Barrierewirkung keinen Schutz gegen den raschen Feuerüberschlag. Das Fallbeispiel des

Brandes der Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“ in der Schweiz [26] weist nach, dass

Loggien grundsätzlich keine positive Wirkung auf die Brandweiterleitung haben. Bei

dieser Anlage setzte sich der Brand über die viergeschossige Fassade binnen ca.

60 Sekunden ungehindert fort.

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4.2.3 Fallbeispiele

Die Abb. 4.8 zeigt den Brand eines Zweifamilienhauses in Vorarlberg. Bei dem Gebäude

handelt es sich um einen Massivbau mit einem Anbau in Holzbauweise.

Abb. 4.8: Brand eines Zweifamilienhauses in Massivbauweise mit einem Anbau in Holzbauweise [12]

Das Foto zeigt deutlich, dass bei dem in Massivbauweise ausgeführten Gebäudeteil zu

diesem Zeitpunkt nur die dekorativen Elemente aus Holz, d.h. die Fensterläden und die

hölzernen Gesimse oberhalb der Fenster brannten, während der in Holz ausgeführte

Gebäudeteil vom Feuer bereits völlig zerstört war. Der Brand wurde beim massiven Teil

nur über die Holzelemente der Fassade weitergeleitet.

Abb. 4.9: Fortschreitender Brand des Zweifamilienhauses in Massivbauweise mit einem Anbau in Holzbauweise auf der Holzbauseite[12]

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Bedingt durch den starken Föhn wurde der Löschangriff der Feuerwehr deutlich erschwert

und so konnte schlussendlich nicht verhindert werden, dass das Feuer auch auf den

Dachstuhl des Massivbauteiles übergriff und sich auf diesen ausbreitete. Das

Dachgeschoss des massiven Gebäudeteils brannte in weiterer Folge zwar aus, der

Massivbau stürzte aber im Gegensatz zum Holzbau nicht ein.

Die Abb. 4.10 zeigt den Brand eines Bauernhauses in St.Veit (Salzburg). Dabei handelt es

sich um ein Gebäude in Blockbauweise (siehe Kapitel 9.3.3.1).

Abb. 4.10: Brandweiterleitung über die Fassade bei einem Bauernhaus in Holzbauweise

Wie auf dem Foto ersichtlich, wurden die aus den Fenster- und Türöffnungen tretenden

Flammen aufgrund ihrer Höhe sehr rasch über die Fassade weitergeleitet und griffen

schließlich auf den Dachstuhl über und entzünden diesen. Die Feuerwehr hatte einen sehr

langen Anfahrtsweg zu dem in 1.100 m Seehöhe gelegene Bauernhaus zurückzulegen.

Somit war das Haus bereits vor Eintreffen der Löschmannschaften vollständig

ausgebrannt, die in Massivholzbauweise errichtete tragenden Außenwandkonstruktion

blieb jedoch erhalten.

Ein Gebäude in Holzmassivbauweise verhält sich unter Brandeinwirkung im Gegensatz zu

Holzrippen- und Holzskelettbauweisen vergleichsweise günstig, wird aber aufgrund der in

Kapitel 9.3.3.1 beschriebenen Gründen – z.B. die Einschränkung der Gebäudehöhe - nicht

ausgeführt.

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4.3 Öffnungen

Aus der Sicht des Brandschutzes stellen Öffnungen für Fenster, Türen und sonstige

Einbauten im Holzbau besondere Schwachpunkte innerhalb der Gesamtkonstruktion dar,

weil die Brandweiterleitung durch die brennbaren Baustoffe stets gegeben ist. Bei

Massivbauten ist die Anwesenheit zusätzlicher mobiler Brandlasten erforderlich, um eine

Brandweiterleitung bei Öffnungen zu ermöglichen.

4.3.1 Massivbauweise

Die Türen weisen in der Massivbauweise generell einen niedrigeren Feuerwiderstand als

jene Wandbauteile auf in die sie eingebaut sind. Des weiteren ist auch damit zu rechnen,

dass die Türen zum Zeitpunkt des Brandausbruches geöffnet sein können. Somit sind die

Türöffnungen hinsichtlich der Rauchausbreitung Schwachpunkte, eine Feuerausbreitung

kann im Gegensatz zur Holzbauweise hier nur dann erfolgen, wenn im Türbereich

zusätzliche mobile Brandlasten vorhanden sind. Weiterhin sind für die Ausbildung der

Öffnungen keine komplizierten Detaillösungen erforderlich, um eine Brandeinleitung in

die Konstruktion zu verhindern. In der Massivbauweise wird einfach der Wandverputz bis

zum Türstock geführt, da eine Entzündung der Tragkonstruktion keine

bauweisenimmanente Problematik darstellt.

Gleiches gilt im Prinzip auch für die Ausbildung der Fensteröffnungen in der

Massivbauweise. Der Putz endet beim Fensterstock und stellt so keinen zusätzlichen

Arbeitsaufwand dar, wie er z.B. durch die Ausbildung eines Fugenversatzes in der

Brandschutzbekleidung bei der Holzbauweise entsteht.

Problematisch wird in Bezug auf die Fenster das Erreichen sehr hoher Temperaturen, bei

der mit einem Zerspringen der Scheiben zu rechnen ist. Dieses ist beim Massivbau etwas

weniger kritisch als beim Holzbau, weil die Brandintensität beim Ersteren etwas geringer

ist. Allerdings hat das Herausschlagen der Flammen aus der Fensteröffnung im

Allgemeinen keine Auswirkungen im Hinblick auf die Brandweiterleitung über die

nichtbrennbare Fassade.

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In der Massivbauweise hat sich der Einbau von Feuerschutztüren, Feuerschutzverglas-

ungen und Feuerschutzanschlüssen in Realbrandversuchen als brandschutztechnisch

wirksam herausgestellt.

4.3.2 Holzbauweise

Türen haben im Normalfall einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile, in die

sie eingebaut werden. Die Feuerwiderstandsdauer liegt z.B. bei 2,7 cm dicken Sperrholz-

türen ohne Füllung zwischen 5 bis 20 Minuten. Somit kann davon ausgegangen werden,

dass eine hohe Feuerwiderstandsdauer eines Wandelements nicht gleichzeitig einen hohen

Feuerwiderstand des Gebäudes implementiert, wenn die Türen nicht mindestens einen

gleichwertigen Brandwiderstand haben.

Üblicherweise verwendete Fensterverglasung beginnt bei einer Temperatur von 600 °C zu

erweichen bzw. zu schmelzen. Wärmespannungen führen jedoch dazu, dass die Scheiben

eventuell schon vor dem Erreichen dieser Temperatur zerspringen. Sobald in einem Raum

ein Flashover eintritt, kommt es durch die hohen Temperaturen in jedem Fall zu einem

Überdruck und sehr rasch zum Versagen der Verglasungen und damit zu einer

Brandweiterleitung über die Fassade.

Die Abb. 4.11 zeigt die laut dem Entwurf der deutschen „Muster-Richtlinie über

brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in

Holzbauweise“ [35] geforderte Ausführung von Öffnungen für Einbauten wie Fenster,

Türen, Verteiler, Lampenkästen, etc. in hochfeuerhemmenden Bauteilen. Die Öffnungen

der Wandelemente werden umlaufend mit auf F 60 (zukünftig REI 60 nach [49])-geprüften

Brandschutzbekleidungen verschlossen. Ziel dieser Maßnahmen ist, die Brandweiter-

leitung in Richtung der Tragkonstruktion (Riegel, Stützen im Öffnungsbereich) zu

verzögern. Im derzeitigen Holzbau wird diese Maßnahme nicht angewandt, d.h. die

Öffnungen sind signifikante Schwachpunkte in der Gesamtkonstruktion.

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Abb. 4.11: Darstellung der Ausführung des Fugenversatzes bei Öffnungen mit Brandschutzbekleidung nach [35]

Es zeigt sich, dass die Brandschutzverkleidung in den Öffnungsleibungen im Detail mit

Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen auszubilden ist. Nur bei

exakter Einhaltung dieser Vorgaben ist der geforderte Feuerwiderstand für das gesamte

Bauteil gegeben und nur dann wird eine Brandeinleitung in die Konstruktion mit einer

daraus resultierenden möglichen Entzündung der Tragkonstruktion verhindert. Derartige

Forderungen , die das Brandverhalten von Holzbauweisen deutlich verbessern können,

fehlen in Österreich völlig.

Je mehr Türen und Fenster geschlossen sind, umso günstiger stellt sich grundsätzlich die

Ausgangssituation hinsichtlich der Luftzufuhr und der Brandweiterleitung dar. Es kann

jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass sich alle Öffnungen zum Zeitpunkt des

Brandausbruchs in geschlossenem Zustand befinden. Die Weiterleitung von Feuer und

Rauch durch offene Türen bzw. durchgebrannte Türen hat erhöhte Kohlenmonoxidkonzen-

trationen und in weiterer Folge einen großen Anteil der Brandtoten zur Folge. Zudem

können sich durch die Öffnungen sowohl der Rauch als auch toxische

Verbrennungsprodukte von den heißen oberen Schichten des Brandraumes in die

angrenzenden Räume bzw. in die Gänge und das Treppenhaus ausbreiten und so die

umgebenden Bereiche vorheizen, wodurch ein rascher Feuerüberschlag begünstigt wird.

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Der in der Massivbauweise übliche Einsatz von Feuerschutzabschlüssen hat sich prinzipiell

auch bei Naturbrandversuchen an Holzhäusern bewährt. Diese Abschlüsse sind jedoch

zulassungspflichtig, d.h. es liegen für den Einbau in brennbare Bauteile keine

baupolizeilichen Anerkennungen vor.

4.4 Deckenbauteil

Deckenbauteile bestehen im mehrgeschossigen Wohnbau aus einem Tragwerk in Holz-

bzw. Massivbauweise sowie aus einer ober- und unterseitigen Bekleidung dieser

Konstruktion. Die unterseitige Verkleidung des Deckenbauteils entspricht der

Brandschutzbekleidung des Wandbauteils, die bereits in Kapitel 4.1 abgehandelt wurde.

Die oberseitige Konstruktion, d.h. der Fußbodenaufbau, ist meist aus Dämmmaterialien,

dem Estrich und dem Bodenbelag aufgebaut. In diesem Kapitel werden nachfolgend

sowohl die Tragkonstruktion als auch der Fußbodenaufbau genauer analysiert. Die

Anschlüsse der Deckenbauteile an die Wandbauteile stellen ein sehr komplexes Thema

dar, das in weiterer Folge überblicksmäßig und im Kapitel 4.5 detailliert behandelt wird.

4.4.1 Massivbauweise

4.4.1.1 Tragkonstruktion

Aus statischen Gründen sind grundsätzlich bei fast allen Gebäuden in Massivbauweise

zusätzliche Tragreserven der Geschossdecken vorhanden. Dies ist unter anderem dadurch

zu erklären, dass im Gegensatz zu den statischen Annahmen die Querbewehrung im

Brandfall mitträgt und außerdem die brandschutztechnisch maßgeblichen Stützweiten

infolge der Randeinspannung kleiner sind als die statischen (rechnerischen) Stützweiten. In

der Praxis kommt es im Brandfall daher zu erheblichen Umlagerungen in der

Lastverteilung, so dass sich die Feuerwiderstandsdauer der Bauteile mehr als verdoppeln

kann.

Die Durchwärmungsgeschwindigkeit der heute im Wohnbau üblicherweise verwendeten

Stahlbetondecken ist unter Brandeinwirkung relativ gering, d.h. Zerstörungen treten erst

nach einer längeren Zeitspanne und zuerst in den äußeren Schichten auf (siehe

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Abbildungen 2.2 und 2.3). Dabei wirkt sich der Innenwandverputz des Deckenbauteils

positiv auf die Durchwärmungsgeschwindigkeit des Stahlbetons aus. Versuchserfahrungen

haben gezeigt, dass ausreichend haftende Putzverkleidungen in Verbindung mit

Stahlbetonbauteilen die Feuerwiderstandsdauer einer Stahlbetonplatte je nach

Putzzusammensetzung bis zu 600 % vergrößern [22].

In Deutschland wurden Realbrandversuche an einem Gebäude in Massivbauweise [5]

durchgeführt, wobei unter anderem das Brandverhalten von Bauteilen in praxisgerechtem

Einbauzustand geprüft wurde. Die Versuche umfassten unter anderem Untersuchungen des

Brandverhaltens von Stahlbetonplatten unter Brandbeanspruchung.

Bei den Versuchen mit natürlicher Brandlast in Form von Mobiliar wurden

Deckendehnungen von maximal 3 ‰ registriert, wobei die maximalen Dehnungen im

allgemeinen in der Mitte der Deckenplatten auftraten. Die Größe der Deckendehnung ist

abhängig von der Dehnzahl des jeweiligen Baustoffes, die im Allgemeinen

temperaturabhängig ist. Eine aus der Erwärmung im Brandfall resultierende Dehnung und

Verformung eines Deckenbauteiles kann zu geringen Verschiebungen und in weiterer

Folge zu Rissbildungen im Mauerwerk führen, welche statisch gesehen jedoch

unbedenklich sind.

Abb. 4.12: Rissbildung infolge der Verformung einer Stahlbetondecke nach [48]

Die Abb. 4.12 zeigt eine derartige , in der Höhe der Geschossdecke eintretende,

Rissbildung in einer Außenmauer aufgrund der Deckendurchbiegung der Stahlbetondecke

unter Brandeinwirkung. Es ist ersichtlich, dass es zu einer Spannungsumlagerung im

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Mauerwerk und dadurch zur Rissbildung im Auflager bzw. zwischen dem Auflager und

der Vormauerung kommen kann. Es handelt sich allerdings primär um eine optische

Schädigung und nicht um einen Verlust der Tragfähigkeit.

Die Ergebnisse der Naturbrandversuche in Lehrte [5] zeigen deutlich, dass sich aufgrund

der Dehnungen von Stahlbetondecken auch das darüber und darunter stehende Mauerwerk

verschiebt. Es wurde jedoch weder bei einer Brandbelastung der Stahlbetondecken nach

der Einheitstemperaturkurve (ETK) von über 120 Minuten Dauer noch durch einen

Realbrand mit der sehr hoch angesetzten mobilen Brandlast von 90 kg Holz/m² ein

Tragfähigkeitsverlust der Decke festgestellt. Des weiteren blieb die raumabschließende

Funktion in allen Fällen gänzlich erhalten. Eine Holzkonstruktion wäre unter derartigen

Bedingungen bereits nach 30 bis 60 Minuten vollständig eingestürzt.

Im Gegensatz zur Holzbauweise, bei der es auch zu einer nicht sichtbaren Entzündung

innerhalb der Konstruktion kommen kann, ist das Schadensausmaß bei Decken aus

Stahlbeton sofort nach dem Löschangriff der Feuerwehr festzustellen. Des weiteren kann

die Vorgehensweise hinsichtlich der zu treffenden Sanierungsmaßnahmen sofort festgelegt

werden. Im Allgemeinen ist lediglich ein neuer Putz erforderlich.

4.4.1.2 Bekleidung

Ein Verputz des Deckenbauteils wirkt sich günstig auf das Brandverhalten aus (siehe

Kapitel 4.1). Wie in dem genannten Kapitel ebenfalls bereits dargestellt, wird die

Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen aus nichtbrennbaren Baumaterialien durch eine

nachträgliche Bekleidung mit einem brennbaren Bauprodukt nicht negativ beeinflusst. Der

Brand kann, im Gegensatz zur Holzbauweise, nicht in den Bauteil eindringen und

innerhalb der Konstruktion weitergeleitet werden, die Holzverkleidung einer

Massivkonstruktion hat jedoch sehr wohl einen Einfluss auf die CO-Produktion und somit

in weiterer Folge auf den Personenschutz.

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4.4.2 Holzbauweise

Bei den Deckensystemen in Holzbauweise unterscheidet man grundsätzlich zwischen der

konventionellen Holzbalkendecke, der Massivdecke mit einem Querschnitt aus Vollholz

oder Brettschichtholz bzw. mit Hohlkastenquerschnitt, der Holz/Beton-Verbunddecke

sowie diversen Spezialsystemen.

4.4.2.1 Tragkonstruktion

Eine Entzündung von tragenden und aussteifenden Teilen eines Deckenbauteils muss in

jedem Fall verhindert werden, um unentdeckte Brandherde und ein Nachbrennen der

Konstruktion mit der Gefahr des verzögerten Tragfähigkeitsverlustes oder der

Brandweiterleitung in benachbarte Nutzungseinheiten sicher auszuschließen.

Im deutschen Entwurf für eine Holzbaurichtlinie [35] wird daher gefordert, dass die

Brandschutzbekleidungen im Anschlussbereich von Decken- an Wandbauteilen so

auszuführen sind, dass keine durchgehenden Fugen entstehen. Außerdem ist auf eine

Ausbildung der Anschlüsse zu achten, die geeignet ist, das Aufreißen der

Brandschutzbekleidung aufgrund von Verformungen im Brandfall zu verhindern. Dazu

sind die tragenden Holzelemente im Anschlussbereich mit Schrauben im Bereich der

Balken sowie in der Mitte der Verblockung zu verbinden. Der Abstand der

Verbindungsmittel darf maximal 500 mm betragen, wobei die Einschraubtiefe zur

Herstellung einer zugfesten Verbindung ≥ 12 dn sein muss [16].

Die Abb. 4.13 zeigt eine aus brandschutztechnischer Sicht korrekte Ausbildung eines

Anschlusses der Decke an eine durchlaufende Wand.

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Abb. 4.13: Anschluss eines Deckenbauteils an eine durchlaufende, raumabschließende Wand nach [35]

Vergleichbare Forderungen an die Konstruktion zu diesen in Deutschland gestellten

Ansprüchen [35] fehlen in Österreich völlig. Die Abb. 4.14 zeigt eine in der

Informationsmappe „Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich“ [34] vorgeschlagene

Lösung für den Bauteilanschluss einer Decke an die Wand. Diese Mappe dient als

Leitfaden für österreichische Architekten, Bauherren und Bauträger, d.h. es wird nach

diesen Detaillösungen gebaut!

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Abb. 4.14: Anschluss eines Deckenbauteils an eine raumabschließende Wand nach [34]

Die Abb. 4.14 zeigt sehr klar die derzeitigen Defizite des Holzbaus in Österreich. Die

Brandschutzbekleidung weist durchgehende Fugen auf, d.h. es ist im Brandfall im

Anschlussbereich des Deckenbauteils an das Wandbauteil mit einer Brandeinleitung in die

Konstruktion zu rechnen. Des weiteren ist keine Verschraubung der tragenden

Holzelemente vorgeschrieben. Solange ähnliche Forderungen wie in Deutschland

hierzulande nicht verpflichtend sind, wird die Verschraubung der Elemente alleine aus

Kostengründen vermutlich nicht durchgeführt werden. Somit kann im Brandfall nicht

verhindert werden, dass das Feuer infolge von Verformungen der Holztragelemente durch

aufreißende Fugen in die Konstruktion eindringt, diese entzündet und somit in weitere

Folge einen Einsturz der Gesamtkonstruktion verursacht.

Der Einsturz der Gesamtkonstruktion wird in der Holzbauweise durch die punktförmige

Einleitung der Lasten aus der Geschossdecke über die tragenden, vertikalen Holzsteher in

die Wandkonstruktion noch unterstützt, da bereits das Versagen eines einzelnen

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Holzstehers bzw. eines einzigen Verbindungselements zwischen tragendem Deckensystem

und Holzsteher das Versagen der Gesamtkonstruktion zur Folge haben kann. Dies trifft

insbesondere dann zu, wenn es sich bei diesem Knotenpunkt um einen wesentlichen und

kritischen Bestandteil der Holzkonstruktion in Bezug auf die Tragfähigkeit des

Gesamtverbandes handelt. Bei Geschossdecken in Massivbauweisen erfolgen im Vergleich

dazu die Lastabtragungen meist linienförmig und zwei- bzw. vierseitig, d. h. ein Einsturz

der Gesamtkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen Auflagerung ausgeschlossen

werden.

Beim Einbau von Tragelementen aus dem Werkstoff Holz ist darüber hinaus besonders auf

den fachgemäßen Einbauzustand zu achten. Dass davon nicht allgemein auszugehen ist,

zeigt das Fallbeispiel des Brandes der Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“ in der

Schweiz [26]. Dort wurden die Brettstapel nass eingebaut, wodurch sich beim

Trockenvorgang Spalten mit einer Breite bis zu 1 mm bildeten. Die aus den Spalten

resultierende Oberflächenvergrößerung führte unter Brandeinwirkung zu einer

Begünstigung der Pyrolysevorgänge und erschwerte das Ablöschen des Feuers in den

Fugen der tragenden Bauteile.

Die Dachkonstruktionen der meisten bestehenden Wohnhäuser im städtischen als auch

generell die Dächer im ruralen Raum sind als Holzkonstruktion in Form von Satteldächern

ausgebildet. Diese stellen besonders im nichtausgebauten Zustand mit ungeschützten,

brennbaren Holztragelementen aus der Sicht des Brandschutzes immer eine Gefahr dar

(siehe auch Abb. 4.25).

4.4.2.2 Bekleidung

Der Fußbodenaufbau wird in der Regel als schwimmender Estrich oder schwimmender

Fußboden in Form einer „brandschutztechnisch wirksamen“ Estrichplatte ausgeführt

werden. Der Estrich muss in diesem Fall eine Dicke von 30 mm aufweisen und auf einer

mindestens 20 mm starken, nichtbrennbaren Dämmstoffschicht verlegt werden. Diese

Wirkungsweise kann auch mit Hilfe von Trockenestrichelementen aus mindestens 30 mm

dicken mehrlagigen, nicht brennbaren Gipskarton- oder Gipsfaserplatten erreicht werden,

die umlaufend mit Randstreifen aus nichtbrennbaren Baustoffen umfasst werden.

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4.4.2.3 Firestops

Zur Verzögerung der Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen in andere Geschosse bzw.

Brandabschnitte sollten in das Deckenbauteil immer die in Kapitel 4.1.2.3 beschriebenen

Firestops eingebaut werden. Derartige Konstruktionen werden derzeit allerdings

hauptsächlich in den USA angewandt, in Österreich erfolgt kein Einbau von Firestops in

die Deckenhohlräume.

4.4.3 Fallbeispiel

Der Unterschied zwischen Massiv- und Holzbauweise kann besonders anschaulich anhand

des folgenden Fallbeispiels dargestellt werden. Die Abbildungen 4.15 und 4.16 zeigen den

Brand eines Wohnhauses in Massivbauweise. Das massiv ausbildete Deckenbauteil wurde

nachträglich mit einer Holzverkleidung versehen.

Abb. 4.15: Schadenbild eines Zimmerbrandes in einem Massivbau mit nachträglich angebrachter dekorativer Holzverkleidung [2]

Die Holzverkleidung entzündete sich und fiel während des Brandverlaufes größtenteils ab.

Die Abbildungen zeigen, dass die darunter liegende massive Ziegeldecke hingegen so gut

wie unversehrt blieb und ihre Tragfähigkeit nicht verlor. Wenn unter der dekorativen

Verkleidung eine brennbare Tragkonstruktion angebracht gewesen wäre, hätte ein

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derartiger Zimmerbrand im „worst case“ zum Einsturz der Gesamtkonstruktion führen

können.

Abb. 4.16: Detailaufnahme der massiv ausgeführten Decke nach Abfallen der Holzver-kleidung [2]

In vielen Neubauten im urbanen Raum werden Wohnbauten heute mit Flachdächern

ausgeführt. Diese Dachhaut-Varianten können hinsichtlich einer schnellen

Brandweiterleitung als unkritisch eingeschätzt werden, da sie in der Regel auf

nichtbrennbaren Stahlbeton-Konstruktionen mit nichtbrennbarer Wärmedämmung

aufgebracht sind und nicht zur Entwicklung bzw. Ausbreitung eines Entstehungsbrandes

beitragen bzw. nur mit mäßiger Intensität selbständig weiterbrennen [33].

4.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen

Alle Baustoffe verändern unter Brandeinwirkung ihre Eigenschaften, wobei es nicht von

Bedeutung ist, ob diese brennbar oder nichtbrennbar sind. Grundsätzlich ist die Fähigkeit

jeder Tragstruktur, Lasten aufzunehmen und die jeweilige Nutzungsform zu gewährleisten

von den Eigenschaften der Bauteile und der Verbindung zwischen diesen Bauteilen

abhängig. Im Brandfall müssen sowohl die maßgeblichen Bauteile als auch die

unterstützenden Bauteile und Anschlüsse sowie die Verbindungen bzw. Verbindungs-

mittel die jeweils geforderte Feuerwiderstandsdauer aufweisen.

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Die brandschutztechnische Bemessung eines Gebäudes setzt immer das Einhalten der

Mindestanforderungen beim Bauteil und die hinreichende Dimensionierung der

Anschlüsse mit den entsprechenden Verbindungsmitteln voraus. In einer

Gesamtkonstruktion werden die einzelnen Bauteile, d.h. beispielsweise Decken- und

Wandbauteile, mittels diverser Anschlussdetails zusammengefügt. Die

brandschutztechnisch korrekte Ausführung aller Anschlüsse, Verbindungen und Fugen

bedarf jedoch in der Holzbauweise eines wesentlich höheren wirtschaftlichen Aufwandes

als in der Massivbauweise. Die unterschiedlichen Problematiken bzw. Lösungsansätze der

angeführten Punkte werden in diesem Kapitel für beide Bauweisen detailliert aufgezeigt.

Bei den brandschutztechnischen Prüfungen nach ÖNORM B 3800 Teil 2 werden die

Anschlüsse der Bauteile (z. B. Wandanschlüsse, Decken-Wand-Anschlüsse etc.) im

Allgemeinen nicht mitgeprüft. Man verlässt sich darauf, dass die fachgerechte statische

Ausbildung einen hinreichenden Brandschutz gewährleistet. Diese ist bei Massivbauten in

der Regel der Fall, die Holzbauweise birgt demgegenüber diesbezüglich erhebliche

brandschutztechnische Risiken, die bei der herkömmlichen Prüfpraxis nicht berücksichtigt

werden.

4.5.1 Massivbauweise

Grundsätzlich gilt für den Massivbau, dass alle tragenden Bauteile, d.h. auch die

Anschlüsse bzw. Auflager, die Aussteifungen, die Fugen, etc. die gleiche

Feuerwiderstandsdauer aufweisen müssen wie die Bauteile selbst. Somit sind bei

Gebäuden in Massivbauweise hinsichtlich der Anschluss- und Fugenproblematik ebenfalls

gewisse Regeln und Vorschriften zu beachten. Die Detailausführungen sind in ihrem

Brandverhalten allerdings weit weniger kritisch zu beurteilen als dies bei der

Holzbauweise der Fall ist.

Im Wohnbau werden die Deckenbauteile oft als Stahlbetonfertigteile oder vor Ort betoniert

ausgeführt. Aufgrund des hohen Eigengewichtes der Stahlbetonplatten ist grundsätzlich

nur mit minimalen und aus der Sicht des Brandschutzes risikolosen Fugen zu rechnen.

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Die Ableitung der Lasten der Geschossdecken in das tragende Mauerwerk erfolgt

grundsätzlich linienförmig sowie zwei- oder vierseitig (siehe Kapiteln 9.2.1, 9.2.2 und

9.2.3). Die Abb. 4.17 zeigt eine praxisübliche Ausbildung eines Deckenanschlusses an eine

zweischalige massive Außenwand. Dabei werden die Lasten aus der plattenförmigen

Stahlbetongeschossdecke linienförmig in die tragende Schale des Mauerwerkes

abgetragen. Die als Ausgleichsschicht verwendete Bitumenpappe ist brandschutztechnisch

absolut unbedenklich, so dass im Brandfall der Raumabschluss in diesem Bereich mit

Sicherheit erhalten bleibt.

Außenwandbauteil

Deckenbauteil

Bitumenpappe

Ziegelmauerwerk (tragende Wandschale)

Wärmedämmung

Klinkermauerwerk (Vorsatzschale)

Stahlbetondecke

Innenputz

Fußbodenaufbau

Abb. 4.17: Möglichkeit eines Anschlusses der Stahlbetondecke an eine zweischalige massive Außenwand aus Ziegelmauerwerk nach [8]

Die Anschlusspunkte werden aufgrund dieser durchgehenden Ausführung der Auflagerung

im Brandfall nicht versagen. Eine partielle Zerstörung des Fugenmörtels kann infolge von

Spannungsverlagerungen zwar im schlimmsten Fall zu einer langsamen Verformung einer

Wand führen, aber ein Einsturz der Gesamtkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen

Auflagerung ausgeschlossen werden.

Dies stellt einen großen Vorteil im Vergleich zu Holzkonstruktionsweisen dar. Bei diesen

werden die Lasten aus der Geschossdecke in der Regel punktförmig in die tragenden,

vertikalen Holzsteher abgetragen. Somit ist bei der Holzbauweise ein Versagen der

Gesamtkonstruktion bereits beim Versagen eines einzelnen tragenden Holzstehers bzw.

einer Verbindung möglich. Diese Problematik wird in dem nachfolgenden Abschnitt 4.5.3

anhand eines Fallbeispiels im Detail dargestellt.

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Fugen und Bewegungsfugen in Wänden oder zwischen Wänden und anderen

raumabschließenden Bauteilen haben gemäß Eurocode 6 die Aufgabe, eine Brand-

ausbreitung zu verhindern und die Anforderungen des Feuerwiderstandes der Wand zu

erfüllen. Daher müssen Dämmschichten in Bewegungsfugen aus mineralischen Fasern mit

einem Schmelzpunkt ≥ 1000°C bestehen. Dabei sollen alle Hohlräume dicht verschlossen

werden. Hier gibt es die Möglichkeit der Fugenausbildung mit Spezialdichtungen, durch

die auch bei einer unterschiedlichen Verformung der Bauelemente eine

Feuerwiderstandsdauer von bis zu 180 Minuten erreicht werden kann [22].

4.5.2 Holzbauweise

Bei der Holzbauweise verhalten sich Verbindungen und Anschlüsse bezüglich ihrer

Feuerwiderstandsdauer im Vergleich zu Bauteilkonstruktionen, d.h. zu Innen- und

Außenwänden, Stützen, Balken und Decken, am kritischsten. Die Abb. 4.18 zeigt den

Einfluss der Detailausführung der Anschluss- und Verbindungsbereiche auf die

Gesamtkonstruktion nach [21]. In der dargestellten Untersuchung wurde das

Brandverhalten von 36 verschiedenen Gebäudetypen analysiert, die zum Großteil der

Holztafelbauweise zuzuordnen sind.

Abb. 4.18: Vergleich der tatsächlich erreichten Feuerwiderstandsdauer verschiedener Bauteile mit der geforderten Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) bei 36 unterschiedlichen Gebäudetypen nach [21]

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Anhand der Abbildung ist ersichtlich, dass die Feuerwiderstandsdauer verschiedener

Bauteile bei diesen Untersuchungen im Schnitt zwischen 28 und 48 Minuten (Mittelwert

38 Minuten) lag, während bei Verbindungen und Anschlüssen bereits zwischen der

28. und 36. Minute (Mittelwert 32 Minuten) das Versagen eintrat, d.h. die

Gesamtkonstruktion kann die Qualifikation F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) in vielen

Fällen nicht erreichen, weil die Verbindungen oder Anschlüsse vorher versagen.

