Logik der Konstruktion - Vorabversion · DIN 1055-6 (2005-03) Einwirkungen auf Silos und...

Grundlagen des Entwerfens und Konstruierens Logik der Konstruktion ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Technische Universität Berlin Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Verbundstrukturen 1

Logik der Konstruktion - Vorabversion


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Inhaltsverzeichnis Logik der Konstruktion - Vorabversion ................................................................................... 1 6 Einführung ........................................................................................................................... 3 7 Einwirkungen auf Bauwerke .............................................................................................. 4

7.1 Normensituation ....................................................................................................... 4 7.2 Lastformen ............................................................................................................... 5 7.3 Eigengewicht und Ausbaulasten .............................................................................. 5

7.3.1 Eigenlasten nach DIN 1055-1:2002-06 ..................................................................... 6 7.3.2 Beispiele zum Eigengewicht ................................................................................... 13

7.4 Verkehrslasten ........................................................................................................ 14 7.4.1 Lotrechte Nutzlasten ............................................................................................... 14 7.4.2 Lasten auf Dächer .................................................................................................... 16 7.4.3 Verminderung der vertikalen Nutzlasten ................................................................ 17 7.4.4 Horizontale Nutzlasten ............................................................................................ 18

7.5 Wind ....................................................................................................................... 19 7.5.1 Geschwindigkeitsdruck q ........................................................................................ 19 7.5.2 Vereinfachte Annahme für den Geschwindigkeitsdruck ........................................ 21 7.5.3 Aerodynamische Beiwerte ...................................................................................... 23

7.6 Schnee .................................................................................................................... 35 7.7 Sonstige Beanspruchungen .................................................................................... 42

7.7.1 Lotabweichung ........................................................................................................ 42 7.7.2 Erddruck .................................................................................................................. 44 7.7.3 Beispiele weitere Einwirkungsarten ........................................................................ 45

8 Eigenschaften wichtiger Baustoffe ................................................................................... 46 8.1 Stahl ........................................................................................................................ 46

8.1.1 Allgemeines ............................................................................................................. 46 8.1.2 Übliche Querschnittsformen von Stahlprofilen ....................................................... 47

8.2 Holz ........................................................................................................................ 48 8.2.1 Allgemeines ............................................................................................................. 48 8.2.2 Struktur und Wuchseigenschaften (DIN 4074) ....................................................... 48 8.2.3 Vollholz ................................................................................................................... 49 8.2.4 Konstruktionsvollholz ............................................................................................. 49 8.2.5 Brettschichtholz (BSH) ........................................................................................... 50 8.2.6 Holzwerkstoffe ........................................................................................................ 50 8.2.7 Holzfeuchte und Nutzungsklassen .......................................................................... 52 8.2.8 Klassen der Lasteinwirkungsdauer .......................................................................... 54 8.2.9 Festigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Faserrichtung .................................. 56 8.2.10 Sortierung von Bauholz ........................................................................................... 57 8.2.11 Charakteristische Werte für Vollholz und Brettschichtholz.................................... 58 8.2.12 Modifikation der Festigkeit von Holz in Abhängigkeit von der Holzfeuchte und der

Belastungsdauer ..................................................................................................... 59 8.3 Mauerwerk ............................................................................................................. 62

8.3.1 Baustoffe ................................................................................................................. 62 8.3.2 Mauerwerksverbände .............................................................................................. 69 8.3.3 Ausführung .............................................................................................................. 69 8.3.4 Bemessung .............................................................................................................. 73 8.3.5 Druckfestigkeiten für den Gebrauchsspannungsnachweis ...................................... 73 8.3.6 Schubfestigkeit nach DIN 1053 Teil 1 .................................................................... 78

8.4 Konstruktionsbeton ................................................................................................ 79


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6 Einführung

Der Vorlesungsteil „Logik der Konstruktion“ vermittelt die zum Entwurf, Konstruktion und zur Bemessung eines Tragwerks notwendigen Grundlagen. Es wird auf die materialspezifischen Besonderheiten bei der Bemessung der gebräuchlichsten Werkstoffe eingegangen. Die Vorlesung „Grundlagen des Entwerfen und Konstruierens“ räumt den Ausführungen zur Holzbauweise vergleichsweise viel Platz ein. Damit kann der Planungsablauf vom Vorentwurf bis zur Ausführungsplanung am Beispiel des Werkstoffes Holz dargestellt und von den Studierenden in Hausarbeiten, Seminaren und bei der Bearbeitung Ihres Entwurfes selbständig nachvollzogen werden. Die Werkstoffe Stahl und Konstruktionsbeton werden ausführlicher in den Vorlesungen „Konstruktiver Ingenieurbau I-III“ vorgestellt.


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7 Einwirkungen auf Bauwerke

7.1 Normensituation DIN 1055 Teil 100 regelt den grundsätzliche Umgang mit Einwirkungen auf Tragwerke und basiert auf dem Nachweisverfahren mit Teilsicherheitsbeiwerten (semiprobabilistisches Sicherheitskonzept).

Tabelle 7.1: Normen zur Bestimmung von Einwirkungen

Norm Titel DIN 1055 Einwirkungen auf Tragwerke DIN 1055-1 (2002-06) Wichten und Flächenlasten von Baustoffen, Bauteilen und Lagerstoffen DIN 1055-2 (Entwurf 2003-02) Bodenkenngrößen DIN 1055-3 (2006-03) Eigen- und Nutzlasten für Hochbauten DIN 1055-4 (2005-03) Windlasten DIN 1055-5 (2005-07 ) Schnee- und Eislasten DIN 1055-6 (2005-03) Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter DIN 1055-7 (2002-11) Temperatureinwirkungen DIN 1055-8 (2003-01) Einwirkungen während der Bauausführung DIN 1055-9 (2003-08) Außergewöhnliche Einwirkungen DIN 1055-10 (2004-07) Einwirkungen infolge Krane und Maschinen DIN 1055-100 (2001-03) Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln DIN Fachbericht 101 (2003-03) Einwirkungen auf Brücken DIN EN 1990 (2000-10) Grundlagen DIN EN 1991 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1991-1 Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1991-1-1 (2002-10) Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau DIN EN 1991-1-2 (2003-09) Brandeinwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1991-1-3 (2004-09) Schneelasten DIN EN 1991-1-3 / NA1 Nationales Anwendungsdokument zu den Schneelasten (Entwurf) DIN EN 1991-1-4 (2005-07) Windlasten DIN EN 1991-1-4 / NA Nationales Anwendungsdokument zu den Windlasten (Entwurf) DIN EN 1991-1-5 (2004-07) Temperatureinwirkungen DIN EN 1991-1-6 (2005-09) Einwirkungen während der Ausführung DIN EN 1991-1-7 (2007-02) Außergewöhnliche Einwirkungen DIN EN 1991-2 Verkehrslasten auf Brücken DIN EN 1991-3 Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter

DIN EN 1991-4 Einwirkungen aus Kränen und anderen Maschinen Kräfte, die von außen auf die Teile eines Bauwerks einwirken und keine Reaktionskräfte sind, werden Lasten genannt. Bei der Zusammenstellung der Lasten verwendet man üblicherweise folgende Einteilung:


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Ständig wirkende Lasten: − Eigenlast des Tragwerks − Nach Art und Ort feststehende Ausbaulast Nicht ständig wirkende Lasten: − Ausbaulast mit unbestimmten Einbauort − Lasten aus Umwelteinwirkungen (Schnee, Wind, Erddruck) − Nutzlasten und Betriebslasten Während die Eigenlast des Tragwerks und die nach Art und Ort feststehende Ausbaulast in ihrer jeweiligen Größe berechnet und angesetzt werden, kann für Ausbaulasten mit unbestimmtem Einbauort und für Lasten aus Umwelteinwirkung nur mit Ersatzlasten gearbeitet werden. Einwirkungen werden bezüglich ihrer zeitlichen Veränderung eingeteilt in: ständige Einwirkungen (G)

z.B. Eigenlasten veränderliche Einwirkungen (Q)

z.B. Schnee-, Wind-, Verkehrs- und Nutzlasten außergewöhnliche Einwirkungen (A)

z.B. Brandeinwirkung, Erdbeben, Explosion oder Anprall von Fahrzeugen

7.2 Lastformen Kräfte, die auf ein Tragwerk einwirken, können in verschiedenen Formen auftreten:

a) b) c) d)

Bild 7.1: a) Punktlast, Pfeiler/ Stütze, Angabe in kN oder MN.1: b) Linienlast, Sturz, Angabe in kN/m oder MN/m c) Flächenlast, Deckenplatte, Angabe in kN/m² oder MN/m² d) Volumenlast, Fundament, Angabe in kN/m² oder MN/m²

7.3 Eigengewicht und Ausbaulasten Charakteristische Werte der Einwirkungen (Gk und Qk) Der charakteristische Wert ist der wichtigste repräsentative Wert einer Einwirkung, von dem angenommen wird, dass er mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit im Bezugszeitraum unter Berücksichtigung der Nutzungsdauer des Tragwerks und der entsprechenden Bemessungssituation nicht überschritten oder unterschritten wird. Bei den ständigen Einwirkungen handelt es sich um den 95%-Quantilwert. Das bedeutet, dass 95% aller Einwirkungen Werte kleiner oder gleich diesem charakteristischen Wert aufweisen.


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Bei veränderlichen Einwirkungen ist der charakteristische Wert in der Regel so festgelegt, dass er mit einer Wahrscheinlichkeit von 98% innerhalb der Bezugsdauer von einem Jahr (ggf. auch andere Bezugsdauern) nicht überschritten wird. Die charakteristischen Werte sind in den entsprechenden Teilen der Normenreihe DIN 1055 angegeben. Für Einwirkungen, die nicht oder nicht vollständig in Normen oder anderen bauaufsichtlichen Bestimmungen geregelt sind, müssen die charakteristischen Werte in Absprache mit der zuständigen Bauaufsichtsbehörde festgelegt werden. 7.3.1 Eigenlasten nach DIN 1055-1:2002-06 Die im Folgenden aufgeführten Rechenwerte zur Ermittlung der Eigenlasten sind die bezogenen Schwerkräfte aus der Masse der Baustoffe:

gmF ⋅= (7.1)

Die in dieser Norm angegebenen Werte stellen Rechenwerte dar, die nach Möglichkeit im Geltungsbereich nicht überschritten werden sollten. Muss in besonderen Fällen der Rechenwert für Baustoffe mit hohem Feuchtegehalt ermittelt werden, ist dieses durch angemessene Zuschläge zu berücksichtigen. Ist ein Abhebenachweis zu führen, so wird der minimale Wert benötigt, d.h. der Rechenwert muss abgemindert werden. Rechenwerte der Eigenlasten

Tabelle 7.2: Wichten für Mauerwerk nach DIN 1055 T1 (Rechenwerte in kN/m³)

Rohdichte-klasse

0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,8

Wichte a 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 10

Rohdichte-klasse

0,9 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

Wichte a 11 12 14 16 16 18 20 22 24 a Die Werte schließen den Fugenmörtel und die übliche Feuchte ein. Bei Mauerwerksteinen mit der Rohdichteklasse ≤ 1,4 dürfen bei Verwendung von Leicht- und Dünnbettmörtel die charakteristischen Werte um 1 kN/m³ vermindert werden


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Tabelle 7.3: Flächenlasten für Putze ohne und mit Putzträger (Rechenwerte in kN/m²)

Zeile Gegenstand kN/m² 1 Drahtputz (Rabitzdecken und Verkleidungen), 30 mm Mörteldicke aus 2 Gipsmörtel 0,503 Kalk-, Gipskalk- oder Gipssandmörtel 0,60 4 Zementmörtel 0,80 5 Gipskalkputz 6 auf Putzträgern (z.B. Ziegeldrahtgewebe, Streckmetall) bei 30

mm Mörteldicke 0,50

7 auf Holzwolleleichtbauplatten mit einer Dicke von 15mm und Mörtel mit einer Dicke von 20 mm 0,35

8 auf Holzwolleleichtbauplatten mit einer Dicke von 25mm und Mörtel mit einer Dicke von 20 mm 0,45

9 Gipsputz, Dicke 15 mm 0,18 10 Kalk-, Kalkgips- und Gipssandmörtel, Dicke 20 mm 0,35 11 Kalkzementmörtel, Dicke 20 mm 0,40 12 Leichtputz nach DIN 18550-4, Dicke 20 mm 0,30 13 Putz aus Putz- und Mauerbinder nach DIN 4211, Dicke 20 mm 0,40 14 Rohrdeckenputz (Gips), Dicke 20 mm 0,30 15 Wärmedämmputzsystem (WDPS) Dämmputz, 16 Dicke 20 mm 0,24 17 Dicke 60 mm 0,32 18 Dicke 100 mm 0,40 19 Wärmedämmbekleidung aus Kalkzementputz mit einer Dicke von 20 mm und

Holzwolleleichtbauplatten 20 Plattendicke 15 mm 0,49 21 Plattendicke 50 mm 0,60 22 Plattendicke 100 mm 0,80 23 Wärmedämmverputzsystem(WDVS) aus 15 mm dickem bewehrtem Oberputz

und Schaumkunststoff nach DIN V 18164-1 und DIN 18164-2 oder Faserdämmstoff nach DIN V 18165-1 und DIN 18165-2

0,30

24 Zementmörtel, Dicke 20 mm 0,42


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Tabelle 7.4: Beton (Rechenwerte in kN/m³)

Zeile Gegenstand Wichtea kN/m³

1 Leichtbeton Rohdichteklasse

2 0,5 5,0 3 0,6 6,0 4 0,7 7,0 5 0,8 8,0 6 0,9 9,0 7 1,0 10,0 8 1,2 12,0 9 1,4 14,0

10 1,6 16,0 11 1,8 18,0 12 2,0 20,0

13 Stahlleichtbeton Rohdichteklasse

14 0,8 0,9 15 1,0 11,0 16 1,2 13,0 17 1,4 15,0 18 1,6 17,0 19 1,8 19,0 20 2,0 21,0 21 Normalbeton 24,0 22 Stahlbeton 25,0 23 Schwerbeton > 28,0

a Bei Frischbeton sind die Werte um 1 kN/m³ zu erhöhen.


