Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der exzentrischen Lasteinleitung am Außenwand‐Decken‐Knoten auf die Schubtragfähigkeit von monolithischen Außenwänden aus Ziegelmauerwerk

Moderne Mauerwerksbauten aus Ziegelmauerwerk müssen nach heutigen Anforderungen architektonisch, statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Durch das komplexe Zusammenspiel der aufgeführten Anforderungen ist die statische Auslegung von Mauerwerksbauten unter horizontalen Beanspruchungen häufig nur im Grenzbereich der Nachweisführung möglich. In diesem Zuge kommt der Ausbildung der für die Lastabtragung wesentlichen Bauwerkdetails eine wichtige Bedeutung in der statischen Nachweisführung zu. Ein für den Lastabtrag entscheidendes Detail stellt die Ausbildung des Außenwand-Decken-Knotens dar, bei dem die Deckenplatte bei einschaligen Außenwänden stirnseitig mit einer Wärmedämmung zur Vermeidung von Energieverlusten zu versehen ist. Durch diese aus energetischen Gründen erforderliche Knotenausbildung kommt es infolge der reduzierten Auflagerlänge der Decke zu einer planmäßig exzentrischen Beanspruchung des Mauerwerks. Die exzentrische Einleitung der Vertikallasten am Wandkopf hat auch Einfluss auf die Schubtragfähigkeit der Wände, der aber in der Baupraxis bislang völlig unberücksichtigt bleibt. Die Zielsetzung des Projekts ist es den Einfluss der exzentrischen Lasteinleitung am Außenwand-Decken-Knoten auf die Schubtragfähigkeit von monolithischen Außenwänden aus Ziegelmauerwerk durch experimentelle und rechnerische Untersuchungen zu erforschen und das vorhandene Erkenntnisdefizit zu schließen. Als wesentliches Ergebnis für die Baupraxis werden aus den Untersuchungen nachvollziehbare Berechnungs- und Bemessungsansätze abgeleitet, mit denen die Effekte der exzentrischen Lasteinleitung berücksichtigt werden können. Die Anwendung dieser neuen Ansätze wird an konkreten Beispielen aus der Praxis demonstriert, um die Ergebnisse erfolgreich in die Praxis zu transferieren. Die angestrebten Projektergebnisse unterstützen die monolithische Bauweise, die gegenüber anderen Bauweisen deutlich ökonomischer und nachhaltiger ist.

Ergebniszusammenfassung:

AIs wesentliches Projektergebnis steht ein systematisches Bemessungskonzept für zentrisch und exzentrisch belastete Mauerwerksschubwände aus Ziegelmauerwerk zur Verfügung mit dem die Trag- und Verformungsfähigkeiten sehr gut prognostiziert werden können. Die Herleitung des Bemessungskonzepts basiert auf einem Raster aus Versuchen und numerischen Simulationen in Abhängigkeit der Wandschlankheit, des vertikalen Auflastniveaus und der Momentenverteilung in der Wand. Die aufgebaute Simulationsumgebung steht mit dem Projektabschluss als weiteres Ergebnis zur Verfügung und kann nach einer Kalibrierung ohne Probleme auf andere Mauersteine übertragen werden. In das Bemessungskonzept wurden Abgrenzungskriterien auf Grundlage der bezogenen Schubschlankheit integriert, mit denen mit einer ausreichenden Genauigkeit zwischen Biege- und Schubversagen von voll- und teilaufgelagerten Decken unterschieden werden kann. Darüber hinaus wurde ein Makroelement für die Anwendung auf der Tragwerksebene entwickelt, das die wesentlichen Versagensformen von Mauerwerk unter Berücksichtigung von zweiachsiger Biegung im Falle teilaufgelagerter Decken numerisch effizient abbildet. Es ist hervorzuheben, dass sich im Rahmen der Untersuchung des Einflusses der exzentrischen Lasteinleitung am Außenwand-Decken-Knoten die Notwendigkeit ergab, zunächst eine Verbesserung des vorhandenen Bemessungskonzepts für zentrisch belastete Wände durchzuführen. Darauf aufbauend wurde in das verbesserte Konzept der Nachweis exzentrisch belasteter Wände integriert. Die erzielten Ergebnisse können direkt Eingang in die Normung und Berechnungspraxis finden und stellen einen wichtigen Schritt für eine realistischere Bemessung dar. Auf Grund der deutlich besseren Ausnutzung der Tragfähigkeitsreserven sind die Ergebnisse von hoher Relevanz für die Bemessungspraxis.