Die Problematik der metallischen Verbindungsmittel liegt darin, dass sie unter

Brandeinwirkung „weich“ werden und ihre Festigkeit verlieren. Im „worst case“ tritt das

sofortige und plötzliche Versagen der Gesamtkonstruktion ein. Das Fallbeispiel der im

kommenden Kapitel 4.5.3 betrachteten Kirche in Memphis, Tennessee, bei der die

Nagelplatten der Dachkonstruktion im Brandfall versagt haben und so den Einsturz des

gesamten Daches zur Folge hatten, bestätigt diese Feststellung.

Des weiteren führt eine Erwärmung der metallischen Verbindungsmittel zur Weiterleitung

der hohen Temperaturen in das Innere des Holzquerschnittes. Daraus resultiert das

Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln (siehe Abb. 2.25) sowie der Verlust

der Klemmkraft der Verbindung, was möglicherweise ein Versagen der

Gesamtkonstruktion zur Folge hat.

Die Abb. 4.19 untermauert die allgemeine Erkenntnis, dass metallische Verbindungsmittel

unter Brandbeanspruchung weich werden und so ein Versagen der Gesamtkonstruktion zur

Folge haben können. Die Fotos zeigen jeweils einen Balkenschuh zur Verbindung des

Trägers mit der Stütze. Das linke Foto wurde dabei kurz vor dem Versagen aufgenommen

und das rechte Foto zeigt den infolge der Temperaturbeanspruchung aufgerissenen

Balkenschuh. Durch die Verformung des Stahlteils rutscht der Träger aus dem

Balkenschuh und das gesamte Tragsystem versagt, obwohl die Holzquerschnitte erst

vergleichsweise geringe Verkohlungstiefen zeigen.

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Abb. 4.19: Ingenieurmäßiges Verbindungsmittel in Form eines Balkenschuhs vor und nach dem Versagen [21]

Freiliegende Stahlverbindungsmittel können nur dann einen hohen Feuerwiderstand

erreichen, wenn sie hinlänglich gut vor dem Feuer geschützt werden. Wenn dies nicht

gewährleistet ist, wird die Wärme über die Verbindungsmittel rasch in das Bauteilinnere

geleitet. Dies führt dazu, dass Nägel „weich“ werden und die Festigkeit verlieren oder

kraftübertragende Dübel rasch ihren Schmelzpunkt erreichen und versagen.

Auch bei geklebten Verbindungen lässt sich aufgrund von Versuchsergebnissen zeigen,

dass gute Werte für die Feuerwiderstandsdauer nur dann erreicht werden können, wenn die

Verbindungen selbst vor der Brandeinwirkung geschützt werden. Auch hier ist der Schutz

vor unzulässiger Erwärmung der Klebestellen (< 60 °C) zu beachten.

Abb. 4.20: Zusätzliche Verkleidung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln nach [21]

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Der Schutz kann durch das Abdecken der Verbindungsmittel mittels eingeleimter

Holzscheiben, Holzpfropfen oder Decklaschen aus Holz, Sperrholz, Spanplatten oder

Gipskartonplatten der Dicke cf erreicht werden. Die Abb. 4.20 zeigt das Aufbringen von

Abdeckungen zum Schutz verschiedener Verbindungen.

Britische und amerikanische Normen bzw. Richtlinien fordern, dass ein metallisches

Verbindungsmittel derart mit Holz geschützt wird, dass dieses nach dem Abbrand im

verbleibenden Restquerschnitt noch unterhalb der Holzkohleschicht liegt. Die Abb. 4.21

zeigt den nach der britischen Norm BS 5368 (BSI 1978) geforderten Schutz von

metallischen Verbindungen [4].

Abb. 4.21: Geforderter Schutz der metallischen Verbindung nach BS 5368 [4]

Diese Anforderungen machen im Hinblick auf die Bewertung der Tragfähigkeit von

Holzkonstruktionen durchaus Sinn, weil Untersuchungsergebnisse über Einzelprüfungen

von allen möglichen Verbindungen praktisch nicht vorliegen. Derartige Forderungen sind

in österreichischen Holzbaunormen nicht vorhanden!

Der Eurocode 5 fordert keine spezielle Art der Ausbildung von Verbindungen, sondern

vertraut auf den empirischen Ansatz. Alle ungeschützten Holz-Holz-Verbindungen oder

Holz-Stahl-Verbindungen, bei denen die Stahlplatte innerhalb oder zwischen den

Holzbauteilen liegt, weisen demnach ohne weitere Nachweise eine Feuerwiderstandsdauer

von 15 Minuten auf. Die Feuerwiderstandsdauer kann auf bis zu 60 Minuten erhöht

werden, wenn gewährleistet ist, dass die Verbindung in einer Art und Weise geschützt ist,

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dass die Bauteilabmessung und der Abstand der Stossstellen des Holzes um die Holzdicke

afi erhöht werden:

afi = ß1 (tr - 15) (Gl. 4.1)

darin sind: ß1 ..... Abbrandrate in [mm/min]

tr ...... Feuerwiderstandsdauer im [min]

Tab. 4.1 zeigt die auf dem Eurocode 5 Teil 1-2 [10] basierende Abbrandrate. Die

gemessenen Abbrandrate ß soll dann als Faktor in die Berechnung eingehen, wenn der

Originalquerschnitt abgerundete Ecken aufweist. Der um etwa 10% erhöhte Wert ß1 wird

als Abbrandrate für Holzquerschnitte eingesetzt, deren Form der Abbrandgrenze an den

Ecken nicht als kreisförmig, d.h. mit einem zeitabhängigen Radius, angesetzt werden

dürfen.

Tab. 4.1: Abbrandrate laut Eurocode 5 Teil 1-2 [10]

Abbrandrate Material

spezifisches Gewicht in

[kg/m³] ß in [mm/min]

ß1 in [mm/min]

Holzleimträger aus Weichholz 290 0,64 0,70

Vollholzträger oder Holzleimträger aus Hartholz 450 0,50 0,55

Paneelprodukte aus Weichholz (Sperrholz, Spanplatte), Mindestdicke 20 mm 450 0,90 --

Insbesondere Eckfugen der Bauteilanschlüsse Wand an Wand bzw. Wand an Decke

müssen eine ausreichende Dichtigkeit gegenüber dem Durchgang von Rauch und

Brandgasen aufweisen, damit die Flucht und Rettung von Nutzern und die Löscharbeiten

der Feuerwehr nicht durch Rauchausbreitung behindert werden. Des weiteren muss eine

Brandweiterleitung zwischen den Räumen verhindert werden. Daher sind stumpfe

Wandanschlüsse zu vermeiden. Es wurde nachgewiesen, dass die meisten durch eine

Kohlenmonoxidvergiftung verstorbenen Brandtoten in Räumen gefunden werden, die an

den Brandraum angrenzen, d.h. in denen es selbst gar nicht gebrannt hat. Die Weiterleitung

von Brand- und Rauchgasen stellt durch den hohen Fugenanteil der Holzbauweise ein

besonders großes Gefahrenpotential dar.

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Die Abb. 4.22 zeigt einen Wandanschluss, bei dem sämtliche Forderungen des Wärme-,

Schall- und Brandschutzes erfüllt werden. Des weiteren gewährleistet diese Variante die

Möglichkeit der Montage von Tafelelementen, die bei den meisten

Holzkonstruktionsweisen im Wohnbau zur Anwendung kommen. In den österreichischen

Holzbauvorschriften werden derartige Konstruktionsausführungen nicht gefordert.

Aussenwand

Wohnungstrennwand

Abb. 4.22: Grundriss eines brandschutztechnisch korrekten Wandanschlusses nach [31]

Im Falle des Anschlusses von Wand- an Deckenbauteile ist hinsichtlich der

brandschutztechnisch wirksamen Verkleidung grundsätzlich darauf zu achten, dass die

Brandschutzbekleidungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen

im Anschlussbereich derart auszubilden ist, dass keine durchgängigen Fugen entstehen.

Des weiteren muss in der Fuge ein 20 mm dicker Streifen aus Faserdämmstoffen

(Schmelzpunkt ≥ 1000°C) komprimiert eingebaut werden [16]. Auch diesbezüglich gibt es

in den österreichischen Holzbauvorschriften keine äquivalenten Anforderungen oder

Maßnahmenvorschläge.

In Österreich üblich sind stumpfgestoßene bzw. über flächigen Kontakt angeschlossene

Deckenbalkenanschlüsse an die tragende Wand. Zimmermannsmäßige Verbindungen sind

den Anschlüssen mittels ingenieurmäßiger Verbindungsmittel prinzipiell vorzuziehen. Die

Abb. 4.23 zeigt auf der linken Seite eine aus brandschutztechnischer Sicht ungünstige

Lösungsvariante, bei der der Deckenbalken in einen an den Holzsteher der tragenden

Wand genagelten Balkenschuh eingehängt wird. Bei dieser Art der Ausführung versagt die

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Konstruktion, sobald sich das Stahlformteil durch die Hitzeeinwirkung infolge einer

Brandbelastung verformt.

Beim Lösungsvorschlag auf der rechten Seite der Abbildung erfolgt der Anschluss mittels

zimmermannsmäßiger Verbindungsformen, wobei der horizontal verlaufende

Deckenbalken auf die ebenfalls horizontal situierte Schwelle der tragenden Wand aufgelegt

wird. Die Schwelle liegt ihrerseits auf den Holzstehern auf. Diese Ausführungsform

verhält sich aufgrund der Holz-Holz-Verbindung aus brandschutztechnischer Sicht

günstiger.

Die Abb. 4.13 zeigt demgegenüber die im deutschen Entwurf für eine Holzbaurichtlinie

[35] geforderte Ausführung des Anschlusses eines Deckenbauteils an einen Wandbauteil

und ist dort genauer beschrieben.

Abb. 4.23: Möglichkeiten des Anschlusses eines Holzdeckenbalkens an die Holzsteher einer tragenden Wand in Holzbauweise nach [31]

Zimmermannsmäßige Holzverbindungen werden heute nur noch selten ausgeführt, da ihre

handwerkliche Herstellung mit deutlich höherem Arbeitsaufwand verbunden ist, d.h. sie

sind teurer als ingenieurmäßige Verbindungen. Die meisten der ingenieurmäßigen

Verbindungen können heute maschinell produziert werden, d.h. der Arbeits- und

Kostenaufwand reduziert sich enorm. Für die Fertigung zimmermannsmäßiger

Holzverbindungen spricht grundsätzlich, dass durch die Verwendung dieser

Verbindungsformen viel höhere Standzeiten der Gebäude im Brandfall erzielt werden

können als bei Verwendung von ingenieurmäßigen Verbindungen. Des weiteren müssen

handwerkliche Verbindungen, ausreichende Dimensionierung vorausgesetzt, in den

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häufigsten Fällen nicht durch eine zusätzliche Abdecklage vor den Brandeinwirkungen

geschützt werden.

Die Abb. 4.24 zeigt eine brandgeschädigte Stütze, bei der die Kopfbänder durch

Zapfenverbindungen mit dieser verbunden sind. Die Holz-Holz-Verbindung verhält sich

unter Brandeinwirkung vergleichsweise günstig und versagt üblicherweise erst nach

längere Brandeinwirkung. Dies ist jedoch zum Teil auch darauf zurückzuführen, dass sich

im Brandfall die auf das statische System einwirkenden Belastungen verringern, da durch

das Verbrennen der brennbaren Baustoffe die Lasten auf das tragenden Holzsystem und

auch dessen Eigengewicht im Brandverlauf abnimmt.

Abb. 4.24: Zimmermannsmäßige Verbindung nach einer Brandbelastung [21]

Die zusätzliche Verkleidung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln bedeutet einen

Mehraufwand an Arbeit und erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte, die eine exakte,

sorgfältige und somit auch teure Ausführung der Verbindungen gewährleisten. Die

zimmermannsmäßigen Verbindungen machen, eine entsprechende Dimensionierung

vorausgesetzt, meist keine brandschutztechnischen Zusatzmaßnahmen erforderlich, d.h.

zimmermannsmäßige Verbindungsformen wären bei einer brandschutztechnisch

wirksamen Ausführung in ihrer Herstellung nicht viel kostspieliger als richtig ausgeführte

ingenieurmäßige Verbindungen. In der Praxis kann die fachgerechte Ausführung aufgrund

der aktuellen Entwicklungen im Baugewerbe, z.B. steigendem Termindruck, häufig

wechselnden Handwerkern, etc., im Allgemeinen jedoch nicht vorausgesetzt werden. Diese

Problematik stellt sich vor allem bei jenen Bereichen, die nach der Fertigstellung des

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Gebäudes nicht mehr sichtbar sind, wie dies beispielsweise innerhalb des Wandbauteils

angebrachte tragende Konstruktionselemente darstellen.

Für das Brandverhalten der Konstruktion ist des weiteren die Befestigung der

Bekleidungslagen auf der Tragkonstruktion entscheidend. So können z.B.

Klammerverbindungen mit verspachteltem Klammerrücken, fachgerechte Ausführung

vorausgesetzt, die Feuerwiderstandsdauer um 8 bis 12 Minuten erhöhen. Eine andere

Möglichkeit zur Verbesserung der Feuerwiderstandsdauer stellt die Montage der

Verkleidungslagen auf den Holztragelementen mittels Federschienen dar. Diesbezüglich

gibt es in den österreichischen Holzbauvorschriften allerdings keine zwingenden

Anforderungen.

4.5.3 Fallbeispiel

Ein Bericht der United States Fire Administration aus dem Jahr 1992 untermauert die in

den vorangegangenen Abschnitten aufgezeigte Problematik der Verbindungen bei

Holzbaukonstruktionen. Das nachfolgenden Fallbeispiel zeigt eindrucksvoll, wie die

Zerstörung einer einzelnen Holzverbindung im Brand zum plötzlichen Versagen des

zusammenwirkenden Holztragsystems und Einsturz der Gesamtkonstruktion führt.

Das Fallbeispiel behandelt das Versagen der Dachkonstruktion einer Kirche in Memphis,

Tennessee, durch das zwei Feuerwehrmänner ums Leben kamen [36]. Anhand dieses

Vorfalls ist erkennbar, dass ein Fachwerkbinder seine Tragfähigkeit im Brandfall oft nur

sehr kurz aufrecht erhalten kann und in Folge ohne jegliche Vorwarnung versagt. Die Abb.

4.25 zeigt einen Schnitt durch den Fachwerksbinder sowie ein Detail des Knotenpunktes

der Obergurte und der Hängesäule.

Die Kirche wurde nach den geltenden amerikanischen Normen errichtet und als ein

einziger Brandabschnitt ausgebildet. Die Wände des Gebäudes waren innenseitig mit einer

Holzbekleidung versehen, die einen entscheidenden Beitrag zur weiteren Brand-

ausbreitung lieferte. Das Dachtragwerk und die Kirchendecke waren unterseitig mit

Gipskartonplatten beplankt. Der Brandherd lag in einem Nebenraum, wo sich das Feuer

nach Eintritt des Flashovers vorerst unbemerkt über die Fugen im Anschlussbereich der

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Gipskartonverkleidung des Fachwerkbinders an der Außenwand in den Dachraum der

Kirche fortsetzen konnte. Der Brand der Dachkonstruktion wurde erst durch herabfallende

Teile der Gipskartonbeplankung festgestellt, worauf sich die Feuerwehrleute sofort vom

Brandobjekt zurückzogen. Das Dach versagte allerdings derart rasch, dass

2 Feuerwehrmänner unter den brennenden Teilen eingeschlossen wurden und kurze Zeit

später den Folgen ihrer Verbrennungen erlagen. Das Versagen des Fachwerkbinders kann

in diesem Fall dem Versagen der Nagelplatte im Firstbereich zugeschrieben werden. Die

obere Verbindung der Dachsparren stellt grundsätzlich in jedem Dachtragwerk den

kritischen Punkt dar, weil das Versagen dieses Knotenpunktes in jedem Fall das Versagen

des gesamten Tragwerkes zur Folge hat.

Abb. 4.25: Schnitt durch das Fachwerk vor und nach dem Versagen nach [36]

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4.6 Installationen

Installationen der Haustechnik umfassen in der Regel die Bereiche Heizung (Wasser- und

Gasheizung), Klimaanlagen, Lüftung (Zu- und Abluft), Sanitär, Elektrotechnik und

Kommunikationssysteme. Des weiteren kann auch der anlagentechnische Brandschutz

(Löschanlagen, Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und Brandmeldeanlagen) zur

Haustechnik gezählt werden.

Installationen können grundsätzlich brennbar oder nichtbrennbar ausgeführt sein. Die

Materialien der Installationsrohre, d.h. der Heizungsrohre, der Wasserversorgungs-

leitungen, der Abwasserleitungen und der Wickelfalzrohre sind dabei vor allem Kupfer,

Stahl, Kunststoff und Aluminium. Die Rohre können außerdem ungedämmt oder mit einer

Ummantelung aus brennbarer bzw. nichtbrennbarer Dämmung ausgeführt sein.

4.6.1 Massivbauweise

Aus brandschutztechnischer Sicht stellen Installationen der Haustechnik bei

Massivbauweisen grundsätzlich kein Problem dar. Bei Massivwänden mit einer

Gesamtdicke von mind. 140 mm (einschließlich Putzbekleidung) dürfen Steckdosen,

Schalterdosen, Verteilerdosen, etc. an jeder beliebigen Stelle eingebaut werden. Die durch

den Einbau der Installationen entstehenden Löcher oder Kabelfugen haben keinen Einfluss

auf die Feuerwiderstandsdauer der F90-Bauteile. Dieser Punkt stellt einen wesentlichen

Vorteil der Massivbauweise gegenüber der Holzbauweise dar. Bei Wänden mit einer

Wanddicke < 140 mm ist darauf zu achten, dass die Einbauten nicht unmittelbar gegenüber

angeordnet werden [22].

Weiters ist zu beachten, dass einseitig brandbeanspruchte Wände das „E“-Kriterium , d.h.

die Gewährleistung des Raumabschlusses, nur dann erfüllen, wenn alle elektrischen

Leitungen und Rohre in eigens hergestellten Aussparungen geführt werden. Bei den

Wohnbauten in Massivbauweise werden Vertikalleitungen der Haustechnik häufig in

ausgesparten Mauerwerksschlitzen der tragenden Wände untergebracht. Einzelne Kabel

dürfen nach Eurocode 6, Teil 1-2 [30] durch Löcher geführt werden, wenn diese mit

Mörtel verschlossen werden. Nichtbrennbare Rohre dürfen durch mit Mörtel verschlossene

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Löcher durchgeführt werden, wenn die Wärmeleitung der Rohre nicht ausreicht, um das

Temperaturkriterium I nach Eurocode zu übertreten.

Grundsätzlich kann vorausgesetzt werden, dass es bei Häusern in Massivbauweise durch

Installationen zu keiner Entzündung innerhalb der Konstruktion kommen kann. Ein

Problem stellen allerdings die Trennwände innerhalb der Wohneinheiten dar, die

gelegentlich als leichte Konstruktion, d.h. als Metallsteherwand bzw. in manchen Fällen

als Holzsteherwand ausgeführt werden. Dadurch kann es zu einer Brand- und

Rauchweiterleitung innerhalb einer Wohneinheit kommen. Die Gefahr der

Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion in andere Wohneinheiten oder Geschosse

besteht jedoch im Gegensatz zur Holzbauweise nicht, da sowohl die Wohnungstrennwände

als auch die Geschossdecken in Mauerwerk bzw. Stahlbeton ausgeführt sind.

4.6.2 Holzbauweise

Installationsführungen in Holzbauteilen stellen einen potentiellen Schwachpunkt dar,

sofern keine geeigneten Maßnahmen getroffen werden. Durchdringungen für oder von

Installationen können bei der Holzbauweise zu einer raschen Feuerausbreitung im

gesamten Gebäude führen. So implementieren brennbare Leitungen eine Reihe von

Brandrisiken, wozu insbesondere die Weiterleitung des Brandes innerhalb eines

Brandabschnitts bzw. in den Installationsschächten oder Kabelkanälen zählt. Vor allem

Kabel und Kunststoffrohre tragen zur Bildung von korrosiven Gasen und zur verstärkten

Rauchbildung bei. Schließlich kann ein Brand im Bereich von Durchführungen zum

Verlust des Raumabschlusses und damit zur Übertragung des Brandes in andere

Brandabschnitte führen.

Aber auch nichtbrennbare Rohrdurchführungen durch Wand- und Deckenbauteile tragen

zur Steigerung des Brandrisikos in Gebäuden in Holzbauweise bei. Dabei ist vor allem die

Gefahr der Brandübertragung durch Rohrleitungen zu beachten, wobei aufgrund

mangelhafter oder fehlender Abschottungen die Aufheizung bzw. die daraus resultierende

Wärmeabstrahlung der Rohre zu einer Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion

führen kann. Weiters kann die thermische Längenänderung der Rohre zur Zerstörung der

Wand- und Deckenbauteile bzw. deren Anschlüsse beitragen. Ferner besteht eine Gefahr

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von Rohrleitungen darin, dass es durch Versagen der Rohrhalterungen bzw. durch

herabfallende Teile im Brandraum zur Zerstörung der Rohrleitungen und somit zum

Austreten gefährlicher Gase bzw. Flüssigkeiten kommt.

Die Gefahr der elektrischen Leitungen bei Gebäuden in Holzbauweise besteht jedoch nicht

nur in der Brandweiterleitung sondern auch in der Wärmeentwicklung im elektrischen

Leiter selbst bzw. durch die Bildung von Zündquellen durch das Auftreten von

elektrischen Lichtbögen. Diese können in weiterer Folge zur Entzündung des

Holztragsystems innerhalb der Konstruktion führen. Wackelkontakte in Schaltern,

Steckdosen, elektrischen Verbrauchsmitteln, etc. können prinzipiell in jedem Stromkreis

unzulässige Erwärmungen verursachen, die in Gebäuden in Holzbauweise rasch zur

Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion führen. Dieses kann nicht verhindert werden

und zählt somit zu den bauweisenimmanenten Risiken.

Um zu gewährleisten, dass die Einleitung von Bränden in die Wand- und Deckenbauteile

über Installationen und eine Brandweiterleitung innerhalb der Bauteile verhindert wird,

müssen eine Reihe von Anforderungen unbedingt eingehalten werden. Diese

Anforderungen werden Bestandteil der zukünftigen „Muster-Richtlinie über

brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in

Holzbauweise“ [35] sein. In Österreich fehlen derartige Anforderungen bis dato jedoch

gänzlich!

Alle Installationen sind grundsätzlich in Schächten oder Kanälen, in Vorwandkonstruktion-

en oder Deckeninstallationsebenen zu führen. Während Kabelbündel innerhalb der

Konstruktion unzulässig sind, dürfen einzelne Kabel innerhalb der Konstruktion geführt

werden. Unter dem Begriff „einzelne Kabel“ sind nach [34] bis zu drei Kabel zu verstehen,

die durch geeignete konstruktive Maßnahmen, d.h. beispielsweise durch Führung in einem

nichtbrennbaren Rohr, von der brennbaren Holzkonstruktion abgeschottet sind. Bei der

Durchführung der Kabel durch die Brandschutzbekleidung ist weiters darauf zu achten,

dass die verbleibenden Hohlräume mit nichtbrennbaren Baustoffen zu verspachteln sind.

Die Abb. 4.26 zeigt eine den brandschutztechnischen Anforderungen entsprechende

Führung der Installationen in einer Vorwandkonstruktion bzw. in einer abgehängten Decke

nach [35]. Derartige Bauweisen sind in Österreich nicht üblich, weil sie viel zu teuer sind,

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d. h. die vorliegenden Holzbauweisen haben diesbezüglich erhebliche brandschutz-

technische Schwachstellen.

Abb. 4.26: Installationsführung in einer Vorwandschale bzw. abgehängten Decke nach [35]

Bei Brandversuchen im Realmaßstab traten in Wandbauteilen auf der Rückseite von

Hohlwanddosen Temperaturen von bis zu 600°C auf, so dass sich ein benachbartes

Holztragglied entzünden könnte. Durch die Einhaltung bestimmter Regeln bei der

Herstellung von Installationsöffnungen bzw. Rohrdurchführungen kann jedoch eine

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Reduzierung des Brandrisikos erfolgen. Dazu zählt z.B. die Einhaltung der festgelegten

Mindestabständen von den Holzstehern zu den Installationsöffnungen für

Hohlwandsteckdosen, Verteiler und Schalterdosen. Die Abb. 4.27 zeigt den

brandschutztechnisch korrekten Einbau einer Hohlwanddose. Derartige Einbauvorschriften

sind in den österreichischen Holzbauvorschriften nicht enthalten bzw. nicht gefordert.

a

1/3 a

d d

1/3 a1/3 a

mind. 15 cm

GKF-Platte 20 mmGipsfaserplatte 15 mm

Hohlwanddose luftdichtGipsspachtelmasse, d > 30 mm

HolzsteherGipsfaserplatte 15 mmGKF-Platte 20 mm

Temperatur bis 600°C

mind. 15 cm

Abb. 4.27: Brandschutztechnisch korrekter Einbau einer Hohlwanddose nach [15]

Die Abb. 4.27 zeigt , dass Hohlwanddosen zum Einbau von Steckdosen, etc. nur im

Bereich des mittleren Drittels zwischen zwei Holzstehern eingebaut werden dürfen. Der

Abstand zum nächsten Holzsteher muss dabei mindestens 15 cm betragen. Die

Hohlwanddosen müssen gefachversetzt eingebaut werden. Sie sind innerhalb des

Wandhohlraumes vollständig mit Faserdämmstoff (Schmelzpunkt > 1000°C) zu umhüllen,

wobei der Dämmstoff im Bereich der Hohlwanddosen auf eine Mindestdicke von 30 mm

gestaucht werden darf.

Im selben Gefach gegenüberliegende Hohlwanddosen dürfen nur angeordnet werden, wenn

im Bereich der Hohlwanddosen eine Einkapselung über Kästen aus einer

Brandschutzbekleidung vorgesehen wird.

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HohlwanddoseEinhausung mittels Brandschutzbekleidung

Abb. 4.28: Einhausung bei gegenüberliegenden Hohlwanddosen nach [16]

Ein besonderes Gefahrenpotential steckt in den nutzerspezifischen Eingriffen nach dem

Einzug. Lösungsansätze stellen sich z.B. derart dar, dass die Mieter von Holzwohnbauten

eine Benutzungsordnung unterschreiben müssen, in der eine Beschädigung der

Innenwandverkleidung untersagt wird. Die Einhaltung dieser Vorschriften muss durch

regelmäßige Kontrollen des baulichen Zustands überprüft werden. Allerdings ist dies

keinesfalls als befriedigende Lösung anzusehen, weil die Kosten und der administrative

Aufwand enorm sind. Des weiteren wird eine solche Vorgehensweise von einer Vielzahl

der Mieter mit der Begründung, einen massiver Eingriff in die Privatsphäre darzustellen,

vehement abgelehnt.

Änderungen an der Konstruktion sollten in jedem Fall nur durch vom Bauherrn beauftragte

Firmen erfolgen dürfen, die über die nötige Kenntnis der bauweisenimmanenten

Gefahrenpotentiale und die Baupläne verfügen und somit Fehler beim nachträglichen

Einbau von Installationen vermeiden können. Zu diesem Punkt ist allerdings kritisch

anzumerken, dass auch ein guter Installateur in der Regel nicht mit den brandschutz-

technischen Anforderungen des Holzbaus vertraut ist, d.h. die Konstruktion muss

grundsätzlich derart ausgeführt sein, dass sie keine zusätzlichen Risiken birgt. Da es in

Österreich diesbezüglich keine entsprechende Technische Richtlinie für den Brandschutz

im Holzbau gibt, muss gegenwärtig davon ausgegangen werden, dass der mehrgeschossige

Holzbau durchweg potentielle Brandrisiken mit sich bringt.

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4.7 Raumgröße

4.7.1 Massivbauweise

Die Abb. 4.29 zeigt einen Vergleich der Grundris se zweier Wohnbauten in Lehrte,

Deutschland und Judenburg, Österreich. Bei dem Wohnhaus in Lehrte handelt es sich um

ein in Massivbauweise errichtetes Gebäude, während jenes in Judenburg in Holzbauweise

erbaut wurde.

Wohnbau LehrteMassivbauweise

Wohnbau JudenburgHolzbauweise

WohnzimmerSchlafzimmerVorraumKüche bzw. WohnkücheBad und WCKinderzimmerErschließung

Wohneinheit

Legende

Abb. 4.29: Grundrisse der Wohnbauten Lehrte und Judenburg nach [5] und [13]

Es kann also davon ausgegangen werden, dass die Wohnungsgrundrisse des sozialen

Wohnbaus in Holz- und Massivbauweise mehr oder weniger identisch sind, d.h. es gelten

hinsichtlich der Raumgröße die in Kapitel 4.7.2 angeführten Punkte.

4.7.2 Holzbauweise

Kleine Räume wirken grundsätzlich günstig auf das Brandverhalten, da sie, geschlossene

Türen bzw. Fenster vorausgesetzt, die Brandausbreitung verzögern. Hinsichtlich der

Rauchgaskonzentration stellen kleine, geschlossene Räume im Brandfall allerdings eine

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besonders gefährliche Risikogruppe dar. Sowohl Brände mit offener Flamme als auch

Schwelbrände verbrauchen den zur Verfügung stehenden Sauerstoff derart rasch, dass

innerhalb von einer Minute eine unvollständige Verbrennung ablaufen kann, so dass es in

weiterer Folge zur verstärkten Bildung von Kohlenmonoxid und toxischen Komponenten

führt.

Es ist davon auszugehen, dass der Großteil der mehrgeschossigen Holzgebäude in die

Gruppe des sozialen Wohnbaus fällt, d.h. dass der Architekt in der Regel mit einem vor-

gegebenen Raumprogramm bzw. fixen Raumgrößen umzugehen hat. Daher ist das Wissen

über die Brand- und Rauchweiterleitung in Abhängigkeit von der Raumgröße zwar

wichtig, die Möglichkeit der Umsetzung von Schlussfolgerungen in der Praxis meist

jedoch nicht existent, d.h. das höhere Risiko könnte nur durch anlagentechnische

Maßnahmen (Brandmelder, Sprinklerung) minimiert werden.

4.8 Treppenhaus

Treppenhäuser dienen im Brandfall grundsätzlich als Fluchtwege für die Bewohner und als

Rettungs- sowie Angriffswege für die Feuerwehr. Sie müssen zu diesem Zweck im

Brandfall rauchfrei und begehbar bleiben.