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Tabelle 7.5: Wichten für Holz und Holzwerkstoffe (Rechenwerte in kN/m³)

Zeile Gegenstand Wichte kN/m³ 1 Holza 2 Nadelholz 5,0 3 Laubholz

Festigkeitsklassen 4 D 30 bis D 40 7,0 5 D 60 9,0 6 D 70 11,0 7 Holzwerkstoffe 8 Spanplatten nach DIN 68763 6,0

9 Baufurniersperrholz nach DIN 68705-3 6,0 10 Baufurniersperrholz nach DIN 68705-5 8,0 11 Holzfaserplatten, Typ HFM nach DIN 68754-1 7,0 12 Holzfaserplatten, Typ HFH nach DIN 68754-1 10,0

a Die Werte für die Wichten beziehen sich auf einen halbtrockenen Zustand. Zuschläge für kleine Stahlteile (Verbindungsmittel), Hartholzteile und Anstriche sind enthalten

Tabelle 7.6: Dachdeckung - Teil 1: Flächenlasten für Deckungen aus Dachziegeln, Dachsteinen und Glasdeckstoffen (Rechenwerte in kN/m²)

Zeile Gegenstand Flächenlastena in kN/m²

1 Dachsteine aus Beton mit mehrfacher Fußverrippung und hochliegendem Längsfalz

2 bis 10 Stück/m² 0,50 3 über 10 Stück/m² 0,55 4 Dachsteine aus Beton mit mehrfacher Fußverrippung und tiefliegendem Längsfalz 5 bis 10 Stück/m² 0,60 6 über 10 Stück/m² 0,65 7 Biberschwanzziegel 155 mm x 375 mm und 180 mm x 380 mm und ebene

Dachsteine aus Beton im Biberformat 8 Spließdach (einschließlich Schindeln) 0,60 9 Doppeldach und Kronendach 0,75

10 Falzziegel, Reformpfannen, Falzpfannen, Flachdachpfannen 0,55 11 Glasdeckstoffe bei gleicher

Dachdeckungs-art wie in den

Zeilen 1-9 12 großformatige Pfannen bis 10 Stück/m² 0,50 13 Kleinformatige Biberschwanzziegel und Sonderformate (Kirchen-,

Turmbiber usw.) 0,95

14 Krempziegel, Hohlpfannen 0,45 15 Krempziegel, Hohlpfannen in Pappdocken verlegt 0,55 16 Mönch- und Nonnenziegel (mit Vermörtelung) 0,90 17 Strangfalzziegel 0,60

a Die Flächenlasten gelten, soweit nicht anders angegeben, ohne Vermörtelung, aber einschließlich der Lattung. Bei einer Vermörtelung sind 0,1 kN/m² zuzuschlagen Die Rechenwerte gelten für 1 m2 Dachfläche ohne Sparren, Pfetten und Dachbinder.


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Tabelle 7.7: Dachdeckung - Teil 2: Flächenlasten von Schieferdeckung (Rechenwerte in kN/m²)

Zeile Gegenstand Flächenlasten kN/m²

1 Altdeutsche Schieferdeckung und Schablonendeckung auf 24 mm Schalung, einschl. Vordeckung und Schalung

2 - in einfacher Deckung 0,50 3 - in doppelter Deckung 0,60 4 Schablonendeckung auf Lattung, einschließlich Lattung 0,45

Tabelle 7.8: Flächenlasten von Fußboden- und Wandbelägen (Rechenwerte in kN/m² je cm Dicke)

Zeile Gegenstand Flächenlast je cm Dicke kN/m²/cm

1 Asphaltbeton 0,24 2 Asphaltmastix 0,18 3 Gussasphalt 0,23 4 Betonwerksteinplatten, Terazzo, kunstharzgebundene Werksteinplatten 0,24 5 Estrich 6 Caciumsulfatestrich (Anhydritestrich, Natur-, Kunst- und REAa -

Gipsestrich) 0,22

7 Gipsestrich 0,20 8 Gussasphaltestrich 0,23 9 Industrieestrich 0,24

10 Kunstharzestrich 0,22 11 Magnesiaestrich nach DIN 272 mit begehbarer Nutzschicht bei ein-

oder mehrschichtiger Ausführung 0,22

12 Unterschicht bei mehrschichtiger Ausführung 0,12 13 Zementestrich 0,22 14 Glasscheiben 0,25 15 Gummi 0,15 16 Keramische Wandfliesen (Steingut einschl.Verlegemörtel) 0,19 17 Keramische Bodenfliesen ( Steinzeug und Spaltplatten, einschl.

Verlegemörtel) 0,22

18 Kunststoff - Fußbodenbelag 0,15 19 Linoleum 0,13 20 Natursteinplatten (einschl. Verlegemörtel) 0,30 21 Teppichboden 0,03

a Rauchgasentschwefelungsanlage


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Tabelle 7.9: Dämmstoffe - Platten, Matten oder Bahnen (Rechenwerte in kN/m² je cm Dicke)

Zeile Gegenstand Flächenlast je cm Dicke kN/m²/cm

1 Asphaltplatten 0,22 2 Holzwolleleichtbauplatten nach DIN 1101 3 Plattendicke ≤ 100 mm 0,06 4 Plattendicke ≥ 100 mm 0,04 5 Kieselgurplatten 0,03 6 Korkschrotplatten aus imprägniertem Kork nach DIN 18161-1,

bitumiert 0,02

7 Mehrschicht-Leichtbauplatten nach DIN 1102 unabhängig von der Dicke 8 Zweischichtplatten 0,05 9 Dreischichtplatten 0,09

10 Korkschrotplatten aus Backkork nach DIN 18161-1 0,01 11 Perliteplatten 0,02 12 Polyurethan-Ortschaum nach DIN 18159-1 0,01 13 Schaumglas (Rohdichte 0,07 g/cm³) in Dicken von 4 cm bis 6 cm mit

Pappekaschierung und Verklebung 0,02

14 Schaumkunststoffplatten nach DIN V 18164-1 und DIN 18164-2 0,004 15 Faserdämmstoffe nach DIN V 18165-1 und DIN 18165-2 (z.B. Glas-,

Schlacken-, Steinfaser) 0,01

Tabelle 7.10: Flächenlasten für Gips-Wandbauplatten nach DIN EN 12859 und Gipskartonplatten nach DIN 18180

Zeile Gegenstand Rohdichteklasse

Flächenlast je cm Dicke

kN/m² 1 Porengips - Wandbauplatten 0,7 0,07 2 Gips - Wandbauplatten 0,9 0,09 3 Gipskartonplatten --- 0,09


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Tabelle 7.11: Flächenlasten von Dach- und Bauwerksabdichtungen mit Bitumen- und Kunststoffbahnen sowie Elastomerbahnen (Rechenwerte in kN/m² je Lage)

Zeile Gegenstand Flächenlast kN/m²

Bahnen im Lieferzustand 1 Bitumen- und Polymerbitumen - Dachdichtungsbahn nach DIN 52130

und DIN 52132 0,04

2 Bitumen- und Polymerbitumen - Schweißbahn nach DIN 52131 und DIN 52133 0,07

3 Bitumen - Dichtungsbahn mit Metallbandeinlage nach DIN 18190-4 0,03 4 nackte Bitumenbahn nach DIN 52129 0,01 5 Glasvlies - Bitumen - Dachbahn nach DIN 52143 0,03 6 Kunststoffbahnen, 1,5 mm Dicke 0,02

Bahnen in verlegtem Zustand 7 Bitumen- und Polymerbitumen - Dachdichtungsbahn nach

DIN 52130 und DIN 52132, einschl. Klebemasse bzw. Bitumen- und Polymerbitumen - Schweißbahn nach DIN 52131 und DIN 52133, je Lage

0,07

8 Bitumen - Dichtungsbahn nach DIN 18190-4, einschl. Klebemasse, je Lage 0,06

9 nackte Bitumenbahn nach DIN 52129, einschl. Klebemasse, je Lage 0,04 10 Glasvlies - Bitumen - Dachbahn nach DIN 52143, einschl. Klebemasse,

je Lage 0,05

11 Dampfsperre, einschl. Klebemasse bzw. Schweißbahn, je Lage 0,07 12 Ausgleichsschicht, lose verlegt 0,03 13 Dachabdichtungen und Bauwerksabdichtungen aus Kunststoffbahnen,

lose verlegt, je Lage 0,02

Schwerer Oberflächenschutz auf Dachabdichtungen 14 Kiesschüttung, Dicke 5 cm 1,0


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7.3.2 Beispiele zum Eigengewicht

Dachaufbau Aufbau eines Warmdaches

Bild 7.2: Dachaufbau eines Warmdaches

Bauteil Maße [cm]

Wichten Eigengewicht [kN/m²]

1.+ 2. Dacheindeckung (Falzziegel einschl. Lattung)

--- 0,55 kN/m2 0,55

3. Konterlattung e=80 cm 3 / 5 5 kN/m3 0,03m · 0,05m · 5 kN/m³ / 0,8m = 0,009

4. Unterspannfolie 0,02 kN/m² je Lage

0,02

5. Sparren e=80 cm 8 / 20 5 kN/m³ 0,20m · 0,08m · 5 kN/m³ / 0,8m = 0,1

6. Wärmedämmung (Mineralwolle)

20 0,01 kN/m² je cm Dicke

20 cm · 0,01kN/m² = 0,20

7. Dampfsperre 0,07 kN/m² je Lage

0,07

9. Gipskartonplatten 1,25 0,09 KN/m² je cm Dicke

1,25 · 0,09kN/m² = 0,11

10. Rauhspundschalung 1,0 6 kN/m³ 0,01m · 6kN/m³ = 0,06

11. Lattung e=80 cm 4 / 6 5 kN/m³ 0,04 m · 0,06m · 5kN/m³ / 0,8m = 0,015

∑ gk = 1,13 kN/m²


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7.4 Verkehrslasten

Nutzlasten nach DIN 1055 T3 (10/02) Die Nutzlast ist die veränderliche oder bewegliche Belastung des Bauteils (z.B. Personen, Einrichtungsstücke, unbelastete leichte Trennwände). Demgegenüber ist die ständige Last die Summe der unveränderlichen Lasten, also das Gewicht der tragenden Bauteile und der unveränderlichen, von den tragenden Bauteilen dauernd aufzunehmenden, Lasten. 7.4.1 Lotrechte Nutzlasten Hinweis zu Tabelle 7.12: 1,5 kN/m2 entspricht einer Belastung durch zwei Personen (à 75 kg) auf jedem Quadratmeter der Deckenfläche.


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Tabelle 7.12: Gleichmäßig verteilte lotrechte Nutzlasten für Decken, Treppen, Balkone qk (kN/m2) bzw. Qk (kN)

Zeile Kategorie Nutzung Beispiele qk kN/m2

Qk kN

1

A

A1 Spitzboden Für Wohnzwecke nicht geeigneter, aber zugänglicher Dachraum bis 1,80 m lichter Höhe 1,0 1,0

2 A2 Wohn- und Aufenthaltsräume

Räume mit ausreichender Querverteilung der Lasten; Räume und Flure in Wohngebäuden, Bettenräume in Krankenhäusern, Hotelzimmer einschl. zugehöriger Küchen und Bäder

1,5 ---

3 A3 wie A2, aber ohne ausreichende Querverteilung der Lasten 2,0c 1,0

4

B

B1

Büroflächen, Arbeitsflächen,

Flure

Flure in Bürogebäuden, Büroflächen, Arztpraxen, Stationsräume, Aufenthaltsräume einschl. der Flure, Kleinviehställe

2,0 2,0

5 B2 Flure in Krankenhäusern, Hotels, Altenheimen, Internaten usw.; Küchen und Behandlungsräume einschl. Operationsräume ohne schweres Gerät

3,0 3,0

6 B3 wie B2, jedoch mit schwerem Gerät 5,0 4,0

7

C

C1

Räume, Versammlungs-

räume und Flächen, die der

Ansammlung von Personen dienen

können (mit Ausnahme von unter A, B, D und

E festgeleg-ten Kategorien)

Flächen mit Tischen; z.B. Schulräume, Cafés, Restaurants, Speisesäle, Lesesäle, Empfangsräume 3,0 4,0

8 C2 Flächen mit fester Bestuhlung; z.B. Flächen in Kirchen, Theatern oder Kinos, Kongresssäle, Hörsäle, Versammlungsräume, Wartesäle

4,0 4,0

9 C3

Frei begehbare Flächen; z.B. Museumsflächen, Ausstellungsflächen usw. und Eingangsbereiche in öffentlichen Gebäuden oder Hotels, nicht befahrbare Hofkellerdecken

5,0 4,0

10 C4 Sport- und Spielflächen; z. B: Tanzsäle, Sporthallen, Gymnastik- und Kraftsporträume, Bühnen 5,0 7,0

11 C5 Flächen für große Menschenansammlungen; z.B. in Gebäuden wie Konzertsäle, Terrassen und Eingangsbereiche sowie Tribünen mit fester Bestuhlung

5,0 4,0

12

D

D1

Verkaufsräume

Flächen von Verkaufsräume bis 50 m2 Grundfläche in Wohn-, Büro und vergleichbaren Gebäuden 2,0 2,0

13 D2 Flächen in Einzelhandelsgeschäften und Warenhäusern 5,0 4,0

14 D3 Flächen wie D2, jedoch mit erhöhten Einzellasten infolge hoher Lagerregale 5,0 7,0

15

E

E1 Fabriken und Werkstätten, Ställe, Lagerräu-me und Zugänge, Flächen mit erheblichen

Menschen-ansammlungen

Flächen in Fabrikena und Werkstättena mit leichtem Betrieb und Flächen in Großviehstellen 5,0 4,0

16 E2 Lagerflächen, einschl. Bibliotheken 6,0b 7,0

17 E3

Flächen in Fabrikena und Werkstättena mit mittlerem oder schwerem Betrieb, Flächen mit regelmäßiger Nutzung durch erhebliche Menschenansamm-lungen, Tribünen ohne feste Bestuhlung

7,5b 10,0

18

Td

T1

Treppen und Treppenpodeste

Treppen und Treppenpodeste der Kategorie A und B1 ohne nennenswerten Publikumsverkehr 3,0 2,0

19 T2 Treppen und Treppenpodeste der Kategorie B1 mit erheblichem Publikumsverkehr, B2 bis E sowie alle Treppen, die als Fluchtweg dienen

5,0 2,0

20 T3 Zugänge und Treppen von Tribünen ohne feste Sitzplätze, die als Fluchtweg dienen 7,5 3,0

21 Zd Zugänge, Balkone und Ähnliches

Dachterrassen, Laubengänge, Loggien usw., Balkone, Ausstiegspodeste 4,0 2,0

a Nutzlasten in Fabriken und Werkstätten gelten als vorwiegend ruhend. Im Einzelfall sind sich häufig wiederholende Lasten je nach Gegebenheit als nicht vorwiegend ruhende lasten nach 6.4 einzuordnen. b Bei diesen Werten handelt es sich um Mindestwerte. In Fällen, in denen höhere Lasten vorherrschen, sind die höheren Lasten anzusetzen c Für die Weiterleitung der Lasten in Räumen mit Decken ohne ausreichende Querverteilung auf stützende Bauteile darf der angegebene Wert um 0,5 kN/m² abgemindert werden d Hinsichtlich der Einwirkungskombinationen nach DIN 1055-100 sind die Einwirkungen der Nutzungskategorie des jeweiligen Gebäudes oder Gebäudeteils zuzuordnen


_____________________________________________________________________________________________________


Leichte Trennwände Statt eines genauen Nachweises darf der Einfluss leichter unbelasteter Trennwände bis zu einer Höchstlast von 5 kN/m Wandlänge durch einen gleichmäßig verteilten Zuschlag zur Nutzlast (Trennwandzuschlag) berücksichtigt werden. Ausgenommen sind Wände mit einer Last von mehr als 3 kN/m Wandlänge, die parallel zu den Balken von Decken ohne ausreichende Querverteilung stehen. Hier ist ein genauer Nachweis erforderlich. Als Zuschlag zur Nutzlast ist bei Wänden, die einschließlich des Putzes höchstens eine Last von 3 kN/m Wandlänge erbringen, mindestens 0,8 kN/m², bei Wänden, die mehr als eine Last von 3 kN/m und von höchstens 5 kN/m Wandlänge erbringen, mindestens 1,2 kN/m² anzusetzen. Das Wandgewicht einschließlich Putz ist dabei nach DIN 1055-1 nachzuweisen. Also: − zTW = 0,8 kN/m² für gTW ≤ 3 kN/m Wandlänge − zTW = 1,2 kN/m² für 3 kN/m < gTW ≤ 5 kN/m Wandlänge Bei Verkehrslasten von 5,0 kN/m2 und mehr kann der Zuschlag entfallen. Lasten infolge beweglicher Trennwände müssen als Nutzlast betrachtet werden.

