Fassadenelemente für Hybridbauweisen

Tragwerk

Betonbauweise

Die Tragstruktur wird in Stahlbeton- oder auch Spannbetonbauweise ausgeführt. Weitestgehend üblich ist die Verwendung oder auch die Mischung zweier Stahlbetonbauweisen: Stahlbetonskelett- und Stahlbetonschottenbauweise.

Abbildungen 3.1: Dreidimensionales Rechenmodell eines Skelettbaus (Eigene Darstellung)

Während der Vorteil der Skelettbauweise darin besteht eine flexiblere Grundstruktur aufzuweisen, welche lediglich durch das Stützenraster sowie die notwendigen Aussteifungskerne eingegrenzt wird, setzt die Schottenbauweise eine bereits in der Entwurfsplanung festgelegte Einteilung der Stockwerke in einzelne Bereiche voraus. Andererseits führt die einfache statische Struktur der tragenden und meist auch aussteifenden Querwände der Schottenbauweise zu einer Vereinfachung des rechnerischen Aufwands innerhalb der Nachweisführung.

Abbildungen 3.2: Dreidimensionales Rechenmodell eines Schottenbaus (Eigene Darstellung)

Für welche Bauweise man sich entscheidet hängt von verschiedenen Gesichtspunkten ab. Diese sind unter anderem

  • Flexibilität des Grundrisses
  • Fertigungs- und Planungsaufwand
  • Herstellkosten
  • Materialbedarf
  • Rückbauaufwand

Holzbauweise

Im Bereich des Holzbaus ist die Verwendung vorgefertigter Bausysteme weit vorangeschritten. Im Bereich von Bausystemen für Außenwände lassen sich vorgefertigte Holzbauelemente vereinfachend in die Systembereiche Fassade, Kernelement und Installationsebene einteilen.

Dem Kernelement werden viele Funktionen auf engem Raum zugeordnet. Auch wenn die nichttragenden Außenwandelemente nicht zur Sicherung der Standsicherheit des Gebäudes herangezogen werden, müssen sie dennoch ihr Eigengewicht sowie eine Beanspruchung aus horizontaler Windlast aufnehmen und geschossweise an das Tragwerk weiterleiten können. Das Kernelement des Fassadenelementes beinhaltet hierfür die Tragstruktur - im Falle des Holzrahmenbaus - ein stabförmiges Traggerippe bestehend aus vertikalen Ständern sowie horizontaler Schwelle und Rähm.

Maßgebende Tragfähigkeitsnachweise gemäß DIN EN 1995-1-11 in Verbindung mit dem nationalem Anhang DIN EN 1995-1-1/NA2 für die geschossweise befestigten Elemente sind hierbei Nachweise aus Windbeanspruchung senkrecht zur Wand. Im Falle einer vorgestellten Anschlussvariante können die Eigenlastanteile der einzelnen Fassadenelemente, ausgenommen im Brandfall, bis zum Fundament bzw. der Kellerdecke weitergeleitet werden. Bei diesen sogenannten selbsttragenden Außenwänden dominiert der Tragfähigkeitsnachweis des Querdrucks zwischen Ständer und Schwelle im unterersten Fassadenelement.

Die Hauptfunktion des Kernelements liegt in der Einhaltung bauphysikalischer Anforderungen. Im Falle einer Holzrahmenbauweise ist innerhalb der Tragebene gleichzeitig die Dämmebene angeordnet. Stabilisierende, beidseitige Bekleidungenaus Holz- und/oder Gipswerkstoffen schließen

das Kernelement flächig zu einem beidseitig geschlossenen und hohlraumfrei gedämmten Element ab. Die Bekleidungen übernehmen zusätzlich die Funktionen der Luft- und Winddichtheit.

Das Kernelement kann mit einem flexibel gestaltbaren Fassadensystem versehen werden. Unterschieden werden hierbei Fassadensysteme mit und ohne Hinterlüftung. Eine spezielle Form der hinterlüfteten Fassade stellt eine unterlüftete Fassade dar, die nur von unten be- sowie entlüftet wird. Nicht hinterlüftet ist dagegen eine Kompaktfassade in Form eines Wärmedämmverbundsystems (WDVS) als Außendämmung mit äußerem Putzsystem (DIN 68800-2, 5.2.1.2)3.

Durchdringungen im Bereich des Kernelements sind zu vermeiden. Nach erfolgter Montage ist es von Vorteil, wenn Installationsführungen unabhängig von der vorgefertigten Gebäudehülle, bestehend aus dem Kernelement und ggfs. schon applizierter Fassade, integriert werden können. Dies kann durch eine raumseitig angeordnete Vorsatzschale erreicht werden, in der Installationen auf der Baustelle verlegt werden können (Kolb, 2007, S.68)4.

In den folgenden Skizzen werden beispielhaft horizontale Schnitte von Wandaufbauten mit Vorsatzschale bzw. Kompaktfassade sowie unterschiedlichen Installationsebenen dargestellt.

Abbildung 4.1: Wandaufbauten im Horizontalschnitt. Kompaktfassade + Kernelement, 2) Hinterlüftete Fassade + Kernelement (Eigene Darstellung)
Abbildung 4.2: Wandaufbauten im Horizontalschnitt. Kernelement + direkt verbundene Installationsebene, 2) Kernelement + eigenständig vorgestellte Installationsebene (Eigene Darstellung)

Schnittstelle

Beim statischen Nachweis einer Fassade müssen neben den Tragprofilen auch die Verbindungsmittel bemessen werden. Bei nichttragenden Elementen ist die Beanspruchung durch Windlast maßgebend. Anhand der Lasteinzugsbreite lassen sich die horizontale sowie die vertikale Belastung für einen Fassadenriegel ermitteln.

Abbildung 5.1: Vertikalschnitt vorgestellte Fassade an Betondecke mit den Verbindungsmitteln (Eigene Darstellung)

Die mechanische Verbindung von dem Fassadenelement zum Massivbau wird in der Regel mit einem Stahlwinkelprofil sowie Holzschrauben und Betonankern realisiert. Die vorgestellte Variante ist im Hinblick auf das Verbindungsdetail wesentlich komplizierter anzusehen, da die vertikalen Lasten über das Stahlprofil abgetragen werden müssen.

Abbildung 5.2: Statisches System des Verbindungsdetails (Eigene Darstellung)

Entscheidend für die Bemessung des auf Biegung beanspruchten Stahlwinkels ist der Abstand u des Fassadenelementes von der tragenden Massivbaustruktur. Vorzugsweise ist der Winkel ohne zusätzliche Steifen zu konzipieren.

Bei der eingestellten Bauweise werden die Eigenlasten der Holzfassade über Kontaktpressung in den Massivbau eingeleitet. Es sind lediglich Horizontallasten infolge Wind oder normale Abstützungs- bzw. Holmlasten zu berücksichtigen.

1 DIN EN 1995-1-1. (2010). Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau. Berlin: Deutsches Institut für Normung e.V.

2 DIN EN 1995-1-1/NA. (2013). Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau. Berlin: Deutsches Institut für Normung e.V.

3 DIN 68800-2. (2012). Holzschutz – Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau. Berlin: Deutsches Institut für Normung e.V.

4 Kolb, J. (2007). Holzbau mit System: Tragkonstruktion und Schichtaufbau der Bauteile. Basel: Birkhäuser Verlag AG.

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