4.8.1 Massivbauweise

Massives Mauerwerk weist grundsätzlich relativ hohe Querschnitte, eine große Masse und

sehr gute Wärmespeicherfähigkeit auf, was von besonderer Bedeutung für die Sicherheit

von Fluchtwegen und zur zuverlässigen Gewährleistung der Brandbekämpfung beiträgt

[1]. Treppenhäuser in Massivbauweise gelten insoweit als sicher, als bei dem Brand in

einer an den Treppenraum angrenzenden Wohneinheit keine Brandweiterleitung durch die

Fugen der Wand- und Deckenkonstruktionen bzw. durch diese Bauteile selbst erfolgen

kann.

Die Auswertung einer Reihe von Bränden bei sechsgeschossigen Wohngebäuden in

Massivbauweise [5] hat gezeigt, dass aber in einigen Fällen durch das Offenbleiben der

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Wohnungstür das Treppenhaus verraucht war, sodass die Bewohner beim Versuch, das

Haus zu verlassen, Probleme hatten.

Ein gewaltiger Vorteil der Massivbauweise ist in diesen Fällen die Tatsache, dass die

Konstruktion selbst nicht zum Brandgeschehen beiträgt. Dadurch sind keine Brandlasten

im Treppenhaus vorhanden und eine „relativ“ gefahrlose Evakuierung von noch in den

Wohneinheiten verbliebenen Nutzern durch die Feuerwehr ist möglich. Die

Löschmannschaften müssen durch die massive Konstruktionsweise nicht mit der

Gefährdung ihres Lebens durch ein Versagen von Teilen der Gesamtkonstruktion rechnen.

4.8.2 Holzbauweise

Das Treppenhaus stellt eine Problemzone bei Wohnhäusern in Holzbauweise dar, da der

Personenschutz bei Benutzung dieses Fluchtwegs aufgrund der hohen Rauchgas-

konzentration meist nicht gewährleistet ist. Die große Menge an Rauchgasen im

Treppenhaus resultiert aus der Weiterleitung derartiger Gase durch die Hohlräume in den

angrenzenden Wänden und Decken sowie durch die Fugen in einlagigen

Gipskartonbeplankungen bzw. offener Fugen der Wand- und Deckenkonstruktionen der

angrenzenden Wohneinheiten, usw. Die Rauchausbreitung in die Treppenhäuser wird

relativ früh einsetzen und ihre Verfügbarkeit als Flucht- und Rettungsweg einschränken.

Auf die Ausführung einer brandschutztechnisch wirksamen Verkleidung der

Holztragkonstruktion mit verdeckten Fugen wurde im Kapitel 4.1.2 im Detail eingegangen.

Nachdem der Brandherd auch im Treppenhaus liegen kann, ist vor allem auf die

Entfernung aller Einrichtungsgegenstände und anderer Brandlasten, z.B. Zeitungen, aus

den Rettungswegen und Treppenräumen zu achten. Des weiteren ist eine Reduzierung der

Brandlasten in den Abstellboxen der Mieter im Keller von großer Wichtigkeit. Es ist

außerdem mit einer Brand- und Rauchausbreitung durch durchbrennende bzw. bei der

Flucht der Nutzer offengelassene Wohnungstüren zu rechnen. In diesen Fällen ist der

Personenschutz vor allem durch die Rauchentwicklung nicht gewährleistet.

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4.9 Vergleich realisierter Wohnbauprojekte

In diesem Kapitel sollen in weiterer Folge anhand von realisierten Beispielen von

mehrgeschossigen Wohnbauten bauweisenimmanente Probleme der Gesamtkonstruktion

zusammengefasst werden. Es handelt sich dabei jeweils um zwei Gebäude in

Holzbauweise und zwei Gebäude in Massivbauweise. Soweit möglich, werden im

Anschluss daran mögliche Lösungsansätze zur Verbesserung der Brandsicherheit

angeführt.

4.9.1 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Deutschland

Objekt: Wohnhäuser in Berlin

Architekten: Tim Heide und Verena von Beckerarth, Berlin

Tragwerksplanung: Ingenieurbüro Jörg Wiese, Berlin

Abb. 4.30: Foto des Wohnbaus in Massivbauweise in Berlin nach [8]

Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um zwei viergeschossige, nicht

unterkellerte Wohnbauten in Massivbauweise. Das Projekt wurde in den 90er-Jahren am

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südöstlichen Stadtrand von Berlin im Zuge der Weiterentwicklung und Nachverdichtung

eines existierenden Wohngebietes errichtet.

Die Konstruktion ist in Massivbauweise als zweischaliges Mauerwerk mit Luftschicht

ausgeführt. Die tragenden Außenwände bestehen aus einer tragenden Wandschale aus

Kalksandsteinmauerwerk, das innenraumseitig verputzt ist. Zwischen den beiden Schalen

dient eine Mineralwolledämmung bzw. eine Perimeterdämmung im Bereich der

Schiebeelemente der Erfüllung der wärmetechnischen Anforderungen. Die hinterlüftete

Außenhaut der Wohnbauten wird durch ein außenseitiges Verblendmauerwerk mit blau-

braunem, bis zur Sinterung hart gebrannten Klinkern gebildet. Die tragende Funktion der

Geschossdecken erfüllen Stahlbetonplatten, der Fußbodenaufbau wird als schwimmender

Estrich auf einer Wärme- bzw. Trittschalldämmung ausgeführt.

Die Abbildungen 4.31 und 4.32 zeigen den Grundriss des 1. Obergeschosses und den

Schnitt durch eines der beiden viergeschossigen Wohnbauten. In den Zeichnungen ist auch

jene Wohneinheit markiert, in der der Brandherd angenommen wird.

Abb. 4.31: Grundriss des 1. Obergeschosses eines der Wohnhäuser in Berlin nach [8]

Abb. 4.32: Schnitt durch eines der Wohnhäuser in Berlin nach [8]

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Die Architekten entwickelten für die Obergeschosse jeweils zwei Drei-Zimmer-

Wohnungen, die als Zweispänner über das immer zentral situierte Treppenhaus erschlossen

werden. Das Erdgeschoss beinhaltet je zwei kleinere Wohneinheiten sowie einige

Zusatzräume. Obwohl die Planung den Beschränkungen des öffentlich geförderten

Wohnbaus unterworfen ist, entstanden Wohnungen mit der Möglichkeit einer flexiblen

Nutzung dank neutraler Grundrissdisposition.

Die Abb. 4.44 zeigt den horizontalen Fassadenschnitt durch das Erdgeschoss des mehrge-

schossigen Wohnbaus in Massivbauweise. Die einzelnen Konstruktionsaufbauten sind der

Legende in der Abbildung zu entnehmen und entsprechen in ihrer Ausführung der

deutschen Norm.

Abb. 4.33: Horizontaler Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau in Berlin nach [8]

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Die nachfolgende Tab. 4.2 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,

die auf der Abb. 4.33 dargestellt sind, an. Die Zuordnung der Feuerwiderstandsklassen

erfolgt einerseits gemäß vergleichbarer Bauteilaufbauten, die der ÖNORM B 3800 Teil 4

bzw. DIN 4102 Teil 4 entnommen sind und andererseits nach den zukünftigen

europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4 (mit ergänzender Bezeichnung

der Ausführung – brennbar bzw. nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).

Tab. 4.2: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.33 nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Außenwand I ≥ F 180-A ≥ REI 1801

2 Außenwand II ≥ F 180-A ≥ REI 1801

3 Zimmertrennwand ≥ F 90-A ≥ REI 901

1... nichtbrennbare Ausführung

Die Abb. 4.45 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der beiden

mehrgeschossigen Wohnbauten in Berlin. Die Konstruktionsaufbauten sind wie auch beim

Horizontalschnitt aus der Legende in der Abbildung ersichtlich.

Die zugehörigen Feuerwiderstandsklassen der in Abb. 4.34 im Detail angeführten Bauteile

sind der nachfolgenden Tab. 4.3 zu entnehmen. Die Festlegung der Feuerwiderstandsklasse

erfolgt über Bauteilaufbauten, deren Feuerwiderstandsklassen in der

ÖNORM B 3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 geregelt und mit den vorliegenden

Aufbauten vergleichbar sind bzw. nach den zukünftigen europäischen Normen ÖNORM

EN 13 501-2, -3 bzw. –4 (mit ergänzender Bezeichnung der Ausführung – brennbar bzw.

nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).

Tab. 4.3: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.34 nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Dachkonstruktion ≥ F180-A ≥ REI 1801 2 Wohnungstrenndecke ≥ F180-A ≥ REI 1801 3 Bodenplatte ≥ F180-A ≥ REI 1801 4 Außenwand ≥ F180-A ≥ REI 1801

1... nichtbrennbare Ausführung

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Abb. 4.34: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau in Berlin nach [8]

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4.9.1.1 Brandschutztechnische Bewertung

4.9.1.1.1 Wandbauteile

Die raumseitig liegende, tragende Schale der zweischaligen Außenwandkonstruktion I bei

den Wohnhäusern in Berlin wird durch ein Kalksandsteinmauerwerk gebildet, das

innenseitig verputzt ist. Wie in Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnet sich Kalksandstein durch

ein gutes Brandverhalten aus. Einen zusätzlich günstigen Einfluss auf das Verhalten unter

Brandeinwirkung übt der Verputz aus. Die tragenden Außenwände weisen somit

mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach

[9] auf.

Die Mineralwolledämmung zwischen innerer und äußerer Schale des Außenmauerwerks

leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das

Kalksandsteinmauerwerk hinreichend gut vor dem Flammenangriff geschützt und auch

nichtbrennbar ist. Wie anhand des Kapitel 4.1.1 ersichtlich, sind auch keine Schadensfälle

bekannt, bei denen das Dämmmaterial zwischen den beiden Wandschalen zur

Brandweiterleitung in der Konstruktion beigetragen hätte.

Die Außenwand II wird in der gegenständlichen Untersuchung nicht näher betrachtet, da

sie nur in dem sehr beschränkten Ausmaß von ca. 2*6 m² an beiden Seitenwänden des

Einganges zu den Wohnhäusern vorkommt. Außerdem wird durch die brennbare Beplank-

ung an der Wandaußenseite die Einordnung der Wand in die Feuerwiderstandsklasse F 180

(zukünftig REI 180 nach [49]) nicht geändert und es ergibt sich somit für die Bewertung

der Gesamtkonstruktion dadurch keine Veränderung. Es ist jedoch darauf hinzuweisen,

dass bei der Erstellung eines Brandschutzkonzeptes für diese Wohngebäude auf die

brennbare Fassadenverkleidung im Bereich des Hauptfluchtweges besonders Rücksicht zu

nehmen ist.

Die Zimmertrennwände der Wohnhäuser in Berlin sind ebenfalls in Kalksandstein

ausgeführt. Diese haben eine Dicke von 11,5 cm, womit bereits die Klassifikation F 90

(zukünftig REI 90 nach [49]) erreicht wird. Die Trennwände sind zusätzlich beidseitig

verputzt, wodurch ihre Feuerwiderstandsdauer weit über dem geforderten Zeitraum liegt.

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Grundsätzlich kann also davon ausgegangen werden, dass zwar in Abhängigkeit von der

Branddauer mit einem Abfallen des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen

der Steine zu rechnen ist, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen der

Gesamtkonstruktion mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen

werden kann. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb des

Konstruktionshohlraumes nicht denkbar. Der Brandüberschlag in die darüber liegende

Wohnung ist auszuschließen, d. h. das Abschottungsprinzip ist wirksam.

4.9.1.1.2 Fassade

Bei der Fassade des Wohnbaus in Berlin handelt es sich um ein zweischaliges Mauerwerk,

dessen fassadenseitige Schale aus Klinkerziegel gebildet wird. Da sich Klinker durch einen

besonders hohen Feuerwiderstandsdauer auszeichnet, ist gewährleistet, dass keine

Brandweiterleitung an der Fassade erfolgt und die Flammen im Falle eines Brandes

außerhalb des Gebäudes auch nicht in den Konstruktionshohlraum eindringen und sich dort

nach oben hin fortpflanzen können.

4.9.1.1.3 Öffnungen

Wie auch in der Holzbauweise ist bei den Wohnhäusern in Berlin damit zu rechnen, dass

die Türen im Brandfall geöffnet sein können. Es ist des weiteren davon auszugehen, dass

die Fenster und Türen einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile haben.

Tragende Wände von 17,5 cm Dicke erreichen mit Verputz jedoch bereits einen

Feuerwiderstand von F180, und Innenwände mit einer Dicke von 11,5 cm einen

Feuerwiderstand von mindestens 90 Minuten (siehe Tab. 4.2), d. h. auch bei einer

beidseitigen Brandeinwirkung ergibt sich für das untersuchte Wohnprojekt eine

Tragfähigkeitsdauer von ca. 90 Minuten, da sich das Bauteil selbst nicht am Brand

beteiligt.

Ansonsten ist der Ausbildung der Öffnungen aus brandschutztechnischer Sicht keine so

große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in der Holzbauweise der Fall ist. Der

Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke geführt. Da die tragende Konstruktion

unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock

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aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich ist, ergeben sich diesbezüglich keine

Brandrisiken.

4.9.1.1.4 Deckenbauteil

Die Decken des Wohnbaus in Berlin sind als Stahlbetondecken ausgeführt, die auf der

Unterseite mit Innenputz verkleidet sind. Dieser übt wie beim Wandbauteil einen positiven

Einfluss auf die Feuerwiderstandsdauer aus. Generell kann gesagt werden, dass die

Durchwärmungsgeschwindigkeit einer 18 cm dicke Stahlbetondecke äußerst gering ist und

Zerstörungen allerhöchsten im Putz auftreten. Im Stahlbeton kann es zu geringen Abplatz-

ungen kommen. Die Decke hat mit ihrem vorgesehenen Aufbau (siehe Abb. 4.34) eine

Feuerwiderstandsdauer von mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen (siehe

Tab. 4.3), wobei die dazu nötigen Temperaturen mit den im Wohnbau üblichen

Brandlasten nicht erreicht werden können.

Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem

massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken

kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit.

4.9.1.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen

Die Stahlbetondecke des Wohnbaus in Berlin ist jeweils über die gesamte Breite des

Kalksandsteinmauerwerks aufgelagert. Daher ist ein Versagen dieses Anschlusses auch im

„worst case“, d.h. im Falle des Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des

Mauerwerkes oder auch bei Durchbiegungen des Deckenbauteils unmöglich. Die

Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den

Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.2 und 4.3 bei mindesten 180

Minuten unter Normbrandbedingungen.

Die Anschlüsse der Wände stellen durch die massive Ausführung aus brandschutz-

technischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.

4.9.1.1.6 Installationen

Bei den Wohnhäusern in Berlin lässt sich aus den vorhandenen Planunterlagen nicht

entnehmen, wie die Installationsführungen im Einzelnen angelegt sind. Es ist allerdings

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davon auszugehen, dass Installationen der Haustechnik in der Massivbauweise

grundsätzlich kein Problem darstellen, weil sämtliche Rohre oder Leitungen praktisch von

nichtbrennbaren Materialien umhüllt bzw. eingeschlossen sind und somit nicht zur

Brandweiterleitung beitragen.

4.9.1.1.7 Treppenhaus

Bei den Wohnhäusern in Berlin ist das Treppenhaus mittig im Gebäude angeordnet und

bedient pro Geschoss jeweils zwei Wohneinheiten. Massiv ausgeführte Treppenhäuser

gelten auf jeden Fall als sicherer als Treppenhäuser in Holzbauweise, da bei einem Brand

in einer Wohneinheit keine Brandweiterleitung in das Treppenhaus erfolgen kann. Eine

Rauchweiterleitung kann allerdings unter der Voraussetzung erfolgen, dass die

Wohnungstüren durchbrennen bzw. aus einer Wohnung flüchtende Nutzer die Tür offen

lassen. Nach den vorliegenden Erfahrungen ergeben sich daraus im Geschossbau keine

besonderen Risiken, sodass bisher davon abgesehen werden konnte an die Wohnungstüren

besondere Brandschutzanforderungen zu stellen.

4.9.2 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Österreich

Objekt: Wohnhäuser am Harter Plateau (OÖ)

Architekten: August Kürmayer, Linz

Abb. 4.35: Südansicht des Wohnbaus in Massivbauweise am Harter Plateau nach [50]

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Abb. 4.36: Westansicht des Wohnbaus in Massivbauweise am Harter Plateau nach [50]

Abb. 4.37: Lageplan der Wohnhausanlage am Harter Plateau nach [50]

Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um dreigeschossige, voll unterkellerte

Wohnbauten in Massivbauweise. Die Wohnhausanlage besteht aus 5 Wohnhöfen, mit

insgesamt 17 Wohneinheiten. In 3 Wohnhöfen sind jeweils 3 Häuser zu einem Gebäude

zusammengefasst, bei den übrigen beiden Höfen handelt es sich um Gebäude mit jeweils 4

Wohnungen.

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Jede Wohnung wird direkt vom Freien betreten und das Obergeschoss bzw. das

Kellergeschoss werden durch eine Treppe innerhalb der Wohneinheit erschlossen.

Das Erd- und Obergeschoss der jeweils außen liegenden Wohnungen sind zusätzlich über

einen Luftraum im Bereich der Essdiele bzw. des Wohnraumes verbunden.

Das Obergeschoss jeder Wohnung wird zum größten Teil von den 3 Schlafzimmern

eingenommen, auch das Badezimmer ist in diesem Geschoss situiert. Im Erdgeschoss

befinden sich der Wohn- und Essbereich sowie die Küche und einige Nebenräume. Der

Keller besteht aus 3 Keller- und einem Technikraum.

Die Abbildungen 4.38 und 4.39 zeigen den Grundriss des Erdgeschosses und den Schnitt

durch ein Gebäude der beiden Wohnhöfe mit 4 Häusern (Wohnhof 2, 5). In den

Zeichnungen ist auch jene Wohneinheit markiert, in der ein Brand angenommen wird.

Abb. 4.38: Grundriss des Erdgeschosses eines der Wohnhäuser am Harter Plateau nach [50]

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Abb. 4.39: Schnitt durch eines der Wohnhäuser am Harter Plateau nach [50]

Die Konstruktion ist in Massivbauweise als zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung

ausgeführt. Die Außenwand besteht aus einer innenliegenden tragenden Wandschale aus

Hochlochziegelmauerwerk mit einer Stärke von 25 cm, die innenraumseitig verputzt ist

(siehe Abb. 4.40). Die Vorsatzschale der Gebäude wird durch ein außenseitig verputztes

Mauerwerk aus Hochlochziegeln von 10 cm Stärke gebildet. Zwischen den beiden Schalen

dient eine 20 cm dicke Mineralwolledämmung bzw. eine Dämmung aus extrudierten

Polystyrol-Platten derselben Stärke im Bereich des Kellergeschosses und des Sockels der

Erfüllung der wärmetechnischen Anforderungen.

Die tragende Funktion der Geschossdecken erfüllen 18 cm dicke Stahlbetonplatten, der

Fußbodenaufbau der Kellerdecke wird als 5 cm dicker schwimmender Estrich auf 18 cm

Wärme- bzw. 2,5 cm Trittschalldämmung ausgeführt. Für den Fußbodenaufbau der

obersten Geschossdecke werden in den Planunterlagen 2 Varianten angegeben. Die 1.

Variante besteht aus einer Holzwolle-Leichtbauplatte mit 3,5 cm Stärke auf 30 cm

Wärmedämmung aus Polystyrol. Bei der Variante 2 liegen die 3,5 cm dicken Holzwolle-

Leichtbauplatten auf 32 cm Wärmedämmung aus Wärmedämmfilz (siehe Abb. 4.40).

Die Abb. 4.40 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der fünf mehrgeschossigen

Wohnbauten am Harter Plateau. Die Konstruktionsaufbauten sind aus der Legende in der

Abbildung ersicht lich.

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3

2

1

Niveau

AnkerNirosta

Mörtelabschluss 1 Außenwandaufbau

2 Kellerdecke

3 oberste Geschossdecke (Variante1)

3 oberste Geschossdecke (Variante 2)

(von innen nach außen)

(von oben nach unten)

on oben nach unten)

(von oben nach unten)

Innenputz 15 mmHochlochziegel 250 mmFassadendämmplatte 100 mmFassadendämmplatte 100 mmHochlochziegel 100 mmAußenputz 15 mm

Holzfußboden 15 mmEstrich 50 mmTrittschalldämmplatte 25 mmWD Polystyrol 80 mmWD Polystyrol 100 mmBeschüttung 50 mmStahlbeton 180 mm

(v

Holzwolle-Leichtbauplatte 35 mmFolieWD Polystyrol 100 mm

100 mm 100 mm

Stahlbeton 180 mm

WD PolystyrolWD Polystyrol

Holzwolle-Leichtbauplatte 35 mmFolieWärmedämmfilz 100 mmWärmedämmfilz 100 mmWärmedämmfilz 120 mmStahlbeton 180 mm

Abb. 4.40: Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau am Harter Plateau nach [50]

Die nachfolgende Tab. 4.4 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,

die in der Abb. 4.40 dargestellt sind, an. Die Abschätzung des Feuerwiderstandes erfolgt

durch Vergleich mit Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in

ÖNORM B 3800 Teil 2 bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der

Feuerwiderstandsklassen erfolgt einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit

ergänzenden Bezeichnungen der Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN

4102) und andererseits nach den europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.

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Tab. 4.4: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.40 nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse

nach [9]

zukünftige Bezeichnung

des Feuerwiderstandes

1 Außenwand ≥ F 180-A ≥ REI 1801

2 Kellerdecke ≥ F 180-A ≥ REI 1801

3 oberste Geschossdecke

(Variante 1) ≥ F 180-A ≥ REI 1801

3 oberste Geschossdecke

(Variante 2) ≥ F 180-A ≥ REI 1801

1... nichtbrennbare Ausführung

Tab. 4.5: Aufbauten der Wohnungstrennwand und der Trenndecke zwischen Erd-geschoss und Obergeschoss nach [50]

Nr. Bauteil Bezeichnung Dicke

Innenputz 15 mm

Hochlochziegelmauerwerk 250 mm

Trennfugenplatte 30 mm

Hochlochziegelmauerwerk 250 mm

1 Wohnungstrennwand

Innenputz 15 mm

Holzfußboden 15 mm

Estrich 50 mm

Trittschalldämmplatte 35 mm

Gebundene Beschüttung 50 mm

2 Decke EG/OG

Stahlbeton 180 mm

Die nachfolgende Tab. 4.6 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den beiden Bauteilen, die

in der Tab. 4.5 dargestellt sind, an. Die Abschätzung des Feuerwiderstandes erfolgt durch

Vergleich mit Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in ÖNORM B

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3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der Feuerwider-

standsklassen erfolgt einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit ergänzenden

Bezeichnungen der Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN 4102) und

andererseits nach den europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.

Tab. 4.6: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Tab. 4.5

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Wohnungstrennwand ≥ F180-A ≥ REI 1801

2 Decke EG/OG ≥ F180-A ≥ REI 1801

1... nichtbrennbare Ausführung

4.9.2.1 Brandschutztechnische Bewertung

4.9.2.1.1 Wandbauteile

Die innen liegende, tragende Schale der zweischaligen Außenwandkonstruktion wird durch

ein Hochlochziegelmauerwerk mit 25 cm Dicke gebildet, das innenseitig verputzt ist. Wie

in Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnen sich Mauerziegeln durch eine außerordentlich hohe

Feuerwiderstandsfähigkeit aus, da es sich um ein bereits vor dem Einbau gebranntes

Material handelt. Einen zusätzlich günstigen Einfluss auf das Verhalten unter

Brandeinwirkung übt der Verputz aus. Die tragenden Außenwände weisen somit

mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach

[9] auf ( siehe Tab. 4.4).

Die Mineralwolledämmung zwischen innerer und äußerer Schale des Außenmauerwerks

leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das tragende Mauerwerk

hinreichend gut vor dem Flammenangriff geschützt und auch nichtbrennbar ist. Wie

anhand des Kapitel 4.1.1 ersichtlich, sind auch keine Schadensfälle bekannt, bei denen das

Dämmmaterial zwischen den beiden Wandschalen zur Brandweiterleitung in der

Konstruktion beigetragen hätte.

Die ebenfalls zweischaligen Wohnungstrennwände werden aus Hochlochziegeln mit

jeweils derselben Mauerstärke wie die tragende Schale der Außenwand gebildet. Sie sind

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jeweils raumseitig verputzt. Die zwischen den beiden Schalen liegende Trennfugenplatte

ist durch den Putz und eine Schale des Mauerwerks hinreichend gut vor dem

Flammenangriff von jeder Seite geschützt. Da sie zusätzlich nichtbrennbar ausgeführt ist,

leistet sie keinen Beitrag zur Brandlast. Die Wohnungstrennwände weisen somit ebenfalls

mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach

[9] auf (siehe Tab. 4.6).

Grundsätzlich kann also davon ausgegangen werden, dass zwar in Abhängigkeit von der

Branddauer mit einem Abfallen des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen

der Mauerwerkssteine zu rechnen ist, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen

der Gesamtkonstruktion mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen

werden kann. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion nicht

denkbar.

4.9.2.1.2 Fassade

Bei der Fassade der Wohngebäude am Harter Plateau handelt es sich um ein zweischaliges

Mauerwerk, dessen fassadenseitige Schale aus Hochlochziegeln mit einer Stärke von

10 cm gebildet wird. Hier handelt es sich wie schon bei der tragenden Schale ebenfalls um

ein bereits vor dem Einbau gebranntes Material, das sich durch eine besonders hohe

Feuerwiderstandsdauer auszeichnet. Somit ist gewährleistet, dass keine Brandweiterleitung

durch brennende Fassadenteile erfolgt und die Flammen im Falle eines Brandes außerhalb

des Gebäudes auch nicht in die Konstruktion eindringen und sich dort nach oben hin

fortpflanzen können.

4.9.2.1.3 Öffnungen

Wie bei allen Wohnbauten ist auch hier damit zu rechnen, dass die Türen innerhalb der

Wohnungen geöffnet sein können. Es ist des weiteren davon auszugehen, dass die Fenster

und Türen einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile haben.

Ansonsten ist der Ausbildung der Öffnungen in Hinblick auf einen möglichen

Brandeintrag in die Konstruktion keine so große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in

der Holzbauweise der Fall ist. Der Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke

geführt. Da die tragende Konstruktion unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge

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zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich

ist, ergeben sich diesbezüglich keine Brandrisiken.

4.9.2.1.4 Deckenbauteil

Die Decken des Wohnbaus sind als 18 cm dicke Stahlbetonplatten ausgeführt. Die

Durchwärmungsgeschwindigkeit einer solchen Decke kann prinzipiell als äußerst gering

angesetzt werden, sodass nur mit einer oberflächlichen, bis maximal wenige Zentimeter

tief reichenden Zerstörungen zu rechnen ist. Mit einem wie in Abb. 4.40 vorgesehenen

Aufbau wird eine Feuerwiderstandsdauer von mindestens 180 Minuten unter

Normbrandbedingungen (siehe Tab. 4.4 und 4.6) erreicht.

Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem

massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken

kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit ( siehe [5]).

4.9.2.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen

Die Auflagerung der Stahlbetondecken erfolgt bei dem untersuchten Wohnhaus über die

gesamte Breite der tragenden Wand, sodass ein Versagen dieses Anschlusses auch im

schlimmsten Fall, den hier das Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des

Mauerwerkes oder die übermäßige Durchbiegungen des Deckenbauteils darstellen, nicht

gegeben ist. Die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den

Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.4 und 4.6 bei mindesten 180

Minuten unter Normbrandbedingungen.

Die Anschlüsse der Wände stellen durch die massive Ausführung aus brandschutz-

technischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.

4.9.2.1.6 Installationen

Aus den vorhandenen Planunterlagen lässt sich nicht entnehmen, wie die Installations-

führungen im Detail angelegt sind. Generell kann aber gesagt werden, dass es durch die

Installationen im Massivbau zu keiner Brandfortleitung in die Konstruktion kommen kann.

Durch die Installationsleitungen und Installationsschächte kann es aber zu einer

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Rauchausbreitung innerhalb des Gebäudes kommen. Weiters besteht die Möglichkeit einer

Brandfortleitung in andere Räume bei Verwendung von brennbarem Installationsmaterial.

4.9.2.1.7 Treppenhaus

Da sämtliche Wohneinheiten direkt vom Freien betreten werden, ist bei diesem Wohnbau-

projekt kein notwendiges Treppenhaus erforderlich.

4.9.2.1.8 Gesamtbeurteilung

Im gegenständlich untersuchten Bauwerk zeigen sich deutlich die Vorzüge der

Massivbauweise im Hinblick auf die Tragfähigkeit der Konstruktion im Brandfall. Die

eingesetzten Bauteile weisen bereits ohne irgendwelche Schutzmaßnahmen einen sehr

hohen Feuerwiderstand auf. Dies ermöglicht in solchen Bauwerken auch einen relativ

„gefahrlosen“ Innenangriff der Feuerwehr zur Brandbekämpfung, was wiederum dazu

führt, dass bei einem raschen Eingreifen die Bausubstanz auch erhalten werden kann und

gegebenenfalls sanierbar ist. Selbst bei einem vollentwickelten Brand ist davon

auszugehen, dass die Tragfähigkeit der Struktur erhalten bleibt.

Die Ausführung der Wohnungstrennwände hat nahezu Brandwandqualität (> F 90,

zukünftig REI 90 nach [49]) und damit kann auch weitestgehend sicher gestellt werden,

dass bei einem Brandfall nur eine Wohnung vom Brand betroffen ist.

Somit wird speziell in einer Reihenhaussituation wie es im vorliegenden Beispiel der Fall

ist, dem Nachbarschaftsschutz (hier wirklich die benachbarte Nutzungseinheit) durch

• Ermöglichung eines effektiven Löschangriffes in der vom Brand betroffenen

Nutzungseinheit (Tragfähigkeit gegeben)

• nichtbrennbare Trennwände (2-schalig)

• geringe Brandlasten aus der Konstruktion

besonders Rechnung getragen.

Der Personenschutz in der vom Brand betroffenen Wohneinheit wird bei Vorhandensein

von Rauchmeldern (Homemelder) durch die massive Konstruktion ebenfalls begünstigt.

Durch die nichtbrennbare Ausführung der Wände und Decken und den hohen

Feuerwiderstand können auch Rettungsversuche durch die Feuerwehr durchgeführt

werden. Bei Bauteilen mit geringem Feuerwiderstand und/oder brennbaren Oberflächen ist

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eine solche Handlungsweise durch Rettungskräfte sehr riskant (siehe auch NFPA Journal

July/August 2002; Seite 80).

4.9.3 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Deutschland

Objekt: Wohnhäuser in Regensburg

Architekten: Dietrich Fink und Thomas Jocher, München

Tragwerksplanung: Seeberger & Friedl, München/Pfarrkirchen

Abb. 4.41: Foto des Holzwohnbaus in Regensburg nach [7]

Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um zwei 3-geschossige, zueinander

parallele Riegel in Holzbauweise. Das Projekt wurde in 4 Monaten errichtet und ist ein

Teil eines Modellbauvorhabens der obersten Baubehörde Bayern zur Entwicklung kosten-

günstiger Haustypen, die in großer Stückanzahl, mit hohem Vorfertigungsanteil, erstellt

werden können.