7.4.2 Lasten auf Dächer

Es ist eine Einzellast von 1 kN bemessungsmaßgebend anzuordnen. Die Nutzlast braucht nicht mit Schneelasten überlagert zu werden.

Tabelle 7.13: Nutzlasten für Dächer nach DIN 1055-100

Nutzung Qk [kN]

Kategorie H: nicht begehbare Dächer, außer für übliche Erhaltungsmaßnahmen, Reparaturen 1

Bild 7.3: Nutzlasten für Dächer

Bei auskragenden Bauteilen ist die Einzellast am Kragarmende anzusetzen. Für Dachlatten sind zwei in den äußeren Viertelspunkten angreifende Einzellasten von 0,5 kN anzunehmen. Bei Sparrenabständen bis ca. 1 m ist kein Nachweis von hölzernen Dachlatten erforderlich, wenn sie einen Querschnitt haben, der sich erfahrungsgemäß bewährt hat.

α

Qk = 1 kN


_____________________________________________________________________________________________________


1.

l/2l/4 l/4l

0,5 kN 0,5 kN

Bild 7.4: Ansatz von Einzellasten bei Dachlatten

7.4.3 Verminderung der vertikalen Nutzlasten Verminderung der Nutzlasten in Abhängigkeit der Geschossanzahl Bei der Berechnung von Bauteilen (wie Stützen, Unterzüge, Wandpfeiler, Grundmauern und dergleichen), die die Lasten von mehr als zwei Vollgeschossen aufnehmen, und bei der Ermittlung der entsprechenden Bodenpressung darf die durch Zusammenzählen der Nutzlasten der einzelnen Geschosse sich ergebende Gesamtnutzlast nach folgenden Regeln ermäßigt werden. Die Nutzlasten, die zur Bemessung eines Traggliedes, z.B. einer Wand erforderlich sind, dürfen nach Gleichung (7.2) abgemindert werden:

gesnges q=q ⋅α (7.2)

mit αn = 0,7 +0,6/n wobei n (n>2) die Anzahl der Geschosse oberhalb des belasteten Bauteils ist Die Nutzlasten von Treppen und Treppenpodesten, sowie von Fabriken und Werkstätten, dürfen nicht abgemindert werden. Zu beachten ist weiterhin, dass bei Ermittlung der maßgeblichen Einwirkungskombination die Nutzlast als Summe der Nutzlasten aller Geschosse aufzufassen ist und insgesamt eine unabhängige Einwirkung darstellt. Verminderung der Nutzlasten in Abhängigkeit der Lasteinzugsfläche Bei der Lastweiterleitung auf sekundäre Tragglieder - wie beispielsweise Wände, Stützen, Unterzüge – darf die Nutzlast nach Gleichung (7.3) abgemindert werden:

primärAsekundär q=q ⋅α (7.3)

mit αA = 0,5 +10/A ≤ 1,0 in den Kategorien A, B und Z αA = 0,7 +10/A ≤ 1,0 in den Kategorien C bis E1 und A Einzugsfläche des sekundären Traggliedes in m² (Lasteinflussfläche) Für die Bezeichnung der Kategorien siehe Tabelle 7.12. Eine gleichzeitige Berücksichtigung beider Abminderungen ist nicht zulässig! Es darf jedoch der günstigere Wert α = min (αn, αA) angesetzt werden.


_____________________________________________________________________________________________________


7.4.4 Horizontale Nutzlasten Als horizontale Nutzlasten auf Brüstungen, Geländern und anderen Konstruktionen, die als Absperrung dienen sind die folgenden Horizontallasten anzusetzen: Horizontallast qk in Holmhöhe an Brüstungen, Geländern und Absperrungen: Es ist anzusetzen: H = qk = 0,5 kN/m - bei Absperrungen in Spitzböden, Wohn- und Aufenthaltsräumen,

Büroflächen, Arbeitsflächen, Fluren; - bei Treppen und Treppenpodeste in Wohn-, Aufenthaltsräumen und Büroflächen, Dachterrassen, Balkone, Ausstiegspodeste

1,0 kN/m - bei Absperrungen in Versammlungsräumen, Verkaufsräumen, Fabriken und Werkstätten; - bei Treppen und Treppenpodeste in Krankenhäusern, Hotels, Altenheimen usw.

H

Bild 7.5: Ansatz einer waagerechten Nutzlast


_____________________________________________________________________________________________________


7.5 Wind Windlasten werden als freie, veränderliche Einwirkungen eingestuft. Sie werden in Form von Winddruck und daraus resultierenden Windkräften erfasst. Die Windlast ist unabhängig von der Himmelsrichtung zu berechnen. Der Winddruck auf eine Außenfläche eines Bauwerks wird wie folgt berechnet:

)z(qcw epee ⋅= (7.4)

mit cpe aerodynamischer Beiwert für den Außendruck ze Bezugshöhe für den Außendruck q Geschwindigkeitsdruck 7.5.1 Geschwindigkeitsdruck q Zwischen dem Geschwindigkeitsdruck und der Windgeschwindigkeit besteht folgender Zusammenhang:

²v2

q ⋅ρ

= (7.5)

mit ρ Luftdichte ³m/kg25,1~ρ

Windzonen Die in DIN 1055-4 angegebene Windzonenkarte teilt das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland in vier Windzonen ein. Für die Windzonen sind Windgeschwindigkeiten vref und die entsprechenden Winddrücke qref angegeben (vgl. Bild 7.6). Die Werte für vref sind gemittelte Messwerte, die in 10 m Höhe über dem Boden gemessen wurden und die nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitstheorie nur einmal in 50 Jahren überschritten werden.


_____________________________________________________________________________________________________


Bild 7.6: Windzonenkarte Deutschland

Höhenabhängiger Geschwindigkeitsdruck Das Profil der Windbelastung hängt von der Beschaffenheit des Bodens (Bodenrauhigkeit durch Bebauung und Bewuchs) ab; mit zunehmender Höhe über dem Boden nimmt die Windgeschwindigkeit und damit der Winddruck zu. Geschwindigkeitsdruck q(z) in Abhängigkeit von der Höhe: im Binnenland:

refq5,1)z(q ⋅= für z ≤ 7 m (7.6) 37,0

ref 10zq7,1)z(q ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅= für 7 m < z ≤ 50 m (7.7)


_____________________________________________________________________________________________________


in küstennahen Gebieten sowie auf den Inseln der Ostsee:

refq8,1)z(q ⋅= für z ≤ 4 m (7.8) 27,0

ref 10zq3,2)z(q ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅= für 4 m < z ≤ 50 m (7.9)

auf den Inseln der Nordsee:

2m/kN1,1)z(q = für z ≤ 2 m (7.10) 19,0

ref 10zq5,1)z(q ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅= für 2 m < z ≤ 300 m (7.11)

mit: qref aus Bild 7.6

z Höhe über Gelände

Bei Ermittlung des Geschwindigkeitsdrucks nach der vereinfachten Annahme nach Kapitel 7.5.2 entfällt die Staffelung. 7.5.2 Vereinfachte Annahme für den Geschwindigkeitsdruck Für Bauwerke bis zu einer Höhe von 25 m kann der Winddruck in einer vereinfachten Form bestimmt werden. In Abhängigkeit der Gebäudehöhe wird anhand Tabelle 7.14 ein Geschwindigkeitsdruck ermittelt, der dann als konstanter Wert über die ganze Höhe anzusetzen ist.


_____________________________________________________________________________________________________


Tabelle 7.14: Vereinfachte Geschwindigkeitsdrücke q für niedrige Bauwerke

Windzone Geschwindigkeitsdruck q in kN/m²

h ≤ 10 m 10 m < h ≤ 18 m 18 m < h ≤ 25 m

1 Binnenland 0,5 0,65 0,75

2 Binnenland 0,65 0,80 0,90

Küste und Inseln der Ostsee 0,85 1,00 1,10

3 Binnenland 0,80 0,95 1,10

Küste und Inseln der Ostsee 1,05 1,20 1,30

4

Binnenland 0,95 1,15 1,30

Küste der Nord- und Ostsee und Inseln der Ostsee 1,25 1,40 1,55

Inseln der Nordsee 1,40 - -

Tabelle 7.15 vermittelt einen anschaulichen Vergleich zwischen Windstärke und Windgeschwindigkeit.

Tabelle 7.15: Windstärken und Windgeschwindigkeiten

Windstärke Windgeschwindigkeit in m / s

Bezeichnung

1 0,3 - 1,5 schwacher Wind 2 1,6 - 3,3 schwacher Wind 3 3,4 - 5,4 schwacher Wind 4 5,5 - 7,9 mäßiger Wind 5 8,0 - 10,7 frischer Wind 6 10,8 - 13,8 starker Wind 7 13,9 - 17,1 starker bis stürmischer Wind 8 17,2 - 20,7 Sturm 9 20,8 - 24,4 Sturm 10 24,5 - 28,4 schwerer Sturm 11 28,5 - 32,6 orkanartiger Sturm 12 ≥ 32,7 Orkan


_____________________________________________________________________________________________________


Bezugshöhe zur Ermittlung des Geschwindigkeitsdrucks Der Wert des Geschwindigkeitsdrucks ändert sich nach den Gleichungen (7.6) bis (7.11) mit der Höhe. Bei geneigten Dächern sowie Flachdächern wird über die gesamte Dachfläche ein konstanter Geschwindigkeitsdruck q(ze) angesetzt. Als Bezugshöhe ze wird die größte Höhe des Daches angesetzt. 7.5.3 Aerodynamische Beiwerte Die Außendruckbeiwerte cpe für Bauwerke und Bauteile hängen von der Größe der Lasteinzugsfläche A ab. In den Tabellen der DIN 1055-4 sind deshalb die aerodynamischen Beiwerte für eine Lasteinzugsfläche von 1 m² (cpe.1) bzw. von 10 m² (cpe,10) angegeben. Die Werte für Lasteinzugsflächen kleiner als 10 m² sind jedoch nur für Nachweise von Verankerungen von Bauteilen zu verwenden, in dem Fall ist der Beiwert nach Gleichung (7.12) bzw. Bild 7.7Bild 7.7 zu ermitteln, ansonsten ist unabhängig von der Größe der Lasteinzugsfläche der Wert cpe,10 zu verwenden.

²m10A²m10A²m1

²m1Afür

cAlog)cc(c

cc

10,pe

1,pe10,pe1,pe

1,pe

pe

>≤<

≤

⎪⎩

⎪⎨

⎧

⋅−+= (7.12)

Bild 7.7: Außendruckbeiwert in Abhängigkeit von der Lasteinzugsfläche A

Vertikale Wände Für die Wände von Baukörpern mit mit rechteckigem Grundriss werden die Außendrücke über die Baukörperhöhe gestaffelt angesetzt. Dazu wird angenommen, dass der Druck in horizontalen Streifen nach über die Streifenhöhe konstant ist. Als Bezugshöhe ze für den Geschwindigkeitsdruck q(ze) des jeweiligen Streifens ist seine Oberkante anzusetzen. Die Staffelung erfolgt in Abhängigkeit des Verhältnisses von Baukörperhöhe zu -breite, h/b, in folgender Weise: - Für Baukörper, für die h ≤ b gilt, wird ein einziger Streifen der Höhe h angenommen - Für Baukörper b < h ≤ 2b wird ein untere Streifen der Höhe b sowie ein oberer Streifen der

Höhe (h - b) angenommen

0,1 1 2 4 8 10 A in m²

cpe

cpe,1

cpe,10


_____________________________________________________________________________________________________


- Für Baukörper h > 2b wird ein unterer Streifen der Höhe b sowie ein oberer Streifen, der Höhe b, der sich von (h - b) bis h erstreckt, angenommen. Der Zwischenbereich wird in eine angemessene Anzahl von weiteren Streifen unterteilt.

Bild 7.8: Staffelung des Geschwindigkeitsdrucks über die Höhe

Die vertikalen Außenflächen werden in 5 Bereiche eingeteilt, für die die Werte cpe,1 und cpe,10 angegeben sind (Bild 7.8 sowie Tabelle 7.16).

h ≤ b

b < h ≤ 2b

h > 2b


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Bild 7.9: Einteilung der Wandflächen bei vertikalen Wänden, mit: e = b oder e = 2 h, der kleinere Wert ist maßgebend b: Abmessung quer zum Wind h: Höhe der belasteten vertikalen Wand

Die Außendruckbeiwerte cpe,1 (ze) und cpe,10 (ze) werden in Tabelle 7.16 für die Bereiche A bis E nach Bild 7.9 angegeben. Die windparallelen Wände werden dabei in maximal drei Bereiche nach Bild 7.8 in Abhängigkeit vom Verhältnis d/h eingeteilt. A, B, C, D und E nach Bild 7.9


_____________________________________________________________________________________________________


werden in Tabelle 7.16 in Abhängigkeit vom Verhältnis h/d angegeben. Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden.

