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6/2012 – 33 – ® außen liegender MDF-Platte im Dach bzw. Holzfaser- WDVS bei der Wand sind beide Bauteile vom rechnerischen Nachweis nach Glaser befreit. Gemäß der neuen DIN 68800-2: 2012 kann das Tragwerk ohne Bedenken in die Gebrauchsklasse 0 (früher Gefährdungsklasse 0) eingestuft werden. Lediglich das Traufelement mit seiner dicken Dreischichtplatte mag Sorgen bereiten. Bei einem m-Wert von 200 hat die Platte einen Diffusionswiderstand von s d = 6,4 m. Würde man für diesen Teilbereich eine Tauwasserberechnung nach Glaser durchführen, ergäbe sich zwar eine nahezu ausgeglichene Bilanz aus Normwinter und Normsommer, aber nur eine sehr geringe Trocknungsreserve für außerplanmäßige Befeuchtungen (max. ca. 100 g/m 2 ). Da die neue Holzschutznorm für Dächer aber mindestens 250 g Trocknungsreserve pro m 2 fordert, wäre das vorgefertigte Traufelement hiernach nicht zulässig. Da es sich hierbei allerdings um einen Dachbereich handelt, der auf ca. 30 cm Breite begrenzt ist, muss man an der Sinnhaftigkeit einer solchen Berechnung zweifeln. Wie wir im letzten condetti-Detail zum Thema Holzbausockel darstellten (Heft 05-2012, S. 40), ist nach Untersuchungen der Holzforschung Austria (HFA) ein vergleichbarer Fall gegeben, wenn die Abdichtung aus dem Fundamentbereich auf der Außenseite des Ständerwerks hochgezogen wird. Die HFA hält dann, wenn die dampfdichte Überdeckung nicht mehr als 35 cm beträgt, besondere Dampfdichtungsmaßnahmen auf der Innenseite für kontraproduktiv, da hierdurch die Rücktrocknung nach innen behindert wird. Dies für unser Dachdetail umso mehr, als bei 30° Dachneigung die Umkehrdiffusion durch Sonneneinstrahlung auch bei Nordorientierung einen dominanten Einfluss hat. Sichere Bewertung durch WUFI ® -Simulation Im Regelquerschnitt des Daches ist eine innere Folie mit eher moderatem innerem Dampfbremswert (s d = 2 bis 5 m) möglich und im Traufbereich sogar als Obergrenze empfehlenswert, um ein ausreichendes Rücktrocknungspotenzial zu gewährleisten. Das Bewerten von Diffusionsrechnungen für Holzbauquerschnitte mit dem Kriterium „Trocknungsreserve“ ist für viele Bauphysiker noch ungewohnt. Und es kann auch in die Irre führen, weil die Glaser-Norm die solar betriebene Umkehrdiffusion nur bei Flachdächern einigermaßen zuverlässig quantifiziert. Hier hilft es eher, gleich mittels hygrothermischer Simulation die zusätzlichen Befeuchtungsrisiken durch Konvektion von Wasserdampf dynamisch mitzuberechnen. Abb. 4 zeigt, dass selbst dann, wenn der Konstruktionsaufbau mit Dreischichtplatte auf der Außenseite über die gesamte Dachfläche gehen würde, eine vertretbare Feuchtebilanz erreichbar ist. Bei einer Ausgangsfeuchte von 15 Masse-% wird die Grenze für Holzwerkstoffe in Nutzungsklasse 2 (u m = 18 M.-%) nur im ersten Winter kurzzeitig überschritten. Dies ist tolerabel und könnte evtl. durch eine geringere Anfangsfeuchte oder einen günstigeren Startzeitpunkt weiter minimiert werden. Schon im 2. Jahreszyklus pendelt sich der Feuchtegehalt der Platte auf einem zulässigen Niveau von 14,2 ± 3 Masse-% ein. Wassergehalt [M.-%] 20 18 16 14 12 10 Dreischichtplatte Fichte ψ Abb. 3: Wärmebrückenanalyse zum Hauptdetail mit Therm 5.2 und PSI 8.0.xls Abb. 4: Verlauf der Holzfeuchte in einer außenseitigen Beplankung des Traufelements (Dreischichtplatte) mit einer diffusionsoffenen Vordeckung. Hygrothermische Simulation mit WUFI ® 5.2. Randbedingungen: Konstruktionsaufbau wie Hauptdetail, s d,i = 5 m, Luftdichtheitsklasse B, h = 5 m, Strahlungskenndaten: a = 0,6 / e = 0,3. Orientierung: 30° Nord, Standort: Holzkirchen FRJ, Normale Feuchtelast n. WTA 6-2. 2013 2014 2015 2016
– 34 – 6/2012 ® Tragwerksplanung für Dachelemente Der tragwerksplanerische Anspruch des Details wird von zwei Aspekten geprägt: Der statischen Unabhängigkeit des Dachüberstands als separates Traufelement von dem eigentlichen Dachelement und der Vorgabe, eine sinnvolle Elementierung zu erlauben. Der Rest ist doch trivial, oder? Ob nun trivial oder nicht – in der Realität gibt es oft genug Beanstandungen an Bauteilen oder deren Anschlüssen, die scheinbar selbstverständlich richtig gemacht werden könnten. Zur korrekten Ausführung gehört aber immer die vorauslaufend korrekte und vollständige Planung. Auch wenn die Republik voller Satteldächer steht, so ist doch deren statischer Nachweis und die Darstellung der notwendigen Vorgaben für die Anschlüsse keine Angelegenheit, die auf wenigen EDV-Statikseiten mit Textbausteinen der Software erledigt wäre. Statik der Dachfläche als Ganzes Die Beanspruchung geneigter