Die Konstruktion in Rahmenbauweise beruht auf einem Raster von 62,5 cm. Die tragenden

Außenwandelemente bestehen aus zwei Lagen von Kanthölzern, zwischen denen OSB-

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Platten, d.h. Holzwerkstoffplatten, die aussteifende Funktion übernehmen, angeordnet sind.

Die Innenseiten der Wände sind mit 15 mm dicken Gipskartonplatten einlagig beplankt.

Die hinterlüftete Außenhaut der Holzwohnbauten wird durch eine horizontal liegende

Lärchenholzschalung gebildet. Die längs gespannten Geschossdecken, die als Holz-Beton-

Verbunddecken ausgeführt sind, liegen auf Brettschichtholzträgern auf.

Die Abbildungen 4.42 und 4.43 zeigen den Grundriss des 1. Obergeschosses und den

Schnitt durch die beiden 3-geschossigen Holzwohnbauten. In den Zeichnungen ist jene

Wohneinheit markiert, in der der Brandherd angenommen wird.

Abb. 4.42: Grundriss des 1. Obergeschosses der Wohnhäuser in Regensburg nach [7]

Abb. 4.43: Schnitt der Wohnhäuser in Regensburg nach [7]

Die Architekten entwickelten für die Obergeschosse Zwei-Zimmer-Wohnungen, die als

Zweispänner über offene, im Erdgeschoss durchgesteckte Treppenhäuser, erschlossen

werden. Im Erdgeschoss und im 1. Obergeschoss der westlichen Zeile liegen Drei-

Zimmer-Maisonette-Wohnungen, deren Zugang ebenfalls von den erdgeschossigen

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Durchgängen aus erfolgt. Im Erdgeschoss der östlichen Zeile sind Haustechnik- und

Abstellräume untergebracht.

Die Abb. 4.44 zeigt den horizontalen Fassadenschnitt durch das 1.Obergeschoss des

mehrgeschossigen Holzwohnbaus. Die einzelnen Konstruktionsaufbauten sind der Legende

in der Abbildung zu entnehmen und entsprechen in ihrer Ausführung den deutschen

Bauvorschriften und Normen.

Abb. 4.44: Horizontaler Fassadenschnitt durch den Holzbau in Regensburg nach [7]

Die nachfolgende Tab. 4.7 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen

auf der Abb. 4.44 an. Die Zuordnung der F-Klassen erfolgt gemäß vergleichbarer

Bauteilaufbauten, die der ÖNORM B 3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 entnommen sind,

bzw. den zukünftigen europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. -4

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entsprechen (mit ergänzender Bezeichnung der Ausführung – brennbar bzw.

nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).

Tab. 4.7: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.44 nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Wohnungstrennwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602

2 Außenwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602 3 Zimmertrennwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ EI 602

2... brennbare Ausführung

Die Abb. 4.45 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der beiden

mehrgeschossigen Holzwohnbauten in Regensburg. Die Konstruktionsaufbauten sind wie

auch beim Horizontalschnitt in der Legende in der Abbildung ersichtlich. Die zugehörigen

Feuerwiderstandsklassen der in Abb. 4.45 im Detail angeführten Bauteile sind der

nachfolgenden Tab. 4.8 zu entnehmen.

Tab. 4.8: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.45 nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Dachkonstruktion zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 2 Wohnungstrenndecke zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602

3 Wohnungsinterne Decke zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602

4 Bodenplatte zw. F 60 u. F 90-B ≤ REI 902 5 Außenwand ≥ F 60-BA ≥ REI 603

6 Zimmertrennwand ≥ F 60-B ≥ EI 602

2... brennbare Ausführung 3... brennbare Tragkonstruktion mit nichtbrennbarer Verkleidung

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Abb. 4.45: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Holzwohnbau in Regensburg nach [7]

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4.9.3.1 Brandschutztechnische Bewertung

4.9.3.1.1 Wandbauteile

Bei den Wohnhäusern in Regensburg erfolgt die Innenverkleidung der Holzkonstruktion

durch eine Lage Gipskartonplatten mit 15 mm Stärke und eine dahinter angebrachte

16 mm starke OSB-Spanplatte. Diese Kombination der Platten erwies sich bei Versuchen

in Deutschland [14] aus brandschutztechnischer Sicht als ungenügend, um einer

Brandbelastung von 60 Minuten (nach ETK) standzuhalten. Es kam aufgrund von Rissen

bzw. durch das Abfallen der Beplankung nach 55 Minuten zur Entzündung der

Holztragstruktur. Die horizontal angeordneten Brettschichtholzträger an den

Anschlusspunkten der Decke an das Wandbauteil verhindern in diesem Bereich eine

Brandeinleitung über die Fugen.

Grundsätzlich zeigt sich allerdings die unzureichende Kenntnis des Planenden über das

Verhalten von Holzkonstruktionen unter Brandeinwirkung. Die Wohnungstrennwände der

Wohnhäusern in Regensburg wurden brandschutztechnisch korrekt, d.h. mit versetzt

angeordneten Beplankungslagen an die Außenwände angeschlossen. Anschließend erfolgte

eine Verspachtelung der Fugen. Die Ausführung des Anschlusses der Zimmertrennwände

an die Außenwand bzw. Wohnungstrennwand erfolgte hingegen durch einen stumpfen

Stoss, d.h. an diesen Anschlusspunkten ist eine ungehinderte Brand- und Rauchweiter-

leitung möglich. Das Risiko einer CO-Weiterleitung in angrenzende Bereiche ist ebenfalls

offenbar.

Als Dämmstoff wurde in die Wohnhäuser in Regensburg eine Mineralwolledämmung

eingebracht. Diese liefert per se keinen Beitrag zum Brandgeschehen, ihr Schmelzpunkt

liegt je nach Qualität etwas unterhalb oder oberhalb einer Temperatur von 1000°C. Nach

dem Entwurf für die deutsche Muster-Holzbaurichtlinie werden in Zukunft für den

mehrgeschossigen Holzbau nur noch Dämmmaterialien mit einem Schmelzpunkt von

≥ 1000°C zugelassen.

Ob in den Konstruktionshohlräumen sogenannte Firestops angeordnet wurden, ist aus den

Plänen nicht ersichtlich. Grundsätzlich ist dies jedoch auch nicht zu erwarten, weil

Firestops im deutschen Holzbau wenig bekannt sind. Firestops würden die Weiterleitung

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von Feuer und Rauch in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte verzögern. Sie sind

jedoch nicht in der Lage die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion zu verhindern.

4.9.3.1.2 Fassade

Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurde die Problematik der brennbaren

Fassadenkonstruktion in der Planung nicht berücksichtigt, d.h. durch die glatt

aufsteigenden Wände ist an der Außenseite des Gebäudes im Brandfall mit einer sehr

schnellen Brandweiterleitung über die Fassade zu rechnen. Nach vorliegenden Erfahrungen

kann mit einem Feuerüberschlag innerhalb von 60 Sekunden gerechnet werden, d. h. in

etwa einer Minute entflammt die Fassade, sobald das Feuer aus dem Brandbereich

(Fenster) austritt. Die Flammenlänge nimmt bei brennenden Fassaden deutlich zu, d.h. die

Flammen erfassen die gesamte Außenhaut des Gebäudes. Dadurch werden die darüber

liegenden Wohnungen sofort vom Brand erfasst, weil die Fenstergläser zerspringen und ein

direkter Brandeintrag von außen nach innen erfolgt. Das im Massivbau wirksame

Abschottungsprinzip kommt hier nicht zum Tragen.

4.9.3.1.3 Öffnungen

Öffnungen in Gebäuden in Holzbauweise müssen so ausgeführt sein, dass eine Einleitung

von Feuer und Rauch in die Konstruktion bzw. eine Brandweiterleitung in andere

Gebäudeabschnitte verhindert wird. Zu diesem Zweck soll die Brandschutzbekleidung in

den Öffnungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen ausgeführt

werden.

Dieser Punkt wurde, soweit das aus den zur Verfügung stehenden Plänen ersichtlich ist, bei

den Fensteröffnungen der Wohnhäusern in Regensburg nicht berücksichtigt. Die

raumseitige, zweilagige Brandschutzverkleidung wird mit der einlagigen Fensterleibungs-

verkleidung stumpf gestoßen und begünstigt so eine direkte Brandeinleitung in die

Konstruktion mit daraus resultierender Entzündung der Tragkonstruktion.

Gleiches gilt auch für die Türöffnungen, wo die Brandschutzverkleidung stumpf an den

Türstock gestoßen wird. Die Zierleiste aus Holz, die die Fuge aus optischen Zwecken

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verdeckt, würde im Brandfall sofort abfallen und die Brandeinleitung in den

Konstruktionshohlraum sowie eine Entzündung der tragenden Holzelemente in keiner

Weise verhindern.

Die Tatsache, dass die Türen und Fenster im Allgemeinen einen geringeren Feuer-

widerstand als die Wandbauteile, in die sie eingebaut sind, aufweisen, ist bauweisen-

unabhängig und muss als generelles Gefahrenpotential akzeptiert werden. Gleiches gilt für

das Faktum, dass im Brandfall die Türen offen sein können, wodurch eine ungebremste

Brandweiterleitung in sämtliche Nebenräume erfolgen kann. Dieses hätte zur Folge, dass

z. B. tragende Innenwände beidseitig von Feuer beansprucht würden, d. h. im Holzbau

würde eine F 60 (zukünftig REI 60 nach [49])-Wand, weil sie zweiseitig wegbrennt, einen

Feuerwiderstand von ca. 30 Minuten erreichen und dann zusammenbrechen. Diese für den

Holzbau noch relativ günstige Annahme setzt jedoch voraus, dass die Anschlüsse und

Verbindungen einer beidseitigen Brandbeanspruchung ebenfalls mindestens 30 Minute

standhalten. Ausgehend von der momentan in Österreich bzw. Deutschland zur

Ausführung kommenden Holzbauweise entspricht diese Annahme jedoch nicht der Realität

(siehe Abschnitt 4.9.3.1.5), d. h es ist mit einem Versagen der Konstruktion bereits vor der

30. Minute des Brandgeschehens zu rechnen.

4.9.3.1.4 Deckenbauteil

Beim Deckenbauteil der Wohngebäude in Regensburg trägt das Brettstapelelement auf der

dem Feuer zugewandten Seite der Holz-Beton-Verbunddecke zur Erhöhung der Brandlast

aus der Konstruktion bei. Durch die Untersicht aus Holz ist das Deckenelement einer

flächigen Verkleidung aus Holz bzw. Holzwerkstoffen gleichzusetzen. Bei Versuchen

wurden in Räumen mit Holzverkleidung mit Werten von über 14 Vol.-% um das 3- bis 4-

fache höhere CO-Konzentrationen festgestellt als in Räumen ohne Holzverkleidung. Beim

Menschen führt bereits eine Kohlenmonoxidkonzentration von 0,8 Vol.-% zum sofortigen

Tod. Da die Brand- und Rauchgase durch den hohen Fugenanteil bei Holzbauweisen

besonders rasch weitergeleitet werden, steigt die Gefahr einer tödlichen Kohlenmonoxid-

vergiftung auch in den an den Brandraum angrenzenden Räumen.

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Eine weitere Schwachstelle resultiert aus der direkt auf dem Brettstapel der Holz-Beton-

Verbundkonstruktion situierten Zimmertrennwand. Die Abbrandgeschwindigkeit des 3 cm

starken Brettstapelelements beträgt 0,90 mm/min, d.h. die Zimmertrennwand kann

durchbrechen, sobald die Dicke des Brettstapels durch den Flammenangriff reduziert wird.

Ein Versagen des Brettschichtholzträgers ist aufgrund der relativ geringen

Abbrandgeschwindigkeit von 0,70 mm/min aus materialtechnologischer Sicht nicht zu

erwarten, das Risikopotential liegt jedoch in der Verbindung des horizontalen Trägers mit

der vertikalen Tragstruktur. Auf diese Problematik wird im Kapitel 4.9.3.1.5 detailliert

eingegangen.

Es ist jedoch ein Irrtum anzunehmen, dass sich die Feuerwiderstandsdauer der Holz-Beton-

Verbunddecke in Bezug auf die Sicherheit der Gesamtkonstruktion positiv auswirken

kann. Sowohl die Decken als auch die Wohnungstrenn- und Außenwände weisen nach [9]

eine maximale Feuerwiderstanddauer von 60 Minuten auf (siehe Tab. 4.7 und 4.8). Im

Bereich der Dachkonstruktion ist aufgrund des im Wohnungsraum freiliegenden

Dachträgers aus Brettschichtholz bei dreiseitiger Beflammung nach DIN 4102 Teil 4 mit

einer maximalen F30-Klasse zu rechnen; d. h. das Gesamtsystem weist trotz der F-

Klassifizierung von 60 Minuten für die Wände und Decken eine maximale

Feuerwiderstandsdauer von F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) auf.

4.9.3.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen

Bei der zur Konstruktion der Wohnhäuser in Regensburg angewandten

Holzrahmenbauweise erfolgen die Verbindungen der Holztragstruktur in der Regel durch

ingenieurmäßige Verbindungsmittel, d.h. durch Nägel, Schrauben, Klammern und in

manchen Fällen auch durch Verleimung. Werden diese metallischen Verbindungsmittel

nicht durch zusätzliche Abdecklagen vor der Brandeinwirkung geschützt, so können diese

im Normalbrand nicht einmal eine F 30 –Qualifikation (zukünftig REI 30 nach [49])

erreichen.

Das Beispiel der Wohnhäuser in Regensburg zeigt, dass die Anschlussproblematik in der

Praxis offenbar keinerlei Beachtung findet. Die Holz-Beton-Verbunddecke liegt auf den

Brettschichtholzträgern auf. Zur Verbindung der Deckenträger mit den tragenden

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Holzstehern der Wandkonstruktion werden Schrauben bzw. Nägel verwendet, d. h. es kann

zum Versagen der Träger und in weiterer Folge des gesamten Tragsystems kommen,

sobald die Schrauben bzw. Nägel nach einer gewissen Brandeinwirkungsdauer „weich“

werden und versagen.

Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurden auch keine Maßnahmen zur Verbesserung

des Feuerwiderstandes in Form von Verspachtelungen der Fugen inkl. Verbindungsmittel

gesetzt. Die Befestigung der Bekleidungslagen erfolgte lediglich durch versetzt

angeordnete Gipskartonschrauben und die Wände wurden anschließend mit einer Tapete

bzw. einem Anstrich versehen. Eine Montage der Verkleidung z. B. mittels Federschienen

ist nicht erfolgt, da dies einen Mehraufwand an Material und Arbeit, d.h. höhere Kosten,

impliziert, und im sozialen Wohnbau nicht üblich ist.

Durch den o. g. Mangel an Verbesserungen im Bereich der Verbindungen und Anschlüsse

ist im vorliegenden Wohnbauprojekt im Brandfall von einer relativ geringen Belastbarkeit

der verwendeten Nagel- und Schraubverbindungen auszugehen. Im Normalbrand können

diese nicht einmal eine F30-Qualifikation erreichen; d. h. obwohl die in den Wohnhäusern

in Regensburg ausgeführten Wand- und Deckenkonstruktionen als Einzelelemente eine

Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten aufweisen, ist für das Gesamtsystem ausgehend

von der brandschutztechnisch äußerst ungünstigen Ausführung der Verbindungen und

Anschlüsse eine maximalen Feuerwiderstandsdauer von 30 Minute zu veranschlagen.

4.9.3.1.6 Installationen

In der Holzbauweise können Durchdringungen für oder von Installationen zu einer raschen

Brandweiterleitung im Gebäude beitragen, d.h. sie stellen ein bauweisenimmanentes

Gefahrenpotential dar. Darum sollten Installationen grundsätzlich in Schächten, Kanälen,

Vorwandkonstruktionen oder Deckeninstallationsebenen geführt werden, dieses wird aus

fertigungstechnischen und finanziellen Gründen im Allgemeinen jedoch nicht gemacht.

Anhand der zur Verfügung stehenden Pläne des Wohnbaus in Regensburg ist nicht

festzustellen, wie mit dieser Problemstellung umgegangen wurde. Es lässt sich definitiv

feststellen, dass weder eine Deckeninstallationsebene, noch eine Vorwandinstallation

vorhanden sind, die aus brandschutztechnischer Sicht sicher als akzeptable Lösungen

anzusehen sind.

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Es ist somit davon auszugehen, dass die Installationen innerhalb der tragenden

Konstruktionen ohne jegliche Brandschutzvorkehrungen „versteckt“ sind. In dieser

innerhalb der Konstruktion verborgenen Position können sie einerseits als potentielle

Zündquellen wirksam werden und andererseits der Brandfortleitung innerhalb der

Konstruktion Vorschub leisten. Im Falle eines Wohnungsbrandes ist damit der

Großschaden nahezu unvermeidlich bzw. vorprogrammiert.

4.9.3.1.7 Treppenhaus

Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurde die Lärchenholzschalung der Außenwand

auch über die offenen, nach außen hin freiliegenden Treppenhäuser, denen jeweils

2 Wohneinheiten zugeordnet sind, hinweggeführt; d. h. die nur als Sicht- und nur sehr

eingeschränkt als Klimaschutz fungierende Holzverschalung weist zwischen den einzelnen

Lärchenlatten einen Mindestfugenabstand von 1,5 bis 2,0 cm auf. Diese offene

Gestaltungsweise des Treppenhauses gewährleistet für den Brandfall in einer der

Wohneinheiten, dass der Fluchtweg ausreichend mit aus der Umgebung zuströmender

Frischluft versorgt wird und somit extrem hohe Rauchgaskonzentrationen im Treppenhaus

verhindert werden.

Dies gilt allerdings nur, solange der Brand in einer der Wohneinheiten ausbricht und auf

diese begrenzt bleibt. Sobald das Feuer im Treppenhaus ausbricht bzw. wenn es sich

dorthin ausbreitet, erfolgt die Brandweiterleitung auch auf die brennbare

Lärchenholzverschalung und weiter über die Fassade in die darüber situierten Geschosse.

Die Brandausbreitung von den Wohnungen in das Treppenhaus kann dabei z.B. durch das

Durchbrennen der Türen oder durch das Offenlassen der Wohnungstüren nach dem

Verlassen der brennenden Wohnung durch die Bewohner verursacht werden. Durch die

Wahl von brennbaren Materialien für die das Treppenhaus umhüllenden Bauteile wird vom

Planer in Kauf genommen, dass das Treppenhaus im Falle eines Brandes sowohl einen

Beitrag zum Brand leistet, als auch als Fluchtweg unbenutzbar wird. Die

Brandweiterleitung in den Treppenraum stellt daher ein besonderes brandschutztechnisches

Risiko dar und muss neben der Verrauchung beim mehrgeschossigen Holzbau zusätzlich

bewertet werden.

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4.9.4 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Österreich

Objekt: Wohnhäuser in Wien Stadlau; Siedlung Kamillenweg

Architekten: ARGE Architekten; Reinberg, Treberspurg, Raith; Wien

Tragwerksplanung: k. A.

Abb. 4.46: Foto des Holzwohnbaus in Wien Stadlau

Bei dem untersuchten Typ A dieser Wohnhausanlage handelt es sich um ein südorientiertes

Reihenhaus in Mischbauweise mit vorgelagertem Wintergarten, voll unterkellert. Es

wurden drei Häuser zu einer Zeile zusammengefasst, von denen das mittlere Haus für die

vorliegende Untersuchungen herangezogen wird (siehe Abb. 4.47).

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Abb. 4.47: Lageplan der Siedlung Kamillenweg in Wien Stadlau nach [51]

An der Nordseite sind die Häuser durch ein durchgehendes Holzvordach verbunden. Die

Außenwände sind mit einer durchgehenden Holzverschalung versehen, das sich nach

Süden öffnende Pultdach ist extensiv begrünt. Der Grundriss wurde in drei Bereiche

zoniert, die sowohl in ihren Anforderungen und Nutzungen als auch konstruktiv

unterschieden werden:

• Die Nordzone ist 2,25 m tief und beinhaltet alle Nebenräume sowie die Erschließung.

Wände und Decken wurden in Massivbauweise ausgeführt.

• In der 4 m tiefen Südzone liegen alle Aufenthaltsräume. Die Südaußenwand, die

Trennwände und die Decke über Erdgeschoss wurden in Holzbauweise errichtet.

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• Der Südzone wurde ein ca. 2,50 m tiefer Wintergarten in Holzständerbauweise

vorgelagert, in den im Obergeschoss ein Holzbalkon hineinragt. Die Trennung zum

Wintergarten des Nachbargebäudes erfolgt lediglich durch Isolierglas ohne

Brandwiderstandsklasse.

Die Abbildungen 4.48, 4.49 und 4.50 zeigen den schematischen Grundriss des

Erdgeschosses und des Obergeschosses, sowie einen schematischen Schnitt durch den 3-

geschossigen Mischwohnbau. Alle Maße in den Zeichnungen sind in Metern angegebenen.

Abb. 4.48: Schematischer Grundriss des Erdgeschosses eines Reihenhauses der Wohn-hausanlage in Wien Stadlau nach [51]

Abb. 4.49: Schematischer Grundriss des Obergeschosses eines Reihenhauses der Wohn-hausanlage in Wien Stadlau nach [51]

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Abb. 4.50: Schematischer Schnitt durch das Wohnhaus in Wien Stadlau nach [51]

Solarhäuser mit großen südorientierten Glasflächen und Wintergärten funktionieren nur

mit einem speziellen Lüftungs- oder Verschattungskonzept. Im vorliegenden Projekt wurde

versucht das Problem der sommerlichen Überhitzung mittels einer Lüftungswalze zu lösen,

welche sich am oberen Anschluss des Wintergartens an die Außenwand befindet (siehe

Abb. 4.50). Sie soll nach Angaben des Architekten Georg Reinberg in [52] je nach

Stellung vier verschiedene Funktionen erfüllen können.

• Energiegewinn (Winterstellung): Wenn das Glashaus um ca. 2° wärmer als der

Wohnraum wird, so öffnet die Lüftungswalze die Verbindung zwischen dem Glashaus

und den Schlafräumen Zimmer 1 und 2 im Obergeschoss bis die eingestellte

Maximaltemperatur erreicht ist. Dieser Effekt würde selbstverständlich auch bei einem

Temperaturanstieg im Wintergarten im Brandfall eintreten.

• Schutz gegen sommerliche Überhitzung (Sommerstellung): Die Lüftungswalze

entlüftet das Glashaus nach außen, Zuluft strömt durch Lüftungsschlitze im

Sockelbereich des Wintergartens ein. In dieser Stellung kann sie sich positiv auf die

Entrauchung des Wintergartens auswirken.

• Lüftung des Schlafzimmers: Das hinter dem Glashaus liegende Zimmer 1 hat kein

direktes Fenster zur Außenluft, es kann nur durch Umstellen der Lüftungswalze

gelüftet werden.

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• Vermeidung von Lüftungswärmeverlusten: Wenn das Glashaus kälter als der

Wohnraum ist wird die Lüftungswalze geschlossen, d.h. es erfolgt weder eine

Verbindung der Räume untereinander, noch eine Entlüftung nach außen.

Die Konstruktion der Gebäude besteht in der Nordzone aus massiven Außenwänden aus

25 cm Betonhohlsteinen mit einer Vorsatzschale aus einer 2,5 cm starken Holzschalung.

Die Decken sind als massive Stahlbetondecken mit 20 cm Dicke ausgeführt. Die

Wohnungstrennwand wird durch eine Feuermauer aus 25 cm dicken Betonsteinen gebildet.

Die südliche Außenwand der Südzone ist als Holzständerwand mit Stehern der Dimension

14/8 mit dazwischen liegender Dämmung aus Mineralwolle ausgeführt. Die Steher sind

beidseitig mit einer Beplankung von 1,5 cm Dicke versehen. Raumseitig ist auf die

Beplankung eine 2,5 cm starke Schalung aufgebracht. Außenseitig ist eine Schalung von

2,5 cm dicke angebracht, die von der Beplankung durch eine Luftschicht von 3 cm getrennt

wird. Im Bereich des Wintergartens wird die außenseitige Schalung durch eine 12 cm

dicke Kalksandstein-Vorsatzschale ersetzt. Die Decke zwischen Erdgeschoss und

Obergeschoss dieser Zone ist als Holztramdecke ausgeführt. Auf freiliegenden Sparren der

Dimension 12/21, die einen Achsabstand von 97 cm aufweisen, ist eine Schalung der

Stärke 2 cm angebracht. Ein Blindboden, der auf 5 cm hohen Staffelhölzern ruht, zwischen

denen sich expandierter Korkschrot befindet, trägt den 2,5 cm starken Schiffboden.

Die Kellerdecken der o.a. Zonen bilden massive Stahlbetondecken der Dicke 20 cm.

Der Wintergarten selbst ist in Holzständerbauweise mit dreiseitiger Isolierverglasung

ausgeführt. Der Balkon dieser Zone wird von Sparren der Dimension 5/14 gebildet, auf

denen ein Schiffboden verlegt ist.

Die Dachkonstruktion über der Nord- und Südzone ist als extensiv begrüntes Pultdach aus-

geführt. Raumseitig freiliegende Sparren mit einer Höhe von 20 cm und einer Breite von

10 cm tragen eine Schalung aus 5 cm dicken Holzbohlen. Über Abdichtung,

Wurzelschutzschicht und einer 12 cm dicken Dämmschicht aus expandierten Korkplatten

befindet sich das Substrat für die Begrünung.

Die nachfolgende Tab. 4.10 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,

die in der Abb. 4.51 dargestellt und in Tab. 4.9 beschrieben sind, an.

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Tab. 4.9: Aufbauten im Haus Typ A in der Siedlung Kamillenweg

Nordzone Südzone Wintergarten

1 Fußboden Keller

5 cm Estrich 3 cm EPS 1 cm Abdichtung 15 cm Unterbeton 15 cm Rollierung

2 Decke Keller

2 cm PVC / Keramik 5 cm Estrich 3 cm Steinwolle 20 cm Betondecke 5 cm Steinwolle

3 Decke Keller

2,5 cm Schiffboden 5 cm Staffelhölzer zw.

expand. Kork 2,5 cm Sandausgleich 20 cm Betondecke 5 cm Steinwolle

4 Fußboden Wintergarten

5 cm Betonplatten 2 cm Sandbett 5 cm XPS 4 cm Beton 1 cm Abdichtung 15 cm Unterbeton 15 cm Rollierung

5 Massivdecke

2 cm PVC / Keramik 5 cm Estrich 3 cm EPS 20 cm Betondecke

6 Holzdecke

2,5 cm Schiffboden 1,7 cm Blindboden 5 cm Staffelhölzer zw.

expand. Kork 2 cm Schalung 21 cm Sparren 12/21,

Achsabstand 97 cm

7 Balkon im Wintergarten

2,5 cm Schiffboden 14 cm Sparren 2x5/14

8 Massivwand

2,5 cm Holzschalung 4 cm Luftschicht 10 cm Steinwolle 25 cm Betonhohlsteine

m. Beton verfüllt 2 cm Kalkzementputz

9 Holzständerwand

2,5 cm Schalung 1,5 cm Beplankung 14 cm Steher 8/14,

Mineralwolle 1,5 cm Beplankung 3,0 cm Luftschicht 2,5 cm Schalung

10 Verglasung

Isolierverglasung mit Metallleisten auf Holzkonstruktion. Ecksteher: 14/14 Mittelsteher:8/14

9a Holzständerwand im Wintergarten

2,5 cm Schalung 1,5 cm Beplankung 14 cm Steher 8/14,

Mineralwolle 1,5 cm Beplankung 3,0 cm Luftschicht 12 cm Kalksandstein-

mauerwerk

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Fortsetzung der Tab. 4.9

11 Feuermauer

25 cm Betonhohlsteine m. Beton verfüllt

12 Trennung vom Nachbar- Wintergarten

Isolierverglasung

11a tragende Mittelwand

1,5 cm Verputz 25 cm Betonhohlsteine m. Beton

verfüllt 1,5 cm Verputz

13 Dachkonstruktion

2 cm Grasnarbe 13 cm Substrat 1 cm Abdichtung 12 cm expandierte Korkplatten 5 cm Holzbohlen 20 cm Sparren 10/20, Achsabstand 97 cm

14 Schrägverglasung 50°

Isolierverglasung mit Metallleisten auf Holzkonstruktion. außen: Einscheibensicherheit sglas Innen: Verbund-Sicherheitsglas

Tab. 4.10: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.51 bzw. Tab. 4.9

nach [9]

Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]

zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes

1 Fußboden Keller ≥ F 180-A ≥ REI 1801 2 Decke Keller Nordzone ≥ F 180-A ≥ REI 1801 3 Decke Keller Südzone ≥ F 180-A ≥ REI 1801 4 Fußboden Wintergarten ≥ F 180-A ≥ REI 1801 5 Massivdecke ≥ F 180-A ≥ REI 1801 6 Holzdecke zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 7 Balkon im Wintergarten zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 8 Massivwand ≥ F 180-AB ≥ REI 1801 9 Holzständerwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602

9a Holzständerwand im Wintergarten

zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602

10 Verglasung zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301 11 Feuermauer ≥ F 180-A ≥ REI 1801

12 Trennung vom Nachbar-Wintergarten

zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301

13 Dachkonstruktion zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 14 Schrägverglasung 50° zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301 1...nichtbrennbare Ausführung 2... brennbare Ausführung

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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz

13

6

3

149

9a

7

4

Abb. 4.51: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Teil des Wohnbaus in Wien Stadlau in Holzbauweise nach [51]

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Die Abschätzung des Feuerwiderstandes in der Tab. 4.10 erfolgt durch Vergleich mit

Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in ÖNORM B 3800 Teil 4

bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der Feuerwiderstandsklassen erfolgt

einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit ergänzenden Bezeichnungen der

Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN 4102) und andererseits nach den

europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.

4.9.4.1 Brandschutztechnische Bewertung

4.9.4.1.1 Wandbauteile

Die innen liegende, tragende Schale der nordseitigen Außenwand wird durch ein

Betonhohlsteinmauerwerk mit 25 cm Dicke gebildet, das innenseitig verputzt ist. Wie in

Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnen sich die Materialien des Mauerwerksbaues durch eine

außerordentlich hohe Feuerwiderstandsfähigkeit aus, welche in Kombination mit einem

Verputz noch gesteigert werden kann. Somit weist diese tragende Außenwand mindestens

einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach [9] auf

(siehe Bauteil Nr. 8 in Tab. 4.9 und 4.10).

Die Steinwolledämmung zwischen der inneren Schale und der Wetterschale aus Holz

leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das tragende Mauerwerk

hinreichend gut vor dem Flammenangriff von Innen geschützt und auch nichtbrennbar ist.

Auf die Wetterschale aus Holz wird in Kapitel 4.9.4.1.2 hinsichtlich der Brandausbreitung

über die Fassade noch näher eingegangen.

