Mauerwerk E-Book

Wolfram Jäger

• Herausgeber: Ernst, Wilhelm & Sohn
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Bauingenieur-Praxis
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2012

Seitenzahl: 568

Beschreibung

Dieses Buch gibt umfassende Erläuterungen zur praktischen Anwendung der Bemessungsnorm für Mauerwerk DIN 1053-100 und über die Hintergründe des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes. Aufbauend auf den mechanischen Eigenschaften von Mauersteinen, Mauermörteln und Mauerwerk werden die Grundlagen für den Tragwerksentwurf und die Bemessung und Nachweisführung detailliert beschrieben. Auch die Erdbebenbemessung und die Berechnung von Natursteinmauerwerk werden behandelt. Der Festigung des Verständnisses dienen zahlreiche Einzelbeispiele sowie ein vollständig durchgerechnetes Komplexbeispiel.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Einführung

1.1 Geschichte und Entwicklung

1.2 Literatur zu Kapitel 1

2 Mauerwerksbauten

2.1 Übersicht

2.2 Anforderungen an Wandkonstruktionen aus Mauerwerk

2.3 Klassifizierung von Wandkonstruktionen

2.4 Verbände und Verbandsregeln

2.5 Literatur zu Kapitel 2

3 Normen und Sicherheitskonzept

3.1 Entwicklung der Normen für die Berechnung von Mauerwerk

3.2 Semiprobabilistisches Sicherheitskonzept

3.3 Das Nachweisformat von DIN 1053-100

3.4 Normen für Mauerwerk

3.5 Normen für die Einzelkomponenten

3.6 Literatur zu Kapitel 3

4 Baustoffe und ihre Eigenschaften

4.1 Einführung

4.2 Mauersteine

4.3 Mauermörtel

4.4 Mauerwerk

4.5 Literatur zu Kapitel 4

5 Mechanische Festigkeit von Mauerwerk

5.1 (Zentrische) Druckfestigkeit

5.2 Einzellasten und Teilflächenpressung

5.3 Zugfestigkeit von Mauerwerk

5.4 Biegezugfestigkeit

5.5 Schubfestigkeit

5.6 Literatur zu Kapitel 5

6 Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen

6.1 Vorgehen

6.2 Grundsätze bei der Ermittlung von Schnittgrößen

6.3 Ermittlung der Schnittgrößen im vereinfachten Nachweisverfahren

6.4 Ermittlung der Schnittgrößen im genaueren Verfahren

6.5 Grundsätze bei der Berechnung der Formänderungen

6.6 Literatur zu Kapitel 6

7 Räumliche Aussteifung

7.1 Allgemeines

7.2 Anordnung der vertikalen Aussteifungselemente

7.3 Aussteifende Wände

7.4 Horizontale Einwirkungen

7.5 Horizontale Lasten auf Wandscheiben

7.6 Räumliche Steifigkeit gemauerter Gebäude

7.7 Beispiel einer Aussteifungsrechnung

7.8 Literatur zu Kapitel 7

8 Grundlagen der Bemessung

8.1 Grundlegende Nachweisverfahren

8.2 Übergang auf die Kraftebene

8.3 Zentrische und exzentrische Druckbeanspruchung

8.4 Berücksichtigung von Einflüssen aus Theorie II. Ordnung

8.5 Schubbeanspruchung

8.6 Zug- und Biegezugbeanspruchung

8.7 Literatur zu Kapitel 8

9 Vereinfachtes Nachweisverfahren

9.1 Anwendungsgrenzen

9.2 Aussteifung und Knicklänge von Wänden

9.3 Zentrische und exzentrische Druckbeanspruchungen

9.4 Einzellasten und Teilflächenpressung

9.5 Zug- und Biegezugbeanspruchung

9.6 Schubbeanspruchung

9.7 Literatur zu Kapitel 9

10 Genaueres Nachweisverfahren

10.1 Allgemeines

10.2 Aussteifung und Knicklänge

10.3 Zentrische und exzentrische Druckbeanspruchung

10.4 Einzellasten und Teilflächenpressung

10.5 Zug- und Biegezugbeanspruchung

10.6 Schubbeanspruchung

10.7 Literatur zu Kapitel 10

11 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

11.1 Allgemeines

11.2 Begrenzung der planmäßigen Exzentrizitäten

11.3 Nachweis der Randdehnung

11.4 Literatur zu Kapitel 11

12 Spezielle Kapitel der Mauerwerksbemessung

12.1 Knotenmomente am Wand-Decken-Knoten (WDK)

12.2 Kellerwände ohne Nachweis auf Erddruck

12.3 Giebelwände

12.4 Gewölbe und Ingenieurmauerwerk

12.5 Literatur zu Kapitel 12

13 Nachweis von Mauerwerksbauten unter Erdbebeneinwirkung

13.1 Einführung

13.2 Normative Regelungen

13.3 Erdbebenzonen und Untergrund

13.4 Vereinfachter konstruktiver Nachweis

13.5 Rechnerischer Nachweis

13.6 Weiterführende Informationen

13.7 Komplexbeispiel Erdbeben

13.8 Literatur zu Kapitel 13

14 Natursteinmauerwerk

14.1 Einleitung

14.2 Naturstein – Entstehung, Eigenschaften und Einteilung

14.3 Natursteinbearbeitung

14.4 Mauerwerksverbände

14.5 Tragverhalten von Natursteinmauerwerk

14.6 Bemessung von Natursteinmauerwerk

14.7 Literatur zu Kapitel 14

15 Komplexbeispiel

15.1 Ansichten und Pläne

15.2 Inhaltliche und Bautechnische Erläuterungen

15.3 Pos. 1.1 Pfettendach mit Firstgelenk

15.4 Pos. 1.2 Zangendecke

15.5 Pos 1.3 Mittelpfette Süden

15.6 Pos. 1.8 Schubwand

15.7 Pos. 2.0 Standard-Hohlplatte Decke EG

15.8 Pos. 2.6 Außenwand

15.9 Pos. 4.0 Standard-Hohlplatte Decke KG

15.10 Pos. 6.1 Kellerwand Hobby

15.11 Literatur zu Kapitel 15

Stichwortverzeichnis

Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger

Wichernstraße 12

01445 Radebeul

Dr.-Ing. Gero Marzahn

Landesbetrieb Straßenbau NRW

Betriebssitz

Abt. Konstruktiver Ingenieurbau

Wildenbruchplatz 1

45888 Gelsenkirchen

Titelbild: Frauenkirche Dresden

Foto: Jörg Schöner, Dresden

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ISBN: 978-3-433-01832-3

© 2010 Ernst & Sohn

Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

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Umschlaggestaltung: eiche.eckert° I Werbeagentur, Kappelrodeck

