Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz Vorstand: o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider
Brandschutz BAU MASSIV! !
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Forschungsprojekt
Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holz-
bauweise unter Brandeinwirkung
5. Teilbericht des Forschungsprojektes
Brandschutz BAU! MASSIV!
August 2002
Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Vorstand : o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider
Bewertung der Gesamtkonstruktion von Wohngebäuden in Massiv- oder Holzbauweise
unter Brandeinwirkung
5. Teilbericht des Forschungsprojektes Brandschutz BAU! MASSIV!
von
o.Univ. Prof. DDr. Ulrich Schneider
Dipl.-Ing. G. Moschnitschka
Dipl.-Ing. M. Oswald
Ing. C. Lebeda
August 2002
Der vorliegende Bericht wurde im Auftrag der Bundesinnung Bau und des Fachverbandes Stein und Keramik für den internen Gebrauch erstellt. Eine Veröffentlichung von Auszügen
aus diesem Bericht bedarf in jedem Einzelfall der Zustimmung des Instituts.
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Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG ............................................................................................................. 11
1.1 ALLGEMEINES 11
2 TEMPERATURVERHALTEN VON BAUSTOFFEN ............................................. 11
2.1 BETON UND STAHLBETON 12
2.1.1 Temperaturverhalten von Beton und Stahlbeton 13 2.1.1.1 Temperaturverteilung bei einseitig beanspruchten Betonwänden..................... 15 2.1.1.2 Temperaturverteilung in dreiseitig beanspruchten Betonbalken....................... 17
2.1.2 Schäden an Stahlbetonkonstruktionen 18
2.2 MAUERWERK 19
2.2.1 Temperaturverhalten von Mauerwerk 20
2.2.2 Schäden an Mauerwerkskonstruktionen 21
2.3 HOLZ 22
2.3.1 Temperaturverhalten von Holz 22
2.3.2 Temperaturverhalten von Holzverbindungen 26 2.3.2.1 Zimmermannsmäßige Verbindungen................................................................ 26 2.3.2.1.1 Blattverbindung ................................................................................................. 27 2.3.2.1.2 Zapfenverbindung.............................................................................................. 28 2.3.2.1.3 Versatz............................................................................................................... 29 2.3.2.2 Ingenieurmäßige Verbindungen........................................................................ 31 2.3.2.2.1 Brandverhalten von Stahl .................................................................................. 31 2.3.2.2.2 Brandverhalten von Gusseisen.......................................................................... 32 2.3.2.2.3 Brandverhalten von Aluminium........................................................................ 32 2.3.2.3 Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln ..................................... 32 2.3.2.3.1 Nägel.................................................................................................................. 32 2.3.2.3.2 Nagelplatten....................................................................................................... 34 2.3.2.3.3 Nagelbleche ....................................................................................................... 36 2.3.2.3.4 Klammern.......................................................................................................... 37 2.3.2.3.5 Holzschrauben................................................................................................... 38 2.3.2.3.6 Bolzenverbindungen.......................................................................................... 41 2.3.2.3.7 Stabdübelverbindungen..................................................................................... 42
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2.3.2.3.8 Dübelverbindungen ........................................................................................... 43 2.3.2.3.9 Stahlbleche und Stahlblechformteile ................................................................. 43 2.3.2.3.10 Zugstabsysteme aus Stahl und Aluminium ....................................................... 44 2.3.2.3.11 Grundlagen des Brandverhaltens von Klebstoffen und Leimen........................ 45 2.3.2.3.12 Brandverhalten von geklebten Verbindungen................................................... 47 2.3.2.3.13 Verklebungen mit Epoxydharzen...................................................................... 47 2.3.2.3.14 Keilzinkleimungen ............................................................................................ 48
2.3.3 Schäden an Holzkonstruktionen 50
3 GRUNDSÄTZLICHE VERSAGENSMUSTER DER BAUTEILE......................... 51
3.1 VERSAGENSKRITERIEN NACH EUROCODE 51
3.2 LEISTUNGSANFORDERUNGEN AN TRAGWERKE UND BAUTEILE 51
3.3 VERSAGENSMUSTER DER HOLZ- UND MASSIVBAUWEISE IM BRANDFALL 52
4 BETRACHTUNG DER GESAMTKONSTRUKTION ............................................ 56
4.1 WANDBAUTEIL 56
4.1.1 Massivbauweise 57 4.1.1.1 Innenputz und Innenwandverkleidung .............................................................. 58 4.1.1.2 Tragkonstruktion ............................................................................................... 59 4.1.1.3 Dämmstoffe ....................................................................................................... 59
4.1.2 Holzbauweise 60 4.1.2.1 Brandschutzbekleidung ..................................................................................... 60 4.1.2.2 Dämmstoffe ....................................................................................................... 61 4.1.2.3 Firestops ............................................................................................................ 62
4.1.3 Fallbeispiele 63
4.2 FASSADE 65
4.2.1 Massivbauweise 66
4.2.2 Holzbauweise 68
4.2.3 Fallbeispiele 69
4.3 ÖFFNUNGEN 71
4.3.1 Massivbauweise 71
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4.3.2 Holzbauweise 72
4.4 DECKENBAUTEIL 74
4.4.1 Massivbauweise 74 4.4.1.1 Tragkonstruktion ............................................................................................... 74 4.4.1.2 Bekleidung......................................................................................................... 76
4.4.2 Holzbauweise 77 4.4.2.1 Tragkonstruktion ............................................................................................... 77 4.4.2.2 Bekleidung......................................................................................................... 80 4.4.2.3 Firestops ............................................................................................................ 81
4.4.3 Fallbeispiel 81
4.5 VERBINDUNGEN, ANSCHLÜSSE UND FUGEN 82
4.5.1 Massivbauweise 83
4.5.2 Holzbauweise 85
4.5.3 Fallbeispiel 93
4.6 INSTALLATIONEN 95
4.6.1 Massivbauweise 95
4.6.2 Holzbauweise 96
4.7 RAUMGRÖßE 101
4.7.1 Massivbauweise 101
4.7.2 Holzbauweise 101
4.8 TREPPENHAUS 102
4.8.1 Massivbauweise 102
4.8.2 Holzbauweise 103
4.9 VERGLEICH REALISIERTER WOHNBAUPROJEKTE 104
4.9.1 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Deutschland 104 4.9.1.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 109 4.9.1.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 109 4.9.1.1.2 Fassade ............................................................................................................ 110 4.9.1.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 110 4.9.1.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 111
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4.9.1.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 111 4.9.1.1.6 Installationen ................................................................................................... 111 4.9.1.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 112
4.9.2 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Österreich 112 4.9.2.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 118 4.9.2.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 118 4.9.2.1.2 Fassade ............................................................................................................ 119 4.9.2.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 119 4.9.2.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 120 4.9.2.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 120 4.9.2.1.6 Installationen ................................................................................................... 120 4.9.2.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 121 4.9.2.1.8 Gesamtbeurteilung........................................................................................... 121
4.9.3 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Deutschland 122 4.9.3.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 127 4.9.3.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 127 4.9.3.1.2 Fassade ............................................................................................................ 128 4.9.3.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 128 4.9.3.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 129 4.9.3.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 130 4.9.3.1.6 Installationen ................................................................................................... 131 4.9.3.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 132
4.9.4 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Österreich 133 4.9.4.1 Brandschutztechnische Bewertung.................................................................. 141 4.9.4.1.1 Wandbauteile ................................................................................................... 141 4.9.4.1.2 Fassade ............................................................................................................ 143 4.9.4.1.3 Öffnungen........................................................................................................ 143 4.9.4.1.4 Deckenbauteil .................................................................................................. 144 4.9.4.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen............................................................ 146 4.9.4.1.6 Installationen ................................................................................................... 147 4.9.4.1.7 Treppenhaus .................................................................................................... 147 4.9.4.1.8 Gesamtbeurteilung........................................................................................... 147
5 QUALITÄTSVERGLEICH DER BEIDEN BAUWEISEN ................................... 149
5.1 BAUAUSFÜHRUNG 149
6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 152
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7 SCHLUSSFOLGERUNG........................................................................................... 158
8 LITERATURVERZEICHNIS................................................................................... 162
9 ANHANG: BESCHREIBUNG DER BAUWEISEN ............................................... 167
9.1 STATISCH-KONSTRUKTIVER AUFBAU VON GEBÄUDEN 167
9.1.1 Wände 167
9.1.2 Decken 168
9.1.3 Zusammenwirken von Wänden und Decken 169
9.2 KONSTRUKTIONSSYSTEME IN DER MASSIVBAUWEISE 170
9.2.1 Massivbauten mit tragenden Längswänden 170
9.2.2 Massivbauten mit tragenden Querwänden 172
9.2.3 Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden 174
9.2.4 Massive Wandkonstruktionen 174 9.2.4.1 Tragendes einschaliges Mauerwerk ................................................................ 175 9.2.4.2 Tragendes zweischaliges Mauerwerk .............................................................. 177 9.2.4.3 Nicht tragendes Mauerwerk ............................................................................ 179
9.2.5 Massive Deckenkonstruktionen 179
9.3 KONSTRUKTIONSSYSTEME IN DER HOLZBAUWEISE 180
9.3.1 Rippenbauweise 181 9.3.1.1 Tafelbauweise .................................................................................................. 182 9.3.1.2 Raumzellenbauweise ....................................................................................... 184 9.3.1.3 Balloon Framing .............................................................................................. 184 9.3.1.4 Platform Framing............................................................................................. 186
9.3.2 Skelettbauweise 187 9.3.2.1 Fachwerkbauweise .......................................................................................... 188 9.3.2.2 Ingenieurmäßige Skelettbauweise ................................................................... 190
9.3.3 Massivholzbauweise 195 9.3.3.1 Blockbauweise................................................................................................. 195 9.3.3.2 Brettstapelbauweise ......................................................................................... 196
9.3.4 Mischformen 199
9.4 VERBINDUNGEN IM HOLZBAU 199
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9.4.1 Systematik der Verbindungsformen 201 9.4.1.1 Zimmermannsmäßige Verbindungsformen..................................................... 201 9.4.1.2 Ingenieurmäßige Verbindungsformen............................................................. 202
9.4.2 Verbindungen der Rahmenbauweise 203 9.4.2.1 Verbindungen beim Platform Framing und Balloon Framing ........................ 204
9.4.3 Verbindungen der Skelettbauweise 205 9.4.3.1 Fachwerkbauweise .......................................................................................... 205 9.4.3.2 Verbindungen der ingenieurmäßigen Skelettbauweise ................................... 206
9.4.4 Verbindungen der Massivholzbauweise 211 9.4.4.1 Verbindungen der Blockbauweise................................................................... 211
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LEGENDE DER BEZEICHNUNGEN UND ABKÜRZUNGEN
Allgemeine Symbolerläuterung:
Ca(OH)2 Calciumhydroxid CO Kohlenmonoxid CO2 Kohlendioxid O2 Sauerstoff Verwendete Abkürzungen:
afi Zusätzliche Holzdicke und zusätzliche End- und Randabstände von Ver-bindungsmitteln für einen Feuerwiderstand von mehr als R 15 nach EC 5 Teil 1-2
ASTM American Society for Testing Materials b Balkenbreite eines Plattenbalkens CSH Calciumsilicathydrat; wichtigste Verbindung für die Festigkeitsbildung des
Betons d Balkenhöhe eines Plattenbalkens d0 Plattendicke eines Plattenbalkens dn Schraubendurchmesser in [mm] E Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für den Raumabschluss (abgeleitet
vom französischen Wort „Étanchéité“) ETK Einheitstemperaturzeitkurve F 30, 60, 90, 180 Brandwiderstandsklassen; symbolischer bauteilbezogener Ausdruck für die
Brandwiderstandsdauer in Minuten bei Normbrandbelastung I Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die Wärmedämmung unter
Brandeinwirkung (abgeleitet vom französischen Wort „Isolation“) ln Mindestnagellänge in [mm] M Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die mechanische Einwirkung
auf Wände (abgeleitet vom englischen Wort „Mechanical“) OSB Oriented Strand Boards; Flachpressplatten aus großflächigen, vorzugsweise
parallel zur Plattenoberfläche liegenden Langspänen R Beschreibung der Feuerwiderstandsdauer für die Tragfähigkeit (abgeleitet
vom französischen Wort „Résistance“) T Temperatur in [°C] t Zeit in [sec.] Tkrit Kritische Temperatur des Bewehrungsstahles in [°C] nach [9]; ist jene
Temperatur, bei der die Bruchspannung des Stahles auf die im Bauteil vorhandene Stahlspannung absinkt.
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tr Feuerwiderstandsdauer in [min] TSD Trittschalldämmung ß gemessene Abbrandrate in [mm/min] nach EC 5 Teil 1-2 ß0 Abbrandgeschwindigkeit in [mm/min] ß1 Abbrandrate in [mm/min] nach EC 5 Teil 1-2
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1 Einführung
1.1 Allgemeines
Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamt-
konstruktion unter Brandeinwirkung erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bau-
teile, deren Aufgaben, Herstellung und Baustoffe und andererseits die Betrachtung des
Zusammenwirkens sämtlicher Konstruktionselemente als Ganzes. Hiervon hängt die
Standfestigkeit des Gebäudes, sowohl unter den üblichen Gebrauchslasten als auch unter
speziellen Belastungen, wie dies z.B. die Brandeinwirkung darstellt, ab.
Eine Zusammenstellung dieser statisch-konstruktiven Aufgaben von Gebäuden wird im
Anhang dieses Berichtes angeführt. Des weiteren wird dort zum besseren Verständnis der
folgenden Kapitel auf die Konstruktionssysteme in der Massiv- und Holzbauweise im
Detail eingegangen und ein Überblick über die Verbindungen, die im Holzbau zur
Anwendung gelangen, gegeben.
2 Temperaturverhalten von Baustoffen
Das statisch-konstruktive Gefüge eines Gebäudes wird immer von der Wahl des Baustoffes
sowie von der jeweiligen Herstellungsweise beeinflusst. Die Feuerwiderstandsdauer der
Bauteile hängt einerseits von der Art und andererseits von der Anordnung der verwendeten
Baustoffe ab. Die drei wichtigsten Konstruktionsbaustoffe im Wohnbau sind:
• Beton bzw. Stahlbeton,
• Mauerwerk,
• Holz.
Aufgrund der verschiedenen Baustoffeigenschaften zeigen sich hinsichtlich des Verhaltens
unter Brandeinwirkung signifikante Unterschiede. Beton, Stahlbeton und Mauerwerk sind
nicht brennbar, wodurch die Geometrie und die Form von Bauteilen aus diesen Baustoffen
bei Feuereinwirkung im Wesentlichen erhalten bleiben. Demgegenüber ist Holz als solches
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brennbar, wodurch sich Holzbauteile praktisch von Beginn des Brandes an verändern.
Während sich die tragenden Querschnitte von Holz unter Beflammung reduzieren, nehmen
die Spannungen in den Querschnitten zu.
Sowohl Holz als auch Mauerwerk und Beton zeichnen sich durch ihre schlechte
Wärmeleitfähigkeit aus. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Bauteile bei
Beflammung nur in den Randzonen erwärmt, während die Kernbereiche nur geringere
Temperaturerhöhungen erfahren.
Die mechanischen Eigenschaften, d.h. unter anderem die Festigkeit und der E-Modul der
Konstruktionsbaustoffe, nehmen mit steigenden Temperaturen durchweg ab. Bauteile aus
Holz versagen in der Regel bereits nach kurzer Brandeinwirkung, da die äußeren Lasten
von den durch den Abbrand rasch reduzierten tragenden Querschnitten nicht mehr
aufgenommen werden können. Stahlbetonbauteile und Bauteile aus Mauerwerk versagen
demgegenüber erst, wenn die Randzonen der Bauteile soweit durchwärmt sind, dass die
tragenden Bewehrungen kritische Temperaturen erreichen oder die Baustoffe durch sehr
hohe Temperaturen zermürbt sind. Stahlbeton- und Spannbetonbauteile erreichen ihren
hohen Feuerwiderstand daher vor allem durch die vorhandenen Überdeckungen.
In den Kapiteln 2.1, 2.2 und 2.3 wird detailliert auf das Temperaturverhalten der drei
Konstruktionsbaustoffe Beton bzw. Stahlbeton, Mauerwerk und Holz eingegangen.
2.1 Beton und Stahlbeton
Normalbeton und Konstruktionsleichtbeton werden ausschließlich aus mineralischen
Baustoffen gefertigt und gelten daher ohne Nachweis als nichtbrennbar
(Brennbarkeitsklasse A 1). Die zur Aufnahme von Zugkräften eingebrachte Bewehrung
aus Baustahl ändert daran nichts.
Bauteile aus Stahlbeton gelten je nach Abmessung und Dicke der Überdeckung des
Baustahls mit Beton grundsätzlich als F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]), F 90 (zukünftig
REI 90 nach [49]) oder F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]), wobei die im Wohnbau
üblichen schlaff bewehrten tragenden Stahlbetonteile mit den aus statischer Sicht
erforderlichen Abmessungen bereits die Brandwiderstandsklasse F 90 (zukünftig REI 90
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nach [49]) ergeben. Wenn sie beidseitig verputzt werden, ergeben sich Brandwiderstands-
klassen von F 120 (zukünftig REI 120 nach [49]) und darüber.
2.1.1 Temperaturverhalten von Beton und Stahlbeton
Beton erfährt im Brandfall eine besondere physikalisch-chemische Belastung. Der
Betonquerschnitt wird unter Brandeinwirkung von der Oberfläche her zunächst relativ
rasch erhitzt. Die Abb. 2.1 stellt die physikalischen und chemischen Vorgänge im
Betonquerschnitt unter Brandeinwirkung dar.
a-Quarz
Dic
ke d
er B
eton
schi
cht
[cm
]
Branddauer nach DIN 4102 [min]
Beton weitgehend zerstört
Beton weitg
ehend in
takt
0 30 60 90 120 150 180
2
4
6
8
750°C
573°C
450°C
350°C Zerfall von CSH(I)
Zerfall von Ca(OH)2
Zerfall von CSH(II)
b-Quarz
Abb. 2.1: Wirkungstiefe einer Brandeinwirkung auf eine Betonoberfläche und die Art der Schädigung nach [20]
Die Abb. 2.1 zeigt, dass bei einer Temperatur von etwa 350°C der Abbau der Festigkeit
des Betons durch Zerfall der ersten CSH(I) Phasen beginnt. Bei einem Wert von ca. 450°C
folgt dann der Zerfall von Calciumhydroxid Ca(OH)2. Die Umwandlung von a-Quarz in ß-
Quarz erfolgt bei 573°C. In weiterer Folge tritt bei Erreichen einer Temperatur von ca.
750°C der Zerfall der CSH(II)-Phasen und somit eine Zerstörung bzw. Zermürbung des
Betons ein. Die Oberflächenschicht aus nahezu festigkeitsloser Betonsubstanz schützt aber
den tieferliegenden, noch tragfähigen Beton mit zunehmender Dicke immer besser vor
weiterer Erwärmung. Auch bei größeren Bränden erfasst die Zermürbung daher selten eine
Schicht von mehr als 5 cm Dicke.
Normalbeton zeigt im Verlauf der Erwärmung Veränderungen in der Mikro- und
Makrostruktur, die zu einem Abfall der Betondruckfestigkeit und einer Erhöhung seiner
Verformbarkeit führen. Innerhalb der für die Brandabläufe maßgebenden Zeiträume
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verändert sich die Druckfestigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 200°C kaum, um
anschließend annähernd linear bei einer Temperatur zwischen 700°C bis 800°C auf Null
abzufallen. Der Abfall des Druck-Elastizitätsmoduls setzt bereits bei etwa 50°C ein und
fällt anschließend annähernd linear auf Null bei 800°C ab. Dementsprechend zeigen
Spannung-Dehnungs-Diagramme für Normalbetone bei zunehmender Temperatur
geringere Festigkeiten bei gleichzeitig erheblich ansteigenden Verformungen. Wird ein
Versuchskörper aus Beton mit einer konstanten Druckspannung von etwa 45% seiner
Kurzzeit-Druckfestigkeit unter Normaltemperatur belastet und unter Last allmählich
erwärmt, werden zunächst die temperaturabhängigen Dehnungen durch die zeitgleich
eintretenden Kriechverformungen in etwa aufgehoben. Erst bei einer Temperatur von etwa
500°C setzen starke Stauchungen ein, die bei 600°C zum Bruch führen [20].
Konstruktionen bzw. Konstruktionselemente aus Beton erhöhen die Brandlast nicht. Sie
haben zudem ein relativ schlechtes Wärmeleitvermögen. Betonbauteile erreichen ohne
besonderen Aufwand hohe Feuerwiderstandsdauern, sie entwickeln im Brandfall keine
toxischen Gase, d.h. sie haben aus brandschutztechnischer Sicht nur Vorteile. Selbst nach
schweren Brandeinwirkungen ist es möglich, die Betonbauteile zu sanieren [42].
Die Einsturzgefahr ist bei tragenden Stahlbetonbauteilen mit im Wohnbau üblicher
schlaffer Bewehrung sehr gering, d.h. Einstürze bei Wohnungsbränden wurden bislang nur
im Holzbau beobachtet. Bei Stahlbetonbauteilen führt die Einwirkung der Brandwärme
zunächst nur zur Erwärmung der äußeren Deckschicht, wodurch sich die Bewehrung
erwärmt und eventuell durch Abplatzungen freigelegt wird. Entscheidend für das
Brandverha lten des Stahlbetons ist letztlich immer das Verhalten der Bewehrungen
In Abhängigkeit von der Anzahl der Seiten eines Bauteils, die einer Beflammung
ausgesetzt werden, unterscheiden sich auch die Temperaturverteilungen im Querschnitt. In
weiterer Folge wird die Temperaturverteilung in den im Wohnbau üblicherweise
verwendeten Bauteilen, d.h. in Wänden, Platten und Balken, dargestellt. Auf das
Brandverhalten von Stützen wird in diesem Bericht nicht detailliert eingegangen, da solitär
stehende Stützen im Geschosswohnbau praktisch nicht zum Einsatz kommen. Werden
Stützen hingegen in Stahlbetonwände eingebunden, verlaufen die Temperaturen durch den
Zusammenhang mit diesen Wänden ähnlich wie in einem Plattenbalken (siehe Abb. 2.3).
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Weil dieser erwärmungstechnisch mit einer eingebundenen Stütze direkt vergleichbar ist,
kann auf eine Wiedergabe entsprechender Beispiele bzw. Temperaturfelder verzichtet
werden.
2.1.1.1 Temperaturverteilung bei einseitig beanspruchten Betonwänden
Legt man die Temperaturbeanspruchung der Einheitstemperaturkurve (ETK) zugrunde,
dann ergeben sich in einseitig beflammten Wänden oder Platten die in den Abbildungen
2.2 und 2.3 dargestellten Temperaturverteilungen. Die Abb. 2.2 zeigt die Temperaturfelder
in Normalbetonplatten nach verschiedenen Zeitpunkten im Normbrandversuch.
Abb. 2.2: Temperaturverteilung in einseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Pla tten bzw. Scheiben (Wänden) aus Normalbeton mit quarzhaltigem Zuschlag nach [22]
Man erkennt daran, dass die Plattendicke selbst ab einer Plattendicke von mehr als 10 cm
und bis zu 90 Minuten Branddauer praktisch keinen Einfluss auf die feuerseitigen
Temperaturfelder hat. Die Temperaturen nahe der beflammten Oberfläche, d.h. jeweils auf
der linken Seite der 10 cm und 15 cm dicken Platten, geben Aufschluss über jene
Temperaturen, die beispielsweise an der Zugbewehrung von statisch bestimmt gelagerten
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Platten oder Scheiben auftreten. Aus den Temperaturen auf der feuerabgekehrten Seite,
d.h. jeweils auf der rechten Seite der Platte, sowie aus der nach Norm zulässigen
Temperaturerhöhung von 140°C im Mittel und maximal 180°C ergeben sich die für
bestimmte Feuerwiderstandsklassen notwendigen Plattendicken.
Die Abb. 2.3 zeigt die Temperaturverteilung in Scheiben bzw. Platten aus Leichtbeton mit
Blähtonzuschlag mit einer Rohdichte von ca. 1350 kg/m3. Die Abbildung gibt annähernd
auch die Temperaturverteilung in einem Porenbeton gleicher Rohdichte wieder. Aufgrund
der niedrigeren Wärmeleitzahl des Leichtbetons fallen die Temperaturen an der dem Feuer
abgewandten Seite niedriger aus als bei den Normalbetonplatten.
Abb. 2.3: Temperaturverteilung in einseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Pla tten bzw. Scheiben (Wänden) aus Leichtbeton mit Blähtonzuschlag nach [22]
Der Vergleich der Abbildungen 2.2 und 2.3 zeigt, dass die Temperaturen im
Leichtbetonquerschnitt zu vergleichbaren Zeitpunkten erheblich niedriger liegen als jene
beim Normalbeton mit quarzhaltigem Zuschlag. Dieser Einfluss ist sowohl bei der
Anordnung der Bewehrung bzw. des Maßes der Überdeckung als auch bei der
Bestimmung der notwendigen Platten- bzw. Scheibendicken zur Erreichung bestimmter
Feuerwiderstandsdauern von Bedeutung.
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2.1.1.2 Temperaturverteilung in dreiseitig beanspruchten Betonbalken
Eine dreiseitige Brandbeanspruchung liegt dann vor, wenn die Oberseite des Balkens durch
eine Stahlbetonkonstruktion oder eine andere gleichwertige Abdeckung mit mindestens
derselben Feuerwiderstandsklasse wie der des Balkens abgedeckt ist. Bei einer dreiseitigen
Brandbeanspruchung werden die dem Feuer zugekehrten Balkenseiten am stärksten
beansprucht. Am Übergang zur Abdeckung liegt dagegen eine geringere Beanspruchung
vor. Die Temperaturen verlaufen für Normalbeton entsprechend den in der Abb. 2.2
dargestellten Isothermen. Ausschlaggebend für die Höhe der Temperaturen sind dabei die
Abmessungen b, d und do. Da in der Praxis in erster Linie die Temperaturen in den unteren
Balkenbereichen interessieren, werden im Folgenden diese Bereiche genauer untersucht.
Abb. 2.4: Isothermen bei einem dreiseitig nach DIN 4102 Teil 2 beanspruchten Plattenbalken mit quarzhaltigem Zuschlag nach 30 Minuten Beanspruchungsdauer (Maße in mm, Temperaturen in °C) nach [22]
Trägt man die Erwärmungszeit t, bei der in der Symmetrieachse von rechteckigen Balken
die Temperatur T = 500°C erreicht wird, in Abhängigkeit von der Balkenbreite b auf, dann
ergeben sich die in der Abb. 2.5 wiedergegebenen Kurven. Sie gehen bei einer
Balkenbreite b > 30 cm asymptotisch in horizontale Geraden über. Diese Geraden stellen
die entsprechenden Erwärmungslinien für Platten bzw. Scheiben dar. Die dargestellten
Kurven gelten für Balken mit Seitenverhältnissen d > 2b. Die Kurven gelten annähernd
auch für Balken mit leicht angeschrägten Seiten.
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Wäre ein statisch bestimmt gelagerter Balken nur mit einem Bewehrungsstab in der
Symmetrieachse bewehrt, so würde die auf der Ordinate eingetragene Zeit gleichzeitig die
Feuerwiderstandsdauer in Minuten darstellen, wenn der Bewehrungsstab eine kritische
Temperatur von 500°C hat.
Abb. 2.5: Erwärmungszeit t bis zum Erreichen von T = 500 °C in der Symmetrieachse von Rechteckbalken mit quarzhaltigem Zuschlag bei dreiseitiger Beanspruchung nach DIN 4102 Teil 2 in Abhängigkeit von der Balkenbreite b und dem Achsenabstand u nach [22]
Für Balken mit mehreren Bewehrungsstäben reichen die Angaben der Abb. 2.5 nicht aus,
um das Tragverhalten im Brandfall zu beurteilen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für
die Temperaturverteilung in Balken Isothermenbilder zu verwenden. Auf diese wird jedoch
nicht genauer eingegangen, da das den Rahmen des vorliegenden Berichtes sprengen
würde. Die Abb. 2.5 zeigt, dass bei einer Überdeckung von 3,5 cm im Allgemeinen ein
Brandwiderstand von > 90 min erreicht wird (Tkrit. = 500°C).
2.1.2 Schäden an Stahlbetonkonstruktionen
Bei den Schäden an Stahlbetonkonstruktionen unter Brandeinwirkung handelt es sich nach
[20] grundsätzlich vor allem um die in weiterer Folge angeführten:
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• Verschmutzung und Verrußung der Betonoberflächen.
• Eindringung saurer Brandgase, d.h. beispielsweise Salzsäuredämpfe aus PVC-
Bränden, in die Betonoberfläche.
• Abplatzungen und dadurch Freilegen der Bewehrung sowie
Querschnittsschwächungen oder Lochbildung an dünnen Querschnitten, wie z.B.
Felder von Kassettendecken und dünnwandigen Stegen von T-Profilen.
• Starke Verformungen und Zwängungen wegen behinderter Ausdehnung der
erhitzten Bauteile, anschließendes Fließen der Stahlbewehrung und Absinken der
Elastizitätsmoduli von Beton und Stahl durch Erwärmung sowie entsprechende
Rissbildung.
• Einsturz von Teilen oder ganzen Tragwerken, insbesondere statisch bestimmt
gelagerter Tragwerke, die einachsig gespannt sind, sobald die Zugbewehrung durch
Abplatzung freigelegt ist. Bei statisch unbestimmt gelagerten oder mehrachsig
gespannten Bauteilen sowie bei brandschutztechnisch günstiger
Bewehrungsführung tritt ein Bauteilversagen trotz großflächiger und tiefer
Abplatzungen so gut wie nie auf.
2.2 Mauerwerk
Alle Baustoffe für den Mauerwerksbau sind prinzipiell der Brennbarkeitsklasse A
zuzuordnen, d.h. sie gelten als nichtbrennbar. Eine Ausnahme hiervon bilden die
Dämmschichten in zweischaligen Wänden sowie Thermoputze. Das Hochtemperatur-
verhalten von Mauerziegeln zeichnet sich durch außerordentlich hohe
Feuerwiderstandsfähigkeit aus, da es sich um ein bereits vor dem Einbau gebranntes
Material handelt. Ein ähnlich gutes Brandverhalten zeichnen auch Kalksandstein-
Vollziegel aus. Porenbetons teine sind ebenfalls durch eine hohe Feuerwiderstandsdauer
gekennzeichnet, die durch den hohen Wärmedurchlasswiderstand des Leichtbetons bzw.
im Hinblick auf die raumabschließende Wirkung der Wände begünstigt wird.
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Wie für die Strukturen aus Beton und Stahlbeton gilt auch für Mauerwerkskonstruktionen,
dass die Einhaltung der statischen Erfordernisse in der Regel auch den Brandschutz
gewährleisten. So erreicht eine ungeputzte tragende Ziegelwand aus Mauerziegel der
Dicke 25 cm einen Brandwiderstand von ≥ 90 min. Wird diese Wand beidseitig verputzt,
so beträgt der Brandwiderstand ≥ 180 min. Wird das tragende Mauerwerk aus
Hochlochsteinen ausgeführt, so ist in ungeputztem Zustand bereits bei 17 cm Mauerdicke
ein Brandwiderstand ≥ 90 min gewährleistet, mit beidseitigem Verputz ein
Brandwiderstand ≥ 180 min. Eine beidseitig verputzte nichttragende Wand aus
Mauerziegel erreicht einen Brandwiderstand ≥ 90 min. Für Wände aus Porenbeton gelten
etwa die gleichen Werte.
2.2.1 Temperaturverhalten von Mauerwerk
Das Brandverhalten von Mauerwerk wurde experimentell vergleichsweise selten
untersucht. Da die Erfahrungen bei natürlichen Bränden zeigen, dass Mauerwerk eine hohe
Feuerwiderstandsfähigkeit aufweist, sind derartige Untersuchungen im Gegensatz zu Holz
oder Beton nicht von Bedeutung. Einen zusätzlichen günstigen Einfluss auf das Verhalten
im Brandfall übt hierbei der Verputz, d.h. üblicherweise Kalkmörtel, Kalkzementmörtel
und Gipskalkmörtel, aus.
Grundsätzlich erwärmen sich gemauerte Wandbauteile im Brandfall nur langsam und
behalten ihre Tragfähigkeit über einen langen Zeitraum. Das Verformungsverhalten von
Mauerwerk unter Brandeinwirkung ist durch eine sehr große Variationsbreite
gekennzeichnet. Dies gilt einerseits für die unterschiedlichen Mauerwerksarten,
andererseits aber auch innerhalb jeder Mauerwerksart. Durchweg sind die thermischen
Verformungen jedoch gering, weil die thermische Ausdehnung generell geringer ist als
z.B. bei Stahlbetonbauteilen.
Der Mörtel in den Fugen des Mauerwerks, d.h. vor allem der Lagerfugenmörtel, sorgt für
die Kraftübertragung von Mauerstein zu Mauerstein und durch den Ausgleich von
Maßabweichungen der Mauersteine für eine gleichmäßigere Spannungsverteilung. Beim
Mörtel für tragendes Mauerwerk handelt es sich in der Regel um Kalk- oder
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Kalkzementmörtel. Durch unvollständig vermörtelte Fugen bzw. durch die oben
angeführte mögliche Zerstörung des Mörtels unter Brandeinwirkung entstehen
Spannungsspitzen, die in weiterer Folge zu einem vermehrten Abplatzen und infolge
dessen zu einer oberflächlichen Zerstörung der Steine führen können [39].
Die Baustoffe der Mauerwerkskonstruktionen tragen als solche nicht zu einer Erhöhung
der Brandlasten bei. Des weiteren nehmen sie nicht am aktiven Brandgeschehen teil und
führen somit auch weder zu einer Brandentstehung noch zu einer Brandausbreitung. Sie
geben keine Rauchgase ab und tragen nicht zur Toxizität der Rauchgase bei.
Mauerwerk tritt in Gebäuden üblicherweise in Kombination mit Stahlbeton auf, daneben
ist auch eine Verbindung mit Stahl und Holz gebräuchlich. Für die schadensfreie Planung
von Mauerwerksbauten sind daher neben den Formänderungseigenschaften der
verschiedenen Mauwerkwerksarten auch diejenigen der eventuell in die Konstruktion
eingreifenden Bauteile aus Stahl, Beton oder Stahlbeton relevant. Im Wohnungsbau ist
dieser Aspekt in der Regel jedoch ohne Bedeutung.
2.2.2 Schäden an Mauerwerkskonstruktionen
Bei den Schäden an brandbeanspruchten Mauerwerkskonstruktionen sind vor allem die in
weiterer Folge genannten zu beachten:
• Entstehung von Rissen auf der feuerzugewandten Seite des Mauerwerks (Kühlrisse).
• Aufgrund von Wärmespannungen Abplatzen der Ecken der Steine in Form von bis zu
2 cm dicken Schalen. Dieses Maß ist von der jeweiligen Steinart sowie vom im
Wohnbau zumeist verwendeten Verputz abhängig.
Einige Natursteine mit dichtem Gefüge, d.h. beispielsweise Granit, dehnen sich
wegen ihres inhomogenen Gefüges bei Erwärmung bzw. plötzlicher Abkühlung
durch Löschwasser unterschiedlich und es kommt zu Abplatzungen und Sprüngen
[19].
• Langsame Verformung der Wandbauteile durch die Zerstörung des Fugenmörtels
zwischen den Mauersteinen.
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• Ein Verlust der Tragfähigkeit einer Mauerwerkskonstruktion tritt so gut wie nie ein.
Im „worst case“ tritt dieser erst nach mehrstündigen Branddauern und meist durch
Zerstörung des Fugenmörtels und nur in den seltensten Fällen durch Zerstörung der
Steine ein.
2.3 Holz
Aufgrund des überwiegend organischen Aufbaues ist Holz als Baustoff brennbar und gilt
ohne Nachweis als normalentflammbar (Brennbarkeitsklasse B 2). Es kann in feinverteilter
Form, d.h. unter 2 mm Dicke, leichtentflammbar sein; es kann andererseits durch
Behandlung mit Anstrichen schwerentflammbar (B 1) gemacht werden. Holz kann anteilig
sogar in nichtbrennbaren Baustoffen der Klasse A 2 enthalten sein.
Als Konstruktionselement verhält sich Holz im Feuer sehr differenziert, d. h. es kommt zu
einem mehr oder weniger schnellen Abbrand der Konstruktion, zur Entwicklung toxischer
Gase (Kohlenmonoxid) und zu einer raschen Erwärmung der metallischen Holzanschlüsse.
Die vergleichsweise geringe Ausdehnung und der niedrige E-Modul von Holz ist dagegen
als positiv zu bewerten, d.h. es treten im Brandfall nur geringe Zwängungen infolge von
Dehnungen oder Verdrehungen auf. Die größte Gefahr ist von den Verbindungselementen,
die aus Metall gefertigt werden, bzw. durch die Verleimung der einzelnen Bauteile zu
erwarten.
Holz ist brennbar und erhöht damit die Brandlast. Erst die Abkehr von der Verwendung
brennbarer Baustoffe für Dacheindeckungen und Außenwände hat dazu geführt, dass die
im Mittelalter und in der Neuzeit häufig zu beobachtenden Stadtbrände seit dem
19. Jahrhundert kaum mehr vorkommen.
2.3.1 Temperaturverhalten von Holz
Das Temperaturverhalten des organischen, inhomogenen und anisotropen Werkstoffes
Holz stellt eine sehr komplexe Thematik dar, wobei viele Einflussgrößen nicht als
Materialkonstante festgelegt werden können. In diesem Kapitel erfolgt nur ein genereller
Überblick, genauere Betrachtungen und Untersuchungen sind dem 6.Teilbericht des
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Forschungsberichtes Brandschutz Bau!Massiv! „Untersuchung von Zündphänomenen und
möglicher relevanter Zündquellen unter Berücksichtigung der Bauweisen“ zu entnehmen.
Bei der Erwärmung von Holz tritt oberhalb von ca. 120°C eine chemische Zersetzung
(Pyrolyse) unter Bildung von Holzkohle und brennbaren Gasen auf, wobei bei genügender
Konzentration dieser Gase auch eine Entzündung stattfinden kann, ohne dass eine
Zündquelle anwesend ist. Weder die Temperatur, bei der die thermische Zersetzung
beginnt, noch die Entzündungstemperatur können als Materialkonstante festgelegt werden,
weil dabei die Erwärmungsdauer einen entscheidenden Einfluss hat.
Die spontane Entzündung fein zerkleinerter Holzproben tritt im Temperaturbereich von
über 250°C auf. Die Abb. 2.6 zeigt, dass bei Erwärmung über viele Stunden eine
Entzündung jedoch bereits unterhalb einer Temperatur von 150°C stattfinden kann.
00
100
200160120
300
400
500
20 40 60
Zeit bis zur Entzündung in h
Tem
pera
tur i
n °C
80 100
Abb. 2.6 Entzündungstemperatur von unbehandeltem Holz in Abhängigkeit von der Zeit (schematische Darstellung nach [41])
Außer der Erwärmungsdauer haben die Probengröße, die Rohdichte des Holzes und der
Feuchtigkeitsgehalt deutlichen Einfluss auf die Entzündbarkeit. Eine hohe Rohdichte und
ein hoher Feuchtigkeitsgehalt verzögern die Entzündung.
Die Verbrennung von Holz läuft in der Praxis je nach den Temperaturverhältnissen und
dem Sauerstoffangebot sehr verschieden ab. Durch die Strahlungshitze des
Entstehungsbrandes verdampft die Holzfeuchtigkeit an der Oberfläche. Übersteigt die
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Temperatur an dieser Stelle einen Wert von 200°C, so entstehen in zunehmendem Maße
brennbare Pyrolysegase. Sobald sich diese entzündet haben, steigt die Temperatur an der
Oberfläche rasch weiter an. Durch die in das Holz vordringende Hitze werden
fortschreitend tiefere Schichten erwärmt und pyrolysiert. Ist die Oberfläche des Holzes
groß und ist viel Sauerstoff vorhanden, so kann der Abbrand explosionsartig erfolgen (z.B.
Explosion in Spänebunkern). Sind umgekehrte Verhältnisse vorhanden, d. h. kleine
Oberflächen und wenig Sauerstoff, so entsteht ein Schwelbrand oder der Brand erstickt.
Abbrandgeschwindigkeit von Holz nach ÖNORM B 3800
Oberhalb von rund aus 260°C verläuft der Zersetzungsvorgang von Holz stark exotherm,
d.h. unter Energieabgabe, die Reaktionsgeschwindigkeit steigt dabei ständig an, auch ohne
weitere äußere Energiezufuhr. Durch den Verbrennungsvorgang bilden sich Pyrolysegase
mit steigendem Gehalt an Kohlenwasserstoffen. Bei Temperaturen oberhalb 500°C nimmt
die Gasbildung stark ab, dafür steigert sich die Bildung von Holzkohle.
In der ÖNORM B 3800, Teil 4 sind die Abbrandgeschwindigkeiten von Bauholz und
Holzwerkstoffen unter den Bedingungen der Einheitstemperaturkurve zusammengefasst
(siehe Tab. 2.1).
Tab. 2.1: Abbrandgeschwindigkeit von Holz und Holzwerkstoffen nach ÖNORM B 3800, Teil 4 [42]
Werkstoff Abbrandgeschwindigkeit in [mm/min]
Gutes Bauholz gemäß ÖNORM B 4100 Teil 2 Eiche Fichte, auch brettschichtverleimt Kiefer
0,50 0,65 0,75
Holzspanplatten gemäß ÖNORM B 3002 Rohdichte 600 bis 700 kg/m3 über 700 kg/m3
0,80 0,70
Sperrholzplatten gemäß ÖNORM B 3008 Rotbuche Fichte
0,80 0,80
Holzfaserplatten gemäß ÖNORM B 3005 Harte Holzfaserplatten Poröse Holzfaserplatten
0,65 2,00
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Risse sind im Brandfall einer Querschnittsminderung gleichzusetzen. Bei der Bemessung
von Bauteilen mit geringeren Querschnitten wie z.B. Bekleidungen von Wänden, sollte auf
der „kalten“ Seite eine Restdicke von 1 cm nicht mehr in Rechnung gestellt werden. Dünne
Schichten verlieren im Brandfall rasch alle Feuchtigkeit und brennen dann viel schneller ab
als die vorhergehenden Schichten. Dieser Umstand wird prinzipiell auch dadurch
berücksichtigt, dass bei einer vorgesehenen Feue rwiderstandszeit die Temperatur auf der
kalten Seite im Mittel um nicht mehr als 140°C über die Temperatur zu Versuchsbeginn
ansteigen darf.
Abbrandgeschwindigkeit von Holz nach Eurocode 5 Teil 1-2
Für die Abbrandgeschwindigkeit gelten in diesem Zusammenhang die Werte der
nachstehenden Tab. 2.2.
Tab. 2.2: Abbrandverhalten β0 für Bauholz nach Eurocode 5 Teil 1-2 [10]
Holzart Abbrandgeschwindig-keit β0 [mm/min]
Nadelholz Vollholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3 und einer Mindestabmessung von 35 mm
0,80
Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3
0,70
Massivholzplatten mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3 und einer Dicke von 20 mm
0,90
Laubholz Massives oder verleimtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 450 kg/m3 und Eiche
0,50
Massives oder verleimtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte ≥ 290 kg/m3
0,70
Die in der Tab. 2.2 angeführten Abbrandgeschwindigkeiten sollen auch für Bauholz
angewendet werden, wobei aber nicht ganz klar ist, welche Holzarten damit gemeint sind.
Die Abbrandraten für Buche entsprechen denen von Nadelholz. Bei den Laubvollhölzern
mit Rohdichten zwischen 290 und 450 kg/m3 dürfen die Zwischenwerte interpoliert
werden.
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Wenn die Versagenszeit der schützenden Bekleidung kleiner als die geforderte
Feuerwiderstandsdauer ist, beginnt der Abbrand mit der Versagenszeit des Materials, d. h.,
eine Addition der verschiedenen Zeiten ist erlaubt. Dabei ist allerdings der Durchbrand an
Fugen bzw. die wirksame Materialdicke im Fugenbereich zu berücksichtigen!
2.3.2 Temperaturverhalten von Holzverbindungen
Grundsätzlich verhält sich Holz unter Brandeinwirkung aus brandschutztechnischer Sicht
relativ gutmütig, d.h. dass im Brandfall jeweils nur Teile der Konstruktion einstürzen und
die Restquerschnitte der Konstruktion als verkohltes Skelett stehen bleiben. Es sind jedoch
auch einzelne Brandfälle bekannt, bei denen es zu einem plötzlichen Versagen von
Gesamtkonstruktionen gekommen ist (siehe Kapitel 4.5.3).
Am häufigsten versagen die Verbindungen von Holztragwerken, so dass andere Bauteile
(z.B. Platten oder Aussteifungen) abfallen. Daher ist das Temperaturverhalten der
Verbindungen im Hinblick auf die Bewertung der Gesamtkonstruktion von Holzbauten
unter Brandeinwirkung von besonderer Bedeutung. In diesem Kapitel wird in weiterer
Folge das Brandverhalten von zimmermannsmäßigen und ingenieurmäßigen
Verbindungsmittel, die bei den in Abschnitt 9.3 dargestellten Holzbausystemen im
Wohnbau zum Einsatz kommen, genauer betrachtet.
2.3.2.1 Zimmermannsmäßige Verbindungen
Unter den in Kapitel 9.4.1.1 kurz dargestellten zimmermannsmäßigen Verbindungen ver-
steht man handwerkliche Verbindungselemente, die dem Zweck dienen, stabförmige Holz-
bauteile zu einem Tragsystem zusammenzufügen. Dabei werden die Kräfte zwischen den
Holzflächen ausschließlich über Reibung und Druckkontakt übertragen. Die meisten
zimmermannsmäßigen Verbindungsformen werden durch Nägel in ihrer Lage gesichert.
Diese Nägel ermöglichen in geringem Ausmaß die zusätzliche Aufnahme von Zugkräften.
Zimmermannsmäßige Verbindungsarten finden für Neubauten in Holzbauweise jedoch
kaum mehr Anwendung.
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Für jene Bauweisen, die auch heute noch auf handwerkliche Verbindungsformen
zurückgreifen, wird das Brandverhalten der Holz-Holz-Verbindungen anhand von drei
Ausführungsarten exemplarisch dargestellt. Zu den Bauweisen zählen unter anderem die
Fachwerkbauweise (siehe Kapitel 9.3.2.1) und die Blockbauweise (siehe Kapitel 9.3.3.1).
Bei den wichtigsten, nach wie vor gebräuchlichen, zimmermannsmäßigen Verbindungs-
formen handelt es sich um die Blattverbindung, die Zapfenverbindung und den Versatz.
2.3.2.1.1 Blattverbindung
Blattverbindungen sind dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zu verbindenden Hölzer
zur Hälfte ausgenommen wird, d.h. die Ober- und die Unterkante verlaufen bündig. Die
drei Berührungsflächen der Hölzer können in unterschiedlicher Form ausgeführt werden,
z.B. mit geradem und schrägem Schnitt, als Eck- und Kreuzblatt oder in verschiedenen
Sonderformen. Derartige Verbindungen dienen v.a. der Aufnahme von Druckkräften und
der Sicherung gegen lotrechtes Verschieben, Zugkräfte können in geringem Ausmaß von
den Nägeln übertragen werden. Ein Problem stellt die Schwächung der Hölzer durch das
Ausnehmen der tragenden Querschnitte dar. Dadurch finden Blattverbindungen meist nur
dort Anwendung, wo die senkrecht zu ihrem Verlauf auftretenden Belastungen nicht zu
groß sind oder diese durch eine entsprechende Unterstützung unter den Stossstellen
abgefangen werden.