Die tragende Mittelwand (siehe Bauteil Nr. 11a in Tab. 4.9 und 4.10), die die Trennung

zwischen Nord- und Südzone bildet, ist als mit Beton verfülltes Betonhohlsteinmauerwerk

ausgeführt. Mit der ausgeführten Stärke von 25 cm und beidseitigem Verputz erreicht diese

Wand einen Feuerwiderstand von mindestens F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach

[9].

Die Wohnungstrennwände (siehe Bauteil Nr. 11 in Tab. 4.9 und 4.10) werden als

Feuermauern ebenfalls aus Betonhohlsteinen mit 25 cm Dicke gebildet. Sie sind jeweils

raumseitig verputzt. Die zwischen jeweils 2 Wohnungstrennwänden liegende

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Trennfugenplatte ist durch den Putz und eine Schale des Mauerwerks hinreichend gut vor

dem Flammenangriff von jeder Seite geschützt. Da sie zusätzlich nichtbrennbar ausgeführt

ist, leistet sie keinen Beitrag zur Brandlast. Die Wohnungstrennwände weisen somit

ebenfalls mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach

[49]) nach [9] auf.

Bei den Massivwänden dieses Wohnbaues muss prinzipiell damit gerechnet werden, dass

es zum Abfallen des Innenputzes und eventuell zu geringen Abplatzungen der

Mauerwerkssteine, in Abhängigkeit von der Branddauer, kommen kann, ein Verlust der

Tragfähigkeit kann aber mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen

werden. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion nicht

denkbar.

Die südliche Außenwand (siehe Bauteil Nr. 9 in Tab. 4.9 und 4.10) des Wohnbaues in

Wien Stadlau ist in Holzbauweise ausgeführt. Dort erfolgt die Innenverkleidung der

Holzkonstruktion durch eine Lage Gipskartonplatten mit 15 mm Stärke und eine raum-

seitig davor angebrachte 25 mm starke Holzschalung. Wie aber schon in Abschnitt 4.1.2.1

näher beschrieben wurde, reicht eine solche Brandschutzbekleidung unter Umständen nicht

aus um die tragende Holzkonstruktion über einen längeren Zeitraum vor dem Brandangriff

zu schützen und ist daher aus brandschutztechnischer Sicht als bedenklich einzustufen. Als

Dämmstoff wurde eine Mineralwolledämmung zwischen den Holzstehern eingebracht.

Diese liefert per se keinen Beitrag zum Brandgeschehen, ihr Schmelzpunkt liegt je nach

Qualität bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Außenseitig sind die Holzsteher mit einer

15 mm starken Beplankung aus Gipskartonplatten versehen. Die Wetterschutzschicht

dieser Holzständerwandkonstruktion bildet eine 25 mm starke Holzschalung, die mit einer

30 mm dicken Hinterlüftung versehen ist. Diese Wandaufbauten entsprechen nach [9]

aufgrund der innen freiliegenden Holzverschalung einer Feuerwiderstandsklasse von F 30-

B (zukünftig REI 30 nach [49]).

Im Bereich des Wintergartens ist der oben beschriebenen Holzständerwand anstelle der

Wetterschutzschicht eine hinterlüftete Schale aus 12 cm Kalksandstein vorgesetzt. Dies hat

jedoch keinen Einfluss auf die Zuordnung zur Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig

REI 30 nach [49]) (siehe Bauteil Nr. 9a in Tab. 4.9 und 4.10).

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Ob in den Konstruktionshohlräumen sogenannte Firestops angeordnet wurden, ist aus den

Plänen nicht ersichtlich. Grundsätzlich ist dies jedoch auch nicht zu erwarten, weil

Firestops im deutschen Holzbau wenig bekannt sind. Firestops würden die Weiterleitung

von Feuer und Rauch in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte verzögern. Sie sind

jedoch nicht in der Lage die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion zu verhindern.

4.9.4.1.2 Fassade

Die brennbare Fassadenverkleidung aus Holz an der nordseitigen Massivwand führt zwar

zu keiner Verschlechterung der Feuerwiderstandsklasse der tragenden Wandschale, sie

kann aber die in Kapitel 4.2.1 näher ausgeführten Probleme der Brandweiterleitung über

die Fassade und der Weiterleitung der Flammen durch den Luftraum der Hinterlüftung mit

sich bringen. Es muss jedoch angeführt werden, dass der Brand der Fassadenverkleidung

nicht zur Entzündung der Tragstruktur führen kann, wie dies bei der Holzbauweise der Fall

ist.

Die Fassadenverkleidung der südlichen Außenwand wird durch eine 25 mm starke

hinterlüftete Holzschalung gebildet. Diese Art der Fassadengestaltung bringt alle schon in

Kapitel 4.2.2 beschriebenen Nachteile mit sich. Es ist mit einer sehr raschen Brandweiter-

leitung über die Fassade in angrenzende Wohnbereiche und in die Dachkonstruktion zu

rechnen. Weiters kann durch die sehr rasch erfolgende Flammenweiterleitung in der

Hinterlüftung die Entzündung der tragenden Holzstruktur beschleunigt werden.

4.9.4.1.3 Öffnungen

Öffnungen in Gebäuden in Holzbauweise müssen so ausgeführt sein, dass eine Einleitung

von Feuer und Rauch in die Konstruktion bzw. eine Brandweiterleitung in andere

Gebäudeabschnitte verhindert wird. Zu diesem Zweck soll die Brandschutzbekleidung in

den Öffnungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen ausgeführt

werden.

Aus den zur Verfügung stehenden Plänen ist leider nicht eindeutig ersichtlich, wie die

Fugen bei den Öffnungen für die Fenster und Fenstertüren in der Südwand ausgeführt sind.

Es ist jedoch, im Gegensatz zum vorher untersuchten Wohnbau in Regensburg positiv zu

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vermerken, dass auch die Fensterleibungsverkleidung zweilagig ausgeführt ist, wobei nur

die obere Verkleidungslage stumpf mit dem Fensterstock gestoßen wird und somit keine

durchgehende Fuge entsteht. Wie aber schon in Abschnitt 4.1.2.1 näher beschrieben wurde,

reicht eine solche Brandschutzbekleidung unter Umständen nicht aus um die tragende

Holzkonstruktion über einen längeren Zeitraum vor dem Brandangriff zu schützen und ist

daher aus brandschutztechnischer Sicht als bedenklich einzustufen. Der Stoß der

zweilagigen Brandschutzbekleidung an das Fensterbrett im Erdgeschoss ist bei beiden

Lagen stumpf ausgeführt und begünstigt so eine direkte Brandeinleitung in die

Konstruktion mit daraus resultierender Entzündung der Tragkonstruktion.

Der Ausbildung der Öffnungen in den Massivbauteilen ist in Hinblick auf einen möglichen

Brandeintrag in die Konstruktion keine so große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in

der Holzbauweise der Fall ist. Der Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke

geführt. Da die tragende Konstruktion unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge

zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich

ist, ergeben sich diesbezüglich keine Brandrisiken.

Die Tatsache, dass die Türen und Fenster im Allgemeinen einen geringeren Feuer-

widerstand als die Wandbauteile, in die sie eingebaut sind, aufweisen, ist bauweisen-

unabhängig und muss als generelles Gefahrenpotential akzeptiert werden. Gleiches gilt für

das Faktum, dass im Brandfall die Türen offen sein können, wodurch eine ungebremste

Brandweiterleitung in sämtliche Nebenräume erfolgen kann.

4.9.4.1.4 Deckenbauteil

Die Massivdecken der Nordzone (siehe Bauteil Nr. 5 in Tab. 4.9 und 4.10) des Wohnbaus

sind als 20 cm dicke Stahlbetonplatten ausgeführt. Da die Durchwärmungsgeschwindigkeit

einer solchen Decke als äußerst gering anzusetzen ist, kommt es nur zu einer

oberflächlichen, bis maximal wenige Zentimeter tief reichenden Zerstörungen der Decke.

Mit dem wie in Tab. 4.9 beschriebenen Aufbau wird eine Feuerwiderstandsdauer von

mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen (siehe Tab. 4.10) erreicht.

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Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem

massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken

kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit ( siehe [5]).

Bei der Holzdecke in der Südzone (siehe Bauteil Nr. 6 in Tab. 4.9 und 4.10)des Gebäudes

sind die tragenden Sparren im Wohnraum frei sichtbar, d.h. sie sind einer dreiseitigen

Brandbeanspruchung ausgesetzt. Die darüber liegende 20 mm starke Holzschalung

unterschreitet die Mindestdicke nach [9] von 28 mm für eine Einordnung in die

Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig REI 30 nach [49]) deutlich. Des weiteren ist das

Fehlen einer mineralischen Dämmschicht zu bemerken, die für die o.a.

Feuerwiderstandsklasse eine Mindestdicke von 15 mm aufweisen müsste.

Dies hat zur Folge, dass der Deckenbauteil der Wohngebäude in Wien Stadlau keine

Feuerwiderstandsklasse aufweist.

Durch die Untersicht aus Holz ist das Deckenelement einer flächigen Verkleidung aus

Holz bzw. Holzwerkstoffen gleichzusetzen. Bei Brandversuchen (siehe auch 4. Teilbericht

des Forschungsprojektes - „Einfluss der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko“)

wurden in Räumen mit Holzverkleidung mit Werten von über 14 Vol.-% um das 3- bis 4-

fache höhere CO-Konzentrationen festgestellt als in Räumen ohne Holzverkleidung. Da

die Brand- und Rauchgase durch den hohen Fugenanteil bei Holzbauweisen besonders

rasch weitergeleitet werden, steigt die Gefahr einer tödlichen Kohlenmonoxidvergiftung

auch in den an den Brandraum angrenzenden Räumen.

Der Vollholzbalken der Dachkonstruktion ist ebenfalls vom Rauminneren aus sichtbar und

somit einer dreiseitigen Brandbeanspruchung ausgesetzt. Mit seinen Abmessungen von

10/20 und einer Stützweite von mehr als 4 m ist eine Einordnung nach [9] in die

Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig REI 30 nach [49]) nicht möglich. Der darüber

liegende Dachaufbau wie in Tab. 4.9 beschrieben würde eine solche Einordnung nach [9]

ermöglichen, da es aber schon vorher zu einem Versagen der tragenden Holzbalken

kommen wird, ist diese Einordnung jedoch nicht maßgebend. Somit kann auch für die

Dachkonstruktion keine Feuerwiderstandsklasse angegeben werden.

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4.9.4.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen

Soweit aus den zur Verfügung stehenden Plänen ersichtlich erfolgt die Verbindung der

Holztragstruktur durch ingenieurmäßige Verbindungsmittel, d.h. durch Nägel, Schrauben,

Klammern, Stahlformteile. Werden diese metallischen Verbindungsmittel nicht durch

zusätzliche Abdecklagen vor der Brandeinwirkung geschützt, so können diese im Normal-

brand nicht einmal eine F 30 –Qualifikation (zukünftig REI 30 nach [49]) erreichen.

Aus den zur Verfügung stehenden Plänen ist nicht eindeutig ersichtlich wie die

Verbindungen im Detail ausgeführt sind, es ist jedoch anzunehmen, dass die

Stahlverbindungsmittel der Deckenbalken über dem Erdgeschoss nicht vom Rauminneren

aus sichtbar angeordnet sind. Eine solche Ausführung würde eine Einordnung in die

Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) erreichen.

Beim Anschluss der Holzständerwand an die massive Wohnungstrennwand wird die

zweilagige Brandschutzbekleidung stumpf mit der Massivwand gestoßen. Da jedoch der

Verputz der Massivwand ebenfalls stumpf mit der Brandschutzbekleidung gestoßen wird

entsteht dort keine durchgehende Fuge und somit wird die Einleitung des Brandes in die

tragende Holzstruktur um den Zeitraum des Abplatzens der Putzschicht hinausgezögert.

Anders verhält es sich beim Stoß der Holzdecke mit der Holzständerwand. Da die

zweilagige Brandschutzbekleidung stumpf mit der Schalung über den Deckenträgern

gestoßen wird entsteht hier eine durchgehende Fuge, die die Einleitung von Rauchgasen

und die Weiterleitung des Brandes in die Holzkonstruktion nicht verhindert.

Die Auflagerung der Stahlbetondecken erfolgt bei dem untersuchten Wohnhaus über die

gesamte Breite der tragenden Wand, sodass ein Versagen dieses Anschlusses auch im

schlimmsten Fall, den hier das Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des

Mauerwerkes oder die übermäßige Durchbiegungen des Deckenbauteils darstellen, nicht

gegeben ist. Die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den

Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.10 bei mindesten 180

Minuten unter Normbrandbedingungen.

Die Anschlüsse der massiven Wände stellen durch die massive Ausführung aus

brandschutztechnischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.

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4.9.4.1.6 Installationen

Aus den vorhandenen Planunterlagen lässt sich nicht entnehmen, wie die Installations-

führungen im Detail angelegt sind.

Generell kann aber gesagt werden, dass es durch die Installationen im Massivbau zu keiner

Brandfortleitung in die Konstruktion kommen kann. Durch die Installationsleitungen und

Installationsschächte kann es aber zu einer Rauchausbreitung innerhalb des Gebäudes

kommen. Weiters besteht die Möglichkeit einer Brandfortleitung in andere Räume bei

Verwendung von brennbarem Installationsmaterial.

In der Holzbauweise können Durchdringungen für oder von Installationen zu einer raschen

Brandweiterleitung im Gebäude beitragen, d.h. sie stellen ein bauweisenimmanentes

Gefahrenpotential dar. Darum sollten Installationen grundsätzlich in Schächten, Kanälen,

Vorwandkonstruktionen oder Deckeninstallationsebenen geführt werden. Bei dem

untersuchten Wohnbau kann aus den zur Verfügung stehenden Plänen lediglich entnom-

men werden, dass es weder eine Deckeninstallationsebene noch eine Vorwandinstallation

gibt und somit davon auszugehen ist, dass die Installationen innerhalb der tragenden

Konstruktionen liegen. In dieser innerhalb der Konstruktion verborgenen Position können

sie, wie schon in Kapitel 4.6.2 beschrieben, einerseits als potentielle Zündquellen wirksam

werden und andererseits der Brandfortleitung innerhalb der Konstruktion Vorschub leisten.

4.9.4.1.7 Treppenhaus

Da sämtliche Wohneinheiten direkt vom Freien betreten werden, ist bei diesem Wohnbau-

projekt kein notwendiges Treppenhaus erforderlich.

4.9.4.1.8 Gesamtbeurteilung

Bei diesem Wohnbauprojekt können die brandschutztechnischen Vorteile der Massiv-

konstruktion sehr gut erkannt werden. Der Massivteil in der Nordzone des betrachteten

Gebäudes weist ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen bereits einen Brandwiderstand von

mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen auf; d. h. es ist nicht

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wahrscheinlich, dass die Tragstrukturen dieses Gebäudeteiles selbst bei einem voll

entwickelten Brand versagen werden. Somit ist in diesem Gebäudeteil ein Innenangriff der

Feuerwehr zur Brandbekämpfung möglich und es können auch Rettungsversuche der

Insassen durchgeführt werden.

Ganz anders verhält es sich bei dem Gebäudeteil, der in Holzbauweise ausgeführt ist. Die

Tragstrukturen der Geschossdecke und der Dachkonstruktion sind unverkleidet und der

Brandbeanspruchung vollkommen ausgesetzt. Sie weisen keine Feuerwiderstandsklasse

auf und es ist damit zu rechnen, dass das Tragsystem zu einem sehr frühen Zeitpunkt ,d.h.

noch vor dem erreichen der 30-sten Minute, versagen wird. Der Wandbauteil, der eine

Brandwiderstandsdauer von mindestens 60 Minuten unter Normbrandbedingungen

aufweist, ist somit für die Beurteilung der Tragfähigkeitsdauer der Gesamtkons truktion

nicht maßgebend. Für die Löschmannschaften wäre es äußerst riskant diesen in Brand

befindlichen Gebäudeteil zu betreten und Rettungsmaßnahmen für die Bewohner

durchzuführen. Der Personenschutz ist in diesem Gebäudeteil also als sehr gering zu

erachten.

Der Schutz der benachbarten Gebäude ist in dieser Reihenhausanlage ebenfalls nicht als

besonders gut zu bezeichnen, da es durch den Wintergarten, dessen Abschluss nach außen

und zum Nachbarwintergarten nur durch eine Isolierverglasung ohne Brandwiderstands-

klasse gebildet wird, nach dem Zerspringen dieser Verglasung zu einer Brandfortleitung in

das benachbarte Gebäude kommen kann.

Auch dem Problem der Rauchgasfortleitung muss bei diesem Projekt besonders Rechnung

getragen werden, da es abgesehen von der Weiterleitung der Rauchgase durch die

Holzkonstruktion, die durch den höheren Fugenanteil im Vergleich zum Massivbau eher

luftdurchlässig ist, zusätzlich noch zu einem Eintrag der Brandgase vom Wintergarten in

die Schlafräume im Obergeschoss durch die Lüftungswalze kommen kann.

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5 Qualitätsvergleich der beiden Bauweisen

5.1 Bauausführung

Die brandschutztechnisch korrekte Bauausführung eines Gebäudes in Holzbauweise steht

in direktem Zusammenhang mit den hohen Gesamtkosten. Im Gegensatz zu den massiven

Bauweisen aus Ziegel oder Stahlbeton bzw. zum Stahlbau kann bei der Holzbauweise nicht

nur die äußere Brandeinwirkung, sondern auch eine Brandentstehung innerhalb der

Konstruktion zur Entzündung der Tragstruktur führen.

Die Wahl entsprechender Baustoffe, d.h. eine geeignete Werkstoffkombination für die

Verkleidungslagen, zweckmäßige Bauteilaufbauten, günstige Gebäudegeometrien und vor

allem die aus brandschutztechnischer Sicht einwandfreie und fehlerlose Ausführung

sämtlicher Konstruktionsdetails, wie z.B. Verbindungen, Fugen- und Anschlussdetails und

Durchdringungen für Installationen, bilden die Voraussetzungen dafür, dass die

Entstehung, Ausbreitung und Auswirkung von Feuer und Rauch verhindert wird. Dieses ist

in der Praxis jedoch nicht erreichbar, d.h. es entsteht ein bauartimmanentes erhöhtes

Brandrisiko bei der Holzbauweise.

Die Holzbauweise gilt hinsichtlich ihres Brandverhaltens grundsätzlich als nicht

fehlertolerant. Dies trifft insbesondere auf die bauweisenimmanenten Risiken der

Brandentstehung innerha lb der Bauteile sowie der Brandeinleitung in die Konstruktion zu.

Im Rahmen eines Vortrags in Deutschland [46] wurden Ergebnisse einer

brandschutztechnischen Beurteilung der Trockenbauweise veröffentlicht. Die Abb. 5.1

zeigt, dass dabei eine genaue Analyse der Fehlerquellen erfolgte, wobei eine

Unterscheidung in Planungs-, Ausführungs- und in Produktfehler vorgenommen wurde.

60%30%

10%

PlanungsfehlerAusführungsfehlerProduktfehler

Abb. 5.1: Fehlerquellen bei der Trockenbauweise nach [46]

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Das Diagramm offenbart, dass es sich bei den Mängeln in 60% der Fälle um

Planungsfehler, in 30% um Ausführungsfehler und in 10% um Produktfehler gehandelt

hat. Diese Angaben zeigen, dass dem vorbeugenden baulichen Brandschutz noch mehr

Aufmerksamkeit gewidmet werden muss. Der mit 60% extrem große Anteil an

Planungsfehlern liegt in der Regel im Verantwortungsbereich des Architekten, d.h. es fehlt

in der Architekturszene nach wie vor eine Bewusstseinsbildung bezüglich der

bauweisenspezifischen Risiken und Gefahrenpotentiale in der Holzbauweise. Des weiteren

zeigen diese Untersuchungen deutlich, dass die fachgerechte Ausführung nicht

vorausgesetzt werden kann, denn die durch Ausführungsfehler verursachten Mängel liegen

in einer Größenordnung von 30%. Verhältnismäßig gering liegen im Vergleich zu den

beiden genannten Fehlerquellen die Produktfehler mit einem Anteil von 10%.

Ein Holzbau verzeiht mangelhafte Brandschutzmassnahmen nicht, d.h. er verhält sich

bezüglich der exakten Planung und Ausführung von Anschluss- und Fugendetails nicht

fehlertolerant. Es gibt eine Vielzahl an Detaillösungen, die geeignet sind, um die

Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen über die Fugen und Anschlüsse in die

angrenzenden Räume zu verzögern. Dieser Problematik ist bei der Holzbauweise, die

durch einen hohen Fugenanteil gekennzeichnet ist, besonderes Augenmerk zu widmen. Es

ist statistisch belegt, dass der Großteil der Brandtoten einer Kohlenmonoxidvergiftung in

den an den Brandraum anschließenden Räumen zuzuordnen ist. Die aus

brandschutztechnischer Sicht wirksame Ausführung dieser Konstruktionsdetails erfordert

wie die entsprechende Ausführung der Verbindungen einen hohen Arbeitsaufwand und

teure Facharbeiter, dieses ist in der Praxis kaum erreichbar.

Der Anteil der Fehlerhäufigkeit bei Kabeldurchführungen im Deckenbereich des

Dachgeschosses beträgt bei den deutschen Untersuchungen [43] 11,4 %. Der Dachbereich

wird im Gegensatz zu den übrigen Geschossen meist in Leichtbaukonstruktion ausgeführt.

Wenn die Anschlusspunkte anschließend nicht ausreichend befestigt werden, so kann hier

die Luft in die Installationsebene und dann an den Durchdringungspunkten in den

Innenraum gelangen. Dieser Weg kann auch zur Weiterleitung von Feuer und Brandgasen

dienen.

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Die von der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. [43] in Deutschland

durchgeführten Prüfungen zeigen deutlich, dass sich die Zahl der zu durchdenkenden

Details bei aufwendigeren Gebäuden wesentlich erhöht und praktisch oft mit sehr großem

Aufwand verbunden sind. Konstruktiv einfache und rechtzeitig durchdachte Anschlüsse,

die mit entsprechender Sorgfalt auf der Baustelle umgesetzt werden, führen meist zu sehr

guten Ergebnissen.

Ein vom Institut Wohnen und Umwelt GmbH. [17] herausgegebener Bericht weist nach,

dass die untersuchten Mehrfamilienhäuser auf das Volumen bezogen dichter als

Einfamilienhäuser sind. Die Ursache liegt im günstigeren Verhältnis der Oberfläche zum

Volumen. Die betrachteten Mehrfamilienhäuser waren entweder rein massiv gebaut oder

hatten einen nur geringen Leichtbauanteil. Obwohl, qualitativ beurteilt, bei Mischbauten

der Leichtbauanteil undichter ist als der Massivteil, wirkt sich das aber offensichtlich nicht

dahingehend aus, dass Mehrfamilienhäuser grundsätzlich dichter sind als

Einfamilienhäuser.

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6 Zusammenfassung

Die vorliegende Untersuchung zeigt eindeutig, dass die Verwendung von brennbaren

Baustoffen für Tragsysteme im Wohnbau aus den verschiedensten Gründen zu einer

deutlichen Erhöhung des Brandrisikos führt. Neben dem bauweisenimmanenten

Risikopotential, das für Holzbauten bereits bedeutend höher anzusetzen ist als für

Massivbauten, lässt die Tatsache, dass die Herstellung von beplankten

Holzkonstruktionsweisen besonders hohe Anforderungen an die Planer und ausführenden

Firmen hinsichtlich einer zuverlässigen, brandschutzgerechten Bausausführung stellt,

weiterführende Problematiken erkennen.

Ein Gebäude in massiver Bauweise verhält sich sowohl hinsichtlich der exakten

Durchplanung sämtlicher Detaillösungen als auch im Hinblick auf die fehlerfreie

Ausführung durch die Baufirmen in Bezug auf den Brandschutz sehr viel fehlertoleranter

als ein Haus in Holzbauweise. Durch den immer weiter steigenden Kosten- und

Termindruck auf den Baustellen ist es auch bei einer aus brandschutztechnischer Sicht

akzeptablen Planung des Holzbaus kaum möglich, dass die Ausführung der konstruktiven

Details für den Brandschutz in allen Fällen die nötige Beachtung findet. Das beginnt mit

der Verlegung von Versorgungsrohren in den Hohlräumen von Wänden und Decken und

endet bei dem Verlegen von Kabeln und dem Einbau von Steckdosen. Selbst die

Mitarbeiter von Fachfirmen (z. B. Installateure, Elektriker, etc.) haben bezüglich

Brandschutz üblicherweise keine spezifischen Kenntnisse oder Erfahrungen.

In Bezug auf den Brandschutz sind Mängel und Schäden bei Holzbaukonstruktionen im

Wesentlichen auf folgende drei Ursachen zurückzuführen:

• Planungsfehler

• Ausführungsfehler und

• Nutzerverhalten.

Unter der letztgenannten Ursache ist besonders auch auf den Anteil an Eigenleistungen

durch den Gebäudenutzer bzw. Mieter hinzuweisen. Eigenleistungen, wie auch

nachträglich durchgeführte Änderungen in den Installationen oder elektrischen Leitungen,

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stellen ein nicht zu unterschätzendes, zusätzliches Gefahrenpotential aus der Sicht des

Brandschutzes dar, welches bei den Massivbauweisen nicht vorhanden ist.

Zum Nutzerverhalten zählt unter anderem auch nachträgliches Fehlverhalten in der

Benutzung eines Holzbaues wie z.B. nachlässiger und verantwortungsloser Umgang mit

einem Heizstrahler, etc. Im Massivbau haben solche Verhaltensweisen keinerlei

gefährliche Auswirkungen auf die nichtbrennbaren tragenden Bestandteile der

Konstruktion, vorausgesetzt es kommen keine brennbaren Beplankungen zum Einsatz.

Bauweisen bestehend aus massiven Baustoffen weisen eine sehr hohe Nutzungstoleranz

auf, die darauf basiert, dass selbst bei unsachgemäßer Ausführung von elektrischen

Leitungen etc. in einem Wand- oder Deckensystem keine Brandinitiierung bzw. -weiter-

leitung in der Konstruktion erfolgen kann, weil keine brennbaren Baustoffe im Nahbereich

der Zündquelle vorhanden sind.

Des weiteren kann im Gegensatz zu den massiven Bauweisen aus Ziegel oder Stahlbeton

bei der Holzbauweise neben der äußeren Brandeinwirkung eine Brandentstehung innerhalb

der Konstruktion zur Entzündung der Tragstruktur führen. Die Wahl entsprechender

Baustoffe, d.h. eine geeignete Werkstoffkombination für die Verkleidungslagen,

zweckmäßige Bauteilaufbauten, günstige Gebäudegeometrien und vor allem die aus

brandschutztechnischer Sicht einwandfreie und fehlerlose Ausführung sämtlicher

Konstruktionsdetails, wie z.B. Verbindungen, Fugen- und Anschlussdetails und

Durchdringungen für Installationen, bilden die Voraussetzungen dafür, dass die

Entstehung, Ausbreitung und Auswirkung von Feuer und Rauch verhindert wird. Dieses ist

in der Praxis jedoch nicht erreichbar. Allein die Vielzahl von Bränden im Bereich von

Kaminen und Kachelöfen zeigt, dass Entzündungen innerhalb von Holzkonstruktionen mit

zu den häufigsten Brandursachen gehört.

Die vorliegende Untersuchung eines bestehenden Wohnbaus in Holzbauweise zeigt, dass

für die Bewertung der Feuerwiderstandsdauer der Gesamtkonstruktion vor allem die

Verbindungen und Anschlüsse eine wesentliche Rolle spielen. Die heute gebräuchlichen

ingenieurmäßigen Verbindungsmittel weisen nur dann einen akzeptablen Feuerwiderstand

auf, wenn sie durch zusätzliche Abdecklagen vor einer direkten Brandeinwirkung

geschützt werden. Dies bedeutet einen Mehraufwand an Arbeit und Einsatz von

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hochqualifizierten Arbeitskräften, die eine exakte, sorgfältige und somit auch teure

Ausführung der Verbindungen gewährleisten. Aus brandschutztechnischer Sicht

akzeptable Ausführungen der Verbindungen lassen sich jedoch auch mit einem hohen

Vorfertigungsgrad nur schwer realisieren.

Durch den herrschenden Mangel an brandschutztechnisch einwand- und fehlerfreien

Lösungen im Bereich der Verbindungsproblematik ist in den häufigsten Fällen im

Brandfall von einer relativ geringen Belastbarkeit der verwendeten Nagel- und

Schraubverbindungen auszugehen. Aktuelle Untersuchungen und Studien belegen, dass

diese im Normalbrand nicht einmal eine F30-Qualifikation erreichen; d. h. selbst wenn die

in den Wohnhäusern ausgeführten Wand- und Deckenkonstruktionen als Einzelelemente

eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten aufweisen, ist für das Gesamtsystem,

ausgehend von der brandschutztechnisch äußerst ungünstigen Ausführung der

Verbindungen und Anschlüsse, eine maximalen Feuerwiderstandsdauer von eventuell

weniger als 30 Minute unter Normbrandbelastung zu veranschlagen.

Bei Holzbauweisen kann somit grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass im Falle

eines nicht rechtzeitig gelöschten Brandes wesentliche Teile des Tragwerks bzw. das

gesamte Tragwerk versagen, weil die Verbindungen und eventuell auch Aussteifungen

zwischen den Elementen versagen. Die Feuerwiderstandsdauer jedes einzelnen Bauteils ist

somit für den Feuerwiderstand der Gesamtkonstruktion nicht ausschlaggebend, sondern die

Tragfähigkeit des Gesamtsystems wird beurteilungsrelevant. Dies betrifft vor allem den

Mehrgeschossbau.

Bei nicht brennbaren Massivbauweisen besitzen die Bauteile per se bereits einen hohen

Feuerwiderstand, der zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Bauteile durch das

relativ große Eigengewicht des Baustoffes für die Tragfähigkeit eine gewisse Dimension

aufweisen müssen; d. h. wird in Massivbauweise gebaut, erreicht man bereits basierend auf

den konstruktiv erforderlichen Abmessungen einen sehr hohen Feuerwiderstand der

Einzelbauteile und somit auch der Gesamtkonstruktion.

