WÄNDE / STÜTZEN

Definition

1.1 Tragsysteme - Wand - Stütze

1.2 Aussteiffende Systeme - Wand - Stütze

1.3 Nicht tragende Systeme - Wand

2 Anforderungen

2.1 Raumbildung - Massivbauweise - Schottenbauweise - Skelettbauweise

2.2 Statik - Vertikale Lastabtragung - Horizontale Lastabtragung

3 Grundprinzipien

3.1 frei stehend 3.2 eingespannt 3.3 Bauteil als Teil eines Trägers

4 Anwendung

4.1 Wandesysteme

4.1.1 homogene Wände - Ortbeton -Stampflehm 4.1.2 geschichtete Wände - Sichtmauerwerk - Blockbauweise 4.1.3 aufgelöste Wände Stahlbetonfertigteilbauweise Holzfertig- teilbauweise Massiv- oder Brettsperrholzbauweise HolzfiligranbauweisetragendeGlaswand

4.2 Stützen und Stabsysteme 4.2.1 homogene Stützen - Beton -Stampflehm

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Prof. Dipl. Ing. MA Manfred Lux Architekt BDABaukonstruktion / Baustofftechnologie

WÄNDE / STÜTZEN

1. DefinitionUnter „Wände und Stützen“ werden die für die Lastabtragung notwendigen und den Raum in der seitlichen Ab-wicklung begrenzenden Bauteile behandelt. Sie werden im Bauablauf bereits im Rohbau erstellt. Der Umstand, daß das Bauteil sowohl dem Witterungsschutz, als auch als Bestandteil der thermischen Hülle dient, setzt ein umfangreiches Wissen über die Anforderungen und die Umsetzung verschiedener Lösungsansätze voraus. Über das Tragwerkverhalten hinaus gehende Themen der Fassade werden im Themenblock „Hülle“ dieser Skriptenreihe behandelt.

1.1 TragsystemeWand TragendeWändesind innerhalbderGe-bäudestruktur fürdie lineareLastableitungdervertikalenKräfteverantwortlich.Stütze ImähnlichenSinnesindtragendeStützenin-nerhalbderGebäudestrukturfürdiepunkt-förmigeLastablei-tungdervertikalenKräfteverantwortlich.

1.2 Aussteiffende SystemeWand Wände können aussteiffende Funktionen übernehmen. Diese wird durch Scheiben- wirkung erzielt und muß mindestens in drei senkrecht zueinander stehenden Ebenen wirken.Stütze Stützen können mittels Diagonalauskreuzung oder Einspannung aussteiffend wirken.

1.3 Nicht tragende SystemeWandNichttragendeWandsystemesindhäufigeinfacher,schnellerundplatzsparenderzuer-stellen.DiedemInnenausbau zugeordneten Montagearbeiten können exakter ausgeführt werden. Bei nicht tragenden Wänden istdaraufzuachten,daßz.B.imFallevomKriechendesBetonsundDurchbiegungaufgrundvonBelastungderdarüberstehendenGeschoßdeckeoderBalkenmittelseinerobenoffenenAnschlußfugedienichttragendeWandnicht belastet wird.

2. Anforderungen2.1 Raumbildung

MassivbauweiseBei der Massivbauweise sind tragende und raumabschließende Elemente gleich. Die Wände sind an den Stößen kraftschlüssig verbunden. Diese tragen wesentlich zur Stabilität der Tragstruktur bei. Öffnungen werden aus den Wändenausgeschnitten.DasGebäudewirdvoneinemhomogenenErscheinungsbildgeprägt.

SchottenbauweiseBei der Schottenbauweise handelt es sich um eine Variante der Massivbauweise. Die Wandscheiben vereinen wie beim Massivbau die tragende und raumanschließende Funktion. Die Wände sind untereinander nicht kraftschlüssig verbundenundkönnensomitnichtalsaussteifendeEckenindasstatischeKonzepteingebundenwerden.EbensowiebeimMassivbaukönnendieÖffnungenausdenWändenausgeschnittenwerden.DasGebäudeistvoneinemadditiven Erscheinungsbild geprägt.

SkelettbauweiseImGegensatzzudenzuvorgenanntenBau-weisenwerdenbeiderSkelettbauweisedietragendenundraumab-schließenden Elemente getrennt. Mit diesem System ist die größte entwerferische Freiheit möglich. Die Stützen müssen mittels Einspannung oder Auskreuzung gegen eine horizontale Lasteinwirkung ausgesteift werden.