Abb. 2.7: Eckblatt mit geradem Schnitt
Die Abb. 2.7 zeigt die Ausbildungsform eines Eckblatts mit geradem Schnitt, bei der beide
Holzstäbe im Kreuzungspunkt auf ihre halbe Höhe reduziert und im rechten Winkel
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zueinander fixiert werden. Die Sicherung gegen das Auseinanderziehen der Hölzer erfolgt
durch Nägel.Brandschutztechnisch gesehen stellt die dargestellte Eckblattverbindung,
keine ideale Verbindungsform dar. Durch die Schwächung der beiden Holzquerschnitte an
der Kontaktstelle verbleibt jeweils nur noch die halbe Holzhöhe zur Aufnahme der Kräfte,
im Besonderen der Druckkräfte. Generell zeigt sich, dass die Druckfestigkeit von Holz, das
normal zur Faser belastet wird, bei Erhöhung der Temperatur abnimmt. Das für Gebäude
in Holzbauweise gebräuchliche Fichtenholz mit einer laut ÖNORM B 3800 Teil 4
festgelegten Abbrandgeschwindigkeit von 0,65 mm/min verbrennt unter Brandeinwirkung
relativ schnell, wobei in der Norm der negative Einfluss von Nägeln im Querschnitt auf die
Abbrandgeschwindigkeit nicht berücksichtigt ist. Dies führt dazu, dass die Druckkräfte
durch den verbleibenden Restquerschnitt nicht mehr aufgenommen werden können. Im
Brandfall ist daher je nach Ausführung mit einem Versagen dieser Blattverbindung nach
30 bzw. 60 Minuten unter Einheitstemperaturbeanspruchung (ETK) zu rechnen [70], dieses
kann allerdings durch eine entsprechende Unterstützung unter den Stossstellen vermieden
oder zumindest verzögert werden.
2.3.2.1.2 Zapfenverbindung
Die Zapfenverbindung stellt die gebräuchlichste Winkelverbindung im
zimmermannsmäßigen Holzbau dar. Es ist üblich, die Zapfenhöhe bei tragenden Balken
mit 1/3 der Balkenhöhe und die Zapfenlänge gleich der Säulenstärke anzunehmen. Der
Zapfen wird in eine Ausnehmung des anzuschließenden Holzes gesteckt und sichert die
Verbindung somit vor seitlichem Verschieben. Des weiteren dient die Verbindung dazu,
das Verdrehen der Balken gegeneinander zu verhindern. Ein weiterer Vorteil der
Ausführungsform ist darin zu sehen, dass die Zapfenverbindung auch beim Schwinden des
Holzes formschlüssig bleibt.
Die Abb. 2.8 zeigt einen einfachen geraden Zapfen, der zur Verbindung eines senkrecht
stehenden Holzes, z.B. einer Säule, mit einem waagrecht liegenden Holz, z.B. einem
Balken oder einer Schwelle, dient.
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Abb. 2.8: Einfacher gerader Zapfen
Aus brandschutztechnischer Sicht verhalten sich Zapfenverbindungen prinzipiell gut.
Obwohl der Originalquerschnitt beider Hölzer durch den Abbrand um die Tiefe der
Holzkohleschicht reduziert wird, nimmt der allseitig umschlossene Zapfen keinen
Schaden, da er vom Restquerschnitt vor direkter Beflammung geschützt wird. Aufgrund
der formschlüssigen Verbindung der beiden Holzbauteile wirken diese als Einheit, d.h. die
Flammen können, fachgerechte und exakte Ausführung vorausgesetzt, nicht in den
Zwischenraum der Kontaktstelle eindringen. Der Brandwiderstand ergibt sich im
Wesentlichen aus der Druckkraft und dem rechnerischen Querschnitt, wobei der
Temperatureinfluss auf die zulässige Druckspannung zu beachten ist.
2.3.2.1.3 Versatz
Wenn zwei Konstruktionshölzer mit einer Winkelstellung von weniger als 90°
aufeinandertreffen, so erfolgt ihre Verbindung mit Hilfe von Schrägverbänden. Stärker
beanspruchte Streben im Bereich der Dachkonstruktion werden mit unterschiedlichen
Formen von Versätzen angeschlossen, die dem druckfesten Anschluss dienen. Dabei wird
vor allem die vordere Versatzfläche auf Druck beansprucht, d.h. es kommt zum Ausnützen
der hohen Druckfestigkeit von Holz parallel zur Faser. Die Vorholzlänge lv muss
mindestens 20 cm betragen, wobei eine Faustregel besagt, dass diese Länge lv mit dem 8-
fachen der Einschnitttiefe angesetzt werden soll. Die Einschnitttiefe wird in der
ÖNORM B 4100-2 festgelegt und ist vom Anschlusswinkel zwischen dem horizontal
liegenden und dem schräg verlaufenden Holz abhängig. Ist dieser Winkel " # 50°, wird die
Einschnitttiefe mit maximal 1/4 der Querschnittshöhe, bei einem Anschlusswinkel " $ 60°
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mit 1/6 der Höhe angesetzt, die Zwischenwerte werden interpoliert. Eine äußerst präzise
Ausführung ist die Voraussetzung dafür, dass örtliche Überbeanspruchungen innerhalb der
Verbindung vermieden werden, die in weiterer Folge zu Längsrissen, d.h. auch zum
Abscheren, führen.
Die Abb. 2.9 zeigt einen Rückversatz, bei dem die Kraftübertragung in der
Winkelhalbierenden der geneigten Strebe und des waagrecht liegende Holz erfolgt. Da der
Winkel " zwischen den beiden Hölzern weniger als 50° beträgt, wird die Einschnitttiefe
mit 1/4 der Höhe jenes Holzes angenommen in das der Versatz eingeschnitten ist.
Abb. 2.9: Rückversatz
Die Konstruktionselemente bestehen üblicherweise aus Fichtenholz, dessen Abbrand-
geschwindigkeit in der ÖNORM B 3800 Teil 4 mit 0,65 mm/min festgelegt ist. Die
während des Abbrands entstehende Holzkohle bildet zwar eine Schutzschicht für den
Restquerschnitt, kann jedoch keinen Beitrag zur Tragfähigkeit liefern. Zudem nimmt die
Druckfestigkeit von parallel zur Faser belastetem Holz bei einer Erhöhung der Temperatur
kontinuierlich ab. Aus brandschutztechnischer Sicht müssen Versätze somit entsprechend
berechnet oder geschützt werden, um die geforderten Klassifikationen F 30 (zukünftig R
30 nach [49]) bzw. F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) zu erreichen. Der Schutz der
Verbindung erfolgt entweder durch die Anordnung einer oberen Decklasche oder durch
eine allseitige Umschließung des Knotenpunktes mittels Decklaschen und seitlich
angeordneten Deckkeilen. Die allseitige Ummantelung stellt allerdings eine
unökonomische Konstruktionsweise dar und wird nur zur nachträglichen „Aufrüstung“
verwendet, wenn keine anderen Maßnahmen möglich sind.
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2.3.2.2 Ingenieurmäßige Verbindungen
Im ingenieurmäßigen Holzbau werden zum Stossen von Holzbalken bzw. zur Ausbildung
von Knotenpunkten meist schnell herstellbare Verbindungen unter Verwendung von
Stahlformteilen gewählt. Die Verwendung von modernen Verbindungsmittel ( siehe auch
Kapitel 9.4.1.2) ermöglicht eine hohe statische Ausnutzung der nahezu ungeschwächten
Holzquerschnitte. Während bei der Betrachtung des Brandverhaltens von
zimmermannsmäßigen Verbindungsformen ausschließlich das Verhalten des Werkstoffs
Holz relevant ist, sind bei ingenieurmäßigen Verbindungen die unterschiedlichen
Verhaltensweisen der Holzelemente und deren Verbindungsmittel aus Metall bzw.
Klebstoff unter Brandeinwirkung zu betrachten.
Das Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln ist abhängig von der Temperatur
des Metalls, weil diese sowohl die Festigkeit des Verbindungsmittels als auch die
Tragfähigkeit des Holzes beeinflusst. Aus diesem Grund wird nachstehend das
Brandverhalten von Stahl, Gusseisen und Aluminium überblicksmäßig erörtert.
2.3.2.2.1 Brandverhal ten von Stahl
Bei der Erwärmung von Stahl steigt die Beweglichkeit der Versetzungen innerhalb der
Kristallite bei gleichzeitiger Zunahme der Verformungen an, wodurch der E-Modul und
die Festigkeit abnehmen. Sobald die Temperatur den Wert von 300°C erreicht, ist ein
deutliches Absinken der Streckgrenze von Stahl zu beobachten. Überschreitet die
Temperatur die 400°C-Grenze, geht die Festigkeit, die zuvor durch Kaltverformung oder
Wärmebehandlung im Stahl erzielt werden konnte, zunehmend verloren. Bei voller
Ausnutzung der zulässigen Spannungen beträgt die kritische Temperatur für den
Versagensfall ca. 500°C, bei nur 50-prozentiger Ausnutzung liegt sie um etwa 100°C
höher, d.h. bei ca. 600°C.
Aus Kosten- und Fertigungsgründen stellt Stahl den für die Fertigung von
Verbindungsmitteln üblichen Werkstoff dar.
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2.3.2.2.2 Brandverhalten von Gusseisen
Gusseisen verliert seine Druckfestigkeit bei einer Temperatur von 700°C, die Zugfestigkeit
sinkt deutlich früher. Eine plötzliche Abkühlung des Materials durch Löschwasser kann
zum Zerspringen des Gusseisens führen. Ab einer Temperatur von etwa 1100°C geht
Gusseisen plötzlich vom festen in einen schmelzflüssigen Zustand über.
2.3.2.2.3 Brandverhalten von Aluminium
Wegen seiner geringen Festigkeit wird Aluminium meist in Form von Legierungen
verwendet. Bei Erwärmung weist Aluminium etwa die doppelte Dehnung von Stahl auf.
Die Schmelztemperatur von Reinaluminium liegt bei einem Wert von 660°C, bei
Legierungen noch darunter.
2.3.2.3 Brandverhalten von metallischen Verbindungsmitteln
Da die Wärmeleitfähigkeit von Metallen deutlich höher ist als jene von Holz, besteht die
Gefahr, dass die Wärme durch metallische Verbindungsmittel von der Holzoberfläche in
den Holzquerschnitt geleitet wird. Es gibt experimentelle Nachweise dafür, dass Holz-
verbindungen aus Metall selbst für die niedrigste Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig
R 30 nach [49]) keine ausreichende Sicherheit bieten. Im Brandfall kann es bereits nach
15 bis 25 Minuten zum Durchglühen kommen, was zum Abknicken oder Abreißen der
Verbindungsteile führt und somit den Einsturz der Konstruktion bzw. des gesamten
Gebäudes zur Folge haben kann [11].
Nachfolgend werden detaillierte Untersuchungsergebnisse angeführt, die der Beschreibung
der jeweiligen ingenieurmäßigen Verbindungsmittel zugeordnet sind.
2.3.2.3.1 Nägel
Nägel stellen bei Normaltemperatur gute Verbindungsmöglichkeiten für
Holzkonstruktionen dar. Eine Nagelverbindung muss grundsätzlich aus zwei oder
mehreren Nägeln bestehen und dient dazu, Holzelemente kraftschlüssig miteinander zu
verbinden. Die Beanspruchung der Nägel erfolgt dabei auf Abscheren bzw. Herausziehen.
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Die Haltekraft der Nägel ist sowohl von der Holzart als auch von der Eindringtiefe in Holz
und von der Nageldicke abhängig. Der Widerstand gegen das Herausziehen ist normal zur
Faser am größten und in Hirnholz am geringsten. Ein Vorteil von Nagelverbindungen ist
die Tatsache, dass der Holzquerschnitt nicht durch Bohrlöcher geschwächt wird.
Außerdem können die Kräfte über einen größeren Oberflächenanteil in den Querschnitt
eingeleitet werden als das durch Bolzenverbindungen möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, dass Nägel viel besser in das Holz eindringen können als Klebstoffe, die
die Holzelemente nur oberflächlich bzw. oberflächennah verbinden. Die Abb. 2.10 zeigt
die Unterteilung der Nägel in glattschaftige Nägel und Sondernägel. Als Sondernägel
werden Nägel mit profiliertem Schaft bezeichnet.
Abb. 2.10: Einteilung der Nägel
Für das Brandverhalten ist von Relevanz, dass Nägel unter Brandeinwirkung „weich“
werden, d.h. sie verlieren ihre Festigkeit. Ungeschützte Nägel können ihre Tragfähigkeit
bereits nach einer Brandeinwirkung von 15 Minuten einbüßen. Daher müssen diese
Verbindungsmittel immer vor der Hitzeeinwirkung geschützt werden, indem sie z.B. mit
Decklaschen abgedeckt werden. Durch den Schutz der Nägel kann die Feuerwiderstands-
dauer zusätzlich um mindestens 15 Minuten erhöht werden, d.h. es ist die Klassifikation
F 30 (zukünftig R 30 nach [49]) erreichbar. Durch geeignete Wahl des Materials bzw. der
Dicke der Abdecklage kann eine zusätzliche Erhöhung der Feuerwiderstandsdauer um
30 Minuten erzielt werden, wodurch auch die Klassifikation F 60 (zukünftig R 60 nach
[49]) möglich ist. Auf den Schutz von freiliegenden metallischen Verbindungsmitteln wird
im Kapitel 4.5.2 detailliert eingegangen.
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2.3.2.3.2 Nagelplatten
Nagelplatten bestehen aus Stahl und haben einseitig um ca. 90° abgewinkelte, nagel-
förmige Ausstanzungen. Je nach Anwendung werden Nagelplatten verzinkt oder aus rost-
freiem Stahl gefertigt, die Dicke dieser Platten beträgt 1,0 bis 2,5 mm. Diese Verbindungs-
mittel werden von beiden Seiten maschinell in die stumpf gestoßenen Holzbauteile
eingepresst, wobei die statischen Werte des Holzes durch die geringe Eindringtiefe nicht
abgemindert werden. Die Abb. 2.11 zeigt eine Nagelplatte, deren um etwa 90°
aufgebogene Ausstanzungen die Wirkungsweise von Nägeln besitzen.
Abb. 2.11: Nagelplatte
Nagelplatten weisen grundsätzlich einen sehr schlechten Feuerwiderstand auf. Durch die
beidseitig aufgebrachten Platten erfolgt eine rasche Einleitung der Wärme des Feuers in
das Bauteilinnere. Somit wird die Bildung der Holzkohleschicht beschleunigt, in der die
Nagelplatten aufgrund der geringen Eindringtiefe der „Nägel“ nach kurzer Zeit keinen Halt
mehr finden und abfallen. Als Folge tritt das sofortige und plötzliche Versagen der
Gesamtkonstruktion ein.
In den USA fanden umfassende experimentelle Untersuchungen über das Verhalten von
Nagelplatten unter Brandeinwirkung statt [4]. Dabei handelt es sich um Zugversuche an
Holzelementen mit den Abmessungen von 38 x 89 mm, deren Verbindung durch
Nagelplatten erfolgte. Die Versuche wurden unter einer ASTM E-119-Normbrand-
beanspruchung durchgeführt. Um die Brandraumtemperatur zu simulieren wurde die
Temperatur bis auf 300°C gesteigert. Im Testverlauf versagten die ungeschützten
Nagelplatten nach etwa 6 Minuten, während im Vergleich dazu das Versagen des
Vollholzes ohne Verbindungsmittel erst nach ca. 13 Minuten eintrat. Zahlreiche
Materialkombinationen zur Einhausung der Verbindungsmittel trugen zur Erhöhung der
Feuerwiderstandsdauer bei. Dabei erwies sich die vierseitige Verkleidung der Nagelplatte
durch eine 13 mm dicke Gipskartonplatte „Typ X“ mit zusätzlich verklebten Ecken als
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besonders günstig. Durch diese Maßnahme konnte die auf Zug beanspruchte Verbindung
eine Feuerwiderstandsdauer von mehr als 30 Minuten erreichen.
Ebenfalls in den USA wurde ein Modell entwickelt, das zur Vorhersage des Verlustes der
Steifigkeit von Nagelplatten bei steigenden Temperaturen dient [4]. Dieses Modell zeigt,
untermauert von Untersuchungsergebnissen, eine langsame Abnahme der Festigkeit bis zu
Temperaturbereichen zwischen 200°C und 250°C. Eine rasche Reduktion der Festigkeit
des Verbindungsmittels tritt dann bei einer Temperatur ab 300°C ein.
Sind sowohl die Nageltemperaturen als auch die aufgebrachten Lasten bekannt, so kann
das Verhalten von genagelten Verbindungsmitteln durch Betrachtung des
Dehnungsverhaltens berechnet werden. Bei den Tests von Norén [29] wurden Holzbauteile
mittels Nagelplatten verbunden, anschließend auf Zug beansprucht und einer ISO 834-
Brandbelastung ausgesetzt. Die Abb. 2.12 zeigt einige Testergebnisse, bei denen die
Verformungen durch Nagelschlupf im Verhältnis zu jener Zeit stehen, in der die Lasten mit
10% bis 60% der maximalen Lastaufnahmefähigkeit bei Normaltemperatur aufgebracht
werden.
Abb. 2.12: Nagelschlupf von Verbindungen mit Nagelplatten unter Normbrandbelastung nach [29]
Die Abbildung zeigt, dass der Zeitraum bis zum Versagen umgekehrt proportional zur
aufgebrachten Last ist. Wird die Verbindung mit 60% der maximalen
Lastaufnahmefähigkeit auf Zug belastet, beträgt der Nagelschlupf ca. 25 mm und das
Versagen tritt nach einer Branddauer von etwa 7 Minuten ein. Bei einer Zugbelastung der
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Verbindung mit 10% der maximalen Lastaufnahmefähigkeit tritt das Versagen in der
21. Minute ein, der Nagelschlupf beträgt zum Zeitpunkt des Versagens beinahe 50 mm.
Der größte Nagelschlupf von etwa 60 mm konnte bei der Zugbelastung mit 15% der
Lastaufnahmefähigkeit festgestellt werden, wobei das Versagen nach einer Belastung von
ca. 20 Minuten festgestellt wurde.
Es kann kritisch angemerkt werden, dass diese Untersuchungsergebnisse zwar
grundsätzliche Erkenntnisse über das Verhalten von Nagelplatten unter Brandeinwirkung
darstellen, eine Verbindung im Brandfall aufgrund einer Lastumlagerung aber mit bis zu
100 % ihrer maximalen Lastaufnahmefähigkeit belastet werden kann. Daher ist nach
diesen Versuchsergebnissen generell von einem Versagen der auf Zug beanspruchten
Nagelplattenverbindung nach einer Brandbelastung von 6 Minuten auszugehen.
Die Untersuchungsergebnisse, die in der Abb. 2.18 des Kapitels 2.3.2.3.5 dargestellt
werden, liefern einen weiteren Nachweis für das schlechte Verhalten von ungeschützten
Nagelplatten unter Brandeinwirkung.
2.3.2.3.3 Nagelbleche
Nagelbleche bestehen aus Stahlblechen in unterschiedlicher Form und einer Stärke von
1,0 bis 2,0 mm, die in zuvor gesägte Schlitze eingelegt und meist ohne Vorbohren
durchnagelt werden. Bei vielen Nagelblechverbindungen handelt es sich um patentierte
Ausführungsformen, wie z.B. die in der Abb. 2.13 dargestellte Greimbauweise.
Abb. 2.13: Nagelblech bei der Greimbauweise
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Der Holzquerschnitt wird durch das Einschlitzen der Bleche nur minimal reduziert. Der
erreichbare Feuerwiderstand ist dabei abhängig von der Art der Ausführung, d.h. ob die
Knotenbleche wie bei der Greimbauweise sichtbar oder verdeckt angeordnet werden. Im
Fall der sichtbaren Anordnung der Bleche ist ein sehr schlechtes Brandverhalten zu
erwarten, da eine große Stahlfläche brandbeansprucht wird. Je größer die erhitzte
Stahlfläche ist, desto früher tritt das Versagen der Verbindung ein. Aufgrund dieser
Erkenntnis ist es besser, wenn Verbindungen mit Stahlblechen in das Holzbauteil
eingeschlitzt werden, wodurch nicht mehr die gesamte Stahloberfläche, sondern nur die
brandseitig liegenden Dübel, Nägel oder Schrauben der Brandbelastung ausgesetzt sind.
Bei verdeckter Anordnung der Stahlteile ist eine Mindestnagellänge lN $ 90 mm
einzuhalten, um das vorzeitige Versagen durch Herausziehen der Nägel bei
Brandbeanspruchung zu verhindern. Weiters muss eine ausreichende Überdeckung der
Stahlbleche den Schutz vor einer frühzeitigen Erwärmen des Verbindungsmittels
gewährleisten. Bei Einhaltung dieser Anforderungen kann auch unter Last sogar die
Klassifikation F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) erreicht werden [21].
2.3.2.3.4 Klammern
Klammern werden aus verzinktem oder korrosionsbeständigem Stahldraht in Dicken von
1,5 bis 2,0 mm hergestellt. Sie kommen hauptsächlich in der Tafelbauweise bei
mittragenden oder aussteifenden Beplankungen zum Einsatz, um kraft schlüssige
Befestigungen am Holzsteher zu erzielen. Wie in der Abb. 2.14 dargestellt, erfolgt die
Befestigung der Bekleidungslagen am Holzsteher durch versetzt angeordnete Klammern.
Die beharzten Schenkel der Klammern dienen dabei der Vergrößerung des
Ausziehwiderstandes. Nach der Montage der Tafelelemente werden die durch das
Einbringen der Klammern beschädigten Oberflächen der innenraumseitig angebrachten
Platte verspachtelt.
Aus der Sicht des Brandschutzes verhalten sich Klammern ähnlich allen anderen
freiliegenden Stahlverbindungsmittel. Die Wärme des Brandes wird rasch ins Bauteilinnere
geleitet, da durch die Verspachtelung des Klammerrückens kein Schutz vor der
Brandeinwirkung erzielt werden kann. Die Klammern, insbesondere jedoch auch das Harz,
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werden aufgrund der Erwärmung „weich“ und die Klammern verlieren ihre Tragfähigkeit
bzw. versagen vorzeitig durch Herausziehen.
Abb. 2.14: Klammer für normale und erhöhte Belastung
2.3.2.3.5 Holzschrauben
Schrauben haben brandschutztechnisch grundsätzlich die gleichen Nachteile wie die
Nagelverbindungen, allerdings gewährleistet das Gewinde einen höheren Widerstand
gegen Herausziehen. Ein zusätzlicher Nachteil kann in manchen Situationen die geringere
Dehnbarkeit von Schrauben im Vergleich zu Nägeln sein. Die Abb. 2.15 zeigt die
Einteilung von Holzschrauben, die in verschiedenen Formen und Abmessungen angeboten
werden. Zu den häufig verwendeten Schraubentypen zählen dabei die Halbrundschraube,
die Linsenkopfschraube, die Senkkopfschraube und die Sechskantschraube.
Abb. 2.15: Einteilung der Holzschrauben
Es wurden bis dato noch keine ausführlichen Untersuchungen bezüglich des
Brandverhaltens von geschraubten Verbindungen bekannt. Es kann jedoch vorausgesetzt
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werden, dass viele der für Nagelverbindungen geltenden Schlussfolgerungen auch für
Verbindungen mit Holzschrauben gelten. Im Folgenden wird auf das Brandverhalten von
Zuglaschen eingegangen, wobei geschraubte und genagelte Verbindungsformen
miteinander verglichen werden.
Versuche an genagelten und geschraubten Zuglaschen
In Australien wurde 1979 eine Testserie zur Überprüfung der Feuerwiderstandsdauer von
verschiedenen Verbindungsmitteln aus Metall durchgeführt [24]. Die Abb. 2.16 zeigt die
drei durch genagelte bzw. geschraubte Zuglaschen verbundenen Holzstäbe, die
Brandversuchen mit unterschiedlichem Temperaturmaxima ausgesetzt waren.
Abb. 2.16: Genagelte und geschraubte Zuglaschen nach [24]
Die Abbildungen 2.17 und 2.18 zeigen die Versuchsergebnisse der verschiedenen
Zuglaschen unter Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) und nach einer
abgeminderten Temperaturkurve.
Bei der Brandbelastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) zeigte sich, dass die
Nagelplattenverbindung durch die rasche Erhitzung des Stahls bereits nach 5 Minuten
versagt. Das geschraubte Stahlblech hält der Brandbeanspruchung etwa 17 Minuten, das
genagelte Stahlblech ca. 38 Minuten lang stand.
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Abb. 2.17: Verhalten der Zuglaschen bei Belastung nach der Einheitstemperaturkurve (ETK) nach [24]
Abb. 2.18: Verhalten der Zuglaschen bei Belastung durch abgeminderte Temperaturkurve nach [24]
Bei der Belastung mit einer abgeminderten Temperaturkurve mit kurzzeitigen
Temperaturen von maximal 550°C zeigte sich, dass die Lasten sowohl durch das genagelte
als auch durch das geschraubte Stahlblech über die gesamte Versuchsdauer von zwei
Stunden bei Temperaturen von unter 250°C aufgenommen werden können. Nur die
Nagelplattenverbindung versagte bereits nach 20 Minuten. Die Tatsache, dass die
Nagelplatte nicht einmal einer 30-minütigen Brandbelastung einer unterhalb der ETK
angesiedelten Temperaturkurve standhält und bei einer Brandbeanspruchung nach der ETK
bereits nach 5 Minuten versagt, ist hier als besonders negatives Versuchsergebnis
hervorzuheben.
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2.3.2.3.6 Bolzenverbindungen
Bei Bolzen handelt es sich um Stahlstäbe, die mit einem fixen Schraubkopf und Gewinde
oder beidseitig mit Gewinden, Beilagen und Muttern versehen sind. Bolzen werden mit
sehr guten Ergebnissen für viele Verbindungen von Holzbauteilen angewandt. Dabei ist zu
beachten, dass das Verhalten von Verbindungen mit vielen kleinen Bolzen besser ist als
jenes von Verbindungen mit wenigen großen Bolzen. Die Verbindungsmittel kommen vor
allem als Schraubbolzen zum Einsatz und durchstoßen die Scherfläche der zu
verbindenden Hölzer rechtwinkelig. Sie werden auf Abscheren und auf Biegung
beansprucht, dabei treten im Holz Lochleibungs- und Scherspannungen auf. Die Abb. 2.19
zeigt verschiedene Ausbildungsformen von Bolzen. Die Stahlstäbe können entweder
beidseitig mit Gewinden, Beilagscheiben und Muttern oder einseitig mit fixem
Schraubkopf und Gewinde gefertigt werden.
Abb. 2.19: Bolzen und Bolzenverbindung
Das Verhalten von Bolzenverbindungen im Brandfall ist abhängig vom Wärmeanteil, der
über das Verbindungsmittel in den Holzquerschnitt eingeleitet wird. Durch die beidseitig
angeordneten ungeschützten Beilagscheiben und die überstehenden Schraubenköpfe bzw.
der Mutter ist in jedem Fall mit einer raschen Erwärmung des Bolzens zu rechnen. Wie alle
bereits vorab angeführten metallischen Verbindungsmittel wird der Bolzen unter
Brandeinwirkung „weich“ und verliert seine Tragfähigkeit. Einen weiteren
Versagensmechanismus stellt der Verlust der Klemmkraft aufgrund der Bildung der
Holzkohleschicht unter dem Bolzenkopf dar. Zusätzlich ist das Brandverhalten der
Bolzenverbindung von der Scherfestigkeit des Holzes abhängig, da das Versagen dieser
Konstruktion auch durch die rasche Abnahme der Scherfestigkeit des erwärmten Holzes
eintreten kann. Ungeschützte Bolzenverbindungen können maximal die Klassifikation F 30
(zukünftig R 30 nach [49]) erreichen, durch Schutz des Verbindungsmittels mit einge-
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leimten Holzstöpseln, Pfropfen oder Decklaschen kann die Feuerwiderstandsklasse F 60
(zukünftig R 60 nach [49]) erreicht werden [21].
2.3.2.3.7 Stabdübelverbindungen
Unter Stabdübel versteht man Rundstäbe aus Stahl mit glatter oder leicht gerillter
Oberfläche. Die Stabdübelbauweise findet sowohl bei der direkten Verbindung von
Holzelementen als auch bei Holzverbindungen in Kombination mit Stahlblechen
Anwendung. Die Stabdübellänge ist maximal die Dicke der Summe der zu verbindenden
Teile, wobei diese Länge kürzer sein sollte, um die Feuerwiderstandsdauer durch
Verschließen des Bohrloches mit Holzstöpseln nach dem Einbringen des Stabdübels zu
erhöhen. Die Abb. 2.20 zeigt ein- bzw. beidseitig mit Holzstöpseln verschlossene
Stabdübelverbindungen.
Abb. 2.20: Stabdübelverbindungen
Die Länge des Stabdübels ist in beiden Ausführungsformen kürzer als die Dicke der drei
zu verbindenden Holzelemente, damit die Bohrlöcher zur Verbesserung der
brandschutztechnischen Eigenschaften verschlossen werden können. Eine ungeschützte
Stabdübelverbindung behält unter Brandeinwirkung mindestens 15 Minuten lang die
erforderliche Tragfähigkeit. Durch den Schutz der Verbindung mittels eingeleimter
Holzstöpseln, Pfropfen oder Decklaschen kann die Feuerwiderstandsdauer um zusätzliche
15 bis 45 Minuten erhöht werden, d.h. die Klassifikationen F 30 (zukünftig R 30 nach [49])
bzw. F 60 (zukünftig R 60 nach [49]) sind durch diese zusätzlichen Maßnahmen erreichbar
[21].
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2.3.2.3.8 Dübelverbindungen
Dübel werden vor allem in Knoten von Stabwerken und bei nachgiebig verbundenen
mehrteiligen Trägern und Stützen verwendet. Man unterscheidet Einlassdübel aus Holz
oder Stahl, die in vorgefertigte Ausnehmungen eingelassen werden (siehe Abb. 2.21) und
Einpressdübel aus Stahl, bei denen zusätzlich Krallen in das Holz eingepresst werden und
die nur in Verbindung mit Schraubbolzen zulässig sind.
Abb. 2.21: Verbindung von zwei Holzstäben durch einen Einlassdübel
Das Verhalten von Dübelverbindungen im Brandfall ist wie bei Bolzenverbindungen (siehe
Kapitel 2.3.2.3.6) abhängig vom Wärmeanteil, der in den Holzquerschnitt eingeleitet wird.
Bei allen Dübeln, die in Kombination mit einer Bolzenverbindung eingesetzt werden,
dringt die Wärme rasch über den Bolzen ins das Holzinnere ein und erwärmt dort auch den
Dübel. Dieses führt in weiterer Folge durch Erweichen zum Verlust der Tragfähigkeit aller
Verbindungsmittel. Der Schutz der Verbindung wird durch eine entsprechende Abdeckung
der Bolzen erreicht, womit Klassifikationen bis zu F 60 (zukünftig R 60 nach [49])
erzielbar sind [21].
2.3.2.3.9 Stahlbleche und Stahlblechformteile
Standardformteile bestehen aus Stahl, Aluminium oder Edelstahl in einer Dicke von 2 bis
4 mm. Unter industriell vorgefertigten Stahlblechformteilen versteht man unter anderem
verschiedene Winkelbleche, Lochblechplatten, Balkenschuhe, Sparrenpfettenanker,
Sparrenschuhe sowie diverse andere Formteile. Geschweißte Stahlbleche haben eine Dicke
von 3 bis 10 mm und werden genagelt oder mit Stabdübeln befestigt.
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Abb. 2.22: Balkenschuh (Stahlblechformteil)
Die Abb. 2.22 zeigt ein industriell vorgefertigtes Stahlblechformteil in Form eines
Balkenschuhs, das durch Nägel an den Hauptträger befestigt wird. Anschließend wird der
Nebenträger in den Balkenschuh eingehängt und ebenfalls durch Nägel in seiner Lage
gesichert.
Wird das Stahlblechformteil nicht durch zusätzliche Verkleidungen vor der
Brandeinwirkung geschützt, stellt diese Art der Verbindung aus der Sicht des
Brandschutzes ein Problem dar. Die Schenkel des oben dargestellten Balkenschuhes
können sichtbar oder unsichtbar liegen, d.h. sie sind vor der Brandeinwirkung geschützt
bzw. ungeschützt. Somit kann die Verhaltensweise dieser Verbindungsmittel unter
Brandeinwirkung mit jener von Nage lblechen verglichen werden, die ebenfalls geschützt
oder ungeschützt liegen (siehe Kapitel 2.3.2.3.3). Grundsätzlich ist die
Feuerwiderstandsdauer von Balkenschuhen auch von der Schuhbreite, der Nagellänge und
der Größe der Belastung abhängig. Die Auflagerpressung im Schuh wird durch
Sondernägel übertragen, d.h. es ist auch das Verhalten von Nägeln unter Brandeinwirkung
relevant (siehe Kapitel 2.3.2.3.1). Zusätzlich zur im Brandfall gegebenen Gefahr der
Verformung bzw. des Aufreißens des Stahlformteils selbst kann sich das
Verbindungsmittel aufgrund der Hitze in das Holz „einbrennen“ und dadurch schräg
stellen. Infolgedessen kommt es zum Herausrutschen des Holzträgers aus dem Formteil,
wodurch die Konstruktion versagt. Der Brandwiderstand dieser Verbindung dürfte bei
weniger als 15 Minuten Branddauer liegen.
2.3.2.3.10 Zugstabsysteme aus Stahl und Aluminium
Bei Holzkonstruktionen werden zugbeanspruchte Teile oft aus Stahl oder Aluminium
ausgeführt. Stahlzugstäbe im unbekleideten Zustand können durch ihre rasche Erwärmung
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auf die kritische Temperatur von etwa 500°C einer Brandbelastung nur ca. 15 Minuten
standhalten. Durch dämmschichtbildende Anstriche bzw. durch massige Stahlzugglieder
mit geringer Spannungsausnutzung ist es jedoch möglich, die Klassifikation F 30
(zukünftig R 30 nach [49]) zu erreichen.
Eine Ummantelung der Stahlzugglieder, z.B. mit Kalzium-Silikat-Platten, führt zu einer
Erhöhung der Feuerwiderstandsklasse bis auf F 60 (zukünftig R 60 nach [49]). Die Stahl-
zugglieder werden durch Knotenbleche an die Balken bzw. Gurte von Fachwerkträgern
angeschlossen. Der Anschluss erfolgt entweder durch Schweißen oder durch Stahl- bzw.
Aludübel, die jeweils durch Bolzen in ihrer Lage gesichert werden. Wie die
Stahlzuggliedern sind auch die Knotenbleche und die Verbindungsmittel gegebenenfalls
mit einem dämmstoffbildenden Anstrich zu versehen.
Ungeschützte Zugstabsysteme beginnen sich bei einer Temperatur von etwa 300°C
deutlich zu verformen und die Festigkeit nimmt ab. Dadurch kann es zum Versagen der
gesamten Konstruktion kommen, bevor die Holzkonstruktion wesentlich abgebrannt ist,
weil das als Einheit wirkende Tragsystem keine Zugkräfte mehr aufnehmen kann. Stahl-
Zugglieder weisen eine hohe Dehnung auf, d.h. sie müssen i.a. eine Länge # 2,00 m
aufweisen. Bei Auswahl des Materials für Zugstabsysteme, Knotenbleche und
Verbindungsmittel ist die Tatsache zu beachten, dass Aluminium bei Erwärmung die
doppelte Dehnung von Stahl aufweis t und auch eine niedrige Versagenstemperatur hat (ca.
300°C), d.h. es kann bei Aluminium noch früher zu einem Versagen der gesamten
Konstruktion kommen.
2.3.2.3.11 Grundlagen des Brandverhaltens von Klebstoffen und Leimen
Durch Klebstoffe und Leime werden Holzteile miteinander oder Holz mit anderen
Werkstoffen, z.B. mit Metall oder Kunststoffen, verbunden. Im Gegensatz zu Werkstoffen
mit glatten Oberflächen beruht die Ausbildung der Bindungskräfte zum überwiegenden
Teil auf der mechanischen Adhäsion. Die Auswahl der Klebstoffe erfolgt je nach Art der
durchzuführenden Klebungen und den vorzusehenden Beanspruchungsarten.
Bei den Klebstoffen und Leimen unterscheidet man:
• Klebstoffe aus Naturprodukten
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• Klebstoffe aus Kunstharz (Thermoplaste und Duroplaste)
Während Klebstoffe aus Naturprodukten heute keinerlei Bedeutung mehr haben, werden
Klebstoffe aus Kunstharz zur Herstellung nicht tragender und tragender Bauteile und
Holzverbindungen verwendet. Zu den Thermoplasten, auch Plastomere genannt, zählen
unter anderem Polyvinylacetat-Dispersionen, Polychloropren-Kontaktklebstoffe und
Schmelzklebstoffe auf Basis Polyamid bzw. Ethylen-Vinylacetat. Zu den Duroplasten
gehören Resorcinharzleime, Harnstoff- und Thioharnstoffe, Melaminharzleime,
Phenoplaste, Polyurethanharze, Phenolharzleime und Epoxydharze.
Holz unterliegt durch sein anisotropes Verhalten und der inhomogenen, porösen Struktur
sowohl in Gestalt des zu klebenden Werkstoffes, als auch durch später auftretende
Beanspruchungen, sehr großen Schwankungen. Durch die Verbindungsform des Klebens
sollen weitgehend isotrope Eigenschaften erreicht werden. Dabei werden Schichtverbunde
in Form von Sperrholz, Span- und Faserplatten, geklebten Balkenkonstruktionen, etc.
hergestellt. Kennzeichnend für Holz ist des weiteren die geringe Wärmeleitfähigkeit, die
zur begrenzten Anwendbarkeit wärmehärtender Klebstoffe führt, wobei das im besonderen
für die Verklebung dicker Holzquerschnitte Gültigkeit hat.
Brandverhalten von Thermoplasten (Plastomeren)
Die Zustände, die Thermoplaste bei einer Temperaturerhöhung durchlaufen, werden als
hart, thermoplastisch und thermoelastisch bezeichnet. Zwischen den einzelnen Bereichen
liegen jeweils Temperaturübergangsbereiche und keine scharfen Übergange bei
bestimmten Temperaturen. Aus diesem Grund lässt sich bei Thermoplasten keine generelle
Temperatur angeben, der Übergang vom harten in den thermoplastischen Zustand liegt
etwa im Bereich zwischen 110°C und 180°C. Durch eine Kurzzeitbelastung mit einem
Temperaturwert von 250°C tritt eine irreversible thermische Zersetzung bzw. das
Schmelzen und Verbrennen der Thermoplaste auf. Eine über einen längeren Zeitraum
erfolgende Wärmeeinwirkung mit niedrigerer Temperatur hat dabei den gleichen Effekt
wie ein höherer Temperatureinfluss über kurze Zeit, d.h. die Thermoplaste beginnen zu
fließen und verlieren ihre Tragfähigkeit.
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Brandverhalten von Duroplasten
Obwohl temperaturabhängige, zwischenmolekulare Wechselwirkungen bei Duroplasten
nur eine untergeordnete Rolle spielen, erfolgt bei Temperaturerhöhung ein Erweichen,
dessen Umfang vor allem von der Vernetzungsdichte abhängig ist. Der
Erweichungsvorgang ist in der Regel mit einer Verschlechterung der chemischen und
physikalischen Eigenschaften verbunden. Bei niedrigen Temperaturen sind Duroplaste
glasig-hart (energie-elastisch) und auch bei hohen Temperaturen nicht viskos-flüssig,
sondern zwischen etwa 50°C und der Zersetzungstemperatur bei sehr begrenzter
Deformierbarkeit im Wesentlichen elastisch. Je nach Aufbau der Duroplaste liegt die
Zersetzungstemperatur zwischen 220°C und 400°C, d.h. in diesem Bereich geht ihre
Tragfähigkeit vollständig verloren.
2.3.2.3.12 Brandverhalten von geklebten Verbindungen
Viele Tragstrukturen aus Holz sowie Holzbauteile werden durch Klebungen verbunden.
Dabei werden Thermoplaste zur Herstellung nicht tragender und Duroplaste zur
Konstruktion tragender Bauteile verwendet. Unter Brandeinwirkung verhalten sich
geklebte Holzbauteile nur in Sonderfällen wie Vollholz. Voraussetzung dafür ist, dass ein
duroplastischer Klebstoff, wie z.B. Resorcin- oder Melaminharzleim, benutzt wird. Einige
häufig verwendete duroplastische Klebstoffe, z.B. Epoxydharze, reagieren sehr
empfindlich auf Brandeinwirkung und werden nachfolgend genauer betrachtet.
2.3.2.3.13 Verklebungen mit Epoxydharzen
Aufgrund der raschen Festigkeitsabnahme von Epoxydharz bei Erhöhung der
Temperaturen, zeigen die damit verklebten Holzbauteile im Allgemeinen eine sehr geringe
Feuerwiderstandsdauer. Zur Untermauerung dieser Aussage wurden in Neuseeland
Zugversuche durchgeführt [3], bei denen an die Endfaser eines Holzleimbinders verformte
Stahlstäbe angeleimt wurden. Die erzielte Feuerwiderstandsdauer war sehr gering, da das
Epoxydharz bereits bei einer Temperatur von 50°C an Festigkeit verlor und schließlich bei
Temperaturen oberhalb von 70°C nur noch eine sehr geringe Festigkeit aufwies.
Verbindungen mit Epoxydharz können grundsätzlich nur dann eine hohe
Feuerwiderstandsdauer erreichen, wenn die Verbindung selbst vor der Brandeinwirkung
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geschützt wird. Dieser Schutz kann durch eine Überdeckung mit einer zusätzlichen
Holzschicht erfolgen, um die Einleitung der Wärme in das Innere des Holzleimbinders zu
verhindern. Die aus diesem Versuch gewonnene Erkenntnis ist auch für das Wissen über
die Temperaturverteilung in einem Bauteil wichtig. Unter Umständen kann ein geklebtes
Holzbauteil bereits durch Temperaturerhöhungen, wie sie z.B. durch am Bauteil
vorbeistreichende heiße Rauchgase auftreten, an Festigkeit verlieren bzw. eventuell sogar
versagen.
2.3.2.3.14 Keilzinkleimungen
Die Abb. 2.23 zeigt zwei durch Keilzinkleimung miteinander verbundene Holzbauteile.
Dafür werden in beide Endstücke maschinell eine Reihe gleichartiger, symmetrisch spitz
zulaufender Keilzinken eingefräst und anschließend verleimt. Die Tragfähigkeit ist dabei
von der Geometrie der Keilzinken abhängig.
Abb. 2.23: Verbindung durch Keilzinkleimung
In Schweden wurden Versuche an auf axialen Zug belastetem sägerauhem Schnittholz
durchgeführt [28]. Die Abb. 2.24 zeigt einen Vergleich des Brandverhaltens von mittels
Keilzinkleimung verbundenen Holzbauteilen mit der Verhaltensweise von nicht
keilzinkverleimten Bauteilen. Die dargestellten Kurven basieren auf Werten, die bei vier
Temperaturen gemessen wurden.
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Abb. 2.24: Auswirkung von erhöhten Temperaturen auf die Festigkeit von Keilzinkleimung nach [4]
Die Abb. 2.24 zeigt im gesamten Verlauf relativ ähnliche Kurvenverläufe der beiden
untersuchten Probestücke. Bei einer Temperatur von etwa 20°C liegt die Bruch-spannung
der Bauteile mit bzw. ohne Keilzinkleimung bei 40 bzw. 43 MPa. Ein deutliches
Auseinanderklaffen der beiden Kurven kann jedoch bei 90°C festgestellt werden, wobei
die Bruchspannung des durch Keilzinkung verbundenen Probestücks mit nur etwa 26 MPa
deutlich unter jener des Holzstücks ohne Keilzinkung mit einem Wert von ca. 40 MPa
liegt. Bei einer Messtemperatur von 160°C gleichen sich die Werte für die Bruchspannung
wieder aneinander an und sinken von etwa 25 MPa kontinuierlich auf ca. 10 MPa bei
230°C.
Bei der Holzleimbauweise werden die Bretter meist durch Keilzinkleimung gestoßen.
Aufgrund des dargestellten Versuchsergebnisses ze igt sich, dass das Brandverhalten von
durch Keilzinkleimung verbundenen Holzbauteilen, geeignete Klebstoffwahl und
ordnungsgemäße Verarbeitung vorausgesetzt, grundsätzlich mit jenem von Vollholz
gleichzusetzen ist, solange die durch die Last erzeugte mittlere Bruchspannung in einem
Bereich zwischen 10 und 23 MPa liegt. Beträgt der Wert für die mittlere Bruchspannung
allerdings mehr als 23 MPa, so verhalten sich die keilzinkverleimten Bauteile schlechter,
d.h. sie versagen bei viel niedrigeren Temperaturen, als sich aus der Berechnung des durch
den Abbrand verminderten Querschnittes ergibt.
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2.3.3 Schäden an Holzkonstruktionen
Hinsichtlich der Schäden durch Holzkonstruktionen sind vor allem folgende Gefahren
besonders zu beachten:
• Zerstörung der Brandschutzbekleidung sowie Brandeinleitung in die Konstruktion.
Dadurch kann es zur Entzündung weiterer Bereiche in der tragenden Konstruktion
und zum Verlust der Tragfähigkeit kommen.
• Feuer- und Rauchweiterleitung innerhalb der Konstruktion durch Brandeinleitung
infolge eines Raumbrandes oder durch eine Entzündung innerhalb der Konstruktion
(Konstruktionshohlräume, Installationshohlräume).
• Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln (siehe Abb. 2.25), Verlust der
Klemmkraft der Verbindung sowie daraus möglicherweise resultierendes Versagen
der Gesamtkonstruktion.
Abb. 2.25: Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln
• Erweichen oder Verbrennen von Klebstoffen, Leimen oder Polymerkernen
tragender Holzbauteile.
• Bildung von tödlichen Kohlenmonoxidkonzentrationen durch den
Verbrennungsvorgang von Holz. Dieses Holz kann z.B. eine Holzverkleidung oder
auch die Tragkonstruktion sein.
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3 Grundsätzliche Versagensmuster der Bauteile
3.1 Versagenskriterien nach Eurocode
Durch die europäischen Normen und die Bauproduktenlinie werden die
schutzzielorientierten Anforderungen für die EU-Mitgliedsländer unter anderem wie folgt
definiert:
• Kriterium “R„
Nachweiskriterium für die Fähigkeit von Tragwerken oder Bauteilen, bestimmten
Einwirkungen während des maßgebenden Brandes standzuhalten.
• Kriterium “E„
Nachweiskriterium für die Fähigkeit eines raumabschließenden Bauteils, den
Durchgang von Flammen und heißen Gasen zu verhindern.
• Kriterium „I“
Nachweiskriterium für die Fähigkeit von raumabschließenden Bauteilen, übermäßige
Wärmeleitung zu verhindern.
