Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und UmweltingenieurwissenschaftenBaukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems S i t Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN Themenbereich Geneigte Dächer Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 1 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3 Geneigte Dächer g 3.1 Differenzierung von Dacharten nach der Neigung Eine erste Differenzierung eines Daches bezüglich seiner Art (Geneigtes Dach, Flachdach) kann nach seiner Neigung α erfolgen: • Flachdächer mit α ≤ 5° (vgl. Scriptums „Flachdächer“) • Flach geneigte Dächer mit 5° < α ≤ 20° • Steildächer mit α > 20° geneigte Dächer Die Grundformen des geneigten Daches sind Pultdach sowie das Satteldach mit seinen Variationen Walmdach (→ Reduzierung der auf den Giebel einwirkenden Windlasten) und Mansarddach (→ Nutzung des ersten Dachgeschosses [ Mansarde“ nach J Hardouin- und Mansarddach (→ Nutzung des ersten Dachgeschosses [„Mansarde nach J. Hardouin- Mansart, der lt. Brockhaus zu Unrecht als ihr Erfinder gilt] mit nur geringen Einschränkungen im Sinne eines bewohnten Vollgeschosses), vgl. dazu Bild 3.1-1. Bild 3 1 1 Darstellung von Pultdach Satteldach Walmdach Mansarddach Bild 3.1-1 Darstellung von Pultdach, Satteldach, Walmdach, Mansarddach 3.2 Differenzierung von Dacharten nach dem konstruktiven Feuchteschutz Im Gegensatz zu Fachdächern, die eine Dachabdichtung erhalten, werden geneigte Dächer in der Regel mit einer Dachdeckung versehen. Signifikantestes Unterscheidungs merkmal ist dass Dachabdichtungen wasserdicht ausgeführt werden Unterscheidungs-merkmal ist, dass Dachabdichtungen wasserdicht ausgeführt werden, verhindern somit ein Durchdringen auf der Abdichtung stehendenden Wassers. Dachdeckungen bewirken dagegen durch ihre geneigte und elementweise überlappende Bauweise einen schnellen Ablauf des Niederschlagwassers vom Bauwerk. Sie müssen daher nicht wasserdicht Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 2 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems ausgeführt werden. Bei starkem Wind, rückstauendem Schnee etc. kann daher Niederschlag unter die Dachdeckung gelangen, was beim Aufbau eines Daches zu berücksichtigen ist. 3.3 Bezeichnungen Die üblichen Fachausdrücke für die einzelnen Gestaltungsmerkmale eines Daches sind in Bild 3.3-1 dargestellt. Bild 3.3-1 Fachausdrücke für die einzelnen Gestaltungsmerkmale eines Daches 3.4 Anforderungen an geneigte Dächer 3.4.1 Statisch-konstruktive Anforderungen Hinsichtlich der statisch-konstruktiven Anforderungen muss gewährleistet sein: die Standsicherheit der Dachkonstruktion und - die Standsicherheit der Dachkonstruktion und - die Begrenzung der Verformungen, so dass keine Schäden im Bereich des Dachfbaus bzw. der Unterkonstruktion entstehen (Nachweise nach DIN 1052). Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 3 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.4.2 Bauphysikalische Anforderungen Die Dachkonstruktion muss auf Seiten der Bauphysik den Anforderungen - des Witterungsschutzes (DIN 4108–3), - des Wärmeschutzes (DIN 4108 – 2, Energieeinsparverordnung), - des Tauwasserschutzes (DIN 4108– 3), - der Luftdichtheit (DIN 4108–2, -7, Energieeinsparverordnung), - des Schallschutzes (DIN 4109), - des Brandschutzes (Landesbauordnung, DIN 4102 genügen. 3.5 Zimmermannsmäßige Dachkonstruktionen 3.5.1 Überblick Der Entwurf der Dachkonstruktionen geht von der Dachhaut aus. Die Deckung der geneigten Dächer verlangt grundsätzlich eine den Höhenlinien folgende Unterlage, sei es eine Lattung aus Holzlatten für Ziegel-, Betondachstein-, Faserzement- oder Reet- deckung oder eine Schalung aus dicht liegenden Brettern für Schiefer-, Metall- oder Dachbahnendeckung. Lattung oder Schalung liegt ihrerseits auf Trägern, die zwangs- läufig senkrecht zu den Höhenlinien in Neigungsrichtung des Daches ausgerichtet sind, läufig senkrecht zu den Höhenlinien in Neigungsrichtung des Daches ausgerichtet sind, den Sparren [Der Sparren, mittelhochdeutsch sparre, althochdeutsch sparro]. Wenn die Gebäude- längswände einen hinreichend kleinen Abstand haben, können die Sparren ohne Zwischenunterstützung auf den Längswänden gelagert werden. Dabei werden die Sparren auf Schwellen gelegt, die das Ausrichten und Anschließen der Sparren wesentlich erleichtern und die Einzellasten aus den Sparren auf die Wand verteilen. Alle die Sparren stützenden waagerechten Träger werden Pfetten [Die Pfette, spätmittelhoch- deutsch pfette, über das Romanische aus demLateinischen patena] genannt, gleichgültig, ob sie wie die Schwellen kontinuierlich oder Punkt gestützt sind. Die oberste Pfette ist die First- Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 4 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems pfette, am Fuß der Sparren liegt die Fußpfette (Bild 3.5-2a). Bild 3.5-1 zeigt diese Grundkonzeption des geneigten Daches, die letztlich allen geneigten Dächern zugrunde liegt: Dachlattung auf Sparren, Sparren auf Pfetten. Der Sparren übt aufgrund seiner waagerecht geschnittenen Lagerflächen unter senkrechten Lasten (z. B. Eigenlast) nur senkrechte Kräfte auf die Unterkonstruktion aus. Bild 3.5.1-1 Grundsätzlicher Aufbau einer Dachkonstruktion Bei größerer Spannweite muss der Sparren eine Zwischenstützung, zum Beispiel durch eine Mittelpfette, erhalten (Bild 3.5.1-2b). Die Mittelpfette kann bei kurzen Gebäuden auf den Giebelwänden ohne Zwischenstützung gelagert sein oder bei längeren Gebäuden zusätzlich auf Querwänden oder Stützen aufliegen Günstiger als die Form des zusätzlich auf Querwänden oder Stützen aufliegen. Günstiger als die Form des Pultdaches ist für breite Gebäude die Form des Satteldaches (vgl. Bild 3.1-1). Von den beiden gleichen hohen Längswänden laufen die Sparren auf die Firstpfette (Bild 3.5.1-2c), die hier – wie die Mittelpfette – allein auf den Giebelwänden oder zusätzlich auf Zwischenstützungen liegt. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 5 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Alle Dächer, deren Sparren gemäß auf Pfetten gelagert sind und die unter senkrechter Belastung nur senkrechte Kräfte auf die Pfetten abgeben, werden Pfettendächer genannt. G i d i t d i B üh kt b d Stäb h Bild 3 5 1 2d Gegeneinander geneigte und im Berührungspunkt verbundene Stäbe nach Bild 3.5.1-2d bilden ein außerordentlich tragfähiges System, wenn beide Fußpunkte außer in senkrechter auch in horizontaler Richtung gehalten sind. Eine Stützung im First ist nicht erforderlich. Die Lasten werden zu einem großen Teil über Druckkräfte in den Sparren auf die Fußpunkte abgetragen. Pfetten sind gegebenenfalls nur als Schwellen an den Auflagern erforderlich. Alle Dächer, deren Sparren gemäß Bild 3.5.1-2d am Fußpunkt in senkrechter und horizontaler Richtung gehalten sind und die ein Dreigelenksystem bilden, werden Sparrendächer genannt. Insbesondere in historischen mehrgeschossigen Dächern kommen häufig kombinierte Systeme vor mit Pfetten in den t G h d D i l k t i Fi t h ß unteren Geschossen und Dreigelenksystemen im Firstgeschoß. Bild 3 5 1 2 Möglichkeiten der Sparrenauflagerung Bild 3.5.1-2 Möglichkeiten der Sparrenauflagerung a) Auflagerung auf Fuß- und Firstpfette beim Pultdach b) Durchlaufsparren auf Fuß-, Mittel- und Firstpfette c) Auflagerung auf Fuß- und Firstpfette beim Satteldach d) Dreigelenksystem eines Sparrendaches ohne Zugband (unverschiebliche Auflager) e) Dreigelenksystem eines Sparrendaches mit Zugband (ein verschiebliches Auflager) f) Dreigelenksystem eines