Keine Angst vor den neuen Bemessungsnormen

Ziegelmauerwerk im Geschosswohnungsbau

Seit 2015 sind auch für den Mauerwerksbau die Eurocodes der Reihe DIN EN 1996 zusammen mit den entsprechenden Nationalen Anhängen bauaufsichtlich eingeführt. Die größte Praxisrelevanz hat dabei sicherlich die DIN EN 1996-3 – Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten. Da sich der nationale Anhang sehr stark an der Vorgängernorm DIN 1053 -1 orientiert, ändern sich die aus der „neuen“ Bemessung resultierenden Konstruktionen – wenn überhaupt – nur marginal.

Einführung

Die Nachfrage nach monolithischem Ziegelmauerwerk im Geschosswohnungsbau hat
in den letzten Jahren deutlich zugenommen, da dieses in der Lage ist, alle erforderlichen Anforderungen hinsichtlich Wärmeschutz, Schallschutz, Brandschutz und Tragfähigkeit ohne zusätzliche außenseitige Wärmedämmung zu erfüllen.

Die im März 2016 erschienene Broschüre „Bemessung von Ziegelmauerwerk nach DIN EN 1996-3/NA“ [1] stellt die „Verein­fach­ten Berechnungsmethoden“ nach DIN EN 1996-3 (inklusive nationalem Anhang DIN EN 1996-3/NA) übersichtlich vor und ergänzt sie mit leicht verständlichen Zahlenbeispielen. Sie enthält außerdem im Anhang ein ausführliches Bemessungsbeispiel für ein Mehrfamilienhaus in monolithischer Ziegelbauweise. Die Broschüre „Baulicher Brandschutz im Wohnungsbau“ [2] erschien im ­
Juli 2016 und erläutert die (zusätzlich) erfor­derli­chen Regelungen zum Brandschutznachweis von Ziegelmauerwerk nach DIN EN 1996-1-2/NA, DIN 4102-4 sowie nach allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen. Auch hier erleichtern einfache Beispiele das Verständnis.

Die vereinfachten Berechnungsmethoden der DIN EN 1996-3/NA sind für Gebäudehöhen bis zu 20 m Höhe anwendbar und eröffnen damit ein breites Einsatzspektrum für den Mauerwerksbau. Die weiteren Rand­bedingungen für die Anwendung der DIN EN 1996-3/NA sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Sie entsprechen im Wesentlichen den bisherigen Regelungen des vereinfachten Verfahrens nach DIN 1053-1.

Wesentliche Neuerungen von

DIN EN 1996-3/NA

Mit dem Übergang von DIN 1053-1 zu DIN EN
1996/NA ergeben sich folgende wesentliche Neuerungen bzw. zu beachtende Punkte:

– Umstellung der Nachweisführung auf das Teilsicherheitskonzept

– Explizite Berücksichtigung der reduzierten Auflagertiefe von Decken auf einschaligen (monolithischen) Außenwänden (Auflagertiefe a < Wanddicke t) bei der Nachweisführung

– Nachweis der Mindestauflast von Außenwänden, die als Endauflager für Decken oder Dächer dienen und durch Wind beansprucht werden

– Vereinfachter Nachweis von gemauerten Kellerwänden jetzt bis zu einer Anschütthöhe von 115 % der lichten Kellerhöhe möglich, um z. B. einen barrierearmen Ausgang zu realisieren

– Freistellung vom Nachweis der Gebrauchs­tauglichkeit, sofern die Ausführung nach den Teilen 1-1 und 2 von DIN EN 1996/NA erfolgt

– Verzicht auf den rechnerischen Nachweis der Querkrafttragfähigkeit bei offensichtlich ausreichend ausgesteiften Gebäuden

– Planziegel werden weiterhin in allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ) geregelt. Diese Zulassungen beziehen sich im Grundsatz auf normative Regelungen, können jedoch auch Festlegungen enthalten, die die normativen Regelungen erweitern oder einschränken.

Auf die Punkte „Deckenauflagerung auf Außenwänden“ und „Verzicht auf den Nachweis der Mindestauflast“ soll nachfolgend näher eingegangen werden. Zusätzlich erfolgt eine kurze Darstellung des Brandschutznachwei­ses von Produkten nach allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung.

Teilweise aufliegende Decken auf Außenwänden

Bei monolithischen Außenwänden ist eine sorgfältige Planung und Ausführung des Außenwand-Decken-Knotens von großer Bedeutung, da dieses Detail neben den Anforderungen aus der Statik gleichzeitig auch den Aspekten aus Wärme-, Feuchte-, Schall- und Brandschutz genügen muss. Zur Vermeidung bzw. Verringerung von Wärmebrückenverlus­ten liegt im Gegensatz zur zusatzgedämmten und zweischaligen Außenwand die Geschossdecke nicht vollständig (a = t), sondern nur teilweise (a < t) auf der Außenwand mit der Dicke t auf. Die Ziegelindustrie empfiehlt als Standardlösung eine Deckenauflagertiefe von a = 0,67 t bis 0,8 t (siehe Bild 1). Umfangreiche Hintergrundinformationen hierzu enthält z. B. die Veröffentlichung [4].

