Mauerwerk

Bemessung nach DIN 1053-100

Wolfram Jäger, Gero Marzahn

• Verlag: Ernst & Sohn
• Jahr: 2012
• ISBN:
  9783433601686
• Auflage: 1
• Thema: Technology & Engineering
• Thema: Construction & Architectural Engineering

Design calculations and dimensioning of masonry according to the partial safety factor concept is required by the new standard part DIN 1053-100. This book is an introduction for its practice with background information from first hand with numerous examples.

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Einführung

1.1 Geschichte und Entwicklung

Mauerwerk ist einer der ältesten Baustoffe, dessen Anwendung bis weit ins Altertum zurückreicht. Als die Menschen sesshaft wurden, begannen sie, Mauern aufzuschichten und Wohnstätten zu bauen, die Schutz boten. Die ersten Orte wurden dauerhaft begründet. Neue, bisher unbekannte Baustoffe entwickelten sich: Mauersteine und Mörtel. Der Mörtel dient als Bindeglied und Toleranzausgleich zwischen den Steinen. Bitumen („Erdpech“) als Bindemittel im Mörtel lässt sich in Mesopotamien bereits aus vorgeschichtlicher Zeit nachweisen. Luftgetrocknete Lehmsteine sind seit etwa 14000 v. Chr. bekannt. Die Kenntnis des Haltbarmachens von Lehmsteinen durch Brennen wird seit etwa 5000 v. Chr. angewandt [1.1].

Bild 1.1 Natursteinmauerwerk verschiedener Epochen an der Prepositura di San Nicoló Rada, I talien

Seit jener Zeit hat das Mauerwerk eine enorme Entwicklung erfahren und dabei nie seine Ausstrahlung und Anziehungskraft verloren. Nach wie vor ist die Vielfalt an Gestaltungsmöglichkeiten fast unbegrenzt und die Wirtschaftlichkeit hoch. Insbesondere in den Wiederaufbauphasen nach Kriegsereignissen kam Mauerwerk in großem Stil zur Anwendung. Mit der Entwicklung des Stahlbetonbaus wurde die Bedeutung des Mauerwerks etwas zurückgedrängt, dennoch beträgt der Marktanteil im Wohnungsbau über 80 % [1.2]. Aufgrund seiner Vorteile wie kostengünstige Herstellung, hervorragende bauphysikalische Eigenschaften und Kombination von raumabschließender und statischer Funktion gehört Mauerwerk unverändert zu den bevorzugten Baustoffen des Wohnungsbaus. Im Nichtwohnungsbau weist das Mauerwerk einen Anteil von ca. 16 % auf. Es ist damit ebenfalls in diesem Bereich eine etablierte Bauweise.

Bild 1.2 Moderner Mauerwerksbau der heutigen Zeit (Haus Reichert, Wilhelmshorst/Potsdam) [1.3]

Die Notwendigkeit der weiteren Energieeinsparung mit dem Ziel, den CO₂-Ausstoß zu verringern, hat zu strengeren Anforderungen an die Hüllkonstruktionen von Gebäuden und damit auch an den Mauerwerksbau geführt. Auf diese Entwicklungen haben die Stein- und Mörtelhersteller mit Innovationen reagiert, die zu einer erheblichen Veränderung des Mauerwerks von heute geführt haben. Der traditionelle Baustoff ist zu einem hochentwickelten Zwei-Komponenten-Material (Stein und Mörtel) geworden, das in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen.

Dabei ist noch längst nicht das Ende der Weiterentwicklungen erreicht, wie neu auf dem Markt befindliche Produkte beweisen (z. B. Bild 1-3, Bild 1-4 und ausführlich [1.4]).

Bild 1.3 Neueste Entwicklungen im Bereich der Mauersteine für einschalige Wände;
a)Hochlochziegel mit ausgefüllten Hohlräumen – Dämmkern aus mineralischem Perlit (Trennung in Trag- u. Dämmschicht) [1.5],
b)Zweikomponentenstein mit Trag- und Dämmschicht im Verbund aus unterschiedlichen Materialien [1.6]

Bild 1.4 Neueste Entwicklungen im Bereich der Vormauersteine;
a)Kalksandstein-Fasenstein – Wandaufbau [1.7],
b)Vormauerschale in Trockenmauerwerk mit speziellem Verankerungssystem [1.8]

Zu Beginn des vorigen Jahrhunderts reichte noch die Einhaltung von in örtlichen Bauvorschriften festgelegten Wandstärken aus, um Mauerwerksgebäude zu errichten [1.9]. Vor allem seit der verstärkten Entwicklung des Stahl- und Stahlbetonbaus wurden zur Berechnung und Bemessung von Baukonstruktionen immer mehr ingenieurmäßige Verfahren angewendet.