Sparrendaches mit Zugband und Kehlbalken Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 6 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Eine systematische Übersicht üblicher zimmermannsmäßiger Dachkonstruktionen gibt Bild 3.5.1-3. Weitere Konstruktionen sind denkbar. Zimmermannsmäßige Dachkonstruktionen Sparrendächer Pfettendächer strebenloses Pfettendach Abgestrebtes Pfettendach Kehlbalkendach (reines) Sparrendach Festes Sparrenauflager an der Fußpfette Festes Sparrenauflager an der Mittelpfette Wahlweise mit Zuggurt oder unverschieblichem Auflagern Kehlbalkendach mit verschieblichem Kehlbalken Kehlbalkendach mit unverschieblichem Kehlbalken Bild 3.5.1-3 Übersicht über die heute üblichen zimmermannsmäßiger Dachkonstruktionen Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 7 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.5.2 Pfettendächer Sparren In Pfettendächern tragen mit dem First parallel laufende Pfetten die aufliegenden Sparren. Die Sparren sind als einfeldrige oder durchlaufende oder auskragende Balken vorwiegend auf Biegung beansprucht. Pfettenauflagerung Die Pfetten können ihrerseits auf vielfältige Weise unterstützt und gelagert werden. Bei üblichen Hallenbauten liegen die Pfetten meistens als durchlaufende Träger oder als G b d K lt ä f H ll lä i ht t Bi d I Gerber- oder Koppelträger auf quer zur Hallenlängsrichtung gespannten Bindern. Im Geschoßbau ist der Dachraum in der Regel frei von tragfähigen Wänden, so dass zur Auflagerung der Pfetten ein besonderes Tragwerk aus Stützen (auch Stiele oder Pfosten genannt), Streben, Zangen und Riegeln erforderlich ist. Wenn der Dachraum ungenutzt bleibt, haben sich im Geschoßbau, ähnlich wie im Hallenbau, auch vorgefertigte Binder (z. B. Fachwerkträger aus Holz) als zweckmäßig erwiesen. Zweifellos ist es am einfachsten, die Pfetten auf senkrecht stehende Stützen zu legen. In älteren Dächern sind die Pfetten häufig durch Kopfbänder mit den Stützen biegesteif verbunden. In der Pfetten-Stiel-Ebene (also in Längsrichtung des Gebäudes) entsteht auf diese Weise ein mehrfeldriger Rahmen Allerdings sind solche Systeme vergleichsweise verformungs mehrfeldriger Rahmen. Allerdings sind solche Systeme vergleichsweise verformungs- weich, so dass meistens eine zusätzliche Aussteifung durch Streben in den Endfeldern erforderlich ist. Bild 3.5.2-1 zeigt ein solches System sowie drei neuere Vorschläge zur Stützung und Längsaussteifung von Pfettensträngen für unterschiedliche Abstände der tragenden Wände. Die Anordnung von V-Stützen erhöht zwar die Anzahl der stützenden Bauglieder; aber gleichzeitig verkleinert sich der erforderliche Holzquerschnitt für die Pfetten so weit, dass diese Ausbildung wirtschaftlich sein kann. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 8 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems a) b) c) d) Bild 3.5.2-1 Übersicht über die verschiedenen Arten von Pfettensträngen a) Pfettenstrang mit Kopfbandstützen a) Pfettenstrang mit Kopfbandstützen b) Pfettenstrang mit V-Stützen bei gleichmäßigem Abstand der tragenden Wände c) Dreifachstützen bei weitem Abstand der tragenden Wände d) Unterstützung bei ungleichmäßiger Anordnung der tragenden Wände Dachstuhl Zur Aussteifung in Querrichtung waren früher mehrere Systeme gebräuchlich. Häufig wurden die Stielpaare durch Zangen verbunden und nach beiden Seiten abgestrebt (Bild 3.5.2-2a). Da Streben mit traditionellen Anschlüssen nur geringe Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 9 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Zugkräfte übertragen können, ist je nach Windrichtung entweder die eine oder die andere Strebe als Druckstrebe wirksam. Dabei steht die Zange ebenfalls unter Druckbeanspruchung. Bild 3.5.2-2b zeigt das Traggerüst, das den Stuhl für die Sparren bildet, im Ganzen. Wegen der zwei Stielreihen wird das System als doppelt oder zweifach stehender Stuhl bezeichnet. Er ist für sich standfest. Die Sparren liegen auf, ohne dass sie zum Gesamttragverhalten des Systems beitragen. Hat das Dach nur eine tragende Pfette mit einer Pfostenreihe, so spricht man von einem einfach stehenden, bei drei Pfetten (zum Beispiel zwei Mittelpfetten und eine Firstpfette) mit drei Stielreihen von einem dreifach stehenden Stuhl mit drei Stielreihen von einem dreifach stehenden Stuhl. a) b) Bild 3.5.2-2 Dachstuhl mit Darstellung der Abstrebung (a) sowie perspektivischer Darstellung des Gesamtsystems (b) y ( ) In Bild 3.5.2-3 werden die Schnittkräfte in einem abgestrebten Stuhl für die unter- schiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikal- belastung“ sowie „unsymmetrische Horizontalbelastung“ unter Berücksichtigung der Zugweichheit zimmermannsmäßiger Verbindungstechniken dargestellt. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 10 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Hängewerk Bild 3.5.2-3 Schnittkräfte in einem abgestrebten Stuhl für die unterschiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontal- belastung“ unter Berücksichtigung der Zugweichheit zimmermannsmäßiger Verbindungs- techniken dargestellt In der Ansicht ähnlich wie der zweifach stehende Stuhl, aber im Tragverhalten verschieden, ist das doppelte Hängewerk (Bild 3.5.2-4), das meistens die ganze Gebäudebreite ohne Zwischenstützung überspannt. Beim Hängewerk sind die Stiele nur zugfest mit der Unterkonstruktion – in der Regel ein Bundbalken verbunden Symmetrische Lasten werden über die Streben abgeleitet In Bundbalken – verbunden. Symmetrische Lasten werden über die Streben abgeleitet. In Bild 3.5.2-5 werden die Schnittkräfte in einem doppelten Hängewerk für die unterschiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontalbelastung“ unter Berücksichtigung der Randbedingung, dass die Stützenfüße nur zugfest angeschlossen sind. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 11 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.5.2-4 Doppeltes Hängewerk Die Stühle sind dabei unbelastet, sofern sie nicht angehängte Lasten aus der Decke aufzunehmen haben, wozu das Hängewerk häufiger herangezogen wird. Bei Bundbalken unsymmetrischer Belastung wird die Last am Aufpunkt in die Richtungen der Strebe und des Spannriegels zerlegt; die Stütze unter dem Lastangriffspunkt bleibt unbelastet. Im gegenüberliegenden Knoten ruft die Druckkraft des Spannriegels eine Strebendruckkraft und eine Zugkraft in der Stütze hervor. Unter horizontalen Lasten verhalten sich beide S t l i h ti D Hä k i t l f di Bi f ti k it d B db lk Systeme gleichartig. Das Hängewerk ist also auf die Biegefestigkeit des Bundbalkens angewiesen. Bild 3.5.2-5 Schnittkräfte in einem doppelten Hängewerk für die unterschiedlichen Lastfälle „symme- trische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontalbelastung“ unter Berücksichtigung der Randbedingung, dass die Stützenfüße nur zugfest angeschlossen sind Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 12 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Sprengwerk Das Hängewerk wandelt sich zum Sprengwerk, wenn die Stützen nicht zugfest, sondern mit einem Schwebezapfen für unsymmetrische Lasten druckfest angeschlossen werden (Bild 3.5-6). Sprengwerke sind verbreitet anzutreffen, werden aber heute kaum noch h t llt hergestellt. In Bild 3.5.2-7 werden die Schnittkräfte in einem Sprengwerk für die unterschiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie unsymmetrische Horizontalbelastung“ unter Berücksichtigung der Randbedingung Bild 3.5.2-6 Schwebezapfen in einem Sprengwerk (links aufsitzend, rechts