Druck und Bindung: Scheel Print-Medien GmbH, Waiblingen-Hohenacker

Den Wegbereitern des Ingenieurmauerwerks Walther Mann und Kurt Kirtschig gewidmet

Vorwort

DIN 1053-100 hat die Bemessung und Nachweisführung für Mauerwerk nach dem Teilsicherheitskonzept zum Inhalt. Mit der bauaufsichtlichen Einführung der Norm darf nunmehr auch Mauerwerk im Einklang mit dem europäischen Vorgehen nach der se- miprobabilistischen Sicherheitsphilosophie rechnerisch ausgelegt werden. Die Lücke zu den anderen Bauweisen, die bereits umgestellt haben, wurde damit geschlossen.

An der Erarbeitung der DIN 1053-100 waren die Mitglieder des Arbeitsausschusses "Rezept- und Ingenieurmauerwerk” des Deutschen Instituts für Normung (DIN) e. V. sowie der Unterausschüsse "Baustoffe” und "Bemessung” beteiligt. Sie wurde noch unter der Obmannschaft von Prof. Walther Mann begonnen und 2007 von seinem Nachfolger Prof. Wolfram Jäger abgeschlossen. Inzwischen ist die Norm in den meisten Bundesländern bauaufsichtlich eingeführt worden und steht somit zur allgemeinen Anwendung zur Verfügung.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass für die Konstruktion und die Ausführung nach wie vor DIN 1053-1:1996-11 gilt und deshalb bauordnungsrechtlich weiterhin anwendbar bleibt. Für die Bemessung und die Nachweisführung kann sich der Planer jedoch alternativ zwischen den zwei Bemessungsverfahren nach

1) DIN 1053-1:1996-11 oder nach

2) DIN 1053-100:2007-09

entscheiden. Allerdings besteht wegen der unterschiedlichen Sicherheitsphilosophien ein striktes Mischungsverbot zwischen den Bemessungsregeln der beiden Normen. Auch wenn wir kurz vor der Einführung der europäischen Bemessungsnormen in Deutschland stehen, wird die DIN 1053-100 noch lange Bestand haben und nicht so schnell abgelöst werden können, wie die Erfahrung der beiden zurückliegenden Dezennien lehrt. Der Grund dafür ist, dass noch kein konsensfähiger Nationaler Anhang vorliegt, der dann auch noch des normalen Normungsdurchlaufes beim DIN e.V. bedürfte. In diesem Zusammenhang ist die Überarbeitung der DIN 1053-1 zu sehen, die im Ergebnis das Paket der Regelungen nach Eurocode 6, der Nationalen Parameter und der nicht im Widerspruch stehenden, ergänzenden Regelungen sowie anders zu lösender Problempunkte liefern soll. Die DIN 1053-100 ist ein erster Schritt, um zukünftig durchgängig semiprobabilistisch ein Gebäude bemessen zu können. Alle Nachweise sind auf die europäisch übliche Vorgehensweise und Nachweisformate umgestellt worden. Die Methodik folgt der des EC 6, sodass eine spätere Umstellung problemlos möglich ist.

Die deutschen und auch die europäischen Regeln zur Bemessung von Mauerwerk sind eng mit dem Wirken der Professoren Walther Mann und Kurt Kirtschig verbunden. Mit ihren Arbeiten bereiteten sie die wissenschaftliche Grundlage der heutigen Bemessungsnorm vor und gaben damit dem Mauerwerksbau ein solides Fundament für seine zukünftige Entwicklung und für den Wettbewerb mit den anderen Bauweisen.

Das vorliegende Buch zur Bemessung von Mauerwerk nach DIN 1053-100 vermittelt nicht nur den Norminhalt und die praktische Umsetzung, sondern beleuchtet auch den wissenschaftlichen Hintergrund und die Wege, die zu den entstandenen oder weiterentwickelten Regelungen geführt haben. Damit ist die Grundlage für das Verständnis und für die zukünftige Fortschreibung der Norm gegeben.

Eingehend widmet sich das Buch den mechanischen Eigenschaften von Mauersteinen, Mauermörteln und Mauerwerk sowie den Grundlagen der Tragwerksgestaltung, Bemessung und Nachweisführung von Mauerwerksstrukturen. Die mathematischen und mechanischen Voraussetzungen werden ebenso erläutert wie die notwendigen baustofflichen und normungstechnischen Aspekte. Betrachtungen zur Erdbebensicherheit und ein gesonderter Abschnitt zum Natursteinmauerwerk ergänzen die Ausführungen. Zur Festigung des Verständnisses dienen viele einzelne Beispielrechnungen sowie ein nach dem vereinfachten Verfahren durchgearbeitetes komplexes Bemessungsbeispiel, das eine Brücke zur täglichen Praxis schlagen soll. Weitere Beispiele müssen ebenso wie eine durchgängige Nachweisführung eines Mauerwerkbaus gegenüber Erdbeben online bereitgestellt werden, um den Umfang des Buches noch in Grenzen halten zu können.

Das Buch wendet sich nicht nur an Studierende, sondern auch an Tragwerksplaner, Prüfingenieure, Sachverständige, Forscher und Lehrer sowie weitere am Mauerwerksbau Interessierte. Dem Leser wird ein wissenschaftliches Handwerkszeug gegeben, das es ihm ermöglichen soll, das Verhalten von Mauerwerk besser zu verstehen und das Wissen in der Praxis optimal und effektiv einzusetzen.

