Forschungsprojekt - Erarbeitung eines Leitfadens zur Befestigung von Fenstern in hochwärmedämmendem Mauerwerk

-


Ausgangssituation

Um die Anforderungen an den gestiegenen Wärmeschutz von Wänden zu erfüllen, wurde die Wärmeleitfähigkeit von Ziegelmauerwerk in den letzten Jahre deutlich reduziert. Mit der entsprechenden Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften ging jedoch gleichzeitig eine Reduzierung der mechanischen Festigkeiten einher. Die Befestigung von Fenstern und Fenstertüren in hochwärmedämmendem Zielgelmauerwerk wird mit herkömmlichen Methoden immer schwieriger. Allgemein anerkannte abgestimmte Befestigungslösungen unter Berücksichtigung weiterer Bauteile (z. B. Rollladenkästen) fehlen.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung von praxisnahen Handlungsempfehlungen zur Fensterbefestigung in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk. Im Rahmen des Projektes sollten gesamtheitliche praxistaugliche Lösungen erarbeitet werden. Daher sollten nicht nur die Tragfähigkeiten von Befestigungsmitteln in verschiedenen Ziegeln betrachtet werden, sondern es sollten handwerkergerechte Vorschläge für die Bauelementebefestigung inkl. der Anschlusssituation z. B. nach unten in den Brüstungsbereich für diese modernen Wandbildner erarbeitet werden.

Vorgehensweise

Zur Erreichung der Ziele waren umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgesehen. Im Rahmen der Untersuchungen sollten • die Belastungsgrenzen für Befestigungslösungen in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk herausgearbeitet werden, • sowie baupraktische Lösungsvorschläge erarbeitet werden, die auch spezielle Einbausituationen (z. B. untere Befestigung bei Hochlochziegeln) berücksichtigen. Die Erkenntnisse sollten sowohl durch Untersuchungen an Kleinproben, als auch durch komplette Bauteilversuche erarbeitet werden. Des Weiteren sollten die Erkenntnisse der Industriepartner (z. B. des Befestigungsmittelherstellers) in das Projekt mit einfließen.

Ergebnisse

Die durchgeführte Analyse der an den Befestigungspunkten angreifenden Lasten hat ergeben, dass in vielen Fällen nicht die Windlast die entscheidende Größe für die Bemessung der Befestigungselemente ist. Vielmehr ist es die Last, die durch einen auf 90° geöffneten Flügel, insbesondere mit einer vertikalen Nutzlast, auf die Befestigungspunkte in Nähe des Eck- als auch Scherenlagers wirken. Die dort auftretenden Kräfte sind für typische Fensterformate so groß, dass die Lasten nicht mehr von einem einzigen Befestigungspunkt aufgenommen werden können. Daher wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens „alternative Befestigungslösungen“ untersucht. Durch eine Gruppenbefestigung in der Nähe des Scherenlagers bzw. des Ecklagers werden die angreifenden Lasten auf mehrere Befestigungspunkte aufgeteilt. Bei einer Gruppenbefestigung bei der die Befestigungspunkte symmetrisch um die lasteinleitende Stelle liegen, kann für die Bemessung eine gleichmäßige Lastverteilung angenommen werden. Dies gilt z.B. für eine „Über-Eck Befestigung“ im Bereich des Scherenlagers. Die Last am Ecklager kann bei einem Fenster mit Riegel auf zwei Befestigungspunkte aufgeteilt werden, die direkt oberhalb sowie unterhalb des Riegels liegen.

Ebenso kann eine Lastaufteilung erfolgen, wenn die Befestigungsmittel nicht symmetrisch um den Lasteinleitungspunkt verteilt sind. Wird z.B. am oberen Scherenlager im einem Abstand von ca. 100 mm zum „Standardbefestigungspunkt ein zweiter Befestigungspunkt gesetzt, so reduziert sich die Last auf den Standardbefestigungspunkt auf ca. 70%. Dies gilt auch sinngemäß für die Befestigung im Bereich des Ecklagers.