2.2 Statik

Vertikale LastabtragungWändeleitenNormalkräftederdarüberliegendenGeschosseimGrundriss linearnachUnten.StützenleitendieNormalkräfte der darüberliegenden Decken punktförmig ab. Bei schweren Decken muß ein Durchstanzen der da-runterliegendenGeschoßdeckeverhindertwerden.DieskanndurcheineverbreitertesAuflagererreichtwerden.

Horizontale LastabtragungGemauerteWändekönnenausschließlichentlangderLängsachsehorizontaleKräfteableiten.VoraussetzungsindeineausreichendenDickeundBiegezugfestigkeit.EingespannteBetonwändekönnenauchKräftesenkrechtzurLängsachseableiten.StützenkönnennureingespanntHorizontalkräfteindasdarunterliegendeGeschoßableiten.Pendelstützen sind für diese Art von Lastableitung ungeeignet.

3. GrundprinzipienInnerhalbeinesstatischenKonzepteslassensichWändeundStützenindreiunterschied- lichenGruppennachstatischen Wirkungswei- sen unterteilen.

3.1 frei stehend (z. B. Pendelstütze)Wände oder Stützen dieses Prinzips können uneingeschränkt vertikale Lasten aufnehmen. Horizontalkräfte können lediglichentlangderWirkungsachseparallelzurWandflächeaufgenommenwerden.FürdieMaterialwahlfürdieseBauteile steht jedes übliche Wand- und Stützenbaumaterial zur Verfügung, auch Mauersteine und Lehm.

3.2 eingespanntBauteile dieser Bauart können außer Normalkräften auch Horizontalkräfte aufnehmen. Als Baumaterial ist hierfür nur Material geeignet, das Biegezuglasten aufnehmen kann. Dieses ist bewehrter Beton, Stahl, Holz und bewehrtes Mauerwerk.

3.3 Bauteil als Teil eines TrägersDieses System einer Wand als Träger ist auch vergleichbar mit einem Unterzug oder Über- zug. Die Wand ist dann alsflächigerFach-werkträgervorstellbar.SchlitzungenundAussparungenindieserWandsindnuranbestimmten,mit dem Tragwerksplaner zu koordinierenden Stellen möglich. Die Wand muß dann Biegezuglasten in Form von Zug im unteren Wandsegment und Druck im oberen Wandsegment aufnehmen können. Das Bau- material ent-spricht dem der eingespannten Wände.

4 AnwendungDreigrundsätzlicheKonstruktionssystemewerdenbaustoffbezogenunterteilt.Eshandeltsichzurbesserenanalyti-schen Annäherung um Idealsysteme, die in der Realität meistens mit anderen Systemen gemischt werden.

4.1 Wandsysteme

4.1.1 homogene Wände

OrtbetonWände aus auf der Baustelle betonierten Scheiben haben durch den auf Druckbelastung stabilen Beton und die auf Zugbelastung sta- bile Bewehrung ideale Voraussetzungen zur Ableitung von Normalkräften und Querkräf- ten. Die Einbindung in die darüber und darun- ter liegenden Wände kann mit einfachen Mitteln als Einspannung ausgebildet werden (Abb. 2.4.13-14). Die hohe Dichte ermöglicht eine hohe thermische Speicherkapazität.Die Wärmedämmeigenschaften sind schlecht.

AusdiesemGrundwerdenBetonwändeoftmehrschaliggefertigt.Betonisteinwitte-rungsbeständigerBaustoff,der nach den aktuellen Anforderungen der EnEV zweischa- lig oder monolithisch unter dem Zusatz von Blähton oder Schaumglas (d = mind. 70cm) ausgebildet werden muß.

StampflehmImGegensatzzuStahlbetonisteineStampflehmwandnurbedingtimStande,Zugkräfteaufzunehmen.EineEin-spannung ist nicht möglich. Die hohe Rohdichte ermöglicht eine hohe thermische Speicherkapazität. Die Was-seraufnahmekapazität erlaubt einen ausgeglichenen Feuchtehaushalt. Die Wärmedämmeigenschaften sind nur “mittelmäßig”.Stampflehmistnurbedingtwitterungsbeständig.EinDachüberstandodereinewetterfestenVerscha-lung erhöhen die Lebensdauer. Anforderungen der aktuellen EnEV 2009 werden bei Wandstärken mit luftporenhal- tigem Lehm ab ca. 0,60 m eingehalten.