Tabelle 7.16: Außendruckbeiwerte für vertikale Wände rechteckiger Bauwerke

Flachdächer Für Flachdächer (Dachneigung kleiner als 5°) sind die Außendruckbeiwerte in den Bereichen nach der Tabelle 7.17 zu entnehmen. In Bild 7.10 ist e = b oder 2h, der kleinere Wert ist maßgebend.

Bild 7.10: Einteilung der Dachflächen bei Flachdächern

Zone A B C D E

h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

≥ 5 -1,4 -1,7 -0,8 -1,1 -0,5 -0,7 +0,8 +1,0 -0,5 -0,7

1 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1,0 -0,5

≤ 0,25 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,7 +1,0 -0,3 -0,5

Anmerkungen:

Für einzeln, in offenem Gelände stehende Gebäude können im Sogbereich auch größere Sogkräfte auftreten.

Zwischenwerte können linear interpoliert werden

Wind

Wind

Wind

H I

F

G

F

d mit Attika

abgerundeter oder schräger Dachbereich

r

e/2 e/10

e/4

e/4

b

h h

p

ze

ze=

h


_____________________________________________________________________________________________________


Tabelle 7.17: Außendruckbeiwerte für Flachdächer

Bereich

F G H I

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

scharfkantiger Traufbereich -1,8 -2,5 -1,2 -2,0 -0.7 -1,2 +0,2

-0,6

mit Attika

hp/h=0,025 -1,6 -2,2 -1,1 -1,8 -0,7 -1,2

+0,2

-0,6

hp/h=0,05 -1,4 -2,0 -0,9 -1,6 -0,7 -1,2 +0,2

-0,6

hp/h=0,10 -1,2 -1,8 -0,8 -1,4 -0,7 -1,2 +0,2

-0,6

abgerundeter Traufbereich

r/h=0,05 -1,0 -1,5 -1,2 -1,8 -0,4 ± 0,2

r/h=0,10 -0,7 -1,2 -0,8 -1,4 -0,3 ± 0,2

r/h=0,20 -0,5 -0,8 -0,5 -0,8 -0,3 ± 0,2

abgeschrägter Traufbereich

α= 30° -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -0,3 ± 0,2

α= 45° -1,2 -1,8 -1,3 -1,9 -0,4 ± 0,2

α= 60° -1,3 -1,9 -1,3 -1,9 -0,5 ± 0,2

Zwischenwerte können linear interpoliert werden (jedoch nicht bei wechselndem Vorzeichen)


_____________________________________________________________________________________________________


Pultdächer

Bild 7.11: Einteilung der Dachflächen bei Pultdächern

In Bild 7.11 ist e = b oder 2h, der kleinere Wert ist maßgebend.

e/10

e/4 F

G

F

H

e/4

b

Wind

Anströmrichtung Θ = 0° und Θ = 180°

niedrige Traufe

hohe Traufe

Wind

Θ = 0°

h

α

αWind

Θ = 180° h

Anströmrichtung Θ = 90°

b

I

H

G Fhoch Ftief

e/4 e/4

Wind

e/1

0

e/2


_____________________________________________________________________________________________________


Tabelle 7.18: Außenruckbeiwerte für Pultdächer, Anströmrichtung θ=0° bzw. θ=180°

Anströmrichtung θ=0° Anströmrichtung θ=180°

Neigungswinkel α

Bereich Bereich

F G H F G H cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 +0,2 -1,2 -2,3 -2,5 -1,3 -2,0 -0,8 -1,2

15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3

-2,5 -2,8 -1,3 -2,0 -0,9 -1,2 +0,2 +0,2 +0,2

30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2

-1,1 -2,3 -0,8 -1,5 -0,8 +0,7 +0,7 +0,4

45° +0,7 +0,7 +0,6 -0,6 -1,3 -0,5 -0,7

60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,5 -1,0 -0,5 -0,5

75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,5 -1,0 -0,5 -0,5 Zwischenwerte können linear interpoliert werden

(jedoch nicht bei wechselndem Vorzeichen)

Tabelle 7.19: Außendruckbeiwerte für Pultdächer, Anströmrichtung θ=90°

Anströmrichtung θ=90°

Neigungswinkel α

Bereich

Fhoch Ftief G H I

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5° -2,1 -2,6 -2,1 -2,4 -1,8 -2,0 -0,6 -1,2 -0,6 / +0,2

15° -2,4 -2,9 -1,6 -2,4 -1,9 -2,5 -0,8 -1,2 -0.7 -1,2

30° -2,1 -2,9 -1,3 -2,0 -1,5 -2,0 -1,0 -1,3 -0,8 -1,2

45° -1,5 -2,4 -1,3 -2,0 -1,4 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2

60° -1,2 -2,0 -1,2 -2,0 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,7 -1,2

75° -1,2 -2,0 -1,2 -2,0 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,5 Zwischenwerte können linear interpoliert werden

(jedoch nicht bei wechselndem Vorzeichen)


_____________________________________________________________________________________________________


Sattel- und Trogdächer

Bild 7.12: Einteilung der Dachflächen bei Sattel- und Trogdächern e = b oder e = 2h, der kleinere Wert ist maßgebend.

Anströmung Θ=0°

Wind

Wind

H J I G

F

F

Firs

t ode

r Keh

le

e/4

e/4

b

e/10 e/10

Satteldach

Θ=0°

Θ=0°

Wind

Trogdach

hh

α α


b

Wind

I I

H H

F G G F

e/4 e/4

e/10

e/2

Firs

t ode

r Keh

le


_____________________________________________________________________________________________________


Tabelle 7.20: Außendruckbeiwerte für Sattel- und Trogdächer,



Neigungs-winkel α

Bereich

F G H I J

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

-45° -0,6 -0,6 -0,8 -0,7 -1,0 -1,5

-30° -1,1 -2,0 -0,8 -1,5 -0,8 -0,6 -0,8 -1,4

-15° -2,5 -2,8 -1,3 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5 -0,7 -1,2

-5° -2,3 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 -0,6 / +0,2 -0,6 / +0,2

5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2 -0,6 / +0,2 -0,6 / +0,2

15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3

-0,4 -1,0 -1,5 +0,2 +0,2 +0,2

30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2

-0,4 -0,5 +0,7 +0,7 +0,4

45° +0,7 +0,7 +0,6 -0,4 -0,5

60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,4 -0,5

75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,4 -0,5



_____________________________________________________________________________________________________


Tabelle 7.21: Außendruckbeiwerte für Sattel- und Trogdächer, Anströmrichtung θ=90°


Neigungs-winkel α

Bereich

F G H I

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

-45° -1,4 -2,0 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2

-30° -1,5 -2,1 -1,2 -2,0 -1,0 -1,3 -0,9 -1,2

-15° -1,9 -2,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,2 -0,8 -1,2

-5° -1,8 -2,5 -1,2 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6 -1,2

5° -1,6 -2,2 -1,3 -2,0 -0,7 -1,2 -0,6 / +0,2

15° -1,3 -2,0 -1,3 -2,0 -0,6 -1,2 -0,5

30° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,5

45° -1,1 -1,5 -1,4 -2,0 -0,9 -1,2 -0,5

60° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5

75° -1,1 -1,5 -1,2 -2,0 -0,8 -1,0 -0,5



_____________________________________________________________________________________________________


Wind


H G

F M

I

L J

K

F M L

J

e/10

e/4

e/10

b

e/4 e/

10 Wind

Wind

Θ=0°

Θ=90°

α0

α90

h h


e/10 e/10 b

e/10

e/2

Firs

t ode

r Keh

le

e/4 e/4

Wind

G F F

H L L M M

N N

I J J

Walmdächer Bei Walmdächern ist zwischen der Dachneigung und der Neigung der Walmfläche zu unterscheiden. Die Ermittlung der Außendruckbeiwerte erfolgt anhand Tabelle 7.22 für eine Anströmrichtung 0° mit und für eine Anströmrichtung 90° mit.

In Bild 7.13 e = b oder 2h, der kleinere Wert ist maßgebend.

Bild 7.13: Einteilung der Dachflächen bei Walmdächern


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Tabelle 7.22: Außendruckbeiwerte für Walmdächer

0α

bzw.

90α

Anströmrichtung θ =0° und θ =90°

Bereich

F G H I J K L M N

cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

5° -1,7 -2,5 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2 -0,3 -0,6 -0,6 -1,2 -2,0 -0,6 -1,2 -0,4

15° -0,9 -2,0 -0,8 -1,5 -0,3

-0,5 -1,0 -1,5 -1,2 -2,0 -1,4 -2,0 -0,6 -1,2 -0,3 +0,2 +0,2 +0,2

30° -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -0,2

-0,4 -0,7 -1,2 -0,5 -1,4 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2 +0,5 +0,7 +0,4

45° +0,7 +0,7 +0,6 -0,3 -0,6 -0,3 -1,3 -2,0 -0,8 -1,2 -0,2

60° +0,7 +0,7 +0,7 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2

75° +0,8 +0,8 +0,8 -0,3 -0,6 -0,3 -1,2 -2,0 -0,4 -0,2



_____________________________________________________________________________________________________


7.6 Schnee Schneelast auf dem Boden Die Schneelasten werden in Abhängigkeit regionaler Zonen (Schneelastzonen, siehe Bild 7.14) und der Geländehöhe über dem Meeresniveau bestimmt.

Bild 7.14: Schneelastzonenkarte


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Die Ermittlung des charakteristischen Wertes der Schneelast erfolgt je nach Schneelastzone mit den Gleichungen (7.13) bis (7.15) unter Berücksichtigung eines Mindestwertes (Sockelbetrag nach Bild 7.15).

Zone 1: ²m/kN65,0760

140H91,019,0s

2NN

k ≥⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×+= (7.13)

Zone 2: ²m/kN85,0760

140H91,125,0s2

NNk ≥⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×+= (7.14)

Zone 3: ²m/kN10,1760

140H91,231,0s

2NN

k ≥⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

×+= (7.15)

mit:

sk charakteristischer Wert der Schneelast auf dem Boden in kN/m²

HNN Geländehöhe über Meeresniveau in m

Bild 7.15: Charakteristischer Wert der Schneelast sk auf dem Boden

Die charakteristischen Werte in den Zonen 1a und 2a ergeben sich jeweils durch Erhöhung der Werte aus den Zonen 1 und 2 mit einem Faktor 1,25. Die Sockelbeträge werden in gleicher Weise angehoben. Für bestimmte Höhenlagen können sich größere Werte ergeben. Informationen über die Schneelast sind dann von den zuständigen örtlichen Stellen einzuholen.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

Höhe über dem Meeresniveau in m

Schn

eela

st in

kN

/m²

Zone 1

Zone 2

Zone 3 Sockelbeträge (Mindestwerte)

Zone 1: 0,65 kN/m² (bis 400 m ü. d. M)

Zone 2: 0,85 kN/m² (bis 285 m ü. d. M)


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Schneelast auf Dächern

Ausgehend von dem Wert der charakteristischen Schneelast auf dem Boden wird der Wert der Schneelast auf dem Dach nach Gleichung (7.16) ermittelt.

kii ss ⋅μ= (7.16)

mit:

µi Formbeiwert der Schneelast

sk charakteristischer Wert der Schneelast auf dem Boden

Der Formbeiwert μi gilt für ausreichend wärmegedämmte Konstruktionen mit üblicher Dacheindeckung. Der ermittelte Wert si bezieht sich auf die Grundrissprojektion des Daches.

Formbeiwerte

Unter der Voraussetzung, dass der Schnee ungehindert vom Dach abrutschen kann, werden die Formbeiwerte μ1 und μ2 zur Berechnung der Schneeverteilungen für die im Folgenden aufgeführten Dachformen anhand Bild 7.16 bzw. Tabelle 7.23 ermittelt werden.

Bild 7.16: Formbeiwerte für flache und geneigte Dächer

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0 15 30 45 60Dachneigung α

Form

beiw

ert μ

μ1

μ2


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Tabelle 7.23: Formbeiwerte für flache und geneigte Dächer

Dachneigung α 0° < α ≤ 30° 30° < α ≤ 60° α>60°

Formbeiwert μ1 0,8 0,8⋅(60°-α) / 30° 0

Formbeiwert μ2 0,8 + 0,8⋅α / 30° 1,6 1,6

Flach- und Pultdächer Für Flach- und Pultdächer ist eine Volllast nach Bild 7.17 mit μ1 nach Kapitel 7.6 anzusetzen.

Bild 7.17: Schneelast für Flach- und Pultdächer

μ1sk

α


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Satteldächer Von den drei dargestellten Lastfällen a), b) und c) ist der ungünstigste anzusetzen. Die Lastfälle b) und c) berücksichtigen Windverwehungen und Abtaueinflüsse. Sie sind nur maßgebend, wenn das Bauwerk gegenüber ungleicher Lastverteilung empfindlich ist, wie z.B. das verschiebliche Kehlbalkendach. Bei einer Pfettendachkonstruktion entfällt diese Betrachtung.

Bild 7.18: Schneelast für Satteldächer

μ1(α1) ⋅ sk

μ1(α1) ⋅ sk

0,5μ1(α1) ⋅ sk

μ1(α2) ⋅ sk

0,5μ1(α2) ⋅ sk

μ1(α2) ⋅ sk

α1α2

a)

b)

c)


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Höhensprünge an Dächern An Höhensprüngen von Dächern kann es zur Anhäufung von Schnee kommen, deshalb wird bei einem Höhensprung ab 0,5 m nach DIN 1055-5 eine zusätzliche Belastung berücksichtigt, die sowohl Schneeverwehungen als auch das Abrutschen von Schnee vom oberen Dach erfasst.

Bild 7.19: Schneelast an Höhensprüngen

μ1 = 0,8 μ4 = μS+μW μS Formbeiwert der abrutschenden Schneelast μW Formbeiwert für Schneeverwehung Bei Dachneigungen des oberen Daches bis 15° wird die Belastung aus vom oberen Dach abrutschendem Schnee nicht berücksichtigt, bei Dachneigungen über 15° wird μS ermittelt, indem eine Zusatzlast, die aus 50 % der resultierenden Last auf der dem Höhensprung zugewandten oberen Dachseite besteht, entsprechend Bild 7.19 auf lS verteilt wird. Die Schneelast des oberen Daches wird entsprechend dem Kapitel 7.6 ermittelt.

