Mauerwerk 01/2016 free sample copy by Ernst & Sohn

Volume 20 January 2016 ISSN 1432-3427 A 43283

Mauerwerk

European Journal of Masonry

Zeitschrift für Technik und Architektur

Deutscher Mauerwerkskongress 2016 19.–20.01.2016 in Darmstadt

– CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 EuGH-Urteil, Normung und Eurocode 6 – Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0 Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0 – Solid and timber construction in residential buildings Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden – Sustainable building with masonry Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk – Fire protection – Design and classification according to the Eurocode Brandschutz – Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen – Sound insulation in residential building Schallschutz für den Wohnungsbau – Energy Conservation Ordinance 2014 – Nearly zero energy building EnEV 2014 – Niedrigstenergiegebäude

POROTON®Mauerwerkskongress 2016 22.02. in Unterschleißheim & 01. 03. in Ulm Aktuelle Themen aus dem Mauerwerksbau. Vorträge mit direktem Bezug zur täglichen Praxis. Dieser Tag soll Sie mit neuem Wissen und frischen Ideen unterstützen und Ihr Unternehmen voranbringen.

Neues aus dem Mauerwerksbau – Prof. Dr.-Ing. Detleff Schermer

Beyond Green - Nachhaltigkeitszertifizierungen im deutschen Bauwesen – Dr.-Ing. Sebastian Pohl

Energetische Sanierung mit feuchtetolerierenden Innendämmsystemen – Dr.-Ing. Rudolf Plagge

Fördermöglichkeiten der KfW / BAFA im Wohnungsbau –Peter Pannier

Sommerlicher Wärmeschutz – Prof. Dipl.-Ing. Georg Sahner

Haftungsfallen bei der Bauausführung – RA Justus Kampp

Lowtech-Gebäude Lustenau - „Atmosphäre statt Maschine“ – Prof. Willem Bruijn

Anmeldung unter: www.schlagmann.de/veranstaltungen

Inhalt

The Darmstadt Artists’ Colony on the Mathildenhöhe with its buildings, public gardens, and works of art is a unique ensemble of experimental creation. It is an extraordinary document of the transition from Art Nouveau to Modernism in architecture, fine and applied arts, inspired by the International Reform Movement at the beginning of the twentieth century (s. p. 90 a. 91). Die Künstlerkolonie Darmstadt auf der Mathildenhöhe ist mit ihren Bauwerken, Gartenanlagen und Kunstwerken ein einmaliges Ensemble experimentellen Schaffens, das den architektonisch-künstlerischen Aufbruch in die Moderne im Geist der internationalen Reformbewegung am Beginn des 20. Jahrhunderts auf einzigartige Weise dokumentiert (s. S. 90 u. 91). (Foto: © Andrew Chambers | Dreamstime.com)

Mauerwerk 1

Editorial 1

Ronald Rast Ready for the Future with Masonry … Mit Mauerwerk sicher in die Zukunft … Articles – Fachthemen

20. Jahrgang Januar 2016, Heft 1 ISSN 1432-3427 (print) ISSN 1437-1022 (online)

Gerhard Breitschaft CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 – Focus on current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective EuGH-Urteil, Normung und Eurocode 6 – Aktuelle Fragen im Mauerwerksbau – Eine Betrachtung aus bauaufsichtlicher Perspektive

Ulrich Knaack Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0 Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0

Dietmar Walberg Solid and timber construction in residential buildings Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

Carl-Alexander Graubner, Sebastian Pohl, Valentin Förster, Michael Schmitt, Benjamin Koob Sustainable building with masonry Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Jochen Zehfuß, Thorsten Mittmann Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

Albert Vogel, Oliver Kornadt Sound insulation in residential building – the latest state of standardisation Schallschutz für den Wohnungsbau – letzter Status der Normung

Anton Maas Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude Interview

Thomas Jocher ready – prepared for senior-friendly housing ready – vorbereitet für altengerechtes Wohnen Regular Features – Rubriken

http://wileyonlinelibrary.com/journal/dama

www.ernst-und-sohn.de/mauerwerk

8 15 89

Announcements – Termine (s. a. 83) Companies and associations – Firmen und Verbände (s. a. 91) Events – Veranstaltungen

Products & Projects – Produkte und Objekte

A14

Anbieterverzeichnis

Products & Projects – Produkte & Objekte

The FRILO Masonry Programs with EN 1996 The range of masonry programs in the FRILO software portfolio consists of a general design program and individual programs for basement walls, columns and multi-storey masonry walls. There is also the useful toolbox module Bearing Stress. In the selection of codes, EN 1996 is offered along with the National Annexes for Germany, Austria and Great Britain.