(1) eingespannt/frei,(2) gelenkig/gelenkig,(3) eingespannt/gelenkig, (4) eingespannt/eingespannt

KnickenistderVerlustderStabilitätdurchDruckund

Biegemomente mit der Wirkungslinie in Stabach-

se bis hin zum Versagen. Leonhard Euler hat das

Knickeninvierexem-plarischeFälleunterteilt.Er

untersuchte die Spannungen an durch Belastung

verformten Stäben.

Wandbauarten

Aussteiffung mittelsAuskreutzung u. Beplankung zur Scheibe

Herstellung von Ortbeton

Stampflehm

4.1.2 Geschichtete Wände

GeschichteteWände sind über denVerbandgegenseitig verzahnt. Innerhalb derSchichtenwerdendieSteinejeweils versetzt verlegt, so daß die senkrechten Mörtelfugen möglichst nie von Oben nach Unten durchlaufen. GleichesgeschiehtbeimMauerwerk-undBlockhausbauandenWandeckenzudenjeweilsquerdazustehendenWändenundBauteilen.DieseVerzahnungläßtmehrereparalleloderquerzueinanderstehendeBauteileimVer-bandwirkenundträgtzurAussteiffungdesGebäudesbei.Beim Bruchsteinmauerwerk werden im Format ungleiche behauene Natursteine in zuvor beschriebener Weise ge-fügt, jedoch nicht mit der Präzision heutiger Steinformate und damit nur mit schlechteren statischen Eigenschaften. Das so genannte Zyklopenmauerwerk weicht vom Verbandmauerwerk weiter ab: die Steine sind so behauen, daß sie sich untereinander verkeilen. Zyklopenmauerwerk kann trocken, ohne Mörtel, hergestellt werden. Früher wurde Bruchsteinmauerwerk mit glatt behauenen Steinen verblendet.

Bruchsteinmauerwerk

Gesimse- und Verblendprinzipien

Baunenn-Maße

Richtmaße X x 12,5 cm (6,25 cm)Außenmaß A X x 12,5 cm - 1 cmÖffnungsmaß Ö X x 12,5 cm + 1 cmVorsprungsmaß x X x 12,5 cm

Verzahnung

Zyklopenmauerwerk

1 Kopf2 Läufer3 Binder4 Mörtelbett5 Zwischenfuge6 Stoßfuge7 Stoßfuge8 Lagerfuge

In den jeweiligen Produktnormen sind verschiedene Formate in ihren Abmaßen geregelt. Diese basieren auf den Baurichtmaßen des oktametrischen (1/8 m = 12,5 cm) Rasters der DIN 4172. Aus Steinhöhe und Lagerfugenhöhe ergibt sich das Schichtmaß (Ganzzahliges desOktameterraster).Abhängig von derMörtelhöhe (Normalmörtelca. 1,2 cm, Dünnbettmörtel 1 bis 3 mm) ergibt sich die Steinhöhe. Die statische Wirkungsweise von im Verband gemauertenundelementiertenBauteilenistbeigebranntenZiegeln,Kalksandsteinen,BlähtonsteinenoderGas-betonsteinenähnlich.DasBaunennmaßerhältmandurchdenAbzugderBreiteeinerFuge.ZiegeloderKalksand-steinewerdenhäufigindiesenSteinformatenhergestellt.AuchEinbauten(z.B.FensterundTüren)werdenoftimBaunennmaß gefertigt. Rechnet man zu dem Bauteil, zum Beispiel einem Ziegel von 24 cm Breite eine Mörtelfuge von 1 cm hinzu, ist die Summe aus Stein und Fuge wieder das Baurichtmaß (25 cm).Auch das Pfeilermaß ist aufgrund dem Fehlen der beidseitigen Mörtelfugen um einen cm kürzer. Das Vorsprungs-maß entspricht dem 12,5-cm-Raster, da es auf der anschließenden Seite eine Fuge hat, auf der freien Seite aber nicht. Durch das Anlegen von Öffnungen wie Fenster oder Türen ergibt sich das Öffnungsmaß. Zum Baurichtmaß wird die Breite einer zweiten Fuge hinzugerechnet.FormatevonkünstlichenMauersteinen(BetonsteinnachDIN18151/18152,KalksandsteinnachDIN106,Poren-betonnachDIN4165undZiegelnachDIN105)werdenmeistmitKurzbezeichnungen(z.B.2DF)benannt.ImBauwesen ist es üblich, Formatkurzbezeichnungen zu verwenden, die sich auf ein Vielfaches des sogenannten Dünnformates DF (240 × 115 × 52 mm) beziehen.NebendemDünnformat(DF)findetimBereichvonVerblendmauerwerkauchdasNormalformat(NF)Anwendung.Bei Steinen aus dem Normalformat (240 × 115 × 71 mm) wird erst nach drei Schichten das oktametrische Raster erreicht. Historische Formate, wie z. B. das Reichsformat (250 × 120 × 63 mm), werden nicht mehr in Serie herge-stellt.