α

h ≥

0,5m

μ 1s k

μ ss k

μ w

sμ 4s k

ls

b1 b2


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Der Formbeiwert der Schneelast aus Verwehung wird mit folgender Gleichung bestimmt:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

μ−⋅γ⋅+

=μs

k

21

W

sh

h2bb

min (7.17)

mit b1, b2, h nach Bild 7.19

γ=2 kN/m3 (Wichte des Schnees).

Die Länge des Verwehungskeils lS kann mit 2⋅h angenommen werden, die Mindestlänge beträgt jedoch 5 m, die Maximallänge 15 m. Die Summe aus den Formbeiwerten der Schneelast für Verwehung und abrutschendem Schnee μ4 muss mindestens 0,8 betragen, ein größerer Wert als 4,0 braucht nicht angesetzt zu werden. Schneeüberhang an der Traufe

Bild 7.20: Schneeüberhang

Der überhängende Schnee an der Traufe muss bei der Bemessung auskragender Bauteile berücksichtig werden. Die Belastung wird in Form einer Linienlast an der Traufe angesetzt und mit nachfolgender Gleichung berechnet:

γ= /sS 2ie (7.18)

mit γ Wichte des Schnees, kann für diese Berechnung zu 3 kN/m³

angenommen werden si charakteristischer Wert der Schneelast

Se


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7.7 Sonstige Beanspruchungen 7.7.1 Lotabweichung Ist bei einem Bauwerk nicht von vornherein erkennbar, dass die räumliche Steifigkeit und Stabilität gesichert sind, so ist ein rechnerischer Nachweis der Standsicherheit der aussteifenden Bauteile erforderlich. Dabei sind auch herstellungsbedingte Maßabweichungen des Systems und ungewollte Außermittigkeiten der lotrechten Lasten zu berücksichtigen. Die Lotabweichung des Systems wird durch den Ansatz einer horizontalen Streckenlast berücksichtigt, welche die rechnerische Schrägstellung des Gebäudes ersetzt. Diese Ersatzbelastung wird über das Momentengleichgewicht bestimmt. Dadurch entsteht eine Querkraft, die infolge der rechnerischen Schrägstellung des Gebäudes eigentlich nicht vorhanden ist Bei einer Schrägstellung um den Winkel

gh1001⋅

±=ϕ (im Bogenmaß) (7.19)

beträgt das infolge der Bauwerkslast N entstehende Einspannmoment

N2

hM g

E ⋅⋅ϕ= (7.20)

Die Kopfauslenkung beträgt gh⋅ϕ .

MM E E

N hg2

hg

qL

N

hg2

.ϕ

ϕ=̂=̂

Bild 7.21: Belastung infolge Lotabweichung


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Gleichgesetzt mit der Momentenbeanspruchung infolge einer Streckenlast und aufgelöst nach qL ergibt sich die horizontale Streckenlast zu

gggL hh100

Nh

Nq⋅⋅

=⋅ϕ

= (7.21)

Für die Ermittlung der Bauwerkslast N gibt es mehrere Möglichkeiten: - Es wird angenommen, dass 1 m3 umbauter Raum 5 kN wiegt. - 10 - 12 kN/m2 Geschossfläche für Mauerwerks-Wohnbau. - Genaue Ermittlung der Gebäudelast mit einer Lasttabelle (Zusammenstellung der gesamten Gebäudelast). Der Lastfall Lotabweichung muss grundsätzlich bei Gebäuden geführt werden, bei denen ein Windnachweis zu führen ist.

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

Kopf

ausl

enku

ng

Lotabweichung

Bild 7.22: Darstellung der Kopfauslenkung in Abhängigkeit von der Höhe


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7.7.2 Erddruck

Jede Hinterfüllung eines Bauwerkes übt einen Druck in vertikaler und in horizontaler Richtung aus. Der vertikale Druck ist das Produkt aus Raumgewicht und Tiefe (Auflast auf den Fundamentüberstand). Für die Bemessung von Kellerwänden ist jedoch der horizontale Druck maßgebend.

Das älteste Verfahren zur Bestimmung des Erddrucks ist das von Coulomb. Obwohl diese Theorie von sehr vereinfachten Annahmen ausgeht, wird sie heute noch zur Berechnung des Erddrucks verwendet.

Verkehrslast p

Sand

p

evg

h

ehp ehg

= Raumgewichtdes anstehendenBodens

= Reibungswinkel

γ

ϕ

Bild 7.23: Erddruckfigur infolge Verkehrslast und Gewicht des anstehenden Boden


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7.7.3 Beispiele weitere Einwirkungsarten

Neben den oben erwähnten Einwirkungen sind abhängig vom Bauwerk und von den geologischen, geographischen und klimatischen Randbedingungen weitere Beanspruchungen zu berücksichtigen, z.B.:

Baugrundsetzungen Temperatur Kriechen und Schwinden Erdbeben Anpralllasten


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8 Eigenschaften wichtiger Baustoffe

8.1 Stahl

8.1.1 Allgemeines Stahl wird im Bauwesen wegen seiner hohen Festigkeit und großen Zähigkeit gerne für schlanke Bauteile mit großen Spannweiten eingesetzt. Er lässt sich auf der Baustelle einfach durch Verschraubungen oder mit Schweißnähten verbinden. Gegen Korrosion muss Stahl durch eine Beschichtung geschützt werden. Nachteilig ist sein hoher Preis und sein Festigkeitsverlust bei Brandeinwirkung. Der Werkstoff Stahl wird im Rahmen der Vorlesungen „Konstruktiver Ingenieurbau I – III“ ausführlich behandelt. Die charakteristischen Werte für Walzstahl und Stahlguss nach DIN 18800 – 1 sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:

Tabelle 8.1: Walzstahl und Stahlguss nach DIN 18800 – 1


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8.1.2 Übliche Querschnittsformen von Stahlprofilen

IPE HEB T-Profile L-Profile U-Profil

Hohlprofile

Bild 8.1: Standardprofile im Stahlbau

IPE: besonders geeignet für Biegeträger

HEB besonders geeignet für Stützen und weitspannende schlanke Biegeträger

Hohlprofile besonders geeignet für Druckglieder (Stützen, Bögen, Druckstäbe in Fachwerken)

T-Profil heute geringe Bedeutung, häufiger in Fassadenkonstruktionen eingesetzt

L-Profil heute geringe Bedeutung, Zugelemente in Fachwerkkonstruktionen


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8.2 Holz

8.2.1 Allgemeines Holz als natürlicher Baustoff ist seit je her durch seine gute Verarbeitbarkeit, seine Regenera-tivität und nicht zuletzt auch durch seine ästhetischen Vorteile für den Menschen von großer Bedeutung. Holz ist ein inhomogener und anisotroper Werkstoff, d.h. beispielsweise die Materialkennwerte sind abhängig von der Faserrichtung und vom Feuchtegehalt. Holz zeichnet sich durch hohe Festigkeiten, gutes Wärmedämmvermögen und leichte Bearbeitbarkeit bei geringem Eigengewicht aus. Allerdings weist es große Eigenschaftsschwankungen auf, und das nicht nur zwischen den Holzarten, sondern auch innerhalb derselben Holzart. 8.2.2 Struktur und Wuchseigenschaften (DIN 4074) Holz besteht aus fest miteinander verbundenen langgestreckten Zellen bzw. Fasern. Die Orientierung der Fasern bewirkt eine ausgeprägte Anisotropie des Holzes, d.h. dass die physikalischen Eigenschaften des Holzes stark von der Faserrichtung abhängen. Zur Beschreibung des Richtungseinflusses werden drei Hauptachsen unterschieden: 1. Faserrichtung (parallel zur Faser) 2. Radialrichtung (senkrecht zur Faser, parallel zu den Holzstrahlen) 3. Tangentialrichtung (senkrecht zur Faser, parallel zu den Jahrringen bzw. Zuwachsringen)

Bild 8.2: Längs-, Radial- und Tangentialrichtung im Holzquerschnitt

Holz stellt innerhalb der Zellwand ein Verbundsystem aus tragenden (Cellulose) und verbin-denden (Lignin, Hemicellulosen) Elementen dar. Wuchseigenschaften sind durch den indivi-duellen Wuchs des entsprechenden Baumes bedingt und haben einen großen Einfluss auf die Festigkeit des Bauholzes.


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Zu den Wuchseigenschaften zählen:

Jahrringbreite (zunehmende Jahrringbreite Abnahme der Rohdichte u. Festigkeit)

Ästigkeit (Störung des Faserverlaufes Abnahme der Festigkeit)

Faserneigung (z.B. Drehwuchs im Stamm oder schräger Einschnitt Abnahme der Festigkeit)

Diese Eigenschaften gehen als Sortiermerkmale bei der Klassifizierung von Bauholz nach DIN 4074 mit ein.

8.2.3 Vollholz Vollholz kann Nadel- oder Laubschnittholz sein. Es muss nach einem visuellen oder maschinellen Sortierverfahren festigkeitssortiert sein (DIN EN 518 und DIN 4074). Tragende einteilige Einzelquerschnitte von Vollholzbauteilen müssen mindestens eine Nenndicke von 24 mm und eine Querschnittsfläche von 1400 mm2 haben. Charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte sind im Anhang F zur DIN 1052:2004-08 und in diesem Kapitel angegeben. 8.2.4 Konstruktionsvollholz Konstruktionsvollholz ist ein Holzprodukt, dessen Anforderungen in einer Vereinbarung der Vereinigung Deutscher Sägewerksverbände und des Bundes Deutscher Zimmermeister definiert sind. Für Konstruktionsvollholz wird Bauholz aus einheimischen Holzarten (Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche) verwendet. Die Sortierkriterien für Konstruktionsvollholz wurden gegenüber denen von normalem Nadelholz verschärft und um zusätzliche Merkmale, die auch höheren ästhetischen Ansprüchen gerecht werden, erweitert. Schwachstellen (z.B. Äste) werden im Zuge der visuellen Sortierung erkannt und herausgeschnitten. Die anschließende Verbindung der Teilstücke erfolgt mit einem Keilzinken-Stoß. Durch technische Trocknung wird für das Konstruktionsvollholz eine mittlere Feuchte von 15±3 % erreicht. Dies hat nur sehr geringe Formänderungen des Holzes im eingebauten Zustand zur Folge. Konstruktionsvollholz eignet sich daher vorwiegend für Bauteile mit kleineren Querschnittsabmessungen wie z.B. Rähme, Schwellen und Rippen im Holzrahmen-bau, bei denen die Verwendung gewöhnlichen Kantholzes wegen seines zu hohen Feuchtegehaltes Probleme bereiten könnte. Als charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte gelten diejenigen für Nadelvollholz.


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8.2.5 Brettschichtholz (BSH) Brettschichtholz besteht aus einzelnen faserparallel verklebten Brettlagen mit einer Lamellen-dicke von 6 mm ≤ a ≤ 40 mm (Bild 8.3) aus Nadelholz. Dünnere Lamellen (Furniere) werden für die Herstellung von Furnierschichtholz eingesetzt. Bei Querschnittsbreiten über 220 mm und nicht genuteten Längsfugen muss jede Brettlage aus mindestens zwei Teilen bestehen (vgl. Bild 8.3). Die Längsfugen übereinanderliegender Lagen müssen mindestens um 25 mm gegeneinander versetzt sein.

Bild 8.3: Brettschichtholz

Je nach Lamellenaufbau wird zwischen homogenem und kombiniertem Brettschichtholz unterschieden. Bei homogenem Brettschichtholz gehören alle Brettlamellen der gleichen Festigkeitsklasse an, bei kombiniertem Brettschichtholz gehören die inneren und die äußeren Brettlamellen unterschiedlichen Festigkeitsklassen an. Die äußeren Brettlamellen umfassen die Bereiche von 1/6 der Trägerhöhe auf beiden Seiten, mindestens jedoch zwei Brettlamellen. Hier wird der Tatsache Rechnung getragen, dass für den häufig auftretenden Fall der Biegebeanspruchung des Trägers die äußeren Lamellen die größten Biegedruck- bzw. Biegezugspannungen erhalten. Hinweis: Bei beiden Brettschichtholzarten dürfen die inneren 10% aller Lamellen der nächst niedrigeren Festigkeitsklasse angehören. Der Hersteller von Brettschichtholz muss im Besitz des jeweils erforderlichen Nachweises der Eignung zur Herstellung von Brettschichtholz sein. Charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte sind im Anhang F zur DIN 1052 und in diesem Kapitel angegeben. 8.2.6 Holzwerkstoffe Allgemeines Unter dem Begriff "Holzwerkstoffe" werden verschiedene, meist plattenförmige Produkte verstanden, die durch Zusammenfügen von zerkleinertem Holz (Furniere, Stäbe, Stäbchen, Holzwolle, Späne, Fasern) entstehen. Das Zerkleinern und anschließende Zusammenfügen bewirkt eine Vergleichmäßigung der richtungsabhängigen Holzeigenschaften. Bei der Herstellung werden die Einzelstücke bzw. -schichten durch Verkleben schubfest miteinander verbunden. Der Vollholzanteil der Holzwerkstoffe beträgt 80 bis 98 Massenprozent.