schwebend) „unsymmetrische Horizontalbelastung unter Berücksichtigung der Randbedingung, dass die Stützen mit Schwebezapfen schwebend angeschlossen sind. Unter symmetrischer Belastung „schweben“ die Aufstandsflächen der Stützen einige cm über dem Bundbalken, so dass sie wirkungslos sind. Infolgedessen bilden die Streben mit dem Riegel eigentlich ein verschiebliches Gelenkviereck, das allerdings für symmetrische Belastung der Stützlinie entspricht. Demnach werden symmetrische Lasten wie beim Hängewerk über die Streben abgetragen. Unter unsymmetrischer Last verschiebt sich das Gelenkviereck, und die Stütze unter der Last senkt sich auf den Bundbalken ab. Es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung und damit ein neues tragfähiges System in dem der Bundbalken die unsymmetrischen und damit ein neues tragfähiges System, in dem der Bundbalken die unsymmetrischen Lasten über Biegung auf die Wände abträgt. Der Grundgedanke besteht also darin, die größten symmetrischen Lasten und Schnee ohne Beanspruchung des Bundbalkens über die Streben auf die Außenwände zu leiten und den Bundbalken nur mit den kleineren unsymmetrischen Lasten zu beanspruchen. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 13 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Die mit der Systemveränderung verbundenen Unsicherheiten in der tatsächlichen Bild 3.5.2-7 Schnittkräfte in einem Sprengwerk für die unterschiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontal- belastung“ unter Berücksichtigung, dass die Stützen mit Schwebezapfen schwebend angeschlossen sind Die mit der Systemveränderung verbundenen Unsicherheiten in der tatsächlichen Kräfteverteilung und die relativ großen Verformungen entsprechen nicht mehr den heute üblichen Sicherheitsanforderungen. Aber in der Vergangenheit hat sich diese verformungsfähige „weiche“ Konstruktion, die örtlichen Überbeanspruchungen durch Kräfteumlagerungen ausweichen kann, durchaus bewährt. Hängewerke und Sprengwerke eignen sich als symmetrische Systeme in der Regel nur für symmetrische Grundrisse. Für unregelmäßige Grundrisse ist der stehende Stuhl die angemessene Konstruktion Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 14 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Liegender Stuhl Wenn der Dachraum stützenfrei bleiben sollte, zum Beispiel in Lagerhäusern, wurden die Stützen schräg gestellt oder gelegt. Kopfbänder zwischen Stützen und Riegel ergänzen das System zu einem Rahmen und geben dem so genannten liegenden Stuhl die erforderliche Quersteifigkeit (Bild 3.5.2-8). Bild 3.5.2-8 Konstruktion eines liegenden Stuhls In Bild 3.5.2-9 werden die Schnittkräfte in einem liegenden Stuhl für die unter- schiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, und „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontalbelastung“ unter Berücksichtigung der Randbedingung, dass die Stützenfüße nur zugfest angeschlossen sind, dargestellt. Unter symmetrischer Belastung verhält sich der liegende Stuhl wie ein Sprengwerk. y g g p g Unter unsymmetrischen Lasten ist er zwar tragfähig, aber doch recht weich. Häufig wurden liegende Stühle deshalb durch entsprechenden Verbund mit den Sparren zusätzlich ausgesteift Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 15 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.5.2-9 Schnittkräfte in einem Sprengwerk für die unterschiedlichen Lastfälle „symmetrische Vertikalbelastung“, „unsymmetrische Vertikalbelastung“ sowie „unsymmetrische Horizontal- belastung“ unter Berücksichtigung, dass die Stützen mit Schwebezapfen schwebend angeschlossen sind Strebenloses Pfettendach Heute werden Pfettendächer in der Regel ohne eine besondere Abstrebung als streben- loses Pfettendach ausgeführt. Die erforderliche Quersteifigkeit erreicht man durch Einbeziehung jeweils jener Sparren zum Tragsystem des Stuhls, die über den Stielen liegen. Sparren und Stiel bilden einen Bock. Die Verbindung mit dem Stiel ist am einfachsten durch Laschen herzustellen die häufig als Zangen zum einfachsten durch Laschen herzustellen, die häufig als Zangen zum gegenüberliegenden Bock durchlaufen und dann auch als Deckenträger für einen Dachausbau dienen können (Bild 3.5.2-10). Im Übrigen werden bei allen Sparren die horizontalen Komponenten aus der anteiligen Windlast am Fußpunkt abgegeben, so dass die Windlast Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 16 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems kontinuierlich längs der Traufe in die Deckenscheibe geleitet wird und die Mittelpfette nur senkrechte Lasten erhält. Das stützende, in der Querebene steife System, bestehend aus dem Pfostenpaar, der Zange und den beiden zugehörigen Sparren, nennt man einen Binder. Die Sparrenpaare zwischen den Bindern heißen Leergebinde Bild 3.5.2-10 Konstruktion eines strebenlosen Pfettendaches und Darstellung des korrespondierenden statischen Systems Wenn die Sparren von der Mittelpfette zum First weit auskargen werden sie manchmal Wenn die Sparren von der Mittelpfette zum First weit auskargen, werden sie manchmal durch eine Firstbohle verbunden. Gewöhnlich lässt man Kragsparren frei enden. Das Verhältnis von Feld- zu Kraglänge ist bei etwa 3:1 wegen der zugehörigen Biegemomentenverteilung am günstigsten. Die üblichen Stützweiten für Pfetten liegen zwischen 3 m und 4 m. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 17 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.5.3 Sparrendächer Paarweise gegeneinander geneigte Sparren, die im First kraftschlüssig verbunden sind und am Fußpunkt ein fest, vertikal und horizontal unverschiebliches Auflager haben, bilden ein tragfähiges Dreigelenksystem, vgl. Bild 3.5.1-2 und Bild 3.5.3-1. Die Sparren werden dabei außer auf Biegung zusätzlich auf Druck beansprucht. Dachtragwerke, die aus derartigen Sparrenpaaren ohne First- und Mittelpfette gebildet werden, heißen Sparrendächer. Bild 3.5.3-1 Konstruktionen eines Sparrendaches Die Sparrendruckkraft ist bei sonst gleichen Verhältnissen wesentlich von der Dachneigung abhängig. Man erkennt aus Bild 3.5.3-2, dass sich die Sparrendruckkraft bei Dachneigungen >30° nur wenig ändert. Bei abnehmender Neigung ab 30° steigt die Druckkraft jedoch zunehmend steil an. Die wirtschaftlich vertretbare Grenze für Sparrendächer dürfte bei wenigstens 20° Dachneigung liegen Sparrendächer dürfte bei wenigstens 20 Dachneigung liegen. Bild 3.5.3-2 Sparrendruckkraft in Abhängigkeit von der Dachneigung eines Sparrendaches Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ p g g g g p GD 18 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Sparrendächer haben einen geringen Holzbedarf als Pfettendächer. Andererseits verlangen sie besondere Sorgfalt beim Zuschnitt und bei der Montage, dem so genannten Abbund, so dass die Kosten für den Abbund bei Sparrendächern höher sein können als bei Pfettendächern. Von Vorteil ist der freie Dachraum. Allerdings sind die Mö li hk it d D h t lt B d h d Ei b G b d T Möglichkeiten der Dachgestaltung, z. B. durch den Einbau von Gauben und Terrassen, im Vergleich zum Pfettendach eingeschränkt, weil die Sparren immer paarweise auf- treten und das Auswechseln eines durch Druckkräfte beanspruchten Sparrens aufwendiger ist als die Unterbrechung oder das Auslassen von Sparren im Pfettendach. Die Aussteifung in Längsrichtung liegt beim Sparrendach immer in den Dachflächen. Am einfachsten ist die Aussteifung mit Latten herzustellen, die in diagonaler Richtung von unten gegen die Sparren genagelt werden. Sie heißen Windrispen wenn wegen