Das Titelbild dieses Buches zeigt das südliche Tympanon der in den Jahren 1994 - 2005 wiedererrichteten Dresdner Frauenkirche als Symbol für die Tradition des Mauerwerksbaus und für die Möglichkeiten, die wir mit seiner ingenieurmäßigen Durchdringung erschließen können. Das Bauwerk stellt nicht den Regelfall der Mauerwerksanwendung dar. Es demonstriert aber die Leistungsfähigkeit des Materials, der Bauweise und nicht zuletzt der semiprobabilistischen Bemessungsmethode. Noch weit vor seiner Einführung im deutschen Mauerwerksbau wurde dieses Vorgehen von den beteiligten Ingenieuren vorgeschlagen und vom Prüfingenieur akzeptiert. Die eigens für das Vorhaben entwickelte Mauerwerksrichtlinie erst machte es möglich, das wieder aufzubauen, was vorher 200 Jahre Bestand hatte. Aufgrund der Spezifik des Vorhabens konnten mit dem semiprobabilistischen Konzept - damals jedoch noch ohne Spannungsrechteck - Vorteile erwirtschaftet werden.

Die Fertigstellung des vorliegenden Fachbuches war nur durch die umfangreiche Unterstützung und die Geduld eines ganzen Teams möglich. Stellvertretend danken wir an dieser Stelle Frau Dipl.-Ing. (FH) Anke Eis ganz herzlich für ihre unermüdliche Mitwirkung sowie dem Verlag Ernst & Sohn für die beständige Förderung des Themas Mauerwerk.

Wir wünschen Ihnen, liebe Leser, dass Sie auf den nachfolgenden Seiten Antworten auf Ihre Fragen zur Bemessung von Mauerwerk finden und in der Folge (noch) mehr mit Mauerwerk planen und bauen.

Wolfram Jäger, Dresden/Radebeul

Gero Marzahn, Essen

November 2009

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Einführung

1.1 Geschichte und Entwicklung

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Literatur zu Kapitel 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[1.12] Möller, B.; Graf, W.; Beer, M.; Sickert, J.-U.: Das Datenmodell Fuzzy- Zufälligkeit und seine Anwendungsmöglichkeiten im Ingenieurbau. In: Festschrift Prof. D. Hartmann 60. Geburtstag, Ruhr-Uni Bochum, 2004 Shaker-Verl., Aachen, 2004, S. 97-106.

[1.13] Eibl, J.; Schmidt-Hurtienne, B.: Grundlagen für ein neues Sicherheitskonzept. Bautechnik (1995) 8, S. 501-506.

[1.14] Gerstner, H.; Jäger, W.; Nguyen, S. H.: Kann der Mauerwerksbau noch vom ETV Beton der ehemaligen DDR profitieren? Mauerwerk 11 (2007) 4, S. 190-198.

[1.15] DIN 1053-100:2007-09: Mauerwerk – Teil 100: Berechnung auf der Grundlage des semiprobabilistischen Sicherheitskonzepts. NABau im DIN, Berlin 2007.

[1.16] DIN 1053-1:1996-11: Mauerwerk. Teil 1: Berechnung und Ausführung. NABau im DIN, Berlin 1996.

[1.17] Schneider, F.: Konstruktionsregeln für Mauerwerk, Teil 3: Ausführungsbeispiele. In: Jäger, W. (Hrsg.): Mauerwerk-Kalender 33 (2008), S. 329-351. Ernst & Sohn, Berlin.

[1.18] Spaethe, G.: Die Sicherheit tragender Baukonstruktionen. 2. Auflage. SpringerVerlag, Wien – New York 1992.

[1.19] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen. Berlin, Fassung Februar 2009, mit änderungen September 2009. DIBt Berlin, 2009 (www.dibt.de).

[1.20] Bekanntmachung des Ministeriums für Infrastruktur und Raumordnung v. 5. Nov. 2007. Technische Baubestimmungen – Fassung Februar 2007. In: Amtsblatt Brandenburg 18 (2007) 50, S. 2563-2597.

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Mauerwerksbauten

2.1 Übersicht

Mauern, d. h. Steine - mit oder ohne Mörtel - geordnet und einer vorausbestimmten Form folgend schichtenweise zu verlegen, ist eine der ältesten Methoden der Menschheit, Bauwerke zu errichten (s.Bild 2-1 u.Bild 2-2). Entscheidend dabei war, dass man entweder die Steine vor Ort gewinnen bzw. vorfinden konnte oder das Rohmaterial am Ort oder in der Nähe zur Verfügung stand, aus dem sich die Steine herstellen ließen.

Bild 2-1 Sphinx-Allee zu dem ersten Pylon (ca. 7. Jh. v. Chr.) des Eingangs zum Tempel Amun-Re (ca. 2000 bis 220 v. Chr.) in Karnak/Luxor (Ägypten)

Bild 2-2 Die Zitadelle von Bam vor der Zerstörung 2003 -ca. 2500 Jahre Tradition im Mauerwerksbau mit ungebrannten Lehmsteinen (Foto: Recovery Project of Bam’s Cultural Heritage)

Die Verfügbarkeit des Materials war dabei ein großer Vorteil; die fehlende Eigenschaft, Biegekräfte, etwa wie der Baumstamm, aufzunehmen, war ein scheinbarer Nachteil, der als solcher aber der Verbreitung des Mauerwerks keinen Abbruch tat. Man trug der erkannten Eigenschaft durch entsprechende Formgebung Rechnung, indem im Bauteil oder Bauwerk nur Druckkräfte entstehen durften (s. [2.1], S. 160 ff.).

Wände waren und sind so auszubilden, dass die resultierende Normalkraft immer im Querschnitt bleibt, sofern keine Bewehrung eingelegt wird. Damit lassen sich bei entsprechender Form öffnungen mit Bögen und Flächen mit Gewölben Überdecken. Das Holz wurde dort, wo es verfügbar war, verwendet, um Gleiches auf wirtschaftlichere Art zu erreichen. Wände werden und wurden so dimensioniert, dass sie die im Bauwerk aus öffnungs- und Flächenüberdeckungen entstehenden Horizontalkräfte aufnehmen können. Die statischen Gesetze bestimmten lange Zeit bei Einsatz von Mauerwerk die Formen in der Architektur - bis zur Einführung des Stahls und des Stahlbetons, da diese beiden Materialien auch Zugkräfte Übertragen können.

Tabelle 2-1 Einsatz von Mauerwerk

WohnungsbauNichtwohnungsbauEinfamilienhäuserGewerbe bauReihenhäuserIndustriebauMehrfamilienhäuseröffentliche GebäudeMehrgeschossiger WohnungsbauIngenieurbau

Heute wird Mauerwerk vornehmlich für vertikale Bauteile wie Wände und Stützen eingesetzt. Für öffnungsüberdeckungen gibt es Stürze und Träger aus Stahl, Stahlbeton oder bewehrtem Mauerwerk. Räume werden mit Decken aus Holz oder Stahlbeton Überdeckt. Sie können sowohl vertikale als auch horizontale Lasten aufnehmen und ableiten, wobei die Übertragung von Biegekräften stark von der wirkenden Normalkraft abhängt.