Einfache Nachweisverfahren hielten 1937 auch im Mauerwerksbau mit Einführung der ersten DIN-Norm Einzug [1.10]. Sie war noch davon geprägt, dass es sich bei Mauerwerk um einen Baustoff handelte, der im Wesentlichen auf der Grundlage von Erfahrungen eingesetzt wurde.

Der Wettbewerb mit den anderen Baustoffen führte schließlich dazu, in Deutschland auch im Mauerwerksbau 1984 die ingenieurmäßige Bemessung zu etablieren [1.11]. Der Ausgabe dieser Norm ging eine Zeit voran, die von dem Ziel geprägt war, auch Hochhäuser in größerem Stile in Mauerwerk zu errichten. Wenngleich sich diese Tendenz in Deutschland nicht durchgesetzt hat, war in jener Epoche doch ein bedeutender Erkenntnisgewinn zu verzeichnen. Heute sind es die Anforderungen aus dem Klimaschutz, die die Entwicklung und die Normung bestimmen. Die wirtschaftliche Beherrschung der Planung und Ausführung setzt entsprechende Berechnungs- und Bemessungsvorschriften für die tägliche Arbeit voraus. Material- und Energieeinsparung (z. B. Passivhaus, Bild 1.5) sowie einfache und schnelle Berechnung und Nachweisführung sind die Kriterien, an denen diese gemessen werden.

Bild 1.5 Passivhaus in Adelzhausen (Architekt: Werner Friedl, Adelzhausen);
a) Rohbau mit KS-Außenwänden,
b) Fertiggestelltes Haus mit Wärmedämmverbundsystem [1.17]

So ist es nicht nur der in Europa eingeschlagene Weg, der den Übergang auf das semiprobabilistische Bemessungskonzept auch in Deutschland notwendig machte, sondern die genannten Kriterien sind es, die das Verlassen des althergebrachten globalen Sicherheitskonzeptes erfordern. Leider ist der Übergang auf das Teilsicherheitskonzept mit einer Verschärfung der Nachweisführung bei horizontalen Einwirkungen verbunden, die sich besonders bei nicht-zugfestem Material wie dem Baugrund und dem Mauerwerk nachteilig auswirken. Das ist aber nur bedingt dem Teilsicherheitskonzept selbst zuzuschreiben, sondern vor allem der Festlegung der Teilsicherheitsbeiwerte in Verbindung mit der Übereinkunft zur Versagenswahrscheinlichkeit von Gebäuden und Bauwerken ([1.12], [1.13] u. [1.14]). Eine kritische Bewertung des dabei in Deutschland eingeschlagenen Weges erscheint notwendig, so wie es bereits Spaethe [1.18] 1992 für sinnvoll gehalten hat.

Mit der DIN 1053-100 [1.15] ist der Übergang auf das semiprobabilistische Sicherheitskonzept nunmehr auch im Mauerwerksbau vollzogen und die Bemessung kann im Mauerwerk nach dem Teilsicherheitskonzept erfolgen. Für die Konstruktion und Ausführung gilt nach wie vor DIN 1053-1:1996-11 [1.16]. Auf das strikte Mischungsverbot sei an dieser Stelle hingewiesen. Die Abtrennung der Bemessung hatte sich erforderlich gemacht, um zügig die Bereitstellung der Algorithmen nach dem neuen Sicherheitskonzept entsprechend DIN 1055-100 auch im Mauerwerksbau zu ermöglichen. Die Umstellung auf das Teilsicherheitskonzept hatte dann doch eine längere Zeit in Anspruch genommen, sodass sich das eingeschlagene Vorgehen bestätigte.