eines Ausbaus des Dachgeschosses untergenagelte, durchlaufende Latten stören, kann man die Latten stückeln und zwischen die Sparren legen, was allerdings aufwendig ist, oder man bildet Andreaskre e a s er inkten Stahlbänder (Bild 3 5 3 3) Die Andreaskre e man bildet Andreaskreuze aus verzinkten Stahlbänder (Bild 3.5.3-3). Die Andreaskreuze sind notwendig, weil die Stahlbänder nur Zug aufnehmen können. Bild 3.5.3-3 Längsaussteifung von Sparrendächern a) Windrispe auf Sparren genagelt b) Windrispe zwischen den Sparren angebracht Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ ) p p g c) Andreaskreuz aus gelochten, verzinkten Stahlbändern GD 19 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.5.4 Kehlbalkendächer Entgegen überkommenen Regeln hat sich herausgestellt, dass einfache Sparrendächer mit Sparrenlängen bis zu 7 m, bei flachen Dächern unter 30° Neigung sogar bis zu 8 m wirtschaftlich sein können, auch wenn häufig eine Sparrenlänge von 4,50 m als wirtschaftliche Grenze angegeben wird. Für breitere Dächer ist die Anordnung eines Kehlbalkens zweckmäßig (Bild 3.5.4-1). Die Kehlbalken eignen sich zusätzlich als Deckenbalken für einen Ausbau des Dachgeschosses. Bild 3.5.4-1 Konstruktionen eines Kehlbalkendaches Bei symmetrischen Lastfällen spreizt der Kehlbalken als Druckriegel das Sparrenpaar auseinander und gibt dem durchlaufenden Sparren eine Zwischenstützung. Der günstige Effekt ist an der Biegemomentenlinie und an der Biegelinie in Bild 3.5.4-2 zu erkennen. abzulesen. Bild 3.5.4-1 Verlauf der Biegemomente und der Biegelinie in einem Kehlbalkendach unter symmetrischer Belastung Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ y g GD 20 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bei unsymmetrischen Lastfällen, zum Beispiel bei Wind in Querrichtung, ist der Kehlbalken unwirksam. Er folgt der antimetrischen Verformung des Gespärres, ohne das System für diesen Lastfall zu versteifen. Wenn aber die Kehlbalken durch einen horizontalen Verband zu einer Scheibe verbunden werden und diese Scheibe an den Giebelwänden oder an innen liegenden Querwänden in Querrichtung gehalten wird, dann bilden die Kehlbalken ein horizontales Lager gemäß Bild 3.5.4-3. Bei ausgebauten Dachgeschossen sollte man die Kehlbalkenlage stets zur Scheibe ausbilden. Bild 3.5.4-4 zeigt beispielhaft die Aussteifung der Kehlbalkenlage durch einen Verband aus Andreaskreuzen aus aufgenagelten Stahlbändern. Wird der Dachraum Bild 3.5.4-3 Biegelinien bei unsymmetrischer Belastung eines Kehlbalkendaches, links mit verschieblichem Kehlbalken, rechts mit unverschieblichem Kehlbalken g g ausgebaut, so wird der Kehlbalken in der Regel durch eine schubfest vernagelte oder verschraubte Verbretterung (ggf. auch Holzwerkstoffplatten) als Scheibe ausgebildet. Bild 3.5.4-4 Aussteifung der Kehlbalkenlage durch einen Verband aus Andreaskreuzen aus aufgenagel- ten Stahlbändern (Isometrie) Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 21 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Die Kehlbalkenscheibe ist dann durch Verankerung festzulegen, um die Verformungen klein zu halten und unerwünschte Risse in den Wänden des Ausbaus zu vermeiden, vgl. Darstellung in Bild 3.5.4-5. Bild 3.5.4-1 Festlegung einer Kehlbalkenscheibe durch Verankerung in den Giebelwänden 3.5.5 Aussteifung von Giebelwänden Wird ein Satteldach ausgebildet, so können die Giebelwände im Normalfall nicht durch Querwände ausgesteift werden. Daher müssen die Giebel zur Windsog-Sicherung mit der Dachkonstruktion verbunden werden, wobei der Dachstuhl die Giebelwand aussteift (und nicht umgekehrt). Die Verankerung des gemauerten Giebels an einer Pfette (bzw. an der Längsaussteifung beim Kehrbalkendach) zeigt Bild 3.5.5-1. Bild 3.5.5-1 Verankerung eines gemauerten Giebels an Pfette oder Längsaussteifung des Daches (links: Vertikalschnitt, rechts: Horizontalschnitt) Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 22 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Mögliche Verankerungen am Sparrendach (mit und ohne Dachüberstand) sind in Bild 3.5.5-2 dargestellt. Bild 3 5 5 2 V k i t Gi b l S d h li k it d tli h Bild 3.5.5-2 Verankerung eines gemauerten Giebels am Sparrendach, links: mit deutlichem Dachüberstand, rechts: mit geringerem Dachüberstand Ein Ringbalken ist besonders bei bündigem Abschluss des Daches mit dem Giebel zu empfehlen (Bild 3.5.5-3). Auf dem Ringbalken wird eine Mauerlatte befestigt, die hinter einer Klaue der Dachlatten liegt. Unter Umständen genügt auch die Verankerung im Firstpunkt an den Firstholm. Bei Pfettendächern wird der Giebel meistens mit Mauer- ankern an die Pfetten angeschlossen. Da das Mauerwerk im Giebel aus Eigenlast nur gering belastet ist, kann es im Bereich des Ankers zu Lockerungen des Gefüges kommen. Auch hier trägt ein Ringbalken längs des Ortganges wesentlich zur Steifigkeit des Giebelmauerwerks bei des Giebelmauerwerks bei. Bild 3.5.5-3 Verankerung eines gemauerten Giebels mit Ringbalken am Sparrendach, links: kontinuierliche Halterung, rechts: Verankerung im Firstpunkt Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 23 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.6 Massive Dachkonstruktionen 3.6.1 Normalbeton Die Grundkonstruktion dieses Massivdachelements ist vergleichbar mit einer Element- decke. Allerdings wird ein spezieller Gitterträger als Tragkonstruktion mit besonderer Ausbildung im Obergurtbereich für eine rationelle Befestigung der Trägerlatte er endet Das Massi dachelement ird bereits erksseitig mit der erforderlichen verwendet. Das Massivdachelement wird bereits werksseitig mit der erforderlichen Wärmedämmung, einer Unterspannbahn und der Dachlattung hergestellt. Weiterhin sind alle erforderlichen Einbau- und Befestigungsteile wie z. B. Dachgauben, Dachflächenfenster und Kehldecke eingebaut bzw. vorgerichtet. Bild 3.6.1-1 zeigt die entsprechende prinzipielle Konstruktion, Bild 3.6.1-2 die Details des Firstpunktes sowie des Ortganges. Bild 3 6 1 1 Konstruktion eines massiven Daches in Normalbeton Bild 3.6.1-1 Konstruktion eines massiven Daches in Normalbeton Bild 3.6.1-2 Details zur First- und Ortgangkonstruktion eines massiven Daches in Normalbeton Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ g g GD 24 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.6.2 Porenbeton Die Grundkonstruktion dieses Massivdachelements ist vergleichbar mit einer Element- decke. Die einzelnen Elemente werden in Traufrichtung (= Spannrichtung der Platten) zwischen den lastabtragenden Innen- und Außenwänden angeordnet. Diese Platten werden an ihrer Außenoberfläche durch eine Zusatzdämmung und Dachdeckung mit entsprechender Unterkonstruktion ergänzt. Bild 3.6.2-1 zeigt die entsprechende prinzipielle Konstruktion. Bild 3 6 2 1 Konstruktion eines massiven Daches in Porenbeton Bild 3.6.2-1 Konstruktion eines massiven Daches in Porenbeton Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 25 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.6.3 Leichtbeton Die einzelnen Elemente werden in Traufrichtung (= Spannrichtung der Platten) zwischen den lastabtragenden Innen- und Außenwänden angeordnet und untereinander mittels Spannankern kraftschlüssig verbunden. Die Elemente werden an ihrer Außenoberfläche durch eine Zusatzdämmung und Dachdeckung mit entsprechender Unterkonstruktion ergänzt. Bild 3.6.3-1 zeigt den Firstpunkt und Bild 3.6.3-2 den Traufpunkt in Detaildarstellung. Bild 3.6.3-1 Konstruktion eines massiven Daches in Leichtbeton, hier Firstpunkt Bild 3.6.3-2 Konstruktion