Der vordere Bereich des Außenwand-
Decken-Knotens ist mit einer Stirndämmung der WLG 035 auszuführen. Zur Sicherstellung eines homogenen Putzgrundes kann eine Ziegelschale an der Außenseite angeordnet werden. Die WLG der Dämmung ist in diesem Fall in Abhängigkeit der Dicke und Wärmeleitfähigkeit der Ziegelschale anzupassen. Bei Verzicht auf eine Ziegelschale ist bei den Verputzarbeiten der Materialwechsel im Putzgrund nach den allgemeinen anerkannten Regeln der Technik zu berücksichtigen, siehe auch [5]. Es ist darauf zu achten, dass die Stirndämmung eine mögliche Verkürzung
der Stahlbetondecke infolge Kriechens und Schwindens ausgleichen kann. Vor dem Hintergrund einer möglichen Verformung der Stahlbetondecke empfiehlt sich außerdem der Einsatz von Trennlagen aus Bitumenpappe ober- und unterhalb der Außenwände. Ein 30 bis 50 mm breiter Weichfilzstreifen an der inneren Wandkante zur Vermeidung von Spannungsspitzen und Verbesserung der Lage der Lastresultierenden ist bei großen Deckenspannweiten, insbesondere über 6 m, ebenfalls zu empfehlen.

In Bild 2 werden die sich aus der charakteristischen Druckfestigkeit des Mauerwerks f_k ergebenden Tragfähigkeiten n_Rd von monolithischen Außenwänden bei Bemessung nach DIN EN 1996-3 mit der empfohlenen Auflagertiefe a = 2/3 t in Abhängigkeit der Wand­dicke t und der lichten Geschosshöhe h den im Wohnungsbau üblichen Einwirkungen n_Ed gegenübergestellt. Mit einem f_k-Wert von 3,5 N/mm² sind mit dieser Auflagertiefe 5-geschossige Wohngebäude aus monolithischem Ziegelmauerwerk bereits ab der Wanddicke 365 mm ohne Zusatzdämmung realisierbar. Bei höheren Auflasten in den unteren Geschossen von Mehrgeschossbauten, z. B. infolge höherer Geschosszahlen oder größerer Fensterflächenanteile, kann diese Auflagertiefe vergrößert werden. Durch die Vergrößerung der Auflagertiefe um rund 40 mm sind bei einer 365 mm dicken Außenwand deutlich höhere Tragfähigkeiten möglich, die in etwa in der Größenordnung der Lasten eines zusätzlichen Vollgeschosses liegen, siehe Bild 3. Für Auflagertiefen bis a/t = 0,8 wurde die Gleichwertigkeit mit den verbesserten Wärmebrückendetails des Entwurfs zum neuen Beiblatt 2 der DIN 4108 nachgewiesen.

Weitere Reserven bietet der Nachweis einzelner hoch belasteter Wände mit dem genaueren Verfahren der DIN EN 1996-1-1/NA. Hier sind in der Regel gegenüber dem Nachweis nach DIN EN 1996-3/NA ca. 20 % höhere Tragfähigkeiten möglich.

Verzicht auf den Nachweis der Mindestauflast

Für Wände, die als Endauflager für Decken oder Dächer dienen und durch Wind beansprucht werden, ist nach DIN EN 1996-3/NA/A2 ein Nachweis der Mindestauflast der Wände zu führen. Der Nachweis darf in Wandhöhenmitte unter der Berücksichtigung des dort wirkenden Eigengewichtsanteils der Wand erfolgen. In Bild 4 ist die zulässige maximal Wandhöhe h in Abhängigkeit der vorhande­nen Bemessungswindlast w_d und Wanddicke t für die Deckenauflagertiefe a = 2/3 t aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass in den Wind-zonen 1 und 2 im Binnenland die praxisübli­chen Geschosshöhen problemlos realisiert werden können. Der Nachweis der Mindest-auflast kann hier in der Regel entfallen.

Zu beachten ist, dass sich der Nachweis nach DIN EN 1996-3/NA/A2 auf der sicheren Seite liegend auf zweiseitig (oben und unten) gehaltene Wände bezieht, da bei kraftschlüssig angeschlossenen Querwänden (z. B. in Gebäudeecken) der Abtrag der Windlasten ohnehin als gegeben angesehen werden kann. Ist der Nachweis nicht erfüllt, können die betreffenden Wände bzw. Wandabschnitte – auf der sicheren Seite liegend – als nichttragende Außenwände bemessen und ausgeführt werden.

Durch Berücksichtigung realitätsnaher Randbedingungen und Bemessungsansätze kann gezeigt werden, dass in den Windzonen 1 bis 3 bei Wandschlankheiten h/t ≤ 15 der Nachweis der erforderlichen Mindestauflas-ten in der Regel erfüllt ist und daher ent-
fallen kann [1].