An der Erarbeitung der DIN 1053-100 zur Berechnung von Mauerwerk auf der Grundlage des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes waren die Mitglieder des Arbeitsausschusses „Rezept- und Ingenieurmauerwerk“ sowie der Unterausschüsse „Baustoffe“ und „Bemessung“ des Deutschen Instituts für Normung e. V. beteiligt. Sie wurde noch unter der Obmannschaft von Prof. Walther Mann in Angriff genommen und 2007 vollständig abgeschlossen. Inzwischen ist die Norm bauaufsichtlich eingeführt und steht für die allgemeine Anwendung zur Verfügung (s. [1.19] u. z. B. [1.20]).

Das vorliegende Buch soll die Umstellung auf die neue Norm im Mauerwerksbau erleichtern. Es wird gleichzeitig auf die aktuelle Situation auf dem Sektor der Mauerwerksprodukte eingegangen, die durch den übergang auf europäische Normen und die Beibehaltung des bisherigen, hohen Niveaus entstanden ist. Neben der Erläuterung der Berechnungs- und Bemessungsvorschriften der DIN 1053-100 wird ein Einblick in Hintergründe und Zusammenhänge gegeben, die den sicheren Umgang mit der Norm erleichtern sollen. Die Beispiele demonstrieren die Berechnungs- und Nachweisalgorithmen und tragen zur Verdeutlichung bei. Die Auswahl erfolgte dabei unter dem Gesichtspunkt der überschaubarkeit der Berechnungsgänge.

1.2 Literatur zu Kapitel 1

[1.1] Pfeifer, G. et al.: Mauerwerk Atlas. Birkhäuser, Basel, Boston, Wien 2001.

[1.2] DGfM Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau e. V. (Hrsg.): Jahresbericht 2006. Berlin 2007 (www.dgfm.de).

[1.3] Callwey Verlag München (Hrsg.): brick ‘06 – Die beste europäische Ziegelarchitektur, Brick Award 2006 Wienerberger AG Wien. Callwey, München 2006.

[1.4] Hirsch, R.: Mauerwerksbau mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung. In: Jäger, W. (Hrsg.): Mauerwerk-Kalender 34 (2009), S. 29-205. Ernst & Sohn, Berlin.

[1.5] Wienerberger POROTON-Planziegel. Wienerberger Ziegelindustrie GmbH, Oldenburger Allee 26, 30659 Hannover (www.wienerberger.de).

[1.6] GISOTON Wandsysteme GmbH, Baustoffwerke Gebhart & Söhne GmbH & Co. KG, Hochstr. 2, 88317 Aichstetten (www.gisoton.de).

[1.7] Silka Kalksandstein Fasenstein. XELLA Deutschland GmbH, Dr.-Hammacher-Str. 49, 47119 Duisburg (www.xella.de).

[1.8] ClickBrick-Befestigungssystem. daas ClickBrick bv, Terborgseweg 12, 7038 EX Zeddam, Niederlande (www.daasbaksteen.nl).

[1.9] Ahnert, R.; Krause, K. H.: Typische Baukonstruktionen von 1860 bis 1960, Band 1. Verlag für Bauwesen, Bauverlag, Berlin 1991.

[1.10] DIN 1053:1937-02: Bauteile aus künstlichen und natürlichen Steinen, Berechnungsgrundlagen. Ausschuss einheitliche technische Baubestimmungen (ETB), Deutscher Normenausschuss, Berlin 1937.

[1.11] DIN 1053:1984-07: Mauerwerk. Mauerwerk nach Eignungsprüfung. Berechnung und Ausführung. NABau im DIN, Berlin 1984.

[1.12] Möller, B.; Graf, W.; Beer, M.; Sickert, J.-U.: Das Datenmodell Fuzzy- Zufälligkeit und seine Anwendungsmöglichkeiten im Ingenieurbau. In: Fe...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Title Page
• Copyright
• Dedication
• Vorwort
• 1: Einführung
• 2: Mauerwerksbauten
• 3: Normen und Sicherheitskonzept
• 4: Baustoffe und ihre Eigenschaften
• 5: Mechanische Festigkeit von Mauerwerk
• 6: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen
• 7: Räumliche Aussteifung
• 8: Grundlagen der Bemessung
• 9: Vereinfachtes Nachweisverfahren
• 10: Genaueres Nachweisverfahren
• 11: Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit
• 12: Spezielle Kapitel der Mauerwerksbemessung
• 13: Nachweis von Mauerwerksbauten unter Erdbebeneinwirkung
• 14: Natursteinmauerwerk
• 15: Komplexbeispiel
• Stichwortverzeichnis