eines massiven Daches in Leichtbeton, hier Traufpunkt Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 26 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.7 Querschnitte genutzter Dächer in Holzbauweise 3.7.1 Zwischensparrendämmung Bild 3.7.1-1 zeigt den Regelquerschnitt eines Daches mit konventioneller Zwischen- sparrendämmung, sowie zwei Hinterlüftungsebenen und Installationsebene. Nachteilig wirken sich bei dieser Bauweise die Wärmebrückenwirkung der Sparren sowie eine zwangsläufige statische Überbemessung der Sparren aus (Bemessung der Sparren in zwangsläufige statische Überbemessung der Sparren aus (Bemessung der Sparren in der Regel nach der erforderlichen Dämmschichtdicke zzgl. Luftschicht!). Im Falle einer Gebäudemodernisierung stellt diese Lösung den Standard dar, sofern nicht besondere energetische Anforderungen erhoben werden. Bild 3.7.1-1 Regelquerschnitt eines Daches mit Zwischensparrendämmung sowie zwei Hinterlüftungs- ebenen und Installationsebene D i i d (1) S (2) Wä dä (3) D f kti L ftdi hth it Darin sind: (1) Sparren, (2) Wärmedämmung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheits- schicht, (4) Lattung für Installationsebene, Abstand in Abhängigkeit von der Dicke der Gips- kartonbauplatte (5), (6) erste Hinterlüftungsebene mit d ≥ 20 mm im Maximum des Durchhangs der Unterspannbahn (7), (8) äußere Hinterlüftungsebene, (9) Konterlattung, (10) Traglattung, (11) Dacheindeckung Die Bilder 3.7.1-2 und 3.7.1-3 zeigen Variationen des Regelquerschnittes eines Daches mit konventioneller Zwischensparrendämmung. Im ersten Beispiel wird die äußere Hinterlüftungsebene durch Weglassen der Konterlattung reduziert (zulässig bei kleinformatiger Dachdeckung, im zweiten Beispiel wird der U-Wert durch Dämmung der Intallationsebene verbessert sowie die Wärmebrückenwirkung der Sparren reduziert. Ein Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 27 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Nachweis nach Glaser ist zu führen, wenn der Wärmedurchlaßwiderstand R Dämm der zusätzlichen Dämmschicht 20% des Gesamtwärmedurchlaßwiderstands R T übersteigt. Bild 3.7.1-2 Regelquerschnitt eines Daches mit Zwischensparrendämmung sowie reduzierter äußerer Hinterlüftungsebenen und Installationsebene Darin sind: (1) Sparren, (2) Wärmedämmung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheits- schicht, (4) Lattung für Installationsebene, Abstand in Abhängigkeit von der Dicke der Gips- kartonbauplatte (5), (6) erste Hinterlüftungsebene mit d ≥ 20 mm im Maximum des p ( ), ( ) g Durchhangs der Unterspannbahn (7), (8) äußere Hinterlüftungsebene, (10) Traglattung, (11) Dacheindeckung Bild 3.7.1-3 Regelquerschnitt eines Daches mit Zwischensparrendämmung sowie zwei Hinterlüftungs- ebenen und gedämmter Installationsebene (= Untersparrendämmung) Darin sind: (1) Sparren, (2) Wärmedämmung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheits- schicht, (4) Lattung für Installationsebene, zwischen den Latten ausgefüllt mit weichem Wärmedämm-Material, Abstand der Latten Abhängigkeit von der Dicke der Gipskarton- bauplatte (5), (6) erste Hinterlüftungsebene mit d ≥ 20 mm im Maximum des Durchhangs der Unterspannbahn (7), (8) äußere Hinterlüftungsebene, (9) Konterlattung, (10) Traglattung, (11) Dacheindeckung Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 28 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.7.2 Vollsparrendämmung Bild 3.7.2-1 zeigt den Regelquerschnitt eines Daches mit maximal erreichbarer Zwischensparrendämmung sowie einer Hinterlüftungsebene und Installationsebene. Dieser Aufbau nennt sich aus naheliegenden Gründen Vollsparrendämmung. Nachteilig wirken sich bei dieser Bauweise die Wärmebrückenwirkung der Sparren sowie eine zwangsläufige statische Überbemessung der Sparren aus (Bemessung der Sparren in der Regel nach der erforderlichen Dämmschichtdicke!). Im Falle einer Gebäudemodern- isolierung stellt diese Lösung den Standard energetisch erhöhter Anforderungen dar. Die Unterspannbahn ist wegen des Fehlens der unteren Hinterlüftungsebene durch geeignete Materialwahl unbedingt diffusionsoffen auszubilden geeignete Materialwahl unbedingt diffusionsoffen auszubilden. Bild 3 7 2 1 R l h itt i D h it V ll dä i i Hi t lüft b Bild 3.7.2-1 Regelquerschnitt eines Daches mit Vollsparrendämmung sowie einer Hinterlüftungsebene und Installationsebene Darin sind: (1) Sparren, (2) Wärmedämmung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheits- schicht, (4) Lattung für Installationsebene, Abstand in Abhängigkeit von der Dicke der Gips- kartonbauplatte (5), (6) Konterlattung, (7) diffusionsoffene Unterspannbahn, (8) Hinterlüft- ungsebene, (9) Traglattung, (10) Dacheindeckung 3 7 3 Aufsparrendämmung 3.7.3 Aufsparrendämmung Bild 3.7.3-1 zeigt den Regelquerschnitt eines Daches mit Aufsparrendämmung sowie zwei Hinterlüftungsebenen. Dieser Aufbau stellt eine gegenüber der Zwischensparren- dämmung wärmebrückenreduzierte Bauweise dar, die Führung ggf. erforderlicher Installationen bedarf separater Überlegungen. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 29 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.7.3-1 Regelquerschnitt eines Daches mit Aufsparrendämmung sowie zwei Hinterlüftungsebenen ohne Installationsebene Darin sind: (1) Sparren, (2) Dachschalung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheitsschicht, (4) Wärmedämmung, (5) Unterspannbahn, (6) Konterlattung, (7) Grundlattung, (8) untere Hinterlüftungsebene, (9) obere Hinterlüftungsebene, (10) Traglattung, (11) Dacheindeckung In der Regel im Neubau findet die Dämmung über den Sparren Verwendung (Bild 3.7.3- 1). Vorteilhaft ist die durchgehende Wärmedämmschicht auf der kalten Seite der Dach- konstruktion sowie die Möglichkeit, die Sparren im ausgebauten Dach sichtbar zu lassen (schnellere Austrocknung des Holzes sowie Möglichkeit des Verzichts auf chemischen Holzschutz → DIN 68800-3 und -5). Da in diesem Fall die Lattung nicht direkt auf den Sparren aufliegt, bedarf der Lastabtrag der Dachdeckung spezieller Überlegungen. Für diverse Dämmstoffe liegen Typenberechnungen vor, wie die parallel zu den Sparren verlaufenden Kräfte über die so genannte Grundlattung zur Traufe geleitet und dort über K i di S b t d i h Bild 3 7 3 2 (i G t Knaggen in die Sparren abgetragen werden, siehe Bild 3.7.3-2 (im Gegensatz zur Darstellung in Bild 3.7.3-1 hier mit reduzierter oberer Hinterlüftung). Eine Weiterentwicklung dieses Systems zeigt das Bild 3.7.3-3. Hier werden die sparrenparallelen Kräfte durch speziell auf Zug belastbare Sparrennägel direkt in die Sparren eingeleitet. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 30 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.7.3-2 Aufsparrendämmung mit Wärmedämmschicht aus Hartschaum. Die Lastübertragung erfolgt dabei über die Grundlattung sowie die Knagge in den Sparrenfuß Bild 3.7.3-3 Aufsparrendämmung mit Wärmedämmschicht aus Hartschaum. Die Lastübertragung erfolgt dabei über zugbeanspruchte, schräg eingeschlagene Sparrennägel und Druckkräfte im extrudierten Polystyrol (XPS) – Dampfsperre respektive Luftdichtheitsschicht und innere Bekleidung sind hier nicht dargestellt Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 31 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.7.4 Kombination Werden an ein Gebäude – und damit auch das Dach dieses Gebäudes – erhöhte energetische Anforderungen gestellt, z.B. bei Niedrigenergiehäusern, Passivhäusern, lassen sich die erforderlichen U-Werte (Passivhaus: U ≤ 0,1 W/(m 2 K)!!) nicht mehr mit den oben dargestellten Konstruktionen realisieren. Hier sind die verschiedenen Konstruktionen miteinander zu verknüpfen und für die dann entstandene Konstruktion mit den jeweils eingesetzten Materialien ihre dauerhafte Tauglichkeit nachzuweisen. Bild 3.7.4-1 zeigt beispielhaft einen Regelquerschnitt eines Daches mit Kombination von Aufsparren- und Vollsparrendämmung sowie optional dämmbarer Installationsebene (= U t dä ) Untersparrendämmung) Bild 3.7.4-1 Regelquerschnitt eines Daches mit Kombination von Ausparrendämmung mit Vollsparrendämmung sowie zwei Hinterlüftungsebenen und optional dämmbarer Installationsebene (= Untersparrendämmung). Die dauerhafte Tauglichkeit einer solchen Konstruktion ist im Einzelfall nachzuweisen Darin sind: (1) Sparren, (2) Wärmedämmung, (3) Dampfsperre respektive Luftdichtheits- schicht, (4) Lattung für Installationsebene, zwischen den Latten ausgefüllt mit weichem Wärmedämm-Material, Abstand in Abhängigkeit von der Dicke der Gipskartonbauplatte (5), (6) erste Hinterlüftungsebene mit d ≥ 20 mm im Maximum des Durchhangs der Unterspannbahn (7), (8) äußere Hinterlüftungsebene, (9) Konterlattung, (10) Traglattung, (11) Dacheindeckung, (12) Dachschalung, (13) Wärmedämmung, (14) Grundlattung Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 32 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.8 Luftdichtheit von Dächern 3.8.1 Allgemeines Nachfolgend werden noch einmal die bauphysikalischen Anforderungen sowie deren Nachweiskriterien (mit Hinweis auf deren nähere Beschreibung) zusammengefaßt • Dämmschichtdecke → U-Wert T h t Gl DIN 4109 s i k - m • Tauwasserschutz → Glaser, DIN 4109 • Schalldämm-Maß → R w ’ nach Norm oder Prüfung • Brandschutz → F (bzw. REI) nach Norm oder Prüfung • Luftdichtigkeit → konstruktive Lösungen! B a u p h y s s c r i p t u m Zwischen dem Gebäudeinnern und der Außenluft bestehen üblicherweise Druckdifferenzen • durch Windeinfluß • durch Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenluft sowie ö li h i d h Lüft b Kli ti i t • möglicherweise durch Lüftungs- bzw. Klimatisierungssysteme Eine große Luftdurchlässigkeit ausgebauter Dächer führt daher • zu ungewollten Lüftungswärmeverlusten, die in der Größenordnung der Trans- missionswärmeverluste liegen können und • zu Tauwasserbildung bei aus dem Rauminnern in die Konstruktion strömender feuchtwarmer Luft, wodurch Bauschäden verursacht werden können • zu Zugerscheinungen aufgrund von Luftströmungen (Beeinträchtigung der thermischen Behaglichkeit). Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 33 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.8.2 Lüftungswärmeverluste Der Austausch erwärmter Innenluft gegen kalten Außenluft infolge von Eigen- (Temperaturgradient) oder Zwangskonvektion (Druckgradient) durch unplanmäßige Öffnungen der Gebäudehülle hindurch führt zu unplanmäßigen Lüftungswärmeverlusten in nicht vernachlässigbarer Größenordnung. In Niedrigenergie- und Passivhäusern beispielweise erreicht können sie ein mehrfaches der Transmissionswärmeverluste erreichen und damit die gesamte Gebäudekonzeption zunichte machen. Das Beispiel in Bild 3.8.2-1 soll die Größenordnungen veranschaulichen. Beispiel: s = 1,5 mm bei Δp = 10 Pa (lediglich 1…2 Beaufort !!) ergibt ΔQ L = 10 kWh/(m·a) Zum Vergleich die jährliche Transmissionswärmeverlust Q T von 1m 2 Dachfläche : • Vollsparrendämmung mit U = 0,18 W/(m 2 K) → Q T = 12,0 kWh/(m 2 ·a) • Passivhausdämmung mit U = 0,10 W/(m 2 K) → Q T = 6,7 kWh/(m 2 ·a) Bild 3.8.2-1 Beispiel für die Berechnung von Lüftungswärmeverlusten infolge Spaltausbildung im Dach Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 34 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.8.3 Feuchteschäden infolge fehlender Luftdichtheit Am Beispiel einer Dachdurchführung für einen Überdachentlüfter (Bild 3.8.3-1) soll die Entstehung eines Feuchteschadens erläutert werden. Bild 3.8.3-1 Beispiel für einen Feuchteschaden im Bereich einer fehlerhaft ausgeführten Dachdurch- führung für einen Überdachentlüfter 1. Der durch Temperatur- und/ oder Druckunterschiede induzierte Luftstrom führt erwärmte (Raumtemperatur), feuchte Luft in den Spalt. Die Anzahl der auf diesem Weg transportierten Wassermoleküle übersteigt dabei die eines Feuchte- transportes via Wasserdampfdiffusion um einige Zehnerpotenzen 2. Die Luft kühlt sich in der Konstruktion ab 3. Bei Taupunktunterschreitung der Luft fällt Wasser als Fluid aus 4. Das Bauteil durchfeuchtet mit den korrelierenden Bauteilschäden wie z.B. Fäule. Gleichzeitig steigt mit zunehmender Durchfeuchtung die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämm- und Konstruktionsmerkmalen, was zu einer Beschleunigung des K d ti it d t h d F l füh t Kondensationsprozesses mit den entsprechenden Folgen führt. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 35 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.8.4 Konstruktionsempfehlungen nach DIN 4108-7 (8.01) Materialien Stoffe und Bauteile müssen für den jeweiligen Verwendungszweck geeignet und aufeinander abgestimmt sein (z. B. Feuchtigkeits-, Oxidation- und UV-Beständigkeit sowie Reißfestigkeit). Fugen Fugen sind bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen. Die Verarbeitungsricht- linien für die jeweiligen Fugenmaterialien sind zu beachten. Für Fugen in massiven Bauteilen gelten DIN 18540 und E DIN 18542 Bauteilen gelten DIN 18540 und E DIN 18542. Planung und Ausführung Beim Herstellen der Luftdichtheitsschicht ist auf eine sorgfältige Planung, Ausschreibung, Ausführung und Abstimmung der Arbeiten aller am Bau Beteiligten zu achten. Es ist zu beachten, dass die Luftdichtheitsschicht und ihre Anschlüsse während und nach dem Einbau weder durch Witterungseinflüsse noch durch nachfolgende Arbeiten beschädigt werden. Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit der Luftdichtheitsschicht hängen wesentlich von ihrer fachgerechten Planung und Ausführung ab. Die Verarbeitungsrichtlinien für die verwendeten Materialen sind zu berücksichtigen Verarbeitungsrichtlinien für die verwendeten Materialen sind zu berücksichtigen. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 36 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Anforderungen an die Luftdichtheit Werden Messungen der Luftdichtheit von Gebäuden oder Gebäudeteilen durchgeführt, so darf der nach DIN EN 13829:2001-02, Verfahren A Blower-Door-Test, gemessene Luftvolumenstrom bei einer Druckdifferenz zwischen innen und außen von 50 Pa bei Gebäuden ohne raumlufttechnische Anlagen: • bezogen auf das Raumluftvolumen 3 h -1 nicht überschreiten oder • bezogen auf die Netto-Grundfläche 7,8 m 3 /(m 2 ·h) nicht überschreiten bei Gebäuden mit raumlufttechnischen Anlagen (auch Abluftanlagen) • bezogen auf das Raumluftvolumen 1,5 h -1 nicht überschreiten oder • bezogen auf die Netto-Grundfläche 3,9 m 3 /(m 2 ·h) nicht überschreiten Die volumenbezogene Anforderung gilt allgemein. Bei Gebäuden oder Gebäudeteilen, deren lichte Geschoßhöhe 2,6 m oder weniger beträgt, darf alternativ die Nettogrund- flächen bezogene Anforderungsgröße benutzt werden. Die Einhaltung der Anforderungen an die Luftdichtheit schließt lokale Fehlstellen, die zu Feuchteschäden infolge von Konvektion führen können, nicht aus. Insbesondere bei Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung ist eine deutliche Unterschreitung des oben angegebenen G t i ll Z B t il d G bä d hüll k ät li h d Grenzwertes sinnvoll. Zur Beurteilung der Gebäudehülle kann zusätzlich der Hüllenflächen bezogene Leckagestrom q 50 herangezogen