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Furnierschichtholz (FSH) Furnierschichtholz wird aus geschältem, festigkeitssortiertem und getrocknetem Nadelholz hergestellt. Etwa 3 mm dicke Schälfurniere werden mit Phenolharz zu großen Platten verklebt. Der Faserverlauf ist entweder generell parallel zur Längsrichtung des Furnierschichtholzes oder zum größten Teil parallel und zu einem kleinen Teil (wenige Furnierlagen) senkrecht zur Längsrichtung des Furnierschichtholzes. Die Furniere einer Lage werden im Allgemeinen durch eine Schäftung oder eine Überlappung miteinander verbunden. Dieser Holzwerkstoff erreicht bei geringem Eigengewicht eine hohe Biegefestigkeit und Steifigkeit, die zum Teil die Werte des Brettschichtholzes übertreffen. Furnierschichthölzer bedürfen eines Nachweises ihrer Brauchbarkeit durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, worin der Plattenaufbau, die Furnierdicken sowie die charakteristischen Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte festgelegt sind. Rechenwerte zur Bemessung sind der jeweiligen Zulassung zu entnehmen. OSB-Flachpressplatten („oriented strand board“) Eine OSB-Platte ist eine aus langen, schlanken, ausgerichteten Holzspänen (ca. 0,6 mm x 75 mm x 35 mm) mit einem Bindemittel gefertigte Mehrschichtplatte. Die Holzspäne der Mittelschicht(en) sind rechtwinklig zu denen der Außenschichten orientiert. OSB-Platten können wie massives Holz bearbeitet werden und sind ein preisgünstiger Plattenwerkstoff. Ihren Einsatz finden sie im konstruktiven Innenausbau, einschließlich des tragenden Feuchtbereiches. Charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte sind im Anhang F zur DIN 1052 angegeben. Baufurniersperrholz (BFU) Baufurniersperrholz besteht aus mindestens drei aufeinander geklebten Holzlagen, deren Faserrichtung im allgemeinen um 90° gegeneinander versetzt sind. Alle Lagen des Furniersperrholzes bestehen aus Furnieren, die parallel zur Plattenebene aufeinander geklebt sind. Platten mit mindestens fünf Furnierlagen und Faserrichtungen, die sich unter ≤ 45° kreuzen, werden als Sternholz (SN) bezeichnet. Durch die hohen E-Moduln und Festigkeiten sind Furniersperrhölzer besonders für tragende Konstruktionen und Dachschalungen geeignet.


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Bild 8.4: Schichtenaufbau von Baufurniersperrholz

Charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte für Sperrholz nach DIN EN 636:2003-11 sind im Anhang F zur DIN 1052 angegeben.

8.2.7 Holzfeuchte und Nutzungsklassen Holz ist ein hygroskopisches Material, das Feuchtigkeit aufnimmt bzw. abgibt. Bei einem bestimmten Umgebungsklima stellt sich im Holz langsam ein ganz bestimmter Feuchtegehalt ein, der im Gleichgewicht mit dem Umgebungsklima steht (die sogenannte Gleichgewichtsfeuchte oder Ausgleichsfeuchte). In Tabelle 8.2 und 8.3 sind Gleichgewichts-feuchten in verschiedenen Einsatzbereichen angegeben.

Tabelle 8.2 : Werte für den Holzfeuchtegehalt

Holzfeuchte Beschreibung

0% darrtrocken; absolut trocken; ofentrocken 9 % (±3%) bei allseitig geschlossenen Bauwerken mit Heizung 12% (±3%) bei allseitig geschlossenen Bauwerken ohne Heizung 15% (±3%) bei überdachten, offenen Bauwerken 18% (±6%) bei Konstruktionen, die der Witterung allseitig ausgesetzt sind

20% Grenzwert für die Gefahr eines Pilzbefalls bei Überschreitung (nach DIN 68364)

20% Grenzwert für die Bezeichnung "trocken" (nach DIN 4074 und DIN 68365)

Unterhalb der Fasersättigung, d.h. im Bereich der Gleichgewichtsfeuchten, ändern sich alle Holzeigenschaften mit wechselndem Holzfeuchtegehalt. Bei abnehmender Holzfeuchte erhöhen sich z.B. die elastischen Kennwerte, die Festigkeiten und das Wärmedämmvermögen. Holztragwerke müssen deshalb bestimmten Nutzungsklassen


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zugewiesen werden, die die klimatischen Verhältnisse der Umgebung des Bauwerkes während seiner Lebensdauer kennzeichnen. Nutzungsklasse 1: Holzfeuchtegehalt bei einer Temperatur von 20°C und 65 % relativer

Luftfeuchte, die nur für einige Wochen pro Jahr überschritten wird. (Gleichgewichtsfeuchte ≤ 12 %) (Holzbauteile in geschlossenen, beheizten Bereichen)

Nutzungsklasse 2: Holzfeuchtegehalt bei einer Temperatur von 20°C und 85 % relativer Luftfeuchte, die nur für einige Wochen pro Jahr überschritten wird. (Gleichgewichtsfeuchte ≤ 20 %) (überdachte Holzbauteile im Freien)

Nutzungsklasse 3: Sie erfasst Klimabedingungen, die zu höheren Feuchtegehalten führen, als in Nutzungsklasse 2 angegeben. (Gleichgewichtsfeuchte > 20 %) (Holzbauteile, die frei der Witterung ausgesetzt sind)

Liegt die Holzfeuchte beim Einbau über den in Tabelle 8.2 genannten Werten, so darf das entsprechende Holz nur für solche Bauwerke verwendet werden, bei denen es nachtrocknen kann (DIN 1052, 6.2). Hierbei sind jedoch die Quell- und Schwindeigenschaften des Holzes zu berücksichtigen (siehe Tabelle 8.3). Holz sollte aus diesem Grunde möglichst mit dem Feuchtegehalt eingebaut werden, der sich im Laufe der künftigen Verwendung durchschnittlich im Holz einstellt.

Tabelle 8.3: Sollfeuchten bei der Holzverwendung

Sollfeuchten bei Holzverwendung in % Quelle

5 10 15 20

geschlossene Bauwerke mit Heizung (Nutzungsklasse 1)

DIN 1052 (08/04)

Überdachte Tragwerke(Nutzungsklasse 2)

frei der Witterung ausgesetzte Bauteile (Nutzungsklasse 3)

Parkett DIN 280

Innen-ausbau

DIN 18355 Fenster

Außentüren

25 65 85

Zugeordnete relative Luftfeuchte bei 20°C in %


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8.2.8 Klassen der Lasteinwirkungsdauer Die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften von Produkten aus Holz werden beeinflusst von der Dauer der Beanspruchung. Dieses Verhalten stellt eine Besonderheit des Baustoffes Holz dar und wird durch die Festlegung von sogenannten Klassen der Lasteinwirkungsdauer berücksichtigt (vgl. Tabelle 8.4). Sie geben die Summe der Zeitspannen an, in der die Einwirkung mit ihrem vollen charakteristischen Wert an einem Bauwerk auftritt (

Tabelle 8.5). Das erklärt, warum z.B. Schnee teilweise als kurzzeitig wirkende Last eingestuft

wird, obwohl Schnee in vielen Gegenden über einen längeren Zeitraum liegen bleibt.

Bild 8.5: Lasteinwirkungsdauer (Sk = charakteristische Einwirkung)

Sind bei der Bemessung mehrere Einwirkungen mit unterschiedlichen Klassen der Lasteinwirkungsdauern zu berücksichtigen (z.B. Eigengewicht und Schnee), so darf beim Nachweis der Tragfähigkeit die Klasse mit der kürzesten Lasteinwirkungsdauer zugrunde gelegt werden, weil die betrachtete Einwirkungskombination dann auch nur über den kurzen Zeitraum auftritt. Beim Nachweis der Gebrauchstauglichkeit hingegen geht jede Last explizit mit ihrer Einwirkungsdauer ein.

KLED Dauer der charakteristischen Einwirkung Beispiele für Einwirkungen

ständig länger als 10 Jahre Eigenlasten

lang 6 Monate bis 10 Jahre Nutzlasten in Lagerhallen

mittel 1 Woche bis 6 Monate Verkehrslasten, Schnee

kurz kürzer als eine Woche Wind, Schnee

sehr kurz kürzer als eine Minute Außergewöhnliche Einwirkungen


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Tabelle 8.4: Zuordnung von Einwirkungen in Klassen der Lasteinwirkungsdauer (KLED) Einwirkung KLED

Wichten- und Flächenlasten nach DIN 1055-1 Ständig

Lotrechte Nutzlasten für Decke, Treppen und Balkone nach DIN 1055-3

A Spitzböden, Wohn- und Aufenthaltsräume

B Büroflächen, Arbeitsflächen, Flure

C Räume, Versammlungsräume und Flächen, die der Ansammlung von Personen dienen können (mit Ausnahme von unter A,B,D und E festgelegten Kategorien)

D Verkaufsräume

E Fabriken und Werkstätten, Ställe, Lagerräume und Zugänge, Flächen mit erheblichen Menschenansammlungen

F Verkehrs- und Parkflächen für leichte Fahrzeuge (Gesamtlast ≤ 25 kN), Zufahrtsrampen

G Flächen für den Betrieb mit Gegengewichtsstaplern

H nicht begehbare Dächer, außer für übliche Erhaltungsmaßnahmen, Reparaturen

J Verkehrs- und Parkflächen für leichte Fahrzeuge (Gesamtlast ≤ 30 kN)

K Hubschrauber Regellasten

T Treppen und Treppenpodeste

Z Zugänge, Balkone und Ähnliches

mittel

mittel

kurz

mittel

lang

kurz

mittel

kurz

mittel

kurz

kurz

kurz Horizontale Nutzlasten nach DIN 1055-3

- Horizontale Lasten infolge Personen auf Brüstungen, Geländern und anderen Konstruktionen, die als Absperrung dienen - Horizontallasten zur Erzielung einer ausreichenden Längs- und Quersteifigkeit - Horizontallasten für Hubschrauberlandeplätze auf Dachdecken, - für horizontale Nutzlasten - für den Überrollschutz

kurz

kurz

sehr kurz Windlasten nach DIN 1055-4 kurz

Schnee- und Eislasten nach DIN 1055-5

Geländehöhe des Bauwerkstandortes über NN ≤ 1000 m

kurz

Anpralllasten nach DIN 1055-9 sehr kurz

Horizontallasten aus Kran- Maschinenbetrieb nach DIN 1055-10 kurz a entsprechend den zugehörigen Lasten


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Tabelle 8.5: Klassen der Lasteinwirkungsdauer KLED

8.2.9 Festigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Faserrichtung Die Festigkeit ist ein Maß für den Widerstand eines Körpers, der einer Belastung entgegengebracht wird. Im Holzbau werden die Festigkeiten (Zug-, Druck-, Biege- und Schubfestigkeiten) an kleinen, fehlerfreien Proben im normalklimatisierten Zustand bestimmt (vgl. [1], Tab. 6). Die Zugfestigkeit von Holz in Faserrichtung ist bei fehlerfreien Proben etwa doppelt so groß wie die Druckfestigkeit. Allerdings streuen die Zugfestigkeiten bei ein und demselben Holz besonders stark. Hinzu kommt, dass die Zugfestigkeit bei geringer Abweichung von der Faserrichtung (α zwischen 0° und 15°) wesentlich stärker abfällt als die Druckfestigkeit (Bild 8.6). Deshalb ist für die charakteristische Zugfestigkeit, d.h. die 5% Quantile, in Faserrichtung ein entsprechend geringerer Rechenwert festgelegt worden.

Bild 8.6: Prozentuale Festigkeitsverminderung in Abhängigkeit vom Winkel ϕ (für gewöhnlich und im Folgenden wird der Winkel zwischen Kraft und Faserrichtung als Winkel α bezeichnet)

KLED Dauer der charakteristischen Einwirkung Beispiele für Einwirkungen

ständig länger als 10 Jahre Eigenlasten

lang 6 Monate bis 10 Jahre Nutzlasten in Lagerhallen

mittel 1 Woche bis 6 Monate Verkehrslasten, Schnee

kurz kürzer als eine Woche Wind, Schnee

sehr kurz kürzer als eine Minute Außergewöhnliche Einwirkungen


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8.2.10 Sortierung von Bauholz Bauholz für Holzbauteile wird nach DIN 4074:2003-06 sortiert. Teil 1 enthält die Sortierkriterien für Nadelschnittholz, Teil 2 die Sortierkriterien für Nadelrundholz und Teil 5 die Sortierkriterien für Laubholz. Die Sortierung erfolgt entweder visuell oder maschinell. Sortierverfahren für die visuelle Sortierung müssen die Mindestanforderungen nach DIN 4074-1 erfüllen, Sortierverfahren für die maschinelle Sortierung und die verwendeten Sortiermaschinen müssen die Anforderungen nach DIN 4074-3 bzw. DIN 4074-4 erfüllen.

Tabelle 8.6: Zuordnung von Nadelholzarten und Sortierklassen bei visueller und maschineller Sortierung nach DIN 4074 -1 zu den Festigkeitsklassen nach DIN 1052, Anlage F

Sortierklassen Entspricht

Visuelle Sortierung

Maschinelle Sortierung

Tragfähigkeit des Holzes

Festigkeitsklasse der DIN 1052

S 7 C16M gering C16 S 10 C24M üblich C24 S 13 C30M über

durchschnittlich C30

- C40M besonders hoch C40


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8.2.11 Charakteristische Werte für Vollholz und Brettschichtholz Tabelle 8.7: charakteristische Werte für Nadelholz

Nadelholz

Festigkeitsklasse C16 C18 C24 C27 C30 C35 C40

(Sortierklasse nach DIN 4074-1) (S 7) (S 10) (S 13) (C35M) (C40M)

Rohdichte [kN/m³] ρk 310 320 350 370 380 400 420

Festigkeitskennwerte in N/mm2

Biegung fm,k 16 18 24 27 30 35 40

Zug parallel ft,0,k

rechtwinklig ft,90,k

10

0,4

11

0,4

14

0,4

16

0,4

18

0,4

21

0,4

24

0,4

Druck parallel fc,0,k

rechtwinklig fc,90,k2)

17

2,2

18

2,2

21

2,5

22

2,6

23

2,7

25

2,8

26

2,9

Schub und Torsion fv,k 1) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Elastizitätsmodul in N/mm2

Parallel E0,mean 8000 11000 12000 13000 14000

Rechtwinklig E90,mean 270 370 400 430 470

Schubmodul Gmean 500 690 750 810 880


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Tabelle 8.8: charakteristische Werte für Brettschichtholz

Homogenes Brettschichtholz

Festigkeitsklasse GL24h GL28h GL32h GL36h (BS 11h) (BS 14h) (BS 16h) (BS 18h)

Rohdichte [kN/m³] ρk 380 410 430 450

Festigkeitskennwerte in N/mm2

Biegung fm,k 24 28 32 36

Zug parallel ft,0,k

rechtwinklig ft,90,k

16,5

0,5

19,5

0,5

22,5

0,5

26

0,5

Druck parallel fc,0,k

rechtwinklig fc,90,k

24

2,7

26,5

3,0

29

3,3

31

3,6

Schub und Torsion fv,k 1) 2,5 2,5 2,5 2,5

Elastizitätsmodul in N/mm2

Parallel: E0,mean 11600 12600 13700 14700

Rechtwinklig E90,mean 390 420 460 490

Schubmodul Gmean 720 780 850 910

8.2.12 Modifikation der Festigkeit von Holz in Abhängigkeit von der Holzfeuchte und der Belastungsdauer

Die charakteristischen Baustoffeigenschaften (Xk) von Holz können nicht unmodifiziert bei der Bemessung angewendet werden. Die in Prüfungen ermittelten charakteristischen Baustoffeigenschaften sind grundsätzlich nur für ein Bezugsklima mit einer Temperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 65% sowie einer Belastungsdauer von 5 min gültig. Die charakteristischen Werte müssen also in Abhängigkeit von der tatsächlichen Holzfeuchte und der Belastungsdauer dargestellt werden. Dazu wird der Modifikationsfaktor kmod eingeführt, so dass sich die modifizierte Festigkeit ergibt zu Xmod = kmod · Xk

mit Xk charakteristischer Wert der Baustoffeigenschaft kmod Modifikationsfaktor, der den Einfluss der Lasteinwirkungsdauer und der

Nutzungsklasse (Holzfeuchte) auf die Baustoffeigenschaften berücksichtigt


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Zur Festlegung der Holzfeuchte werden unterschiedliche Nutzungsklassen festgelegt (s.o.). Die Lasteinwirkungsdauer ist abhängig von den unterschiedlichen Lastarten definiert (s.o.). Beide Parameter zusammen definieren den Wert für kmod entsprechend der untenstehenden Tabelle.

