Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserte Wind- und Eislastansätze für Fassadenelemente aus Stahl

Außenwand- und Fassadenelemente aus Stahl haben als architektonisches Gestaltungselement in den vergangenen Jahrzehnten zunehmend an Beliebtheit gewonnen. Bei den flächigen Außenwand- und Fassadensystemen kommen Varianten mit gleichmäßig verteilter Porosität, planmäßiger Spaltbreite oder auch mit individuellen Lochungen zum Einsatz. Neben den flächigen Systemen zeigen sich in der heutigen Architektur auch immer häufiger Lamellenfassaden. Für beide Fälle stehen Planern häufig keine ausreichenden Lastmodelle für die Wind- und Eislasten zur Verfügung. Es gab in Einzelfällen bereits Schäden, die auf unzureichende Behandlung der Windlasteinwirkungen bzw. den damit verbundenen Beanspruchungen zurückzuführen waren.

Anhand von umfangreichen Windkanalversuchen, deren Ergebnisse zum Teil auch mit realmaßstäblichen Bauteilversuchen kombiniert werden, sollen in diesem Vorhaben verbesserte Lastempfehlungen für Fassadenelemente aus Stahl gewonnen werden. Mit Blick auf die Vereisung von Fassadenelementen wird eine statistische Analyse der meteorologischen Daten Deutschlands vorgenommen, um zu ermitteln, mit welchen maximalen Windgeschwindigkeiten im Falle einer Bauteilvereisung gerechnet werden muss. Ein damit zu verbindender Kombinationsbeiwert ist derzeit noch nicht für Deutschland festgelegt.

Der Nutzen für die KMU nach Durchführung des Vorhabens liegt damit in einer Verbesserung der Planungssicherheit, in der Steigerung der Attraktivität der Bauweise insgesamt, in der Vergrößerung der Vergrößerung der Gestaltungsräume und Verbesserung der Ressourceneffizienz. Es wird erwartet, dass der Einsatz von Fassadenelementen aus Stahl somit in Zukunft gesteigert werden kann.

Es wird eine Bemessungshilfe erstellt, die sich an praktisch tätige Planer richtet. Darin enthalten sind tabellierte und graphisch aufbereite Ergebnisse der Versuche und die entsprechend formulierten Lastempfehlungen.

Ergebniszusammenfassung:

In dem genannten Projekt wurden Untersuchungen zu verschiedenen Formen von Fassadenelemente durchgeführt. Hauptaugenmerk lag auf besonderen Fassadenbauarten wie großflächigen Fassaden (>50qm) und durchlässige Fassaden (Gewebe, Lochbleche, Streckmetalle, etc.). Die Untersuchungen waren Schwerpunktmäßig auf die Einwirkungen aus Wind und Eis gestützt.

Für die großflächige Fassaden, wie sie beim Hallenbau mit Sandwichelementen typisch sind, konnte für diese Art festgestellt werden, dass die Verbindungsmittel auf die Einwirkung Wind mit dem cpe,10-Wert nachgewiesen werden können, da der Einflussbereich der Verbindungsmittel deutlich größer als die 1qm des cp,1-Wert sind.

Für die durchlässigen Fassaden wurden umfangreiche Untersuchungen zu Druckverlust- und Kraftbeiwerten durchgeführt, welche zu Bemessungsformeln abhängig der jeweiligen Fassadenart und Abmessungen führten. Mit diesen lassen sich durchlässige Fassaden nun einfacher in statischen Nachweisen berücksichtigen. Weiterhin wurden Anpassungsfaktoren für den zweischaligen Aufbau von Fassaden ermittelt, diese können abhängig des Abstands auf die normative Windlast angewendet werden.

Für die durchlässigen Fassaden wurde die Einwirkung Eis, welche aktuell in Deutschland nicht normativ geregelt ist, näher betrachtet. Abhängig des Vereisungsgrades einer Fassade konnte ein Reduzierwert für den Winddruck ermittelt werden, der somit einer Verbesserung des konservativen Ansatzes der vollen Windlast auf eine komplett vereiste Fassade führt.