werden, der einen Wert von 3,0 m 3 /(m 2 ·h) nicht über-schreiten darf. Definitionen Es gelten nach Norm die folgenden Vereinbarungen: • Luftdichtheitsschicht = Schicht, die die Luftströmung durch Bauteile hindurch verhindert • Anschluß = Verbindung zwischen verschiedenen Luftdichtheitsschichten, Bauteilen und Durchdringungen Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ Bauteilen und Durchdringungen GD 37 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems • Fuge = Zwischenraum zwischen zwei Bauwerksteilen oder Bauteilen, um z. B. unterschiedliche Bewegungen zu ermöglichen. • Stoß = Bereich, in dem Einzelelemente der Luftdichtheitsschicht stumpf aufeinander treffen. • Überlappung = Bereich, in dem Einzelelemente der Luftdichtheitsschicht übereinander angeordnet sind • Mauerwerk und Betonteile = Betonbauteile, die nach DIN 1045-2 hergestellt werden, gelten als luftdicht. Bei Mauerwerk ist es in der Regel zum Herstellen einer ausreichenden Luftdichtheit erforderlich, eine Putzlage aufzubringen • Bahnen = Luftdichte Bahnen können z. B. aus Kunststoff, Elastomeren, Bitumen und Papierwerkstoffen bestehen. Diese dürfen nicht perforiert sein (dies gilt nicht für Perforierungen durch Befestungsmittel, z. B. Klammern). • Plattenmaterialien = Gipsfaserplatten, Gipskarton-Bauplatten, Faserzementplatten, Bleche und Holzwerkstoffplatten sind luftdicht. Mit diesen Plattenmaterialien lässt sich in der Fläche eine Luftdichtheitsschicht herstellen. Gesonderte Maßnahmen sind im Bereich von Stößen, Anschlüssen und Durchdringungen zu ergreifen. Undicht sind z. B. üblicherweise Trapezbleche im g g g p Bereich der Überlappungen, Nut-Feder-Schalungen, Platten als raumseitige Bekleidung im Bereich von Anschlüssen und Durchdringungen. Poröse Weichfaserplatten und Holzwolleleichtbauplatten sind nicht luftdicht. Beispiele für Anschlüsse Raumseitige Anschlüsse von Bahnen können zum Beispiel durch Einputzen oder die Kombination von Latten oder Profilen und vorkomprimierten Dichtbändern oder Latten oder Profilen und Klebemassen gesichert werden. Anpreßlatten und –profile zur Sicherung von Anschlüssen sind so zu befestigen, dass sie auf Dauer funktionstüchtig sind Durchdringungen können durch Flansche Schellen Formteile Manschetten oder Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ sind. Durchdringungen können durch Flansche, Schellen, Formteile Manschetten oder GD 38 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Klebebänder luftdicht angeschlossen werden. Auf den für die handwerkliche Ausführung notwendigen Abstand zu aufgehenden Bauteilen ist zu achten. Bei Unterschreitung dieses Abstandes sind besondere Maßnahmen zu ergreifen. Die Bilder 3.8.4-1 bis 3.8.4-8 zeigen einige mögliche Beispiele zur konstruktiven Sicher- stellung eines luftdichten Daches. Bild 3.8.4-1 Prinzipskizze für die Ausbildung von Überlappungen durch Verschweißen oder Verkleben bei Aufsparrendämmung Bild 3.8.4-2 Prinzipskizze für den Anschluß der Bahn an eine Wand aus verputztem Mauerwerk oder Beton durch Einputzen Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 39 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.8.4-3 Prinzipskizze zum Anschluß der Bahn an eine Wand aus verputztem Mauerwerk oder Beton mit komprimiertem Dichtband bzw. geeigneter Klebemasse und verschraubter Anpreßlatte Anpreßlatte Bild 3.8.4-4 Prinzipskizze für die Ausbildung eines Ortganganschlusses der Bahnen an die verputzte Mauerkrone bei Aufsparrendämmung Bild 3.8.4-5 Prinzipskizze für den Anschluß der Bahn an eine Außenwand in Holztafelbauweise mit einseitigem Klebeband Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 40 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.8.4-6 Prinzipskizze zum Anschluß von Plattenmaterialien mit Streifen aus Luftdichtheitsbahnen und Klebemassen an eine Wand aus verputztem Mauerwerk oder Beton Bild 3.8.4-7 Prinzipskizze für den Anschluß der Bahn an eine Pfette Bild 3.8.4-8 Prinzipskizze für den Anschluß der Bahn an eine Pfette Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 41 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.9 Witterungsschutz 3.9.1 Dachdeckungsmaterialien Die für die Dachdeckung (Bedachung) üblicherweise verwendeten Materialien sind in Tabelle 3.9.1-1 zusammengestellt Zeile Art der Dachdeckung Werkstoff Material genormt Verarbeitung geregelt genormt geregelt 1 Anorganische Dachdeckungen 2 Dachziegel Gebrannter Ton • • 3 Dachsteine (z.B. Mönch und Nonne, Hohlpfannen, Krempziegel, Flachdachpfanne, Falzziegel, Biberformat in Kronen- und Beton • • Doppeldeckung) 4 Dachschiefer Kunst- oder Naturschiefer • • 5 Faserzementdachplatten Faserzement 1) • • 6 Faserzement-Kurzwellplatten und -wellplatten Faserzement 1) • 7 Blechprofildeckung in Doppelstehfalz Zink, Aluminium • • 8 Blechprofildeckung in Leistendeckung Nichtrostender oder feuerverzinkter und ggf. bandbeschichteter Stahl • • 9 Organische Dachdeckungen g g 10 Reet und Stroh Reet, Stroh • 11 Holzschindeln Einheimisches Holz (im- prägniert), unbehandel- te Western Red Cedar • • 12 Bitumendachschindeln Bitumen, Glasvlies, i li h Füll d • Tab. 3.9.1-1 Übersicht über übliche Dachdeckungsmaterialien mineralisches Füll- und Streumaterial 13 Bitumenwellplatten Bitumen, Faserstoff • 1) Material ist heute asbestfrei Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 42 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Die Mindestdachneigungen für die unterschiedlichen Arten der Dachdeckung sind in Tabelle 3.9.1-2 zusammengestellt Zeile Art der Dachdeckung Mindestdachneigung 1 Dachziegel und Dachsteine 2 Mönch und Nonne 40° 2 Mönch und Nonne 40 3 Hohlpfannen, Krempziegel 35° 4 Biberformat in Kronen- und Doppeldeckung 30° 5 Falzziegel, Dachsteine mit einfachem Längsfalz 30° 6 Dachsteine mit tiefliegendem Längsfalz 25° 7 Flachdachpfanne Dachsteine mit hochliegendem Längsfalz 22° 7 Flachdachpfanne, Dachsteine mit hochliegendem Längsfalz 22 8 Dachschiefer und Faserzementdachplatten 9 Schablonendeckung verschiedener Formen 30° 10 Altdeutsche Schieferdeckung 25° 11 Verschiedene Doppeldeckungen 22° 12 F t ll l tt 12 Faserzementwellplatten 13 Faserzement-Kurzwellplatten 15° 14 Faserzement-Wellplatten (abhängig vom Abstand First-Traufe) 7° bis 12° 15 Blechprofildeckung (abhängig vom Abstand First-Traufe) 3° bis 7° 16 Reet und Stroh 45° Tab. 3.9.1-2 Übersicht über übliche Dachdeckungsmaterialien 17 Holzschindeln 22° 18 Bitumendachschindeln (abhängig vom Abstand First-Traufe) 10° bis 20° 19 Bitumenwellplatten (abhängig vom Abstand First-Traufe) 7° bis 11° Die Unterschreitung der o. g. Mindestdachneigungen erfordert in jedem Fall zusätzliche Maßnahmen wie Abdichtung zwischen den Bedachungselementen und/oder Vordeckung oder Unterdach. Die Verlegung von Dachziegeln oder –steinen mit Mörtelverstrich als Abdichtung ist nur bei älteren Ziegelformen mit größerer Mindestdachneigung möglich, bringt aber gegenüber Flachdachpfannen o. ä. keine Vorteile; das Ausschäumen der Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ Vorteile; das Ausschäumen der GD 43 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Fugen zwischen den Dachsteinen mit einem Polyurethanschaum erfordert bei Reparaturarbeiten oder bei Umdeckungen einen zusätzlichen Aufwand. 