Bei Massivbaukonstruktionen ist im Gegensatz zum Holzbau auch nicht von

brandschutztechnischen Schwachstellen im Bereich der Anschlüsse auszugehen. Die

Anschlüsse der unterschiedlichen Bauweisen unterscheiden sich in der Regel in ihren

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materialtechnologischen Eigenschaften und der statischen Ausbildung des Systems; d. h.

im Massivbau sind zwei– bzw. vierseitig aufgelagerte Platten üblich, dies ist

brandschutztechnisch günstig. Im Holzbau kommt häufig die ungünstige Punktlagerung

zur Anwendung. Des weiteren treffen an den Anschlussstellen im Massivbau grundsätzlich

idente bzw. ähnliche Materialien zusammen, sodass eine homogenen und in vielen Fällen

monolithische Situation im Anschlussbereich geschaffen wird. Gerade im Holzbau wird

aber bewusst auf die aus brandschutztechnischer Sicht wichtige Eigenschaft der

Homogenität des Anschlusses unter dem Druck der Notwendigkeit hoher

Vorfertigungsgrade verzichtet. In den häufigsten Fällen kommt für die Verbindungsmittel

aus Kosten- und Ausführungsgründen Metall in Form von Schraub-, Platten-,

Nagelverbindungen etc. zu Anwendung. Die Verbindungsmittel unterscheiden sich somit

vom Konstruktionsmaterial Holz in ihren materialtechnologischen Eigenschaften sehr

stark. Diese Mischung sehr unterschiedlicher Materialien im Bereich der Anschlüsse kann

unter Umgebungsbedingungen (Temperatur ~20 °C)aus statischer Sicht zu verbesserten

Eigenschaften des Konstruktionsdetails führen, in Hinblick auf brandschutztechnische

Belange ist die Verbindung von brennbaren und metallischen Werkstoffen ohne

zusätzliche Schutzmaßnahme des Anschlussbereichs jedoch als nicht feuerwiderstandfähig

einzustufen. Ein dünnes Stahlelement wird im Normbrand innerhalb von 8 bis 13 Minuten

auf 500 °C erwärmt. Dies ist genau die kritische Stahltemperatur bei der tragende

Stahlelemente üblicherweise versagen. Im Massivbau sind demgegenüber homogen

ausgebildete Anschlusslösungen, wie sie aus brandschutztechnischer Sicht wünschenswert

sind, der Standardfall.

Die vorliegende Untersuchung eines bestehenden Wohnbaus in Massivbauweise zeigt

weiters, dass tragende Wände aus Sandsteinen von 17,5 cm Dicke mit beidseitigem

Verputz bereits einen Feuerwiderstand von F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]) erreichen,

und nichttragende und tragende Innenwände mit einer Dicke von 11,5 cm und beidseitigem

Verputz einen Feuerwiderstand von mindestens 90 Minuten (siehe Tab. 4.2), d. h. auch bei

einer beidseitigen Brandeinwirkung ergibt sich für das untersuchte Wohnprojekt eine

Tragfähigkeitsdauer von ca. 90 Minuten unter Normbrandbedingungen. Im Gegensatz dazu

weisen nichttragende und tragende Innenwände in Holzbauweise häufig keine oder eine

maximale Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten auf, d. h. bei einer beidseitigen

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Feuerbeanspruchung unter Normbrandbedingungen erreicht dieses Bauteil, weil es

zweiseitig wegbrennt, einen Feuerwiderstand von ca. 15 Minuten.

Beim Massivbau ist in Abhängigkeit von der Branddauer und -intensität mit einer

Zerstörung des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen an den Ecken der

Steine zu rechnen, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen der

Gesamtkonstruktion ist aufgrund der enormen Brandschutzreserven mit an Sicherheit

grenzender Wahrscheinlichkeit auszuschließen. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung

innerhalb des Konstruktionshohlraumes nicht denkbar, da solche in der Regel nicht

vorliegen. Massivkonstruktionen weisen auch einen sehr hohen Widerstand gegen direkte

Durchdringung des Brandes durch ein raumabschließendes Bauteil auf (E-Kriterium),

somit ist ein Brandüberschlag in die darüber liegende bzw. benachbarte Wohnung

auszuschließen, d. h. das Abschottungsprinzip bzw. die Raumzellenbauweise ist in der

Form des Raumabschlusses wirksam.

Die Tab. 6.1 auf der folgenden Seite zeigt eine Gegenüberstellung und Bewertung der

wichtigsten im Rahmen der vorliegenden Untersuchung gewonnenen Erkenntnisse über

das Verhalten von Konstruktionselementen der Massiv- und Holzbauweisen unter

Brandeinwirkung. Darin sind bereits die zukünftig zu erwartenden Abkürzungen für den

Brandwiderstand von Bauteilen gemäß der europäischen Regelungen verwendet. Sie

bedeuten:

Benennung ÖNORM 3800 Teil 2 ÖNORM EN 13501 Teil 1 brandbeständig F 90 REI 90 hochbrandhemmend F 60 REI 60 brandhemmend F 30 REI 30

Zu beachten ist, dass die europäischen Bezeichnungen keinerlei Aussagen hinsichtlich der

Brennbarkeit der Konstruktion beinhalten. Soweit es diesbezüglich Anforderungen gibt,

müssten diese im Rahmen von nationalen Anwendungsdokumenten zur ÖNORM

EN 13501 Teil 1 geregelt werden. Im Rahmen der o. g. Klassifizierungen sind in

Österreich derartige Regelungen derzeit nicht vorgesehen. In der Bundesrepublik

Deutschland gilt demgegenüber, dass brandbeständ ige Bauteile in den wesentlichen Teilen

aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen müssen.

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Tab. 6.1: Gegenüberstellung des Verhaltens von Konstruktionselementen der Massiv- und Holzbauweisen unter Brandeinwirkung

Konstruktionselemente aus Ziegel,

Stahlbeton, Beton, etc Konstruktionselemente aus Holz bzw. Holzwerkstoffe

Verhalten Konstruktions-elemente aus

Ziegel, Beton etc.1

Verbindungen, Anschlüsse

Konstruktions-elemente aus

Vollholz

Verkleidetes Holztragwerk

Zimmermanns-mäßige

Verbindungen

Metallische Verbindungen

Geklebte Verbindungen

Brandverhalten REI-Rating

grundsätzlich >> REI 90

-- abhängig von

Bemessung i.d.R aber ≤ REI 60

abhängig von Ausführung der

Verkleidung i.d.R. ≤ REI 60

-- -- --

Feuerwiderstand der Verbindung --

i. d. R. kein Unterschied zum Wand-, Decken-

o. Stützenelement

-- -- relativ hoch ≤ REI 60

ohne Schutz relativ gering

< F30

ohne Schutz schlecht

< F30

Verhalten der Verbindung --

durch homogene, monolithische

Ausbildung kein Unterschied zu

Einzelelementen

-- --

Versagen wie Konstruktions-elemente aus

Vollholz

separates Versagen der Verbindungs-mittel möglich

separates Versagen der

Verbindungen zu erwarten

Bildung von Brandgasen (CO, etc.) aus der Konstruktion

nein2 nein2 sehr hoch niedrig3 Weiterleitung durch Fugen

Weiterleitung durch Fugen

Weiterleitung durch Fugen, zusätzlicher

Eintrag durch brennbare Klebstoffe

Direkte Entzündbarkeit (Raumbrand)

nein nein ja nein3 nein4 -- nein4

Indirekte Entzündbarkeit (Zündung in Konstruktion)

nein nein ja ja -- -- --

Brandfortleitung nein ja Nutzungstoleranz grundsätzlich gegeben grundsätzlich nicht gegeben 1 beispielsweise nach ÖNORM B3800 Teil 4: 10 cm Betonwand REI 90, 10 cm Leichtbetonwand EI 90, 17 cm Hohlblocksteinmauerwerk REI 90 2 durchgehend nicht brennbarer Wandaufbau vorausgesetzt (mineralische Isolierung) 3 bei fortschreitender Brandeinwirkungsdauer ja bzw. gegeben 4 bei nichtbrennbar verkleideten Holztragwerken erst nach fortgeschrittenen Brandeinwirkungen

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7 Schlussfolgerung

Die Tatsache, dass Wohngebäude in der Regel hohen Brandgefahren ausgesetzt sind, d. h.

Brände per se nicht verhindert werden können, bedingt im volkswirtschaftlichen Interesse

die Notwendigkeit, den potentiellen Personen- und Sachschaden von Bränden zu minimie-

ren. Die Abschätzung des Gefährdungspotentials von Bränden erfordert sowohl eine

Analyse des möglichen Brandablaufes als auch die Kenntnis der Wechselwirkungen

zwischen dem Brand und den vom Brand betroffenen Bauteilen. Im vorliegenden Bericht

wurde daher der Versuch unternommen, die im Falle eines Brandes auftretenden

Belastungen für die einzelnen Bauteile bei unterschiedlichen Bauweisen und auch im

Hinblick auf das Verhalten der Gesamtkonstruktion im Detail zu erfassen und zu bewerten.

Grundsätzlich ist bei einem Wohnungsbrand, ausgehend von einem Brandursprung im

Wohnzimmer, mit einer Brandleistung in einer Größenordnung zwischen ca. 4 und 6 MW

zu rechnen. Diese Größenangabe bezieht sich im Wesentlichen auf die mobilen

Brandlasten, d. h. auf die Einrichtungsgegenstände und das Mobiliar und kann auch

abhängig vom sozialen Umfeld, den sozioökonomischen Einflussfaktoren etc. eine gewisse

Brandbreite aufweisen. Des weiteren ist in dieser Betrachtung ein erfolgreicher

Löschangriff von Seiten der Feuerwehr in Zeiträumen von weniger als ca. 15 Minuten

nicht berücksichtigt, d. h es wird angenommen, dass der Brand im Anfangsstadium

unbemerkt bleibt und eine gewisse Intensität erreichen kann, bevor die Alarmierung der

Feuerwehr erfolgt. Untersuchungen aktueller Brandereignisse aus dem amerikanischen

Raum, die im 4. Teilbereicht des Forschungsprojektes BAU! MASSIV! im Detail

dargestellt sind, bestätigen, dass eine solche Annahme der Realität entspricht, weil die

oben erwähnten Wohnungsbrände in den häufigsten Fällen in der Nacht auftreten. Die

absehbaren sozialen und gesellschaftlichen Entwicklungstendenzen in Österreich und die

unbekannten zukünftigen Entwicklungen der öffentlichen Hilfsdienste rechtfertigen

ebenfalls eine solche Annahme. In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen

werden, dass die Hilfsfristen und Einsatzstärken zwischen den Berufsfeuerwehren und den

freiwilligen Feuerwehren bereits heute stark variieren können. Tendenziell ist die

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Schlagkraft der Feuerwehr vor allem im Hinblick auf die Hilfsfrist im ruralen Bereich

schwächer zu bewerten als in urbanen Bereichen mit Berufsfeuerwehren.

Die o. g. Brandleistung um 4 bis 6 MW beschreibt einen Brand, der auf das Wohnzimmer

beschränkt bleibt und sich zunächst weder auf die angrenzenden Raumbereiche noch

innerhalb der Konstruktion fortsetzt. Vorliegende Untersuchungen haben gezeigt, dass

diese Annahme für alle Konstruktionsbereiche im Massivbau zutrifft, da sich im

Wesentlichen weder die Konstruktion an dem Brand beteiligt, und somit keinen Beitrag

zur Verschärfung der Brandintensität leistet, noch die Tragfähigkeit selbst bei

Brandeinwirkung über eine längere Zeitperiode z. B. von 2-3 Stunden verloren geht und

ebenso über diesen Zeitraum der Raumabschluss und die Dämmwirkung erhalten bleiben.

Dies bedeutet für die Massivbauweisen zwar, dass der betrachtete Bereich ausbrennen

kann, die Brandweiterleitung durch die Konstruktion bzw. durch das Versagen des

Raumabschlusses jedoch nicht zu befürchten ist. Die Tragfähigkeit der massiven

Konstruktion ist unter diesen Bedingungen ebenfalls nicht gefährdet.

Für Holzbauweisen kann dieser Nachweis jedoch nicht geführt werden. Die detaillierte

Überprüfung der Einzelelemente und in weiterer Folge des Zusammenwirkens der

Einzelelemente der Gesamtkonstruktion hat gezeigt, dass vor allem kritische

Problembereiche wie z. B: Öffnungen, Installationen, Verbindungen, Anschlüsse, Fugen

etc. zu einer bedeutenden Schwächung der Einzelelemente für die Wand-, Decken und

Dachbauteile führen, d. h. in den häufigsten Fällen ist durch die geringe Belastbarkeit

dieser Problemzonen im Brandfall nur eine maximale Feuerwiderstanddauer von 30

Minuten unter Normbrandbedingungen für das Gesamtsystem erreichbar. Nach Ablauf

dieser Zeitspanne ist mit einem brandschutztechnischen Versagen eines

Konstruktionsbauteils zu rechnen. Je nach Art des versagenden Bauteils ist der Verlust des

Raumabschlusses im Brandursprungsbereich, also die Brandweiterleitung, bis hin zum

Einsturz des Gebäudes durch das Versagen eines für die Tragfähigkeit des Gesamtsystems

statisch notwendiges Elements (i. d. R. eines Anschlusses) möglich. Dies kann im Prinzip

nur durch eine automatische Löschanlage bzw. durch eine automatische

Brandmeldeanlage, die das Eintreffen der Feuerwehr beim Brandgeschehen innerhalb von

10 Minuten unterstützt, verhindert werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass

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in dieser Betrachtung eine Intensivierung des Brandgeschehens durch die Beteiligung der

brennbaren Bestandteile der Holzverschalung und -konstruktion noch nicht berücksichtigt

ist. Es liegen z. B. Brandschutzerfahrungen darüber vor, dass die Brandweiterleitung an

einer 5-geschossigen Holzfassade innerhalb eines Zeitraums von ca. 1 Minute erfolgte

(Brandausbreitungsgeschwindigkeit >10 m/min).

Die vorliegende Untersuchung belegt weiters, dass sich der o. g. Aspekt der

Brandweiterleitung als besonders kritisch auf die Verschlechterung der Flucht- und

Rettungssituation im Brandfall für die Gebäudenutzer aber auch in Bezug auf die

Möglichkeiten eines Innenangriffes durch die Feuerwehr und sonstige Einsatzkräfte

auswirkt. Je nach Zeitpunkt des Beginns eines Löschangriffes kann bei Holzkonstruktionen

die Situation eintreten, dass aufgrund der Beteiligung der brennbaren Materialien das

Brandgeschehen eine so große Intensität erreicht, dass ein Innenangriff für die

Einsatzkräfte zu gefährlich ist und somit ein Löscherfolg nicht mehr erzielt werden kann.

Unter solche Randbedingungen ist die erfolgreiche Unterdrückung der Brandausbreitung

ebenfalls unmöglich, d. h. ein Totalverlust der Konstruktion ist unvermeidbar.

Der Massivbau kennt solche Probleme in der Regel nicht. Ein Innenangriff und direkter

Löschangriff auf den Primärbrandbereich ist auch bei relativ spätem Eintreffen der

Feuerwehr am Brandgeschehen in der Regel noch möglich, weil die Gefahr eines

Einsturzes nicht gegeben ist. Da im Massivbau mit einem Versagen des Raumabschlusses

ebenfalls nicht zu rechnen ist, kann die Brandrausbreitung in angrenzende Räume bzw.

Wohnungen nur über Öffnungen wie. z. B. Fenster erfolgen; diese Form der

Brandfortleitung ist jedoch durch den Außenangriff der Feuerwehr beherrschbar bzw.

vermeidbar.

Durch die Beteiligung der Konstruktionsmaterialien am Brandgeschehen stellen sich in

Holzbauten ungünstigere Verhältnisse in Bezug auf die Kohlenmonoxidkonzentration, CO-

Ausbreitung und Temperaturentwicklung im Gebäude ein als bei massiven, nicht

brennbaren Bauweisen; das bedeutet im Einzelnen, dass einerseits eine relativ kurze

Zeitspanne von Brandbeginn an für die Flucht und Rettung zur Verfügung steht und

andererseits nach kurzer Zeit das brandschutztechnische Versagen von Gebäudeteilen zu

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beachten ist, d. h. auch dass die Benutzung der Fluchtwege bedeutend erschwert wird. Als

„Vorteil“ bei Holzbauweisen wird gelegentlich erwähnt, dass diese Konstruktionen in der

Regel nicht schlagartig Versagen. Dass diese Meinung nicht allein richtig ist, hat der in

Abschnitt 4.5.3 beschriebenen Brandfall gezeigt, bei dem aufgrund einer derartigen

falschen Einschätzung des Tragverhaltens einer Holzkonstruktion 2 Feuerwehrmänner

tödlich verunglückt sind.

In Summe führt der gegenständliche Vergleich von massiven, nichtbrennbaren Bauweisen

mit brennbaren Holzkonstruktionssystemen zu der Einsicht, dass Massivbauweisen durch

ihr aus brandschutztechnischer Sicht günstigeres Verhalten der Gesamtkonstruktion ein

erheblich höheres Sicherheitsniveau besitzen als brennbare Holzkonstruktionen. Die

Sicherheit von Holzkonstruktionen kann prinzipiell nur durch automatische Brandlöschung

oder brandsichere Verkleidung sämtlicher brennbarer Oberflächen mit nichtbrennbaren

Baustoffen erfolgen.

Der mehrgeschossige Holzbau wird im allgemeinen Meinungsbildungsprozess in seinen

gebäudetechnischen Eigenschaften dem bestehenden Geschossbau in Massivbauweise

gleichgestellt. Es findet daher nur eine Materialsubstitution von nichtbrennbaren

Baumaterialien durch Holz und Holzwerkstoffe unter scheinbarer Beibehaltung der

normativen brandschutztechnischen Erfordernisse einzelner Bauteile des Bauwerks statt.

Dies ist jedoch aufgrund des materialtechnologischen und statischen Verhaltens der

unterschiedlichen Konstruktionen sicherheitstechnisch nicht nachvollziehbar und äußerst

bedenklich. Um nur annähernd ein ähnlich sicheres brandschutztechnisches Niveau zu

erreichen wie es in der Vergangenheit vorhanden war und derzeit im Massivbau per se

gegeben ist, sind im Holzbau neben komplizierten konstruktiven Maßnahmen (z. B.

Vermeidung brennbarer Oberflächen, Brandschutz der Anschlüsse und Verbindungen)

auch aktive, anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen (kombinierte Brandmelde- und

Sprinkleranlagensysteme) erforderlich. Dies würde in letzter Konsequenz jedoch dazu

führen, dass die Argumente für den Holzbau in Bezug auf Kostengünstigkeit und

Wohnkomfort wirtschaftlich und technisch nicht nachweisbar sind.

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9 Anhang: Beschreibung der Bauweisen

9.1 Statisch-konstruktiver Aufbau von Gebäuden

Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamtkonstruktion

erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bauteile, deren Aufgaben, Herstellung und

Baustoffe und andererseits die Betrachtung des Zusammenwirkens sämtlicher

Konstruktionselemente als Ganzes. Hiervon hängt die Standfestigkeit des Gebäudes, sowohl

unter den üblichen Gebrauchslasten als auch unter speziellen Belastungen, wie dies z.B. die

Brandeinwirkung darstellt, ab.

Gebäude werden aus statisch-konstruktiver Sicht in Wandbauten und Skelettbauten

unterschieden, wobei diese Unterteilung unabhängig von der Bauweise ist. Unter dem

Wandbau ist prinzipiell ein Baugefüge aus massiven Wänden und Decken zu verstehen, die

allenfalls durch Stürze und Unterzüge ergänzt werden, um in den tragenden Wänden größere

Öffnungen überspannen zu können. Als Baumaterialien kommen sowohl Ziegel, Beton und

Stahlbeton, sowie weitere massive Konstruktionsstoffe (z.B. Porenbeton- oder

Hohlblocksteine), als auch Holz (z.B. Brettstapelelemente) zum Einsatz. Im Gefüge eines

Skelettbaus sind die tragenden Wände in massive Stützen und Unterzüge bzw. in

Leichtbaustützen und horizontale Schwellen aus Holz aufgelöst. Zur Gebäudeaussteifung

dienen in diesem Fall steife Deckenscheiben und einzelne aussteifende Wandscheiben.

In weiterer Folge wird der statisch-konstruktive Aufbau der wichtigsten

Konstruktionselemente eines Gebäudes, d.h. der Wände und Decken, in Kurzform

zusammengefasst.

9.1.1 Wände

Die Tragfähigkeit, Standfestigkeit und Steifigkeit eines Gebäudes werden sowohl vom

inneren Aufbau, der Dichte und der Druckfestigkeit des Ausgangsmaterials, als auch von den

äußeren Abmessungen der Wand und den kraftschlüssigen Verbindungen der einzelnen

Bauteile festgelegt. Wände können in ihrer Funktion als vertikales Stütztragwerk aus

Baustoffen ohne beachtenswerter Zugfestigkeit konstruiert werden. Aus statischer Sicht wird

eine Wand als stehende Scheibe oder Platte beansprucht, und zwar unter vertikaler Belastung

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auf Knicken und unter horizontaler Belastung auf Knicken, Kippen oder Durchbiegung.

Dabei ist bei steigender Schlankheit des Wandabschnitts von einer Zunahme des Versagens

durch Knicken bzw. Kippen auszugehen. Bei aussteifenden Wänden ist des weiteren die

Länge des Wandabschnitts, der Abstand der aussteifenden Bauteile, eine unter Umständen

vorhandene Einspannung sowie die Kraftschlüssigkeit der Anschlussverbindungen von

Bedeutung.

Grundsätzlich wird zwischen freistehenden und aussteifenden Wänden unterschieden.

Freistehende Wände müssen massiv ausgeführt und entsprechend dick dimensioniert werden,

um eine Aufnahme der Windlasten und die Kippsicherheit zu gewährleisten. Freistehende,

nicht aussteifende und nicht eingespannte Wände kommen im Wohnbau in der Regel nicht

zum Einsatz und sind daher nicht Gegenstand der weiteren Betrachtungen.

Bei den aussteifenden Wänden werden die einzelnen Wandelemente mittels einer steifen

Kante verbunden. Durch einen guten Verbund der einzelnen Bauteile lässt sich dadurch mit

einer wesentlich geringeren Wanddicke die gleiche Tragfähigkeit und Standsicherheit wie bei

einer vollkommen freistehende Wand erreichen. Werden mehrere Wandscheiben auf diese Art

und Weise zusammengefügt, so entsteht schließlich eine offene Kiste mit vier steifen Kanten.

Wird diese „Wandkiste“ in weiterer Folge noch durch Deckenscheiben geschlossen, so sind

unter der Voraussetzung einer guten Verbundwirkung mit den Wänden alle Außenkanten

ausgesteift. Je größer jedoch die Außenflächen der Kiste im Verhältnis zu den Wanddicken

sind, desto mehr zusätzliche Innenaussteifungen sind nötig. Dieses Verhältnis unterscheidet

sich je nach Baustoff der Wand- und Deckenelemente.

9.1.2 Decken

Bei Decken handelt es sich um horizontale Biegetragwerke, die an die Verwendung

biegesteifer Bauteile gebunden sind. Innerhalb des Baugefüges können auf jede

Deckenkonstruktion auch horizontale Kräfte, vor allem in Form von Windlasten, einwirken.

Als Biegetragwerk müssen grundsätzlich nicht alle Deckenkonstruktionen auch die Funktion

des Scheibenmechanismus erfüllen.

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Im Wohnbau kommen Deckensysteme aus Holz, Stein, Stahlbeton und Stahl zur Anwendung.

Bei Wohngebäuden in Massivbauweise finden Holzdecken in Form von Tramdecken,

Dippelbaumdecken, etc. in der Regel nur noch bei Sanierungen von Altbauten Anwendung.

Die heute gebräuchlichen Konstruktionen stellen hier Rippenträgerdeckensysteme und vor

allem Stahlbetondeckentragwerke dar. Diese bilden durch ihre flächenstabile Wirkung eine

horizontale Aussteifung des Gebäudes. Im Holzwohnbau werden heutzutage meist massive

Holzbauweisen in Form von Brettstapeldecken und Holz-Beton-Verbunddecken eingesetzt.

Der Grad des Aussteifungsvermögens entspricht dabei der Reihenfolge der statischen

Grundsysteme der Deckenscheibenbildung und gliedert sich in Balkendecken,

Plattenbalkendecken und Plattendecken. Durch die wirksame Horizontalaussteifung von

plattenförmigen Massivdecken und Massivholzdecken wird bei gleicher Standsicherheit eine

wesentlich geringere Wandstärke bzw. die Anwendung von Wandbaustoffen mit einer

geringeren Druckfestigkeit ermöglicht, als dies beispielsweise bei der Verwendung von

Holzbalkendecken der Fall ist.

9.1.3 Zusammenwirken von Wänden und Decken

Die statisch-konstruktive Grundlage von mehrgeschossigen Gebäuden wird immer durch eine

Kombination von Wand- und Deckensystemen gebildet. In den Kapiteln 9.2 und 9.3 erfolgt

eine detaillierte Darstellung der unterschiedlichen Konstruktionssysteme in der Massiv- und

der Holzbauweise. Das Zusammenwirken der Konstruktionselemente stellt auch das

wesentliche Kriterium bei der Untersuchung des Verhaltens der Gesamtkonstruktion unter

Brandeinwirkung dar. Dabei gibt es grundsätzliche Unterschiede zwischen der Massiv- und

Holzbauweise, wobei sich ein Holzbau im Brandfall deutlich kritischer verhält. Darauf wird

in den folgenden Kapiteln dieses Berichtes genauer eingegangen.

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9.2 Konstruktionssysteme in der Massivbauweise

Die Voraussetzung für das statische Zusammenwirken der vertikalen und horizontalen

Scheibenelemente im Massivbau bildet die Verankerung der Wand und Deckenscheiben. Die

Konstruktionssysteme in der Massivbauweise lassen sich je nach der Richtung der

Lastabtragung in folgende Gruppen unterteilen:

• Massivbauten mit tragenden Längswänden

• Massivbauten mit tragenden Querwänden

• Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden

Auf diese drei im Wohnbau üblichen Konstruktionsweisen wird nachfolgend im Detail

eingegangen. Sie können grundsätzlich aus verschiedenen massiven Baustoffen mit

unterschiedlichen massiven Wand- und Deckenaufbauten ausgeführt werden. Diese werden in

Kapitel 9.2.4 detailliert dargestellt.

9.2.1 Massivbauten mit tragenden Längswänden

Bei den Konstruktionen mit tragenden Längswänden spannen sich sowohl die Decken als

auch die Dachkonstruktionen quer zum Baukörper. Die Lastabtragung erfolgt über die

äußeren und inneren Längswände, die von den nicht tragenden Querwänden und den

Geschossdecken ausgesteift werden. Die Abstände der tragenden Längswände entsprechen

dabei den üblichen Deckenstützweiten von 4 bis 6 m. Dieses Konstruktionssystem, dass im

Wohnbau häufig mit tragenden Längsaußenwänden und einer tragenden Mittelwand

Anwendung findet, bietet den Vorteil, dass die Grundrissgestaltung durch die weitgehend

flexiblen Querwände nach Bedarf frei wählbar ist. Bei größeren Gebäudetiefen sind auch drei

Deckenfelder, d.h. zwei tragende Mittelwände, üblich.

Die Abb. 9.1 zeigt einen massiven Wohnbau mit tragenden Längsaußenwänden sowie einer

tragenden, mittig situierten Längswand. Die aussteifende Wirkung wird in diesem Fall vom

Deckenbauteil sowie von den in ausreichender Zahl vorhandenen, unbelasteten Querwänden

erzielt.

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Abb. 9.1: Systemskizze Längswandbau

Die Bemessung der Mauerdicken richtet sich nach den Forderungen des Wärme-, Schall- und

Brandschutzes. Die äußeren Längswände müssen einerseits den nötigen Wärmeschutz

gewährleisten und andererseits das Eigengewicht der Wand sowie die Lastanteile aus Decken

und Dach in das Fundament und in weiterer Folge in den Baugrund einleiten. Die Lastanteile

der inneren Längswände, d.h. der tragenden Mittelwände, bewegen sich etwa in der doppelten

Größenordnung der Lastanteile der Außenwände. Sie sollen daher nur eine geringe Anzahl an

möglichst schmalen Türöffnungen aufweisen. Zur Aussteifung des Gebäudes dienen in

ausreichender Anzahl vorhandene unbelastete Querwände, an die darüber hinausreichende

Anzahl an Querwänden werden keine besonderen Anforderungen gestellt, d.h. diese können

als leichte Trennwände ausgebildet sein. Lediglich nicht tragende Querwände und auch

tragende Längswände, die als Wohnungstrennwände oder Treppenhauswände dienen, müssen

zusätzliche Anforderungen des Schall- und Wärmeschutzes erfüllen bzw. eventuell als

Brandwände ausgeführt werden.

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9.2.2 Massivbauten mit tragenden Querwänden

Bei der in der Abb. 9.2 gezeigten Konstruktionsweise mit tragenden Querwänden spannen

sich sowohl die Decken als auch die Dachkonstruktionen in der Längsrichtung des

Baukörpers von Querwand zu Querwand. Die Querwände nehmen dabei alle lo trechten

Lasten auf. Die längs verlaufenden Außenwände haben keine tragende Funktion, sie dienen

lediglich dem Raumabschluss und der damit verbundenen Aufgabe der Wärmedämmung.

Abb. 9.2: Systemskizze Querwandbau

Die Decken werden meist in Form von durchgehenden Deckenplatten oder Massivdecken mit

einem durchgehenden, 5 cm starken Druckgurt aus Ortbeton bzw. mit vermörtelter Druckzone

hergestellt. Diese können die horizontalen Windlasten aufgrund ihrer Scheibenwirkung besser

in die Querwände einleiten als Holzbalken- oder Montagedecken.

Die Querwandköpfe müssen bei dieser Konstruktionsweise meist tragfähiger ausgebildet

werden, da sich die lotrechten Lasten aus den Decken und Dachkonstruktionen um das

Gewicht der Außenlängswände erhöhen. Zu diesem Zweck werden im Mauerwerksbau

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druckfestere Steine bzw. bei höheren Bauten Stahlbeton verwendet. In der statischen

Bemessung der Mauerstärken entsprechen die tragenden Querwände den tragenden mittleren

Längswänden der Massivbauten mit tragenden Längswänden (vgl. Kapitel 9.2.1). Die

Anforderungen werden z.B. von massiv geschütteten oder massiv gemauerten Querwänden in

Verbindung mit vor Ort betonierten massiven Deckenplatten erfüllt.

Die Außenlängswände können gemauert, geschüttet oder als Fertigteil versetzt werden. Dies

erfolgt entweder in einem Arbeitsgang mit den Querwänden und Decken oder erst nach deren

Fertigstellung. Eine üblichere Ausführungsform der Querwandfassade beinhaltet die

Ausführung von Loggien und raumbreiten Fensterwänden. Die Fensterwände werden in der

Regel als leichte Holz- oder Metallfachwerkkonstruktion ausgeführt. Des weiteren ist heute

die Ausbildung von vorgehängten Fassaden üblich, bei der die Fassade vor der Vorderkante

von Querwänden und Geschossdecken situiert wird.

Das Bauprinzip mit den tragenden Querwänden wird auch als Schottenbauweise bezeichnet.

Diese erschwert zwar eine differenzierte Grundrissausbildung, ist jedoch für Bauaufgaben, die

in ihrer Organisation eine Reihung vieler gleichartiger Zellen erfordern, sehr gut geeignet. In

die Kategorie derartiger Bauaufgaben fallen z.B. Reihenhäuser oder Laubenganghäuser.