• Kriterium „M“
Nachweiskriterium für die Fähigkeit von raumabschließenden Bauteilen, einer
mechanischen Stoßbeanspruchung standzuhalten.
3.2 Leistungsanforderungen an Tragwerke und Bauteile
• Wenn mechanischer Feuerwiderstand gefordert ist, müssen Tragwerke so bemessen
und konstruiert sein, dass sie ihre Tragfähigkeit während der festgesetzten
Brandbeanspruchung beibehalten – Kriterium R
• Verformungskriterien sollten nur dann angewandt werden, wenn die
Produkteigenschaften raumabschließender Bauteile oder schützender Bekleidungen
die Beschränkungen der Verformungen des Tragwerks erfordern.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Wenn Abschnittsbildungen gefordert werden, müssen die maßgebenden Bauteile so
bemessen und konstruiert werden, dass sie ihre raumabschließende Funktion während
der festgesetzten Brandbeanspruchung erfüllen, d.h.:
• Kein Versagen des Raumabschlusses infolge von Rissen, Löchern und anderen
Öffnungen, die groß genug sind, einen Feuerdurchgang in Form von heißen Gasen
und Flammen zu verursachen – Kriterium E.
• Kein Versagen der Temperaturbegrenzung durch Temperaturerhöhung auf der dem
Feuer abgekehrten Seite über erlaubte Grenzen – Kriterium I.
• Die zulässige mittlere Temperaturerhöhung auf der dem Feuer abgekehrten Seite ist
auf 140 K und die maximale Temperaturerhöhung auf 180 K begrenzt.
• Die vertikalen Bauteile von Brandabschnitten (Brandwände, Feuermauern) müssen
während und nach dem Brandversuch einer mechanischen Beanspruchung
widerstehen – Kriterium M.
Bauteile müssen den Kriterien R, E, I und M wie folgt, entsprechen:
• nur Tragfähigkeit: R
• Tragfähigkeit und Raumabschluss: R, E und I
• nur Raumabschluss: E und I
• Tragfähigkeit, Raumabschluss und mechanische Stoßbeanspruchungen: R,
E, I, M
• Raumabschluss und mechanische Stossbeanspruchung: E, I und M
3.3 Versagensmuster der Holz- und Massivbauweise im Brandfall
Es ist ein grundsätzlicher Unterschied in den Versagensmustern der Holz- und
Massivbauweisen festzustellen. Dies betrifft einerseits die Art des Baustoffes, d.h. ob
dieser brennbar oder nicht brennbar ist. Andererseits sind die Konstruktionsaufbauten
relevant, d.h. es ist grundsätzlich zu bewerten, ob es sich um ein monolithisches Bauteil
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(z.B. Ziegelmauerwerk) oder ein Bauteil aus vielen Schichten (z.B.
Holzrahmenkonstruktion) handelt. Danach unterscheidet sich, an welcher Stelle das
Bauteil versagen und ob dieses Versagen zu einem Kollaps der Gesamtkonstruktion führen
kann. Weiters ist bei einem Versagen des gesamten Systems von Interesse, nach welchem
Kriterium dies geschieht.
Während bei einem monolithischen Gefüge nur ganz wenige einzelne Punkte eine
Strukturschwächung im gesamten Bauteil bewirken können, bilden in der Holzbauweise
die Tragkonstruktion, die Ausführung der Bekleidung der Tragkonstruktion, die
Verbindungen der Bauteile, etc. eine Vielzahl potentieller Versagens- bzw.
Schwachstellen.
In der Massivbauweise übernimmt zumeist ein monolithischer und homogener Baustoff
sämtliche an das Bauteil gestellte Funktionen. Aus brandschutztechnischer Sicht bedeutet
das, dass er sowohl das Kriterium der Tragfähigkeit als auch jenes des Raumabschlusses
stets gleichzeitig erfüllt. Hinsichtlich des Brandverhaltens gilt gleiches für ein- wie auch
für zweischalige Massivbauwände, bei denen eine Funktionsteilung auf mehrere Schichten
erfolgt, die aber gleiche Versagensmuster aufweisen. Das Versagenskriterium bildet im
Massivbau das „R“-Kriterium, mit dem das Versagen des Raumabschlusses einhergeht. Zu
einem Tragfähigkeitsverlust kommt es bei Massivbauten jedoch so gut wie nie, d.h. ein
beidseitig geputztes 25 cm dickes Mauerwerk hat bereits einen Brandwiderstand von
> 180 Minuten unter Normbrandbedingungen.
In der Holzbauweise sind die an das Bauteil gestellten Forderungen auf verschiedene
Konstruktionselemente aufgeteilt, wobei an dieser Stelle unter der Holzbauweise die in den
Kapiteln 9.3.1 und 9.3.2 betrachteten Holzrippen- bzw. Holzskelettbauweisen, nicht aber
Holzmassivbauweisen, gemeint sind. Das Kriterium der Tragfähigkeit erfüllen die
innerhalb der Konstruktion situierten Holzsteher, während das Kriterium des
Raumabschlusses von den beidseitig angebrachten Beplankungslagen, d.h. der brennbaren
Tragkonstruktion erfüllt wird bzw. werden muss.
Die Fugen und Stöße der Beplankungslagen, die das „E“-Kriterium zu erfüllen haben,
bilden in der Holzbauweise signifikante Strukturschwächungen. Darunter sind
beispielsweise die Plattenstöße der Gipskartonplatten oder auch die Bauteilanschlüsse der
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Wände und Decken zu verstehen. An diesen Punkten kann frühzeitig eine Brandeinleitung
in die tragende Konstruktion erfolgen. In weiterer Folge kann es zu einer Entzündung der
Tragkonstruktion kommen. Die Bauteile in der Holzbauweise versagen jedoch fast immer
zuerst nach dem Kriterium des Raumabschlusses, d.h. der Durchbrand und die
Brandweiterleitung auf der dem Feuer abgewandten Seite sind primäre
Schadensverursacher.
Die Abb. 3.1 zeigt jenen Zeitpunkt eines Gebäudebrandes, zu dem zwar der
Raumabschluss nicht mehr gegeben ist, aber die Holztragkonstruktion unter Eigengewicht
noch tragfähig ist. Es ist auch erkennbar, dass der Personenschutz schon lange nicht mehr
gewährleistet ist, d.h. sobald ein Bauteil nach dem „E“-Kriterium versagt (Branddurchtritt
auf der Rückseite), ist die Umgebung nicht mehr von den Auswirkungen eines Brandes
geschützt.
Abb. 3.1: Versagen nach dem Kriterium des Raumabschlusses bei einem Stadelbrand [2]
Die Abbildungen 3.1 und 3.2 zeigen, dass die ungeschützte Holzkonstruktion ab dem
Zeitpunkt, zu dem der Raumabschluss nicht mehr gegeben ist, auch weiterhin
Brandeinwirkungen ausgesetzt ist. Dadurch kommt es in Abhängigkeit von der Dauer der
Brandbelastung auch zu einem Versagen der Tragfähigkeit unter Eigengewicht (!), d.h. zu
einem Versagen nach dem „R“-Kriterium.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 3.2: Versagen nach dem Kriterium der Tragfähigkeit bei einem Stadelbrand [2]
Auf sämtliche genannte Versagensmuster der Holz- und Massivbauweise wird in Kapitel 4
im Rahmen der sicherheitstechnischen Betrachtung der Gesamtkonstruktionen unter
Brandeinwirkung detailliert eingegangen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4 Betrachtung der Gesamtkonstruktion
Bauliche Brandschutzmaßnahmen zielen im Allgemeinen auf Einzelbauteile ab, d.h. sie
lassen deren Zusammenwirken unberücksichtigt. Dadurch können sich im Brandfall
einerseits zusätzliche Tragreserven, andererseits jedoch auch ungünstige Einflüsse ergeben,
die zu bedeutsamen Veränderungen des Feuerwiderstandes der Einzelbauteile führen
können.
Die daraus resultierenden Problematiken unterscheiden sich je nach Bauweise. In der
Massivbauweise bringt die Beurteilung des Feuerwiderstandes der einzelnen Bauteile im
Vergleich zu der Wirkungsweise als Gesamtkonstruktion in der Regel keine Nachteile mit
sich. Vielfach kommt es sogar zu Spannungsumlagerungen, welche sich auf das
Gesamttragverhalten positiv auswirken. In der Holzbauweise kann hingegen üblicherweise
ein frühzeitiges Versagen der Beplankungen, Stöße, Fuge oder Verbindungen der
einzelnen Bauteile eines Tragwerks beobachtet werden, wodurch die Gesamtkonstruktion
in manchen Fällen nicht einmal die Qualifikation F 30 (zukünftig REI 30 nach [49])
erreicht.
In weiterer Folge werden die Bauteile bzw. die Konstruktionsdetails der Holzbauweise mit
jener der Massivbauweise verglichen und anschließend die bauweisenimmanenten
Gefahrenpotentiale anhand von 4 realisierten Wohnbauprojekte aufgezeigt.
4.1 Wandbauteil
Aus der Sicht des Brandschutzes wird zwischen nichtragenden und tragenden sowie
zwischen raumabschließenden und nichtraumabschließenden Wänden unterschieden. Als
raumabschließende Wände gelten z. B. Wände in Rettungswegen, Treppenraumwände
oder Wohnungstrennwände. Sie dienen zur Verhinderung der Brandübertragung von einem
Raum zum anderen und werden somit üblicherweise nur einseitig vom Brand beansprucht.
Als nichtraumabschließende Wände gelten beispielsweise Wände innerhalb eines
Brandabschnittes; sie sind tragende Wände, die ein- oder zweiseitig vom Brand
beansprucht werden.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Außenwände können gemäß den Anforderung entweder raumabschließende oder nicht-
raumabschließende Wände sein. Brandwände sind immer raumabschließende Wände, an
die die zusätzliche Anforderung gestellt wird, einer horizontalen mechanischen
Stoßbeanspruchung zu widerstehen, um beispielsweise Gebäudeabschnitte oder
Brandabschnitte zu bilden.
Nachfolgend wird die Tragkonstruktion der Holz- und Massivbauweise sowie die
raumseitige Bekleidung der Wandkonstruktion betrachtet; dazu zählen sämtliche
Innenwandverkleidungen, d.h. unter anderem die Gipskartonbeplankung der
Holztragkonstruktion sowie der Innenputz einer massiven Wand. Des weiteren werden die
Dämmstoffe innerhalb des Konstruktionsaufbaus abgehandelt. Die fassadenseitig
angebrachten Verkleidungen aus Holz, Dämmstoff, etc. bilden ein eigenen Punkt, der im
Kapitel 4.2 detailliert betrachtet wird.
4.1.1 Massivbauweise
Mauerwerks- oder Stahlbetonkonstruktionen besitzen im Gegensatz zu den Konstruktions-
weisen aus Holz üblicherweise „stille“ Reserven hinsichtlich ihrer Feuerwiderstandsdauer.
Massive tragende Wände müssen alleine aus statischen Gründen derart bemessen sein, dass
die Konstruktion in jedem Fall mindestens der Klassifikation F 90 (zukünftig REI 90 nach
[49]) entspricht.
Massive Wände besitzen relativ dicke Querschnitte, eine große Masse und
Wärmespeicherfähigkeit. Sie versagen in der Regel nur dann, wenn sie entsprechend dünn
und schlank dimensioniert sind. Da diese Ausführung im Wohnbau nicht üblich ist, wird
der Punkt im Rahmen des vorliegenden Berichtes nicht genauer verfolgt.
Im mehrgeschossigen Wohnbau in Massivbauweise ist davon auszugehen, dass die
massiven Wände während eines Raumbrandes nur einseitig beflammt werden, da es sich in
der Regel um die Außenwände des Gebäudes oder Querschnitte zwischen den
Wohneinheiten handelt. Die Innenwände werden im Wohnbau heute zumeist als massive
Wände im Vgl. zu Leichtwänden (z.B. Gipskartonständerwände) ausgeführt.
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Die einseitige Brandbelastung von tragenden Wänden kann zu den in der Abb. 4.1
dargestellten Spannungen im Mauerwerk sowie zu Exzentrizitäten infolge von
Materialzerstörungen führen.
Abb. 4.1: Spannungsverteilung im Wandquerschnitt unter Brandbelastung
Obwohl sich massive Bauteile im Brandfall nur langsam erwärmen, können sich an der
Oberfläche der feuerzugewandten Seite der Wand in Abhängigkeit von der Branddauer
Risse bilden und schalenförmige Abplatzungen bis zu 2 cm entstehen. Im Hinblick auf das
Tragverhalten der Wand sind diese Abplatzungen vollkommen unbedeutend.
4.1.1.1 Innenputz und Innenwandverkleidung
Ein vorhandener Innenputz beeinflusst das Abplatzverhalten positiv, d.h. die Dicke der
beschädigten Mauerwerksschale, die maximal 2 cm beträgt, kann durch den Innenputz
verringert werden. Der Innenputz fällt jedoch in Abhängigkeit von der
Brandeinwirkungsdauer ab.
Auch im Wohnbau in Massivbauweise werden Innenwandverkleidungen aus Holz als
dekorative Verkleidung auf die Wandkonstruktion aufgebracht. Die Feuerwider-
standsfähigkeit von Bauteilen aus nichtbrennbaren Materialien, d.h. beispielsweise aus
Mauerwerk oder Stahlbeton, wird jedoch im Gegensatz zur Holzbauweise durch eine
nachträgliche Bekleidung mit einem brennbaren Material nicht negativ beeinflusst. Die
Holzverkleidung einer Massivkonstruktion hat jedoch sehr wohl einen Einfluss auf die
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CO-Produktion und somit in weiterer Folge auf den Personenschutz (siehe auch Kapitel
4.1.2).
4.1.1.2 Tragkonstruktion
Eine einschalige Wand in Massivbauweise kann grundsätzlich jede beliebige
Feuerwiderstandsdauer erreichen.
Der Feuerwiderstand einer zweischaligen Wand hängt davon ab, ob eine oder beide
Schalen der Wand tragend ist bzw. sind und ob sie ungefähr die gleiche Last tragen. Wenn
beide Schalen annähernd bis zu ihrer Grenztragfähigkeit belastet sind, dann wird der
Feuerwiderstand einer zweischaligen Wand, in etwa gleich dicke Schalen vorausgesetzt,
definiert als der Feuerwiderstand einer entsprechenden einschaligen Wand mit einer Dicke
gleich der Dicke der Summe der beiden Schalen. Wenn nur eine Schale der zweischaligen
Wand tragend ist, dann wird der Feuerwiderstand der Wand gegenüber jenem einer
entsprechenden einschaligen tragenden Wand größer. Der Feuerwiderstand einer
zweischaligen Wand mit zwei nichttragenden Schalen darf aus der Summe der
Feuerwiderstände der einzelnen Schalen gebildet werden.
4.1.1.3 Dämmstoffe
Die Dämmmaterialen leisten bei einem Raumbrand in einem massiven Wohngebäude
üblicherweise keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Verputz, die
Mauerwerkssteine bzw. den Stahlbeton hinreichend vor der Brandeinwirkung geschützt
werden. Somit ist eine unmittelbare Beteiligung der Dämmschichten an einer
Brandübertragung mit großer Wahrscheinlichkeit ausschließen. Es sind auch keine
Schadensfälle bekannt, bei denen der Dämmstoff zwischen nichtbrennbare Wetterschutz-
und Tragschichten zur Brandweiterleitung beigetragen hätte [33].
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.1.2 Holzbauweise
4.1.2.1 Brandschutzbekleidung
Im mehrgeschossigen Wohnbau in Holzbauweise muss eine raumseitige Beplankung des
Wandbauteils „brandschutztechnisch wirksam“ sein, d.h. sie muss derart ausgeführt
werden, dass die Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion sowohl während der
Brandbelastung als auch in der Abkühlphase wirkungsvoll verhindert wird. Gravierende
Beschädigungen, z.B. in Form von klaffenden, durchgehenden Rissen bzw. ein Abfallen
oder Ablösen der Beplankung, sind unter Brandbeanspruchung praktisch nicht zu
vermeiden.
Die Brandschutzbekleidung wird, falls sie überhaupt in die baurechtlichen Vorschriften
Einzug hält, in diesen in der Regel nicht näher definiert. Die Festlegung des Zeitraumes bis
zum Versagen der Beplankungen unter Brandbeanspruchung erfolgt erstmalig im
deutschen Entwurf einer Muster-Holzbaurichtlinie [16] für eine Prüfung nach DIN 14135
(K 60) mit mindestens 60 Minuten. Die determinierten Leistungskriterien sind dabei die
Verhinderung der Entzündung bzw. Verkohlung des Holztragsystems unterhalb der
Brandschutzbekleidung. Das Versagenskriterium ist in der Regel der Verlust des
Raumabschlusses („E“-Kriterium) durch Versagen der Kapselung.
Eine einlagige Gipskartonbeplankung hat sich aus der Sicht des Brandschutzes generell als
ungenügend herausgestellt, d.h. eine derartige Verkleidung kann die Holzkonstruktion
nicht über einen längeren Zeitraum vor der Brandeinwirkung schützen. Auch bei einer
zweilagigen Beplankung ist der Brandschutz des Holztragsystems nur unter der Einhaltung
aller in weiterer Folge angeführten Kriterien gegeben. Wie sich bei Versuchen gezeigt hat,
reicht z.B. eine zweilagige Gipskartonverkleidung mit je 15 mm Stärke möglicherweise
nicht aus, um das Tragwerk wirksam vor einer Brandbelastung zu schützen. Selbst wenn
die Gipskartonbeplankung unter Brandeinwirkung intakt bleibt bzw. nicht abfällt, kann es
bei unzureichender Ausbildung der Plattenstöße zu einer thermischen Zersetzung der
darunter liegenden Holzkonstruktion kommen. Dieser Punkt stellt ein
bauweisenimmanentes Risiko dar, wobei von außen meist nicht erkennbar ist, ob sich das
unter der Beplankung befindliche brennbare Tragwerk entzündet hat. Die Holzelemente
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können glimmend abbrennen, was dann in weiterer Folge zu einem Versagen der gesamten
Konstruktion führt.
Eine zweilagige Beplankung, praxisgerechte Ausführung und eine brandschutztechnisch
wirksame Kombination der Werkstoffe vorausgesetzt, ist geeignet, um die genannten
Kriterien zu erfüllen. Eine solche Kombination von Werkstoffen stellt z.B. die bei
Brandversuchen in Deutschland [14] getestete Bekleidung aus einer brandseitig liegenden,
20 mm starken, speziellen Gipskarton-Feuerschutzplatte in Kombination mit einer 15 mm
starken, speziellen Gipsfaserplatte dar. Das in der Feuerschutzplatte enthaltene Glasvlies
verhindert eine frühzeitige Rissbildung und somit kann während der gesamten
Brandbeanspruchungsdauer keine Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion
stattfinden. Diese beiden genannten Plattentypen weisen zudem ein ähnliches
Dehnungsverhalten auf, um die Rissbildung nicht zusätzlich zu verstärken.
4.1.2.2 Dämmstoffe
Geeignete Dämmmaterialien in Hohlräumen wirken sich günstig auf die
Feuerwiderstandsdauer von Holzkonstruktionen aus. Steinwolle mit einer hohen Rohdichte
und einem hohen Schmelzpunkt von $1000°C kann die Feuerwiderstandsdauer verbessern,
während Glaswolle und Zellulosefaserdämmstoffe, die eine geringere Rohdichte
aufweisen, geringere positive bzw. keine positiven Auswirkung auf die
Feuerwiderstandsdauer haben. Steinwolle kann unter der Voraussetzung, dass sie fugenlos
eingebracht wird, einen Feuerwiderstand von bis zu 100 Minuten aufweisen. Wenn der
zwischen den Holzstehern eingebrachte Dämmstoff einen Füllgrad von ≥ 100% erreicht,
können Konvektionsflächen im Hohlraumquerschnitt vermieden werden.
Wenn neue, ökologische, brennbare Dämmstoffe eingesetzt werden, ist auf eine
umfassende experimentelle Untersuchung ihres Brandverhaltens zu achten. Die Bedenken
betreffen dabei hauptsächlich die Gefahr einer möglichen Schwel- und
Glimmbrandbildung im Inneren des Bauteils und weniger die erzielbare
Feuerwiderstandsdauer der Konstruktion unter Verwendung derartiger Dämmstoffe. Bevor
das Brandverhalten dieser Dämmmaterialien nicht in ausreichendem Maß experimentell
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belegt ist, sollten sie vor allem im mehrgeschossigen Wohnbau auf keinen Fall angewendet
werden.
4.1.2.3 Firestops
Die Konstruktionshohlräume in den Bauteilen der Holzkonstruktionen stellen, unabhängig
vom Füllgrad, grundsätzlich ein bauweisenimmanentes Risiko im Brandfall dar. Aus
diesem Grund sollen innerhalb der Hohlräume der Wand- und Deckenbauteile „Firestops“
aus Vollholz, Gipskartonplatten oder Zementfertigteilen angeordnet werden, die eine
Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte
verzögern.
Abb. 4.2: Firestops innerhalb der Konstruktionshohlräume nach [4]
Die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion kann insbesondere bei zunehmender
Gebäudehöhe schwerwiegende Konsequenzen mit sich bringen, da die unbemerkte
Ausdehnung des Brandes über einen größeren Bereich möglich ist. Des weiteren nimmt die
Möglichkeit des Personenschutzes, d.h. der Schutz der Bewohner und der Feuerwehrleute,
bei zunehmender Höhenentwicklung des Gebäudes ab, da die höher liegenden Geschosse
eine schlechtere Erreichbarkeit während des Löscheinsatzes implizieren bzw. die Flucht-
und Rettungswege sowie die Angriffswege der Feuerwehr länger werden.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.1.3 Fallbeispiele
Der grundsätzliche Unterschied der Auswirkungen eines Brandes auf Wandbauteile in
Holz- bzw. Massivausführung ist anhand der Abb. 4.3 ersichtlich. Bei dem dargestellten
Gebäude ist das Sockelgeschoss in Massivbauweise errichtet, während das Obergeschoss
in Holzbauweise ausgeführt wurde.
Abb. 4.3: Auswirkungen eines Brandes auf ein Gebäude [2]
Entsprechend den in Kapitel 3 beschriebenen typischen Verhaltensweisen von Holz im
Brandfall versagte der in Holz ausgeführte Gebäudeteil zuerst nach dem Kriterium des
Raumabschlusses. Einige wenige Teile des Holztragsystems sind durch das Löschen des
Brandes noch vorhanden, ihre Tragfähigkeit ist jedoch nicht mehr gegeben. Es erfolgt ein
100-prozentiger Abriss, d.h. der in Holzbauweise ausgeführte Teil der Gesamtkonstruktion
ist in jedem Fall soweit zerstört, dass er nur noch abgetragen werden kann. Das massive
Sockelgeschoss einschließlich des in Massivbau ausgeführten Kamins ist hingegen auch
nach dem Brand intakt und sogar in der Lage, die zusätzlichen, durch den Einsturz
umgelagerten Lasten der nicht verbrannten, eingestürzten Holzkonstruktion aufzunehmen.
Soweit auf dem Foto erkennbar, kann dieser Teil der Gesamtkonstruktion weiter genutzt
werden, was generell einen grundsätzlichen Unterschied zwischen der Holz- und
Massivbauweise darstellt.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Einen ähnlichen Fall zeigen die Abbildungen 4.4 und 4.5. Bei dem Objekt handelt es sich
um ein Wohnhaus in Grieskirchen (Oberösterreich), dessen Sockelgeschoss massiv und
das Obergeschoss in Holzbauweise errichtet ist.
Abb. 4.4: Entstehungsbrand im Obergeschoss eines Wohnhauses [2]
Anhand der Abb. 4.4 ist zu erkennen, dass die Feuerwehr bereits kurz nach dem
Ausbrechen des Brandes mit dem Löscheinsatz begann. Trotzdem gelang es nicht mehr,
den Brand unter Kontrolle zu bringen und er breitete sich rasch über das gesamte in
Holzbauweise errichtete Obergeschoss aus.
Abb. 4.5: Auswirkungen des Brandes eines Wohnhauses in Mischbauweise[2]
Anhand der Abb. 4.5 ist erkennbar, dass trotz Löscheinsatz der Feuerwehr das in Holz
errichtete Obergeschoss komplett zerstört wurde, während sämtliche in Massivbauweise
errichtete Gebäudeteile, d.h. der gesamte Erdgeschossbereich einschließlich des
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Treppenhauses vom Erdgeschoss in das Obergeschoss sowie die Kamine den Brand
nahezu unbeschadet überstanden (siehe Gardinen am Fenster des Erdgeschosses).
4.2 Fassade
Aus der Sicht des Brandschutzes stellt die Fassade eines Gebäudes immer dann ein
Problem dar, wenn diese einen Beitrag zu Brandlast liefert bzw. wenn diese zur
Brandweiterleitung dient. Ein besonderes Gefahrenpotential bildet eine brennbare
Fassadenverkleidung, sobald sie im Brandfall an der Fassade verbleibt und nicht abfällt.
Hierbei ist neben der Befestigung der Verkleidung vor allem auch die Geometrie des
Gebäudes relevant.
Die Brandvorgänge an der Fassade hängen in der Regel unmittelbar von der Entwicklung
des Brandes im Gebäudeinneren ab. Die höchsten Wärmestromdichten vor der Fassade
treten im Fall von aus den Fensteröffnungen herausschlagenden Flammen etwas oberhalb
des Fenstersturzes auf und sind somit für die Tragfähigkeit des Sturzes und die
Brandweiterleitung zum nächsten Geschoss von großer Bedeutung. Die Abb. 4.6 zeigt die
im Heißgasstrom auftretenden Temperaturen vor der Fassade anhand von drei
unterschiedlichen Versuchsanordnungen bei Realbrandversuchen in Deutschland [5].
200
200
200
3,0m
1,5m 2,0m 3,0m
4,0m5,0m
Abb. 4.6: Isothermenbild des Temperaturfeldes vor der Fassade nach [5]
Die in der Abb. 4.6 dargestellten drei Isothermenbilder zeigen, dass das Temperaturfeld
eine Achse hat. Maßgebend für die Ausdehnung des Heißgasstromes vor der Fassade ist
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die Horizontalgeschwindigkeit, mit der die Rauchgase die Brandraumöffnung verlassen.
Diese bestimmt die Länge der horizontalen Strecke, nach deren Durchlaufen die
Rauchgase infolge des Auftriebs in eine vertikale Bahn umgelenkt werden.
Anhand der Abb. 4.6 ist ersichtlich, dass ohne Wind vom Innenraum nach außen in etwa
1,5 m horizontaler und 3,0 m vertikaler Entfernung von der Fenstersturzunterkante eine
Temperatur von 200°C gemessen werden konnte. Bei einer Windgeschwindigkeit von
2 m/s stieg die horizontale Entfernung auf ca. 2 m und der vertikale Weg auf etwas 4 m an.
Die Temperatur von 200°C wurde bei einer Geschwindigkeit von 4 m/s schließlich in
ungefähr 3,0 m horizontalem und 5,0 m vertikalem Abstand von der Fenstersturzunter-
kante gemessen. Mit zunehmendem Abstand von der Brandraumöffnung kühlen die
Heißgase sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ab, wobei die Gase in
vertikaler Richtung einen etwa doppelt so langen Weg benötigen, um auf die gleiche
Temperatur wie horizontal abzukühlen.
4.2.1 Massivbauweise
Aus brandschutztechnischer Sicht stellt eine Fassade in Massivbauweise grundsätzlich kein
Problem dar. Dabei ist es nicht relevant, ob es sich um eine ein- oder zweischalige
Wandkonstruktion handelt. Sowohl die Mauerziegel als auch der Außenputz liefern keinen
Beitrag zur Brandlast und tragen nicht zur Brandweiterleitung über die Fassade bei. Sobald
die Fassade jedoch mit brennbarem Material verkleidet wird und dieses im Brandfall nicht
abfällt, bildet allerdings auch der Fassadenbrand eines Gebäudes in Massivbauweise
eventuell ein Problem.
Massivwohnbauten werden heute aus Gründen des Wärmeschutzes häufig als einschaliges
Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystemen ausgeführt. Dabei kommen in der Regel
Wärmedämmplatten aus Polystyrol-Hartschaum zum Einsatz, die fassadenseitig auf die
massive Wandkonstruktion aufgebracht werden. Diese Wärmedämmplatten erweichen bei
einer Temperatur von etwa 110°C, schrumpfen und schmelzen in weiterer Folge bei einer
Temperatur von ca. 200°C. Anhand der am Beginn dieses Kapitels gezeigten Darstellung
der Isothermenbilder des Temperaturfeldes an der Fassade (siehe Abb. 4.6) ist erkennbar,
wie weit sich das Temperaturfeld von 200°C entlang der Fassade in vertikaler Richtung
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ausbreitet. Die Gefährlichkeit dieser Reaktion ist in Summe stark von den jeweiligen
Randbedingungen wie z.B. der Gebäudegeometrie, den Brandlasten, der Brandschutzaus-
rüstung des Polystyrols etc. abhängig. Wärmedämmverbundsysteme sind unter anderem
aus diesem Grunde zulassungspflichtige Bauprodukte.
Fassadenverkleidungen aus Holz, d.h. aus brennbarem Material, finden heute auch in der
Massivbauweise ebenfalls Verwendung. Die Abb. 4.7 zeigt die Holzverschalung einer
Außenwand bei einem mehrgeschossigen Wohnbau in Ludwigsburg (Deutschland). Die
tragende Wand ist als einschalige Ziegelwand mit außenliegender Mineralwolledämmung,
einem Schutzvlies und einer 58 mm starken Zedernholzbekleidung ausgeführt. Durch die
Mineralwolledämmung kommt es bei einem Fensterbrand zu einem Wärmestau hinter der
Holzbekleidung, d.h. es ist mit einer besonders raschen Brandausbreitung an der Fassade
zu rechnen.
Abb. 4.7: Fassadenverkleidung aus Holz bei einem Wohnbau in Ludwigsburg [8]
Während diese Bekleidungen ursprünglich als Witterungsschutz von Scheunen und
untergeordneten Bauten dienten, werden Holzverschalungen der Außenfassade heute
durchwegs aus ästhetischen Gründen angebracht. Sie werden in der Regel als Außenhaut
auf einem am Mauerwerk befestigten Lattenrost angebracht. Dadurch entstehen ähnliche
Problematiken wie in der Holzbauweise, d.h. vor allem die rasche Brandweiterleitung über
die Fassade und die Weiterleitung der Flammen durch den Luftraum von hinterlüfteten
Fassaden. Einen Vorteil gegenüber der Holzbauweise stellt allerdings die Tatsache dar,
dass der Brand der Holzverschalung nicht zur Entzündung der Tragkonstruktion führen
kann und somit kein Versagen der Gesamtkonstruktion zu befürchten ist.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.2.2 Holzbauweise
Eine Holzfassade stellt bei einem mehrgeschossigen Wohnbau in Holzbauweise ein großes
Gefahrenpotential dar, weil diese zur Erhöhung der konstruktiven Brandlast beiträgt und
eine Brandweiterleitung entlang der Fassade bewirkt. Eine weitere Problematik bildet die
Flammenausbreitung über den Luftraum von hinterlüfteten Fassaden, die sehr rasch
erfolgen und die Entzündung der innenliegenden, tragenden Holzkonstruktion
beschleunigen kann.
Die hohen Temperaturen, die vor allem nach einem Flashover bei Raumbränden auftreten,
führen sehr rasch zum Versagen der Verglasungen. Das Anordnen von auskragenden
Balkonen aus nichtbrennbaren Baustoffen bzw. die Ausbildung einer brandschutztechnisch
geschützten Traufkante kann die Brandweiterleitung über die Fassade und in weiterer
Folge zum Dach des Gebäudes zwar nicht verhindern, aber zumindest verzögern und somit
die Personensicherheit erhöhen.
Dabei ist allerdings die auf den Balkonen eventuell gelagerte Brandlast von großer
Bedeutung. Prinzipiell können nur massive Balkonplatten über dem Brandraum ohne
darauf gelagerter Brandlast einen Feuerübersprung auf das über dem Brandraum liegende
Geschoss verhindern. Es ist jedoch grundsätzlich davon auszugehen, dass in der Praxis
sowohl immobile Brandlasten, z.B. in Form von Geländern, als auch mobile Brandlasten,
d.h. Möbel, Wäscheständer, etc. auf Balkonen vorzufinden sind. Somit ist mit einer
Brandweiterleitung in die über dem Brandraum situierten Bereiche zu rechnen.
Eine verzögernde Wirkung auf die Brandweiterleitung über die Fassade wird
ausschließlich durch auskragende Balkone, nicht aber durch Loggien erreicht, die nur
einseitig offen sind. Loggien sind zwar den Balkonen konstruktiv verwandt, sie liegen in
der Regel jedoch innerhalb des Baukörpers und bieten somit durch die fehlende horizontale
Barrierewirkung keinen Schutz gegen den raschen Feuerüberschlag. Das Fallbeispiel des
Brandes der Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“ in der Schweiz [26] weist nach, dass
Loggien grundsätzlich keine positive Wirkung auf die Brandweiterleitung haben. Bei
dieser Anlage setzte sich der Brand über die viergeschossige Fassade binnen ca.
60 Sekunden ungehindert fort.
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4.2.3 Fallbeispiele
Die Abb. 4.8 zeigt den Brand eines Zweifamilienhauses in Vorarlberg. Bei dem Gebäude
handelt es sich um einen Massivbau mit einem Anbau in Holzbauweise.
Abb. 4.8: Brand eines Zweifamilienhauses in Massivbauweise mit einem Anbau in Holzbauweise [12]
Das Foto zeigt deutlich, dass bei dem in Massivbauweise ausgeführten Gebäudeteil zu
diesem Zeitpunkt nur die dekorativen Elemente aus Holz, d.h. die Fensterläden und die
hölzernen Gesimse oberhalb der Fenster brannten, während der in Holz ausgeführte
Gebäudeteil vom Feuer bereits völlig zerstört war. Der Brand wurde beim massiven Teil
nur über die Holzelemente der Fassade weitergeleitet.
Abb. 4.9: Fortschreitender Brand des Zweifamilienhauses in Massivbauweise mit einem Anbau in Holzbauweise auf der Holzbauseite[12]
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Bedingt durch den starken Föhn wurde der Löschangriff der Feuerwehr deutlich erschwert
und so konnte schlussendlich nicht verhindert werden, dass das Feuer auch auf den
Dachstuhl des Massivbauteiles übergriff und sich auf diesen ausbreitete. Das
Dachgeschoss des massiven Gebäudeteils brannte in weiterer Folge zwar aus, der
Massivbau stürzte aber im Gegensatz zum Holzbau nicht ein.
Die Abb. 4.10 zeigt den Brand eines Bauernhauses in St.Veit (Salzburg). Dabei handelt es
sich um ein Gebäude in Blockbauweise (siehe Kapitel 9.3.3.1).
Abb. 4.10: Brandweiterleitung über die Fassade bei einem Bauernhaus in Holzbauweise
Wie auf dem Foto ersichtlich, wurden die aus den Fenster- und Türöffnungen tretenden
Flammen aufgrund ihrer Höhe sehr rasch über die Fassade weitergeleitet und griffen
schließlich auf den Dachstuhl über und entzünden diesen. Die Feuerwehr hatte einen sehr
langen Anfahrtsweg zu dem in 1.100 m Seehöhe gelegene Bauernhaus zurückzulegen.
Somit war das Haus bereits vor Eintreffen der Löschmannschaften vollständig
ausgebrannt, die in Massivholzbauweise errichtete tragenden Außenwandkonstruktion
blieb jedoch erhalten.
Ein Gebäude in Holzmassivbauweise verhält sich unter Brandeinwirkung im Gegensatz zu
Holzrippen- und Holzskelettbauweisen vergleichsweise günstig, wird aber aufgrund der in
Kapitel 9.3.3.1 beschriebenen Gründen – z.B. die Einschränkung der Gebäudehöhe - nicht
ausgeführt.
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4.3 Öffnungen
Aus der Sicht des Brandschutzes stellen Öffnungen für Fenster, Türen und sonstige
Einbauten im Holzbau besondere Schwachpunkte innerhalb der Gesamtkonstruktion dar,
weil die Brandweiterleitung durch die brennbaren Baustoffe stets gegeben ist. Bei
Massivbauten ist die Anwesenheit zusätzlicher mobiler Brandlasten erforderlich, um eine
Brandweiterleitung bei Öffnungen zu ermöglichen.
4.3.1 Massivbauweise
Die Türen weisen in der Massivbauweise generell einen niedrigeren Feuerwiderstand als
jene Wandbauteile auf in die sie eingebaut sind. Des weiteren ist auch damit zu rechnen,
dass die Türen zum Zeitpunkt des Brandausbruches geöffnet sein können. Somit sind die
Türöffnungen hinsichtlich der Rauchausbreitung Schwachpunkte, eine Feuerausbreitung
kann im Gegensatz zur Holzbauweise hier nur dann erfolgen, wenn im Türbereich
zusätzliche mobile Brandlasten vorhanden sind. Weiterhin sind für die Ausbildung der
Öffnungen keine komplizierten Detaillösungen erforderlich, um eine Brandeinleitung in
die Konstruktion zu verhindern. In der Massivbauweise wird einfach der Wandverputz bis
zum Türstock geführt, da eine Entzündung der Tragkonstruktion keine
bauweisenimmanente Problematik darstellt.
Gleiches gilt im Prinzip auch für die Ausbildung der Fensteröffnungen in der
Massivbauweise. Der Putz endet beim Fensterstock und stellt so keinen zusätzlichen
Arbeitsaufwand dar, wie er z.B. durch die Ausbildung eines Fugenversatzes in der
Brandschutzbekleidung bei der Holzbauweise entsteht.
Problematisch wird in Bezug auf die Fenster das Erreichen sehr hoher Temperaturen, bei
der mit einem Zerspringen der Scheiben zu rechnen ist. Dieses ist beim Massivbau etwas
weniger kritisch als beim Holzbau, weil die Brandintensität beim Ersteren etwas geringer
ist. Allerdings hat das Herausschlagen der Flammen aus der Fensteröffnung im
Allgemeinen keine Auswirkungen im Hinblick auf die Brandweiterleitung über die
nichtbrennbare Fassade.
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In der Massivbauweise hat sich der Einbau von Feuerschutztüren, Feuerschutzverglas-
ungen und Feuerschutzanschlüssen in Realbrandversuchen als brandschutztechnisch
wirksam herausgestellt.
4.3.2 Holzbauweise
Türen haben im Normalfall einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile, in die
sie eingebaut werden. Die Feuerwiderstandsdauer liegt z.B. bei 2,7 cm dicken Sperrholz-
türen ohne Füllung zwischen 5 bis 20 Minuten. Somit kann davon ausgegangen werden,
dass eine hohe Feuerwiderstandsdauer eines Wandelements nicht gleichzeitig einen hohen
Feuerwiderstand des Gebäudes implementiert, wenn die Türen nicht mindestens einen
gleichwertigen Brandwiderstand haben.
Üblicherweise verwendete Fensterverglasung beginnt bei einer Temperatur von 600 °C zu
erweichen bzw. zu schmelzen. Wärmespannungen führen jedoch dazu, dass die Scheiben
eventuell schon vor dem Erreichen dieser Temperatur zerspringen. Sobald in einem Raum
ein Flashover eintritt, kommt es durch die hohen Temperaturen in jedem Fall zu einem
Überdruck und sehr rasch zum Versagen der Verglasungen und damit zu einer
Brandweiterleitung über die Fassade.
Die Abb. 4.11 zeigt die laut dem Entwurf der deutschen „Muster-Richtlinie über
brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in
Holzbauweise“ [35] geforderte Ausführung von Öffnungen für Einbauten wie Fenster,
Türen, Verteiler, Lampenkästen, etc. in hochfeuerhemmenden Bauteilen. Die Öffnungen
der Wandelemente werden umlaufend mit auf F 60 (zukünftig REI 60 nach [49])-geprüften
Brandschutzbekleidungen verschlossen. Ziel dieser Maßnahmen ist, die Brandweiter-
leitung in Richtung der Tragkonstruktion (Riegel, Stützen im Öffnungsbereich) zu
verzögern. Im derzeitigen Holzbau wird diese Maßnahme nicht angewandt, d.h. die
Öffnungen sind signifikante Schwachpunkte in der Gesamtkonstruktion.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.11: Darstellung der Ausführung des Fugenversatzes bei Öffnungen mit Brandschutzbekleidung nach [35]
Es zeigt sich, dass die Brandschutzverkleidung in den Öffnungsleibungen im Detail mit
Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen auszubilden ist. Nur bei
exakter Einhaltung dieser Vorgaben ist der geforderte Feuerwiderstand für das gesamte
Bauteil gegeben und nur dann wird eine Brandeinleitung in die Konstruktion mit einer
daraus resultierenden möglichen Entzündung der Tragkonstruktion verhindert. Derartige
Forderungen , die das Brandverhalten von Holzbauweisen deutlich verbessern können,
fehlen in Österreich völlig.
Je mehr Türen und Fenster geschlossen sind, umso günstiger stellt sich grundsätzlich die
Ausgangssituation hinsichtlich der Luftzufuhr und der Brandweiterleitung dar. Es kann
jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass sich alle Öffnungen zum Zeitpunkt des
Brandausbruchs in geschlossenem Zustand befinden. Die Weiterleitung von Feuer und
Rauch durch offene Türen bzw. durchgebrannte Türen hat erhöhte Kohlenmonoxidkonzen-
trationen und in weiterer Folge einen großen Anteil der Brandtoten zur Folge. Zudem
können sich durch die Öffnungen sowohl der Rauch als auch toxische
Verbrennungsprodukte von den heißen oberen Schichten des Brandraumes in die
angrenzenden Räume bzw. in die Gänge und das Treppenhaus ausbreiten und so die
umgebenden Bereiche vorheizen, wodurch ein rascher Feuerüberschlag begünstigt wird.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Der in der Massivbauweise übliche Einsatz von Feuerschutzabschlüssen hat sich prinzipiell
auch bei Naturbrandversuchen an Holzhäusern bewährt. Diese Abschlüsse sind jedoch
zulassungspflichtig, d.h. es liegen für den Einbau in brennbare Bauteile keine
baupolizeilichen Anerkennungen vor.
4.4 Deckenbauteil
Deckenbauteile bestehen im mehrgeschossigen Wohnbau aus einem Tragwerk in Holz-
bzw. Massivbauweise sowie aus einer ober- und unterseitigen Bekleidung dieser
Konstruktion. Die unterseitige Verkleidung des Deckenbauteils entspricht der
Brandschutzbekleidung des Wandbauteils, die bereits in Kapitel 4.1 abgehandelt wurde.
Die oberseitige Konstruktion, d.h. der Fußbodenaufbau, ist meist aus Dämmmaterialien,
dem Estrich und dem Bodenbelag aufgebaut. In diesem Kapitel werden nachfolgend
sowohl die Tragkonstruktion als auch der Fußbodenaufbau genauer analysiert. Die
Anschlüsse der Deckenbauteile an die Wandbauteile stellen ein sehr komplexes Thema
dar, das in weiterer Folge überblicksmäßig und im Kapitel 4.5 detailliert behandelt wird.
4.4.1 Massivbauweise
4.4.1.1 Tragkonstruktion
Aus statischen Gründen sind grundsätzlich bei fast allen Gebäuden in Massivbauweise
zusätzliche Tragreserven der Geschossdecken vorhanden. Dies ist unter anderem dadurch
zu erklären, dass im Gegensatz zu den statischen Annahmen die Querbewehrung im
Brandfall mitträgt und außerdem die brandschutztechnisch maßgeblichen Stützweiten
infolge der Randeinspannung kleiner sind als die statischen (rechnerischen) Stützweiten. In
der Praxis kommt es im Brandfall daher zu erheblichen Umlagerungen in der
Lastverteilung, so dass sich die Feuerwiderstandsdauer der Bauteile mehr als verdoppeln
kann.
Die Durchwärmungsgeschwindigkeit der heute im Wohnbau üblicherweise verwendeten
Stahlbetondecken ist unter Brandeinwirkung relativ gering, d.h. Zerstörungen treten erst
nach einer längeren Zeitspanne und zuerst in den äußeren Schichten auf (siehe
Seite 75
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abbildungen 2.2 und 2.3). Dabei wirkt sich der Innenwandverputz des Deckenbauteils
positiv auf die Durchwärmungsgeschwindigkeit des Stahlbetons aus. Versuchserfahrungen
haben gezeigt, dass ausreichend haftende Putzverkleidungen in Verbindung mit
Stahlbetonbauteilen die Feuerwiderstandsdauer einer Stahlbetonplatte je nach
Putzzusammensetzung bis zu 600 % vergrößern [22].
In Deutschland wurden Realbrandversuche an einem Gebäude in Massivbauweise [5]
durchgeführt, wobei unter anderem das Brandverhalten von Bauteilen in praxisgerechtem
Einbauzustand geprüft wurde. Die Versuche umfassten unter anderem Untersuchungen des
Brandverhaltens von Stahlbetonplatten unter Brandbeanspruchung.
Bei den Versuchen mit natürlicher Brandlast in Form von Mobiliar wurden
Deckendehnungen von maximal 3 ‰ registriert, wobei die maximalen Dehnungen im
allgemeinen in der Mitte der Deckenplatten auftraten. Die Größe der Deckendehnung ist
abhängig von der Dehnzahl des jeweiligen Baustoffes, die im Allgemeinen
temperaturabhängig ist. Eine aus der Erwärmung im Brandfall resultierende Dehnung und
Verformung eines Deckenbauteiles kann zu geringen Verschiebungen und in weiterer
Folge zu Rissbildungen im Mauerwerk führen, welche statisch gesehen jedoch
unbedenklich sind.
Abb. 4.12: Rissbildung infolge der Verformung einer Stahlbetondecke nach [48]
Die Abb. 4.12 zeigt eine derartige , in der Höhe der Geschossdecke eintretende,
Rissbildung in einer Außenmauer aufgrund der Deckendurchbiegung der Stahlbetondecke
unter Brandeinwirkung. Es ist ersichtlich, dass es zu einer Spannungsumlagerung im
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Mauerwerk und dadurch zur Rissbildung im Auflager bzw. zwischen dem Auflager und
der Vormauerung kommen kann. Es handelt sich allerdings primär um eine optische
Schädigung und nicht um einen Verlust der Tragfähigkeit.
Die Ergebnisse der Naturbrandversuche in Lehrte [5] zeigen deutlich, dass sich aufgrund
der Dehnungen von Stahlbetondecken auch das darüber und darunter stehende Mauerwerk
verschiebt. Es wurde jedoch weder bei einer Brandbelastung der Stahlbetondecken nach
der Einheitstemperaturkurve (ETK) von über 120 Minuten Dauer noch durch einen
Realbrand mit der sehr hoch angesetzten mobilen Brandlast von 90 kg Holz/m² ein
Tragfähigkeitsverlust der Decke festgestellt. Des weiteren blieb die raumabschließende
Funktion in allen Fällen gänzlich erhalten. Eine Holzkonstruktion wäre unter derartigen
Bedingungen bereits nach 30 bis 60 Minuten vollständig eingestürzt.