Für ein typisches einflügeliges Fenster der Abmessung von ca. 1,2 x 1,4 m liegen die Lasten pro Befestigungselement, ohne die Berücksichtigung von vertikalen Nutzlasten in der Größenordnung von 0,5 kN. Hierbei wurde eine umlaufende Befestigung angenommen. Bei Berücksichtigung einer vertikalen Nutzlast von 600 N (Klasse 3 nach EN 13115) erhöht sich die Last auf ca. 1,0 kN.

In Anlehnung an den Eurocode muss die Bemessung des Befestigungspunktes sowohl den Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit berücksichtigen. Für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ist hierbei aktuell nach MO-02/1 eine maximale Verformung der Befestigungspunkte unter Last von 3 mm definiert. Diese Anforderung rührt aus der Sicherstellung der Dauerhaftigkeit des Anschlusses insbesondere der inneren sowie äußeren Abdichtung zwischen Fenster und Mauerwerk.

Ist die empfohlene Tragfähigkeit für das Versagen eines Befestigungsmittels im Befestigungsgrund größer als die Kraft für die zulässige Verformung von 3 mm, so erfolgt die Bemessung anhand der Verformung (Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit). Die Kraft für eine Verformung von 3 mm hängt hierbei von der freien Länge des Befestigungsmittels, d.h. in erster Näherung von der Breite der Einbaufuge ab. Es ist daher wichtig bei der Bemessung auch die Breite der Einbaufuge zu berücksichtigen.

Messungen der Tragfähigkeit an Einzelsteinen haben gezeigt, dass die Verformung, bei einer Fugenbreite ab ca. 15 mm oftmals die maßgebliche Größe für die Bemessung des Befestigungsmittel darstellt und nicht wie ursprünglich vermutet, die reine Tragfähigkeit des Steines. Dies gilt insbesondere für spezielle Leibungsziegel, die ein hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften optimiertes Lochbild aufweisen.

Durchgeführte Untersuchungen an Kleinproben haben gezeigt, dass der „Aufbau des Probekörper“ sowie Details bei der Durchführung der Zugversuche signifikante Auswirkungen auf die ermittelte charakteristische Tragfähigkeit sowie die Versagensart haben kann. Eine Aussage über die Größe des Einflusses kann aufgrund der geringen Stichprobe nicht allgemeingültig abgeleitet werden. Prinzipiell wird jedoch empfohlen, die Tragfähigkeit von hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk in der Leibung an Steinverbänden zu ermitteln.

Durchgeführte Bauteilversuche zeigten, dass das theoretische (vereinfachte) Bemessungsmodell im Rahmen der baupraktischen Anwendung eine ausreichende Übereinstimmung mit den in den Bauteilversuchen ermittelten Verformungen aufweist. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine nach dem Bemessungskonzept ausgeführte Befestigung in den untersuchten, hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften optimierten Leibungsziegeln eine ausreichende Dauerhaftigkeit aufweist. Der bereits vorgestellte Ansatz einer Gruppenbefestigung zur Lastverteilung (über Eck oder Doppelbefestigung) wurde durch die zusätzlichen Bauteilversuche bestätigt.

EDV gestützte Hilfswerkzeuge werden zukünftig den Ausführenden bei der Planung der Montage und Befestigung von Fenstern unterstützen. Hierzu hat das ift Rosenheim ein erstes Werkzeug entwickelt, in das auch die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens eingeflossen sind. Unter www.ift-montageplaner.de steht den Bauausführenden dieses Hilfswerkzeug kostenlos zur Verfügung.



Projektinformationen


Projektleiter:
Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Jehl

Projektmitarbeiter:


Projektlaufzeit:
Januar 2014 bis November 2017

Downloads


Vollständige Forschungsberichte erhalten Sie in unserem Onlineshop oder als ift-Mitglied kostenlos im Mitgliederbereich.


Förderstellen

Projektpartner