Dabei können die Wohneinheiten ein- oder mehrzellig angeordnet werden, wobei bei

mehrzelligen Wohneinheiten darauf zu achten ist, dass die zwischen den Zellen liegenden

tragenden Querwände nur wenige und kleine Öffnungen enthalten. Die übliche Zellenbreite

beträgt etwa 3,5 bis 4,0 m. Da die im Wohnbau größte, konstruktiv und ökonomisch

vertretbare, Deckenstützweite einer durchlaufenden Massivdecke etwa 6,50 m beträgt,

resultiert daraus ein Maß von ca. 6,25 m als größte Zellenlichtweite. Die Zellentiefe kann

hingegen beim Querwandtyp frei gewählt werden, wobei auf eine ausreichende Be lichtung zu

achten ist.

Bei dieser Konstruktionsweise wird ein statischer Nachweis der Steifigkeit des Gebäudes in

Längsrichtung gefordert. Bei Baukörpern mit vielen Zellen und niedriger Geschossanzahl

sind in der Regel keine längsaussteifenden Wandscheiben erforderlich. Wenn das

Stehvermögen der Wände nicht ausreicht, so müssen starre Längsscheiben in das Gebäude

eingezogen werden. Dies kann z.B. in Form von Treppenhäusern in Längsrichtung erfolgen,

die in der Mitte oder am Ende einer Zelle situiert werden.

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9.2.3 Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden

Bei den Konstruktionen mit tragenden Längs- und Querwänden können kreuzweise bewehrte

Stahlbetonplatten und Stahlbetonrippendecken als Deckensysteme eingesetzt werden. Wie die

Abb. 9.3 zeigt, benötigen diese Deckentragwerke eine allseitige Auflagerung und setzen aus

diesem Grund zumindest annähernd quadratische Raumgrundrisse voraus. Die Deckenlasten

werden bei dieser Bauweise gleichmäßig über die Außen- und Innenwände abgetragen.

Abb. 9.3: Systemskizze Baugefüge mit tragenden Längs- und Querwänden

Durch die Kombination aller Vorteile der beiden vorab angeführten Konstruktionsweisen

(siehe Kapitel 9.2.1 und 9.2.2) entsteht ein hoch belastbares und wirtschaftliches Baugefüge.

Als Vorteil gegenüber dem Längswandbau ist u.a. die Tatsache zu sehen, dass die

Außenwände aufgrund der allseitigen Lastverteilung dünner dimensioniert werden können.

Die Außenwände müssen jedoch in jedem Fall den Anforderungen des Wärmeschutzes

entsprechen.

9.2.4 Massive Wandkonstruktionen

Bei der Wahl einer geeigneten Außenwandkonstruktion für sämtliche in den Kapiteln 9.2.1,

9.2.2 und 9.2.3 dargestellten Massivbauweisen greifen sowohl konstruktive als auch

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ökonomische Faktoren ineinander über. Darunter sind unter anderem niedrige Material- und

Lohnkosten, Gewicht, Größe und Anzahl der Teilelemente zu verstehen. Des weiteren

betreffen diese Forderungen die Anzahl der einzusetzenden Gewerke und der Arbeitsgänge,

die für die Fertigung und die Montage in der Fabrik oder auf der Baustelle nötig sind.

Schließlich spielen auch die Kosten für die Unterhaltung des Gebäudes eine immer

entscheidendere Rolle.

Im traditionellen Mauerwerksbau wurden alle an eine Außenwand zu stellenden Anforderun-

gen von einem einzigen, homogenen Wandquerschnitt entsprechender Dicke gleichermaßen

erfüllt. Heute wird bei mehrgeschossigen Wohnbauten ein Außenwandbauteil überwiegend

als mehrschichtige bzw. mehrschalige Konstruktion ausgeführt. Die Materialen sind für die

betreffende Teilfunktion, d.h. Tragen, Dämmen und Abdichten, optimal geeignet und exakt

dimensioniert und werden in bestimmter Reihenfolge einander zugeordnet. Im

Einfamilienhausbau ist nach wie vor die monolithische Bauweise bei weitem dominierend.

Derzeit sind verstärkt Tendenzen und Entwicklungen festzustellen, sämtliche Anforderungen

wieder in einem einzigen Wandquerschnitt zu vereinen. Dies gelingt z.B. mit einem

speziellen porosierten Mauerziegel mit 38 cm Dicke, der sowohl tragende, dämmende und

abdichtende Funktionen in einem einzigen homogenen Stein vereint.

Die verschiedenen Wandtypen unterscheiden sich in ihrem Aufbau und ihrer Funktion. Die

einschaligen und mehrschaligen Wände werden in weiterer Folge genauer betrachtet.

9.2.4.1 Tragendes einschaliges Mauerwerk

Die Mauerdicke des einschaligen Mauerwerks wird heute von den Anforderungen des

Wärmeschutzes bestimmt, d.h. auf die gemauerte Außenhaut wird meist eine wärme-

dämmende Schicht zur Verbesserung der Wärmedämmung aufgebracht. Es ist jedoch auch

möglich, auf eine derartige Dämmung zu verzichten, wenn ein entsprechend dickes

Mauerwerk aus Steinen mit einer geringeren Rohdichte Verwendung findet.

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Einschalige Außenwandmit niedriger Rohdichte

Einschalige Außenwandmit Beschichtung

Einschalige Außenwandmit Vorhangfassade

Einschalige Außenwandmit Innendämmung(Ausführung nur im Sanierungsfall, d.h. nicht gleichwertig)

d)c)b)a)

F 180 F 90 F 90 F 90

(REI 180) (REI 90) (REI 90) (REI 90)

Abb. 9.4: Einschaliges Mauerwerk für Außenwandkonstruktionen nach [1]

Die Abb. 9.4 a). zeigt eine einschalige Wand mit niedriger Rohdichte. Diese wird durch

Porosierung des Ausgangsmaterials, durch Verwendung von Zuschlägen geringerer

Rohdichte und die Ausbildung von Löchern, Kammern und Schlitzen erreicht. Eine weitere

Verbesserung der Wärmedämmung der Außenwände kann durch Verwendung von

Leichtmauermörteln und Dünnbettmörteln, die Wahl geeigneter Steine vorausgesetzt, erzielt

werden. Des weiteren kann die Wärmedämmung bereits werksmäßig in die Steine integriert

sein. Der Brandwiderstand ist ≥ F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]).

Die Steine des einschaligen Mauerwerks können auch wie in Abb. 9.4 b) gezeigt mit einem

Wärmedämmverbundsystem versehen werden. Darunter ist eine Wärmedämmschicht z.B. aus

Kork oder EPS-Schaumplatten zu verstehen, die an der Außenseite der Mauersteine

aufgebracht wird und die in weiterer Folge eine armierte Putzschicht als Witterungsschutz

erhält. Auch Wandkonstruktionen aus Beton bzw. Stahlbeton werden im Wohnbau heute

meist in dieser Konstruktionsweise ausgeführt. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig

REI 90 nach [49]).

Die Beschichtung kann auch mittels eines Dämmputzes erfolgen. Dieser besteht aus einem

dicken wärmedämmenden Unterputz und einem dünnen Oberputz als Witterungsschutz. Die

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wärmedämmende Wirkung wird bei diesem Wandaufbau durch die Verwendung leichter

Zuschläge beim Unterputz erzielt, die auf mineralischer (z.B. Bims) oder organischer (z.B.

Polystyrol) Basis beruhen. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]).

Eine weitere Möglichkeit, den Wärmeschutz des einschaligen Mauerwerks zu erhöhen, ist das

Aufbringen einer wärmedämmenden Außendämmung, die durch eine hinterlüftete

Vorhangfassade gegen Witterungseinflüsse und sonstige Beschädigungen geschützt wird

(siehe Abb. 9.4 c). Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]).

Des weiteren kann auf die einschalige Außenwand zur Verbesserung der wärmetechnischen

Eigenschaften wie in der Abb. 9.4 d) dargestellt eine Innendämmung z.B. aus Kork oder EPS-

Schaumplatten aufgebracht werden. Dieses Verfahren findet vor allem bei der Sanierung von

Altbauten Anwendung. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass diese Anordnung aus

bauphysikalischer Sicht zu Problemen mit Kondenswasserbildung innerhalb des Bauteiles

und mit Wärmebrücken führen kann. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach

[49]).

9.2.4.2 Tragendes zweischaliges Mauerwerk

Zweischaliges Mauerwerk stellt eine besondere Art der Mauerwerkskonstruktion dar, die

sämtliche Anforderungen an eine Außenwand in Bezug auf die Gestaltung, Standsicherheit

und bauphysikalische Gebrauchstauglichkeit in hohem Maß erfüllt. Aufgrund der

beträchtlichen bauphysikalischen Anforderungen ist es zweckmäßig, das Mauerwerk in zwei

Schalen aufzulösen, um damit eine sinnvolle Aufgabenteilung zu erreichen [18].

Eine zweischalige Außenwand besteht prinzipiell aus der tragenden Innenschale und einer

tragend oder nichttragend ausgeführten Außenschale. Eine nichttragende Außenschale kann

als Verblendschale in Sichtmauerwerk oder als verputzte Vormauerschale ausgeführt werden

und bildet das optische Erscheinungsbild des Gebäudes. Beide Schalen und die

Zwischenschicht im Verbund bestimmen die bauphysikalische Gebrauchstauglichkeit der

zweischaligen Mauerwerkskonstruktion.

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Die Abb. 9.5 zeigt die Unterscheidung der Konstruktionsarten in zweischalige Außenwände

mit Luftschicht und zusätzlicher Wärmedämmung und mit Kerndämmung. Aufgrund der

zweischaligen Bauweise beträgt der Brandwiderstand in der Regel ≥ F 180 (zukünftig

REI 180 nach [49]).

Abb. 9.5: Zweischaliges Mauerwerk für Außenwandkonstruktionen nach [18]

Die Vorsatzschale ist durch Drahtanker mit der tragenden Wandschale zu verbinden. Die

Anzahl der Verbindungsmittel ist vom Ankerdurchmesser abhängig und beträgt üblicherweise

5 bis 7 Stück/m². Dabei soll der lotrechte Abstand das Maß von 25 cm und der waagrechte

Abstand 75 cm nicht überschreiten. Es gibt Tendenzen, die Vorsatzschale neben den

genannten Möglichkeiten in größeren Abständen zu verankern. Der Vorteil einer

beispielsweise nur noch geschossweise erfolgenden Montage der Vorsatzschale liegt in der

einfacheren Einbringung der Wärmedämmung.

Die Mauerstärke der Außenschale beträgt 10 bis 12 cm. Sie muss in bestimmten vertikalen

Abständen durch Horizontalauflagerungen abgefangen werden, wobei dieser Abstand bei

einer Mauerstärke von # 12 cm ein Maß von 6 m nicht überschreiten darf und der

Höhenabstand der Auflagerungen bei einer Mauerstärke von 12 cm etwa 12 m ausmacht. Die

Gesamthöhe der Vorsatzschale ist dabei bei einer Mauerstärke von # 12 cm mit 20 m

begrenzt. Derartige Auflagerungen werden üblicherweise aus nichtrostendem Stahl industriell

vorgefertigt und in ein Bauteil aus Stahlbeton, d.h. etwa in die Decke, einbetoniert bzw.

angeschraubt.

Zweischaliges Mauerwerk

mit Luftschichtund Wärmedämmung

mit Kerndämmung Betonwand mit Luftschichtund Wärmedämmung

mit Luftschicht,Wärmedämmungund verputzter Vorsatzschale

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Die Außenschale kann aber auch als selbstständig tragende Wand ausgeführt werden. In

diesem Fall ist die Wand für ihr Eigengewicht und die Windlasten zu berechnen, die

Mauerstärke beträgt dabei mindestens 12 cm. Aufgrund der auftretenden Windlasten ist in der

Regel jedoch eine Stärken von 17 cm vorzusehen. Die horizontale Verankerung der Schalen

kann bei dieser Wandkonstruktion in größeren Abständen, d.h. etwa geschossweise erfolgen,

da beide Schalen selbsttragend ausgeführt sind. Allerdings ist auf die Anordnung senkrechter

Dehnungsfugen zu achten, deren Abstände sich nach den klimatischen Bedingungen und der

Art der Baustoffe richtet.

Die Fugenbreiten werden in der Regel mit 15 bis 25 mm gewählt, da sich größere

Fugenabstände nur schwer verschließen lassen. Die vertikalen Bewegungsfugen im

Verblendmauerwerk können nur dann ohne Fugenverschluss ausgeführt werden, wenn die

Hintermauerung sowie eventuell vorhandene Dämmschichten z.B. durch Luftschichten oder

Abdeckfolien dauerhaft gegen Wassereintritt geschützt werden. Anderenfalls kommen

Fugendichtungsmassen und Dichtungs- oder Abdeckprofile als Schutzmaßnahmen zur

Anwendung.

9.2.4.3 Nicht tragendes Mauerwerk

Nicht tragende Außenwände aus Mauerwerk finden bei der Ausfachung von Fachwerk-,

Skelett- und Schottenbauweisen aus Stahlbeton, Stahl oder Holz Anwendung. Sie können

sowohl ein- als auch zweischalig ausgeführt werden, wobei der minimale Wandquerschnitt

von einschaligen, außen verputzten Wänden 12 cm und jener von zweischaligen

Wandkonstruktionen 10 cm (= Vorsatzschale) + 12 cm (= innere, tragende Wandschale)

beträgt. In Österreich findet diese Konstruktionsweise im Wohnbau kaum Anwendung, daher

wird darauf im vorliegenden Bericht nicht im Detail eingegangen.

9.2.5 Massive Deckenkonstruktionen

Im Wohnbau kommen heute vor allem Stahlbetondecken, vor Ort betoniert oder als Fertigteil

versetzt, zum Einsatz. Der Brandwiderstand von Stahlbetondecken beträgt bei einer

Mindestdicke von 15 cm und 4 cm Mindestbetondeckung ≥ F 180 (zukünftig REI 180 nach

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[49]). Es werden auch Rippenträgerdecken-Systeme sowie Stahlbetonrippendecken

ausgeführt. Der Brandwiderstand von 16,5 cm dicken Rippenträgerdecken-Systemen (ohne

Putz und Estrich) ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]). Diese Klassifikation wird auch von

Stahlbetonrippendecken mit einer Mindestrippenbreite von 12 cm und einer

Mindestbetondeckung von 3 cm erfüllt.

9.3 Konstruktionssysteme in der Holzbauweise

Das statische Zusammenwirken der vertikalen und horizontalen Bauteile in der Holzbauweise

wird durch die Verbindung der Holzelemente zu einem Tragwerk und dessen Aussteifung

erreicht.

Abb. 9.6: Gliederung der Holzbausysteme im Wohnbau nach [14]

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Holzbauweisen unterteilen sich, bedingt durch ihre Konstruktion, Herstellung und ihr

Erscheinungsbild, grundsätzlich in folgende Systeme:

• Rippenbauweise

• Skelettbauweise

• Massivholzbauweise

• Mischformen.

Die Abb. 9.6 zeigt eine generelle Gliederung der relevanten Holzbauweisen und deren

Untergruppen im Wohnbau (siehe auch Abb. 1.4 im 4. Teilbericht des Forschungsprojektes -

„Einfluss der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko“).

In weitere Folge werden die in der Abb. 9.6 dargestellten Holzbauweisen im Wohnbau

genauer dargestellt.

9.3.1 Rippenbauweise

Bei der Holzrippenbauweise (auch als Rahmenbauweise bezeichnet) handelt es sich um das

zur Zeit weltweit verbreitetste Konstruktionssystem im Holzbau. Bei dieser Konstruktionsart

bestehen die Bauteile aus tragenden Rippen oder Ständern, die mit einer aussteifenden oder

knicklängenreduzierenden Beplankung versehen werden, die die waagrechten Lasten in

Wandebene abtragen (Scheibenwirkung). Ständer und Beplankung bilden dabei im Verbund

ein System, welches ein Vielfaches der Tragfähigkeit gegenüber der Einzeltragfähigkeit der

Konstruktionsbestandteile besitzt. Die Platten werden mit dem Holztragsystem überwiegend

durch mechanische Verbindungsmittel, in der Regel Nägel, Klammern oder Schrauben,

teilweise aber auch durch Verleimen, verbunden. Als Konstruktionsraster, d.h. als Abstand

der Steher, Deckenbalken und Sparren, wird vielfach ein Maß von 62,5 cm angesetzt. Zur

Verbesserung des Wärmeschutzes und Schallschutzes werden in die Konstruktionshohlräume

zwischen den Holzstehern Dämmstoffe eingebracht.

Der Holzrippenbau wird bei beschränktem Vorfertigungsgrad als Holzrahmenbauweise

bezeichnet. Dabei werden die Wand- und Deckentafeln nur einseitig beplankt oder vor Ort

gefertigt.

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Bei den Rahmenbauten ist die in der Abb. 9.7 dargestellte Stockwerkbauweise mit

konsequentem geschossweisem Abbund am gebräuchlichsten, bei der die Wände und Decken

eines Geschosses als Montageebene für das darüber liegende Geschoss dienen.

Abb. 9.7: Systemskizze Rahmenbauweise

Je nach Grad der Vorfertigung kann die Holzrippenbauweise in die Tafelbauweise und in die

Raumzellenbauweise gegliedert werden (siehe Kapitel 9.3.1.1 und 9.3.1.2). Sonderformen

stellen die für Amerika typischen Bauweisen des Balloon Framing und Platform Framing dar

(siehe Kapitel 9.3.1.3 und 9.3.1.4). Auf die genannten Varianten der Rahmenbauweise wird

nachfolgend genauer eingegangen.

9.3.1.1 Tafelbauweise

Bei der Tafelbauweise handelt es sich um eine Abart der Rahmenbauweise. Die

Konstruktionselemente stimmen mit jenen der Rahmenbauweise überein, dieses

Holzbausystem weist allerdings einen höheren Präfabrikationsgrad auf. Die in der Regel

allseitig geschlossenen Wand- und Deckentafeln werden industriell vorgefertigt und auf der

Baustelle nur noch montiert. Durch die werksmäßige Produktion der Bauteile unter geeigneten

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Montagebedingungen, d.h. bei richtiger Luftfeuchte und Temperatur, sind Elemente mit

großer Genauigkeit möglich.

Die Tafelbauweise kann in die Kleintafel- und in die Großtafelbauweise unterteilt werden,

wobei die Größe der Tafeln sowohl vom Verwendungszweck als auch von den Transport- und

Montagemöglichkeiten abhängig ist. Bei der Kleintafelbauweise bilden mehrere geschosshohe

Tafeln mit einer Breite von 1,00 m bis 1,25 m ein Wandelement. Aufgrund ihrer geringen

Abmessungen können Kleintafeln ohne großen Aufwand auf die Baustelle transportiert und

versetzt werden. Elemente der Großtafelbauweise werden grundsätzlich in Standardgrößen

angeboten, sie können aber auch individuell gefertigt werden. Da ein einziges vorgefertigtes

Wandelemente die Höhe mehrerer Geschosse haben kann, müssen Großtafeln als

Sondertransport auf die Baustelle geliefert und mit Hilfe von Kränen versetzt werden, d.h.

dem Vorteil der schnelleren Montagezeit steht der Nachteil der hohen Kosten für die teuren

Geräte gegenüber.

Die Abb. 9.8 zeigt den Unterschied der Kleintafel- und Großtafelbauweise, wobei es sich hier

in beiden Fällen um geschosshohe Konstruktionen handelt. Bei der Kleintafelbauweise

werden mehrere Tafeln zu einem Wandelement zusammengesetzt, während bei der

Großtafelbauweise nur ein Element pro Wand benötigt wird. Den beiden Systemen

gemeinsam ist, dass die Fenster- und Türöffnungen in den vorgefertigten Wandelementen

bereits vorgesehen sind.

Abb. 9.8: Systemskizze Tafelbauweise

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9.3.1.2 Raumzellenbauweise

Die in Abb. 9.9 dargestellte Raumzellenbauweise ist die Rahmenbauweise mit dem größten

Präfabrikationsgrad. Dieses Konstruktionssystem setzt sich aus steifen, horizontalen und

vertikalen Rahmen und Tafeln zusammen, die unter idealen Bedingungen im Werk

vorgefertigt und zu passgenauen Raumeinheiten zusammengesetzt werden. Bei der

Raumzellenbauweise unterscheidet man zwischen ein- bis vierseitig offenen

Raumzellensystemen und vollständig geschlossenen Raumzellen, die inklusive aller

Installationen vorgefertigt und auf der Baustelle nur noch versetzt werden. Die Vorteile liegen

neben der kurzen Bauzeit darin, dass sich die Einheiten leicht demontieren und versetzen

lassen, wodurch sie sich beispielsweise für temporäre Bauten eignen. Nachteile der

Raumzellenbauweise sind die stark eingeschränkte Planungsfreiheit und ein hoher

Transportaufwand.

Abb. 9.9: Systemskizze Raumzellenbauweise

9.3.1.3 Balloon Framing

Das Balloon Framing ist ein für die amerikanische Holzbautradition typisches

Konstruktionssystem, das im Entwicklungsverlauf zwischen der Ho lzskelettbauweise und der

Rahmenbauweise einzuordnen ist. Das Wandgerippe wird auf der Baustelle aus Stützen, die in

einem sehr engen Abstand von 30 bis 40 cm aufgestellt und ausschließlich über Nagelung

verbunden werden, gebildet. Es gibt keine Differenzierung zwischen dem statischen

Tragsystem und der Ausfachung, d.h. die Tragkonstruktion kann nur in Kombination mit

flächigen Holzwerkstoffen, z.B. Sperrholz- oder Gipskartonplatten, statisch wirksam werden.

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Beim Balloon Framing werden die Stützen über mehrere Geschosse durchlaufend ausgeführt

(siehe Abb. 9.10). Während der Montage werden sie mit eingelassenen Bohlen provisorisch

ausgesteift, um ein Kippen oder Ausbeulen der sehr schlanken Querschnitte zu verhindern.

Anschließend erfolgt durch sogenannte Geschossbalken eine Unterteilung der Stützen in Höhe

der Deckenebenen. Diese Geschossbalken dienen als Anschlaghilfe bei der Befestigung der

Deckenbalken, auf die in einem letzten Arbeitsschritt eine flächenwirksame Beplankung zur

horizontalen Aussteifung genagelt wird.

Kennzeichnend für das Balloon Framing ist der hohe Holzverbrauch aufgrund der engen

Stützenabstände sowie die spezifische schräge Nagelung der Pfosten an die Querwände. Aus

diesen Gründen und aufgrund des geringen Brandwiderstandes hat sich diese

Konstruktionsweise in Österreich nicht durchgesetzt. Eine Modifizierung des Systems stellt

die Holzrahmenbauweise dar, auf die bereits in Kapitel 9.3.1 eingegangen wurde.

Abb. 9.10: Systemskizze Balloon Framing

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9.3.1.4 Platform Framing

Beim Platform Framing handelt es sich um ein Holzbausystem, das wie das Balloon Framing

in Amerika entwickelt wurde. Das Tragwerk besteht aus Holzstäben mit sehr kleinen

Querschnitten, die in einem Abstand von 30 bis 40 cm angeordnet sind und ausschließlich

durch Nagelung verbunden werden. Es gilt die Tragwirkung über die Fläche, d.h. durch den

Verbund des Traggerüsts mit der Beplankung in Form von flächigen Holzwerkstoffen oder

diagonalen Schalungen wird ein statisch wirksames System geschaffen.

Im Gegensatz zum Balloon Framing werden die Stützen beim Platform Framing nur

geschosshoch ausgeführt und mit dem horizontalen Randbalken (Rähm) und den

Deckenbalken verbunden, um eine Arbeitsebene für das darüber liegende Geschoss zu

schaffen. Anschließend werden die Stützen für das nächste Geschoss auf die im Verbund mit

den Deckenbalken wirkende, zur horizontalen Aussteifung dienende, Bretter- oder Plattenlage

neu aufgesetzt. Die Abb. 9.11 zeigt die Möglichkeit, aufgrund der ausschließlich

geschosshoch ausgeführten Stützen Vor- und Rücksprünge, Loggien, etc. auszubilden.

Die Bauweise des Platform Framing ist ebenso wie das System des Balloon Framings wegen

des hohen Holzverbrauchs, der Verbindungsform der Nagelung und des mangelhaften

Brandschutzes in Österreich nicht gebräuchlich.

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Abb. 9.11: Systemskizze Platform Framing

9.3.2 Skelettbauweise

Die Skelettbauweise unterteilt sich in die Fachwerkbauweise als Untergruppe des historischen

Skelettbaus und in die ingenieurmäßige Skelettbauweise. Diese folgt in moderner Weise dem

traditionellen Fachwerkbau.

Die Lastabtragung erfolgt bei der Skelettbauweise über ein System aus vertikalen und

horizontalen stabförmigen Holzelementen, die in einem größeren Achsabstand als bei der

Rippenbauweise angeordnet werden. Die Primärtragstruktur kann über ein oder mehrere

Geschosse geführt werden und wird durch horizontal oder vertikal angebrachte Verbände

ausgesteift. Die horizontale Aussteifung erfolgt über Windrispen, diagonale Zugbänder oder

über aussteifende Scheiben aus plattenförmigen Werkstoffen bzw. Diagonalschalungen. Die

vertikale Aussteifung kann über diagonale Zugbänder, Holzdiagonalen, schubfeste

Wandscheiben oder massive Kerne im Gebäude, d.h. durch Stiegenhäuser oder

Sanitäreinheiten in Massivbauweise, erreicht werden. Die Lasten des raumabschließenden

Sekundärtragwerks werden vom Primärtragsystem aufgenommen und in die Fundamente

abgeleitet.

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Für den Geschosswohnbau ist die Skelettbauweise aufgrund der Planungsfreiheit durch die

unbelasteten Wände und der damit verbundenen weitgehenden Flexibilität und Variabilität bei

der Grundrissanordnung geeignet. Die geringe Brandsicherheit und die durch den geringeren

Vorfertigungsgrad implizierten höheren Baukosten erklären, warum die Skelettbauweise

sowohl im nationalen als auch im internationalen Vergleich deutlich hinter der Rippenbau-

weise zurücksteht.

Je nach Art der Herstellung unterteilt sich die Skelettbauweise in die Fachwerkbauweise und

in die ingenieurmäßige Skelettbauweise, die in Folge in den Kapiteln 9.3.2.1 und 9.3.2.2

genauer erklärt werden.

9.3.2.1 Fachwerkbauweise

Der Fachwerkbau zählt neben dem Blockbau zu den ältesten Holzbauweisen. Dabei handelt es

sich um ein geschossweise abgebundenes und in sich steifes System. Schwellen-, Ständer- und

Diagonalhölzern bilden das Tragsystem, wobei jeder Holzstab zur Kraftableitung dient. Durch

die Verbindung der Holzstäbe mittels zimmermannsmäßiger Holzverbindungen entstehen

tragende, geschosshohe Wandelemente, die durch diagonal angeordnete Hölzer zu Scheiben

ausgebildet werden. Diese Wandscheiben bilden im Verbund mit den Tram- oder

Balkendecken das Traggerüst (siehe Abb. 9.12). Die Herstellung mehrgeschossiger Gebäude

erfolgt bei der Fachwerkbauweise durch das Übereinandersetzen der Wände und Decken,

wobei die Deckenbalken der unteren Wandscheibe mit den Fußschwellen der Wandscheibe

des darüber liegenden Geschosses verbunden werden.

Zur Erzielung des Raumabschlusses wird das Traggerüst mit nichttragenden Materialien

ausgefüllt. Diese sogenannten Gefache wurden früher aus Holzgeflecht oder Feldsteinen,

später aus Mauerwerk oder Putz gestaltet. Aus Gründen des Wärmeschutzes werden die

Gefache heute in der Regel zweischalig ausgeführt, d.h. die äußere Verkleidung hat für die

innenliegende Dämmschicht nur noch die Schutzfunktion einer Haut.

Sämtliche Öffnungen beim Fachwerkbau müssen in den Bereichen zwischen dem Traggerüst

angeordnet werden. Dabei sind große Auswechslungen zu vermeiden, weil diese immer eine

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Schwächung des statischen Systems bzw. unökonomische Konstruktionsverstärkungen zur

Folge haben.

Die Herstellung von traditionellen zimmermannsmäßigen Holzverbindungen führt zu

Querschnittsschwächungen, die beispielsweise bei Blattverbindungen die Hälfte der

jeweiligen Querschnittshöhe der beiden gestoßenen Holzstäbe betragen können. Um die

Lastaufnahme zu gewährleisten müssen die Holzstäbe daher konstruktiv und nicht statisch

berechnet werden. Die konstruktive Bemessung und die daraus resultierende

Überdimensionierung der Holzquerschnitte macht den Fachwerkbau zu einer

unwirtschaftlichen Konstruktionsweise. Im modernen Fachwerkbau werden heute verstärkt

ingenieurmäßige Verbindungsmittel verwendet, die eine wirtschaftlichere Dimensionierung

der Querschnitte ermöglichen.

Die Abb. 9.12 zeigt ein weiteres Problem der Fachwerkbauweise auf. Bei der Errichtung von

mehrgeschossigen Gebäuden kommt es aufgrund des Aufeinanderschichtens mehrerer

Konstruktionshölzer zu sehr hohen Eigenlasten und somit zu Durchbiegungen. Diese können

nur durch eine entsprechende Bemessung der Holzquerschnitte mit daraus resultierender

Erhöhung der Material- und somit auch der Baukosten auf ein verträgliches Maß reduziert

werden. Die Brandlast wird dadurch jedoch deutlich erhöht.

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Abb. 9.12: Systemskizze Fachwerkbauweise

9.3.2.2 Ingenieurmäßige Skelettbauweise

Die ingenieurmäßige Skelettbauweise ist die unmittelbare Weiterentwicklung der

Fachwerkbauweise. Wie bei der traditionellen Konstruktionsweise des Fachwerkbaus

beschränkt sich die Präfabrikation auf den Abbund der Einzelteile mit der Vorbereitung der

mechanischen Verbindungsmittel, die eine relativ rasche Montage des Skelettbaus auf der

Baustelle ermöglichen. Die Gebäudehülle kann durch vorgefertigte Tafelelemente in

Rahmenbauweise oder in einer anderen Fertigungsweise, die das Traggerüst verkleidet,

gebildet werden.

Skelettbauweisen sind auf einem Grundmodul aufgebaut, wobei der Abstand der Stützen

zwischen 2,40 bis 4,80 m variiert. Aus einem Vielfachen des Grundmoduls wird ein

Konstruktionsraster, das eine variable Grundrissanordnung zulässt, entwickelt.

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Bewertung der Gesamtkonstruktion

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Je nach Ausführung und Stellung der Stützen und Träger sowie der damit verbundenen

Knotenausbildungen unterteilt sich der ingenieurmäßige Skelettbau in folgende Bauweisen

(siehe Abb. 9.6):

• Zangenbauweise

• Pfosten-Riegel-Konstruktion

• Bauweise der geteilten Stütze

• Bauweise Träger auf Stütze

Zangenbauweise

Bei der Zangenbauweise wird ein gerichtetes System von Stützen und Trägern geschaffen.

Die Träger werden in Form von doppelten horizontal angeordneten Balken, den Zangen,

ausgeführt. Diese Zangen umschließen die über mehrere Geschosse durchlaufenden Stützen

seitlich, wodurch die Herstellung einer allseitig durchlaufenden Auskragung möglich ist

(siehe Abb. 9.13).