Im Gegensatz zur Holzbauweise, bei der es auch zu einer nicht sichtbaren Entzündung
innerhalb der Konstruktion kommen kann, ist das Schadensausmaß bei Decken aus
Stahlbeton sofort nach dem Löschangriff der Feuerwehr festzustellen. Des weiteren kann
die Vorgehensweise hinsichtlich der zu treffenden Sanierungsmaßnahmen sofort festgelegt
werden. Im Allgemeinen ist lediglich ein neuer Putz erforderlich.
4.4.1.2 Bekleidung
Ein Verputz des Deckenbauteils wirkt sich günstig auf das Brandverhalten aus (siehe
Kapitel 4.1). Wie in dem genannten Kapitel ebenfalls bereits dargestellt, wird die
Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen aus nichtbrennbaren Baumaterialien durch eine
nachträgliche Bekleidung mit einem brennbaren Bauprodukt nicht negativ beeinflusst. Der
Brand kann, im Gegensatz zur Holzbauweise, nicht in den Bauteil eindringen und
innerhalb der Konstruktion weitergeleitet werden, die Holzverkleidung einer
Massivkonstruktion hat jedoch sehr wohl einen Einfluss auf die CO-Produktion und somit
in weiterer Folge auf den Personenschutz.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.4.2 Holzbauweise
Bei den Deckensystemen in Holzbauweise unterscheidet man grundsätzlich zwischen der
konventionellen Holzbalkendecke, der Massivdecke mit einem Querschnitt aus Vollholz
oder Brettschichtholz bzw. mit Hohlkastenquerschnitt, der Holz/Beton-Verbunddecke
sowie diversen Spezialsystemen.
4.4.2.1 Tragkonstruktion
Eine Entzündung von tragenden und aussteifenden Teilen eines Deckenbauteils muss in
jedem Fall verhindert werden, um unentdeckte Brandherde und ein Nachbrennen der
Konstruktion mit der Gefahr des verzögerten Tragfähigkeitsverlustes oder der
Brandweiterleitung in benachbarte Nutzungseinheiten sicher auszuschließen.
Im deutschen Entwurf für eine Holzbaurichtlinie [35] wird daher gefordert, dass die
Brandschutzbekleidungen im Anschlussbereich von Decken- an Wandbauteilen so
auszuführen sind, dass keine durchgehenden Fugen entstehen. Außerdem ist auf eine
Ausbildung der Anschlüsse zu achten, die geeignet ist, das Aufreißen der
Brandschutzbekleidung aufgrund von Verformungen im Brandfall zu verhindern. Dazu
sind die tragenden Holzelemente im Anschlussbereich mit Schrauben im Bereich der
Balken sowie in der Mitte der Verblockung zu verbinden. Der Abstand der
Verbindungsmittel darf maximal 500 mm betragen, wobei die Einschraubtiefe zur
Herstellung einer zugfesten Verbindung ≥ 12 dn sein muss [16].
Die Abb. 4.13 zeigt eine aus brandschutztechnischer Sicht korrekte Ausbildung eines
Anschlusses der Decke an eine durchlaufende Wand.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.13: Anschluss eines Deckenbauteils an eine durchlaufende, raumabschließende Wand nach [35]
Vergleichbare Forderungen an die Konstruktion zu diesen in Deutschland gestellten
Ansprüchen [35] fehlen in Österreich völlig. Die Abb. 4.14 zeigt eine in der
Informationsmappe „Mehrgeschossiger Holzbau in Österreich“ [34] vorgeschlagene
Lösung für den Bauteilanschluss einer Decke an die Wand. Diese Mappe dient als
Leitfaden für österreichische Architekten, Bauherren und Bauträger, d.h. es wird nach
diesen Detaillösungen gebaut!
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.14: Anschluss eines Deckenbauteils an eine raumabschließende Wand nach [34]
Die Abb. 4.14 zeigt sehr klar die derzeitigen Defizite des Holzbaus in Österreich. Die
Brandschutzbekleidung weist durchgehende Fugen auf, d.h. es ist im Brandfall im
Anschlussbereich des Deckenbauteils an das Wandbauteil mit einer Brandeinleitung in die
Konstruktion zu rechnen. Des weiteren ist keine Verschraubung der tragenden
Holzelemente vorgeschrieben. Solange ähnliche Forderungen wie in Deutschland
hierzulande nicht verpflichtend sind, wird die Verschraubung der Elemente alleine aus
Kostengründen vermutlich nicht durchgeführt werden. Somit kann im Brandfall nicht
verhindert werden, dass das Feuer infolge von Verformungen der Holztragelemente durch
aufreißende Fugen in die Konstruktion eindringt, diese entzündet und somit in weitere
Folge einen Einsturz der Gesamtkonstruktion verursacht.
Der Einsturz der Gesamtkonstruktion wird in der Holzbauweise durch die punktförmige
Einleitung der Lasten aus der Geschossdecke über die tragenden, vertikalen Holzsteher in
die Wandkonstruktion noch unterstützt, da bereits das Versagen eines einzelnen
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Holzstehers bzw. eines einzigen Verbindungselements zwischen tragendem Deckensystem
und Holzsteher das Versagen der Gesamtkonstruktion zur Folge haben kann. Dies trifft
insbesondere dann zu, wenn es sich bei diesem Knotenpunkt um einen wesentlichen und
kritischen Bestandteil der Holzkonstruktion in Bezug auf die Tragfähigkeit des
Gesamtverbandes handelt. Bei Geschossdecken in Massivbauweisen erfolgen im Vergleich
dazu die Lastabtragungen meist linienförmig und zwei- bzw. vierseitig, d. h. ein Einsturz
der Gesamtkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen Auflagerung ausgeschlossen
werden.
Beim Einbau von Tragelementen aus dem Werkstoff Holz ist darüber hinaus besonders auf
den fachgemäßen Einbauzustand zu achten. Dass davon nicht allgemein auszugehen ist,
zeigt das Fallbeispiel des Brandes der Wohnhausanlage „Boucle de Gilamont“ in der
Schweiz [26]. Dort wurden die Brettstapel nass eingebaut, wodurch sich beim
Trockenvorgang Spalten mit einer Breite bis zu 1 mm bildeten. Die aus den Spalten
resultierende Oberflächenvergrößerung führte unter Brandeinwirkung zu einer
Begünstigung der Pyrolysevorgänge und erschwerte das Ablöschen des Feuers in den
Fugen der tragenden Bauteile.
Die Dachkonstruktionen der meisten bestehenden Wohnhäuser im städtischen als auch
generell die Dächer im ruralen Raum sind als Holzkonstruktion in Form von Satteldächern
ausgebildet. Diese stellen besonders im nichtausgebauten Zustand mit ungeschützten,
brennbaren Holztragelementen aus der Sicht des Brandschutzes immer eine Gefahr dar
(siehe auch Abb. 4.25).
4.4.2.2 Bekleidung
Der Fußbodenaufbau wird in der Regel als schwimmender Estrich oder schwimmender
Fußboden in Form einer „brandschutztechnisch wirksamen“ Estrichplatte ausgeführt
werden. Der Estrich muss in diesem Fall eine Dicke von 30 mm aufweisen und auf einer
mindestens 20 mm starken, nichtbrennbaren Dämmstoffschicht verlegt werden. Diese
Wirkungsweise kann auch mit Hilfe von Trockenestrichelementen aus mindestens 30 mm
dicken mehrlagigen, nicht brennbaren Gipskarton- oder Gipsfaserplatten erreicht werden,
die umlaufend mit Randstreifen aus nichtbrennbaren Baustoffen umfasst werden.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.4.2.3 Firestops
Zur Verzögerung der Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen in andere Geschosse bzw.
Brandabschnitte sollten in das Deckenbauteil immer die in Kapitel 4.1.2.3 beschriebenen
Firestops eingebaut werden. Derartige Konstruktionen werden derzeit allerdings
hauptsächlich in den USA angewandt, in Österreich erfolgt kein Einbau von Firestops in
die Deckenhohlräume.
4.4.3 Fallbeispiel
Der Unterschied zwischen Massiv- und Holzbauweise kann besonders anschaulich anhand
des folgenden Fallbeispiels dargestellt werden. Die Abbildungen 4.15 und 4.16 zeigen den
Brand eines Wohnhauses in Massivbauweise. Das massiv ausbildete Deckenbauteil wurde
nachträglich mit einer Holzverkleidung versehen.
Abb. 4.15: Schadenbild eines Zimmerbrandes in einem Massivbau mit nachträglich angebrachter dekorativer Holzverkleidung [2]
Die Holzverkleidung entzündete sich und fiel während des Brandverlaufes größtenteils ab.
Die Abbildungen zeigen, dass die darunter liegende massive Ziegeldecke hingegen so gut
wie unversehrt blieb und ihre Tragfähigkeit nicht verlor. Wenn unter der dekorativen
Verkleidung eine brennbare Tragkonstruktion angebracht gewesen wäre, hätte ein
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derartiger Zimmerbrand im „worst case“ zum Einsturz der Gesamtkonstruktion führen
können.
Abb. 4.16: Detailaufnahme der massiv ausgeführten Decke nach Abfallen der Holzver-kleidung [2]
In vielen Neubauten im urbanen Raum werden Wohnbauten heute mit Flachdächern
ausgeführt. Diese Dachhaut-Varianten können hinsichtlich einer schnellen
Brandweiterleitung als unkritisch eingeschätzt werden, da sie in der Regel auf
nichtbrennbaren Stahlbeton-Konstruktionen mit nichtbrennbarer Wärmedämmung
aufgebracht sind und nicht zur Entwicklung bzw. Ausbreitung eines Entstehungsbrandes
beitragen bzw. nur mit mäßiger Intensität selbständig weiterbrennen [33].
4.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen
Alle Baustoffe verändern unter Brandeinwirkung ihre Eigenschaften, wobei es nicht von
Bedeutung ist, ob diese brennbar oder nichtbrennbar sind. Grundsätzlich ist die Fähigkeit
jeder Tragstruktur, Lasten aufzunehmen und die jeweilige Nutzungsform zu gewährleisten
von den Eigenschaften der Bauteile und der Verbindung zwischen diesen Bauteilen
abhängig. Im Brandfall müssen sowohl die maßgeblichen Bauteile als auch die
unterstützenden Bauteile und Anschlüsse sowie die Verbindungen bzw. Verbindungs-
mittel die jeweils geforderte Feuerwiderstandsdauer aufweisen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die brandschutztechnische Bemessung eines Gebäudes setzt immer das Einhalten der
Mindestanforderungen beim Bauteil und die hinreichende Dimensionierung der
Anschlüsse mit den entsprechenden Verbindungsmitteln voraus. In einer
Gesamtkonstruktion werden die einzelnen Bauteile, d.h. beispielsweise Decken- und
Wandbauteile, mittels diverser Anschlussdetails zusammengefügt. Die
brandschutztechnisch korrekte Ausführung aller Anschlüsse, Verbindungen und Fugen
bedarf jedoch in der Holzbauweise eines wesentlich höheren wirtschaftlichen Aufwandes
als in der Massivbauweise. Die unterschiedlichen Problematiken bzw. Lösungsansätze der
angeführten Punkte werden in diesem Kapitel für beide Bauweisen detailliert aufgezeigt.
Bei den brandschutztechnischen Prüfungen nach ÖNORM B 3800 Teil 2 werden die
Anschlüsse der Bauteile (z. B. Wandanschlüsse, Decken-Wand-Anschlüsse etc.) im
Allgemeinen nicht mitgeprüft. Man verlässt sich darauf, dass die fachgerechte statische
Ausbildung einen hinreichenden Brandschutz gewährleistet. Diese ist bei Massivbauten in
der Regel der Fall, die Holzbauweise birgt demgegenüber diesbezüglich erhebliche
brandschutztechnische Risiken, die bei der herkömmlichen Prüfpraxis nicht berücksichtigt
werden.
4.5.1 Massivbauweise
Grundsätzlich gilt für den Massivbau, dass alle tragenden Bauteile, d.h. auch die
Anschlüsse bzw. Auflager, die Aussteifungen, die Fugen, etc. die gleiche
Feuerwiderstandsdauer aufweisen müssen wie die Bauteile selbst. Somit sind bei
Gebäuden in Massivbauweise hinsichtlich der Anschluss- und Fugenproblematik ebenfalls
gewisse Regeln und Vorschriften zu beachten. Die Detailausführungen sind in ihrem
Brandverhalten allerdings weit weniger kritisch zu beurteilen als dies bei der
Holzbauweise der Fall ist.
Im Wohnbau werden die Deckenbauteile oft als Stahlbetonfertigteile oder vor Ort betoniert
ausgeführt. Aufgrund des hohen Eigengewichtes der Stahlbetonplatten ist grundsätzlich
nur mit minimalen und aus der Sicht des Brandschutzes risikolosen Fugen zu rechnen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die Ableitung der Lasten der Geschossdecken in das tragende Mauerwerk erfolgt
grundsätzlich linienförmig sowie zwei- oder vierseitig (siehe Kapiteln 9.2.1, 9.2.2 und
9.2.3). Die Abb. 4.17 zeigt eine praxisübliche Ausbildung eines Deckenanschlusses an eine
zweischalige massive Außenwand. Dabei werden die Lasten aus der plattenförmigen
Stahlbetongeschossdecke linienförmig in die tragende Schale des Mauerwerkes
abgetragen. Die als Ausgleichsschicht verwendete Bitumenpappe ist brandschutztechnisch
absolut unbedenklich, so dass im Brandfall der Raumabschluss in diesem Bereich mit
Sicherheit erhalten bleibt.
Außenwandbauteil
Deckenbauteil
Bitumenpappe
Ziegelmauerwerk (tragende Wandschale)
Wärmedämmung
Klinkermauerwerk (Vorsatzschale)
Stahlbetondecke
Innenputz
Fußbodenaufbau
Abb. 4.17: Möglichkeit eines Anschlusses der Stahlbetondecke an eine zweischalige massive Außenwand aus Ziegelmauerwerk nach [8]
Die Anschlusspunkte werden aufgrund dieser durchgehenden Ausführung der Auflagerung
im Brandfall nicht versagen. Eine partielle Zerstörung des Fugenmörtels kann infolge von
Spannungsverlagerungen zwar im schlimmsten Fall zu einer langsamen Verformung einer
Wand führen, aber ein Einsturz der Gesamtkonstruktion kann aufgrund der mehrseitigen
Auflagerung ausgeschlossen werden.
Dies stellt einen großen Vorteil im Vergleich zu Holzkonstruktionsweisen dar. Bei diesen
werden die Lasten aus der Geschossdecke in der Regel punktförmig in die tragenden,
vertikalen Holzsteher abgetragen. Somit ist bei der Holzbauweise ein Versagen der
Gesamtkonstruktion bereits beim Versagen eines einzelnen tragenden Holzstehers bzw.
einer Verbindung möglich. Diese Problematik wird in dem nachfolgenden Abschnitt 4.5.3
anhand eines Fallbeispiels im Detail dargestellt.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Fugen und Bewegungsfugen in Wänden oder zwischen Wänden und anderen
raumabschließenden Bauteilen haben gemäß Eurocode 6 die Aufgabe, eine Brand-
ausbreitung zu verhindern und die Anforderungen des Feuerwiderstandes der Wand zu
erfüllen. Daher müssen Dämmschichten in Bewegungsfugen aus mineralischen Fasern mit
einem Schmelzpunkt ≥ 1000°C bestehen. Dabei sollen alle Hohlräume dicht verschlossen
werden. Hier gibt es die Möglichkeit der Fugenausbildung mit Spezialdichtungen, durch
die auch bei einer unterschiedlichen Verformung der Bauelemente eine
Feuerwiderstandsdauer von bis zu 180 Minuten erreicht werden kann [22].
4.5.2 Holzbauweise
Bei der Holzbauweise verhalten sich Verbindungen und Anschlüsse bezüglich ihrer
Feuerwiderstandsdauer im Vergleich zu Bauteilkonstruktionen, d.h. zu Innen- und
Außenwänden, Stützen, Balken und Decken, am kritischsten. Die Abb. 4.18 zeigt den
Einfluss der Detailausführung der Anschluss- und Verbindungsbereiche auf die
Gesamtkonstruktion nach [21]. In der dargestellten Untersuchung wurde das
Brandverhalten von 36 verschiedenen Gebäudetypen analysiert, die zum Großteil der
Holztafelbauweise zuzuordnen sind.
Abb. 4.18: Vergleich der tatsächlich erreichten Feuerwiderstandsdauer verschiedener Bauteile mit der geforderten Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) bei 36 unterschiedlichen Gebäudetypen nach [21]
Seite 86
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Anhand der Abbildung ist ersichtlich, dass die Feuerwiderstandsdauer verschiedener
Bauteile bei diesen Untersuchungen im Schnitt zwischen 28 und 48 Minuten (Mittelwert
38 Minuten) lag, während bei Verbindungen und Anschlüssen bereits zwischen der
28. und 36. Minute (Mittelwert 32 Minuten) das Versagen eintrat, d.h. die
Gesamtkonstruktion kann die Qualifikation F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) in vielen
Fällen nicht erreichen, weil die Verbindungen oder Anschlüsse vorher versagen.
Die Problematik der metallischen Verbindungsmittel liegt darin, dass sie unter
Brandeinwirkung „weich“ werden und ihre Festigkeit verlieren. Im „worst case“ tritt das
sofortige und plötzliche Versagen der Gesamtkonstruktion ein. Das Fallbeispiel der im
kommenden Kapitel 4.5.3 betrachteten Kirche in Memphis, Tennessee, bei der die
Nagelplatten der Dachkonstruktion im Brandfall versagt haben und so den Einsturz des
gesamten Daches zur Folge hatten, bestätigt diese Feststellung.
Des weiteren führt eine Erwärmung der metallischen Verbindungsmittel zur Weiterleitung
der hohen Temperaturen in das Innere des Holzquerschnittes. Daraus resultiert das
Herausbrennen von metallischen Verbindungsmitteln (siehe Abb. 2.25) sowie der Verlust
der Klemmkraft der Verbindung, was möglicherweise ein Versagen der
Gesamtkonstruktion zur Folge hat.
Die Abb. 4.19 untermauert die allgemeine Erkenntnis, dass metallische Verbindungsmittel
unter Brandbeanspruchung weich werden und so ein Versagen der Gesamtkonstruktion zur
Folge haben können. Die Fotos zeigen jeweils einen Balkenschuh zur Verbindung des
Trägers mit der Stütze. Das linke Foto wurde dabei kurz vor dem Versagen aufgenommen
und das rechte Foto zeigt den infolge der Temperaturbeanspruchung aufgerissenen
Balkenschuh. Durch die Verformung des Stahlteils rutscht der Träger aus dem
Balkenschuh und das gesamte Tragsystem versagt, obwohl die Holzquerschnitte erst
vergleichsweise geringe Verkohlungstiefen zeigen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.19: Ingenieurmäßiges Verbindungsmittel in Form eines Balkenschuhs vor und nach dem Versagen [21]
Freiliegende Stahlverbindungsmittel können nur dann einen hohen Feuerwiderstand
erreichen, wenn sie hinlänglich gut vor dem Feuer geschützt werden. Wenn dies nicht
gewährleistet ist, wird die Wärme über die Verbindungsmittel rasch in das Bauteilinnere
geleitet. Dies führt dazu, dass Nägel „weich“ werden und die Festigkeit verlieren oder
kraftübertragende Dübel rasch ihren Schmelzpunkt erreichen und versagen.
Auch bei geklebten Verbindungen lässt sich aufgrund von Versuchsergebnissen zeigen,
dass gute Werte für die Feuerwiderstandsdauer nur dann erreicht werden können, wenn die
Verbindungen selbst vor der Brandeinwirkung geschützt werden. Auch hier ist der Schutz
vor unzulässiger Erwärmung der Klebestellen (< 60 °C) zu beachten.
Abb. 4.20: Zusätzliche Verkleidung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln nach [21]
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Der Schutz kann durch das Abdecken der Verbindungsmittel mittels eingeleimter
Holzscheiben, Holzpfropfen oder Decklaschen aus Holz, Sperrholz, Spanplatten oder
Gipskartonplatten der Dicke cf erreicht werden. Die Abb. 4.20 zeigt das Aufbringen von
Abdeckungen zum Schutz verschiedener Verbindungen.
Britische und amerikanische Normen bzw. Richtlinien fordern, dass ein metallisches
Verbindungsmittel derart mit Holz geschützt wird, dass dieses nach dem Abbrand im
verbleibenden Restquerschnitt noch unterhalb der Holzkohleschicht liegt. Die Abb. 4.21
zeigt den nach der britischen Norm BS 5368 (BSI 1978) geforderten Schutz von
metallischen Verbindungen [4].
Abb. 4.21: Geforderter Schutz der metallischen Verbindung nach BS 5368 [4]
Diese Anforderungen machen im Hinblick auf die Bewertung der Tragfähigkeit von
Holzkonstruktionen durchaus Sinn, weil Untersuchungsergebnisse über Einzelprüfungen
von allen möglichen Verbindungen praktisch nicht vorliegen. Derartige Forderungen sind
in österreichischen Holzbaunormen nicht vorhanden!
Der Eurocode 5 fordert keine spezielle Art der Ausbildung von Verbindungen, sondern
vertraut auf den empirischen Ansatz. Alle ungeschützten Holz-Holz-Verbindungen oder
Holz-Stahl-Verbindungen, bei denen die Stahlplatte innerhalb oder zwischen den
Holzbauteilen liegt, weisen demnach ohne weitere Nachweise eine Feuerwiderstandsdauer
von 15 Minuten auf. Die Feuerwiderstandsdauer kann auf bis zu 60 Minuten erhöht
werden, wenn gewährleistet ist, dass die Verbindung in einer Art und Weise geschützt ist,
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
dass die Bauteilabmessung und der Abstand der Stossstellen des Holzes um die Holzdicke
afi erhöht werden:
afi = ß1 (tr - 15) (Gl. 4.1)
darin sind: ß1 ..... Abbrandrate in [mm/min]
tr ...... Feuerwiderstandsdauer im [min]
Tab. 4.1 zeigt die auf dem Eurocode 5 Teil 1-2 [10] basierende Abbrandrate. Die
gemessenen Abbrandrate ß soll dann als Faktor in die Berechnung eingehen, wenn der
Originalquerschnitt abgerundete Ecken aufweist. Der um etwa 10% erhöhte Wert ß1 wird
als Abbrandrate für Holzquerschnitte eingesetzt, deren Form der Abbrandgrenze an den
Ecken nicht als kreisförmig, d.h. mit einem zeitabhängigen Radius, angesetzt werden
dürfen.
Tab. 4.1: Abbrandrate laut Eurocode 5 Teil 1-2 [10]
Abbrandrate Material
spezifisches Gewicht in
[kg/m³] ß in [mm/min]
ß1 in [mm/min]
Holzleimträger aus Weichholz 290 0,64 0,70
Vollholzträger oder Holzleimträger aus Hartholz 450 0,50 0,55
Paneelprodukte aus Weichholz (Sperrholz, Spanplatte), Mindestdicke 20 mm 450 0,90 --
Insbesondere Eckfugen der Bauteilanschlüsse Wand an Wand bzw. Wand an Decke
müssen eine ausreichende Dichtigkeit gegenüber dem Durchgang von Rauch und
Brandgasen aufweisen, damit die Flucht und Rettung von Nutzern und die Löscharbeiten
der Feuerwehr nicht durch Rauchausbreitung behindert werden. Des weiteren muss eine
Brandweiterleitung zwischen den Räumen verhindert werden. Daher sind stumpfe
Wandanschlüsse zu vermeiden. Es wurde nachgewiesen, dass die meisten durch eine
Kohlenmonoxidvergiftung verstorbenen Brandtoten in Räumen gefunden werden, die an
den Brandraum angrenzen, d.h. in denen es selbst gar nicht gebrannt hat. Die Weiterleitung
von Brand- und Rauchgasen stellt durch den hohen Fugenanteil der Holzbauweise ein
besonders großes Gefahrenpotential dar.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die Abb. 4.22 zeigt einen Wandanschluss, bei dem sämtliche Forderungen des Wärme-,
Schall- und Brandschutzes erfüllt werden. Des weiteren gewährleistet diese Variante die
Möglichkeit der Montage von Tafelelementen, die bei den meisten
Holzkonstruktionsweisen im Wohnbau zur Anwendung kommen. In den österreichischen
Holzbauvorschriften werden derartige Konstruktionsausführungen nicht gefordert.
Aussenwand
Wohnungstrennwand
Abb. 4.22: Grundriss eines brandschutztechnisch korrekten Wandanschlusses nach [31]
Im Falle des Anschlusses von Wand- an Deckenbauteile ist hinsichtlich der
brandschutztechnisch wirksamen Verkleidung grundsätzlich darauf zu achten, dass die
Brandschutzbekleidungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen
im Anschlussbereich derart auszubilden ist, dass keine durchgängigen Fugen entstehen.
Des weiteren muss in der Fuge ein 20 mm dicker Streifen aus Faserdämmstoffen
(Schmelzpunkt ≥ 1000°C) komprimiert eingebaut werden [16]. Auch diesbezüglich gibt es
in den österreichischen Holzbauvorschriften keine äquivalenten Anforderungen oder
Maßnahmenvorschläge.
In Österreich üblich sind stumpfgestoßene bzw. über flächigen Kontakt angeschlossene
Deckenbalkenanschlüsse an die tragende Wand. Zimmermannsmäßige Verbindungen sind
den Anschlüssen mittels ingenieurmäßiger Verbindungsmittel prinzipiell vorzuziehen. Die
Abb. 4.23 zeigt auf der linken Seite eine aus brandschutztechnischer Sicht ungünstige
Lösungsvariante, bei der der Deckenbalken in einen an den Holzsteher der tragenden
Wand genagelten Balkenschuh eingehängt wird. Bei dieser Art der Ausführung versagt die
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Konstruktion, sobald sich das Stahlformteil durch die Hitzeeinwirkung infolge einer
Brandbelastung verformt.
Beim Lösungsvorschlag auf der rechten Seite der Abbildung erfolgt der Anschluss mittels
zimmermannsmäßiger Verbindungsformen, wobei der horizontal verlaufende
Deckenbalken auf die ebenfalls horizontal situierte Schwelle der tragenden Wand aufgelegt
wird. Die Schwelle liegt ihrerseits auf den Holzstehern auf. Diese Ausführungsform
verhält sich aufgrund der Holz-Holz-Verbindung aus brandschutztechnischer Sicht
günstiger.
Die Abb. 4.13 zeigt demgegenüber die im deutschen Entwurf für eine Holzbaurichtlinie
[35] geforderte Ausführung des Anschlusses eines Deckenbauteils an einen Wandbauteil
und ist dort genauer beschrieben.
Abb. 4.23: Möglichkeiten des Anschlusses eines Holzdeckenbalkens an die Holzsteher einer tragenden Wand in Holzbauweise nach [31]
Zimmermannsmäßige Holzverbindungen werden heute nur noch selten ausgeführt, da ihre
handwerkliche Herstellung mit deutlich höherem Arbeitsaufwand verbunden ist, d.h. sie
sind teurer als ingenieurmäßige Verbindungen. Die meisten der ingenieurmäßigen
Verbindungen können heute maschinell produziert werden, d.h. der Arbeits- und
Kostenaufwand reduziert sich enorm. Für die Fertigung zimmermannsmäßiger
Holzverbindungen spricht grundsätzlich, dass durch die Verwendung dieser
Verbindungsformen viel höhere Standzeiten der Gebäude im Brandfall erzielt werden
können als bei Verwendung von ingenieurmäßigen Verbindungen. Des weiteren müssen
handwerkliche Verbindungen, ausreichende Dimensionierung vorausgesetzt, in den
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häufigsten Fällen nicht durch eine zusätzliche Abdecklage vor den Brandeinwirkungen
geschützt werden.
Die Abb. 4.24 zeigt eine brandgeschädigte Stütze, bei der die Kopfbänder durch
Zapfenverbindungen mit dieser verbunden sind. Die Holz-Holz-Verbindung verhält sich
unter Brandeinwirkung vergleichsweise günstig und versagt üblicherweise erst nach
längere Brandeinwirkung. Dies ist jedoch zum Teil auch darauf zurückzuführen, dass sich
im Brandfall die auf das statische System einwirkenden Belastungen verringern, da durch
das Verbrennen der brennbaren Baustoffe die Lasten auf das tragenden Holzsystem und
auch dessen Eigengewicht im Brandverlauf abnimmt.
Abb. 4.24: Zimmermannsmäßige Verbindung nach einer Brandbelastung [21]
Die zusätzliche Verkleidung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln bedeutet einen
Mehraufwand an Arbeit und erfordert hochqualifizierte Arbeitskräfte, die eine exakte,
sorgfältige und somit auch teure Ausführung der Verbindungen gewährleisten. Die
zimmermannsmäßigen Verbindungen machen, eine entsprechende Dimensionierung
vorausgesetzt, meist keine brandschutztechnischen Zusatzmaßnahmen erforderlich, d.h.
zimmermannsmäßige Verbindungsformen wären bei einer brandschutztechnisch
wirksamen Ausführung in ihrer Herstellung nicht viel kostspieliger als richtig ausgeführte
ingenieurmäßige Verbindungen. In der Praxis kann die fachgerechte Ausführung aufgrund
der aktuellen Entwicklungen im Baugewerbe, z.B. steigendem Termindruck, häufig
wechselnden Handwerkern, etc., im Allgemeinen jedoch nicht vorausgesetzt werden. Diese
Problematik stellt sich vor allem bei jenen Bereichen, die nach der Fertigstellung des
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Gebäudes nicht mehr sichtbar sind, wie dies beispielsweise innerhalb des Wandbauteils
angebrachte tragende Konstruktionselemente darstellen.
Für das Brandverhalten der Konstruktion ist des weiteren die Befestigung der
Bekleidungslagen auf der Tragkonstruktion entscheidend. So können z.B.
Klammerverbindungen mit verspachteltem Klammerrücken, fachgerechte Ausführung
vorausgesetzt, die Feuerwiderstandsdauer um 8 bis 12 Minuten erhöhen. Eine andere
Möglichkeit zur Verbesserung der Feuerwiderstandsdauer stellt die Montage der
Verkleidungslagen auf den Holztragelementen mittels Federschienen dar. Diesbezüglich
gibt es in den österreichischen Holzbauvorschriften allerdings keine zwingenden
Anforderungen.
4.5.3 Fallbeispiel
Ein Bericht der United States Fire Administration aus dem Jahr 1992 untermauert die in
den vorangegangenen Abschnitten aufgezeigte Problematik der Verbindungen bei
Holzbaukonstruktionen. Das nachfolgenden Fallbeispiel zeigt eindrucksvoll, wie die
Zerstörung einer einzelnen Holzverbindung im Brand zum plötzlichen Versagen des
zusammenwirkenden Holztragsystems und Einsturz der Gesamtkonstruktion führt.
Das Fallbeispiel behandelt das Versagen der Dachkonstruktion einer Kirche in Memphis,
Tennessee, durch das zwei Feuerwehrmänner ums Leben kamen [36]. Anhand dieses
Vorfalls ist erkennbar, dass ein Fachwerkbinder seine Tragfähigkeit im Brandfall oft nur
sehr kurz aufrecht erhalten kann und in Folge ohne jegliche Vorwarnung versagt. Die Abb.
4.25 zeigt einen Schnitt durch den Fachwerksbinder sowie ein Detail des Knotenpunktes
der Obergurte und der Hängesäule.
Die Kirche wurde nach den geltenden amerikanischen Normen errichtet und als ein
einziger Brandabschnitt ausgebildet. Die Wände des Gebäudes waren innenseitig mit einer
Holzbekleidung versehen, die einen entscheidenden Beitrag zur weiteren Brand-
ausbreitung lieferte. Das Dachtragwerk und die Kirchendecke waren unterseitig mit
Gipskartonplatten beplankt. Der Brandherd lag in einem Nebenraum, wo sich das Feuer
nach Eintritt des Flashovers vorerst unbemerkt über die Fugen im Anschlussbereich der
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Gipskartonverkleidung des Fachwerkbinders an der Außenwand in den Dachraum der
Kirche fortsetzen konnte. Der Brand der Dachkonstruktion wurde erst durch herabfallende
Teile der Gipskartonbeplankung festgestellt, worauf sich die Feuerwehrleute sofort vom
Brandobjekt zurückzogen. Das Dach versagte allerdings derart rasch, dass
2 Feuerwehrmänner unter den brennenden Teilen eingeschlossen wurden und kurze Zeit
später den Folgen ihrer Verbrennungen erlagen. Das Versagen des Fachwerkbinders kann
in diesem Fall dem Versagen der Nagelplatte im Firstbereich zugeschrieben werden. Die
obere Verbindung der Dachsparren stellt grundsätzlich in jedem Dachtragwerk den
kritischen Punkt dar, weil das Versagen dieses Knotenpunktes in jedem Fall das Versagen
des gesamten Tragwerkes zur Folge hat.
Abb. 4.25: Schnitt durch das Fachwerk vor und nach dem Versagen nach [36]
Seite 95
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4.6 Installationen
Installationen der Haustechnik umfassen in der Regel die Bereiche Heizung (Wasser- und
Gasheizung), Klimaanlagen, Lüftung (Zu- und Abluft), Sanitär, Elektrotechnik und
Kommunikationssysteme. Des weiteren kann auch der anlagentechnische Brandschutz
(Löschanlagen, Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und Brandmeldeanlagen) zur
Haustechnik gezählt werden.
Installationen können grundsätzlich brennbar oder nichtbrennbar ausgeführt sein. Die
Materialien der Installationsrohre, d.h. der Heizungsrohre, der Wasserversorgungs-
leitungen, der Abwasserleitungen und der Wickelfalzrohre sind dabei vor allem Kupfer,
Stahl, Kunststoff und Aluminium. Die Rohre können außerdem ungedämmt oder mit einer
Ummantelung aus brennbarer bzw. nichtbrennbarer Dämmung ausgeführt sein.
4.6.1 Massivbauweise
Aus brandschutztechnischer Sicht stellen Installationen der Haustechnik bei
Massivbauweisen grundsätzlich kein Problem dar. Bei Massivwänden mit einer
Gesamtdicke von mind. 140 mm (einschließlich Putzbekleidung) dürfen Steckdosen,
Schalterdosen, Verteilerdosen, etc. an jeder beliebigen Stelle eingebaut werden. Die durch
den Einbau der Installationen entstehenden Löcher oder Kabelfugen haben keinen Einfluss
auf die Feuerwiderstandsdauer der F90-Bauteile. Dieser Punkt stellt einen wesentlichen
Vorteil der Massivbauweise gegenüber der Holzbauweise dar. Bei Wänden mit einer
Wanddicke < 140 mm ist darauf zu achten, dass die Einbauten nicht unmittelbar gegenüber
angeordnet werden [22].
Weiters ist zu beachten, dass einseitig brandbeanspruchte Wände das „E“-Kriterium , d.h.
die Gewährleistung des Raumabschlusses, nur dann erfüllen, wenn alle elektrischen
Leitungen und Rohre in eigens hergestellten Aussparungen geführt werden. Bei den
Wohnbauten in Massivbauweise werden Vertikalleitungen der Haustechnik häufig in
ausgesparten Mauerwerksschlitzen der tragenden Wände untergebracht. Einzelne Kabel
dürfen nach Eurocode 6, Teil 1-2 [30] durch Löcher geführt werden, wenn diese mit
Mörtel verschlossen werden. Nichtbrennbare Rohre dürfen durch mit Mörtel verschlossene
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Löcher durchgeführt werden, wenn die Wärmeleitung der Rohre nicht ausreicht, um das
Temperaturkriterium I nach Eurocode zu übertreten.
Grundsätzlich kann vorausgesetzt werden, dass es bei Häusern in Massivbauweise durch
Installationen zu keiner Entzündung innerhalb der Konstruktion kommen kann. Ein
Problem stellen allerdings die Trennwände innerhalb der Wohneinheiten dar, die
gelegentlich als leichte Konstruktion, d.h. als Metallsteherwand bzw. in manchen Fällen
als Holzsteherwand ausgeführt werden. Dadurch kann es zu einer Brand- und
Rauchweiterleitung innerhalb einer Wohneinheit kommen. Die Gefahr der
Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion in andere Wohneinheiten oder Geschosse
besteht jedoch im Gegensatz zur Holzbauweise nicht, da sowohl die Wohnungstrennwände
als auch die Geschossdecken in Mauerwerk bzw. Stahlbeton ausgeführt sind.
4.6.2 Holzbauweise
Installationsführungen in Holzbauteilen stellen einen potentiellen Schwachpunkt dar,
sofern keine geeigneten Maßnahmen getroffen werden. Durchdringungen für oder von
Installationen können bei der Holzbauweise zu einer raschen Feuerausbreitung im
gesamten Gebäude führen. So implementieren brennbare Leitungen eine Reihe von
Brandrisiken, wozu insbesondere die Weiterleitung des Brandes innerhalb eines
Brandabschnitts bzw. in den Installationsschächten oder Kabelkanälen zählt. Vor allem
Kabel und Kunststoffrohre tragen zur Bildung von korrosiven Gasen und zur verstärkten
Rauchbildung bei. Schließlich kann ein Brand im Bereich von Durchführungen zum
Verlust des Raumabschlusses und damit zur Übertragung des Brandes in andere
Brandabschnitte führen.
Aber auch nichtbrennbare Rohrdurchführungen durch Wand- und Deckenbauteile tragen
zur Steigerung des Brandrisikos in Gebäuden in Holzbauweise bei. Dabei ist vor allem die
Gefahr der Brandübertragung durch Rohrleitungen zu beachten, wobei aufgrund
mangelhafter oder fehlender Abschottungen die Aufheizung bzw. die daraus resultierende
Wärmeabstrahlung der Rohre zu einer Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion
führen kann. Weiters kann die thermische Längenänderung der Rohre zur Zerstörung der
Wand- und Deckenbauteile bzw. deren Anschlüsse beitragen. Ferner besteht eine Gefahr
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von Rohrleitungen darin, dass es durch Versagen der Rohrhalterungen bzw. durch
herabfallende Teile im Brandraum zur Zerstörung der Rohrleitungen und somit zum
Austreten gefährlicher Gase bzw. Flüssigkeiten kommt.
Die Gefahr der elektrischen Leitungen bei Gebäuden in Holzbauweise besteht jedoch nicht
nur in der Brandweiterleitung sondern auch in der Wärmeentwicklung im elektrischen
Leiter selbst bzw. durch die Bildung von Zündquellen durch das Auftreten von
elektrischen Lichtbögen. Diese können in weiterer Folge zur Entzündung des
Holztragsystems innerhalb der Konstruktion führen. Wackelkontakte in Schaltern,
Steckdosen, elektrischen Verbrauchsmitteln, etc. können prinzipiell in jedem Stromkreis
unzulässige Erwärmungen verursachen, die in Gebäuden in Holzbauweise rasch zur
Entzündung der brennbaren Tragkonstruktion führen. Dieses kann nicht verhindert werden
und zählt somit zu den bauweisenimmanenten Risiken.
Um zu gewährleisten, dass die Einleitung von Bränden in die Wand- und Deckenbauteile
über Installationen und eine Brandweiterleitung innerhalb der Bauteile verhindert wird,
müssen eine Reihe von Anforderungen unbedingt eingehalten werden. Diese
Anforderungen werden Bestandteil der zukünftigen „Muster-Richtlinie über
brandschutztechnische Anforderungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in
Holzbauweise“ [35] sein. In Österreich fehlen derartige Anforderungen bis dato jedoch
gänzlich!
Alle Installationen sind grundsätzlich in Schächten oder Kanälen, in Vorwandkonstruktion-
en oder Deckeninstallationsebenen zu führen. Während Kabelbündel innerhalb der
Konstruktion unzulässig sind, dürfen einzelne Kabel innerhalb der Konstruktion geführt
werden. Unter dem Begriff „einzelne Kabel“ sind nach [34] bis zu drei Kabel zu verstehen,
die durch geeignete konstruktive Maßnahmen, d.h. beispielsweise durch Führung in einem
nichtbrennbaren Rohr, von der brennbaren Holzkonstruktion abgeschottet sind. Bei der
Durchführung der Kabel durch die Brandschutzbekleidung ist weiters darauf zu achten,
dass die verbleibenden Hohlräume mit nichtbrennbaren Baustoffen zu verspachteln sind.
Die Abb. 4.26 zeigt eine den brandschutztechnischen Anforderungen entsprechende
Führung der Installationen in einer Vorwandkonstruktion bzw. in einer abgehängten Decke
nach [35]. Derartige Bauweisen sind in Österreich nicht üblich, weil sie viel zu teuer sind,
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d. h. die vorliegenden Holzbauweisen haben diesbezüglich erhebliche brandschutz-
technische Schwachstellen.
Abb. 4.26: Installationsführung in einer Vorwandschale bzw. abgehängten Decke nach [35]
Bei Brandversuchen im Realmaßstab traten in Wandbauteilen auf der Rückseite von
Hohlwanddosen Temperaturen von bis zu 600°C auf, so dass sich ein benachbartes
Holztragglied entzünden könnte. Durch die Einhaltung bestimmter Regeln bei der
Herstellung von Installationsöffnungen bzw. Rohrdurchführungen kann jedoch eine
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Reduzierung des Brandrisikos erfolgen. Dazu zählt z.B. die Einhaltung der festgelegten
Mindestabständen von den Holzstehern zu den Installationsöffnungen für
Hohlwandsteckdosen, Verteiler und Schalterdosen. Die Abb. 4.27 zeigt den
brandschutztechnisch korrekten Einbau einer Hohlwanddose. Derartige Einbauvorschriften
sind in den österreichischen Holzbauvorschriften nicht enthalten bzw. nicht gefordert.
a
1/3 a
d d
1/3 a1/3 a
mind. 15 cm
GKF-Platte 20 mmGipsfaserplatte 15 mm
Hohlwanddose luftdichtGipsspachtelmasse, d > 30 mm
HolzsteherGipsfaserplatte 15 mmGKF-Platte 20 mm
Temperatur bis 600°C
mind. 15 cm
Abb. 4.27: Brandschutztechnisch korrekter Einbau einer Hohlwanddose nach [15]
Die Abb. 4.27 zeigt , dass Hohlwanddosen zum Einbau von Steckdosen, etc. nur im
Bereich des mittleren Drittels zwischen zwei Holzstehern eingebaut werden dürfen. Der
Abstand zum nächsten Holzsteher muss dabei mindestens 15 cm betragen. Die
Hohlwanddosen müssen gefachversetzt eingebaut werden. Sie sind innerhalb des
Wandhohlraumes vollständig mit Faserdämmstoff (Schmelzpunkt > 1000°C) zu umhüllen,
wobei der Dämmstoff im Bereich der Hohlwanddosen auf eine Mindestdicke von 30 mm
gestaucht werden darf.
Im selben Gefach gegenüberliegende Hohlwanddosen dürfen nur angeordnet werden, wenn
im Bereich der Hohlwanddosen eine Einkapselung über Kästen aus einer
Brandschutzbekleidung vorgesehen wird.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
HohlwanddoseEinhausung mittels Brandschutzbekleidung
Abb. 4.28: Einhausung bei gegenüberliegenden Hohlwanddosen nach [16]
Ein besonderes Gefahrenpotential steckt in den nutzerspezifischen Eingriffen nach dem
Einzug. Lösungsansätze stellen sich z.B. derart dar, dass die Mieter von Holzwohnbauten
eine Benutzungsordnung unterschreiben müssen, in der eine Beschädigung der
Innenwandverkleidung untersagt wird. Die Einhaltung dieser Vorschriften muss durch
regelmäßige Kontrollen des baulichen Zustands überprüft werden. Allerdings ist dies
keinesfalls als befriedigende Lösung anzusehen, weil die Kosten und der administrative
Aufwand enorm sind. Des weiteren wird eine solche Vorgehensweise von einer Vielzahl
der Mieter mit der Begründung, einen massiver Eingriff in die Privatsphäre darzustellen,
vehement abgelehnt.
Änderungen an der Konstruktion sollten in jedem Fall nur durch vom Bauherrn beauftragte
Firmen erfolgen dürfen, die über die nötige Kenntnis der bauweisenimmanenten
Gefahrenpotentiale und die Baupläne verfügen und somit Fehler beim nachträglichen
Einbau von Installationen vermeiden können. Zu diesem Punkt ist allerdings kritisch
anzumerken, dass auch ein guter Installateur in der Regel nicht mit den brandschutz-
technischen Anforderungen des Holzbaus vertraut ist, d.h. die Konstruktion muss
grundsätzlich derart ausgeführt sein, dass sie keine zusätzlichen Risiken birgt. Da es in
Österreich diesbezüglich keine entsprechende Technische Richtlinie für den Brandschutz
im Holzbau gibt, muss gegenwärtig davon ausgegangen werden, dass der mehrgeschossige
Holzbau durchweg potentielle Brandrisiken mit sich bringt.
Seite 101
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.7 Raumgröße
4.7.1 Massivbauweise
Die Abb. 4.29 zeigt einen Vergleich der Grundris se zweier Wohnbauten in Lehrte,
Deutschland und Judenburg, Österreich. Bei dem Wohnhaus in Lehrte handelt es sich um
ein in Massivbauweise errichtetes Gebäude, während jenes in Judenburg in Holzbauweise
erbaut wurde.
Wohnbau LehrteMassivbauweise
Wohnbau JudenburgHolzbauweise
WohnzimmerSchlafzimmerVorraumKüche bzw. WohnkücheBad und WCKinderzimmerErschließung
Wohneinheit
Legende
Abb. 4.29: Grundrisse der Wohnbauten Lehrte und Judenburg nach [5] und [13]
Es kann also davon ausgegangen werden, dass die Wohnungsgrundrisse des sozialen
Wohnbaus in Holz- und Massivbauweise mehr oder weniger identisch sind, d.h. es gelten
hinsichtlich der Raumgröße die in Kapitel 4.7.2 angeführten Punkte.
4.7.2 Holzbauweise
Kleine Räume wirken grundsätzlich günstig auf das Brandverhalten, da sie, geschlossene
Türen bzw. Fenster vorausgesetzt, die Brandausbreitung verzögern. Hinsichtlich der
Rauchgaskonzentration stellen kleine, geschlossene Räume im Brandfall allerdings eine
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besonders gefährliche Risikogruppe dar. Sowohl Brände mit offener Flamme als auch
Schwelbrände verbrauchen den zur Verfügung stehenden Sauerstoff derart rasch, dass
innerhalb von einer Minute eine unvollständige Verbrennung ablaufen kann, so dass es in
weiterer Folge zur verstärkten Bildung von Kohlenmonoxid und toxischen Komponenten
führt.
Es ist davon auszugehen, dass der Großteil der mehrgeschossigen Holzgebäude in die
Gruppe des sozialen Wohnbaus fällt, d.h. dass der Architekt in der Regel mit einem vor-
gegebenen Raumprogramm bzw. fixen Raumgrößen umzugehen hat. Daher ist das Wissen
über die Brand- und Rauchweiterleitung in Abhängigkeit von der Raumgröße zwar
wichtig, die Möglichkeit der Umsetzung von Schlussfolgerungen in der Praxis meist
jedoch nicht existent, d.h. das höhere Risiko könnte nur durch anlagentechnische
Maßnahmen (Brandmelder, Sprinklerung) minimiert werden.
4.8 Treppenhaus
Treppenhäuser dienen im Brandfall grundsätzlich als Fluchtwege für die Bewohner und als
Rettungs- sowie Angriffswege für die Feuerwehr. Sie müssen zu diesem Zweck im
Brandfall rauchfrei und begehbar bleiben.