Tabelle 8.9: Modifikationsfaktor kmod in Abhängigkeit von der Nutzungsklasse und der Lasteinwirkungsdauer

Zur Vereinfachung der Bemessung werden die Werte in der Literatur meist für einen Standardfall angegeben. Er liefert ein kmod = 0,8 und gilt für die − Nutzungsklasse 1 und 2 und eine

− mittlere Lasteinwirkungsdauer

Die Großzahl der Tabellenwerte in der Fachliteratur bezieht sich auf diesen Standardfall. Für davon abweichenden Randbedingungen sind die tabellierten Werte für den Standardfall mit dem Faktor k* zu multiplizieren:


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k* = (aktueller Wert kmod / Standardwert kmod )


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8.3 Mauerwerk

Allgemeines Dank seiner einfachen Fügetechnik ist Mauerwerk in Wänden sehr kostengünstig und flexibel einsetzbar. Es besitzt einen sehr hohen Feuerwiderstand und bietet abhängig von seiner Ausführung gute Wärmedämmeigenschaften. Mauerwerk hat eine nur geringe Druckfestigkeit. Seine Zugfestigkeit senkrecht zu den Lagerfugen ist vernachlässigbar gering. Die Druckfestigkeit einer Mauerwerkswand ist abhängig von den Steinfestigkeit und maß-gebend von der geringeren Festigkeit des Mörtels. 8.3.1 Baustoffe Mauerwerk ist ein Verbundbaustoff. Es besteht aus Mauersteinen und Mauermörtel. Steine und Mörtel besitzen ihre individuellen Eigenschaften. Vielfach sind aber die Eigenschaften des zusammengefügten Zustands gefragt, also die des Mauerwerks insgesamt wie z.B. bei Festigkeit, Steifigkeit o.a. Im Folgenden wird sowohl auf die Eigenschaften der Einzelbestand-teile als auch auf die des Mauerwerks insgesamt eingegangen. 8.3.1.1 Mauersteine Für gemauerte Wände stehen in großer Vielfalt klein-, mittel- und großformatige Mauersteine zur Verfügung. Die Einteilung wird in erster Linie nach den Steinmaterialien vorgenommen: − Mauerziegel (gebrannte Mauersteine), DIN 105 − Kalksandsteine (ungebrannte Mauersteine), DIN 106 − Porenbetonsteine (früher Gasbetonsteine), DIN 4165 − Leichtbetonsteine, DIN 18 152 − Hüttensteine, DIN 398 − Natursteine Je nachdem, ob Außen- oder Innenwände hergestellt werden sollen, erfolgt die Auswahl der Steinarten und Steinqualitäten nach den Kriterien: − Belastung (Druckfestigkeit) − Wärmeschutz, Schallschutz, Brandschutz − Frostbeständigkeit, Schlagregenschutz Die Wahl der Steinformate wird durch arbeitstechnische, wirtschaftliche und gestalterische Überlegungen bestimmt: − kleinformatige Steine (hauptsächlich Ziegel und Kalksandsteine) für Wände mit

komplizierten Grundrissformen, Pfeiler, Stürze und Bögen; für Sichtmauerwerk und für Mauerwerk mit höheren Festigkeitsanforderungen

− großformatige Steine, zur Rationalisierung der Arbeitsabläufe für einfache, großflächige Innen- und Außenwände, Festigkeitsgrenzen beachten


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Steinformate Die Steinformate sind genormt und auf das Maß 1/8 m nach der Maßordnung im Hochbau abgestimmt, dabei bedeutet: − DF Dünnformat − NF Normalformat Im Zuge der Rationalisierung und des hohen Lohnkostenanteils im Bauwesen nimmt die Bedeutung von großformatigen (Block-)Steinen zu.

Tabelle 8.10: Format-Kurzzeichen (Beispiele)

Format-

Kurzzeichen Maße in mm

l b h

DF 240 115 52 NF 240 115 71

2 DF 240 115 113 3 DF 240 175 113 4 DF 240 240 113 5 DF 240 300 113 6 DF 240 365 113 8 DF 240 240 238 10 DF 240 300 238 12 DF 240 365 238 15 DF 365 300 238 18 DF 365 365 238 16 DF 490 240 238 20 DF 490 300 238


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Bild 8.7: Mauerziegel nach DIN 105

Druckfestigkeitsklassen

Tabelle 8.11: Rohdichte und Festigkeiten gängiger Kalksandsteine

Bezeichnung Rohdichte kg/dm³

Festigkeitsklasse MN/m² Eigenlast MW (kN/m³) Vorzugsformate

4 6 8 12 20 28 36 48 60 NM LM KSL Lochsteine 0,6 – 1,6 kg/dm³ KSVmL Vormauersteine, gelocht 1,0 – 1,6 kg/dm³ KSVbL Verblender, gelocht 1,0 – 1,6 kg/dm³ KSVm Vormauersteine, voll 1,2 – 2,2 kg/dm³ KSVb Verblender, voll 1,2 – 2,2 kg/dm³ KS Vollsteine 1,2 – 2,2 kg/dm³

0,7 9 8 10 DF, 12 DF,

20 DF 0,8 • • • 10 9

0,9 • • • 11 10

1,0 • • 12

NF, 2 DF, 3 DF, 6 DF, 10 DF, 12 DF, 16 DF

1,2 • • 14

1,4 • • • 15

1,6 • • • • 17

1,8 • • • 18 DF, NF, 2 DF, 3 DF, 10 DF, 12 DF, 16 DF

2,0 • 20 DF, NF


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Tabelle 8.12: Rohdichte und Festigkeiten gängiger Mauerziegel

Bezeichnung Rohdichte kg/dm³

Festigkeitsklasse MN/m² Eigenlast MW (kN/m³) Vorzugsformate

4 6 8 12 20 28 36 48 60 NM LM HLz Hochlochziegel

0,6 – 1,4 kg/dm³

VHLz Hochlochziegel, frostbeständig

1,0 – 1,4 kg/dm³

Mz Vollziegel 1,6 – 1,8 kg/dm³

VMz Vollziegel,

frostbeständig 1,6 – 1,8 kg/dm³

KHLz Hochlochklinker

1,6 – 1,8 kg/dm³

KMz Vollklinker 2,0 – 2,2 kg/dm³

0,7 • • • • 9 8 10 DF, 12 DF,

20 DF 0,8 • • • • 10 9

0,9 • • • 11 10

1,0 • • • 12

NF, 2 DF, 3 DF, 6 DF, 10 DF, 12 DF, 16 DF

1,2 • • 14

1,4 • • • 15

1,6 • • • 17

1,8 • • • 18 DF, NF, 2 DF, 3 DF, 10 DF, 12 DF, 16 DF

2,0 • • • 20 DF, NF

Steinbezeichnungen Mauerziegel

− Mz Vollziegel − HLz Hochlochziegel − KMz Vollklinker − KHLz Hochlochklinker − VHLz Hochlochziegel, frostbeständig − VMz Vollziegel, frostbeständig Kalksandsteine

− KS Kalksandvollstein − KSL Kalksandlochstein − KSVm Kalksandvormauerstein − KSVb Kalksandstein-Verblender − KSVmL Kalksandstein-Vormauerstein, gelocht − KSVbL Kalksandstein-Verblender, gelocht Porenbetonsteine

− G Porenbeton-Blockstein − GP Porenbeton-Plansteine


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Leichtbeton- und Betonsteine

− Hbl Leichtbetonhohlblocksteine − V Vollsteine − Vbl Vollblöcke aus Leichtbeton − Hbn Hohlblocksteine aus Beton

Tabelle 8.13: Druckfestigkeitsklassen, Baustoff-Kurzzeichen und Farbkennzeichnung nach DIN 105/106

Baustoff-Kurzzeichen Farbkennzeichnung Mauerziegel DIN 105 Din 106

HLz 2 Mz 2 HLz 4 Mz 4 HLz 6 Mz 6 HLz 12 Mz 12 Mz 20 Mz 28

grün blau rot ohne gelb braun

Hochfeste Ziegel und Klinker DIN 105-3:1984-05

Mz 36 Mz 48 Mz 60

1 x violett 2 x schwarz 3 x schwarz

Kalksandsteine DIN V 106-1:2003-02 KS 6

KS 12 KS 20 KS 28

rot ohne gelb braun

Vollständige Steinbezeichnung:

Beispiel:

DIN 106 – KSL – 12 – 1,2 –2DF

− DIN 106 Kalksandsteinnorm − KSL Steinklasse (Kalksandlochstein) − 12 Steinfestigkeitsklasse in MN/m2 − 1,2 Rohdichteklasse in kg/m2 − 2DF Steinformat (2DF → 24/11,5/11,3 cm)

Bei der Bezeichnung von Mauerwerk wird die Information zur Mörtelgruppe hinzugefügt:

DIN 106 – KSL – 12 – 1,2 –2DF - IIa

− IIa Mörtelgruppe IIa


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Beispiele von Stein-Kurzbezeichnungen:

KS-Vollsteine DIN 106 - KS - 12 - 1,6 - 2 DF

KS-Lochsteine DIN 106 - KSL - 12 - 1,2 - 3 DF

KS-Blocksteine DIN 106 - KS - 12 - 1,6 - 6 DF (115)

KS-Verblender, Vollsteine DIN 106 - KS Vb - 20 - 2,0 - NF

Bild 8.8: Steine, Lochung

8.3.1.2 Mauermörtel Nach DIN 1053-1:1996-11 -Mauerwerk, Berechnung und Ausführung- unterscheidet man Normalmörtel, Leichtmörtel und Dünnbettmörtel. Im Folgenden wird nur Normalmörtel behandelt. Die Zusammensetzung der Mörtelgruppen für Normalmörtel ergibt sich ohne besonderen Nachweis aus Tabelle 8.14. Mörtel der Gruppe IIIa soll wie Mörtel der Gruppe III nach Tabelle 8.14 zusammengesetzt sein. Die größere Festigkeit soll vorzugsweise durch Auswahl geeigneter Sande erreicht werden. − MG I Kalkmörtel − MG II, IIa Kalkzementmörtel − MG III, IIIa Zementmörtel


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Tabelle 8.14: Mörtelzusammensetzung, Mischungsverhältnisse für Normalmörtel in Raumteilen (nach DIN 1053)

Luftkalk und Wasserkalk Hochhydrau- lischer Kalk,

Sand 1) aus natürlichem Gestein Mörtelgrup

pe Kalkteig Kalkhydrat Hydraulischer Kalk

Putz- und Mauerbinder Zement

I 1 - - - - 4 I - 1 - - - 3 I - - 1 - - 3 I - - - 1 - 4,5 II 1,5 - - - 1 8 II - 2 - - 1 8 II - - 2 - 1 8 II - - - 1 - 3 IIa - 1 - - 1 6 IIa - - - 2 1 8 III - - - - 1 4

IIIa 2) - - - - 1 4

1) Die Werte des Sandanteils beziehen sich auf den lagerfeuchten Zustand. 2) Siehe auch DIN 1053-1:1996-11, Abschnitt A 3.1.

Die Mörteldruckfestigkeit ist von der Zusammensetzung des Mörtels abhängig. In Kombination mit der Steindruckfestigkeit ergeben sich die zulässigen Grundwerte der Druckspannung für Mauerwerk nach DIN 1053-1:1996-11, Tabelle 4a (s. Tabelle 8.15). Bei der Verwendung der Mörtelgruppen sind die Einschränkungen nach DIN 1053-1:1996-11 zu beachten. Es dürfen nur Mauermörtel verwendet werden, die den Bedingungen des Anhangs A der DIN 1053-1:1996-11 entsprechen. Mörtel unterschiedlicher Arten und Gruppen dürfen auf einer Baustelle nur dann gemeinsam verwendet werden, wenn sichergestellt ist, dass keine Verwechslung möglich ist. Es gelten folgende Einschränkungen: − Mörtelgruppe I

• nicht zulässig für Gewölbe und Kellermauerwerk • nicht zulässig bei mehr als zwei Vollgeschossen und bei Wanddicken kleiner als 240

mm, dabei ist als Wanddicke bei zweischaligen Außenwänden die Dicke der Innenschale maßgebend

• nicht zulässig für Vermauern der Außenschale von zweischaligem Verblendmauerwerk − Mörtelgruppen II und IIa

• keine Einschränkung − Mörtelgruppen III und IIIa

• nicht zulässig für Vermauern der Außenschale von zweischaligem Verblendmauerwerk


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8.3.2 Mauerwerksverbände

a) Läuferschicht b) Binderschicht c) Rollschicht d) Grenadierschicht

Bild 8.9: Benennung der Schichten

Gotischer Verband Holländischer Verband

Märkischer Verband Schlesischer Verband

Bild 8.10: Historische Verbände

8.3.3 Ausführung Es gelten DIN 1053-1:1996-11, DIN 1053-2:1996-11 und DIN 1053-100:2004-08. Verband Es muss im Verband gemauert werden, d.h. die Stoß- und Längsfugen übereinanderliegender Schichten müssen versetzt angeordnet werden.


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Bild 8.11: Läuferverband

Bild 8.12: Binderverband

Bild 8.13: Blockverband

Bild 8.14: Kreuzverband (Beachte: I und III mit versetzten Stoßfugen)

Weitere Verbandsarten finden vor allem als Verblendmauerwerk Verwendung (siehe auch [5]).