Dächer wird im Wesentlichen von Eigengewicht, Schnee- und Windlasten geprägt. Auf die Lastannahmen soll hier nicht vertiefend eingegangen werden, wenngleich darauf hinzuweisen ist, dass es um die neuen Schnee- und Windlastzonen reichlich Diskussionen gibt. Es kann aber festgestellt werden, dass das aktuelle Regelwerk des Eurocode 0 und Eurocode 1 (DIN EN 1990 und DIN EN 1991) eine in sich konsistente Normengrundlage bereitstellt. Den einzelnen Bauteilen müssen für die jeweilige Beanspruchung die Funktionen zugewiesen werden. So ist zum Beispiel der Sparren i.d.R. nur durch Vertikallasten beansprucht. Als Randgurt einer Scheibe (an der Giebelwand oder an jedem vorgefertigten Elementrand) sind jedoch auch Normalkräfte aus der Scheibenbeanspruchung zu beachten und ggf. nachzuweisen. Die MDF-Beplankung hat neben der Scheibenbeanspruchung für die Aussteifung üblicherweise auch die Vertikallasten aus der Mannlast abzutragen. Interessant ist dann immer die Kombinatorik dieser Lasten in Verbindung mit der Festlegung der Klasse der Einwirkungsdauer (KLED) und Nutzungsklasse (NKL), mit der der Modifikationsbeiwert k mod zu bestimmen ist. Für das Traufelement ist dabei Nutzungsklasse 2 (im Freien, nicht bewittert) und für das gedämmte Dachelement Nutzungsklasse 1 (Bauteil in allseitig geschlossenem und beheizten Bauwerk) anzusetzen. Das Auflager des Dachelements Die Sparren der Elemente liegen mit einfachem horizontalen Abbund auf dem Rähmholz der Traufwand auf. Hier kommt ein wesentlicher Vorteil der Trennung des Traufelementes zur Geltung: Die Position der Sparren kann frei nach konstruktiven und statischen Gesichtspunkten gewählt werden, so dass für Dachflächenfenster keine Wechsel erforderlich sind! Die Elementierung wird im besten Fall auf das Rastermaß der Beplankung abgestimmt, der Sparrenabstand kann so innerhalb der statischen Berechnung variiert werden. Für den Montagezustand sind die Sparren ausreichend robust an der MDF-Platte befestigt. Je nach Schlankheit des Sparrenquerschnitts benötigen sie im Endzustand noch die seitliche Kipphaltung, die aber vom durchlaufenden Randholz über dem WDVS problemlos mit wenigen Verbindungsmitteln geleistet werden kann. Diese Verbindungsmittel sollten aber nicht horizontal in das Hirnholz des Sparrens, sondern kreuzweise diagonal eingebracht werden. Wer stützt wen? Da ist weiterhin die aussteifende Funktion der Dachfläche. In der Ausgabe 4/2012 gibt es dazu ein prägnantes „BASICS“, das die Zusammenhänge der Aussteifung von Dachkonstruktionen auf den Punkt bringt. Für das vorliegende condetti-Detail muss in der Betrachtung des Gesamttragwerks daher zunächst für die einzelnen Komponenten die Frage beantwortet werden, ob das Bauteil „gehaltene“ oder „haltende“ Funktion hat. Die Giebelwand beispielsweise leitet die Windlasten in die Dachscheibe als Linienlast ein (somit ist die Giebelwand „gehaltenes“ Bauteil, das Randelement der Dachfläche „haltendes“ Bauteil). Für den Wind (in der anderen Richtung) auf die Traufe leitet das Dachflächenelement die Windlasten in die Giebelwand am Ortgang als haltendes (= aussteifendes) Bauteil ein. Die Scheibenfunktion des Dachs Im vorgenannten condetti- BASICS-Artikel sind auch die Vorgaben für die regelkonforme Anordnung und Befestigung der oben liegenden Beplankung beschrieben. Der Materialwechsel in unserem Detail von MDF- auf Dreischichtplatte spielt möglicherweise nur für die Verbindungsmittel eine Rolle. In der Vorproduktion haben sich Klammern für die Befestigung der MDF-Platten auf den Sparren gut bewährt. Der statische Nachweis der Verbindungsmittel liefert die Abstände untereinander und muss mit den vom Betrieb verwendeten Produkten abgeglichen werden. Ansonsten bleibt der Scheibennachweis unkritisch. Die Übertragung der Scheibenrandkräfte entlang der Randsparren ist, wie im Nebendetail dargestellt, durch die übergreifende Beplankung auf dem Nachbarsparren sichergestellt. Der Bauteil-Kapitän Für unser Detail ist der über mehrere Dachelemente durchlaufende Randgurt von besonderer Bedeutung. Als einfach abzubindendes Bauteil kann er mit einfachsten Mitteln viele Funktionen übernehmen: Richt- und Montageanschlag, statische Gurtwirkung, Abschluss für das WDVS und Anschlag oder Befestigungsgrund für die „Spatzenbretter“. Auch wenn die Abmessungen des Gurtes anderes vermuten lassen: Er übernimmt keine vertikale Tragfunktion. Aufgrund der Position ‚vor‘ der Holzrahmenbauwand sollte er auch nicht über Fensteröffnungen als Sturz herangezogen werden. Er übernimmt aber die Übertragung
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