4.8.1 Massivbauweise
Massives Mauerwerk weist grundsätzlich relativ hohe Querschnitte, eine große Masse und
sehr gute Wärmespeicherfähigkeit auf, was von besonderer Bedeutung für die Sicherheit
von Fluchtwegen und zur zuverlässigen Gewährleistung der Brandbekämpfung beiträgt
[1]. Treppenhäuser in Massivbauweise gelten insoweit als sicher, als bei dem Brand in
einer an den Treppenraum angrenzenden Wohneinheit keine Brandweiterleitung durch die
Fugen der Wand- und Deckenkonstruktionen bzw. durch diese Bauteile selbst erfolgen
kann.
Die Auswertung einer Reihe von Bränden bei sechsgeschossigen Wohngebäuden in
Massivbauweise [5] hat gezeigt, dass aber in einigen Fällen durch das Offenbleiben der
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Wohnungstür das Treppenhaus verraucht war, sodass die Bewohner beim Versuch, das
Haus zu verlassen, Probleme hatten.
Ein gewaltiger Vorteil der Massivbauweise ist in diesen Fällen die Tatsache, dass die
Konstruktion selbst nicht zum Brandgeschehen beiträgt. Dadurch sind keine Brandlasten
im Treppenhaus vorhanden und eine „relativ“ gefahrlose Evakuierung von noch in den
Wohneinheiten verbliebenen Nutzern durch die Feuerwehr ist möglich. Die
Löschmannschaften müssen durch die massive Konstruktionsweise nicht mit der
Gefährdung ihres Lebens durch ein Versagen von Teilen der Gesamtkonstruktion rechnen.
4.8.2 Holzbauweise
Das Treppenhaus stellt eine Problemzone bei Wohnhäusern in Holzbauweise dar, da der
Personenschutz bei Benutzung dieses Fluchtwegs aufgrund der hohen Rauchgas-
konzentration meist nicht gewährleistet ist. Die große Menge an Rauchgasen im
Treppenhaus resultiert aus der Weiterleitung derartiger Gase durch die Hohlräume in den
angrenzenden Wänden und Decken sowie durch die Fugen in einlagigen
Gipskartonbeplankungen bzw. offener Fugen der Wand- und Deckenkonstruktionen der
angrenzenden Wohneinheiten, usw. Die Rauchausbreitung in die Treppenhäuser wird
relativ früh einsetzen und ihre Verfügbarkeit als Flucht- und Rettungsweg einschränken.
Auf die Ausführung einer brandschutztechnisch wirksamen Verkleidung der
Holztragkonstruktion mit verdeckten Fugen wurde im Kapitel 4.1.2 im Detail eingegangen.
Nachdem der Brandherd auch im Treppenhaus liegen kann, ist vor allem auf die
Entfernung aller Einrichtungsgegenstände und anderer Brandlasten, z.B. Zeitungen, aus
den Rettungswegen und Treppenräumen zu achten. Des weiteren ist eine Reduzierung der
Brandlasten in den Abstellboxen der Mieter im Keller von großer Wichtigkeit. Es ist
außerdem mit einer Brand- und Rauchausbreitung durch durchbrennende bzw. bei der
Flucht der Nutzer offengelassene Wohnungstüren zu rechnen. In diesen Fällen ist der
Personenschutz vor allem durch die Rauchentwicklung nicht gewährleistet.
Seite 104
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9 Vergleich realisierter Wohnbauprojekte
In diesem Kapitel sollen in weiterer Folge anhand von realisierten Beispielen von
mehrgeschossigen Wohnbauten bauweisenimmanente Probleme der Gesamtkonstruktion
zusammengefasst werden. Es handelt sich dabei jeweils um zwei Gebäude in
Holzbauweise und zwei Gebäude in Massivbauweise. Soweit möglich, werden im
Anschluss daran mögliche Lösungsansätze zur Verbesserung der Brandsicherheit
angeführt.
4.9.1 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Deutschland
Objekt: Wohnhäuser in Berlin
Architekten: Tim Heide und Verena von Beckerarth, Berlin
Tragwerksplanung: Ingenieurbüro Jörg Wiese, Berlin
Abb. 4.30: Foto des Wohnbaus in Massivbauweise in Berlin nach [8]
Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um zwei viergeschossige, nicht
unterkellerte Wohnbauten in Massivbauweise. Das Projekt wurde in den 90er-Jahren am
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
südöstlichen Stadtrand von Berlin im Zuge der Weiterentwicklung und Nachverdichtung
eines existierenden Wohngebietes errichtet.
Die Konstruktion ist in Massivbauweise als zweischaliges Mauerwerk mit Luftschicht
ausgeführt. Die tragenden Außenwände bestehen aus einer tragenden Wandschale aus
Kalksandsteinmauerwerk, das innenraumseitig verputzt ist. Zwischen den beiden Schalen
dient eine Mineralwolledämmung bzw. eine Perimeterdämmung im Bereich der
Schiebeelemente der Erfüllung der wärmetechnischen Anforderungen. Die hinterlüftete
Außenhaut der Wohnbauten wird durch ein außenseitiges Verblendmauerwerk mit blau-
braunem, bis zur Sinterung hart gebrannten Klinkern gebildet. Die tragende Funktion der
Geschossdecken erfüllen Stahlbetonplatten, der Fußbodenaufbau wird als schwimmender
Estrich auf einer Wärme- bzw. Trittschalldämmung ausgeführt.
Die Abbildungen 4.31 und 4.32 zeigen den Grundriss des 1. Obergeschosses und den
Schnitt durch eines der beiden viergeschossigen Wohnbauten. In den Zeichnungen ist auch
jene Wohneinheit markiert, in der der Brandherd angenommen wird.
Abb. 4.31: Grundriss des 1. Obergeschosses eines der Wohnhäuser in Berlin nach [8]
Abb. 4.32: Schnitt durch eines der Wohnhäuser in Berlin nach [8]
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die Architekten entwickelten für die Obergeschosse jeweils zwei Drei-Zimmer-
Wohnungen, die als Zweispänner über das immer zentral situierte Treppenhaus erschlossen
werden. Das Erdgeschoss beinhaltet je zwei kleinere Wohneinheiten sowie einige
Zusatzräume. Obwohl die Planung den Beschränkungen des öffentlich geförderten
Wohnbaus unterworfen ist, entstanden Wohnungen mit der Möglichkeit einer flexiblen
Nutzung dank neutraler Grundrissdisposition.
Die Abb. 4.44 zeigt den horizontalen Fassadenschnitt durch das Erdgeschoss des mehrge-
schossigen Wohnbaus in Massivbauweise. Die einzelnen Konstruktionsaufbauten sind der
Legende in der Abbildung zu entnehmen und entsprechen in ihrer Ausführung der
deutschen Norm.
Abb. 4.33: Horizontaler Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau in Berlin nach [8]
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die nachfolgende Tab. 4.2 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,
die auf der Abb. 4.33 dargestellt sind, an. Die Zuordnung der Feuerwiderstandsklassen
erfolgt einerseits gemäß vergleichbarer Bauteilaufbauten, die der ÖNORM B 3800 Teil 4
bzw. DIN 4102 Teil 4 entnommen sind und andererseits nach den zukünftigen
europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4 (mit ergänzender Bezeichnung
der Ausführung – brennbar bzw. nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).
Tab. 4.2: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.33 nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Außenwand I ≥ F 180-A ≥ REI 1801
2 Außenwand II ≥ F 180-A ≥ REI 1801
3 Zimmertrennwand ≥ F 90-A ≥ REI 901
1... nichtbrennbare Ausführung
Die Abb. 4.45 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der beiden
mehrgeschossigen Wohnbauten in Berlin. Die Konstruktionsaufbauten sind wie auch beim
Horizontalschnitt aus der Legende in der Abbildung ersichtlich.
Die zugehörigen Feuerwiderstandsklassen der in Abb. 4.34 im Detail angeführten Bauteile
sind der nachfolgenden Tab. 4.3 zu entnehmen. Die Festlegung der Feuerwiderstandsklasse
erfolgt über Bauteilaufbauten, deren Feuerwiderstandsklassen in der
ÖNORM B 3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 geregelt und mit den vorliegenden
Aufbauten vergleichbar sind bzw. nach den zukünftigen europäischen Normen ÖNORM
EN 13 501-2, -3 bzw. –4 (mit ergänzender Bezeichnung der Ausführung – brennbar bzw.
nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).
Tab. 4.3: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.34 nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Dachkonstruktion ≥ F180-A ≥ REI 1801 2 Wohnungstrenndecke ≥ F180-A ≥ REI 1801 3 Bodenplatte ≥ F180-A ≥ REI 1801 4 Außenwand ≥ F180-A ≥ REI 1801
1... nichtbrennbare Ausführung
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Abb. 4.34: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau in Berlin nach [8]
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9.1.1 Brandschutztechnische Bewertung
4.9.1.1.1 Wandbauteile
Die raumseitig liegende, tragende Schale der zweischaligen Außenwandkonstruktion I bei
den Wohnhäusern in Berlin wird durch ein Kalksandsteinmauerwerk gebildet, das
innenseitig verputzt ist. Wie in Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnet sich Kalksandstein durch
ein gutes Brandverhalten aus. Einen zusätzlich günstigen Einfluss auf das Verhalten unter
Brandeinwirkung übt der Verputz aus. Die tragenden Außenwände weisen somit
mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach
[9] auf.
Die Mineralwolledämmung zwischen innerer und äußerer Schale des Außenmauerwerks
leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das
Kalksandsteinmauerwerk hinreichend gut vor dem Flammenangriff geschützt und auch
nichtbrennbar ist. Wie anhand des Kapitel 4.1.1 ersichtlich, sind auch keine Schadensfälle
bekannt, bei denen das Dämmmaterial zwischen den beiden Wandschalen zur
Brandweiterleitung in der Konstruktion beigetragen hätte.
Die Außenwand II wird in der gegenständlichen Untersuchung nicht näher betrachtet, da
sie nur in dem sehr beschränkten Ausmaß von ca. 2*6 m² an beiden Seitenwänden des
Einganges zu den Wohnhäusern vorkommt. Außerdem wird durch die brennbare Beplank-
ung an der Wandaußenseite die Einordnung der Wand in die Feuerwiderstandsklasse F 180
(zukünftig REI 180 nach [49]) nicht geändert und es ergibt sich somit für die Bewertung
der Gesamtkonstruktion dadurch keine Veränderung. Es ist jedoch darauf hinzuweisen,
dass bei der Erstellung eines Brandschutzkonzeptes für diese Wohngebäude auf die
brennbare Fassadenverkleidung im Bereich des Hauptfluchtweges besonders Rücksicht zu
nehmen ist.
Die Zimmertrennwände der Wohnhäuser in Berlin sind ebenfalls in Kalksandstein
ausgeführt. Diese haben eine Dicke von 11,5 cm, womit bereits die Klassifikation F 90
(zukünftig REI 90 nach [49]) erreicht wird. Die Trennwände sind zusätzlich beidseitig
verputzt, wodurch ihre Feuerwiderstandsdauer weit über dem geforderten Zeitraum liegt.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Grundsätzlich kann also davon ausgegangen werden, dass zwar in Abhängigkeit von der
Branddauer mit einem Abfallen des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen
der Steine zu rechnen ist, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen der
Gesamtkonstruktion mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen
werden kann. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb des
Konstruktionshohlraumes nicht denkbar. Der Brandüberschlag in die darüber liegende
Wohnung ist auszuschließen, d. h. das Abschottungsprinzip ist wirksam.
4.9.1.1.2 Fassade
Bei der Fassade des Wohnbaus in Berlin handelt es sich um ein zweischaliges Mauerwerk,
dessen fassadenseitige Schale aus Klinkerziegel gebildet wird. Da sich Klinker durch einen
besonders hohen Feuerwiderstandsdauer auszeichnet, ist gewährleistet, dass keine
Brandweiterleitung an der Fassade erfolgt und die Flammen im Falle eines Brandes
außerhalb des Gebäudes auch nicht in den Konstruktionshohlraum eindringen und sich dort
nach oben hin fortpflanzen können.
4.9.1.1.3 Öffnungen
Wie auch in der Holzbauweise ist bei den Wohnhäusern in Berlin damit zu rechnen, dass
die Türen im Brandfall geöffnet sein können. Es ist des weiteren davon auszugehen, dass
die Fenster und Türen einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile haben.
Tragende Wände von 17,5 cm Dicke erreichen mit Verputz jedoch bereits einen
Feuerwiderstand von F180, und Innenwände mit einer Dicke von 11,5 cm einen
Feuerwiderstand von mindestens 90 Minuten (siehe Tab. 4.2), d. h. auch bei einer
beidseitigen Brandeinwirkung ergibt sich für das untersuchte Wohnprojekt eine
Tragfähigkeitsdauer von ca. 90 Minuten, da sich das Bauteil selbst nicht am Brand
beteiligt.
Ansonsten ist der Ausbildung der Öffnungen aus brandschutztechnischer Sicht keine so
große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in der Holzbauweise der Fall ist. Der
Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke geführt. Da die tragende Konstruktion
unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock
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aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich ist, ergeben sich diesbezüglich keine
Brandrisiken.
4.9.1.1.4 Deckenbauteil
Die Decken des Wohnbaus in Berlin sind als Stahlbetondecken ausgeführt, die auf der
Unterseite mit Innenputz verkleidet sind. Dieser übt wie beim Wandbauteil einen positiven
Einfluss auf die Feuerwiderstandsdauer aus. Generell kann gesagt werden, dass die
Durchwärmungsgeschwindigkeit einer 18 cm dicke Stahlbetondecke äußerst gering ist und
Zerstörungen allerhöchsten im Putz auftreten. Im Stahlbeton kann es zu geringen Abplatz-
ungen kommen. Die Decke hat mit ihrem vorgesehenen Aufbau (siehe Abb. 4.34) eine
Feuerwiderstandsdauer von mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen (siehe
Tab. 4.3), wobei die dazu nötigen Temperaturen mit den im Wohnbau üblichen
Brandlasten nicht erreicht werden können.
Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem
massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken
kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit.
4.9.1.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen
Die Stahlbetondecke des Wohnbaus in Berlin ist jeweils über die gesamte Breite des
Kalksandsteinmauerwerks aufgelagert. Daher ist ein Versagen dieses Anschlusses auch im
„worst case“, d.h. im Falle des Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des
Mauerwerkes oder auch bei Durchbiegungen des Deckenbauteils unmöglich. Die
Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den
Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.2 und 4.3 bei mindesten 180
Minuten unter Normbrandbedingungen.
Die Anschlüsse der Wände stellen durch die massive Ausführung aus brandschutz-
technischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.
4.9.1.1.6 Installationen
Bei den Wohnhäusern in Berlin lässt sich aus den vorhandenen Planunterlagen nicht
entnehmen, wie die Installationsführungen im Einzelnen angelegt sind. Es ist allerdings
Seite 112
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
davon auszugehen, dass Installationen der Haustechnik in der Massivbauweise
grundsätzlich kein Problem darstellen, weil sämtliche Rohre oder Leitungen praktisch von
nichtbrennbaren Materialien umhüllt bzw. eingeschlossen sind und somit nicht zur
Brandweiterleitung beitragen.
4.9.1.1.7 Treppenhaus
Bei den Wohnhäusern in Berlin ist das Treppenhaus mittig im Gebäude angeordnet und
bedient pro Geschoss jeweils zwei Wohneinheiten. Massiv ausgeführte Treppenhäuser
gelten auf jeden Fall als sicherer als Treppenhäuser in Holzbauweise, da bei einem Brand
in einer Wohneinheit keine Brandweiterleitung in das Treppenhaus erfolgen kann. Eine
Rauchweiterleitung kann allerdings unter der Voraussetzung erfolgen, dass die
Wohnungstüren durchbrennen bzw. aus einer Wohnung flüchtende Nutzer die Tür offen
lassen. Nach den vorliegenden Erfahrungen ergeben sich daraus im Geschossbau keine
besonderen Risiken, sodass bisher davon abgesehen werden konnte an die Wohnungstüren
besondere Brandschutzanforderungen zu stellen.
4.9.2 Wohnbauprojekt in Massivbauweise in Österreich
Objekt: Wohnhäuser am Harter Plateau (OÖ)
Architekten: August Kürmayer, Linz
Abb. 4.35: Südansicht des Wohnbaus in Massivbauweise am Harter Plateau nach [50]
Seite 113
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.36: Westansicht des Wohnbaus in Massivbauweise am Harter Plateau nach [50]
Abb. 4.37: Lageplan der Wohnhausanlage am Harter Plateau nach [50]
Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um dreigeschossige, voll unterkellerte
Wohnbauten in Massivbauweise. Die Wohnhausanlage besteht aus 5 Wohnhöfen, mit
insgesamt 17 Wohneinheiten. In 3 Wohnhöfen sind jeweils 3 Häuser zu einem Gebäude
zusammengefasst, bei den übrigen beiden Höfen handelt es sich um Gebäude mit jeweils 4
Wohnungen.
Seite 114
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Jede Wohnung wird direkt vom Freien betreten und das Obergeschoss bzw. das
Kellergeschoss werden durch eine Treppe innerhalb der Wohneinheit erschlossen.
Das Erd- und Obergeschoss der jeweils außen liegenden Wohnungen sind zusätzlich über
einen Luftraum im Bereich der Essdiele bzw. des Wohnraumes verbunden.
Das Obergeschoss jeder Wohnung wird zum größten Teil von den 3 Schlafzimmern
eingenommen, auch das Badezimmer ist in diesem Geschoss situiert. Im Erdgeschoss
befinden sich der Wohn- und Essbereich sowie die Küche und einige Nebenräume. Der
Keller besteht aus 3 Keller- und einem Technikraum.
Die Abbildungen 4.38 und 4.39 zeigen den Grundriss des Erdgeschosses und den Schnitt
durch ein Gebäude der beiden Wohnhöfe mit 4 Häusern (Wohnhof 2, 5). In den
Zeichnungen ist auch jene Wohneinheit markiert, in der ein Brand angenommen wird.
Abb. 4.38: Grundriss des Erdgeschosses eines der Wohnhäuser am Harter Plateau nach [50]
Seite 115
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Abb. 4.39: Schnitt durch eines der Wohnhäuser am Harter Plateau nach [50]
Die Konstruktion ist in Massivbauweise als zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung
ausgeführt. Die Außenwand besteht aus einer innenliegenden tragenden Wandschale aus
Hochlochziegelmauerwerk mit einer Stärke von 25 cm, die innenraumseitig verputzt ist
(siehe Abb. 4.40). Die Vorsatzschale der Gebäude wird durch ein außenseitig verputztes
Mauerwerk aus Hochlochziegeln von 10 cm Stärke gebildet. Zwischen den beiden Schalen
dient eine 20 cm dicke Mineralwolledämmung bzw. eine Dämmung aus extrudierten
Polystyrol-Platten derselben Stärke im Bereich des Kellergeschosses und des Sockels der
Erfüllung der wärmetechnischen Anforderungen.
Die tragende Funktion der Geschossdecken erfüllen 18 cm dicke Stahlbetonplatten, der
Fußbodenaufbau der Kellerdecke wird als 5 cm dicker schwimmender Estrich auf 18 cm
Wärme- bzw. 2,5 cm Trittschalldämmung ausgeführt. Für den Fußbodenaufbau der
obersten Geschossdecke werden in den Planunterlagen 2 Varianten angegeben. Die 1.
Variante besteht aus einer Holzwolle-Leichtbauplatte mit 3,5 cm Stärke auf 30 cm
Wärmedämmung aus Polystyrol. Bei der Variante 2 liegen die 3,5 cm dicken Holzwolle-
Leichtbauplatten auf 32 cm Wärmedämmung aus Wärmedämmfilz (siehe Abb. 4.40).
Die Abb. 4.40 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der fünf mehrgeschossigen
Wohnbauten am Harter Plateau. Die Konstruktionsaufbauten sind aus der Legende in der
Abbildung ersicht lich.
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3
2
1
Niveau
AnkerNirosta
Mörtelabschluss 1 Außenwandaufbau
2 Kellerdecke
3 oberste Geschossdecke (Variante1)
3 oberste Geschossdecke (Variante 2)
(von innen nach außen)
(von oben nach unten)
on oben nach unten)
(von oben nach unten)
Innenputz 15 mmHochlochziegel 250 mmFassadendämmplatte 100 mmFassadendämmplatte 100 mmHochlochziegel 100 mmAußenputz 15 mm
Holzfußboden 15 mmEstrich 50 mmTrittschalldämmplatte 25 mmWD Polystyrol 80 mmWD Polystyrol 100 mmBeschüttung 50 mmStahlbeton 180 mm
(v
Holzwolle-Leichtbauplatte 35 mmFolieWD Polystyrol 100 mm
100 mm 100 mm
Stahlbeton 180 mm
WD PolystyrolWD Polystyrol
Holzwolle-Leichtbauplatte 35 mmFolieWärmedämmfilz 100 mmWärmedämmfilz 100 mmWärmedämmfilz 120 mmStahlbeton 180 mm
Abb. 4.40: Fassadenschnitt durch den Massivwohnbau am Harter Plateau nach [50]
Die nachfolgende Tab. 4.4 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,
die in der Abb. 4.40 dargestellt sind, an. Die Abschätzung des Feuerwiderstandes erfolgt
durch Vergleich mit Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in
ÖNORM B 3800 Teil 2 bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der
Feuerwiderstandsklassen erfolgt einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit
ergänzenden Bezeichnungen der Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN
4102) und andererseits nach den europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.
Seite 117
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Tab. 4.4: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.40 nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse
nach [9]
zukünftige Bezeichnung
des Feuerwiderstandes
1 Außenwand ≥ F 180-A ≥ REI 1801
2 Kellerdecke ≥ F 180-A ≥ REI 1801
3 oberste Geschossdecke
(Variante 1) ≥ F 180-A ≥ REI 1801
3 oberste Geschossdecke
(Variante 2) ≥ F 180-A ≥ REI 1801
1... nichtbrennbare Ausführung
Tab. 4.5: Aufbauten der Wohnungstrennwand und der Trenndecke zwischen Erd-geschoss und Obergeschoss nach [50]
Nr. Bauteil Bezeichnung Dicke
Innenputz 15 mm
Hochlochziegelmauerwerk 250 mm
Trennfugenplatte 30 mm
Hochlochziegelmauerwerk 250 mm
1 Wohnungstrennwand
Innenputz 15 mm
Holzfußboden 15 mm
Estrich 50 mm
Trittschalldämmplatte 35 mm
Gebundene Beschüttung 50 mm
2 Decke EG/OG
Stahlbeton 180 mm
Die nachfolgende Tab. 4.6 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den beiden Bauteilen, die
in der Tab. 4.5 dargestellt sind, an. Die Abschätzung des Feuerwiderstandes erfolgt durch
Vergleich mit Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in ÖNORM B
Seite 118
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der Feuerwider-
standsklassen erfolgt einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit ergänzenden
Bezeichnungen der Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN 4102) und
andererseits nach den europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.
Tab. 4.6: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Tab. 4.5
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Wohnungstrennwand ≥ F180-A ≥ REI 1801
2 Decke EG/OG ≥ F180-A ≥ REI 1801
1... nichtbrennbare Ausführung
4.9.2.1 Brandschutztechnische Bewertung
4.9.2.1.1 Wandbauteile
Die innen liegende, tragende Schale der zweischaligen Außenwandkonstruktion wird durch
ein Hochlochziegelmauerwerk mit 25 cm Dicke gebildet, das innenseitig verputzt ist. Wie
in Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnen sich Mauerziegeln durch eine außerordentlich hohe
Feuerwiderstandsfähigkeit aus, da es sich um ein bereits vor dem Einbau gebranntes
Material handelt. Einen zusätzlich günstigen Einfluss auf das Verhalten unter
Brandeinwirkung übt der Verputz aus. Die tragenden Außenwände weisen somit
mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach
[9] auf ( siehe Tab. 4.4).
Die Mineralwolledämmung zwischen innerer und äußerer Schale des Außenmauerwerks
leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das tragende Mauerwerk
hinreichend gut vor dem Flammenangriff geschützt und auch nichtbrennbar ist. Wie
anhand des Kapitel 4.1.1 ersichtlich, sind auch keine Schadensfälle bekannt, bei denen das
Dämmmaterial zwischen den beiden Wandschalen zur Brandweiterleitung in der
Konstruktion beigetragen hätte.
Die ebenfalls zweischaligen Wohnungstrennwände werden aus Hochlochziegeln mit
jeweils derselben Mauerstärke wie die tragende Schale der Außenwand gebildet. Sie sind
Seite 119
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
jeweils raumseitig verputzt. Die zwischen den beiden Schalen liegende Trennfugenplatte
ist durch den Putz und eine Schale des Mauerwerks hinreichend gut vor dem
Flammenangriff von jeder Seite geschützt. Da sie zusätzlich nichtbrennbar ausgeführt ist,
leistet sie keinen Beitrag zur Brandlast. Die Wohnungstrennwände weisen somit ebenfalls
mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach
[9] auf (siehe Tab. 4.6).
Grundsätzlich kann also davon ausgegangen werden, dass zwar in Abhängigkeit von der
Branddauer mit einem Abfallen des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen
der Mauerwerkssteine zu rechnen ist, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen
der Gesamtkonstruktion mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen
werden kann. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion nicht
denkbar.
4.9.2.1.2 Fassade
Bei der Fassade der Wohngebäude am Harter Plateau handelt es sich um ein zweischaliges
Mauerwerk, dessen fassadenseitige Schale aus Hochlochziegeln mit einer Stärke von
10 cm gebildet wird. Hier handelt es sich wie schon bei der tragenden Schale ebenfalls um
ein bereits vor dem Einbau gebranntes Material, das sich durch eine besonders hohe
Feuerwiderstandsdauer auszeichnet. Somit ist gewährleistet, dass keine Brandweiterleitung
durch brennende Fassadenteile erfolgt und die Flammen im Falle eines Brandes außerhalb
des Gebäudes auch nicht in die Konstruktion eindringen und sich dort nach oben hin
fortpflanzen können.
4.9.2.1.3 Öffnungen
Wie bei allen Wohnbauten ist auch hier damit zu rechnen, dass die Türen innerhalb der
Wohnungen geöffnet sein können. Es ist des weiteren davon auszugehen, dass die Fenster
und Türen einen geringeren Feuerwiderstand als die Wandbauteile haben.
Ansonsten ist der Ausbildung der Öffnungen in Hinblick auf einen möglichen
Brandeintrag in die Konstruktion keine so große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in
der Holzbauweise der Fall ist. Der Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke
geführt. Da die tragende Konstruktion unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge
Seite 120
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich
ist, ergeben sich diesbezüglich keine Brandrisiken.
4.9.2.1.4 Deckenbauteil
Die Decken des Wohnbaus sind als 18 cm dicke Stahlbetonplatten ausgeführt. Die
Durchwärmungsgeschwindigkeit einer solchen Decke kann prinzipiell als äußerst gering
angesetzt werden, sodass nur mit einer oberflächlichen, bis maximal wenige Zentimeter
tief reichenden Zerstörungen zu rechnen ist. Mit einem wie in Abb. 4.40 vorgesehenen
Aufbau wird eine Feuerwiderstandsdauer von mindestens 180 Minuten unter
Normbrandbedingungen (siehe Tab. 4.4 und 4.6) erreicht.
Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem
massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken
kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit ( siehe [5]).
4.9.2.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen
Die Auflagerung der Stahlbetondecken erfolgt bei dem untersuchten Wohnhaus über die
gesamte Breite der tragenden Wand, sodass ein Versagen dieses Anschlusses auch im
schlimmsten Fall, den hier das Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des
Mauerwerkes oder die übermäßige Durchbiegungen des Deckenbauteils darstellen, nicht
gegeben ist. Die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den
Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.4 und 4.6 bei mindesten 180
Minuten unter Normbrandbedingungen.
Die Anschlüsse der Wände stellen durch die massive Ausführung aus brandschutz-
technischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.
4.9.2.1.6 Installationen
Aus den vorhandenen Planunterlagen lässt sich nicht entnehmen, wie die Installations-
führungen im Detail angelegt sind. Generell kann aber gesagt werden, dass es durch die
Installationen im Massivbau zu keiner Brandfortleitung in die Konstruktion kommen kann.
Durch die Installationsleitungen und Installationsschächte kann es aber zu einer
Seite 121
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Rauchausbreitung innerhalb des Gebäudes kommen. Weiters besteht die Möglichkeit einer
Brandfortleitung in andere Räume bei Verwendung von brennbarem Installationsmaterial.
4.9.2.1.7 Treppenhaus
Da sämtliche Wohneinheiten direkt vom Freien betreten werden, ist bei diesem Wohnbau-
projekt kein notwendiges Treppenhaus erforderlich.
4.9.2.1.8 Gesamtbeurteilung
Im gegenständlich untersuchten Bauwerk zeigen sich deutlich die Vorzüge der
Massivbauweise im Hinblick auf die Tragfähigkeit der Konstruktion im Brandfall. Die
eingesetzten Bauteile weisen bereits ohne irgendwelche Schutzmaßnahmen einen sehr
hohen Feuerwiderstand auf. Dies ermöglicht in solchen Bauwerken auch einen relativ
„gefahrlosen“ Innenangriff der Feuerwehr zur Brandbekämpfung, was wiederum dazu
führt, dass bei einem raschen Eingreifen die Bausubstanz auch erhalten werden kann und
gegebenenfalls sanierbar ist. Selbst bei einem vollentwickelten Brand ist davon
auszugehen, dass die Tragfähigkeit der Struktur erhalten bleibt.
Die Ausführung der Wohnungstrennwände hat nahezu Brandwandqualität (> F 90,
zukünftig REI 90 nach [49]) und damit kann auch weitestgehend sicher gestellt werden,
dass bei einem Brandfall nur eine Wohnung vom Brand betroffen ist.
Somit wird speziell in einer Reihenhaussituation wie es im vorliegenden Beispiel der Fall
ist, dem Nachbarschaftsschutz (hier wirklich die benachbarte Nutzungseinheit) durch
• Ermöglichung eines effektiven Löschangriffes in der vom Brand betroffenen
Nutzungseinheit (Tragfähigkeit gegeben)
• nichtbrennbare Trennwände (2-schalig)
• geringe Brandlasten aus der Konstruktion
besonders Rechnung getragen.
Der Personenschutz in der vom Brand betroffenen Wohneinheit wird bei Vorhandensein
von Rauchmeldern (Homemelder) durch die massive Konstruktion ebenfalls begünstigt.
Durch die nichtbrennbare Ausführung der Wände und Decken und den hohen
Feuerwiderstand können auch Rettungsversuche durch die Feuerwehr durchgeführt
werden. Bei Bauteilen mit geringem Feuerwiderstand und/oder brennbaren Oberflächen ist
Seite 122
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
eine solche Handlungsweise durch Rettungskräfte sehr riskant (siehe auch NFPA Journal
July/August 2002; Seite 80).
4.9.3 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Deutschland
Objekt: Wohnhäuser in Regensburg
Architekten: Dietrich Fink und Thomas Jocher, München
Tragwerksplanung: Seeberger & Friedl, München/Pfarrkirchen
Abb. 4.41: Foto des Holzwohnbaus in Regensburg nach [7]
Bei dem ausgewählten Beispiel handelt es sich um zwei 3-geschossige, zueinander
parallele Riegel in Holzbauweise. Das Projekt wurde in 4 Monaten errichtet und ist ein
Teil eines Modellbauvorhabens der obersten Baubehörde Bayern zur Entwicklung kosten-
günstiger Haustypen, die in großer Stückanzahl, mit hohem Vorfertigungsanteil, erstellt
werden können.
Die Konstruktion in Rahmenbauweise beruht auf einem Raster von 62,5 cm. Die tragenden
Außenwandelemente bestehen aus zwei Lagen von Kanthölzern, zwischen denen OSB-
Seite 123
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Platten, d.h. Holzwerkstoffplatten, die aussteifende Funktion übernehmen, angeordnet sind.
Die Innenseiten der Wände sind mit 15 mm dicken Gipskartonplatten einlagig beplankt.
Die hinterlüftete Außenhaut der Holzwohnbauten wird durch eine horizontal liegende
Lärchenholzschalung gebildet. Die längs gespannten Geschossdecken, die als Holz-Beton-
Verbunddecken ausgeführt sind, liegen auf Brettschichtholzträgern auf.
Die Abbildungen 4.42 und 4.43 zeigen den Grundriss des 1. Obergeschosses und den
Schnitt durch die beiden 3-geschossigen Holzwohnbauten. In den Zeichnungen ist jene
Wohneinheit markiert, in der der Brandherd angenommen wird.
Abb. 4.42: Grundriss des 1. Obergeschosses der Wohnhäuser in Regensburg nach [7]
Abb. 4.43: Schnitt der Wohnhäuser in Regensburg nach [7]
Die Architekten entwickelten für die Obergeschosse Zwei-Zimmer-Wohnungen, die als
Zweispänner über offene, im Erdgeschoss durchgesteckte Treppenhäuser, erschlossen
werden. Im Erdgeschoss und im 1. Obergeschoss der westlichen Zeile liegen Drei-
Zimmer-Maisonette-Wohnungen, deren Zugang ebenfalls von den erdgeschossigen
Seite 124
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Durchgängen aus erfolgt. Im Erdgeschoss der östlichen Zeile sind Haustechnik- und
Abstellräume untergebracht.
Die Abb. 4.44 zeigt den horizontalen Fassadenschnitt durch das 1.Obergeschoss des
mehrgeschossigen Holzwohnbaus. Die einzelnen Konstruktionsaufbauten sind der Legende
in der Abbildung zu entnehmen und entsprechen in ihrer Ausführung den deutschen
Bauvorschriften und Normen.
Abb. 4.44: Horizontaler Fassadenschnitt durch den Holzbau in Regensburg nach [7]
Die nachfolgende Tab. 4.7 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen
auf der Abb. 4.44 an. Die Zuordnung der F-Klassen erfolgt gemäß vergleichbarer
Bauteilaufbauten, die der ÖNORM B 3800 Teil 4 bzw. DIN 4102 Teil 4 entnommen sind,
bzw. den zukünftigen europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. -4
Seite 125
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
entsprechen (mit ergänzender Bezeichnung der Ausführung – brennbar bzw.
nichtbrennbar, die nicht in der Normung enthalten ist).
Tab. 4.7: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.44 nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Wohnungstrennwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602
2 Außenwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602 3 Zimmertrennwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ EI 602
2... brennbare Ausführung
Die Abb. 4.45 zeigt den vertikalen Fassadenschnitt durch einen der beiden
mehrgeschossigen Holzwohnbauten in Regensburg. Die Konstruktionsaufbauten sind wie
auch beim Horizontalschnitt in der Legende in der Abbildung ersichtlich. Die zugehörigen
Feuerwiderstandsklassen der in Abb. 4.45 im Detail angeführten Bauteile sind der
nachfolgenden Tab. 4.8 zu entnehmen.
Tab. 4.8: Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.45 nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Dachkonstruktion zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 2 Wohnungstrenndecke zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602
3 Wohnungsinterne Decke zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602
4 Bodenplatte zw. F 60 u. F 90-B ≤ REI 902 5 Außenwand ≥ F 60-BA ≥ REI 603
6 Zimmertrennwand ≥ F 60-B ≥ EI 602
2... brennbare Ausführung 3... brennbare Tragkonstruktion mit nichtbrennbarer Verkleidung
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Abb. 4.45: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Holzwohnbau in Regensburg nach [7]
Seite 127
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9.3.1 Brandschutztechnische Bewertung
4.9.3.1.1 Wandbauteile
Bei den Wohnhäusern in Regensburg erfolgt die Innenverkleidung der Holzkonstruktion
durch eine Lage Gipskartonplatten mit 15 mm Stärke und eine dahinter angebrachte
16 mm starke OSB-Spanplatte. Diese Kombination der Platten erwies sich bei Versuchen
in Deutschland [14] aus brandschutztechnischer Sicht als ungenügend, um einer
Brandbelastung von 60 Minuten (nach ETK) standzuhalten. Es kam aufgrund von Rissen
bzw. durch das Abfallen der Beplankung nach 55 Minuten zur Entzündung der
Holztragstruktur. Die horizontal angeordneten Brettschichtholzträger an den
Anschlusspunkten der Decke an das Wandbauteil verhindern in diesem Bereich eine
Brandeinleitung über die Fugen.
Grundsätzlich zeigt sich allerdings die unzureichende Kenntnis des Planenden über das
Verhalten von Holzkonstruktionen unter Brandeinwirkung. Die Wohnungstrennwände der
Wohnhäusern in Regensburg wurden brandschutztechnisch korrekt, d.h. mit versetzt
angeordneten Beplankungslagen an die Außenwände angeschlossen. Anschließend erfolgte
eine Verspachtelung der Fugen. Die Ausführung des Anschlusses der Zimmertrennwände
an die Außenwand bzw. Wohnungstrennwand erfolgte hingegen durch einen stumpfen
Stoss, d.h. an diesen Anschlusspunkten ist eine ungehinderte Brand- und Rauchweiter-
leitung möglich. Das Risiko einer CO-Weiterleitung in angrenzende Bereiche ist ebenfalls
offenbar.
Als Dämmstoff wurde in die Wohnhäuser in Regensburg eine Mineralwolledämmung
eingebracht. Diese liefert per se keinen Beitrag zum Brandgeschehen, ihr Schmelzpunkt
liegt je nach Qualität etwas unterhalb oder oberhalb einer Temperatur von 1000°C. Nach
dem Entwurf für die deutsche Muster-Holzbaurichtlinie werden in Zukunft für den
mehrgeschossigen Holzbau nur noch Dämmmaterialien mit einem Schmelzpunkt von
≥ 1000°C zugelassen.
Ob in den Konstruktionshohlräumen sogenannte Firestops angeordnet wurden, ist aus den
Plänen nicht ersichtlich. Grundsätzlich ist dies jedoch auch nicht zu erwarten, weil
Firestops im deutschen Holzbau wenig bekannt sind. Firestops würden die Weiterleitung
Seite 128
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
von Feuer und Rauch in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte verzögern. Sie sind
jedoch nicht in der Lage die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion zu verhindern.
4.9.3.1.2 Fassade
Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurde die Problematik der brennbaren
Fassadenkonstruktion in der Planung nicht berücksichtigt, d.h. durch die glatt
aufsteigenden Wände ist an der Außenseite des Gebäudes im Brandfall mit einer sehr
schnellen Brandweiterleitung über die Fassade zu rechnen. Nach vorliegenden Erfahrungen
kann mit einem Feuerüberschlag innerhalb von 60 Sekunden gerechnet werden, d. h. in
etwa einer Minute entflammt die Fassade, sobald das Feuer aus dem Brandbereich
(Fenster) austritt. Die Flammenlänge nimmt bei brennenden Fassaden deutlich zu, d.h. die
Flammen erfassen die gesamte Außenhaut des Gebäudes. Dadurch werden die darüber
liegenden Wohnungen sofort vom Brand erfasst, weil die Fenstergläser zerspringen und ein
direkter Brandeintrag von außen nach innen erfolgt. Das im Massivbau wirksame
Abschottungsprinzip kommt hier nicht zum Tragen.
4.9.3.1.3 Öffnungen
Öffnungen in Gebäuden in Holzbauweise müssen so ausgeführt sein, dass eine Einleitung
von Feuer und Rauch in die Konstruktion bzw. eine Brandweiterleitung in andere
Gebäudeabschnitte verhindert wird. Zu diesem Zweck soll die Brandschutzbekleidung in
den Öffnungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen ausgeführt
werden.
Dieser Punkt wurde, soweit das aus den zur Verfügung stehenden Plänen ersichtlich ist, bei
den Fensteröffnungen der Wohnhäusern in Regensburg nicht berücksichtigt. Die
raumseitige, zweilagige Brandschutzverkleidung wird mit der einlagigen Fensterleibungs-
verkleidung stumpf gestoßen und begünstigt so eine direkte Brandeinleitung in die
Konstruktion mit daraus resultierender Entzündung der Tragkonstruktion.
Gleiches gilt auch für die Türöffnungen, wo die Brandschutzverkleidung stumpf an den
Türstock gestoßen wird. Die Zierleiste aus Holz, die die Fuge aus optischen Zwecken
Seite 129
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
verdeckt, würde im Brandfall sofort abfallen und die Brandeinleitung in den
Konstruktionshohlraum sowie eine Entzündung der tragenden Holzelemente in keiner
Weise verhindern.
Die Tatsache, dass die Türen und Fenster im Allgemeinen einen geringeren Feuer-
widerstand als die Wandbauteile, in die sie eingebaut sind, aufweisen, ist bauweisen-
unabhängig und muss als generelles Gefahrenpotential akzeptiert werden. Gleiches gilt für
das Faktum, dass im Brandfall die Türen offen sein können, wodurch eine ungebremste
Brandweiterleitung in sämtliche Nebenräume erfolgen kann. Dieses hätte zur Folge, dass
z. B. tragende Innenwände beidseitig von Feuer beansprucht würden, d. h. im Holzbau
würde eine F 60 (zukünftig REI 60 nach [49])-Wand, weil sie zweiseitig wegbrennt, einen
Feuerwiderstand von ca. 30 Minuten erreichen und dann zusammenbrechen. Diese für den
Holzbau noch relativ günstige Annahme setzt jedoch voraus, dass die Anschlüsse und
Verbindungen einer beidseitigen Brandbeanspruchung ebenfalls mindestens 30 Minute
standhalten. Ausgehend von der momentan in Österreich bzw. Deutschland zur
Ausführung kommenden Holzbauweise entspricht diese Annahme jedoch nicht der Realität
(siehe Abschnitt 4.9.3.1.5), d. h es ist mit einem Versagen der Konstruktion bereits vor der
30. Minute des Brandgeschehens zu rechnen.
4.9.3.1.4 Deckenbauteil
Beim Deckenbauteil der Wohngebäude in Regensburg trägt das Brettstapelelement auf der
dem Feuer zugewandten Seite der Holz-Beton-Verbunddecke zur Erhöhung der Brandlast
aus der Konstruktion bei. Durch die Untersicht aus Holz ist das Deckenelement einer
flächigen Verkleidung aus Holz bzw. Holzwerkstoffen gleichzusetzen. Bei Versuchen
wurden in Räumen mit Holzverkleidung mit Werten von über 14 Vol.-% um das 3- bis 4-
fache höhere CO-Konzentrationen festgestellt als in Räumen ohne Holzverkleidung. Beim
Menschen führt bereits eine Kohlenmonoxidkonzentration von 0,8 Vol.-% zum sofortigen
Tod. Da die Brand- und Rauchgase durch den hohen Fugenanteil bei Holzbauweisen
besonders rasch weitergeleitet werden, steigt die Gefahr einer tödlichen Kohlenmonoxid-
vergiftung auch in den an den Brandraum angrenzenden Räumen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Eine weitere Schwachstelle resultiert aus der direkt auf dem Brettstapel der Holz-Beton-
Verbundkonstruktion situierten Zimmertrennwand. Die Abbrandgeschwindigkeit des 3 cm
starken Brettstapelelements beträgt 0,90 mm/min, d.h. die Zimmertrennwand kann
durchbrechen, sobald die Dicke des Brettstapels durch den Flammenangriff reduziert wird.
Ein Versagen des Brettschichtholzträgers ist aufgrund der relativ geringen
Abbrandgeschwindigkeit von 0,70 mm/min aus materialtechnologischer Sicht nicht zu
erwarten, das Risikopotential liegt jedoch in der Verbindung des horizontalen Trägers mit
der vertikalen Tragstruktur. Auf diese Problematik wird im Kapitel 4.9.3.1.5 detailliert
eingegangen.
Es ist jedoch ein Irrtum anzunehmen, dass sich die Feuerwiderstandsdauer der Holz-Beton-
Verbunddecke in Bezug auf die Sicherheit der Gesamtkonstruktion positiv auswirken
kann. Sowohl die Decken als auch die Wohnungstrenn- und Außenwände weisen nach [9]
eine maximale Feuerwiderstanddauer von 60 Minuten auf (siehe Tab. 4.7 und 4.8). Im
Bereich der Dachkonstruktion ist aufgrund des im Wohnungsraum freiliegenden
Dachträgers aus Brettschichtholz bei dreiseitiger Beflammung nach DIN 4102 Teil 4 mit
einer maximalen F30-Klasse zu rechnen; d. h. das Gesamtsystem weist trotz der F-
Klassifizierung von 60 Minuten für die Wände und Decken eine maximale
Feuerwiderstandsdauer von F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) auf.
4.9.3.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen
Bei der zur Konstruktion der Wohnhäuser in Regensburg angewandten
Holzrahmenbauweise erfolgen die Verbindungen der Holztragstruktur in der Regel durch
ingenieurmäßige Verbindungsmittel, d.h. durch Nägel, Schrauben, Klammern und in
manchen Fällen auch durch Verleimung. Werden diese metallischen Verbindungsmittel
nicht durch zusätzliche Abdecklagen vor der Brandeinwirkung geschützt, so können diese
im Normalbrand nicht einmal eine F 30 –Qualifikation (zukünftig REI 30 nach [49])
erreichen.
Das Beispiel der Wohnhäuser in Regensburg zeigt, dass die Anschlussproblematik in der
Praxis offenbar keinerlei Beachtung findet. Die Holz-Beton-Verbunddecke liegt auf den
Brettschichtholzträgern auf. Zur Verbindung der Deckenträger mit den tragenden
Seite 131
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Holzstehern der Wandkonstruktion werden Schrauben bzw. Nägel verwendet, d. h. es kann
zum Versagen der Träger und in weiterer Folge des gesamten Tragsystems kommen,
sobald die Schrauben bzw. Nägel nach einer gewissen Brandeinwirkungsdauer „weich“
werden und versagen.
Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurden auch keine Maßnahmen zur Verbesserung
des Feuerwiderstandes in Form von Verspachtelungen der Fugen inkl. Verbindungsmittel
gesetzt. Die Befestigung der Bekleidungslagen erfolgte lediglich durch versetzt
angeordnete Gipskartonschrauben und die Wände wurden anschließend mit einer Tapete
bzw. einem Anstrich versehen. Eine Montage der Verkleidung z. B. mittels Federschienen
ist nicht erfolgt, da dies einen Mehraufwand an Material und Arbeit, d.h. höhere Kosten,
impliziert, und im sozialen Wohnbau nicht üblich ist.
Durch den o. g. Mangel an Verbesserungen im Bereich der Verbindungen und Anschlüsse
ist im vorliegenden Wohnbauprojekt im Brandfall von einer relativ geringen Belastbarkeit
der verwendeten Nagel- und Schraubverbindungen auszugehen. Im Normalbrand können
diese nicht einmal eine F30-Qualifikation erreichen; d. h. obwohl die in den Wohnhäusern
in Regensburg ausgeführten Wand- und Deckenkonstruktionen als Einzelelemente eine
Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten aufweisen, ist für das Gesamtsystem ausgehend
von der brandschutztechnisch äußerst ungünstigen Ausführung der Verbindungen und
Anschlüsse eine maximalen Feuerwiderstandsdauer von 30 Minute zu veranschlagen.
4.9.3.1.6 Installationen
In der Holzbauweise können Durchdringungen für oder von Installationen zu einer raschen
Brandweiterleitung im Gebäude beitragen, d.h. sie stellen ein bauweisenimmanentes
Gefahrenpotential dar. Darum sollten Installationen grundsätzlich in Schächten, Kanälen,
Vorwandkonstruktionen oder Deckeninstallationsebenen geführt werden, dieses wird aus
fertigungstechnischen und finanziellen Gründen im Allgemeinen jedoch nicht gemacht.