Haupteinsatzgebiete für Mauerwerk heute sind der Wohnungs- und Gesellschaftsbau (s. Tabelle 2.1). Auch im Gewerbe- und Industriebau besitzt der Mauerwerksbau Marktanteile. Für Brücken, Türme, Stützbauwerke und andere Ingenieurbauten wird Mauerwerk kaum noch ausgeführt, besitzt aber in diesen Bereichen im Bauwerksbestand eine erhebliche Bedeutung. Gleiches gilt für Kuppeln und Gewölbe, die nur noch im Rahmen der Erhaltung wertvoller Substanz und von Rekonstruktionen zerstörter Bauwerke eine Rolle spielen.

Wohnungs- und Gesellschaftsbau

Im Wohnungs- und Gesellschaftsbau hat heute das Mauerwerk seinen größten Anwendungsbereich. Vielfalt, Variabilität und vor allem Wirtschaftlichkeit sind die Kriterien, die der Mauerwerksbau im Wettbewerb mit anderen Bauarten traditionell vorweisen kann. Die Mauerwerksprodukte sind ebenso wie die Verarbeitungstechnologien und Konstruktionen weiter entwickelt worden, sodass der Mauerwerksbau die fortwährend gestiegenen Anforderungen heute wirtschaftlich erfüllen kann. Bemessung und Berechnung sind nach wie vor für die Standardanwendungen einfach geblieben. Die Verarbeitung erfordert handwerkliches Können, das sich im Rahmen des Beherrschbaren hält.

Vorwiegend kommen heute Mischkonstruktionen zur Anwendung, bei denen i. d. R. die Wände aus Mauerwerk hergestellt werden. Decken und Dächer sind meist aus Holz oder Stahlbeton, seltener aus Stahl oder im Verbund damit hergestellt. Auch im Wandbereich sind weitergehende Kombinationen wie z. B. mit Stahlbeton (insbesondere bei mehr als 5-geschossigen Gebäuden) möglich (s.Bild 2-4 a).

Bild 2-3 Anwendungsbeispiele von Mauerwerk im Wohnungs- und Gesellschaftsbau

Einen Sonderfall stellt unabhängig von der Bauwerkstypologie die originalgetreue Wiedererrichtung zerstörter Bauten dar, wie beispielsweise der Wiederaufbau der Dresdner Frauenkirche in den Jahren 1994-2005 (Bild 2-4 b).

Im Industrie- und Gewerbebau wird Mauerwerk nach wie vor eingesetzt. Aufgrund der oft größeren zu Überdeckenden Spannweiten machen sich i. d. R. Kombinationen von Tragsystemen aus anderen Baustoffen und Mauerwerksausfachungen erforderlich, die wirtschaftlich sinnvoll sind. Jedoch wird hier Mauerwerk häufig auch für Einbauten und Raumtrennungen verwendet.

Bild 2-4 Weitere Beispiele für den Einsatz von Mauerwerk

Industrie- und Gewerbebau

Bild 2-5 Anwendungsbeispiele von Mauerwerk im Industrie- und Gewerbebau

Brücken

Bogenbrücken aus Mauerwerk gehören zur ältesten Konstruktionsform von Brücken. Ausgehend vom halbkreisförmigen Brückenbogen, der schon vor der christlichen Zeitrechnung angewendet wurde, entwickelten sich der Segmentbogen und eine Vielzahl anderer Bogenvarianten, wodurch die Brücken später auch flacher gestaltet werden konnten.

Eine Vielzahl gemauerter Steinbrücken erfüllen noch heute ihre Dienste, so zum Beispiel die Göltzschtalbrücke - erbaut unter der Leitung von Johann Andreas Schubert im Rahmen der Entwicklung des sächsischen Eisenbahnwesens Mitte des 19. Jahrhunderts. Sie ist außerdem bis heute die größte Ziegelbrücke der Welt. Ein weiteres bekanntes Beispiel aus der Reihe namhafter Steinbogenbrücken ist die Karlsbrücke in Prag, s.2.22.2.2].

Bild 2-6 Karlsbrücke in Prag, erbaut 1357 [2.2]

Heute wird Mauerwerk im Brückenbau fast ausschließlich nur noch zur Verblendung eingesetzt. Die Pflege und Erhaltung einer Vielzahl von Brückenbauwerken aus Mauerwerk erfordert jedoch entsprechende Kenntnisse in den Berechnungs- und Nachweisverfahren, auch wenn die derzeit gültigen Normen im Mauerwerksbau nicht für den Bestand erarbeitet worden sind. Hier muss der Ingenieur auf der Basis seines Wissens und seiner Erfahrung vorgehen.

Türme und Schornsteine

Türme aus Mauerwerk können sowohl einzeln stehen (z. B. Leuchttürme, Schachttürme im Bergbau, Wassertürme wie z. B.Bild 2-7 b) als auch Teil eines größeren Gebäudes sein (z. B. Kirchtürme, Wehrtürme bei Burganlagen).

Ein weiteres Anwendungsgebiet für Mauerwerk waren in der Vergangenheit die Kraftwerks- und Industrieschornsteine (z. B. Halsbrücker Esse bei Freiberg, 140 m hoch).Bild 2-7 a) zeigt ein zu Beginn des 20. Jahrhunderts in London gebaute Kohlekraftwerk mit zwei integrierten Schornsteinen aus Mauerwerk.

Bild 2-7 Anwendungsbeispiele von Mauerwerk für Türme und Schornsteine

Kuppeln und Gewölbe

Bild 2-8 Hagia Sophia in Istanbul (erbaut 532-537), Türkei

Mit Mauerwerk können Räume in Form von Kuppeln oder Gewölben Überdeckt werden. Dabei lassen sich sowohl Decken im Wohnungsbau (z. B. Kappendecke, Tonnen- oder Kreuzgewölbe) als auch große Flächen, wie zum Beispiel beim Petersdom in Rom [2.3] oder der Hagia Sophia in Istanbul (s.Bild 2-8), überbrücken.