Brandschutz-Nachweis für Mauerwerk aus Zulassungsziegeln

In den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen sind die brandschutztechnischen Regelungen in Abschnitt 3 – in der Regel auf der Grundlage von aktuellen Brandversuchen nach DIN EN 1365 – festgelegt. Bei der Bemessung für den Lastfall Brand muss nachgewiesen werden, dass der vorhandene Ausnutzungsfaktor vorh. α_fi = ­N_Ed,fi/N_Rd kleiner oder gleich dem in der Zulassung festgelegten zulässigen Ausnutzungsfaktor ­zul. α_fi ist: vorh. α_fi  ≤ zul. α_fi

Der maximal mögliche Ausnutzungsfaktor zul. α_fi = 0,7 entspricht dabei der vollen Tragfähigkeit bei der „kalten“ Bemessung nach dem genaueren Bemessungsverfahren in DIN EN 1996-1-1/NA.

Weitere ausführliche Informationen hierzu enthält die im Juli 2016 neu erschienene Broschüre „Brandschutz im Wohnungsbau“ [3], der auch das nachfolgende Beispiel entnommen ist:

Nachgewiesen wird eine tragende, raum­abschließende Innenwand im Erdgeschoss eines 5-geschossigen Wohngebäudes ­(Gebäudeklasse 5, Oberkante Fertigfußboden > 13 m).

Gewählt: Planhochlochziegel PHLzB 16-1,2, charakteristische Mauerwerkdruckfestigkeit f_k = 5,5 N/mm², Wandhöhe h =2,75 m;  Wanddicke t = 175 mm; effektive Wandhöhe h_ef = 0,75 · 2,75 m = 2,0625 m; Gebäudeklasse 5; Anforderung: Feuerwiderstandsklasse F90-A

Bemessungswert des Widerstands N_Rd = 467,5 kN/m

Ermittlung von N_Ed,fi

Vorh. N_Ed = 425 kN/m (aus Lastermittlung)

N_Ed,fi = 0,7 · 425 kN/m = 297,5 kN/m

Vorh. α_fi = N_Ed,fi/N_Rd = 297,5/467,5 = 0,636,

Tabellenwert zul. α_fi aus Zulassung Abschnitt 3 für die Feuerwiderstandsklasse F90,

Zul. α_fi ≤ 0,7 – für Wanddicken t ≥ 175 mm, Druckfestigkeitsklasse ≥ 12 und Rohdichteklasse ≥ 1,2 - Randbedingungen eingehalten mit PHLzB16-1,2

Nachweis:

Vorh. α_fi = 0,636 < zul. α_fi = 0,7

Nachweis erbracht.

Für die vorgestellten Planhochlochziegel PHLzB wurden aktuelle Brandprüfungen
nach DIN EN 1365-1 durchgeführt, mit denen die erhöhten Tragfähigkeiten nach DIN EN 1996-1-1/NA bereits bei der Brandprüfung durch die Wahl einer geeigneten Auflast berücksichtigt werden konnten.

Bei Brandprüfungen, die vor Erscheinen der DIN EN 1996-1-1/NA durchgeführt wurden, wurden die Prüf-Auflasten in der Regel nach DIN 1053-1 ermittelt. In solchen Fällen können dann in den Zulassungen α_fi -Faktoren
< 0,7 enthalten sein.

In der Tabelle 2 sind beispielhaft die aufnehmbaren Einwirkungen N_Ed in kN/m für die Wandhöhe 2,625 m und verschiedene Auflagertiefen für monolithische Außenwände der Dicken 365 mm und 425 mm in Abhängigkeit von der charakteristischen Druckfestigkeit f_k für einen Ausnutzungsfaktor α_fi = 0,7 bei Bemessung nach DIN EN 1996-3/NA angegeben. Bei Bemessung nach DIN EN 1996-1-1/NA können die aufnehmbaren Einwirkungen noch einmal bis 20 % erhöht werden.

Zusammenfassung

DIN EN 1996 (Eurocode 6) löst DIN 1053-1 ab. Die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel e. V. bietet mit den neuen Broschüren „Bemessung von Ziegelmauerwerk nach DIN EN 1996-3/NA“ [1] und „Baulicher Brandschutz im Wohnungsbau“ [2] dem in der Praxis tätigen Ingenieur wertvolle Hilfsmittel, um sich zügig mit den Neuerungen bei der Bemessung von unbewehrtem Ziegelmauerwerk vertraut zu machen. Da das Leistungsniveau der neuen Normengeneration in weiten Teilen mit dem bewähr­ten Bestand abgeglichen wurde, sind aus statischer Sicht keine wesentlichen Veränderungen in den bisher üblichen Mauerwerkskonstruktionen zu erwarten. Hinsichtlich der Auflagertiefe von Decken auf Außenwänden empfiehlt die Ziegelindustrie als Standard­lösung eine Deckenauflagertiefe a zwischen 0,67 t und 0,8 t, mit der mehrgeschossige Wohngebäude aus monolithischem Ziegelmauerwerk auch unter Berücksichtigung der Bemessung im Brandfall in der Regel problemlos realisierbar sind. Weitere Tragfähigkeitsreserven bietet der Nachweis hoch belasteter Wände nach DIN EN 1996-1-1/NA. Der neu in die Norm aufgenommene Nachweis der Mindestauflast auf Außenwänden aus monolithischem Ziegelmauerwerk kann in der Regel entfallen.

Literatur