Anhand der zur Verfügung stehenden Pläne des Wohnbaus in Regensburg ist nicht
festzustellen, wie mit dieser Problemstellung umgegangen wurde. Es lässt sich definitiv
feststellen, dass weder eine Deckeninstallationsebene, noch eine Vorwandinstallation
vorhanden sind, die aus brandschutztechnischer Sicht sicher als akzeptable Lösungen
anzusehen sind.
Seite 132
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Es ist somit davon auszugehen, dass die Installationen innerhalb der tragenden
Konstruktionen ohne jegliche Brandschutzvorkehrungen „versteckt“ sind. In dieser
innerhalb der Konstruktion verborgenen Position können sie einerseits als potentielle
Zündquellen wirksam werden und andererseits der Brandfortleitung innerhalb der
Konstruktion Vorschub leisten. Im Falle eines Wohnungsbrandes ist damit der
Großschaden nahezu unvermeidlich bzw. vorprogrammiert.
4.9.3.1.7 Treppenhaus
Bei den Wohnhäusern in Regensburg wurde die Lärchenholzschalung der Außenwand
auch über die offenen, nach außen hin freiliegenden Treppenhäuser, denen jeweils
2 Wohneinheiten zugeordnet sind, hinweggeführt; d. h. die nur als Sicht- und nur sehr
eingeschränkt als Klimaschutz fungierende Holzverschalung weist zwischen den einzelnen
Lärchenlatten einen Mindestfugenabstand von 1,5 bis 2,0 cm auf. Diese offene
Gestaltungsweise des Treppenhauses gewährleistet für den Brandfall in einer der
Wohneinheiten, dass der Fluchtweg ausreichend mit aus der Umgebung zuströmender
Frischluft versorgt wird und somit extrem hohe Rauchgaskonzentrationen im Treppenhaus
verhindert werden.
Dies gilt allerdings nur, solange der Brand in einer der Wohneinheiten ausbricht und auf
diese begrenzt bleibt. Sobald das Feuer im Treppenhaus ausbricht bzw. wenn es sich
dorthin ausbreitet, erfolgt die Brandweiterleitung auch auf die brennbare
Lärchenholzverschalung und weiter über die Fassade in die darüber situierten Geschosse.
Die Brandausbreitung von den Wohnungen in das Treppenhaus kann dabei z.B. durch das
Durchbrennen der Türen oder durch das Offenlassen der Wohnungstüren nach dem
Verlassen der brennenden Wohnung durch die Bewohner verursacht werden. Durch die
Wahl von brennbaren Materialien für die das Treppenhaus umhüllenden Bauteile wird vom
Planer in Kauf genommen, dass das Treppenhaus im Falle eines Brandes sowohl einen
Beitrag zum Brand leistet, als auch als Fluchtweg unbenutzbar wird. Die
Brandweiterleitung in den Treppenraum stellt daher ein besonderes brandschutztechnisches
Risiko dar und muss neben der Verrauchung beim mehrgeschossigen Holzbau zusätzlich
bewertet werden.
Seite 133
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9.4 Wohnbauprojekt in Holzbauweise in Österreich
Objekt: Wohnhäuser in Wien Stadlau; Siedlung Kamillenweg
Architekten: ARGE Architekten; Reinberg, Treberspurg, Raith; Wien
Tragwerksplanung: k. A.
Abb. 4.46: Foto des Holzwohnbaus in Wien Stadlau
Bei dem untersuchten Typ A dieser Wohnhausanlage handelt es sich um ein südorientiertes
Reihenhaus in Mischbauweise mit vorgelagertem Wintergarten, voll unterkellert. Es
wurden drei Häuser zu einer Zeile zusammengefasst, von denen das mittlere Haus für die
vorliegende Untersuchungen herangezogen wird (siehe Abb. 4.47).
Seite 134
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.47: Lageplan der Siedlung Kamillenweg in Wien Stadlau nach [51]
An der Nordseite sind die Häuser durch ein durchgehendes Holzvordach verbunden. Die
Außenwände sind mit einer durchgehenden Holzverschalung versehen, das sich nach
Süden öffnende Pultdach ist extensiv begrünt. Der Grundriss wurde in drei Bereiche
zoniert, die sowohl in ihren Anforderungen und Nutzungen als auch konstruktiv
unterschieden werden:
• Die Nordzone ist 2,25 m tief und beinhaltet alle Nebenräume sowie die Erschließung.
Wände und Decken wurden in Massivbauweise ausgeführt.
• In der 4 m tiefen Südzone liegen alle Aufenthaltsräume. Die Südaußenwand, die
Trennwände und die Decke über Erdgeschoss wurden in Holzbauweise errichtet.
Seite 135
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
• Der Südzone wurde ein ca. 2,50 m tiefer Wintergarten in Holzständerbauweise
vorgelagert, in den im Obergeschoss ein Holzbalkon hineinragt. Die Trennung zum
Wintergarten des Nachbargebäudes erfolgt lediglich durch Isolierglas ohne
Brandwiderstandsklasse.
Die Abbildungen 4.48, 4.49 und 4.50 zeigen den schematischen Grundriss des
Erdgeschosses und des Obergeschosses, sowie einen schematischen Schnitt durch den 3-
geschossigen Mischwohnbau. Alle Maße in den Zeichnungen sind in Metern angegebenen.
Abb. 4.48: Schematischer Grundriss des Erdgeschosses eines Reihenhauses der Wohn-hausanlage in Wien Stadlau nach [51]
Abb. 4.49: Schematischer Grundriss des Obergeschosses eines Reihenhauses der Wohn-hausanlage in Wien Stadlau nach [51]
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Abb. 4.50: Schematischer Schnitt durch das Wohnhaus in Wien Stadlau nach [51]
Solarhäuser mit großen südorientierten Glasflächen und Wintergärten funktionieren nur
mit einem speziellen Lüftungs- oder Verschattungskonzept. Im vorliegenden Projekt wurde
versucht das Problem der sommerlichen Überhitzung mittels einer Lüftungswalze zu lösen,
welche sich am oberen Anschluss des Wintergartens an die Außenwand befindet (siehe
Abb. 4.50). Sie soll nach Angaben des Architekten Georg Reinberg in [52] je nach
Stellung vier verschiedene Funktionen erfüllen können.
• Energiegewinn (Winterstellung): Wenn das Glashaus um ca. 2° wärmer als der
Wohnraum wird, so öffnet die Lüftungswalze die Verbindung zwischen dem Glashaus
und den Schlafräumen Zimmer 1 und 2 im Obergeschoss bis die eingestellte
Maximaltemperatur erreicht ist. Dieser Effekt würde selbstverständlich auch bei einem
Temperaturanstieg im Wintergarten im Brandfall eintreten.
• Schutz gegen sommerliche Überhitzung (Sommerstellung): Die Lüftungswalze
entlüftet das Glashaus nach außen, Zuluft strömt durch Lüftungsschlitze im
Sockelbereich des Wintergartens ein. In dieser Stellung kann sie sich positiv auf die
Entrauchung des Wintergartens auswirken.
• Lüftung des Schlafzimmers: Das hinter dem Glashaus liegende Zimmer 1 hat kein
direktes Fenster zur Außenluft, es kann nur durch Umstellen der Lüftungswalze
gelüftet werden.
Seite 137
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• Vermeidung von Lüftungswärmeverlusten: Wenn das Glashaus kälter als der
Wohnraum ist wird die Lüftungswalze geschlossen, d.h. es erfolgt weder eine
Verbindung der Räume untereinander, noch eine Entlüftung nach außen.
Die Konstruktion der Gebäude besteht in der Nordzone aus massiven Außenwänden aus
25 cm Betonhohlsteinen mit einer Vorsatzschale aus einer 2,5 cm starken Holzschalung.
Die Decken sind als massive Stahlbetondecken mit 20 cm Dicke ausgeführt. Die
Wohnungstrennwand wird durch eine Feuermauer aus 25 cm dicken Betonsteinen gebildet.
Die südliche Außenwand der Südzone ist als Holzständerwand mit Stehern der Dimension
14/8 mit dazwischen liegender Dämmung aus Mineralwolle ausgeführt. Die Steher sind
beidseitig mit einer Beplankung von 1,5 cm Dicke versehen. Raumseitig ist auf die
Beplankung eine 2,5 cm starke Schalung aufgebracht. Außenseitig ist eine Schalung von
2,5 cm dicke angebracht, die von der Beplankung durch eine Luftschicht von 3 cm getrennt
wird. Im Bereich des Wintergartens wird die außenseitige Schalung durch eine 12 cm
dicke Kalksandstein-Vorsatzschale ersetzt. Die Decke zwischen Erdgeschoss und
Obergeschoss dieser Zone ist als Holztramdecke ausgeführt. Auf freiliegenden Sparren der
Dimension 12/21, die einen Achsabstand von 97 cm aufweisen, ist eine Schalung der
Stärke 2 cm angebracht. Ein Blindboden, der auf 5 cm hohen Staffelhölzern ruht, zwischen
denen sich expandierter Korkschrot befindet, trägt den 2,5 cm starken Schiffboden.
Die Kellerdecken der o.a. Zonen bilden massive Stahlbetondecken der Dicke 20 cm.
Der Wintergarten selbst ist in Holzständerbauweise mit dreiseitiger Isolierverglasung
ausgeführt. Der Balkon dieser Zone wird von Sparren der Dimension 5/14 gebildet, auf
denen ein Schiffboden verlegt ist.
Die Dachkonstruktion über der Nord- und Südzone ist als extensiv begrüntes Pultdach aus-
geführt. Raumseitig freiliegende Sparren mit einer Höhe von 20 cm und einer Breite von
10 cm tragen eine Schalung aus 5 cm dicken Holzbohlen. Über Abdichtung,
Wurzelschutzschicht und einer 12 cm dicken Dämmschicht aus expandierten Korkplatten
befindet sich das Substrat für die Begrünung.
Die nachfolgende Tab. 4.10 gibt die Feuerwiderstandsklassen zu den einzelnen Bauteilen,
die in der Abb. 4.51 dargestellt und in Tab. 4.9 beschrieben sind, an.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Tab. 4.9: Aufbauten im Haus Typ A in der Siedlung Kamillenweg
Nordzone Südzone Wintergarten
1 Fußboden Keller
5 cm Estrich 3 cm EPS 1 cm Abdichtung 15 cm Unterbeton 15 cm Rollierung
2 Decke Keller
2 cm PVC / Keramik 5 cm Estrich 3 cm Steinwolle 20 cm Betondecke 5 cm Steinwolle
3 Decke Keller
2,5 cm Schiffboden 5 cm Staffelhölzer zw.
expand. Kork 2,5 cm Sandausgleich 20 cm Betondecke 5 cm Steinwolle
4 Fußboden Wintergarten
5 cm Betonplatten 2 cm Sandbett 5 cm XPS 4 cm Beton 1 cm Abdichtung 15 cm Unterbeton 15 cm Rollierung
5 Massivdecke
2 cm PVC / Keramik 5 cm Estrich 3 cm EPS 20 cm Betondecke
6 Holzdecke
2,5 cm Schiffboden 1,7 cm Blindboden 5 cm Staffelhölzer zw.
expand. Kork 2 cm Schalung 21 cm Sparren 12/21,
Achsabstand 97 cm
7 Balkon im Wintergarten
2,5 cm Schiffboden 14 cm Sparren 2x5/14
8 Massivwand
2,5 cm Holzschalung 4 cm Luftschicht 10 cm Steinwolle 25 cm Betonhohlsteine
m. Beton verfüllt 2 cm Kalkzementputz
9 Holzständerwand
2,5 cm Schalung 1,5 cm Beplankung 14 cm Steher 8/14,
Mineralwolle 1,5 cm Beplankung 3,0 cm Luftschicht 2,5 cm Schalung
10 Verglasung
Isolierverglasung mit Metallleisten auf Holzkonstruktion. Ecksteher: 14/14 Mittelsteher:8/14
9a Holzständerwand im Wintergarten
2,5 cm Schalung 1,5 cm Beplankung 14 cm Steher 8/14,
Mineralwolle 1,5 cm Beplankung 3,0 cm Luftschicht 12 cm Kalksandstein-
mauerwerk
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Fortsetzung der Tab. 4.9
11 Feuermauer
25 cm Betonhohlsteine m. Beton verfüllt
12 Trennung vom Nachbar- Wintergarten
Isolierverglasung
11a tragende Mittelwand
1,5 cm Verputz 25 cm Betonhohlsteine m. Beton
verfüllt 1,5 cm Verputz
13 Dachkonstruktion
2 cm Grasnarbe 13 cm Substrat 1 cm Abdichtung 12 cm expandierte Korkplatten 5 cm Holzbohlen 20 cm Sparren 10/20, Achsabstand 97 cm
14 Schrägverglasung 50°
Isolierverglasung mit Metallleisten auf Holzkonstruktion. außen: Einscheibensicherheit sglas Innen: Verbund-Sicherheitsglas
Tab. 4.10: Zugehörige Feuerwiderstandsklassen der Bauteile aus Abb. 4.51 bzw. Tab. 4.9
nach [9]
Nr. Bauteilbezeichnung Feuerwiderstandsklasse nach [9]
zukünftige Bezeichnung des Feuerwiderstandes
1 Fußboden Keller ≥ F 180-A ≥ REI 1801 2 Decke Keller Nordzone ≥ F 180-A ≥ REI 1801 3 Decke Keller Südzone ≥ F 180-A ≥ REI 1801 4 Fußboden Wintergarten ≥ F 180-A ≥ REI 1801 5 Massivdecke ≥ F 180-A ≥ REI 1801 6 Holzdecke zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 7 Balkon im Wintergarten zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 8 Massivwand ≥ F 180-AB ≥ REI 1801 9 Holzständerwand zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602
9a Holzständerwand im Wintergarten
zw. F 30 u. F 60-B ≤ REI 602
10 Verglasung zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301 11 Feuermauer ≥ F 180-A ≥ REI 1801
12 Trennung vom Nachbar-Wintergarten
zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301
13 Dachkonstruktion zw. F 0 u. F 30-B ≤ REI 302 14 Schrägverglasung 50° zw. F 0 u. F 30-A ≤ EI 301 1...nichtbrennbare Ausführung 2... brennbare Ausführung
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
13
6
3
149
9a
7
4
Abb. 4.51: Vertikaler Fassadenschnitt durch den Teil des Wohnbaus in Wien Stadlau in Holzbauweise nach [51]
Seite 141
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Die Abschätzung des Feuerwiderstandes in der Tab. 4.10 erfolgt durch Vergleich mit
Bauteilaufbauten bekannter Feuerwiderstandsdauer, wie sie in ÖNORM B 3800 Teil 4
bzw. DIN 4102 Teil 4 normiert sind. Die Bezeichnung der Feuerwiderstandsklassen erfolgt
einerseits auf der Basis der ÖNORM B 3800-2 mit ergänzenden Bezeichnungen der
Brennbarkeit der Ausführung ( in Anlehnung an DIN 4102) und andererseits nach den
europäischen Normen ÖNORM EN 13 501-2, -3 bzw. –4.
4.9.4.1 Brandschutztechnische Bewertung
4.9.4.1.1 Wandbauteile
Die innen liegende, tragende Schale der nordseitigen Außenwand wird durch ein
Betonhohlsteinmauerwerk mit 25 cm Dicke gebildet, das innenseitig verputzt ist. Wie in
Kapitel 2.2 beschrieben, zeichnen sich die Materialien des Mauerwerksbaues durch eine
außerordentlich hohe Feuerwiderstandsfähigkeit aus, welche in Kombination mit einem
Verputz noch gesteigert werden kann. Somit weist diese tragende Außenwand mindestens
einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach [9] auf
(siehe Bauteil Nr. 8 in Tab. 4.9 und 4.10).
Die Steinwolledämmung zwischen der inneren Schale und der Wetterschale aus Holz
leistet keinen Beitrag zur Brandlast, da sie durch den Putz und das tragende Mauerwerk
hinreichend gut vor dem Flammenangriff von Innen geschützt und auch nichtbrennbar ist.
Auf die Wetterschale aus Holz wird in Kapitel 4.9.4.1.2 hinsichtlich der Brandausbreitung
über die Fassade noch näher eingegangen.
Die tragende Mittelwand (siehe Bauteil Nr. 11a in Tab. 4.9 und 4.10), die die Trennung
zwischen Nord- und Südzone bildet, ist als mit Beton verfülltes Betonhohlsteinmauerwerk
ausgeführt. Mit der ausgeführten Stärke von 25 cm und beidseitigem Verputz erreicht diese
Wand einen Feuerwiderstand von mindestens F 180-A (zukünftig REI 180 nach [49]) nach
[9].
Die Wohnungstrennwände (siehe Bauteil Nr. 11 in Tab. 4.9 und 4.10) werden als
Feuermauern ebenfalls aus Betonhohlsteinen mit 25 cm Dicke gebildet. Sie sind jeweils
raumseitig verputzt. Die zwischen jeweils 2 Wohnungstrennwänden liegende
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Trennfugenplatte ist durch den Putz und eine Schale des Mauerwerks hinreichend gut vor
dem Flammenangriff von jeder Seite geschützt. Da sie zusätzlich nichtbrennbar ausgeführt
ist, leistet sie keinen Beitrag zur Brandlast. Die Wohnungstrennwände weisen somit
ebenfalls mindestens einen Feuerwiderstand der Klasse F 180-A (zukünftig REI 180 nach
[49]) nach [9] auf.
Bei den Massivwänden dieses Wohnbaues muss prinzipiell damit gerechnet werden, dass
es zum Abfallen des Innenputzes und eventuell zu geringen Abplatzungen der
Mauerwerkssteine, in Abhängigkeit von der Branddauer, kommen kann, ein Verlust der
Tragfähigkeit kann aber mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen
werden. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion nicht
denkbar.
Die südliche Außenwand (siehe Bauteil Nr. 9 in Tab. 4.9 und 4.10) des Wohnbaues in
Wien Stadlau ist in Holzbauweise ausgeführt. Dort erfolgt die Innenverkleidung der
Holzkonstruktion durch eine Lage Gipskartonplatten mit 15 mm Stärke und eine raum-
seitig davor angebrachte 25 mm starke Holzschalung. Wie aber schon in Abschnitt 4.1.2.1
näher beschrieben wurde, reicht eine solche Brandschutzbekleidung unter Umständen nicht
aus um die tragende Holzkonstruktion über einen längeren Zeitraum vor dem Brandangriff
zu schützen und ist daher aus brandschutztechnischer Sicht als bedenklich einzustufen. Als
Dämmstoff wurde eine Mineralwolledämmung zwischen den Holzstehern eingebracht.
Diese liefert per se keinen Beitrag zum Brandgeschehen, ihr Schmelzpunkt liegt je nach
Qualität bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Außenseitig sind die Holzsteher mit einer
15 mm starken Beplankung aus Gipskartonplatten versehen. Die Wetterschutzschicht
dieser Holzständerwandkonstruktion bildet eine 25 mm starke Holzschalung, die mit einer
30 mm dicken Hinterlüftung versehen ist. Diese Wandaufbauten entsprechen nach [9]
aufgrund der innen freiliegenden Holzverschalung einer Feuerwiderstandsklasse von F 30-
B (zukünftig REI 30 nach [49]).
Im Bereich des Wintergartens ist der oben beschriebenen Holzständerwand anstelle der
Wetterschutzschicht eine hinterlüftete Schale aus 12 cm Kalksandstein vorgesetzt. Dies hat
jedoch keinen Einfluss auf die Zuordnung zur Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig
REI 30 nach [49]) (siehe Bauteil Nr. 9a in Tab. 4.9 und 4.10).
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Ob in den Konstruktionshohlräumen sogenannte Firestops angeordnet wurden, ist aus den
Plänen nicht ersichtlich. Grundsätzlich ist dies jedoch auch nicht zu erwarten, weil
Firestops im deutschen Holzbau wenig bekannt sind. Firestops würden die Weiterleitung
von Feuer und Rauch in andere Geschosse bzw. Brandabschnitte verzögern. Sie sind
jedoch nicht in der Lage die Brandweiterleitung innerhalb der Konstruktion zu verhindern.
4.9.4.1.2 Fassade
Die brennbare Fassadenverkleidung aus Holz an der nordseitigen Massivwand führt zwar
zu keiner Verschlechterung der Feuerwiderstandsklasse der tragenden Wandschale, sie
kann aber die in Kapitel 4.2.1 näher ausgeführten Probleme der Brandweiterleitung über
die Fassade und der Weiterleitung der Flammen durch den Luftraum der Hinterlüftung mit
sich bringen. Es muss jedoch angeführt werden, dass der Brand der Fassadenverkleidung
nicht zur Entzündung der Tragstruktur führen kann, wie dies bei der Holzbauweise der Fall
ist.
Die Fassadenverkleidung der südlichen Außenwand wird durch eine 25 mm starke
hinterlüftete Holzschalung gebildet. Diese Art der Fassadengestaltung bringt alle schon in
Kapitel 4.2.2 beschriebenen Nachteile mit sich. Es ist mit einer sehr raschen Brandweiter-
leitung über die Fassade in angrenzende Wohnbereiche und in die Dachkonstruktion zu
rechnen. Weiters kann durch die sehr rasch erfolgende Flammenweiterleitung in der
Hinterlüftung die Entzündung der tragenden Holzstruktur beschleunigt werden.
4.9.4.1.3 Öffnungen
Öffnungen in Gebäuden in Holzbauweise müssen so ausgeführt sein, dass eine Einleitung
von Feuer und Rauch in die Konstruktion bzw. eine Brandweiterleitung in andere
Gebäudeabschnitte verhindert wird. Zu diesem Zweck soll die Brandschutzbekleidung in
den Öffnungen mit Fugenversatz, Stufenfalz oder Nut- und Federverbindungen ausgeführt
werden.
Aus den zur Verfügung stehenden Plänen ist leider nicht eindeutig ersichtlich, wie die
Fugen bei den Öffnungen für die Fenster und Fenstertüren in der Südwand ausgeführt sind.
Es ist jedoch, im Gegensatz zum vorher untersuchten Wohnbau in Regensburg positiv zu
Seite 144
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
vermerken, dass auch die Fensterleibungsverkleidung zweilagig ausgeführt ist, wobei nur
die obere Verkleidungslage stumpf mit dem Fensterstock gestoßen wird und somit keine
durchgehende Fuge entsteht. Wie aber schon in Abschnitt 4.1.2.1 näher beschrieben wurde,
reicht eine solche Brandschutzbekleidung unter Umständen nicht aus um die tragende
Holzkonstruktion über einen längeren Zeitraum vor dem Brandangriff zu schützen und ist
daher aus brandschutztechnischer Sicht als bedenklich einzustufen. Der Stoß der
zweilagigen Brandschutzbekleidung an das Fensterbrett im Erdgeschoss ist bei beiden
Lagen stumpf ausgeführt und begünstigt so eine direkte Brandeinleitung in die
Konstruktion mit daraus resultierender Entzündung der Tragkonstruktion.
Der Ausbildung der Öffnungen in den Massivbauteilen ist in Hinblick auf einen möglichen
Brandeintrag in die Konstruktion keine so große Aufmerksamkeit zu widmen, wie dies in
der Holzbauweise der Fall ist. Der Innenputz wird bis an die Fenster- und Türstöcke
geführt. Da die tragende Konstruktion unbrennbar und ein Brandangriff in der Fuge
zwischen Putz und Tür- bzw. Fensterstock aus der Sicht des Brandschutzes unbedenklich
ist, ergeben sich diesbezüglich keine Brandrisiken.
Die Tatsache, dass die Türen und Fenster im Allgemeinen einen geringeren Feuer-
widerstand als die Wandbauteile, in die sie eingebaut sind, aufweisen, ist bauweisen-
unabhängig und muss als generelles Gefahrenpotential akzeptiert werden. Gleiches gilt für
das Faktum, dass im Brandfall die Türen offen sein können, wodurch eine ungebremste
Brandweiterleitung in sämtliche Nebenräume erfolgen kann.
4.9.4.1.4 Deckenbauteil
Die Massivdecken der Nordzone (siehe Bauteil Nr. 5 in Tab. 4.9 und 4.10) des Wohnbaus
sind als 20 cm dicke Stahlbetonplatten ausgeführt. Da die Durchwärmungsgeschwindigkeit
einer solchen Decke als äußerst gering anzusetzen ist, kommt es nur zu einer
oberflächlichen, bis maximal wenige Zentimeter tief reichenden Zerstörungen der Decke.
Mit dem wie in Tab. 4.9 beschriebenen Aufbau wird eine Feuerwiderstandsdauer von
mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen (siehe Tab. 4.10) erreicht.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
Ergebnisse mehrerer Realbrandversuche bestätigen, dass es bei einem Brand in einem
massiv errichteten Gebäude zwar zu optischen Schädigungen der Stahlbetondecken
kommen kann, nicht jedoch zu einem Verlust der Tragfähigkeit ( siehe [5]).
Bei der Holzdecke in der Südzone (siehe Bauteil Nr. 6 in Tab. 4.9 und 4.10)des Gebäudes
sind die tragenden Sparren im Wohnraum frei sichtbar, d.h. sie sind einer dreiseitigen
Brandbeanspruchung ausgesetzt. Die darüber liegende 20 mm starke Holzschalung
unterschreitet die Mindestdicke nach [9] von 28 mm für eine Einordnung in die
Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig REI 30 nach [49]) deutlich. Des weiteren ist das
Fehlen einer mineralischen Dämmschicht zu bemerken, die für die o.a.
Feuerwiderstandsklasse eine Mindestdicke von 15 mm aufweisen müsste.
Dies hat zur Folge, dass der Deckenbauteil der Wohngebäude in Wien Stadlau keine
Feuerwiderstandsklasse aufweist.
Durch die Untersicht aus Holz ist das Deckenelement einer flächigen Verkleidung aus
Holz bzw. Holzwerkstoffen gleichzusetzen. Bei Brandversuchen (siehe auch 4. Teilbericht
des Forschungsprojektes - „Einfluss der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko“)
wurden in Räumen mit Holzverkleidung mit Werten von über 14 Vol.-% um das 3- bis 4-
fache höhere CO-Konzentrationen festgestellt als in Räumen ohne Holzverkleidung. Da
die Brand- und Rauchgase durch den hohen Fugenanteil bei Holzbauweisen besonders
rasch weitergeleitet werden, steigt die Gefahr einer tödlichen Kohlenmonoxidvergiftung
auch in den an den Brandraum angrenzenden Räumen.
Der Vollholzbalken der Dachkonstruktion ist ebenfalls vom Rauminneren aus sichtbar und
somit einer dreiseitigen Brandbeanspruchung ausgesetzt. Mit seinen Abmessungen von
10/20 und einer Stützweite von mehr als 4 m ist eine Einordnung nach [9] in die
Feuerwiderstandsklasse F 30-B (zukünftig REI 30 nach [49]) nicht möglich. Der darüber
liegende Dachaufbau wie in Tab. 4.9 beschrieben würde eine solche Einordnung nach [9]
ermöglichen, da es aber schon vorher zu einem Versagen der tragenden Holzbalken
kommen wird, ist diese Einordnung jedoch nicht maßgebend. Somit kann auch für die
Dachkonstruktion keine Feuerwiderstandsklasse angegeben werden.
Seite 146
Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9.4.1.5 Verbindungen, Anschlüsse und Fugen
Soweit aus den zur Verfügung stehenden Plänen ersichtlich erfolgt die Verbindung der
Holztragstruktur durch ingenieurmäßige Verbindungsmittel, d.h. durch Nägel, Schrauben,
Klammern, Stahlformteile. Werden diese metallischen Verbindungsmittel nicht durch
zusätzliche Abdecklagen vor der Brandeinwirkung geschützt, so können diese im Normal-
brand nicht einmal eine F 30 –Qualifikation (zukünftig REI 30 nach [49]) erreichen.
Aus den zur Verfügung stehenden Plänen ist nicht eindeutig ersichtlich wie die
Verbindungen im Detail ausgeführt sind, es ist jedoch anzunehmen, dass die
Stahlverbindungsmittel der Deckenbalken über dem Erdgeschoss nicht vom Rauminneren
aus sichtbar angeordnet sind. Eine solche Ausführung würde eine Einordnung in die
Feuerwiderstandsklasse F 30 (zukünftig REI 30 nach [49]) erreichen.
Beim Anschluss der Holzständerwand an die massive Wohnungstrennwand wird die
zweilagige Brandschutzbekleidung stumpf mit der Massivwand gestoßen. Da jedoch der
Verputz der Massivwand ebenfalls stumpf mit der Brandschutzbekleidung gestoßen wird
entsteht dort keine durchgehende Fuge und somit wird die Einleitung des Brandes in die
tragende Holzstruktur um den Zeitraum des Abplatzens der Putzschicht hinausgezögert.
Anders verhält es sich beim Stoß der Holzdecke mit der Holzständerwand. Da die
zweilagige Brandschutzbekleidung stumpf mit der Schalung über den Deckenträgern
gestoßen wird entsteht hier eine durchgehende Fuge, die die Einleitung von Rauchgasen
und die Weiterleitung des Brandes in die Holzkonstruktion nicht verhindert.
Die Auflagerung der Stahlbetondecken erfolgt bei dem untersuchten Wohnhaus über die
gesamte Breite der tragenden Wand, sodass ein Versagen dieses Anschlusses auch im
schlimmsten Fall, den hier das Abplatzens von bis zu 2 cm starken Schalen des
Mauerwerkes oder die übermäßige Durchbiegungen des Deckenbauteils darstellen, nicht
gegeben ist. Die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion liegt somit ausgehend von den
Feuerwiderstandsklassen der tragenden Bauteile nach Tab. 4.10 bei mindesten 180
Minuten unter Normbrandbedingungen.
Die Anschlüsse der massiven Wände stellen durch die massive Ausführung aus
brandschutztechnischer Sicht ebenfalls kein Problem dar.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
4.9.4.1.6 Installationen
Aus den vorhandenen Planunterlagen lässt sich nicht entnehmen, wie die Installations-
führungen im Detail angelegt sind.
Generell kann aber gesagt werden, dass es durch die Installationen im Massivbau zu keiner
Brandfortleitung in die Konstruktion kommen kann. Durch die Installationsleitungen und
Installationsschächte kann es aber zu einer Rauchausbreitung innerhalb des Gebäudes
kommen. Weiters besteht die Möglichkeit einer Brandfortleitung in andere Räume bei
Verwendung von brennbarem Installationsmaterial.
In der Holzbauweise können Durchdringungen für oder von Installationen zu einer raschen
Brandweiterleitung im Gebäude beitragen, d.h. sie stellen ein bauweisenimmanentes
Gefahrenpotential dar. Darum sollten Installationen grundsätzlich in Schächten, Kanälen,
Vorwandkonstruktionen oder Deckeninstallationsebenen geführt werden. Bei dem
untersuchten Wohnbau kann aus den zur Verfügung stehenden Plänen lediglich entnom-
men werden, dass es weder eine Deckeninstallationsebene noch eine Vorwandinstallation
gibt und somit davon auszugehen ist, dass die Installationen innerhalb der tragenden
Konstruktionen liegen. In dieser innerhalb der Konstruktion verborgenen Position können
sie, wie schon in Kapitel 4.6.2 beschrieben, einerseits als potentielle Zündquellen wirksam
werden und andererseits der Brandfortleitung innerhalb der Konstruktion Vorschub leisten.
4.9.4.1.7 Treppenhaus
Da sämtliche Wohneinheiten direkt vom Freien betreten werden, ist bei diesem Wohnbau-
projekt kein notwendiges Treppenhaus erforderlich.
4.9.4.1.8 Gesamtbeurteilung
Bei diesem Wohnbauprojekt können die brandschutztechnischen Vorteile der Massiv-
konstruktion sehr gut erkannt werden. Der Massivteil in der Nordzone des betrachteten
Gebäudes weist ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen bereits einen Brandwiderstand von
mindestens 180 Minuten unter Normbrandbedingungen auf; d. h. es ist nicht
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
wahrscheinlich, dass die Tragstrukturen dieses Gebäudeteiles selbst bei einem voll
entwickelten Brand versagen werden. Somit ist in diesem Gebäudeteil ein Innenangriff der
Feuerwehr zur Brandbekämpfung möglich und es können auch Rettungsversuche der
Insassen durchgeführt werden.
Ganz anders verhält es sich bei dem Gebäudeteil, der in Holzbauweise ausgeführt ist. Die
Tragstrukturen der Geschossdecke und der Dachkonstruktion sind unverkleidet und der
Brandbeanspruchung vollkommen ausgesetzt. Sie weisen keine Feuerwiderstandsklasse
auf und es ist damit zu rechnen, dass das Tragsystem zu einem sehr frühen Zeitpunkt ,d.h.
noch vor dem erreichen der 30-sten Minute, versagen wird. Der Wandbauteil, der eine
Brandwiderstandsdauer von mindestens 60 Minuten unter Normbrandbedingungen
aufweist, ist somit für die Beurteilung der Tragfähigkeitsdauer der Gesamtkons truktion
nicht maßgebend. Für die Löschmannschaften wäre es äußerst riskant diesen in Brand
befindlichen Gebäudeteil zu betreten und Rettungsmaßnahmen für die Bewohner
durchzuführen. Der Personenschutz ist in diesem Gebäudeteil also als sehr gering zu
erachten.
Der Schutz der benachbarten Gebäude ist in dieser Reihenhausanlage ebenfalls nicht als
besonders gut zu bezeichnen, da es durch den Wintergarten, dessen Abschluss nach außen
und zum Nachbarwintergarten nur durch eine Isolierverglasung ohne Brandwiderstands-
klasse gebildet wird, nach dem Zerspringen dieser Verglasung zu einer Brandfortleitung in
das benachbarte Gebäude kommen kann.
Auch dem Problem der Rauchgasfortleitung muss bei diesem Projekt besonders Rechnung
getragen werden, da es abgesehen von der Weiterleitung der Rauchgase durch die
Holzkonstruktion, die durch den höheren Fugenanteil im Vergleich zum Massivbau eher
luftdurchlässig ist, zusätzlich noch zu einem Eintrag der Brandgase vom Wintergarten in
die Schlafräume im Obergeschoss durch die Lüftungswalze kommen kann.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
5 Qualitätsvergleich der beiden Bauweisen
5.1 Bauausführung
Die brandschutztechnisch korrekte Bauausführung eines Gebäudes in Holzbauweise steht
in direktem Zusammenhang mit den hohen Gesamtkosten. Im Gegensatz zu den massiven
Bauweisen aus Ziegel oder Stahlbeton bzw. zum Stahlbau kann bei der Holzbauweise nicht
nur die äußere Brandeinwirkung, sondern auch eine Brandentstehung innerhalb der
Konstruktion zur Entzündung der Tragstruktur führen.
Die Wahl entsprechender Baustoffe, d.h. eine geeignete Werkstoffkombination für die
Verkleidungslagen, zweckmäßige Bauteilaufbauten, günstige Gebäudegeometrien und vor
allem die aus brandschutztechnischer Sicht einwandfreie und fehlerlose Ausführung
sämtlicher Konstruktionsdetails, wie z.B. Verbindungen, Fugen- und Anschlussdetails und
Durchdringungen für Installationen, bilden die Voraussetzungen dafür, dass die
Entstehung, Ausbreitung und Auswirkung von Feuer und Rauch verhindert wird. Dieses ist
in der Praxis jedoch nicht erreichbar, d.h. es entsteht ein bauartimmanentes erhöhtes
Brandrisiko bei der Holzbauweise.
Die Holzbauweise gilt hinsichtlich ihres Brandverhaltens grundsätzlich als nicht
fehlertolerant. Dies trifft insbesondere auf die bauweisenimmanenten Risiken der
Brandentstehung innerha lb der Bauteile sowie der Brandeinleitung in die Konstruktion zu.
Im Rahmen eines Vortrags in Deutschland [46] wurden Ergebnisse einer
brandschutztechnischen Beurteilung der Trockenbauweise veröffentlicht. Die Abb. 5.1
zeigt, dass dabei eine genaue Analyse der Fehlerquellen erfolgte, wobei eine
Unterscheidung in Planungs-, Ausführungs- und in Produktfehler vorgenommen wurde.
60%30%
10%
PlanungsfehlerAusführungsfehlerProduktfehler
Abb. 5.1: Fehlerquellen bei der Trockenbauweise nach [46]
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Das Diagramm offenbart, dass es sich bei den Mängeln in 60% der Fälle um
Planungsfehler, in 30% um Ausführungsfehler und in 10% um Produktfehler gehandelt
hat. Diese Angaben zeigen, dass dem vorbeugenden baulichen Brandschutz noch mehr
Aufmerksamkeit gewidmet werden muss. Der mit 60% extrem große Anteil an
Planungsfehlern liegt in der Regel im Verantwortungsbereich des Architekten, d.h. es fehlt
in der Architekturszene nach wie vor eine Bewusstseinsbildung bezüglich der
bauweisenspezifischen Risiken und Gefahrenpotentiale in der Holzbauweise. Des weiteren
zeigen diese Untersuchungen deutlich, dass die fachgerechte Ausführung nicht
vorausgesetzt werden kann, denn die durch Ausführungsfehler verursachten Mängel liegen
in einer Größenordnung von 30%. Verhältnismäßig gering liegen im Vergleich zu den
beiden genannten Fehlerquellen die Produktfehler mit einem Anteil von 10%.
Ein Holzbau verzeiht mangelhafte Brandschutzmassnahmen nicht, d.h. er verhält sich
bezüglich der exakten Planung und Ausführung von Anschluss- und Fugendetails nicht
fehlertolerant. Es gibt eine Vielzahl an Detaillösungen, die geeignet sind, um die
Weiterleitung von Feuer und Rauchgasen über die Fugen und Anschlüsse in die
angrenzenden Räume zu verzögern. Dieser Problematik ist bei der Holzbauweise, die
durch einen hohen Fugenanteil gekennzeichnet ist, besonderes Augenmerk zu widmen. Es
ist statistisch belegt, dass der Großteil der Brandtoten einer Kohlenmonoxidvergiftung in
den an den Brandraum anschließenden Räumen zuzuordnen ist. Die aus
brandschutztechnischer Sicht wirksame Ausführung dieser Konstruktionsdetails erfordert
wie die entsprechende Ausführung der Verbindungen einen hohen Arbeitsaufwand und
teure Facharbeiter, dieses ist in der Praxis kaum erreichbar.
Der Anteil der Fehlerhäufigkeit bei Kabeldurchführungen im Deckenbereich des
Dachgeschosses beträgt bei den deutschen Untersuchungen [43] 11,4 %. Der Dachbereich
wird im Gegensatz zu den übrigen Geschossen meist in Leichtbaukonstruktion ausgeführt.
Wenn die Anschlusspunkte anschließend nicht ausreichend befestigt werden, so kann hier
die Luft in die Installationsebene und dann an den Durchdringungspunkten in den
Innenraum gelangen. Dieser Weg kann auch zur Weiterleitung von Feuer und Brandgasen
dienen.
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Die von der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. [43] in Deutschland
durchgeführten Prüfungen zeigen deutlich, dass sich die Zahl der zu durchdenkenden
Details bei aufwendigeren Gebäuden wesentlich erhöht und praktisch oft mit sehr großem
Aufwand verbunden sind. Konstruktiv einfache und rechtzeitig durchdachte Anschlüsse,
die mit entsprechender Sorgfalt auf der Baustelle umgesetzt werden, führen meist zu sehr
guten Ergebnissen.
Ein vom Institut Wohnen und Umwelt GmbH. [17] herausgegebener Bericht weist nach,
dass die untersuchten Mehrfamilienhäuser auf das Volumen bezogen dichter als
Einfamilienhäuser sind. Die Ursache liegt im günstigeren Verhältnis der Oberfläche zum
Volumen. Die betrachteten Mehrfamilienhäuser waren entweder rein massiv gebaut oder
hatten einen nur geringen Leichtbauanteil. Obwohl, qualitativ beurteilt, bei Mischbauten
der Leichtbauanteil undichter ist als der Massivteil, wirkt sich das aber offensichtlich nicht
dahingehend aus, dass Mehrfamilienhäuser grundsätzlich dichter sind als
Einfamilienhäuser.
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6 Zusammenfassung
Die vorliegende Untersuchung zeigt eindeutig, dass die Verwendung von brennbaren
Baustoffen für Tragsysteme im Wohnbau aus den verschiedensten Gründen zu einer
deutlichen Erhöhung des Brandrisikos führt. Neben dem bauweisenimmanenten
Risikopotential, das für Holzbauten bereits bedeutend höher anzusetzen ist als für
Massivbauten, lässt die Tatsache, dass die Herstellung von beplankten
Holzkonstruktionsweisen besonders hohe Anforderungen an die Planer und ausführenden
Firmen hinsichtlich einer zuverlässigen, brandschutzgerechten Bausausführung stellt,
weiterführende Problematiken erkennen.
Ein Gebäude in massiver Bauweise verhält sich sowohl hinsichtlich der exakten
Durchplanung sämtlicher Detaillösungen als auch im Hinblick auf die fehlerfreie
Ausführung durch die Baufirmen in Bezug auf den Brandschutz sehr viel fehlertoleranter
als ein Haus in Holzbauweise. Durch den immer weiter steigenden Kosten- und
Termindruck auf den Baustellen ist es auch bei einer aus brandschutztechnischer Sicht
akzeptablen Planung des Holzbaus kaum möglich, dass die Ausführung der konstruktiven
Details für den Brandschutz in allen Fällen die nötige Beachtung findet. Das beginnt mit
der Verlegung von Versorgungsrohren in den Hohlräumen von Wänden und Decken und
endet bei dem Verlegen von Kabeln und dem Einbau von Steckdosen. Selbst die
Mitarbeiter von Fachfirmen (z. B. Installateure, Elektriker, etc.) haben bezüglich
Brandschutz üblicherweise keine spezifischen Kenntnisse oder Erfahrungen.
In Bezug auf den Brandschutz sind Mängel und Schäden bei Holzbaukonstruktionen im
Wesentlichen auf folgende drei Ursachen zurückzuführen:
• Planungsfehler
• Ausführungsfehler und
• Nutzerverhalten.
Unter der letztgenannten Ursache ist besonders auch auf den Anteil an Eigenleistungen
durch den Gebäudenutzer bzw. Mieter hinzuweisen. Eigenleistungen, wie auch
nachträglich durchgeführte Änderungen in den Installationen oder elektrischen Leitungen,
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stellen ein nicht zu unterschätzendes, zusätzliches Gefahrenpotential aus der Sicht des
Brandschutzes dar, welches bei den Massivbauweisen nicht vorhanden ist.
Zum Nutzerverhalten zählt unter anderem auch nachträgliches Fehlverhalten in der
Benutzung eines Holzbaues wie z.B. nachlässiger und verantwortungsloser Umgang mit
einem Heizstrahler, etc. Im Massivbau haben solche Verhaltensweisen keinerlei
gefährliche Auswirkungen auf die nichtbrennbaren tragenden Bestandteile der
Konstruktion, vorausgesetzt es kommen keine brennbaren Beplankungen zum Einsatz.
Bauweisen bestehend aus massiven Baustoffen weisen eine sehr hohe Nutzungstoleranz
auf, die darauf basiert, dass selbst bei unsachgemäßer Ausführung von elektrischen
Leitungen etc. in einem Wand- oder Deckensystem keine Brandinitiierung bzw. -weiter-
leitung in der Konstruktion erfolgen kann, weil keine brennbaren Baustoffe im Nahbereich
der Zündquelle vorhanden sind.
Des weiteren kann im Gegensatz zu den massiven Bauweisen aus Ziegel oder Stahlbeton
bei der Holzbauweise neben der äußeren Brandeinwirkung eine Brandentstehung innerhalb
der Konstruktion zur Entzündung der Tragstruktur führen. Die Wahl entsprechender
Baustoffe, d.h. eine geeignete Werkstoffkombination für die Verkleidungslagen,
zweckmäßige Bauteilaufbauten, günstige Gebäudegeometrien und vor allem die aus
brandschutztechnischer Sicht einwandfreie und fehlerlose Ausführung sämtlicher
Konstruktionsdetails, wie z.B. Verbindungen, Fugen- und Anschlussdetails und
Durchdringungen für Installationen, bilden die Voraussetzungen dafür, dass die
Entstehung, Ausbreitung und Auswirkung von Feuer und Rauch verhindert wird. Dieses ist
in der Praxis jedoch nicht erreichbar. Allein die Vielzahl von Bränden im Bereich von
Kaminen und Kachelöfen zeigt, dass Entzündungen innerhalb von Holzkonstruktionen mit
zu den häufigsten Brandursachen gehört.
Die vorliegende Untersuchung eines bestehenden Wohnbaus in Holzbauweise zeigt, dass
für die Bewertung der Feuerwiderstandsdauer der Gesamtkonstruktion vor allem die
Verbindungen und Anschlüsse eine wesentliche Rolle spielen. Die heute gebräuchlichen
ingenieurmäßigen Verbindungsmittel weisen nur dann einen akzeptablen Feuerwiderstand
auf, wenn sie durch zusätzliche Abdecklagen vor einer direkten Brandeinwirkung
geschützt werden. Dies bedeutet einen Mehraufwand an Arbeit und Einsatz von
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hochqualifizierten Arbeitskräften, die eine exakte, sorgfältige und somit auch teure
Ausführung der Verbindungen gewährleisten. Aus brandschutztechnischer Sicht
akzeptable Ausführungen der Verbindungen lassen sich jedoch auch mit einem hohen
Vorfertigungsgrad nur schwer realisieren.
Durch den herrschenden Mangel an brandschutztechnisch einwand- und fehlerfreien
Lösungen im Bereich der Verbindungsproblematik ist in den häufigsten Fällen im
Brandfall von einer relativ geringen Belastbarkeit der verwendeten Nagel- und
Schraubverbindungen auszugehen. Aktuelle Untersuchungen und Studien belegen, dass
diese im Normalbrand nicht einmal eine F30-Qualifikation erreichen; d. h. selbst wenn die
in den Wohnhäusern ausgeführten Wand- und Deckenkonstruktionen als Einzelelemente
eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten aufweisen, ist für das Gesamtsystem,
ausgehend von der brandschutztechnisch äußerst ungünstigen Ausführung der
Verbindungen und Anschlüsse, eine maximalen Feuerwiderstandsdauer von eventuell
weniger als 30 Minute unter Normbrandbelastung zu veranschlagen.
Bei Holzbauweisen kann somit grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass im Falle
eines nicht rechtzeitig gelöschten Brandes wesentliche Teile des Tragwerks bzw. das
gesamte Tragwerk versagen, weil die Verbindungen und eventuell auch Aussteifungen
zwischen den Elementen versagen. Die Feuerwiderstandsdauer jedes einzelnen Bauteils ist
somit für den Feuerwiderstand der Gesamtkonstruktion nicht ausschlaggebend, sondern die
Tragfähigkeit des Gesamtsystems wird beurteilungsrelevant. Dies betrifft vor allem den
Mehrgeschossbau.
Bei nicht brennbaren Massivbauweisen besitzen die Bauteile per se bereits einen hohen
Feuerwiderstand, der zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Bauteile durch das
relativ große Eigengewicht des Baustoffes für die Tragfähigkeit eine gewisse Dimension
aufweisen müssen; d. h. wird in Massivbauweise gebaut, erreicht man bereits basierend auf
den konstruktiv erforderlichen Abmessungen einen sehr hohen Feuerwiderstand der
Einzelbauteile und somit auch der Gesamtkonstruktion.