Bei der Hagia Sophia wird das äußere Erscheinungsbild stark durch die massiven Bauteile um die Kuppel herum geprägt, die den Horizontalschub kompensieren müssen. Die jetzige Kuppel erhielt nach dem Einsturz der ersten im Jahre 558 ihre heutige Form.

Be- und Entwässerungssysteme

Gemauerte Systeme zur Entwässerung gab es schon in der Antike. überreste einer römischen Kanalisation können noch heute in der Kölner Altstadt besichtigt werden.

Bild 2-9 Anwendungsbeispiele von Mauerwerk für Be- und Entwässerungssysteme

Ein weiterer Bestandteil antiker Baukunst sind die Leitungssysteme, mit denen Wasser über große Entfernungen unterirdisch, stellenweise aber auch über Brückeaquädukte in die größeren Städte transportiert wurde (s.Bild 2-9, a).

Als in der Neuzeit – mit Beginn der Industrialisierung in Europa – in den stark wachsenden Städten eine Abwasserentsorgung nötig wurde, begann man mit dem Bau von Kanalisationsnetzen. Diese wurden zur damaligen Zeit überwiegend aus Ziegeln gemauert und sind teilweise heute noch in Betrieb (z. B. in Wien, Berlin und anderen großen Städten, s.Bild 2-9 b).

Stütz- und Trockenmauern

Stützmauern setzt man seit jeher zur Sicherung von Einschnitts- oder Dammböschungen ein (Bild 2-10 a). Sie können als einfache Trockenmauer, in Verbindung mit Mörtel oder als (Schwer-) Gewichtsmauer ausgeführt werden.

a) Krak des Chevaliers, Syrien b) Neu errichtete Trockenmauer in den Weinbergen von Radebeul

Bild 2-10 Stützmauern aus Naturstein

Trockenmauerwerk wird aus Steinen ohne Zuhilfenahme von Mörtel zusammengesetzt. Heute vor allem im Landschaftsbau angewandt, hatte Trockenmauerwerk in der Geschichte noch weitere Anwendungsbereiche. So dienten Trockenmauern der Grundstücksbegrenzung und wurden im Brunnenbau sowie zum Bau von einfachen Gebäuden genutzt. Heute werden sie in den Gegenden, wo sie das Landschaftsbild prägen, im Versagensfalle unter Anwendung heutiger Erkenntnisse und Erfahrungen wieder errichtet (s.Bild 2-10 b).

Schwergewichtsmauern setzt man neben der Hangsicherung auch als Absperrbauwerke bei Talsperren ein. Die so genannten Gewichtsstaumauern wurden meist aus Bruchsteinmauerwerk erstellt (z. B. Eschbachtalsperre, 1891).

Komplexe Formen

Aus der Architekturgeschichte sind zahlreiche Beispiele für die erstaunliche Formbarkeit von Mauerwerk zu geschwungenen Flächen und komplexen Bauwerken bekannt [2.4]. An der Technischen Universität Dresden wurde 2006 die Frage der Machbarkeit einer komplexen geometrischen Form aus Mauerwerk untersucht, die sich als Schale selbst trägt. Als Ergebnis der Untersuchungen konnte eine frei geformte Schalenkonstruktion aus Mauerwerk errichtet werden. Die Form wurde zunächst mit skulpturalen Arbeitstechniken entworfen und anschließend mit Hilfe einer numerischen Simulation optimiert. Das Projekt verdeutlicht die Formbarkeit von Mauerwerk als Vorteil des Baustoffes und zeigt die Wege auf, wie hinsichtlich der Standsicherheit sich dies erreichen lässt.

Bild 2-11 Mauerwerksschale an der TU Dresden (Fotos: T. Albrecht)

Heute ist das Mauerwerk im Industrie- und Ingenieurbau meist von Beton und Stahl verdrängt worden, wegen seiner zahlreichen Vorteile gehört es jedoch in Europa nach wie vor zu den etablierten und bevorzugten Baustoffen (s. a. Kapitel 1). Vielseitige Gestaltungsmöglichkeiten bei den Grundrissen sowie die Entwicklung von hochfesten, gut wärmedämmenden und großformatigen Mauersteinen/-elementen kennzeichnen den Mauerwerksbau heute und machen ihn zu einer äußerst kosteneffizienten Konstruktionsweise.

Mauerwerksbauten sind heute fast ausschließlich Mischkonstruktionen, bei denen die Wände aus Mauerwerk und die Decken aus Stahlbeton oder Holz bestehen. In den weiteren Abschnitten wird deshalb nur auf Wandkonstruktionen eingegangen.

2.2 Anforderungen an Wandkonstruktionen aus Mauerwerk

2.2.1 Raumabschluss und Schutz des Menschen sowie von Sachwerten

Eine wesentliche Funktion, die Wände in einem Gebäude zu erfüllen haben, ist der Raumabschluss und der damit verbundene Schutz von Mensch, Tier und Sachgut, die sich in den Räumen aufhalten bzw. befinden. Die Schutzfunktion umfasst

– das Abhalten von Regen, Wind und Wetter,

– die Schaffung behaglicher bzw. angemessener klimatischer Verhältnisse,

– Sicherung vor fremden Zugriff und Gewährleistung einer mehr oder weniger individuellen Atmosphäre und

– die Verhinderung der Brandausbreitung sowie die Gewährleistung der Flucht, Evakuierung und Brandbekämpfung.

2.2.2 Statische Anforderungen

Die statische Aufgabe von Wandkonstruktionen besteht im Allgemeinen darin, Lasten zu tragen und abzuleiten sowie für die Gesamtstandsicherheit eines Gebäudes zu sorgen. Es kann sich dabei um Eigenlasten, Verkehrslasten, außergewöhnliche Lasten oder Erdbebenlasten handeln. Die Beanspruchungen, die bei Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Wänden zu beachten sind, werden mit der DIN-Reihe 1055 bereitgeste [2.8].Die anzusetzende Erdbebenbeanspruchung ist in DIN 4149 geregelt.

Die Wandkonstruktionen sind für die genormten Beanspruchungen zu berechnen und zu bemessen (DIN 1053-1:1996-11 [2.9]. bzw. DIN 1053-100:2007-09 [2.10].,um die Erfüllung der statischen Anforderungen mit einem adäquaten Sicherheitsniveau zu gewährleisten.