Schichtmaße in Abhängigkeit von der Steinhöhe [mm]:

a) bei NormalmörtelSteinhöhe 52 71 113 238 Lagerfugendicke 10,5 12,3 12 12 Schichthöhe 62,5 83,3 125 250 Schichten je m 16 12 8 4

b) bei DünnbettmörtelSteinhöhe 123 248 498 623 648 Lagerfugendicke 2 2 2 2 2 Schichthöhe 125 250 500 625 650 Schichten je m 8 4 2 1,6 1,54

Bis zumFormat3DFsinddieKurzbezeichnungeneindeutigundkönnendaherproblemlosbei derBestellungverwendet werden. Ab dem Format 4 DF ist diese Eindeutigkeit nicht mehr gegeben und ergänzende Angaben (die Wanddicke) sind erforderlich. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Steine mit Nut-Feder-System verwendet wer-den, die nicht beliebig gedreht werden können. Ein 4 DF kann beispielsweise folgende Abmessungen aufweisen:

Bezeichnung Länge x Breite x Höhe4 DF (115) für Normalmö. (248 x 115 x 238)4 DF (115) für Dünnb.mö. (248 x 115 x 248)4 DF (240) für Normalmö. (248 x 240 x 113)4 DF (240) für Dünnb.mö. (248 x 240 x 123)

SichtmauerwerkWände aus gemauerten Scheiben sind ausschließlich zur Aufnahme von Normalkräften geeignet. Die Verzah-nungindiedarüberunddarunterliegendenGeschoßdeckenkannlediglichdieNormalkräfteableiten.Aufgrundderschlechten Wärmedämmeigenschaften werden Sichtmauerwände mehrschalig gefer- tigt.EineBesonderheit stellt diemonolithischeSichtmauerwandkonstruktiondesKunsthauses inMarktoberdorf vonValentin Beat und Andrea Deplazes dar: Aufgrund einer sehr guten Energiebilanz durch alternative Heiztechniken kann nach der damals gültigen EnEV auf eine Dämmschicht verzichtet werden und der Wandaufbau monolithisch ausgeführt werden. Vormauer-Backstein ist ein sehr witterungsbeständiger Baustoff, der nach den aktuellen Anfor-derungen der EnEV zur Dickenreduktion zweischalig ausgebildet werden muß.Die Ziegelformen werden weiterentwickelt: die Stege werden in der Dicke optimiert und so angeordnet, daß der WärmeflußvonInnennachAußenmöglichstlabyrinthartigerfolgt.ZurVerbesserungderWärmedämmeigen-schaf-ten sind die einzelnen Schichten nur noch miteinander verklebt und die vertikalen Fugen ohne Mörtel gestoßen.Durch die Wahl der passenden Rohdichte des Ziegels kann die Wärmedämmeigenschaft und Tragfähigkeit auf das zuerstellendeBau-teilangepaßtwerden.DerSystemgedankederZiegelmaßealsGrundlagefüreineWerk-pla-nung in Modulmaßen ist für eine kostengünstige und schnelle Ausführung hilfreich.

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Bezeichnung Abmaße / Wanddicke

DF (Dünnformat) (240 x 115 x 52)

NF (Normalformat) (240 x 115 x71)

(115 x 240 x 71)

2 DF (240 x 115 x 113)

2 DF (115 x 240 x 113)

3 DF (240 x 175 x 113)

3 DF (240 x 175 x 113)

5 DF (240) (300 x 240 x 113)

5 DF (300) (240 x 300 x 113)

6 DF (240) (365 x 240 x 113)

6 DF (365) (240 x 365 x 113)

10 DF (240) (300 x 240 x 238)

10 DF (300) (240 x 300 x 238)

12 DF (240) (365 x 240 x 238)

12 DF (365) (240 x 365 x 238)Kerngedämmtes Mauerwerk, ein System eines Mauerziegels aus der Schweiz