Bei Massivbaukonstruktionen ist im Gegensatz zum Holzbau auch nicht von
brandschutztechnischen Schwachstellen im Bereich der Anschlüsse auszugehen. Die
Anschlüsse der unterschiedlichen Bauweisen unterscheiden sich in der Regel in ihren
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materialtechnologischen Eigenschaften und der statischen Ausbildung des Systems; d. h.
im Massivbau sind zwei– bzw. vierseitig aufgelagerte Platten üblich, dies ist
brandschutztechnisch günstig. Im Holzbau kommt häufig die ungünstige Punktlagerung
zur Anwendung. Des weiteren treffen an den Anschlussstellen im Massivbau grundsätzlich
idente bzw. ähnliche Materialien zusammen, sodass eine homogenen und in vielen Fällen
monolithische Situation im Anschlussbereich geschaffen wird. Gerade im Holzbau wird
aber bewusst auf die aus brandschutztechnischer Sicht wichtige Eigenschaft der
Homogenität des Anschlusses unter dem Druck der Notwendigkeit hoher
Vorfertigungsgrade verzichtet. In den häufigsten Fällen kommt für die Verbindungsmittel
aus Kosten- und Ausführungsgründen Metall in Form von Schraub-, Platten-,
Nagelverbindungen etc. zu Anwendung. Die Verbindungsmittel unterscheiden sich somit
vom Konstruktionsmaterial Holz in ihren materialtechnologischen Eigenschaften sehr
stark. Diese Mischung sehr unterschiedlicher Materialien im Bereich der Anschlüsse kann
unter Umgebungsbedingungen (Temperatur ~20 °C)aus statischer Sicht zu verbesserten
Eigenschaften des Konstruktionsdetails führen, in Hinblick auf brandschutztechnische
Belange ist die Verbindung von brennbaren und metallischen Werkstoffen ohne
zusätzliche Schutzmaßnahme des Anschlussbereichs jedoch als nicht feuerwiderstandfähig
einzustufen. Ein dünnes Stahlelement wird im Normbrand innerhalb von 8 bis 13 Minuten
auf 500 °C erwärmt. Dies ist genau die kritische Stahltemperatur bei der tragende
Stahlelemente üblicherweise versagen. Im Massivbau sind demgegenüber homogen
ausgebildete Anschlusslösungen, wie sie aus brandschutztechnischer Sicht wünschenswert
sind, der Standardfall.
Die vorliegende Untersuchung eines bestehenden Wohnbaus in Massivbauweise zeigt
weiters, dass tragende Wände aus Sandsteinen von 17,5 cm Dicke mit beidseitigem
Verputz bereits einen Feuerwiderstand von F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]) erreichen,
und nichttragende und tragende Innenwände mit einer Dicke von 11,5 cm und beidseitigem
Verputz einen Feuerwiderstand von mindestens 90 Minuten (siehe Tab. 4.2), d. h. auch bei
einer beidseitigen Brandeinwirkung ergibt sich für das untersuchte Wohnprojekt eine
Tragfähigkeitsdauer von ca. 90 Minuten unter Normbrandbedingungen. Im Gegensatz dazu
weisen nichttragende und tragende Innenwände in Holzbauweise häufig keine oder eine
maximale Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten auf, d. h. bei einer beidseitigen
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Feuerbeanspruchung unter Normbrandbedingungen erreicht dieses Bauteil, weil es
zweiseitig wegbrennt, einen Feuerwiderstand von ca. 15 Minuten.
Beim Massivbau ist in Abhängigkeit von der Branddauer und -intensität mit einer
Zerstörung des Innenputzes und eventuell mit geringen Abplatzungen an den Ecken der
Steine zu rechnen, ein Verlust der Tragfähigkeit und damit ein Versagen der
Gesamtkonstruktion ist aufgrund der enormen Brandschutzreserven mit an Sicherheit
grenzender Wahrscheinlichkeit auszuschließen. Des weiteren ist eine Brandweiterleitung
innerhalb des Konstruktionshohlraumes nicht denkbar, da solche in der Regel nicht
vorliegen. Massivkonstruktionen weisen auch einen sehr hohen Widerstand gegen direkte
Durchdringung des Brandes durch ein raumabschließendes Bauteil auf (E-Kriterium),
somit ist ein Brandüberschlag in die darüber liegende bzw. benachbarte Wohnung
auszuschließen, d. h. das Abschottungsprinzip bzw. die Raumzellenbauweise ist in der
Form des Raumabschlusses wirksam.
Die Tab. 6.1 auf der folgenden Seite zeigt eine Gegenüberstellung und Bewertung der
wichtigsten im Rahmen der vorliegenden Untersuchung gewonnenen Erkenntnisse über
das Verhalten von Konstruktionselementen der Massiv- und Holzbauweisen unter
Brandeinwirkung. Darin sind bereits die zukünftig zu erwartenden Abkürzungen für den
Brandwiderstand von Bauteilen gemäß der europäischen Regelungen verwendet. Sie
bedeuten:
Benennung ÖNORM 3800 Teil 2 ÖNORM EN 13501 Teil 1 brandbeständig F 90 REI 90 hochbrandhemmend F 60 REI 60 brandhemmend F 30 REI 30
Zu beachten ist, dass die europäischen Bezeichnungen keinerlei Aussagen hinsichtlich der
Brennbarkeit der Konstruktion beinhalten. Soweit es diesbezüglich Anforderungen gibt,
müssten diese im Rahmen von nationalen Anwendungsdokumenten zur ÖNORM
EN 13501 Teil 1 geregelt werden. Im Rahmen der o. g. Klassifizierungen sind in
Österreich derartige Regelungen derzeit nicht vorgesehen. In der Bundesrepublik
Deutschland gilt demgegenüber, dass brandbeständ ige Bauteile in den wesentlichen Teilen
aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen müssen.
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Bewertung der Gesamtkonstruktion
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Tab. 6.1: Gegenüberstellung des Verhaltens von Konstruktionselementen der Massiv- und Holzbauweisen unter Brandeinwirkung
Konstruktionselemente aus Ziegel,
Stahlbeton, Beton, etc Konstruktionselemente aus Holz bzw. Holzwerkstoffe
Verhalten Konstruktions-elemente aus
Ziegel, Beton etc.1
Verbindungen, Anschlüsse
Konstruktions-elemente aus
Vollholz
Verkleidetes Holztragwerk
Zimmermanns-mäßige
Verbindungen
Metallische Verbindungen
Geklebte Verbindungen
Brandverhalten REI-Rating
grundsätzlich >> REI 90
-- abhängig von
Bemessung i.d.R aber ≤ REI 60
abhängig von Ausführung der
Verkleidung i.d.R. ≤ REI 60
-- -- --
Feuerwiderstand der Verbindung --
i. d. R. kein Unterschied zum Wand-, Decken-
o. Stützenelement
-- -- relativ hoch ≤ REI 60
ohne Schutz relativ gering
< F30
ohne Schutz schlecht
< F30
Verhalten der Verbindung --
durch homogene, monolithische
Ausbildung kein Unterschied zu
Einzelelementen
-- --
Versagen wie Konstruktions-elemente aus
Vollholz
separates Versagen der Verbindungs-mittel möglich
separates Versagen der
Verbindungen zu erwarten
Bildung von Brandgasen (CO, etc.) aus der Konstruktion
nein2 nein2 sehr hoch niedrig3 Weiterleitung durch Fugen
Weiterleitung durch Fugen
Weiterleitung durch Fugen, zusätzlicher
Eintrag durch brennbare Klebstoffe
Direkte Entzündbarkeit (Raumbrand)
nein nein ja nein3 nein4 -- nein4
Indirekte Entzündbarkeit (Zündung in Konstruktion)
nein nein ja ja -- -- --
Brandfortleitung nein ja Nutzungstoleranz grundsätzlich gegeben grundsätzlich nicht gegeben 1 beispielsweise nach ÖNORM B3800 Teil 4: 10 cm Betonwand REI 90, 10 cm Leichtbetonwand EI 90, 17 cm Hohlblocksteinmauerwerk REI 90 2 durchgehend nicht brennbarer Wandaufbau vorausgesetzt (mineralische Isolierung) 3 bei fortschreitender Brandeinwirkungsdauer ja bzw. gegeben 4 bei nichtbrennbar verkleideten Holztragwerken erst nach fortgeschrittenen Brandeinwirkungen
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7 Schlussfolgerung
Die Tatsache, dass Wohngebäude in der Regel hohen Brandgefahren ausgesetzt sind, d. h.
Brände per se nicht verhindert werden können, bedingt im volkswirtschaftlichen Interesse
die Notwendigkeit, den potentiellen Personen- und Sachschaden von Bränden zu minimie-
ren. Die Abschätzung des Gefährdungspotentials von Bränden erfordert sowohl eine
Analyse des möglichen Brandablaufes als auch die Kenntnis der Wechselwirkungen
zwischen dem Brand und den vom Brand betroffenen Bauteilen. Im vorliegenden Bericht
wurde daher der Versuch unternommen, die im Falle eines Brandes auftretenden
Belastungen für die einzelnen Bauteile bei unterschiedlichen Bauweisen und auch im
Hinblick auf das Verhalten der Gesamtkonstruktion im Detail zu erfassen und zu bewerten.
Grundsätzlich ist bei einem Wohnungsbrand, ausgehend von einem Brandursprung im
Wohnzimmer, mit einer Brandleistung in einer Größenordnung zwischen ca. 4 und 6 MW
zu rechnen. Diese Größenangabe bezieht sich im Wesentlichen auf die mobilen
Brandlasten, d. h. auf die Einrichtungsgegenstände und das Mobiliar und kann auch
abhängig vom sozialen Umfeld, den sozioökonomischen Einflussfaktoren etc. eine gewisse
Brandbreite aufweisen. Des weiteren ist in dieser Betrachtung ein erfolgreicher
Löschangriff von Seiten der Feuerwehr in Zeiträumen von weniger als ca. 15 Minuten
nicht berücksichtigt, d. h es wird angenommen, dass der Brand im Anfangsstadium
unbemerkt bleibt und eine gewisse Intensität erreichen kann, bevor die Alarmierung der
Feuerwehr erfolgt. Untersuchungen aktueller Brandereignisse aus dem amerikanischen
Raum, die im 4. Teilbereicht des Forschungsprojektes BAU! MASSIV! im Detail
dargestellt sind, bestätigen, dass eine solche Annahme der Realität entspricht, weil die
oben erwähnten Wohnungsbrände in den häufigsten Fällen in der Nacht auftreten. Die
absehbaren sozialen und gesellschaftlichen Entwicklungstendenzen in Österreich und die
unbekannten zukünftigen Entwicklungen der öffentlichen Hilfsdienste rechtfertigen
ebenfalls eine solche Annahme. In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen
werden, dass die Hilfsfristen und Einsatzstärken zwischen den Berufsfeuerwehren und den
freiwilligen Feuerwehren bereits heute stark variieren können. Tendenziell ist die
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Schlagkraft der Feuerwehr vor allem im Hinblick auf die Hilfsfrist im ruralen Bereich
schwächer zu bewerten als in urbanen Bereichen mit Berufsfeuerwehren.
Die o. g. Brandleistung um 4 bis 6 MW beschreibt einen Brand, der auf das Wohnzimmer
beschränkt bleibt und sich zunächst weder auf die angrenzenden Raumbereiche noch
innerhalb der Konstruktion fortsetzt. Vorliegende Untersuchungen haben gezeigt, dass
diese Annahme für alle Konstruktionsbereiche im Massivbau zutrifft, da sich im
Wesentlichen weder die Konstruktion an dem Brand beteiligt, und somit keinen Beitrag
zur Verschärfung der Brandintensität leistet, noch die Tragfähigkeit selbst bei
Brandeinwirkung über eine längere Zeitperiode z. B. von 2-3 Stunden verloren geht und
ebenso über diesen Zeitraum der Raumabschluss und die Dämmwirkung erhalten bleiben.
Dies bedeutet für die Massivbauweisen zwar, dass der betrachtete Bereich ausbrennen
kann, die Brandweiterleitung durch die Konstruktion bzw. durch das Versagen des
Raumabschlusses jedoch nicht zu befürchten ist. Die Tragfähigkeit der massiven
Konstruktion ist unter diesen Bedingungen ebenfalls nicht gefährdet.
Für Holzbauweisen kann dieser Nachweis jedoch nicht geführt werden. Die detaillierte
Überprüfung der Einzelelemente und in weiterer Folge des Zusammenwirkens der
Einzelelemente der Gesamtkonstruktion hat gezeigt, dass vor allem kritische
Problembereiche wie z. B: Öffnungen, Installationen, Verbindungen, Anschlüsse, Fugen
etc. zu einer bedeutenden Schwächung der Einzelelemente für die Wand-, Decken und
Dachbauteile führen, d. h. in den häufigsten Fällen ist durch die geringe Belastbarkeit
dieser Problemzonen im Brandfall nur eine maximale Feuerwiderstanddauer von 30
Minuten unter Normbrandbedingungen für das Gesamtsystem erreichbar. Nach Ablauf
dieser Zeitspanne ist mit einem brandschutztechnischen Versagen eines
Konstruktionsbauteils zu rechnen. Je nach Art des versagenden Bauteils ist der Verlust des
Raumabschlusses im Brandursprungsbereich, also die Brandweiterleitung, bis hin zum
Einsturz des Gebäudes durch das Versagen eines für die Tragfähigkeit des Gesamtsystems
statisch notwendiges Elements (i. d. R. eines Anschlusses) möglich. Dies kann im Prinzip
nur durch eine automatische Löschanlage bzw. durch eine automatische
Brandmeldeanlage, die das Eintreffen der Feuerwehr beim Brandgeschehen innerhalb von
10 Minuten unterstützt, verhindert werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass
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in dieser Betrachtung eine Intensivierung des Brandgeschehens durch die Beteiligung der
brennbaren Bestandteile der Holzverschalung und -konstruktion noch nicht berücksichtigt
ist. Es liegen z. B. Brandschutzerfahrungen darüber vor, dass die Brandweiterleitung an
einer 5-geschossigen Holzfassade innerhalb eines Zeitraums von ca. 1 Minute erfolgte
(Brandausbreitungsgeschwindigkeit >10 m/min).
Die vorliegende Untersuchung belegt weiters, dass sich der o. g. Aspekt der
Brandweiterleitung als besonders kritisch auf die Verschlechterung der Flucht- und
Rettungssituation im Brandfall für die Gebäudenutzer aber auch in Bezug auf die
Möglichkeiten eines Innenangriffes durch die Feuerwehr und sonstige Einsatzkräfte
auswirkt. Je nach Zeitpunkt des Beginns eines Löschangriffes kann bei Holzkonstruktionen
die Situation eintreten, dass aufgrund der Beteiligung der brennbaren Materialien das
Brandgeschehen eine so große Intensität erreicht, dass ein Innenangriff für die
Einsatzkräfte zu gefährlich ist und somit ein Löscherfolg nicht mehr erzielt werden kann.
Unter solche Randbedingungen ist die erfolgreiche Unterdrückung der Brandausbreitung
ebenfalls unmöglich, d. h. ein Totalverlust der Konstruktion ist unvermeidbar.
Der Massivbau kennt solche Probleme in der Regel nicht. Ein Innenangriff und direkter
Löschangriff auf den Primärbrandbereich ist auch bei relativ spätem Eintreffen der
Feuerwehr am Brandgeschehen in der Regel noch möglich, weil die Gefahr eines
Einsturzes nicht gegeben ist. Da im Massivbau mit einem Versagen des Raumabschlusses
ebenfalls nicht zu rechnen ist, kann die Brandrausbreitung in angrenzende Räume bzw.
Wohnungen nur über Öffnungen wie. z. B. Fenster erfolgen; diese Form der
Brandfortleitung ist jedoch durch den Außenangriff der Feuerwehr beherrschbar bzw.
vermeidbar.
Durch die Beteiligung der Konstruktionsmaterialien am Brandgeschehen stellen sich in
Holzbauten ungünstigere Verhältnisse in Bezug auf die Kohlenmonoxidkonzentration, CO-
Ausbreitung und Temperaturentwicklung im Gebäude ein als bei massiven, nicht
brennbaren Bauweisen; das bedeutet im Einzelnen, dass einerseits eine relativ kurze
Zeitspanne von Brandbeginn an für die Flucht und Rettung zur Verfügung steht und
andererseits nach kurzer Zeit das brandschutztechnische Versagen von Gebäudeteilen zu
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beachten ist, d. h. auch dass die Benutzung der Fluchtwege bedeutend erschwert wird. Als
„Vorteil“ bei Holzbauweisen wird gelegentlich erwähnt, dass diese Konstruktionen in der
Regel nicht schlagartig Versagen. Dass diese Meinung nicht allein richtig ist, hat der in
Abschnitt 4.5.3 beschriebenen Brandfall gezeigt, bei dem aufgrund einer derartigen
falschen Einschätzung des Tragverhaltens einer Holzkonstruktion 2 Feuerwehrmänner
tödlich verunglückt sind.
In Summe führt der gegenständliche Vergleich von massiven, nichtbrennbaren Bauweisen
mit brennbaren Holzkonstruktionssystemen zu der Einsicht, dass Massivbauweisen durch
ihr aus brandschutztechnischer Sicht günstigeres Verhalten der Gesamtkonstruktion ein
erheblich höheres Sicherheitsniveau besitzen als brennbare Holzkonstruktionen. Die
Sicherheit von Holzkonstruktionen kann prinzipiell nur durch automatische Brandlöschung
oder brandsichere Verkleidung sämtlicher brennbarer Oberflächen mit nichtbrennbaren
Baustoffen erfolgen.
Der mehrgeschossige Holzbau wird im allgemeinen Meinungsbildungsprozess in seinen
gebäudetechnischen Eigenschaften dem bestehenden Geschossbau in Massivbauweise
gleichgestellt. Es findet daher nur eine Materialsubstitution von nichtbrennbaren
Baumaterialien durch Holz und Holzwerkstoffe unter scheinbarer Beibehaltung der
normativen brandschutztechnischen Erfordernisse einzelner Bauteile des Bauwerks statt.
Dies ist jedoch aufgrund des materialtechnologischen und statischen Verhaltens der
unterschiedlichen Konstruktionen sicherheitstechnisch nicht nachvollziehbar und äußerst
bedenklich. Um nur annähernd ein ähnlich sicheres brandschutztechnisches Niveau zu
erreichen wie es in der Vergangenheit vorhanden war und derzeit im Massivbau per se
gegeben ist, sind im Holzbau neben komplizierten konstruktiven Maßnahmen (z. B.
Vermeidung brennbarer Oberflächen, Brandschutz der Anschlüsse und Verbindungen)
auch aktive, anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen (kombinierte Brandmelde- und
Sprinkleranlagensysteme) erforderlich. Dies würde in letzter Konsequenz jedoch dazu
führen, dass die Argumente für den Holzbau in Bezug auf Kostengünstigkeit und
Wohnkomfort wirtschaftlich und technisch nicht nachweisbar sind.
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Institut für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz
8 Literaturverzeichnis
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Bewertung der Gesamtkonstruktion
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9 Anhang: Beschreibung der Bauweisen
9.1 Statisch-konstruktiver Aufbau von Gebäuden
Die konstruktive Untersuchung eines Bauwerks bzw. die Bewertung der Gesamtkonstruktion
erfordert einerseits die Betrachtung einzelner Bauteile, deren Aufgaben, Herstellung und
Baustoffe und andererseits die Betrachtung des Zusammenwirkens sämtlicher
Konstruktionselemente als Ganzes. Hiervon hängt die Standfestigkeit des Gebäudes, sowohl
unter den üblichen Gebrauchslasten als auch unter speziellen Belastungen, wie dies z.B. die
Brandeinwirkung darstellt, ab.
Gebäude werden aus statisch-konstruktiver Sicht in Wandbauten und Skelettbauten
unterschieden, wobei diese Unterteilung unabhängig von der Bauweise ist. Unter dem
Wandbau ist prinzipiell ein Baugefüge aus massiven Wänden und Decken zu verstehen, die
allenfalls durch Stürze und Unterzüge ergänzt werden, um in den tragenden Wänden größere
Öffnungen überspannen zu können. Als Baumaterialien kommen sowohl Ziegel, Beton und
Stahlbeton, sowie weitere massive Konstruktionsstoffe (z.B. Porenbeton- oder
Hohlblocksteine), als auch Holz (z.B. Brettstapelelemente) zum Einsatz. Im Gefüge eines
Skelettbaus sind die tragenden Wände in massive Stützen und Unterzüge bzw. in
Leichtbaustützen und horizontale Schwellen aus Holz aufgelöst. Zur Gebäudeaussteifung
dienen in diesem Fall steife Deckenscheiben und einzelne aussteifende Wandscheiben.
In weiterer Folge wird der statisch-konstruktive Aufbau der wichtigsten
Konstruktionselemente eines Gebäudes, d.h. der Wände und Decken, in Kurzform
zusammengefasst.
9.1.1 Wände
Die Tragfähigkeit, Standfestigkeit und Steifigkeit eines Gebäudes werden sowohl vom
inneren Aufbau, der Dichte und der Druckfestigkeit des Ausgangsmaterials, als auch von den
äußeren Abmessungen der Wand und den kraftschlüssigen Verbindungen der einzelnen
Bauteile festgelegt. Wände können in ihrer Funktion als vertikales Stütztragwerk aus
Baustoffen ohne beachtenswerter Zugfestigkeit konstruiert werden. Aus statischer Sicht wird
eine Wand als stehende Scheibe oder Platte beansprucht, und zwar unter vertikaler Belastung
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auf Knicken und unter horizontaler Belastung auf Knicken, Kippen oder Durchbiegung.
Dabei ist bei steigender Schlankheit des Wandabschnitts von einer Zunahme des Versagens
durch Knicken bzw. Kippen auszugehen. Bei aussteifenden Wänden ist des weiteren die
Länge des Wandabschnitts, der Abstand der aussteifenden Bauteile, eine unter Umständen
vorhandene Einspannung sowie die Kraftschlüssigkeit der Anschlussverbindungen von
Bedeutung.
Grundsätzlich wird zwischen freistehenden und aussteifenden Wänden unterschieden.
Freistehende Wände müssen massiv ausgeführt und entsprechend dick dimensioniert werden,
um eine Aufnahme der Windlasten und die Kippsicherheit zu gewährleisten. Freistehende,
nicht aussteifende und nicht eingespannte Wände kommen im Wohnbau in der Regel nicht
zum Einsatz und sind daher nicht Gegenstand der weiteren Betrachtungen.
Bei den aussteifenden Wänden werden die einzelnen Wandelemente mittels einer steifen
Kante verbunden. Durch einen guten Verbund der einzelnen Bauteile lässt sich dadurch mit
einer wesentlich geringeren Wanddicke die gleiche Tragfähigkeit und Standsicherheit wie bei
einer vollkommen freistehende Wand erreichen. Werden mehrere Wandscheiben auf diese Art
und Weise zusammengefügt, so entsteht schließlich eine offene Kiste mit vier steifen Kanten.
Wird diese „Wandkiste“ in weiterer Folge noch durch Deckenscheiben geschlossen, so sind
unter der Voraussetzung einer guten Verbundwirkung mit den Wänden alle Außenkanten
ausgesteift. Je größer jedoch die Außenflächen der Kiste im Verhältnis zu den Wanddicken
sind, desto mehr zusätzliche Innenaussteifungen sind nötig. Dieses Verhältnis unterscheidet
sich je nach Baustoff der Wand- und Deckenelemente.
9.1.2 Decken
Bei Decken handelt es sich um horizontale Biegetragwerke, die an die Verwendung
biegesteifer Bauteile gebunden sind. Innerhalb des Baugefüges können auf jede
Deckenkonstruktion auch horizontale Kräfte, vor allem in Form von Windlasten, einwirken.
Als Biegetragwerk müssen grundsätzlich nicht alle Deckenkonstruktionen auch die Funktion
des Scheibenmechanismus erfüllen.
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Im Wohnbau kommen Deckensysteme aus Holz, Stein, Stahlbeton und Stahl zur Anwendung.
Bei Wohngebäuden in Massivbauweise finden Holzdecken in Form von Tramdecken,
Dippelbaumdecken, etc. in der Regel nur noch bei Sanierungen von Altbauten Anwendung.
Die heute gebräuchlichen Konstruktionen stellen hier Rippenträgerdeckensysteme und vor
allem Stahlbetondeckentragwerke dar. Diese bilden durch ihre flächenstabile Wirkung eine
horizontale Aussteifung des Gebäudes. Im Holzwohnbau werden heutzutage meist massive
Holzbauweisen in Form von Brettstapeldecken und Holz-Beton-Verbunddecken eingesetzt.
Der Grad des Aussteifungsvermögens entspricht dabei der Reihenfolge der statischen
Grundsysteme der Deckenscheibenbildung und gliedert sich in Balkendecken,
Plattenbalkendecken und Plattendecken. Durch die wirksame Horizontalaussteifung von
plattenförmigen Massivdecken und Massivholzdecken wird bei gleicher Standsicherheit eine
wesentlich geringere Wandstärke bzw. die Anwendung von Wandbaustoffen mit einer
geringeren Druckfestigkeit ermöglicht, als dies beispielsweise bei der Verwendung von
Holzbalkendecken der Fall ist.
9.1.3 Zusammenwirken von Wänden und Decken
Die statisch-konstruktive Grundlage von mehrgeschossigen Gebäuden wird immer durch eine
Kombination von Wand- und Deckensystemen gebildet. In den Kapiteln 9.2 und 9.3 erfolgt
eine detaillierte Darstellung der unterschiedlichen Konstruktionssysteme in der Massiv- und
der Holzbauweise. Das Zusammenwirken der Konstruktionselemente stellt auch das
wesentliche Kriterium bei der Untersuchung des Verhaltens der Gesamtkonstruktion unter
Brandeinwirkung dar. Dabei gibt es grundsätzliche Unterschiede zwischen der Massiv- und
Holzbauweise, wobei sich ein Holzbau im Brandfall deutlich kritischer verhält. Darauf wird
in den folgenden Kapiteln dieses Berichtes genauer eingegangen.
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9.2 Konstruktionssysteme in der Massivbauweise
Die Voraussetzung für das statische Zusammenwirken der vertikalen und horizontalen
Scheibenelemente im Massivbau bildet die Verankerung der Wand und Deckenscheiben. Die
Konstruktionssysteme in der Massivbauweise lassen sich je nach der Richtung der
Lastabtragung in folgende Gruppen unterteilen:
• Massivbauten mit tragenden Längswänden
• Massivbauten mit tragenden Querwänden
• Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden
Auf diese drei im Wohnbau üblichen Konstruktionsweisen wird nachfolgend im Detail
eingegangen. Sie können grundsätzlich aus verschiedenen massiven Baustoffen mit
unterschiedlichen massiven Wand- und Deckenaufbauten ausgeführt werden. Diese werden in
Kapitel 9.2.4 detailliert dargestellt.
9.2.1 Massivbauten mit tragenden Längswänden
Bei den Konstruktionen mit tragenden Längswänden spannen sich sowohl die Decken als
auch die Dachkonstruktionen quer zum Baukörper. Die Lastabtragung erfolgt über die
äußeren und inneren Längswände, die von den nicht tragenden Querwänden und den
Geschossdecken ausgesteift werden. Die Abstände der tragenden Längswände entsprechen
dabei den üblichen Deckenstützweiten von 4 bis 6 m. Dieses Konstruktionssystem, dass im
Wohnbau häufig mit tragenden Längsaußenwänden und einer tragenden Mittelwand
Anwendung findet, bietet den Vorteil, dass die Grundrissgestaltung durch die weitgehend
flexiblen Querwände nach Bedarf frei wählbar ist. Bei größeren Gebäudetiefen sind auch drei
Deckenfelder, d.h. zwei tragende Mittelwände, üblich.
Die Abb. 9.1 zeigt einen massiven Wohnbau mit tragenden Längsaußenwänden sowie einer
tragenden, mittig situierten Längswand. Die aussteifende Wirkung wird in diesem Fall vom
Deckenbauteil sowie von den in ausreichender Zahl vorhandenen, unbelasteten Querwänden
erzielt.
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Abb. 9.1: Systemskizze Längswandbau
Die Bemessung der Mauerdicken richtet sich nach den Forderungen des Wärme-, Schall- und
Brandschutzes. Die äußeren Längswände müssen einerseits den nötigen Wärmeschutz
gewährleisten und andererseits das Eigengewicht der Wand sowie die Lastanteile aus Decken
und Dach in das Fundament und in weiterer Folge in den Baugrund einleiten. Die Lastanteile
der inneren Längswände, d.h. der tragenden Mittelwände, bewegen sich etwa in der doppelten
Größenordnung der Lastanteile der Außenwände. Sie sollen daher nur eine geringe Anzahl an
möglichst schmalen Türöffnungen aufweisen. Zur Aussteifung des Gebäudes dienen in
ausreichender Anzahl vorhandene unbelastete Querwände, an die darüber hinausreichende
Anzahl an Querwänden werden keine besonderen Anforderungen gestellt, d.h. diese können
als leichte Trennwände ausgebildet sein. Lediglich nicht tragende Querwände und auch
tragende Längswände, die als Wohnungstrennwände oder Treppenhauswände dienen, müssen
zusätzliche Anforderungen des Schall- und Wärmeschutzes erfüllen bzw. eventuell als
Brandwände ausgeführt werden.
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9.2.2 Massivbauten mit tragenden Querwänden
Bei der in der Abb. 9.2 gezeigten Konstruktionsweise mit tragenden Querwänden spannen
sich sowohl die Decken als auch die Dachkonstruktionen in der Längsrichtung des
Baukörpers von Querwand zu Querwand. Die Querwände nehmen dabei alle lo trechten
Lasten auf. Die längs verlaufenden Außenwände haben keine tragende Funktion, sie dienen
lediglich dem Raumabschluss und der damit verbundenen Aufgabe der Wärmedämmung.
Abb. 9.2: Systemskizze Querwandbau
Die Decken werden meist in Form von durchgehenden Deckenplatten oder Massivdecken mit
einem durchgehenden, 5 cm starken Druckgurt aus Ortbeton bzw. mit vermörtelter Druckzone
hergestellt. Diese können die horizontalen Windlasten aufgrund ihrer Scheibenwirkung besser
in die Querwände einleiten als Holzbalken- oder Montagedecken.
Die Querwandköpfe müssen bei dieser Konstruktionsweise meist tragfähiger ausgebildet
werden, da sich die lotrechten Lasten aus den Decken und Dachkonstruktionen um das
Gewicht der Außenlängswände erhöhen. Zu diesem Zweck werden im Mauerwerksbau
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druckfestere Steine bzw. bei höheren Bauten Stahlbeton verwendet. In der statischen
Bemessung der Mauerstärken entsprechen die tragenden Querwände den tragenden mittleren
Längswänden der Massivbauten mit tragenden Längswänden (vgl. Kapitel 9.2.1). Die
Anforderungen werden z.B. von massiv geschütteten oder massiv gemauerten Querwänden in
Verbindung mit vor Ort betonierten massiven Deckenplatten erfüllt.
Die Außenlängswände können gemauert, geschüttet oder als Fertigteil versetzt werden. Dies
erfolgt entweder in einem Arbeitsgang mit den Querwänden und Decken oder erst nach deren
Fertigstellung. Eine üblichere Ausführungsform der Querwandfassade beinhaltet die
Ausführung von Loggien und raumbreiten Fensterwänden. Die Fensterwände werden in der
Regel als leichte Holz- oder Metallfachwerkkonstruktion ausgeführt. Des weiteren ist heute
die Ausbildung von vorgehängten Fassaden üblich, bei der die Fassade vor der Vorderkante
von Querwänden und Geschossdecken situiert wird.
Das Bauprinzip mit den tragenden Querwänden wird auch als Schottenbauweise bezeichnet.
Diese erschwert zwar eine differenzierte Grundrissausbildung, ist jedoch für Bauaufgaben, die
in ihrer Organisation eine Reihung vieler gleichartiger Zellen erfordern, sehr gut geeignet. In
die Kategorie derartiger Bauaufgaben fallen z.B. Reihenhäuser oder Laubenganghäuser.
Dabei können die Wohneinheiten ein- oder mehrzellig angeordnet werden, wobei bei
mehrzelligen Wohneinheiten darauf zu achten ist, dass die zwischen den Zellen liegenden
tragenden Querwände nur wenige und kleine Öffnungen enthalten. Die übliche Zellenbreite
beträgt etwa 3,5 bis 4,0 m. Da die im Wohnbau größte, konstruktiv und ökonomisch
vertretbare, Deckenstützweite einer durchlaufenden Massivdecke etwa 6,50 m beträgt,
resultiert daraus ein Maß von ca. 6,25 m als größte Zellenlichtweite. Die Zellentiefe kann
hingegen beim Querwandtyp frei gewählt werden, wobei auf eine ausreichende Be lichtung zu
achten ist.
Bei dieser Konstruktionsweise wird ein statischer Nachweis der Steifigkeit des Gebäudes in
Längsrichtung gefordert. Bei Baukörpern mit vielen Zellen und niedriger Geschossanzahl
sind in der Regel keine längsaussteifenden Wandscheiben erforderlich. Wenn das
Stehvermögen der Wände nicht ausreicht, so müssen starre Längsscheiben in das Gebäude
eingezogen werden. Dies kann z.B. in Form von Treppenhäusern in Längsrichtung erfolgen,
die in der Mitte oder am Ende einer Zelle situiert werden.
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9.2.3 Massivbauten mit tragenden Längs- und Querwänden
Bei den Konstruktionen mit tragenden Längs- und Querwänden können kreuzweise bewehrte
Stahlbetonplatten und Stahlbetonrippendecken als Deckensysteme eingesetzt werden. Wie die
Abb. 9.3 zeigt, benötigen diese Deckentragwerke eine allseitige Auflagerung und setzen aus
diesem Grund zumindest annähernd quadratische Raumgrundrisse voraus. Die Deckenlasten
werden bei dieser Bauweise gleichmäßig über die Außen- und Innenwände abgetragen.
Abb. 9.3: Systemskizze Baugefüge mit tragenden Längs- und Querwänden
Durch die Kombination aller Vorteile der beiden vorab angeführten Konstruktionsweisen
(siehe Kapitel 9.2.1 und 9.2.2) entsteht ein hoch belastbares und wirtschaftliches Baugefüge.
Als Vorteil gegenüber dem Längswandbau ist u.a. die Tatsache zu sehen, dass die
Außenwände aufgrund der allseitigen Lastverteilung dünner dimensioniert werden können.
Die Außenwände müssen jedoch in jedem Fall den Anforderungen des Wärmeschutzes
entsprechen.
9.2.4 Massive Wandkonstruktionen
Bei der Wahl einer geeigneten Außenwandkonstruktion für sämtliche in den Kapiteln 9.2.1,
9.2.2 und 9.2.3 dargestellten Massivbauweisen greifen sowohl konstruktive als auch
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ökonomische Faktoren ineinander über. Darunter sind unter anderem niedrige Material- und
Lohnkosten, Gewicht, Größe und Anzahl der Teilelemente zu verstehen. Des weiteren
betreffen diese Forderungen die Anzahl der einzusetzenden Gewerke und der Arbeitsgänge,
die für die Fertigung und die Montage in der Fabrik oder auf der Baustelle nötig sind.
Schließlich spielen auch die Kosten für die Unterhaltung des Gebäudes eine immer
entscheidendere Rolle.
Im traditionellen Mauerwerksbau wurden alle an eine Außenwand zu stellenden Anforderun-
gen von einem einzigen, homogenen Wandquerschnitt entsprechender Dicke gleichermaßen
erfüllt. Heute wird bei mehrgeschossigen Wohnbauten ein Außenwandbauteil überwiegend
als mehrschichtige bzw. mehrschalige Konstruktion ausgeführt. Die Materialen sind für die
betreffende Teilfunktion, d.h. Tragen, Dämmen und Abdichten, optimal geeignet und exakt
dimensioniert und werden in bestimmter Reihenfolge einander zugeordnet. Im
Einfamilienhausbau ist nach wie vor die monolithische Bauweise bei weitem dominierend.
Derzeit sind verstärkt Tendenzen und Entwicklungen festzustellen, sämtliche Anforderungen
wieder in einem einzigen Wandquerschnitt zu vereinen. Dies gelingt z.B. mit einem
speziellen porosierten Mauerziegel mit 38 cm Dicke, der sowohl tragende, dämmende und
abdichtende Funktionen in einem einzigen homogenen Stein vereint.
Die verschiedenen Wandtypen unterscheiden sich in ihrem Aufbau und ihrer Funktion. Die
einschaligen und mehrschaligen Wände werden in weiterer Folge genauer betrachtet.
9.2.4.1 Tragendes einschaliges Mauerwerk
Die Mauerdicke des einschaligen Mauerwerks wird heute von den Anforderungen des
Wärmeschutzes bestimmt, d.h. auf die gemauerte Außenhaut wird meist eine wärme-
dämmende Schicht zur Verbesserung der Wärmedämmung aufgebracht. Es ist jedoch auch
möglich, auf eine derartige Dämmung zu verzichten, wenn ein entsprechend dickes
Mauerwerk aus Steinen mit einer geringeren Rohdichte Verwendung findet.
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Einschalige Außenwandmit niedriger Rohdichte
Einschalige Außenwandmit Beschichtung
Einschalige Außenwandmit Vorhangfassade
Einschalige Außenwandmit Innendämmung(Ausführung nur im Sanierungsfall, d.h. nicht gleichwertig)
d)c)b)a)
F 180 F 90 F 90 F 90
(REI 180) (REI 90) (REI 90) (REI 90)
Abb. 9.4: Einschaliges Mauerwerk für Außenwandkonstruktionen nach [1]
Die Abb. 9.4 a). zeigt eine einschalige Wand mit niedriger Rohdichte. Diese wird durch
Porosierung des Ausgangsmaterials, durch Verwendung von Zuschlägen geringerer
Rohdichte und die Ausbildung von Löchern, Kammern und Schlitzen erreicht. Eine weitere
Verbesserung der Wärmedämmung der Außenwände kann durch Verwendung von
Leichtmauermörteln und Dünnbettmörteln, die Wahl geeigneter Steine vorausgesetzt, erzielt
werden. Des weiteren kann die Wärmedämmung bereits werksmäßig in die Steine integriert
sein. Der Brandwiderstand ist ≥ F 180 (zukünftig REI 180 nach [49]).
Die Steine des einschaligen Mauerwerks können auch wie in Abb. 9.4 b) gezeigt mit einem
Wärmedämmverbundsystem versehen werden. Darunter ist eine Wärmedämmschicht z.B. aus
Kork oder EPS-Schaumplatten zu verstehen, die an der Außenseite der Mauersteine
aufgebracht wird und die in weiterer Folge eine armierte Putzschicht als Witterungsschutz
erhält. Auch Wandkonstruktionen aus Beton bzw. Stahlbeton werden im Wohnbau heute
meist in dieser Konstruktionsweise ausgeführt. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig
REI 90 nach [49]).
Die Beschichtung kann auch mittels eines Dämmputzes erfolgen. Dieser besteht aus einem
dicken wärmedämmenden Unterputz und einem dünnen Oberputz als Witterungsschutz. Die
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wärmedämmende Wirkung wird bei diesem Wandaufbau durch die Verwendung leichter
Zuschläge beim Unterputz erzielt, die auf mineralischer (z.B. Bims) oder organischer (z.B.
Polystyrol) Basis beruhen. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]).
Eine weitere Möglichkeit, den Wärmeschutz des einschaligen Mauerwerks zu erhöhen, ist das
Aufbringen einer wärmedämmenden Außendämmung, die durch eine hinterlüftete
Vorhangfassade gegen Witterungseinflüsse und sonstige Beschädigungen geschützt wird
(siehe Abb. 9.4 c). Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]).
Des weiteren kann auf die einschalige Außenwand zur Verbesserung der wärmetechnischen
Eigenschaften wie in der Abb. 9.4 d) dargestellt eine Innendämmung z.B. aus Kork oder EPS-
Schaumplatten aufgebracht werden. Dieses Verfahren findet vor allem bei der Sanierung von
Altbauten Anwendung. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass diese Anordnung aus
bauphysikalischer Sicht zu Problemen mit Kondenswasserbildung innerhalb des Bauteiles
und mit Wärmebrücken führen kann. Der Brandwiderstand ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach
[49]).
9.2.4.2 Tragendes zweischaliges Mauerwerk
Zweischaliges Mauerwerk stellt eine besondere Art der Mauerwerkskonstruktion dar, die
sämtliche Anforderungen an eine Außenwand in Bezug auf die Gestaltung, Standsicherheit
und bauphysikalische Gebrauchstauglichkeit in hohem Maß erfüllt. Aufgrund der
beträchtlichen bauphysikalischen Anforderungen ist es zweckmäßig, das Mauerwerk in zwei
Schalen aufzulösen, um damit eine sinnvolle Aufgabenteilung zu erreichen [18].
Eine zweischalige Außenwand besteht prinzipiell aus der tragenden Innenschale und einer
tragend oder nichttragend ausgeführten Außenschale. Eine nichttragende Außenschale kann
als Verblendschale in Sichtmauerwerk oder als verputzte Vormauerschale ausgeführt werden
und bildet das optische Erscheinungsbild des Gebäudes. Beide Schalen und die
Zwischenschicht im Verbund bestimmen die bauphysikalische Gebrauchstauglichkeit der
zweischaligen Mauerwerkskonstruktion.
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Die Abb. 9.5 zeigt die Unterscheidung der Konstruktionsarten in zweischalige Außenwände
mit Luftschicht und zusätzlicher Wärmedämmung und mit Kerndämmung. Aufgrund der
zweischaligen Bauweise beträgt der Brandwiderstand in der Regel ≥ F 180 (zukünftig
REI 180 nach [49]).
Abb. 9.5: Zweischaliges Mauerwerk für Außenwandkonstruktionen nach [18]
Die Vorsatzschale ist durch Drahtanker mit der tragenden Wandschale zu verbinden. Die
Anzahl der Verbindungsmittel ist vom Ankerdurchmesser abhängig und beträgt üblicherweise
5 bis 7 Stück/m². Dabei soll der lotrechte Abstand das Maß von 25 cm und der waagrechte
Abstand 75 cm nicht überschreiten. Es gibt Tendenzen, die Vorsatzschale neben den
genannten Möglichkeiten in größeren Abständen zu verankern. Der Vorteil einer
beispielsweise nur noch geschossweise erfolgenden Montage der Vorsatzschale liegt in der
einfacheren Einbringung der Wärmedämmung.
Die Mauerstärke der Außenschale beträgt 10 bis 12 cm. Sie muss in bestimmten vertikalen
Abständen durch Horizontalauflagerungen abgefangen werden, wobei dieser Abstand bei
einer Mauerstärke von # 12 cm ein Maß von 6 m nicht überschreiten darf und der
Höhenabstand der Auflagerungen bei einer Mauerstärke von 12 cm etwa 12 m ausmacht. Die
Gesamthöhe der Vorsatzschale ist dabei bei einer Mauerstärke von # 12 cm mit 20 m
begrenzt. Derartige Auflagerungen werden üblicherweise aus nichtrostendem Stahl industriell
vorgefertigt und in ein Bauteil aus Stahlbeton, d.h. etwa in die Decke, einbetoniert bzw.
angeschraubt.
Zweischaliges Mauerwerk
mit Luftschichtund Wärmedämmung
mit Kerndämmung Betonwand mit Luftschichtund Wärmedämmung
mit Luftschicht,Wärmedämmungund verputzter Vorsatzschale
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Die Außenschale kann aber auch als selbstständig tragende Wand ausgeführt werden. In
diesem Fall ist die Wand für ihr Eigengewicht und die Windlasten zu berechnen, die
Mauerstärke beträgt dabei mindestens 12 cm. Aufgrund der auftretenden Windlasten ist in der
Regel jedoch eine Stärken von 17 cm vorzusehen. Die horizontale Verankerung der Schalen
kann bei dieser Wandkonstruktion in größeren Abständen, d.h. etwa geschossweise erfolgen,
da beide Schalen selbsttragend ausgeführt sind. Allerdings ist auf die Anordnung senkrechter
Dehnungsfugen zu achten, deren Abstände sich nach den klimatischen Bedingungen und der
Art der Baustoffe richtet.
Die Fugenbreiten werden in der Regel mit 15 bis 25 mm gewählt, da sich größere
Fugenabstände nur schwer verschließen lassen. Die vertikalen Bewegungsfugen im
Verblendmauerwerk können nur dann ohne Fugenverschluss ausgeführt werden, wenn die
Hintermauerung sowie eventuell vorhandene Dämmschichten z.B. durch Luftschichten oder
Abdeckfolien dauerhaft gegen Wassereintritt geschützt werden. Anderenfalls kommen
Fugendichtungsmassen und Dichtungs- oder Abdeckprofile als Schutzmaßnahmen zur
Anwendung.
9.2.4.3 Nicht tragendes Mauerwerk
Nicht tragende Außenwände aus Mauerwerk finden bei der Ausfachung von Fachwerk-,
Skelett- und Schottenbauweisen aus Stahlbeton, Stahl oder Holz Anwendung. Sie können
sowohl ein- als auch zweischalig ausgeführt werden, wobei der minimale Wandquerschnitt
von einschaligen, außen verputzten Wänden 12 cm und jener von zweischaligen
Wandkonstruktionen 10 cm (= Vorsatzschale) + 12 cm (= innere, tragende Wandschale)
beträgt. In Österreich findet diese Konstruktionsweise im Wohnbau kaum Anwendung, daher
wird darauf im vorliegenden Bericht nicht im Detail eingegangen.
9.2.5 Massive Deckenkonstruktionen
Im Wohnbau kommen heute vor allem Stahlbetondecken, vor Ort betoniert oder als Fertigteil
versetzt, zum Einsatz. Der Brandwiderstand von Stahlbetondecken beträgt bei einer
Mindestdicke von 15 cm und 4 cm Mindestbetondeckung ≥ F 180 (zukünftig REI 180 nach
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[49]). Es werden auch Rippenträgerdecken-Systeme sowie Stahlbetonrippendecken
ausgeführt. Der Brandwiderstand von 16,5 cm dicken Rippenträgerdecken-Systemen (ohne
Putz und Estrich) ist ≥ F 90 (zukünftig REI 90 nach [49]). Diese Klassifikation wird auch von
Stahlbetonrippendecken mit einer Mindestrippenbreite von 12 cm und einer
Mindestbetondeckung von 3 cm erfüllt.
9.3 Konstruktionssysteme in der Holzbauweise
Das statische Zusammenwirken der vertikalen und horizontalen Bauteile in der Holzbauweise
wird durch die Verbindung der Holzelemente zu einem Tragwerk und dessen Aussteifung
erreicht.
Abb. 9.6: Gliederung der Holzbausysteme im Wohnbau nach [14]
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Holzbauweisen unterteilen sich, bedingt durch ihre Konstruktion, Herstellung und ihr
Erscheinungsbild, grundsätzlich in folgende Systeme:
• Rippenbauweise
• Skelettbauweise
• Massivholzbauweise
• Mischformen.
Die Abb. 9.6 zeigt eine generelle Gliederung der relevanten Holzbauweisen und deren
Untergruppen im Wohnbau (siehe auch Abb. 1.4 im 4. Teilbericht des Forschungsprojektes -
„Einfluss der Bauweisen und Bauarten auf das Brandrisiko“).