2.2.3 ästhetische und gestalterische Anforderungen

Wandkonstruktionen sind Teile von Gebäuden, an die der Mensch neben Nutzungsanforderungen auch Ansprüche an die Gestaltung stellt.

Bild 2-12 Kirche von Christo Obrero, Atlantida (Ing. Eladio Dieste) [2.11]

Das ästhetische Empfinden des Menschen und seine Wahrnehmung erfordern eine entsprechende Formung und Farbigkeit der gebauten Umwelt, die wir im Allgemeinen unter dem Begriff der Architektur zusammenfassen.

Mit Wandkonstruktionen aus Mauerwerk lassen sich schnell, unkompliziert und ohne große zusätzliche Aufwendungen die unterschiedlichsten Formen ausführen. Grund dafür ist die Verwendung von klein- bis mittelformatigen Steinen bzw. Blöcken, die mit Mörtel verbunden werden und so ein hohes Maßan Variabilität gestatten (vgl.[2.5]). Bei der Herstellung gekrümmter Formen kann der Putz schließlich die Diskontinuitäten glätten, die durch den übergang von kubischen Kleinformen zu kontinuierlich gekrümmten Großformen entstehen. Es gibt aber auch Beispiele, bei denen gerade dieses Phänomen Teil des Gestaltungskonzeptes des Architekten ist (vgl. [2.11] und Bild 2-12).

2.2.4 Ausführung

Bei der Ausführung steht vor allem der Aufwand für die planerische Vorbereitung und die Herstellung der Konstruktion auf der Baustelle sowie deren handwerkliche Beherrschung im Vordergrund. Die an die Wandkonstruktionen gestellten Anforderungen müssen sich bei der Ausführung auch sicher erfüllen lassen.

Da das Aufschichten der Steine im Wesentlichen Handarbeit ist, steht dessen Rationalisierung im Mittelpunkt der Bemühungen der Bauindustrie und der Handwerker. Entscheidende Randbedingungen dabei sind die zumutbaren Belastungen für den Ausführenden und nicht zuletzt arbeitsphysiologische Gesichtspunkte. Damit verbunden waren und sind entsprechende Entwicklungen, wie die Vergrößerung der Steinformate bei gleichzeitiger Gewichtsminderung, der Wegfall der Stoßfugenvermörtelung und der Einsatz entsprechender Rationalisierungsmittel wie Kleinhebezeuge, Mörtelschlitten, Anschlagmittel, Hilfsgerüste u. a. Die Vergrößerung der Steinformate bis hin zu Elementen geht allerdings mit der Einschränkung der Variabilität bzw. der Erhöhung des vorbereitenden Planungsaufwandes einher.

2.2.5 Nachhaltigkeit

Ökologische Gesichtspunkte spielen eine immer stärkere Rolle (s.[2.27]). Für Wandkonstruktionen aus Mauerwerk bedeutet das,

– die Energieverluste bei der Beheizung der Gebäude drastisch zu reduzieren,

– den Energieverbrauch für die Kühlung im Sommer oder in entsprechenden Regionen zu minimieren,

– die Primärenergie für die Herstellung der Einzelkomponenten mit ins Kalkül zu ziehen,

– eine große Dauerhaftigkeit und Langlebigkeit zu erreichen und

– die unproblematische Rückführung im Kreislauf der Natur zu bedenken.

Die Notwendigkeit der Verringerung des CO2-Ausstoßes hat zu der Energieeinsparverordnung EnEV 2007[2.12] geführt, die hohe Anforderungen an die Wärmedämmfähigkeiten der Wandkonstruktionen, die Detailausbildung und die Luftdichtheit der Umfassungen stellt. Eine weitere Anhebung der Anforderungen ist mit der EnEV 2009 erfolgt, die ab 1. Oktober 2009 anzuwenden ist [2.13]. Neue Entwicklungen hinsichtlich der Wärmdämmeigenschaften der Steine und des Mörtels sowie der Wandaufbauten waren und sind notwendig (s. z.B[2.28] u [2.29]). Oft wurde dabei die Möglichkeit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung genutzt, um diese Entwicklungen schnell in die Praxis einzuführen. Damit verbunden sind aber auch notwendige Veränderungen oder Anpassungen in der Planung und der handwerklichen Ausführung. Das Mauerwerk hat sich von einem robusten, über Jahrhunderte gleich verwendeten Baustoff binnen weniger Jahre zu einem hochentwickelten, technisierten Material verändert, das zwar noch einfach zu handhaben ist, aber mehr Aufmerksamkeit und Wissen als früher erfordert.

Mauerwerkskonstruktionen haben bei richtiger Planung und Ausführung eine lange Lebenszeit und hohe Dauerhaftigkeit.

2.3 Klassifizierung von Wandkonstruktionen

2.3.1 Strukturierung

Die Wandkonstruktionen lassen sich nach verschiedensten Gesichtspunkten strukturieren. In Kurzform sind diverse Klassifizierungen in Tabelle 2.2 angegeben. Ausführliche Erläuterungen zu den einzelnen Punkten sind in den entsprechenden DIN-Vorschriften [2.7], [2.9] sowie z.B.in [2.6] und [2.25] zu finden.

Im Mauerwerksbau werden im Wesentlichen einschalige und zweischalige Konstruktionen unterschieden.

Tabelle 2-2 Arten von Mauerwerk

KlassifizierungArtBemerkungennach der statischen Funktiontragendtragen neben der Eigenlast zusätzliche Lasten aus angrenzenden oder darüber befindlichen Bauteilennichttragendtragen Eigenlast und ggf. noch Ausbautenaussteifende Wändescheibenartige Bauteile, gelten als tragendnach den Abmessungennach DIN 1053-1 [2.9]kurze WändeQuerschnittsfläche kleiner als 1000 cm2PfeilerQuerschnittsabmessungen in zwei unterschiedlichen Richtungen annähernd in gleicher Größenordnung, Höhe größer als Querschnittsabmessungensonstige Wändesonstige Wandkonstruktionen, die keine „Kurzen Wände“ oder „Pfeiler“ sindnach der Lage zur UmgebungInnenwändeliegen im Inneren des GebäudesAußenwändegrenzen Gebäude gegenüber der Umgebung abGebäudetrennwändeunterteilen aneinander gebaute Gebäudenach der Lage im GebäudeLängswändeparallel zur GebäudelängsrichtungQuerwändesenkrecht zur GebäudelängsrichtungZellenwändeLängs- und Querwände bilden ZellenAusfachungswändespannen zwischen Stützen und/oder Riegeln, nicht an Lastableitung im Gebäude beteiligtnach der raumabschließenden Wirkung(vgl. DIN 4102-4 [2.7])raumabschließende Wändenur einseitig vom Brand beanspruchtnicht raumabschließende Wändemehrseitig vom Brand beanspruchtBrandwände besonderebrandschutztechnische Anforderungen (z. B. F 90-A, Stoßbeanspruchung 3 × 3.000 Nm)nach dem Aufbau (s. Frick/Knöll [2.6])einschaligbesteht aus einer Schale, die alle Anforderungen zu erfüllen hatzweischaligbesteht aus parallel verlaufenden Wandschalen, denen verschiedene Funktionen zugeordnet sind