3.9.2 Unterdach Wird bei Dachdeckungen, die auf Schalung verlegt werden, die Mindestdachneigung deutlich unterschritten, so kann ein wasserdichtes oder regensicheres Unterdach vorgesehen werden. Dieses besteht üblicherweise aus Bitumen- oder Kunststoffbahnen mit verschweißten oder verklebten Stößen auf Holzschalung. Ein regensicheres Unterdach unter Altdeutscher Schieferdeckung zeigt beispielhaft Bild 3 9 2-1 Unterdach unter Altdeutscher Schieferdeckung zeigt beispielhaft Bild 3.9.2-1. Bild 3 9 2-1 Beispiel für ein regensicheres Unterdach unter Altdeutscher Schieferdeckung Bild 3.9.2 1 Beispiel für ein regensicheres Unterdach unter Altdeutscher Schieferdeckung 3.9.3 Unterdeckung Wird die Mindestdachneigung bei einer Deckung unterschritten, so kann eine Unterdeckung angeordnet werden, die mit Unterdeckplatten (-tafeln), Unterdeckbahnen d lt Bit b h füh t d k Di füh t d tl d h oder genagelten Bitumenbahnen ausgeführt werden kann. Diese führt dann evtl. durch die Dachdeckung eindringendes Niederschlagswasser zur Traufe hin ab. Ein Beispiel einer Unterdeckung aus Faserzementtafeln zeigt Bild 3.9.3-1. In diesem Fall ist immer die obere Hinterlüftungsebene erforderlich, die mit einer Mindestdicke von 20 Millimetern auszuführen ist. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 44 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Bild 3.9.3-1 Beispiel für eine Unterdeckung aus Faserzementtafeln (links im Vertikalschnitt, rechts im Horizontalschnitt dargestellt) 3.9.4 Pappdocken, Unterspannbahn Auch bei Einhaltung der Mindestdachneigung lässt sich bei kleinformatigen Deckungen das Eindringen von Ruß, Staub und Flugschnee nicht völlig vermeiden, so dass – insbesondere bei ausgebauten Dächern – unter der Dachdeckung eine Zusatzmaßnahme durch Einbau von Pappdocken oder Unterspannungen erforderlich wird. Pappdocken werden oberhalb der Lattung in einem Arbeitsgang direkt unter den Dachziegeln oder Dachsteinen verlegt eine in Norddeutschland übliche Dachziegeln oder Dachsteinen verlegt – eine in Norddeutschland übliche Zusatzmaßnahme. Unterspannungen werden in Form sog. „Unterspannbahnen“ zwischen Konterlattung und Sparren bzw. Grund- und Konterlattung angebracht, sie werden in der Regel über einem belüfteten Zwischenraum angeordnet. Dabei ist nach den zurzeit anerkannten Regeln der Technik auf ausreichenden Luftraum sowohl zwischen Unterspannbahn und Dach-deckung als auch zwischen Unterspannbahn und Wärmedämmung zu achten (davon abweichende neuere Entwicklungen zur Realisierung hochwärmegedämmter Dächer wurden bereits im Abschnitt 3.7.2 beschrieben) . Die Unterspannbahn muss in die Dach rinne entwässern Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ die Dach-rinne entwässern. GD 45 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems 3.10 Dachentwässerung 3.10.1 Allgemeines Niederschlagswasser von Dachflächen wird durch Rinnen aufgefangen und über Regen- wasser-Falleitungen den Grundleitungen oder einem Vorfluter (Bach, Fluß, See o. ä.) zugeführt. Nach allgemeinem Rechtsbrauch wird das von Dächern abfließende Nieder- schlags asser als Ab asser q alifi iert Dieser Umstand liegt dem Anschl ß nd schlagswasser als Abwasser qualifiziert. Dieser Umstand liegt dem Anschluß- und Benutzungszwang durch kommunale Abwassersatzungen zugrunde. Befreiungen davon sind möglich. Bei Mischkanalisation ist das Regenwasser zum Verdünnen der Schmutz- wässer und zum Spülen der Leitungen erwünscht. Ist dagegen ein Trennsystem vorhanden, wird der Anschlußzwang für Regenwasserableitung im Hinblick auf fehlende Wasserrückführung in den Untergrund fragwürdig. Das Anlegen von Regenwasser- zisternen oder Rückhaltebecken ist erstrebenswert. Zum Schutz von Gebäudesockeln gegen Durchfeuchtung (Spritzwasser) sollten Traufen stets mit Regenrinnen versehen sein. Wegen erschwerter Anbringung solcher Bauteile bei Stroh- oder Schilfdächern kann das Problem dort mit ausreichend großen Dachüberständen gelöst werden kann das Problem dort mit ausreichend großen Dachüberständen gelöst werden. 3.10.2 Planungsgrundlagen Grundlagen für die Bemessung von Regenwasserabflußleitungen sind vor allem • DIN 1986 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke Hier • DIN 1986 Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke. Hier insbesondere Teil 2: Bestimmungen für die Ermittlung der lichten Weiten und Nennweiten für Rohrleitungen • DIN 18460 Regenfallleitungen außerhalb von Gebäude und Dachrinnen; Begriffe, Bemessungsgrundlagen. g g g • DIN 18461 Hängerinnen, Regenfallrohre außerhalb von Gebäude und Zubehör- teile aus Metall • DIN 18469 Hängedachrinnen aus PVC hart (Polyvinylchlorid hart), Anforderungen, Prüfung. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 46 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Für den Bereich der Querschnittsermittlung von geschlossenen Leitungen stimmen DIN 1986 und DIN 18460/18461 praktisch überein. Folgende Planungshinweise sind beachtenswert: • Die Bemessung von Regenwasserabflußleitungen beginnt bei der g g g g Regenwasserfall-leitung (DIN 1840) • Regenwasserrinnen sind offene Leitungen. Sie werden einem ermittelten Fallrohr- querschnitt zugeordnet und nicht eigens berechnet (DIN 18460/18461) • Grundleitungen sind nach DIN 1986 zu bemessen • Regenfallrohre (Regenwasserfallleitungen) mit Anschluß an Mischkanalisationen erhalten Geruchsverschlüsse – ggf. mit einem Sandfang verbunden. Die Bemessung von Fallleitung wird nach der anzunehmenden Belastung durch Regen- spenden (r in l/s . ha) vorgenommen. Dafür sind generell mindestens 300 l/s . ha – oder je nach Örtlichkeit auch mehr – einzusetzen. Auskünfte über höhere Regenspenden erteilen die Wetterämter. Weiterhin sind für die Bemessung erforderlich: • Angaben zur Größe der waagerecht projizierten Dachgrundfläche A in m 2 E ittl d R bfl Q i l/ l di j i W • Ermittlung des Regenwasserabflusses Q r in l/s als diejenige Wassermenge, welche je Sekunde den Regenwasserleitungen zugeführt wird • Kenntnis über die Regenwasserabflußspende q r in l/(s·ha) als Regenwasser- abfluß, bezogen auf die Fläche • Festlegung des Abflußbeiwertes ψ (ohne Dimension) als Verhältnis von • Festlegung des Abflußbeiwertes ψ (ohne Dimension) als Verhältnis von Regenwasserabflußspende q r zur Regenspende r. Darin liegt eine Aussage über das Wasserrückhaltevermögen von Dachflächen (dabei gilt für Dächer kleiner 15° Dachneigung ψ = 0,8 und in den anderen Fällen ψ = 1,0. Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 47 Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Baukonstruktionen und Bauphysik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems Tab. 3.10.2-1 enthält Maximalwerte für anschließbare Dachgrundflächen in m 2 bei unterschiedlichen Regenspenden in l/(s·ha) und Nenndurchmessern von Fallrohren (DN) in mm Z il Abl f DN 70 Abl f DN 100 Abl f DN 125 Tab. 3.10.2-1 Maximale Dachentwässerungsflächen in m 2 Zeile Ablauf DN 70 Ablauf DN 100 Ablauf DN 125 1 Regenspende in l/(s·ha) 200 250 300 350 400 200 250 300 350 400 200 250 300 350 400 2 Dachneigung ≥ 15° 85 68 57 48 42 225 180 150 128 112 405 324 270 231 202 3 Dachneigung < 15° 106 85 71 60 52 281 225 187 160 140 506 405 337 288 252 Tab. 3.10.2 1 Maximale Dachentwässerungsflächen in m 3.11 Quellenhinweis In diesem Skript wurde neben den genannten Normen und anderer Fachliteratur bevorzugt auch aus folgenden Büchern zitiert: Cziesielski, E. und Marquardt, H.: g g , q , Geneigte Dächer mit Dachdeckungen (in „Lehrbuch der Hochbaukonstruktionen“, B.G.Teubner, Stuttgart, 3. Auflage 1997) und Dierks, K. et al.: Baukonstruktionen, Werner-Verlag, Düsseldorf, 1. Auflage 1986. Die Zitate sind aus Gründen der Flüssigkeit des Scriptums nicht als solche gekennzeichnet! Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUKONSTRUKTIONEN V 1.2 vom Mai 2011 Themenbereich „Geneigte Dächer“ GD 48