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Für die Ausführung des Verbandmauerwerks sind die Überbindemaße nach DIN 1053-1:1996-11, Abschnitt 9.3, zu beachten (Bild 8.15).

.

Bild 8.15: Überbindemaß ü

Die Steine einer Schicht die sollen gleiche Höhe haben. An Wandenden und unter Stürzen ist unter bestimmten Voraussetzungen (s. DIN 1053-1:1996-11, Abschnitt 9.3) eine zusätzliche Lagerfuge in jeder zweiten Schicht zum Längen- und Höhenausgleich zulässig. Vermauerung mit Stoßfugenvermörtelung Bei der Vermauerung sind die Lagerfugen stets vollflächig zu vermauern und die Längsfugen satt zu verfüllen bzw. bei Dünnbettmörtel der Mörtel vollflächig aufzutragen. Stoßfugen sind in Abhängigkeit von der Steinform und vom Steinformat so zu verfüllen bzw. bei Dünnbettmörtel der Mörtel vollflächig aufzutragen, so dass die Anforderungen an die Wand hinsichtlich des Schlagregen-, Wärme- und Schallschutzes sowie des Brandschutzes erfüllt werden können. In der Regel sollen die Stoßfugen 10 mm und die Lagerfugen 12 mm dick sein. Bei Vermauerung der Steine mit Dünnbettmörtel muss die Dicke der Stoß- und Lagerfuge 1 bis 3 mm betragen.

a) b)

Bild 8.16: a) Vermauerung von Steinen bei vollflächiger Stoßfuge b) Vermauerung mit Mörteltaschen durch Auftragen von Mörtel auf die Steinflanken

Vermauerung ohne Stoßfugenvermörtelung Soll bei Verwendung von Normal-, Leicht- oder Dünnbettmörtel auf die Vermörtelung der Stoßfugen verzichtet werden, müssen hierzu die Steine hinsichtlich ihrer Form und Maße geeignet sein. Die Steine sind stumpf oder mit Verzahnung durch ein Nut- und Federsystem ohne Stoßfugenvermörtelung "knirsch" zu verlegen bzw. ineinander verzahnt zu versetzen.


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Bild 8.17: Vermauerung von Steinen mit Mörteltaschen bei „Knirschverlegung“

Bild 8.18: Vermauerung von Steinen ohne Stoßfugenvermörtelung

Mauern bei Frost Bei Frost darf Mauerwerk nur unter besonderen Schutzmaßnahmen ausgeführt werden. Frostschutzmittel sind nicht zulässig, gefrorene Baustoffe dürfen nicht verwendet werden. Frisches Mauerwerk ist vor Frost rechtzeitig zu schützen, z.B. durch Abdecken. Auf gefrorenem Mauerwerk darf nicht weitergemauert werden. Der Einsatz von Salzen zum Auftauen ist nicht zulässig. Teile von Mauerwerk, die durch Frost oder andere Einflüsse beschädigt sind, sind vor dem Weiterbau abzutragen.


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8.3.4 Bemessung Die Bemessung von Mauerwerksbauten und einzelnen Bauteilen aus Mauerwerk erfolgt grundsätzlich nach der DIN 1053. Dabei muss zwischen einer Bemessung nach dem Vereinfachten Verfahren und dem Genaueren Verfahren (DIN 1053-1) unterschieden werden. Einfache Mauerwerksbauten mit üblichen Abmessungen und Nutzlasten (z.B. im Wohnungsbau) stellen an die Berechnung und Ausführung im Regelfall nur durchschnittliche Anforderungen. Ihre Bemessung kann daher als Rezeptmauerwerk mit dem Vereinfachten Verfahren durchgeführt werden. Dabei dürfen einzelne Geschosse oder Bauteile durchaus nach dem Genaueren Verfahren statisch nachgewiesen werden. Beide Bemessungsverfahren sind aufeinander abgestimmt. Wenn eine Berechnung nach Vereinfachten Verfahren, z.B. bei Bauten mit großer Höhe oder geringer Anzahl von aussteifenden Wänden sowie bei Industriebauten mit weitgespannten Decken und hohen Nutzlasten zu großen Wanddicken führt, erweist sich das Genauere Verfahren als wirtschaftlicher. Im Rahmen dieses Skripts soll auf die Bemessung nach DIN 1053-1 Genaueres Verfahren nicht näher eingegangen werden. 8.3.5 Druckfestigkeiten für den Gebrauchsspannungsnachweis Im Rahmen dieser Vorlesung soll nur der vereinfachte Nachweis mit zulässigen Gebrauchsspannungen zulσ geführt werden. Diese zulässigen Spannungen sind in Tabelle 8.15 für Rezeptmauerwerk nach DIN 1053-1 angegeben. Die Werte sind bereits durch einen globalen Sicherheitsbeiwert in der Größenordnung von γ = 2,0 bis 2,5 dividiert (siehe Kapitel ) . Sie entsprechen damit grob etwa der halben charakteristischen Festigkeit. 8.3.5.1 Druckfestigkeiten nach DIN 1053 Teil 1 Die für die Berechnung von Mauerwerkswänden am häufigsten benötigte Werkstoffeigenschaft ist die Druckfestigkeit, da Mauerwerk in erster Linie auf Druck beansprucht wird. Die Druckfestigkeit von Mauerwerk hängt in erster Linie von der Kombination der Steingüte mit der Mörtelgruppe ab. Bei höheren Steingüten / Mörtelgruppen sind die Querdehnzahlen ν kleiner, die Steinzugfestigkeit ist größer (vgl. Versagensart 1); ein Versagen stellt sich also erst bei höherer Beanspruchung ein. Über Versuche wurden die Druckfestigkeiten für die verschiedenen Kombinationen ermittelt. In der DIN 1053-1:1996-11 sind tabellarisch Grundwerte σ0 der Druckfestigkeit für verschie-dene Kombinationen angegeben (für Normalmörtel Tab. 4a , für Leicht- und Dünnbettmörtel Tab. 4b). In der nachfolgenden Tabelle 8.15 sind die Grundwerte der zulässigen Druckspannungen für Mauerwerk mit Normalmörtel angegeben.


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Tabelle 8.15: Grundwerte σ0 der zulässigen Druckspannungen für Mauerwerk mit Normalmörtel (Rechenwerte in MN/m² )

Steinfestig-keitsklasse

Mörtel-gruppe I

Mörtel-gruppe II

Mörtel-gruppeIIa

Mörtel-gruppe III

Mörtel-gruppe IIIa

2 0,3 0,5 0,5 1) - -

4 0,4 0,7 0,8 0,9 - 6 0,5 0,9 1,0 1,2 - 8 0,6 1,0 1,2 1,4 - 12 0,8 1,2 1,6 1,8 1,9 20 1,0 1,6 1,9 2,4 3,0 28 - 1,8 2,3 3,0 3,5 36 - - - 3,5 4,0 48 - - - 4,0 4,5 60 - - - 4,5 5,0

1) σ0 = 0,6 MN/m2bei Außenwänden mit Dicken ≥ 300 mm. Diese Erhöhung gilt jedoch nicht fder Auflagerpressung. Den in der Tabelle dargestellten Druckfestigkeiten liegen folgende Voraussetzungen zugrunde:

1. Es handelt sich bei dem Baukörper um eine Wand. 2. Die Lasteinleitung erfolgt zentrisch. 3. Die Wand hat eine bezogene Schlankheit λ von 10.

Die bezogene Schlankheit ist:

10d

h k ==λ (8.1)

mit hk Knicklänge der Wand

d Wanddicke

Aus der Tabelle 8.15 ist zu ersehen (vgl. 0), dass Kombinationen von hochfesten Steinen mit Mörteln niedriger Güte (Mörtel zu weich, Steine reißen zu früh, daher unwirtschaftlich) sowie von Steinen niedriger Güte mit festen Mörteln (keine Erhöhung der Druckfestigkeit, daher unpraktikabel) nicht sinnvoll sind.


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8.3.5.2 Versagensformen, Kräftefluss Mauerwerk versagt bei Druckbeanspruchung im Allgemeinen durch ein Aufspalten (Zug!) der Steine. Die Aufspaltungen sind an zwei verschiedenen Stellen zu beobachten:

σd

σd

Bild 8.19: Versagen der Steine im mittleren Bereich der Wand

σ d

σ d Bild 8.20: Versagen am Rand (Außenseite) der Steine als Abscherbeln


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8.3.5.3 Versagen im mittleren Bereich der Wanddicke Es wird ein Element aus drei Steinen mit dazwischenliegenden Mörtelfugen betrachtet:

σd

Mörtelfuge

Mörtelfuge

Stein

Stein

Stein

VerformungenGeometrie Spannungen

σd

σz,St

τ

τ

Bild 8.21: Spannungen im Mauerwerk infolge Druckspannungen

Bei einer Druckbelastung wird das Mauerwerk gestaucht, wobei es gleichzeitig zu einer Querdehnung kommt ( xy ε⋅ν−≈ε , vgl. Elastizitätstheorie). Die Steine weisen ein anderes Querdehnverhalten ( ν ) auf als der Mörtel, wobei der in der Regel "weichere" Mörtel seitlich stärker herausquillt (siehe Bild 8.21). Hierbei entstehen im Stein Querzugkräfte (der Mörtel zieht den Stein auseinander) und im Mörtel Querdruckkräfte (der Stein behindert das Herausquellen des Mörtels). Die Querdruckkräfte erhöhen leicht die Mörtelfestigkeit und werden daher für das Bruchverhalten nicht betrachtet. Die vom herausquellenden Mörtel erzeugten Querzugspannungen im Stein führen letztlich zum Bruch des Mauerwerks.


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8.3.5.4 Versagen am Rand der Steine (Abscherbeln) Imperfektionen (Fehlstellen) am Lagerfugenrand (Bild 8.22) führen zu Druckspannungsumleitungen im Stein, aus denen Spaltzugspannungen resultieren (Kräftefluss s. Bild 8.23).

a) Netzung des b) Mörtelschwinden c) zum Rand hin d) nachträgliche Frischmörtels nach bei starker Aus- abnehmende Sichtfugenfüllung dem Abstreifen trocknung am Rand Verdichtung

Bild 8.22: Imperfektionen am Lagerfugenrand

DruckZug

Bild 8.23: Druck- und Zugspannungen am Rand

Werden die Spaltzugspannungen größer als die Querzugspannungen aus der Versagensart in 8.3.5.3, scherbeln zuerst die Außenseiten der Steine ab. Um diese theoretisch kaum zu erfassende Art des Versagens zu vermeiden, sind die Lagerfugen besonders an ihren Rändern sorgfältig auszubilden (vollfugig mauern; Fugenglattstrich).


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8.3.6 Schubfestigkeit nach DIN 1053 Teil 1 Die zulässige Schubspannung berücksichtigt die Widerstände aus Kohäsion und Reibung.

zul τ ergibt sich nach DIN 1053 T1 Abschnitt 6.9.5 zu Scheibenschub:

⎩⎨⎧

τσ⋅+σ

=τmax

2,0min zul DmHS0 (8.2)

Plattenschub:

DmHS0 3,0 zul σ⋅+σ=τ (8.3)

mit σ0HS Zulässige abgeminderte Haftscherfestigkeit (Kohäsion) nach DIN 1053-1 unter Berücksichtigung des globalen Sicherheitsbeiwertes von γ = 2,0

σDm mittlere zugehörige Druckspannung rechtwinklig zur Lagerfuge im gedrückten Querschnittsbereich

Tabelle 8.16: Zulässige abgeminderte Haftscherfestigkeit σ0HS

Mörtelgruppe I II IIa III IIIa σ0HS 1) MN/m² 0,01 0,04 0,09 2) 0,11 3) 0,11 1) Für Mauerwerk mit unvermörtelten Stoßfugen sind die Werte σ0HS zu halbieren. Als vermörtelt gilt eine Stoßfuge, bei der etwa die halbe Wanddicke oder mehr verfüllt ist. 2) Dieser Wert gilt auch für Leichtmörtel LM 21 und LM 36. 3) Dieser Wert gilt auch für Dünnbettmörtel.

max τ = 0,010 ⋅ βNSt für Hohlblocksteine

= 0,012 ⋅ βNSt für Hochlochsteine und Steine mit Grifföffnungen oder -löchern

= 0,014 ⋅ βNSt für Vollsteine ohne Grifföffnungen oder -löcher

mit βNSt Nennwert der Steindruckfestigkeit

(Steinfestigkeitsklasse)

Der Grenzwert max τ stellt auf vereinfachte Weise sicher, dass die Zugfestigkeit der Steine nicht überschritten wird. Er stellt eine auf der sicheren Seite liegende Vereinfachung gegenüber der genaueren Betrachtung nach DIN 1053-1 für das Bruchkriterium "Versagen der Steine infolge schräger Hauptzugspannungen" dar.


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Die mittlere zugehörige Druckspannung σDm im Schwerpunkt des überdrückten Wandquerschnitts entspricht bei ungerissenen Rechteckquerschnitten dem Mittel aus beiden Randspannungen, bei gerissenen Rechteckquerschnitten der Hälfte der größeren Randspannung. Für den Schubnachweis ist die ungünstigere der beiden Lastkombinationen Q, min N und M bzw. Q, max N und M bemessungsmaßgebend. Der ungünstigere Fall ist derjenige, bei dem sowohl die mittlere Druckspannung σDm klein (Verringerung von zul τ ) als auch die zugehörige Schubspannung τ groß ist. Nur bei sehr großen Normalkräften wird die Lastkombination Q, max N und M bemessungsmaßgebend (Überschreitung der schrägen Hauptdruckspannungen). Normalerweise ist die Lastkombination Q, min N und M bemessungsmaßgebend.

8.4 Konstruktionsbeton

Beton ist ein preiswerter Baustoff, der insbesondere auf Druck eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweist. Er ist sehr beständig gegen äußere Einflüsse wie Witterung, Feuchtigkeit und Brand. Nachteilig ist sein großes Gewicht. Um Zugkräfte aufnehmen zu können, wird Beton mit Stahlstäben bewehrt (Stahlbeton) oder mit hochfesten Stahlzuggliedern vorgespannt (Spannbeton). Dabei wird die Bewehrung durch die Betondeckung vor Korrosion geschützt. Konstruktionsbeton wird im Rahmen der Vorlesungen „Konstruktiver Ingenieurbau I – III“ ausführlich behandelt.

Tabelle 8.17: Festigkeits- und Formänderungskennwerte von Normalbeton

Logik der Konstruktion - Vorabversion · DIN 1055-6 (2005-03) Einwirkungen auf Silos und...

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