2.3.2 Einschaliges Mauerwerk

Einschaliges Mauerwerk besteht nur aus einer „Lage Steine“ (eine Schale), die alle Anforderungen zu erfüllen hat.

Bild 2-13 Einschalige Wand (Prinzipskizze)

Die Wand wird entweder beidseitig verputzt, an der Außenseite mit frostbeständigen Steinen ausgeführt oder mit einem anderen Witterungsschutz versehen (z. B. Vorhangfassade).

Einschalige Konstruktionen eignen sich für Innen- und Außenwände und werden sowohl für tragende als auch für nichttragende Wände eingesetzt. Bei Außenwänden ist der Wärmeschutz ein entscheidendes Kriterium. Sofern mit der gewählten Steinart die geforderten Kennzahlen mit einem einschichtigen Querschnitt nicht eingehalten werden können, wird eine zusätzliche Wärmedämmung erforderlich (Innendämmung, Wärmedämmverbundsysteme). Von Baustoffherstellern wird inzwischen Mauerwerk angeboten, das eine ausreichend große „Eigendämmung“ besitzt.

2.3.3 Zweischaliges Mauerwerk

Die zweischalige Außenwand besteht aus zwei parallel verlaufenden Wandschalen, denen verschiedene Funktionen zugeordnet sind.

a) mit Kerndämmung b) mit Luftschicht

Bild 2-14 Zweischalige Außenwand nd (Prinzipskizze)

Die tragende Innenschale übernimmt neben den Aufgaben der Tragkonstruktion auch die bauphysikalischen Funktionen, wie Wärme-, Schall- und Brandschutz. Die Außenschale muss in gemauerter Ausführung mindestens eine Dicke von 9 cm haben. Sie dient als „Wetterschale“ vorwiegend der Schlagregenabwehr.

Die Außenschale der zweischaligen Außenwand wird auch als Vorsatzschale, Verblendschale oder Verblendmauerwerk bezeichnet. Das nur sich selbst tragende Verblendmauerwerk muss durch Drahtanker (nichtrostender Stahl gem. DIN 17440 oder entsprechender allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung) mit der tragenden Innenschale verbunden werden. Der vertikale Abstand der Anker darf höchstens 50 cm betragen, der horizontale höchstens 75 cm. Die Mindestanzahl der Anker ist nach DIN 1053-1 vorgeschrieben. An den freien Mauerenden sind zusätzlich 3 Anker je m Randlänge anzuordnen. Als freie Mauerenden zählen Gebäudeecken, öffnungen, Fugen sowie obere Abschlüsse.

Bild 2-15 Drahtanker für zweischaliges eischaliges Mauerwerk [2.9]

In zweischaligen Außenwänden wird nach dem genauen Wandaufbau

– mit Putzschicht,

– mit Kerndämmung,

– mit Luftschicht und

– mit Luftschicht und Wärmedämmung

unterschieden. Weiterführende Erläuterungen bzw. Vorgaben sind in DIN 1053-1 [2.9] enthalten.

2.4 Verbände und Verbandsregeln

Als Mauerverband bezeichnet man die Art, wie die Steine schichtweise verlegt und miteinander verzahnt werden, damit die Tragwirkung analog einem homogenen Baustoff erfolgt. Je nachdem, wie man die Steine in der Schicht anordnet, ergeben sich die in Bild 2-16 definierten Bezeichnungen. Ausführliche Informationen sind in den Literaturstellen [2.6], [2.16],.[2.17] –[2.24] zu finden.

Die Schichten einer Wand sind i. d. R. gleich hoch. Stoßen Wände unterschiedlicher Schichthöhen aneinander, sind sie entsprechend zu verzahnen. Man unterscheidet bei den Verbänden Mauermittenverbände, Endverbände und Pfeilerverbände.

Bild 2-16 Bezeichnung der Schichten [2.25]

2.4.1 Grundlegende Verbandsregeln

Die Steinüberbindung muss so erfolgen, dass keine Stoßfugen übereinander liegen (mit Ausnahme des Anschlusses an andere Schichthöhen innerhalb einer höheren Schicht) und dass das statische Zusammenwirken der einzelnen Steine garantiert ist und mit den Berechnungsannahmen übereinstimmt.

a) Stoßfugen (Wandansicht) b) Längsfugen (Wandquerschnitt)

Bild 2-17 überbindung von Stoß- und von Längsfugen [2.9]

Das überbindemaßü muss deshalb größer als 0,4.h bzw. größer als 45 mm sein, wobei h die Steinhöhe ist. Dabei ist der größere Wert maßgebend [2.9].

2.4.2 Wesentliche Verbände

In Tabelle 2.3 sind die wesentlichen Verbände aufgelistet und in Bild 2-18 bis Bild 2-21 dargestellt; eine genauere Erläuterung ist in [2.25] zu finden.