In weitere Folge werden die in der Abb. 9.6 dargestellten Holzbauweisen im Wohnbau
genauer dargestellt.
9.3.1 Rippenbauweise
Bei der Holzrippenbauweise (auch als Rahmenbauweise bezeichnet) handelt es sich um das
zur Zeit weltweit verbreitetste Konstruktionssystem im Holzbau. Bei dieser Konstruktionsart
bestehen die Bauteile aus tragenden Rippen oder Ständern, die mit einer aussteifenden oder
knicklängenreduzierenden Beplankung versehen werden, die die waagrechten Lasten in
Wandebene abtragen (Scheibenwirkung). Ständer und Beplankung bilden dabei im Verbund
ein System, welches ein Vielfaches der Tragfähigkeit gegenüber der Einzeltragfähigkeit der
Konstruktionsbestandteile besitzt. Die Platten werden mit dem Holztragsystem überwiegend
durch mechanische Verbindungsmittel, in der Regel Nägel, Klammern oder Schrauben,
teilweise aber auch durch Verleimen, verbunden. Als Konstruktionsraster, d.h. als Abstand
der Steher, Deckenbalken und Sparren, wird vielfach ein Maß von 62,5 cm angesetzt. Zur
Verbesserung des Wärmeschutzes und Schallschutzes werden in die Konstruktionshohlräume
zwischen den Holzstehern Dämmstoffe eingebracht.
Der Holzrippenbau wird bei beschränktem Vorfertigungsgrad als Holzrahmenbauweise
bezeichnet. Dabei werden die Wand- und Deckentafeln nur einseitig beplankt oder vor Ort
gefertigt.
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Bei den Rahmenbauten ist die in der Abb. 9.7 dargestellte Stockwerkbauweise mit
konsequentem geschossweisem Abbund am gebräuchlichsten, bei der die Wände und Decken
eines Geschosses als Montageebene für das darüber liegende Geschoss dienen.
Abb. 9.7: Systemskizze Rahmenbauweise
Je nach Grad der Vorfertigung kann die Holzrippenbauweise in die Tafelbauweise und in die
Raumzellenbauweise gegliedert werden (siehe Kapitel 9.3.1.1 und 9.3.1.2). Sonderformen
stellen die für Amerika typischen Bauweisen des Balloon Framing und Platform Framing dar
(siehe Kapitel 9.3.1.3 und 9.3.1.4). Auf die genannten Varianten der Rahmenbauweise wird
nachfolgend genauer eingegangen.
9.3.1.1 Tafelbauweise
Bei der Tafelbauweise handelt es sich um eine Abart der Rahmenbauweise. Die
Konstruktionselemente stimmen mit jenen der Rahmenbauweise überein, dieses
Holzbausystem weist allerdings einen höheren Präfabrikationsgrad auf. Die in der Regel
allseitig geschlossenen Wand- und Deckentafeln werden industriell vorgefertigt und auf der
Baustelle nur noch montiert. Durch die werksmäßige Produktion der Bauteile unter geeigneten
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Montagebedingungen, d.h. bei richtiger Luftfeuchte und Temperatur, sind Elemente mit
großer Genauigkeit möglich.
Die Tafelbauweise kann in die Kleintafel- und in die Großtafelbauweise unterteilt werden,
wobei die Größe der Tafeln sowohl vom Verwendungszweck als auch von den Transport- und
Montagemöglichkeiten abhängig ist. Bei der Kleintafelbauweise bilden mehrere geschosshohe
Tafeln mit einer Breite von 1,00 m bis 1,25 m ein Wandelement. Aufgrund ihrer geringen
Abmessungen können Kleintafeln ohne großen Aufwand auf die Baustelle transportiert und
versetzt werden. Elemente der Großtafelbauweise werden grundsätzlich in Standardgrößen
angeboten, sie können aber auch individuell gefertigt werden. Da ein einziges vorgefertigtes
Wandelemente die Höhe mehrerer Geschosse haben kann, müssen Großtafeln als
Sondertransport auf die Baustelle geliefert und mit Hilfe von Kränen versetzt werden, d.h.
dem Vorteil der schnelleren Montagezeit steht der Nachteil der hohen Kosten für die teuren
Geräte gegenüber.
Die Abb. 9.8 zeigt den Unterschied der Kleintafel- und Großtafelbauweise, wobei es sich hier
in beiden Fällen um geschosshohe Konstruktionen handelt. Bei der Kleintafelbauweise
werden mehrere Tafeln zu einem Wandelement zusammengesetzt, während bei der
Großtafelbauweise nur ein Element pro Wand benötigt wird. Den beiden Systemen
gemeinsam ist, dass die Fenster- und Türöffnungen in den vorgefertigten Wandelementen
bereits vorgesehen sind.
Abb. 9.8: Systemskizze Tafelbauweise
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9.3.1.2 Raumzellenbauweise
Die in Abb. 9.9 dargestellte Raumzellenbauweise ist die Rahmenbauweise mit dem größten
Präfabrikationsgrad. Dieses Konstruktionssystem setzt sich aus steifen, horizontalen und
vertikalen Rahmen und Tafeln zusammen, die unter idealen Bedingungen im Werk
vorgefertigt und zu passgenauen Raumeinheiten zusammengesetzt werden. Bei der
Raumzellenbauweise unterscheidet man zwischen ein- bis vierseitig offenen
Raumzellensystemen und vollständig geschlossenen Raumzellen, die inklusive aller
Installationen vorgefertigt und auf der Baustelle nur noch versetzt werden. Die Vorteile liegen
neben der kurzen Bauzeit darin, dass sich die Einheiten leicht demontieren und versetzen
lassen, wodurch sie sich beispielsweise für temporäre Bauten eignen. Nachteile der
Raumzellenbauweise sind die stark eingeschränkte Planungsfreiheit und ein hoher
Transportaufwand.
Abb. 9.9: Systemskizze Raumzellenbauweise
9.3.1.3 Balloon Framing
Das Balloon Framing ist ein für die amerikanische Holzbautradition typisches
Konstruktionssystem, das im Entwicklungsverlauf zwischen der Ho lzskelettbauweise und der
Rahmenbauweise einzuordnen ist. Das Wandgerippe wird auf der Baustelle aus Stützen, die in
einem sehr engen Abstand von 30 bis 40 cm aufgestellt und ausschließlich über Nagelung
verbunden werden, gebildet. Es gibt keine Differenzierung zwischen dem statischen
Tragsystem und der Ausfachung, d.h. die Tragkonstruktion kann nur in Kombination mit
flächigen Holzwerkstoffen, z.B. Sperrholz- oder Gipskartonplatten, statisch wirksam werden.
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Beim Balloon Framing werden die Stützen über mehrere Geschosse durchlaufend ausgeführt
(siehe Abb. 9.10). Während der Montage werden sie mit eingelassenen Bohlen provisorisch
ausgesteift, um ein Kippen oder Ausbeulen der sehr schlanken Querschnitte zu verhindern.
Anschließend erfolgt durch sogenannte Geschossbalken eine Unterteilung der Stützen in Höhe
der Deckenebenen. Diese Geschossbalken dienen als Anschlaghilfe bei der Befestigung der
Deckenbalken, auf die in einem letzten Arbeitsschritt eine flächenwirksame Beplankung zur
horizontalen Aussteifung genagelt wird.
Kennzeichnend für das Balloon Framing ist der hohe Holzverbrauch aufgrund der engen
Stützenabstände sowie die spezifische schräge Nagelung der Pfosten an die Querwände. Aus
diesen Gründen und aufgrund des geringen Brandwiderstandes hat sich diese
Konstruktionsweise in Österreich nicht durchgesetzt. Eine Modifizierung des Systems stellt
die Holzrahmenbauweise dar, auf die bereits in Kapitel 9.3.1 eingegangen wurde.
Abb. 9.10: Systemskizze Balloon Framing
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9.3.1.4 Platform Framing
Beim Platform Framing handelt es sich um ein Holzbausystem, das wie das Balloon Framing
in Amerika entwickelt wurde. Das Tragwerk besteht aus Holzstäben mit sehr kleinen
Querschnitten, die in einem Abstand von 30 bis 40 cm angeordnet sind und ausschließlich
durch Nagelung verbunden werden. Es gilt die Tragwirkung über die Fläche, d.h. durch den
Verbund des Traggerüsts mit der Beplankung in Form von flächigen Holzwerkstoffen oder
diagonalen Schalungen wird ein statisch wirksames System geschaffen.
Im Gegensatz zum Balloon Framing werden die Stützen beim Platform Framing nur
geschosshoch ausgeführt und mit dem horizontalen Randbalken (Rähm) und den
Deckenbalken verbunden, um eine Arbeitsebene für das darüber liegende Geschoss zu
schaffen. Anschließend werden die Stützen für das nächste Geschoss auf die im Verbund mit
den Deckenbalken wirkende, zur horizontalen Aussteifung dienende, Bretter- oder Plattenlage
neu aufgesetzt. Die Abb. 9.11 zeigt die Möglichkeit, aufgrund der ausschließlich
geschosshoch ausgeführten Stützen Vor- und Rücksprünge, Loggien, etc. auszubilden.
Die Bauweise des Platform Framing ist ebenso wie das System des Balloon Framings wegen
des hohen Holzverbrauchs, der Verbindungsform der Nagelung und des mangelhaften
Brandschutzes in Österreich nicht gebräuchlich.
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Abb. 9.11: Systemskizze Platform Framing
9.3.2 Skelettbauweise
Die Skelettbauweise unterteilt sich in die Fachwerkbauweise als Untergruppe des historischen
Skelettbaus und in die ingenieurmäßige Skelettbauweise. Diese folgt in moderner Weise dem
traditionellen Fachwerkbau.
Die Lastabtragung erfolgt bei der Skelettbauweise über ein System aus vertikalen und
horizontalen stabförmigen Holzelementen, die in einem größeren Achsabstand als bei der
Rippenbauweise angeordnet werden. Die Primärtragstruktur kann über ein oder mehrere
Geschosse geführt werden und wird durch horizontal oder vertikal angebrachte Verbände
ausgesteift. Die horizontale Aussteifung erfolgt über Windrispen, diagonale Zugbänder oder
über aussteifende Scheiben aus plattenförmigen Werkstoffen bzw. Diagonalschalungen. Die
vertikale Aussteifung kann über diagonale Zugbänder, Holzdiagonalen, schubfeste
Wandscheiben oder massive Kerne im Gebäude, d.h. durch Stiegenhäuser oder
Sanitäreinheiten in Massivbauweise, erreicht werden. Die Lasten des raumabschließenden
Sekundärtragwerks werden vom Primärtragsystem aufgenommen und in die Fundamente
abgeleitet.
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Für den Geschosswohnbau ist die Skelettbauweise aufgrund der Planungsfreiheit durch die
unbelasteten Wände und der damit verbundenen weitgehenden Flexibilität und Variabilität bei
der Grundrissanordnung geeignet. Die geringe Brandsicherheit und die durch den geringeren
Vorfertigungsgrad implizierten höheren Baukosten erklären, warum die Skelettbauweise
sowohl im nationalen als auch im internationalen Vergleich deutlich hinter der Rippenbau-
weise zurücksteht.
Je nach Art der Herstellung unterteilt sich die Skelettbauweise in die Fachwerkbauweise und
in die ingenieurmäßige Skelettbauweise, die in Folge in den Kapiteln 9.3.2.1 und 9.3.2.2
genauer erklärt werden.
9.3.2.1 Fachwerkbauweise
Der Fachwerkbau zählt neben dem Blockbau zu den ältesten Holzbauweisen. Dabei handelt es
sich um ein geschossweise abgebundenes und in sich steifes System. Schwellen-, Ständer- und
Diagonalhölzern bilden das Tragsystem, wobei jeder Holzstab zur Kraftableitung dient. Durch
die Verbindung der Holzstäbe mittels zimmermannsmäßiger Holzverbindungen entstehen
tragende, geschosshohe Wandelemente, die durch diagonal angeordnete Hölzer zu Scheiben
ausgebildet werden. Diese Wandscheiben bilden im Verbund mit den Tram- oder
Balkendecken das Traggerüst (siehe Abb. 9.12). Die Herstellung mehrgeschossiger Gebäude
erfolgt bei der Fachwerkbauweise durch das Übereinandersetzen der Wände und Decken,
wobei die Deckenbalken der unteren Wandscheibe mit den Fußschwellen der Wandscheibe
des darüber liegenden Geschosses verbunden werden.
Zur Erzielung des Raumabschlusses wird das Traggerüst mit nichttragenden Materialien
ausgefüllt. Diese sogenannten Gefache wurden früher aus Holzgeflecht oder Feldsteinen,
später aus Mauerwerk oder Putz gestaltet. Aus Gründen des Wärmeschutzes werden die
Gefache heute in der Regel zweischalig ausgeführt, d.h. die äußere Verkleidung hat für die
innenliegende Dämmschicht nur noch die Schutzfunktion einer Haut.
Sämtliche Öffnungen beim Fachwerkbau müssen in den Bereichen zwischen dem Traggerüst
angeordnet werden. Dabei sind große Auswechslungen zu vermeiden, weil diese immer eine
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Schwächung des statischen Systems bzw. unökonomische Konstruktionsverstärkungen zur
Folge haben.
Die Herstellung von traditionellen zimmermannsmäßigen Holzverbindungen führt zu
Querschnittsschwächungen, die beispielsweise bei Blattverbindungen die Hälfte der
jeweiligen Querschnittshöhe der beiden gestoßenen Holzstäbe betragen können. Um die
Lastaufnahme zu gewährleisten müssen die Holzstäbe daher konstruktiv und nicht statisch
berechnet werden. Die konstruktive Bemessung und die daraus resultierende
Überdimensionierung der Holzquerschnitte macht den Fachwerkbau zu einer
unwirtschaftlichen Konstruktionsweise. Im modernen Fachwerkbau werden heute verstärkt
ingenieurmäßige Verbindungsmittel verwendet, die eine wirtschaftlichere Dimensionierung
der Querschnitte ermöglichen.
Die Abb. 9.12 zeigt ein weiteres Problem der Fachwerkbauweise auf. Bei der Errichtung von
mehrgeschossigen Gebäuden kommt es aufgrund des Aufeinanderschichtens mehrerer
Konstruktionshölzer zu sehr hohen Eigenlasten und somit zu Durchbiegungen. Diese können
nur durch eine entsprechende Bemessung der Holzquerschnitte mit daraus resultierender
Erhöhung der Material- und somit auch der Baukosten auf ein verträgliches Maß reduziert
werden. Die Brandlast wird dadurch jedoch deutlich erhöht.
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Abb. 9.12: Systemskizze Fachwerkbauweise
9.3.2.2 Ingenieurmäßige Skelettbauweise
Die ingenieurmäßige Skelettbauweise ist die unmittelbare Weiterentwicklung der
Fachwerkbauweise. Wie bei der traditionellen Konstruktionsweise des Fachwerkbaus
beschränkt sich die Präfabrikation auf den Abbund der Einzelteile mit der Vorbereitung der
mechanischen Verbindungsmittel, die eine relativ rasche Montage des Skelettbaus auf der
Baustelle ermöglichen. Die Gebäudehülle kann durch vorgefertigte Tafelelemente in
Rahmenbauweise oder in einer anderen Fertigungsweise, die das Traggerüst verkleidet,
gebildet werden.
Skelettbauweisen sind auf einem Grundmodul aufgebaut, wobei der Abstand der Stützen
zwischen 2,40 bis 4,80 m variiert. Aus einem Vielfachen des Grundmoduls wird ein
Konstruktionsraster, das eine variable Grundrissanordnung zulässt, entwickelt.
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Je nach Ausführung und Stellung der Stützen und Träger sowie der damit verbundenen
Knotenausbildungen unterteilt sich der ingenieurmäßige Skelettbau in folgende Bauweisen
(siehe Abb. 9.6):
• Zangenbauweise
• Pfosten-Riegel-Konstruktion
• Bauweise der geteilten Stütze
• Bauweise Träger auf Stütze
Zangenbauweise
Bei der Zangenbauweise wird ein gerichtetes System von Stützen und Trägern geschaffen.
Die Träger werden in Form von doppelten horizontal angeordneten Balken, den Zangen,
ausgeführt. Diese Zangen umschließen die über mehrere Geschosse durchlaufenden Stützen
seitlich, wodurch die Herstellung einer allseitig durchlaufenden Auskragung möglich ist
(siehe Abb. 9.13).
Abb. 9.13: Systemskizze Zangenbauweise
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Zur Anordnung der Fassade gibt es 3 Möglichkeiten: Die Wände können im Bereich der
äußeren Zange, in der Ebene der Stützen oder im Bereich der inneren Zange bzw. der normal
zu den Zangen verlaufenden Nebenträger situiert werden. Durch die Festlegung der
Wandposition entscheidet der Architekt, ob die gesamte Tragkonstruktion oder Teile davon in
der Innen- bzw. Außenansicht sichtbar bleiben oder durch Wände verkleidet werden.
Die Abb. 9.13 zeigt das Tragsystem der Zangenbauweise mit Situierung der Wände auf der
Ebene der inneren Zangen bzw. Nebenträger. Die brandschutztechnischen Schwachpunkte der
Konstruktion sind unter anderem in der ingenieurmäßigen Ausbildung der Zangenverbindung
zu sehen, welche im allgemeinen keinen hohen Brandwiderstand aufweist.
Pfosten-Riegel-Konstruktion
Bei dieser Bauweise wird ein ungerichtetes System mit gleichmäßigem, ökonomisch
gewähltem Stützenabstand geschaffen. Die Lastabtragung erfolgt dabei zu gleichen Teilen
über die horizontal angeordneten Riegel und über die Stützen, die bei dieser Konstruktion als
Pfosten bezeichnet werden und über mehrere Geschosse durchlaufend angeordnet werden.
Die Wandteile liegen innerhalb der Pfosten-Riegel-Ebene, d.h. die Tragstruktur bleibt unter
der Voraussetzung, dass die Wandstärke der Pfostenstärke entspricht, sichtbar. Aus wärme-
und brandschutztechnischer Sicht ist das heute im Regelfall nicht mehr möglich, da zur
Erfüllung dieser Forderung unökonomische Pfostenquerschnitte nötig wären. Durch neue
Konstruktionstechnologien erzielbare größere Spannweiten für Deckenträger können die
vorgenannten Einschränkungen aufheben, da zur Aufnahme der höheren Lasten aus dem
Deckentragwerk größer dimensionierte Pfostenquerschnitte nötig sind.
Ein Problem bei dieser Konstruktionsweise ist der hohe Fugenanteil, der durch die innerhalb
der Pfosten-Riegel-Ebene liegenden Wandteile entsteht. Die Anschlusspunkte müssen sowohl
aus schall- und wärmeschutztechnischer, als auch aus brandschutztechnischer Sicht sorgfältig
konstruktiv gelöst werden.
Die in der Abb. 9.14 gezeigte Pfosten-Riegel-Konstruktion eignet sich für zweigeschossige
Bauten sowie für untergeordnete Bauten (Pergolen, Terrassen, etc.).
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Abb. 9.14: Systemskizze Pfosten-Riegel-Konstruktion
Bauweise der geteilten Stütze
Die Abb. 9.15 zeigt, dass es sich bei der Bauweise der geteilten Stütze um die Umkehrung des
Prinzips der Zangenkonstruktion handelt, d.h. die durchlaufenden horizontalen Träger liegen
zwischen den zangenartig geteilten Stützen. Die Stützen sind über mehrere Geschosse
durchlaufend angeordnet und können zwei- oder vierteilig ausgeführt sein. Der Vorteil der
vierteiligen Stützenkonstruktion liegt darin, Hauptträger in zwei Richtungen anordnen zu
können, wodurch Auskragungen in beide Richtungen möglich sind. Allerdings impliziert die
Bauweise der geteilten Stütze einen hohen Holzverbrauch, da die Einzelstäbe meist
überdimensioniert sind.
Die Fassadenebene kann unabhängig vom Tragwerk angeordnet werden. Die Wände werden
entweder in der Ebene der äußeren Stützen, zwischen den inneren und äußeren Stützen oder in
der Ebene der inneren Stützen situiert. Durch die Fixierung der Wandposition entscheidet der
Architekt, ob das Konstruktionssystem in der Innen-, der Außenansicht oder in beiden
Ansichten sichtbar bleibt oder durch eine Beplankung verkleidet wird. Durch horizontale und
vertikale Aussteifungen in Form von Decken- oder Wandscheiben, Windrispen, diagonalen
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Zugbändern oder Holzdiagonalen entsteht ein in sich steifes statisches System. Die Lage der
Aussteifungsebenen wird hierbei von der Anordnung der Fassadenebene beeinflusst.
Die Abb. 9.15 zeigt die Situierung der Fassade in der Ebene zwischen der inneren und der
äußeren Stütze, wodurch die Stützen sowohl in der Innen- als auch in der Außenansicht
sichtbar bleiben, was aus Gründen des Brandschutzes denkbar ungünstig ist. Die
Aussteifungselemente werden in diesem Fall auf der Außenseite der Wand sichtbar
angebracht.
Abb. 9.15: Systemskizze Bauweise der geteilten Stütze
Bauweise Träger auf Stütze
Bei der in Abb. 9.16 dargestellten Bauweise Träger auf Stütze handelt es sich um ein
gerichtetes System von Stützen und Trägern. Durch Diagonalverbände in den Systemachsen
oder durch in das System integrierte Wandscheiben bzw. Bodenflächen wird ein in sich
steifes statisches System geschaffen.
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Der Vorteil dieser Konstruktionsweise liegt in der reduzierten Systemabhängigkeit, da die
Haupt- und Nebenträger in einer Ebene liegen und die Stützen nur eingeschossig sind. Die
Kraftübertragung erfolgt über Stahllaschen, die den Kraftfluss von den Trägern in die Stützen
gewährleisten. Im Gegensatz zur Zangenkonstruktion sind Auskragungen bei der Bauweise
Träger auf Stütze in nur eine Richtung, nämlich in die Richtung der Hauptträger, möglich.
Brandschutztechnisch ist diese Konstruktion, wegen der verwendeten ingenieurmäßigen
Verbindungen (z.B. Stahllaschenverbindungen) als problematisch anzusehen.
Abb. 9.16: Systemskizze Träger auf Stütze
9.3.3 Massivholzbauweise
9.3.3.1 Blockbauweise
Die traditionelle Blockbauweise stellt eine Massivbauweise innerhalb des Holzbaus dar. Das
Konstruktionssystem ist flächig und ungerichtet und die Konstruktionselemente übernehmen
im Gegensatz zur Skelettbauweise sowohl tragende als auch raumabschließende Funktion.
Während bei der ursprünglichen Blockbauweise rohe, waagrecht liegende Rundhölzer
verwendet wurden, kommen heute profilierte Massivhölzer als Bauteile zur Anwendung.
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Der Vorteil der Blockbauweise liegt in den günstigen wärmetechnischen Eigenschaften des
Holzes, wodurch der U-Wert einer Blockbauwand den U-Wert einer Steinwand gleicher Dicke
um das Vierfache übertrifft. Der hohe Holzverbrauch wirkt sich hingegen vor allem auf die
Baukosten und den Brandschutz nachteilig aus. Die Lastaufnahmefähigkeit der Wände ist in
gleichem Maße von der Passgenauigkeit der Fugen zwischen den Konstruktionselementen und
vom Abstand der aussteifenden Querwände abhängig. Sie ist aber grundsätzlich sehr gering,
wodurch die Errichtung von maximal 2 Geschossen möglich ist. Für den mehrgeschossigen
Wohnbau hat die in Abb. 9.17 gezeigte Blockbauweise daher keine Relevanz. Sie findet
vorwiegend für den Bau von Wochenend- und Fertigteilhäusern oder für untergeordnete
Bauten Anwendung.
Abb. 9.17: Systemskizze Blockbauweise
9.3.3.2 Brettstapelbauweise
Brettstapelelemente sind massive, flächige Elemente aus Seitenware, den 36 bis 40 mm
dicken Anschnittresten des Stammholzes. Diese Seitenware, die in jedem Holzwerk anfällt,
wird nach dem Trocknen üblicherweise gehobelt und anschließend mit versetzten Stößen zu
massiven Holzbauteilen aneinandergeleimt oder -genagelt. Die Brettstapelelemente, die pro
Kubikmeter nur etwa ein Drittel des Vollholzpreises kosten, bilden die Primärkonstruktion für
Wände, Decken und Dächer und können je nach Anforderung roh belassen, isoliert oder
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verkleidet werden. Des weiteren werden die Elemente als Bestandteile von Holz-Beton-
Verbunddeckensystemen eingesetzt.
Ein Vorteil des Systems ist das bauphysikalische Verhalten. Durch die große flächige
Holzmasse kann mit etwa 2 bis 4 cm weniger Wärmedämmung derselbe U-Wert erreicht
werden wie mit den üblichen Konstruktionen der Holzbauweise. Zudem gewährleistet die
Bauweise eine gute Speicherfähigkeit und hohen Schallschutz.
Brandschutztechnisch ist dieses System eher von Nachteil, weil die verleimten Holzbauteile
im Feuer auseinanderreißen und die Feuerausbreitung in die Konstruktion ermöglichen,
wohingegen das Ablöschen des Brandes dadurch behindert wird bzw. kaum möglich ist.
Die Abb. 9.18 zeigt einen Holzträger in Brettstapelbauweise sowie ein noch roh belassenes
Brettstapelelement als Primärkonstruktion für eine Decke.
Abb. 9.18: Brettstapelbauweise nach [32]
Die Tragkonstruktion einer Brettstapeldecke besteht aus Vollholzplatten, die als Brettstapel
ausgeführt sind. Meist wird die Unterseite sichtbar gelassen und oben mit einem
entsprechenden Deckenaufbau versehen, um den bauphysikalischen Anforderungen zu
genügen. Die kostengünstigste Deckenvariante ergibt sich, wenn die Brettstapeldecken auch
auf der Oberseite sichtbar belassen und nach der Montage abgeschliffen und versiegelt
werden. In die einzelnen Bretter kann beim Hobeln noch ein zusätzliches Profil eingefräst
werden, so dass die Eigenschaften einer Akustikdecke erreicht werden. Durch die Profilierung
der Untersicht, welche eine Vergrößerung der Oberfläche und somit einen größeren Beitrag
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zum Brand und eine raschere Brandausbreitung mit sich bringt, verschlechtern sich die
brandschutztechnischen Eigenschaften des Bauteils.
Bei Brettstapelwänden bestehen die tragenden und nichttragenden Wände ebenfalls aus
Vollholzplatten, die als Brettstapel gefertigt sind. Die Brettstapelelemente werden gehobelt
und aus Kostengründen auf der Innenseite häufig sichtbar gelassen, wodurch der Brandschutz
allerdings erheblich verringert wird. Um einen besseren Schallschutz zu erreichen, können
nichttragende Innenwände einseitig beplankt werden. Bei Außenwänden ist aus
bauphysikalischer Sicht ebenfalls ein entsprechender Wandaufbau nötig (siehe Abb. 9.19).
Abb. 9.19: Horizontalschnitt durch Brettstapelwände nach [7]
Die Holz-Beton-Verbunddecke stellt eine weitere Konstruktionsweise dar, die mit
Brettstapelelementen ausgeführt werden kann. Um die mechanischen Eigenschaften der
Werkstoffe optimal auszunützen, befindet sich das Holz in der Zug- und der Beton in der
Druckzone. Die Verbindung der beiden Baustoffe erfolgt durch eingefräste Kerben im Holz
und gleichzeitiger Verankerung mit Spezialdübeln, wobei die Querkraft von den Kerben vom
Beton auf das Holz übertragen wird. Die Dübel übernehmen die auftretenden Zugkräfte und
sie werden vor Entfernen der Abstützung vorgespannt, um dadurch die Verformungen durch
das Schwinden des Betons stark zu reduzieren. Innerhalb der Kerben und senkrecht zu den
Holzelementen kann eine leichte Armierung eingelegt werden, damit eine Lastverteilung quer
zur Decke gewährleistet wird.
Die Abb. 9.20 zeigt eine Axonometrie durch die unterschiedlichen Aufbauten einer Holz-
Beton-Verbunddecke.
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Abb. 9.20: Holz-Beton-Verbunddecke nach [25]
9.3.4 Mischformen
Unter Mischformen werden Bauweisen des Holzbaus verstanden, die Vorteile der Rippen-,
Skelett- bzw. Massivholzbauweise vereinen. Als Beispiel einer Mischform von
Rahmenbauweise und Massivbauweise is t die Blocktafelbauweise anzuführen, ein Beispiel
für eine Mischform von Rahmenbauweise und Skelettbauweise ist der modifizierte
Holzrahmenbau.
9.4 Verbindungen im Holzbau
Die Fähigkeit eines Tragwerkes, Lasten aufzunehmen und abzuleiten ist abhängig von der
Festigkeit und der Steifigkeit der einzelnen Tragelemente und der Verbindungen dieser
Elemente untereinander. Wie im weiteren Verlauf des Berichtes noch des öfteren gezeigt
wird, hat die Ausführung der Bauteilanschlüsse in der Massivbauweise in der Regel keinen
maßgeblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion. Im Vergleich dazu
stellen die Verbindungen im Holzbau eine bauweisenimmanente Gefahrenstelle für das
gesamte Tragsystem dar.
Holzkonstruktionen werden aus Bauteilen zusammengebaut, die in der Werkstatt vorgefertigt
und auf der Baustelle zusammengesetzt werden. Verbindungen und Verbindungsmittel
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übertragen dabei an den Knotenpunkten die auftretenden Zug-, Druck- und Querkräfte sowie
die Biegemomente von einem Bauteil zum anderen. Im Holzbau unterscheidet man zwischen
zimmermannsmäßig und ingenieurmäßig gefertigten Verbindungen.
Mit Hilfe von zimmermannsmäßigen Verbindungen werden stabförmige Holzbauteile, z.B.
Sparren, Deckenbalken oder Pfetten, zu einem Tragwerk zusammengefügt. Die Kräfte werden
dabei durch Druckkontakt und Reibung zwischen den Holzflächen übertragen. Diese
traditionelle, handwerkliche Form der Holzverbindung findet heute nur noch wenig
Verwendung, da sie mit deutlich größerem Arbeitsaufwand, d.h. auch mit höheren Kosten,
verbunden ist. Ein weiterer Nachteil liegt in der Schwächung des Holzquerschnittes bei der
Fertigung zimmermannsmäßiger Verbindungen, da die zu verbindenden Hölzer hierfür
teilweise bis zur Hälfte des jeweiligen Querschnitts ausgenommen werden müssen. Um die
Lastabtragung trotzdem sicherzustellen ist eine konstruktive anstatt einer statischen
Bemessung der Holzstäbe nötig, wodurch es zu einer Überdimensionierung der Querschnitte
und zu damit implizierten höheren Materialkosten kommt.
Sobald durch zimmermannsmäßige Verbindungen nicht nur Druck- sondern auch Zugkräfte
zwischen den Holzelementen übertragen werden sollen, lassen sich die Querschnitte wegen
der geringen Spaltzugfestigkeit des Holzes nicht ausnutzen. Aus diesem Grund wurden im
Laufe des 20. Jahrhunderts ingenieurmäßige Verbindungsmittel entwickelt, die in
ausreichender Entfernung vom Knotenpunkt den Kraftfluss aus dem Holzquerschnitt in das
Verbindungsmittel und über dieses in den anschließenden Holzquerschnitt weiterleiten.
Durch die Verwendung von ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln lässt sich ein hoher
Präfabrikationsgrad in der Werkstatt und ein geringer Arbeitsaufwand auf der Baustelle
erzielen. Weiters können unter Einsatz dieser Hilfsmittel aus Stahl, Gusseisen oder
Aluminium auch komplizierte räumliche Verbindungen hergestellt werden. Die metallischen
Verbindungen haben jedoch den Nachteil, dass sie sich im Brandfall rasch aufheizen und nach
wenigen Minuten Feuereinwirkung Temperaturen von bis zu 500°C erreichen, d.h. ihre
Tragfähigkeit ist sehr rasch erschöpft.
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9.4.1 Systematik der Verbindungsformen
9.4.1.1 Zimmermannsmäßige Verbindungsformen
Zimmermannsmäßige Holzverbindungen sind beispielsweise die Stossverbindung,
Blattverbindung, Verkämmung, Zapfenverbindung, Versatz, Verzahnung, Schwalben-
schwanz, Kerve oder die Spundung. Die Tab. 9.1 gibt einen Überblick über die handwerklich
gefertigten Verbindungsformen, wobei für jede Verbindungsform exemplarisch eine der
möglichen Ausführungsweisen gezeigt wird.
Tab. 9.1: Zimmermannsmäßige Holzverbindungen
In Folge wird auf die Anwendungsbereiche der dargestellten Verbindungstechniken bei den in
Kapitel 9.3 beschriebenen Holzbausystemen eingegangen. Im Kapitel 2.3.2 werden die
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gebräuchlichsten zimmermannsmäßigen Verbindungen hinsichtlich ihres Verhaltens unter
Brandeinwirkung genauer betrachtet.
9.4.1.2 Ingenieurmäßige Verbindungsformen
Unter ingenieurmäßigen Verbindungsformen sind Verbindungen durch Nageltechniken,
Holzschrauben, Bolzen, Stabdübel, Dübel, Stahlbleche und Stahlblechformteile, Zugstab-
systeme aus Stahl und Aluminium und geklebte Verbindungen zu verstehen. Die Tab. 9.2
zeigt eine Übersicht über Ausführungsvarianten von ingenieurmäßigen Verbindungen.
Tab. 9.2: Ingenieurmäßige Holzverbindungen
In weiterer Folge wird auf die Anwendungsbereiche der dargestellten Verbindungstechniken
bei den in Kapitel 9.3 beschriebenen Holzbausystemen eingegangen. Im Kapitel 2.3.2 werden
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die ingenieurmäßigen Verbindungsmittel in Bezug auf ihr Verhalten unter
Brandbeanspruchung genauer betrachtet.
9.4.2 Verbindungen der Rahmenbauweise
Die Verbindungen der Rahmenkonstruktion erfolgen vor allem durch ingenieurmäßige
Verbindungsmittel, wobei Nägel, Klammern, Schrauben und in einigen Fällen auch die
Verleimung zur Anwendung kommen. Die statische Wirksamkeit der Konstruktion wird
dabei einerseits über den engen Stützenabstand, andererseits durch die aussteifende
Beplankung erreicht.
Die Abb. 9.21 zeigt einen Eckanschluss bei der Rahmenbauweise. Da das obere Geschoss in
diesem Fall nicht auskragend ausgeführt ist, schließen Deckenträger, Schwellen und
Unterzüge (Rähm) bündig mit der Stütze ab. Die stabförmigen Holzelemente werden durch
Nagelverbindungen zu einem Traggerüst verbunden, auf dem im nächsten Arbeitsschritt
mittels Nagelung die Beplankung angebracht wird.
Abb. 9.21: Eckanschluss bei der Rahmenbauweise nach [32]
Die Abb. 9.22 zeigt den Fußpunkt der Rahmenkonstruktion. Der Anschluss der massiven
Bodenplatte an die Holzkonstruktion erfolgt über eine Stahlblechplatte, deren Pratze in das
Fundament einbetoniert wird. Der aus der Gründung herausragende Teil der Stahlblechplatte
verbindet das Fundament mit dem vorgefertigten, bereits einseitig beplankten Wandelement,
indem durch die vorgebohrten Löcher der Stahlblechplatte Nägel in die Holzstütze
eingeschlagen werden.
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Abb. 9.22: Fußpunktanschluss bei der Rahmenbauweise nach [32]
9.4.2.1 Verbindungen beim Platform Framing und Balloon Framing
Bei beiden Bauweisen wird die statische Wirksamkeit über den engen Pfostenabstand und die
aussteifende Wirkung der Beplankung erreicht. Die Verbindung der Hölzer erfolgt dabei
ausschließlich über Nageltechniken, indem die Hölzer entweder seitlich oder über ein
Stirnholz miteinander vernagelt werden.
Die Abb. 9.23 zeigt den Deckenanschluss beim Balloon Framing. Die Stützen werden bei
dieser Konstruktionsweise über mehrere Geschosse durchlaufend ausgeführt. Die
sogenannten Geschossbalken werden zur Unterteilung der Stützen in jeder Deckenebene an
diese genagelt. Sie bilden das Auflager bzw. den Anschlag für die in Folge aufgelegten
Deckenbalken, die durch Nagelung mit den Stützen verbunden werden. Um eine horizontale
Aussteifung des Systems zu erreichen, wird auf die Deckenbalken im Anschluss eine
flächenwirksame Plattenlage genagelt.
Abb. 9.23: Deckenanschluss beim Balloon Framing nach [32]
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Die Abb. 9.24 zeigt die Ausführung eines Eckanschlusses beim Balloon Framing. Die
Deckenbalken werden auf die in jeder Ebene angebrachten Geschossbalken aufgelegt und
durch Nagelung verbunden. Durch die aussteifende horizontale und vertikale Beplankung, die
ebenfalls ausschließlich mittels Nägel verbunden werden, wird ein statisch wirksames System
gebildet. Der Brandwiderstand dieser Verbindungen ist naturgemäß nur gering.
Abb. 9.24: Eckanschluss beim Balloon Framing nach [32]
9.4.3 Verbindungen der Skelettbauweise
9.4.3.1 Fachwerkbauweise
Bei der Fachwerkbauweise werden nach wie vor traditionelle, zimmermannsmäßige Ver-
bindungen verwendet. Sämtliche handwerklichen Verbindungen lassen sich mit ent-
sprechenden Blechteilen jedoch auch ingenieurmäßig ausführen.
Die Abb. 9.25 zeigt die zimmermannsmäßige Eckverbindung bei der Fachwerkbauweise.
Dabei wird die Eckverbindung der Schwellen (Rähm) durch eine Ecküberblattung mit
schrägem Schnitt ausgeführt, in manchen Fällen kann sie auch mit geradem Schnitt oder als
haken- oder schwalbenschwanzförmige Ecküberblattung gefertigt werden. Die Deckenbalken
werden mit den Schwellen durch Eckverkämmungen verbunden, die ein Verschieben und
Verkanten der Holzstäbe verhindern. Die Verbundwirkung der Schwellen mit den Pfosten
wird durch eine Zapfenverbindung erreicht, die die gebräuchlichste Winkelverbindung im
zimmermannsmäßigen Holzbau darstellt.
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Abb. 9.25: Eckanschluss bei der Fachwerkbauweise nach [32]
Die Abb. 9.26 zeigt den Anschluss eines Deckenbalkens an die Schwellen, die durch die
zimmermannsmäßige Verbindungsform der Verkämmung ausgeführt wird. Die Verbindung
der horizontal liegenden Schwellen an die vertikalen Pfosten wird durch Zapfen erreicht.
Abb. 9.26: Deckenanschluss bei der Fachwerkbauweise nach [32]
9.4.3.2 Verbindungen der ingenieurmäßigen Skelettbauweise
Zangenbauweise
Die Zangenbauweise wird dem ingenieurmäßigen Skelettbau zugeordnet. Um die Last-
abtragung zu garantieren sind Verbindungen ohne technische Hilfsmittel nicht möglich.
Die Abb. 9.27 zeigt den Anschluss der Nebenträger an die Hauptträger. Die Hauptträger
werden in Form von doppelten, horizontal angeordneten Balken, den Zangen, ausgeführt. Auf
diese Zangen werden im rechten Winkel dazu einteilige Nebenträger aufgelegt, die durch
beidseitig am Querschnitt montierte Winkelbleche mit den Haupt-trägern verbunden und mit
Bolzen gesichert werden.
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Abb. 9.27: Trägeranschluss bei der Zangenbauweise nach [32]
Die Abb. 9.28 zeigt den Anschluss der Stütze an die Zangen und Nebenträger. Bei der
Zangenbauweise werden die Stützen durchlaufend ausgeführt und durch die in jeder
Deckenebene geführten Zangen beidseitig umschlossen. Die Verbindung der horizontal
laufenden Hauptträger mit den Stützen erfolgt durch Dübel, die jeweils zwischen der Stütze
und den Zangen angebracht und mit Bolzen in ihrer Lage gesichert werden. Die Verbindung
der Hauptträger mit den aufliegenden Nebenträgern wird ebenfalls durch Dübelverbindungen,
die mit Bolzen fixiert werden, ausgeführt.
Abb. 9.28: Anschluss der Haupt- und Nebenträger an die Stütze bei der Zangenbauweise nach [32]
Pfosten-Riegel-Konstruktion
Die Verbindungen erfolgen bei dieser Bauweise ingenieurmäßig, als Verbindungsmittel
werden z.B. Balkenschuhe, Stahlwinkel oder eingeschlitzte T-Profile, die mit Stabdübeln
gesichert werden, verwendet. Die Abb. 9.29 zeigt den Anschluss der horizontalen Riegel an
die Stütze, der nach allen vier Richtungen in einer Ebene erfolgen kann. Zur Herstellung
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dieser ingenieurmäßigen Verbindung werden in alle vier Riegel Stahlblechformteile in Form
von Hakenplatten eingeschlitzt und in die Gegenstücke eingehängt, die zuvor in die Stütze
eingelassen wurden. Die Sicherung der Verbindung erfolgt durch Stabdübel.
Abb. 9.29: Anschluss der Riegel an die Stütze bei der Pfosten-Riegel-Konstruktion nach [32]
Die Abb. 9.30 zeigt den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Diese Verbindung
kann in einer Ebene erfolgen und wird durch Stahlblechformteile in Form von Winkelblechen
erreicht, die an die Hauptträger geschraubt werden. Anschließend werden auf diese
Winkelbleche die Nebenträger aufgelegt und mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert.
Abb. 9.30: Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger bei der Pfosten-Riegel-Konstruktion nach [32]
Konstruktion der geteilten Stütze
Um den Kraftfluss von den horizontalen Trägern in die zangenartig geteilten Stützen zu
gewährleisten, sind bei dieser Konstruktionsweise technische Verbindungsmittel unbedingt
erforderlich. Die Abb. 9.31 zeigt den Anschluss einer zweiteiligen, zangenartigen
Stützenkonstruktion an den Hauptträger. Die über mehrere Geschosse reichenden Stützen
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laufen in jeder Deckenebene seitlich an den Hauptträgern vorbei und werden mittels Dübeln
mit diesen verbunden. Die Lagesicherung dieser ingenieurmäßigen Verbindungstechnik
erfolgt durch Bolzen.
Abb. 9.31: Anschluss der Stütze an den Hauptträger bei der Konstruktion der geteilten Stütze nach [32]
Die Abb. 9.32 zeigt den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Dieser erfolgt
konventionell durch Winkelbleche, die an der Oberseite des horizontal verlaufenden
Hauptträgers und an den Seitenflächen der ebenfalls horizontal verlaufenden, normal dazu
liegenden Nebenträger angebracht werden.
Abb. 9.32: Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger bei der Konstruktion der geteilten Stütze nach [32]
Bauweise Träger auf Stütze
Die Verbindungen bei dieser Bauweise erfolgen ausschließlich ingenieurmäßig, da ansonsten
der Kraftfluss von den horizontal liegenden Trägern in die Stützen, die jeweils nur über ein
Geschoss laufen, nicht gewährleistet wäre.
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Die Abb. 9.33 zeigt den Anschluss des Hauptträgers an die Stützen und an die Nebenträger.
Dafür werden in die Hauptträger im Rasterabstand der Stützen Stahlplatten eingelassen und
mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert. Diese Stahlplatten kragen sowohl auf der Unterseite als
auch auf der Oberseite des Trägerquerschnitts aus diesem heraus. Die Hauptträger werden
durch das Einschieben dieser Platten in die geschosshohen, an den Stossflächen
eingeschlitzten Stützen verbunden. Als Lagesicherung dient auch in diesem Fall die
Bolzenverbindung.
Abb. 9.33: Anschluss des Hauptträgers an die Nebenträger und die Stützen bei der Bauweise Träger auf Stütze nach [32]
Die Abb. 9.34 zeigt noch einmal den Anschluss der Nebenträger an den Hauptträger. Diese
Verbindung der Bauteile kann in einer Ebene erfolgen, indem die Nebenträger auf die zuvor
an die Hauptträger geschraubten Winkelbleche aufgelegt werden. Die Verbindung wird
mittels Bolzen in ihrer Lage gesichert. Auf die brandschutztechnischen Nachteile dieser
Konstruktion wird in Kapitel 2.3.2 eingegangen.
Abb. 9.34: Anschluss der Nebenträger an die Hauptträger bei der Bauweise Träger auf Stütze nach [32]
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9.4.4 Verbindungen der Massivholzbauweise
9.4.4.1 Verbindungen der Blockbauweise
Bei der Blockbauweise erfolgen die Verbindungen in der Regel zimmermannsmäßig. Sowohl
die Verbindungen der Wände an die Decken als auch die Verbindungen der Innenwände an
die Außenwände können systemkonform als Verkämmung ausgeführt werden. Alle anderen
Verbindungen, z.B. die Verbindung der Innenwände können mit Hilfe von technischen
Hilfsmitteln ausgeführt werden.
Die Abb. 9.35 zeigt den Anschluss der Außenwand an die aussteifende Querwand. Die
Verbindung der Massivhölzer der Blockbauweise erfolgt dabei durch die handwerkliche Form
der Verkämmung. Zu beachten ist in diesem Fall die Querschnittsschwächung, die durch
diese Form der Verbindung auftritt.
Abb. 9.35: Wandanschluss bei der Blockbauweise nach [32]
Da die Verbindungen oft einen kritischen Punkt beim Verhalten von Holz im Brandfall
darstellen, wird in Kapitel 2.3.2 detailliert auf das Brandverhalten der unterschiedlichen
Holzverbindungen eingegangen werden und eine Analyse der möglichen Schwachstellen im
Brandfall erfolgen. Diese Analyse ist deshalb erforderlich, weil die Prüfung des
Brandwiderstandes von Bauteilen nach ÖNORM B 3800, Teil 2 im wesentlichen unter
Vernachlässigung der Bauteilanschlüsse erfolgt, d.h. die Holzwände oder -decken werden
jeweils einzeln geprüft. Die Prüfung der jeweiligen Anschlüsse ist zwar grundsätzlich
erforderlich, wird in der Praxis jedoch nur selten durchgeführt. Im Gegensatz zur
Massivbauweise, bei der die Anschlüsse aufgrund der Konstruktion in der Regel
kraftschlüssig sind und auch den Raumabschluss sicherstellen, ist dieses bei den
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Holzleichtbaukonstruktionen nicht der Fall, d.h. weder die Kraftübertragung noch der
Raumabschluss sind im Brandfall an den Bauteilgrenzen sichergestellt.
Dieser Sachverhalt hat unter anderem dazu geführt, dass für die Anwendung von F 60
(zukünftig REI 60 nach [49]) -Holzkonstruktionen in Deutschland eine spezielle bauauf-
sichtliche Richtlinie („Entwurf der Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforder-
ungen an Bauteile von Gebäuden der Gebäudeklasse 4 in Holzbauweise (Muster-
Holzbaurichtlinie – M-HbauRL) [35]) erarbeitet wurde, welche kurz vor der Einführung als
Technische Baubestimmung steht. In dieser Holzbaurichtlinie ist vor allen Dingen das
Problem der Bauteilanschlüsse, Bauteilfugen und Verbindungselemente behandelt.
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