Abb. 9.13: Systemskizze Zangenbauweise

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Zur Anordnung der Fassade gibt es 3 Möglichkeiten: Die Wände können im Bereich der

äußeren Zange, in der Ebene der Stützen oder im Bereich der inneren Zange bzw. der normal

zu den Zangen verlaufenden Nebenträger situiert werden. Durch die Festlegung der

Wandposition entscheidet der Architekt, ob die gesamte Tragkonstruktion oder Teile davon in

der Innen- bzw. Außenansicht sichtbar bleiben oder durch Wände verkleidet werden.

Die Abb. 9.13 zeigt das Tragsystem der Zangenbauweise mit Situierung der Wände auf der

Ebene der inneren Zangen bzw. Nebenträger. Die brandschutztechnischen Schwachpunkte der

Konstruktion sind unter anderem in der ingenieurmäßigen Ausbildung der Zangenverbindung

zu sehen, welche im allgemeinen keinen hohen Brandwiderstand aufweist.

Pfosten-Riegel-Konstruktion

Bei dieser Bauweise wird ein ungerichtetes System mit gleichmäßigem, ökonomisch

gewähltem Stützenabstand geschaffen. Die Lastabtragung erfolgt dabei zu gleichen Teilen

über die horizontal angeordneten Riegel und über die Stützen, die bei dieser Konstruktion als

Pfosten bezeichnet werden und über mehrere Geschosse durchlaufend angeordnet werden.

Die Wandteile liegen innerhalb der Pfosten-Riegel-Ebene, d.h. die Tragstruktur bleibt unter

der Voraussetzung, dass die Wandstärke der Pfostenstärke entspricht, sichtbar. Aus wärme-

und brandschutztechnischer Sicht ist das heute im Regelfall nicht mehr möglich, da zur

Erfüllung dieser Forderung unökonomische Pfostenquerschnitte nötig wären. Durch neue

Konstruktionstechnologien erzielbare größere Spannweiten für Deckenträger können die

vorgenannten Einschränkungen aufheben, da zur Aufnahme der höheren Lasten aus dem

Deckentragwerk größer dimensionierte Pfostenquerschnitte nötig sind.

Ein Problem bei dieser Konstruktionsweise ist der hohe Fugenanteil, der durch die innerhalb

der Pfosten-Riegel-Ebene liegenden Wandteile entsteht. Die Anschlusspunkte müssen sowohl

aus schall- und wärmeschutztechnischer, als auch aus brandschutztechnischer Sicht sorgfältig

konstruktiv gelöst werden.

Die in der Abb. 9.14 gezeigte Pfosten-Riegel-Konstruktion eignet sich für zweigeschossige

Bauten sowie für untergeordnete Bauten (Pergolen, Terrassen, etc.).

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Abb. 9.14: Systemskizze Pfosten-Riegel-Konstruktion

Bauweise der geteilten Stütze

Die Abb. 9.15 zeigt, dass es sich bei der Bauweise der geteilten Stütze um die Umkehrung des

Prinzips der Zangenkonstruktion handelt, d.h. die durchlaufenden horizontalen Träger liegen

zwischen den zangenartig geteilten Stützen. Die Stützen sind über mehrere Geschosse

durchlaufend angeordnet und können zwei- oder vierteilig ausgeführt sein. Der Vorteil der

vierteiligen Stützenkonstruktion liegt darin, Hauptträger in zwei Richtungen anordnen zu

können, wodurch Auskragungen in beide Richtungen möglich sind. Allerdings impliziert die

Bauweise der geteilten Stütze einen hohen Holzverbrauch, da die Einzelstäbe meist

überdimensioniert sind.

Die Fassadenebene kann unabhängig vom Tragwerk angeordnet werden. Die Wände werden

entweder in der Ebene der äußeren Stützen, zwischen den inneren und äußeren Stützen oder in

der Ebene der inneren Stützen situiert. Durch die Fixierung der Wandposition entscheidet der

Architekt, ob das Konstruktionssystem in der Innen-, der Außenansicht oder in beiden

Ansichten sichtbar bleibt oder durch eine Beplankung verkleidet wird. Durch horizontale und

vertikale Aussteifungen in Form von Decken- oder Wandscheiben, Windrispen, diagonalen

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Zugbändern oder Holzdiagonalen entsteht ein in sich steifes statisches System. Die Lage der

Aussteifungsebenen wird hierbei von der Anordnung der Fassadenebene beeinflusst.

Die Abb. 9.15 zeigt die Situierung der Fassade in der Ebene zwischen der inneren und der

äußeren Stütze, wodurch die Stützen sowohl in der Innen- als auch in der Außenansicht

sichtbar bleiben, was aus Gründen des Brandschutzes denkbar ungünstig ist. Die

Aussteifungselemente werden in diesem Fall auf der Außenseite der Wand sichtbar

angebracht.

Abb. 9.15: Systemskizze Bauweise der geteilten Stütze

Bauweise Träger auf Stütze

Bei der in Abb. 9.16 dargestellten Bauweise Träger auf Stütze handelt es sich um ein

gerichtetes System von Stützen und Trägern. Durch Diagonalverbände in den Systemachsen

oder durch in das System integrierte Wandscheiben bzw. Bodenflächen wird ein in sich

steifes statisches System geschaffen.

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Der Vorteil dieser Konstruktionsweise liegt in der reduzierten Systemabhängigkeit, da die

Haupt- und Nebenträger in einer Ebene liegen und die Stützen nur eingeschossig sind. Die

Kraftübertragung erfolgt über Stahllaschen, die den Kraftfluss von den Trägern in die Stützen

gewährleisten. Im Gegensatz zur Zangenkonstruktion sind Auskragungen bei der Bauweise

Träger auf Stütze in nur eine Richtung, nämlich in die Richtung der Hauptträger, möglich.

Brandschutztechnisch ist diese Konstruktion, wegen der verwendeten ingenieurmäßigen

Verbindungen (z.B. Stahllaschenverbindungen) als problematisch anzusehen.

Abb. 9.16: Systemskizze Träger auf Stütze

9.3.3 Massivholzbauweise

9.3.3.1 Blockbauweise

Die traditionelle Blockbauweise stellt eine Massivbauweise innerhalb des Holzbaus dar. Das

Konstruktionssystem ist flächig und ungerichtet und die Konstruktionselemente übernehmen

im Gegensatz zur Skelettbauweise sowohl tragende als auch raumabschließende Funktion.

Während bei der ursprünglichen Blockbauweise rohe, waagrecht liegende Rundhölzer

verwendet wurden, kommen heute profilierte Massivhölzer als Bauteile zur Anwendung.

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Der Vorteil der Blockbauweise liegt in den günstigen wärmetechnischen Eigenschaften des

Holzes, wodurch der U-Wert einer Blockbauwand den U-Wert einer Steinwand gleicher Dicke

um das Vierfache übertrifft. Der hohe Holzverbrauch wirkt sich hingegen vor allem auf die

Baukosten und den Brandschutz nachteilig aus. Die Lastaufnahmefähigkeit der Wände ist in

gleichem Maße von der Passgenauigkeit der Fugen zwischen den Konstruktionselementen und

vom Abstand der aussteifenden Querwände abhängig. Sie ist aber grundsätzlich sehr gering,

wodurch die Errichtung von maximal 2 Geschossen möglich ist. Für den mehrgeschossigen

Wohnbau hat die in Abb. 9.17 gezeigte Blockbauweise daher keine Relevanz. Sie findet

vorwiegend für den Bau von Wochenend- und Fertigteilhäusern oder für untergeordnete

Bauten Anwendung.

Abb. 9.17: Systemskizze Blockbauweise

9.3.3.2 Brettstapelbauweise

Brettstapelelemente sind massive, flächige Elemente aus Seitenware, den 36 bis 40 mm

dicken Anschnittresten des Stammholzes. Diese Seitenware, die in jedem Holzwerk anfällt,

wird nach dem Trocknen üblicherweise gehobelt und anschließend mit versetzten Stößen zu

massiven Holzbauteilen aneinandergeleimt oder -genagelt. Die Brettstapelelemente, die pro

Kubikmeter nur etwa ein Drittel des Vollholzpreises kosten, bilden die Primärkonstruktion für

Wände, Decken und Dächer und können je nach Anforderung roh belassen, isoliert oder

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verkleidet werden. Des weiteren werden die Elemente als Bestandteile von Holz-Beton-

Verbunddeckensystemen eingesetzt.

Ein Vorteil des Systems ist das bauphysikalische Verhalten. Durch die große flächige

Holzmasse kann mit etwa 2 bis 4 cm weniger Wärmedämmung derselbe U-Wert erreicht

werden wie mit den üblichen Konstruktionen der Holzbauweise. Zudem gewährleistet die

Bauweise eine gute Speicherfähigkeit und hohen Schallschutz.

Brandschutztechnisch ist dieses System eher von Nachteil, weil die verleimten Holzbauteile

im Feuer auseinanderreißen und die Feuerausbreitung in die Konstruktion ermöglichen,

wohingegen das Ablöschen des Brandes dadurch behindert wird bzw. kaum möglich ist.

Die Abb. 9.18 zeigt einen Holzträger in Brettstapelbauweise sowie ein noch roh belassenes

Brettstapelelement als Primärkonstruktion für eine Decke.

Abb. 9.18: Brettstapelbauweise nach [32]

Die Tragkonstruktion einer Brettstapeldecke besteht aus Vollholzplatten, die als Brettstapel

ausgeführt sind. Meist wird die Unterseite sichtbar gelassen und oben mit einem

entsprechenden Deckenaufbau versehen, um den bauphysikalischen Anforderungen zu

genügen. Die kostengünstigste Deckenvariante ergibt sich, wenn die Brettstapeldecken auch

auf der Oberseite sichtbar belassen und nach der Montage abgeschliffen und versiegelt

werden. In die einzelnen Bretter kann beim Hobeln noch ein zusätzliches Profil eingefräst

werden, so dass die Eigenschaften einer Akustikdecke erreicht werden. Durch die Profilierung

der Untersicht, welche eine Vergrößerung der Oberfläche und somit einen größeren Beitrag

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zum Brand und eine raschere Brandausbreitung mit sich bringt, verschlechtern sich die

brandschutztechnischen Eigenschaften des Bauteils.

Bei Brettstapelwänden bestehen die tragenden und nichttragenden Wände ebenfalls aus

Vollholzplatten, die als Brettstapel gefertigt sind. Die Brettstapelelemente werden gehobelt

und aus Kostengründen auf der Innenseite häufig sichtbar gelassen, wodurch der Brandschutz

allerdings erheblich verringert wird. Um einen besseren Schallschutz zu erreichen, können

nichttragende Innenwände einseitig beplankt werden. Bei Außenwänden ist aus

bauphysikalischer Sicht ebenfalls ein entsprechender Wandaufbau nötig (siehe Abb. 9.19).

Abb. 9.19: Horizontalschnitt durch Brettstapelwände nach [7]

Die Holz-Beton-Verbunddecke stellt eine weitere Konstruktionsweise dar, die mit

Brettstapelelementen ausgeführt werden kann. Um die mechanischen Eigenschaften der

Werkstoffe optimal auszunützen, befindet sich das Holz in der Zug- und der Beton in der

Druckzone. Die Verbindung der beiden Baustoffe erfolgt durch eingefräste Kerben im Holz

und gleichzeitiger Verankerung mit Spezialdübeln, wobei die Querkraft von den Kerben vom

Beton auf das Holz übertragen wird. Die Dübel übernehmen die auftretenden Zugkräfte und

sie werden vor Entfernen der Abstützung vorgespannt, um dadurch die Verformungen durch

das Schwinden des Betons stark zu reduzieren. Innerhalb der Kerben und senkrecht zu den

Holzelementen kann eine leichte Armierung eingelegt werden, damit eine Lastverteilung quer

zur Decke gewährleistet wird.

Die Abb. 9.20 zeigt eine Axonometrie durch die unterschiedlichen Aufbauten einer Holz-

Beton-Verbunddecke.

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Abb. 9.20: Holz-Beton-Verbunddecke nach [25]

9.3.4 Mischformen

Unter Mischformen werden Bauweisen des Holzbaus verstanden, die Vorteile der Rippen-,

Skelett- bzw. Massivholzbauweise vereinen. Als Beispiel einer Mischform von

Rahmenbauweise und Massivbauweise is t die Blocktafelbauweise anzuführen, ein Beispiel

für eine Mischform von Rahmenbauweise und Skelettbauweise ist der modifizierte

Holzrahmenbau.

9.4 Verbindungen im Holzbau

Die Fähigkeit eines Tragwerkes, Lasten aufzunehmen und abzuleiten ist abhängig von der

Festigkeit und der Steifigkeit der einzelnen Tragelemente und der Verbindungen dieser

Elemente untereinander. Wie im weiteren Verlauf des Berichtes noch des öfteren gezeigt

wird, hat die Ausführung der Bauteilanschlüsse in der Massivbauweise in der Regel keinen

maßgeblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion. Im Vergleich dazu

stellen die Verbindungen im Holzbau eine bauweisenimmanente Gefahrenstelle für das

gesamte Tragsystem dar.

Holzkonstruktionen werden aus Bauteilen zusammengebaut, die in der Werkstatt vorgefertigt

und auf der Baustelle zusammengesetzt werden. Verbindungen und Verbindungsmittel

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übertragen dabei an den Knotenpunkten die auftretenden Zug-, Druck- und Querkräfte sowie

die Biegemomente von einem Bauteil zum anderen. Im Holzbau unterscheidet man zwischen

zimmermannsmäßig und ingenieurmäßig gefertigten Verbindungen.

Mit Hilfe von zimmermannsmäßigen Verbindungen werden stabförmige Holzbauteile, z.B.

Sparren, Deckenbalken oder Pfetten, zu einem Tragwerk zusammengefügt. Die Kräfte werden

dabei durch Druckkontakt und Reibung zwischen den Holzflächen übertragen. Diese

traditionelle, handwerkliche Form der Holzverbindung findet heute nur noch wenig

Verwendung, da sie mit deutlich größerem Arbeitsaufwand, d.h. auch mit höheren Kosten,

verbunden ist. Ein weiterer Nachteil liegt in der Schwächung des Holzquerschnittes bei der

Fertigung zimmermannsmäßiger Verbindungen, da die zu verbindenden Hölzer hierfür

teilweise bis zur Hälfte des jeweiligen Querschnitts ausgenommen werden müssen. Um die

Lastabtragung trotzdem sicherzustellen ist eine konstruktive anstatt einer statischen

Bemessung der Holzstäbe nötig, wodurch es zu einer Überdimensionierung der Querschnitte

und zu damit implizierten höheren Materialkosten kommt.

Sobald durch zimmermannsmäßige Verbindungen nicht nur Druck- sondern auch Zugkräfte

zwischen den Holzelementen übertragen werden sollen, lassen sich die Querschnitte wegen

der geringen Spaltzugfestigkeit des Holzes nicht ausnutzen. Aus diesem Grund wurden im

Laufe des 20. Jahrhunderts ingenieurmäßige Verbindungsmittel entwickelt, die in

ausreichender Entfernung vom Knotenpunkt den Kraftfluss aus dem Holzquerschnitt in das

Verbindungsmittel und über dieses in den anschließenden Holzquerschnitt weiterleiten.

Durch die Verwendung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln lässt sich ein hoher

Präfabrikationsgrad in der Werkstatt und ein geringer Arbeitsaufwand auf der Baustelle

erzielen. Weiters können unter Einsatz dieser Hilfsmittel aus Stahl, Gusseisen oder

Aluminium auch komplizierte räumliche Verbindungen hergestellt werden. Die metallischen

Verbindungen haben jedoch den Nachteil, dass sie sich im Brandfall rasch aufheizen und nach

wenigen Minuten Feuereinwirkung Temperaturen von bis zu 500°C erreichen, d.h. ihre

Tragfähigkeit ist sehr rasch erschöpft.

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9.4.1 Systematik der Verbindungsformen

9.4.1.1 Zimmermannsmäßige Verbindungsformen

Zimmermannsmäßige Holzverbindungen sind beispielsweise die Stossverbindung,

Blattverbindung, Verkämmung, Zapfenverbindung, Versatz, Verzahnung, Schwalben-

schwanz, Kerve oder die Spundung. Die Tab. 9.1 gibt einen Überblick über die handwerklich

gefertigten Verbindungsformen, wobei für jede Verbindungsform exemplarisch eine der

möglichen Ausführungsweisen gezeigt wird.

Tab. 9.1: Zimmermannsmäßige Holzverbindungen

In Folge wird auf die Anwendungsbereiche der dargestellten Verbindungstechniken bei den in

Kapitel 9.3 beschriebenen Holzbausystemen eingegangen. Im Kapitel 2.3.2 werden die

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gebräuchlichsten zimmermannsmäßigen Verbindungen hinsichtlich ihres Verhaltens unter

Brandeinwirkung genauer betrachtet.

9.4.1.2 Ingenieurmäßige Verbindungsformen

Unter ingenieurmäßigen Verbindungsformen sind Verbindungen durch Nageltechniken,

Holzschrauben, Bolzen, Stabdübel, Dübel, Stahlbleche und Stahlblechformteile, Zugstab-

systeme aus Stahl und Aluminium und geklebte Verbindungen zu verstehen. Die Tab. 9.2

zeigt eine Übersicht über Ausführungsvarianten von ingenieurmäßigen Verbindungen.

Tab. 9.2: Ingenieurmäßige Holzverbindungen

In weiterer Folge wird auf die Anwendungsbereiche der dargestellten Verbindungstechniken

bei den in Kapitel 9.3 beschriebenen Holzbausystemen eingegangen. Im Kapitel 2.3.2 werden

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die ingenieurmäßigen Verbindungsmittel in Bezug auf ihr Verhalten unter

Brandbeanspruchung genauer betrachtet.

9.4.2 Verbindungen der Rahmenbauweise

Die Verbindungen der Rahmenkonstruktion erfolgen vor allem durch ingenieurmäßige

Verbindungsmittel, wobei Nägel, Klammern, Schrauben und in einigen Fällen auch die

Verleimung zur Anwendung kommen. Die statische Wirksamkeit der Konstruktion wird

dabei einerseits über den engen Stützenabstand, andererseits durch die aussteifende

Beplankung erreicht.

Die Abb. 9.21 zeigt einen Eckanschluss bei der Rahmenbauweise. Da das obere Geschoss in

diesem Fall nicht auskragend ausgeführt ist, schließen Deckenträger, Schwellen und

Unterzüge (Rähm) bündig mit der Stütze ab. Die stabförmigen Holzelemente werden durch

Nagelverbindungen zu einem Traggerüst verbunden, auf dem im nächsten Arbeitsschritt

mittels Nagelung die Beplankung angebracht wird.

Abb. 9.21: Eckanschluss bei der Rahmenbauweise nach [32]

Die Abb. 9.22 zeigt den Fußpunkt der Rahmenkonstruktion. Der Anschluss der massiven

Bodenplatte an die Holzkonstruktion erfolgt über eine Stahlblechplatte, deren Pratze in das

Fundament einbetoniert wird. Der aus der Gründung herausragende Teil der Stahlblechplatte

verbindet das Fundament mit dem vorgefertigten, bereits einseitig beplankten Wandelement,

indem durch die vorgebohrten Löcher der Stahlblechplatte Nägel in die Holzstütze

eingeschlagen werden.

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Abb. 9.22: Fußpunktanschluss bei der Rahmenbauweise nach [32]

9.4.2.1 Verbindungen beim Platform Framing und Balloon Framing

Bei beiden Bauweisen wird die statische Wirksamkeit über den engen Pfostenabstand und die

aussteifende Wirkung der Beplankung erreicht. Die Verbindung der Hölzer erfolgt dabei

ausschließlich über Nageltechniken, indem die Hölzer entweder seitlich oder über ein

Stirnholz miteinander vernagelt werden.

Die Abb. 9.23 zeigt den Deckenanschluss beim Balloon Framing. Die Stützen werden bei

dieser Konstruktionsweise über mehrere Geschosse durchlaufend ausgeführt. Die

sogenannten Geschossbalken werden zur Unterteilung der Stützen in jeder Deckenebene an

diese genagelt. Sie bilden das Auflager bzw. den Anschlag für die in Folge aufgelegten

Deckenbalken, die durch Nagelung mit den Stützen verbunden werden. Um eine horizontale

Aussteifung des Systems zu erreichen, wird auf die Deckenbalken im Anschluss eine

flächenwirksame Plattenlage genagelt.

Abb. 9.23: Deckenanschluss beim Balloon Framing nach [32]

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Die Abb. 9.24 zeigt die Ausführung eines Eckanschlusses beim Balloon Framing. Die

Deckenbalken werden auf die in jeder Ebene angebrachten Geschossbalken aufgelegt und

durch Nagelung verbunden. Durch die aussteifende horizontale und vertikale Beplankung, die

ebenfalls ausschließlich mittels Nägel verbunden werden, wird ein statisch wirksames System

gebildet. Der Brandwiderstand dieser Verbindungen ist naturgemäß nur gering.

Abb. 9.24: Eckanschluss beim Balloon Framing nach [32]

9.4.3 Verbindungen der Skelettbauweise

9.4.3.1 Fachwerkbauweise

Bei der Fachwerkbauweise werden nach wie vor traditionelle, zimmermannsmäßige Ver-

bindungen verwendet. Sämtliche handwerklichen Verbindungen lassen sich mit ent-

sprechenden Blechteilen jedoch auch ingenieurmäßig ausführen.

Die Abb. 9.25 zeigt die zimmermannsmäßige Eckverbindung bei der Fachwerkbauweise.

Dabei wird die Eckverbindung der Schwellen (Rähm) durch eine Ecküberblattung mit

schrägem Schnitt ausgeführt, in manchen Fällen kann sie auch mit geradem Schnitt oder als

haken- oder schwalbenschwanzförmige Ecküberblattung gefertigt werden. Die Deckenbalken

werden mit den Schwellen durch Eckverkämmungen verbunden, die ein Verschieben und

Verkanten der Holzstäbe verhindern. Die Verbundwirkung der Schwellen mit den Pfosten

wird durch eine Zapfenverbindung erreicht, die die gebräuchlichste Winkelverbindung im

zimmermannsmäßigen Holzbau darstellt.

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Abb. 9.25: Eckanschluss bei der Fachwerkbauweise nach [32]

Die Abb. 9.26 zeigt den Anschluss eines Deckenbalkens an die Schwellen, die durch die

zimmermannsmäßige Verbindungsform der Verkämmung ausgeführt wird. Die Verbindung

der horizontal liegenden Schwellen an die vertikalen Pfosten wird durch Zapfen erreicht.

Abb. 9.26: Deckenanschluss bei der Fachwerkbauweise nach [32]

9.4.3.2 Verbindungen der ingenieurmäßigen Skelettbauweise

Zangenbauweise

Die Zangenbauweise wird dem ingenieurmäßigen Skelettbau zugeordnet. Um die Last-

abtragung zu garantieren sind Verbindungen ohne technische Hilfsmittel nicht möglich.

Die Abb. 9.27 zeigt den Anschluss der Nebenträger an die Hauptträger. Die Hauptträger

werden in Form von doppelten, horizontal angeordneten Balken, den Zangen, ausgeführt. Auf

diese Zangen werden im rechten Winkel dazu einteilige Nebenträger aufgelegt, die durch

beidseitig am Querschnitt montierte Winkelbleche mit den Haupt-trägern verbunden und mit

Bolzen gesichert werden.

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Abb. 9.27: Trägeranschluss bei der Zangenbauweise nach [32]

Die Abb. 9.28 zeigt den Anschluss der Stütze an die Zangen und Nebenträger. Bei der

Zangenbauweise werden die Stützen durchlaufend ausgeführt und durch die in jeder

Deckenebene geführten Zangen beidseitig umschlossen. Die Verbindung der horizontal

laufenden Hauptträger mit den Stützen erfolgt durch Dübel, die jeweils zwischen der Stütze

und den Zangen angebracht und mit Bolzen in ihrer Lage gesichert werden. Die Verbindung

der Hauptträger mit den aufliegenden Nebenträgern wird ebenfalls durch Dübelverbindungen,

die mit Bolzen fixiert werden, ausgeführt.

Abb. 9.28: Anschluss der Haupt- und Nebenträger an die Stütze bei der Zangenbauweise nach [32]

Pfosten-Riegel-Konstruktion

Die Verbindungen erfolgen bei dieser Bauweise ingenieurmäßig, als Verbindungsmittel

werden z.B. Balkenschuhe, Stahlwinkel oder eingeschlitzte T-Profile, die mit Stabdübeln

gesichert werden, verwendet. Die Abb. 9.29 zeigt den Anschluss der horizontalen Riegel an

die Stütze, der nach allen vier Richtungen in einer Ebene erfolgen kann. Zur Herstellung

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dieser ingenieurmäßigen Verbindung werden in alle vier Riegel Stahlblechformteile in Form

von Hakenplatten eingeschlitzt und in die Gegenstücke eingehängt, die zuvor in die Stütze

eingelassen wurden. Die Sicherung der Verbindung erfolgt durch Stabdübel.

Abb. 9.29: Anschluss der Riegel an die Stütze bei der Pfosten-Riegel-Konstruktion nach [32]

Die Abb. 9.30 zeigt den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Diese Verbindung

kann in einer Ebene erfolgen und wird durch Stahlblechformteile in Form von Winkelblechen

erreicht, die an die Hauptträger geschraubt werden. Anschließend werden auf diese

Winkelbleche die Nebenträger aufgelegt und mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert.

Abb. 9.30: Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger bei der Pfosten-Riegel-Konstruktion nach [32]

Konstruktion der geteilten Stütze

Um den Kraftfluss von den horizontalen Trägern in die zangenartig geteilten Stützen zu

gewährleisten, sind bei dieser Konstruktionsweise technische Verbindungsmittel unbedingt

erforderlich. Die Abb. 9.31 zeigt den Anschluss einer zweiteiligen, zangenartigen

Stützenkonstruktion an den Hauptträger. Die über mehrere Geschosse reichenden Stützen

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laufen in jeder Deckenebene seitlich an den Hauptträgern vorbei und werden mittels Dübeln

mit diesen verbunden. Die Lagesicherung dieser ingenieurmäßigen Verbindungstechnik

erfolgt durch Bolzen.

Abb. 9.31: Anschluss der Stütze an den Hauptträger bei der Konstruktion der geteilten Stütze nach [32]

Die Abb. 9.32 zeigt den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Dieser erfolgt

konventionell durch Winkelbleche, die an der Oberseite des horizontal verlaufenden

Hauptträgers und an den Seitenflächen der ebenfalls horizontal verlaufenden, normal dazu

liegenden Nebenträger angebracht werden.

Abb. 9.32: Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger bei der Konstruktion der geteilten Stütze nach [32]

Bauweise Träger auf Stütze

Die Verbindungen bei dieser Bauweise erfolgen ausschließlich ingenieurmäßig, da ansonsten

der Kraftfluss von den horizontal liegenden Trägern in die Stützen, die jeweils nur über ein

Geschoss laufen, nicht gewährleistet wäre.

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Die Abb. 9.33 zeigt den Anschluss des Hauptträgers an die Stützen und an die Nebenträger.

Dafür werden in die Hauptträger im Rasterabstand der Stützen Stahlplatten eingelassen und

mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert. Diese Stahlplatten kragen sowohl auf der Unterseite als

auch auf der Oberseite des Trägerquerschnitts aus diesem heraus. Die Hauptträger werden

durch das Einschieben dieser Platten in die geschosshohen, an den Stossflächen

eingeschlitzten Stützen verbunden. Als Lagesicherung dient auch in diesem Fall die

Bolzenverbindung.

Abb. 9.33: Anschluss des Hauptträgers an die Nebenträger und die Stützen bei der Bauweise Träger auf Stütze nach [32]

Die Abb. 9.34 zeigt noch einmal den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Diese

Verbindung der Bauteile kann in einer Ebene erfolgen, indem die Nebenträger auf die zuvor

an die Hauptträger geschraubten Winkelbleche aufgelegt werden. Die Verbindung wird

mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert. Auf die brandschutztechnischen Nachteile dieser

Konstruktion wird in Kapitel 2.3.2 eingegangen.

Abb. 9.34: Anschluss der Nebenträger an die Hauptträger bei der Bauweise Träger auf Stütze nach [32]

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Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz

9.4.4 Verbindungen der Massivholzbauweise

9.4.4.1 Verbindungen der Blockbauweise

Bei der Blockbauweise erfolgen die Verbindungen in der Regel zimmermannsmäßig. Sowohl

die Verbindungen der Wände an die Decken als auch die Verbindungen der Innenwände an

die Außenwände können systemkonform als Verkämmung ausgeführt werden. Alle anderen

Verbindungen, z.B. die Verbindung der Innenwände können mit Hilfe von technischen

Hilfsmitteln ausgeführt werden.

Die Abb. 9.35 zeigt den Anschluss der Außenwand an die aussteifende Querwand. Die

Verbindung der Massivhölzer der Blockbauweise erfolgt dabei durch die handwerkliche Form

der Verkämmung. Zu beachten ist in diesem Fall die Querschnittsschwächung, die durch

diese Form der Verbindung auftritt.

Abb. 9.35: Wandanschluss bei der Blockbauweise nach [32]

Da die Verbindungen oft einen kritischen Punkt beim Verhalten von Holz im Brandfall

darstellen, wird in Kapitel 2.3.2 detailliert auf das Brandverhalten der unterschiedlichen

Holzverbindungen eingegangen werden und eine Analyse der möglichen Schwachstellen im

Brandfall erfolgen. Diese Analyse ist deshalb erforderlich, weil die Prüfung des

Brandwiderstandes von Bauteilen nach ÖNORM B 3800, Teil 2 im wesentlichen unter

Vernachlässigung der Bauteilanschlüsse erfolgt, d.h. die Holzwände oder -decken werden

jeweils einzeln geprüft. Die Prüfung der jeweiligen Anschlüsse ist zwar grundsätzlich

erforderlich, wird in der Praxis jedoch nur selten durchgeführt. Im Gegensatz zur

Massivbauweise, bei der die Anschlüsse aufgrund der Konstruktion in der Regel

kraftschlüssig sind und auch den Raumabschluss sicherstellen, ist dieses bei den

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Holzleichtbaukonstruktionen nicht der Fall, d.h. weder die Kraftübertragung noch der

Raumabschluss sind im Brandfall an den Bauteilgrenzen sichergestellt.

Dieser Sachverhalt hat unter anderem dazu geführt, dass für die Anwendung von F 60

(zukünftig REI 60 nach [49]) -Holzkonstruktionen in Deutschland eine spezielle bauauf-

sichtliche Richtlinie („Entwurf der Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforder-

ungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise (Muster-

Holzbaurichtlinie – M-HbauRL) [35]) erarbeitet wurde, welche kurz vor der Einführung als

Technische Baubestimmung steht. In dieser Holzbaurichtlinie ist vor allen Dingen das

Problem der Bauteilanschlüsse, Bauteilfugen und Verbindungselemente behandelt.