Tabelle 2-3 Klassifizierung und Verbandsarten von Mauerwerk

KlassifizierungArtBemerkungenMauermittenverbändeLäuferverbandAlle Schichten bestehen aus Läufern, die gegeneinander versetzt sind (Versatz i. d. R. % Stein; bei ¾ bis ¼ Steint → schleppender Verband).BinderverbandAlle Schichten bestehen aus versetzten Bindern (½ Kopfbreite).BlockverbandEs wechseln jeweils Läufer und Binderschicht.Kreuzverbandbesteht wiederum aus Läufer- und Binderschichten, wobei jedoch die Läuferschichten gegeneinander versetzt sind und sich erst nach jeweils vier Schichten wiederholenEndverbändean Mauerenden, -ecken, -anschlüssen, -kreuzungen und WandeinbindungenNormale EckenBei ½ Stein dicken Wänden → Läuferschichten wechselseitig überbunden Bei dickeren Wänden läuft eine Schicht bis zur Ecke durch und endet mit ¾ Steinen. Die andere Schicht schließt stumpf an.Stumpfe Eckenbei öffnungswinkeln größer 135°Spitze Eckenbei öffnungswinkeln größer 45°Mauernischen und -schlitzeRücksprünge in MauernMauervorlagenVorsprünge von Mauern, die mit diesen innig verbunden sindPfeilerverbändeBei quadratischen Pfeilern: jede Schicht gleicher Verband, um 90° gedreht. Einen Stein dicke Pfeiler bestehen nur aus ganzen Steinen. Bei größeren Dicken und Rechteckform wechseln ganze und ¾ Steine ab. Bei rechteckigen Pfeilern werden die schmalen Seiten als Mauerenden ausgeführt und der Zwischenraum ausgefüllt.

Bild 2-18 Verbände, Teil 1 [2.25]

Bild 2-19 Verbände, Teil 2 [2.25]

Bild 2-20 Verbände für Ecken, Nischen und Vorlagen [2.25]

Bild 2-21 Pfeilerverbände [2.25]

2.5 Literatur zu Kapitel 2

[2.1] Büttner, O.; Hampe, E.: Bauwerk - Tragwerk - Tragstruktur. Bd. 1: Analyse der natürlichen und gebauten Umwelt. VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1977.

[2.2] Jäger, W.; Witzany, J.: Die Karlsbrücke in Prag. Bewertung des bautechnischen Zustandes. Mauerwerk 9 (2005) 3, S. 108–119.

[2.3] Klingner, R. E.; Grimm, C. T.: Masonry: The First 10,000 Years. Vorlesungsunterlagen, The University of Texas, Austin, USA, 2003.

[2.4] Wendland, D.; Jäger, W; Schulten, C.: Experimenteller Bau einer frei geformten Mauerwerksschale. Mauerwerk 11 (2007) 4, S.178–185.

[2.5] Pfeifer, G., Ramcke, R.; Achtziger, J.; Zilch, K.: Mauerwerk Atlas. Birkhäuser, Basel, Boston, Wien 2001.

[2.6] Frick, O.; Knöll, K.; Neumann, D.; Weinbrenner, U.: Baukonstruktionslehre 1. Teubner, Stuttgart 1997.

[2.7] DIN 4102-1 bis 7: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen. NABau im DIN, Berlin, versch. Jahre.

[2.8] DIN 1055-1 bis -10: Lastannahmen für Bauten. NA Bau im DIN, Berlin versch. Jahre sowie DIN 1055-100:2001-03: Einwirkungen auf Tragwerke -Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln. NABau im DIN, Berlin 2001.

[2.9] DIN 1053-1:1996-11: Mauerwerk. Berechnung und Ausführung. NABau im DIN, Berlin 1996.

[2.10] DIN 1053-100:2007-09: Mauerwerk. Berechnung auf der Grundlage des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes. NABau im DIN, Berlin 2007.

[2.11] Larrambebere, G.: Ein Nachruf auf Elado Dieste. Mauerwerk 5 (2001) 5, S. 180–183.

[2.12] Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden (Energieeinsparverordnung – EnEV) vom 24. Juli 2007. Veröffentlicht im Bundesgesetzblatt Jg. 2007 Teil I Nr. 34, Bonn 26.07.2007.

[2.13] Verordnung zur änderung der Energieeinsparverordnung (EnEV 2009) v. 29. April 2009, BGBl. I S. 954 (www.enev-online.de).

[2.14] DIN 4172:1955-07: Maßordnung im Hochbau. NABau im DIN, Berlin 1955.

[2.15] DIN 18000:1984-05: Modulordnung im Bauwesen. NABau im DIN, Berlin 1984.

[2.16] Wienerberger Ziegelindustrie: Produktkatalog. Hannover 2008 (www.wienerberger.de).

[2.17] Peters, H. R.: Richtig Bauen mit Poroton. Frauenhofer IRB, Stuttgart 2004.

[2.18] Hohmann, M.: Porenbeton Handbuch. Planen und Bauen mit System. Bundesverband der Porenbetonindustrie, Hannover 2008.

[2.19] XELLA Baustoffhandbuch Porenbeton. Hrsg. XELLA Baustoffe GmbH Duisburg. Eigenverlag, Duisburg 2003.

[2.20] Fehr, P.: Bau-Erfolg. KLB Mauerwerksysteme. KLB Klimaleichtblock GmbH, Andernach. Eigenverlag, Andernach 2000.

[2.21] Wessig, J.: KS-Mauerfibel. Bau + Technik, Düsseldorf 1998.

[2.22] Warth, O.: Die Konstruktion in Stein. Band I von Allgemeine Baukonstruktionslehre mit besonderer Beziehung auf das Hochbauwesen. Hrsg. G. A. Breymann. J. M. Gebhardt’, Leipzig 1903. Nachdruck nach dem Original. Th. Schäfer, Hannover 1995.

[2.23] brick’08. Brick Award 2008. Die beste Ziegelarchitektur. Callwey, München 2008.

[2.24] Kohl, A.; Bastian, K.: Fachkunde für Maurer. Teil 1 Einfache Maurerarbeiten. 1953. Teil 2 Maurerarbeiten an einem Kleinhaus. 1952. Teubner, Leipzig.

[2.25] Jäger, W.; Pfeifer, G.: Konstruktionsregeln für Mauerwerk. In: Irmschler, H.-J.; Jäger, W. und Schubert, P. (Hrsg.): Mauerwerk-Kalender 30 (2005), S. 233–264. Ernst & Sohn, Berlin 2005.

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

[2.27] Graubner, C.-A.; Schneider, C.: „Deutsches Gütesiegel Nachhaltiges Bauen“ - Herausforderungen für den Mauerwerksbau. Mauerwerk 12 (2008) 5, S. 224–234.

[2.28] Meyer, G.: Energieeinsparung mit Kalksandstein-Konstruktionen. Mauerwerk 12 (2008) 5, S. 265–272.

[2.29] Gierga, M.: Die Energieeinsparverordnung 2009 und die Nachfrage nach neuartigen Ziegeln. Mauerwerk 12 (2008) 5, S. 254–260.