MWX – Masonry Design

The module TB-MAP performs the verification of the load capacity for bearing stress according to EN 1996 depending on the load position and the selected masonry type. Individual calculations: – Verification of permissible loading – Determination of the height and width of the necessary concrete pad if the permissible loading is exceeded. Detailed information under www.frilo.de

The program MWX is a general structural design program for the verification of the load-bearing safety of individual walls of masonry of manufactured bricks or blocks with rectangular cross-section. The verification can follow the simplified or more precise procedure. In addition to masonry, which is predominantly loaded in compression, walls with horizontal loading in plate and slab direction can be verified, making the verification of bracing plates possible. The design is undertaken in the form of verification of the structural safety for the defined system in accordance with the design code selected by the user. When the simplified design method is used, MWX checks maintenance of the application conditions. If these are not maintained, the more precise design method is available as an alternative.

Die FRILO-Mauerwerksprogramme mit EN 1996 Die Palette der Mauerwerksprogramme im FRILO-SoftwarePortfolio besteht aus einem allgemeinen Bemessungsprogramm und den Einzelprogrammen für Kellerwände, Pfeiler und mehrgeschossige Mauerwerkswände. Dazu gesellt sich noch das praktische Toolboxmodul Auflagerpressung. In der Normauswahl wird die EN 1996 mit den Nationalen Anhängen für Deutschland, Österreich und Großbritannien angeboten.

MWM – Multi-storey Masonry Wall The program MWM supplements the general design module MWX to enable the calculation of several masonry walls one above one another in one position (Picture). There is however the restriction that no stiffening loads can be assumed in the calculation with MWM.

MWK – Basement Masonry Wall The program MWK has been developed for the verification of external basement walls of masonry under complex ground and action situations. MWK still offers verification methods when the simplified verification process (without explicit assumption of earth pressure) delivers too conservative results or the application conditions are not maintained. Input by the user is restricted as usual to the definition of material, geometry and loads. MWK then looks after earth pressure, the determination of section forces and combination cases, and performs the verifications.

MWP – Masonry Column

Toolbox Bearing Stress TB-MAP The FRILO Toolbox is a collection of smaller, simpler verification modules, categorised according to the various materials (concrete, timber, masonry etc.).

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Das Programm MWX ist ein allgemeines Bemessungsprogramm zum Nachweis der Tragsicherheit von einzelnen Wänden aus künstlichem Mauerwerk mit rechteckigem Querschnitt. Der Nachweis kann nach dem vereinfachten oder dem genaueren Berechnungsverfahren erfolgen. Neben vorwiegend auf Druck beanspruchtes Mauerwerk können auch horizontal in Scheiben- und Plattenrichtung beanspruchte Wände nachgewiesen werden. Damit ist der Nachweis von Aussteifungsscheiben möglich. Die Bemessung erfolgt in Form eines Tragsicherheitsnachweises für das definierte System nach der vom Anwender gewählten Fachnorm. Bei Anwendung des vereinfachten Berechnungsverfahrens prüft MWX die Einhaltung der Anwendungsgrenzen. Sind diese nicht eingehalten, steht alternativ das genauere Berechnungsverfahren zur Verfügung.

The FRILO program Multi-Storey Masonry Das FRILO-Programm Mauerwerk mehrgeschossig

The program MWP performs structural safety verifications for masonry columns of manufactured bricks and blocks, with two-axis eccentricities and flexural buckling being considered in both directions. For columns with planned central loading, the verification can be undertaken according to the simplified method; for all other cases the more precise calculation method is used.

MWX – Mauerwerk Bemessung

MWM – Mauerwerk mehrgeschossig

Das Programm MWM ergänzt das allgemeine Bemessungsmodul MWX in der Art, dass mehrere übereinanderstehende Mauerwerkswände in einer Position berechnet werden können (Bild). Dem steht die Einschränkung gegenüber, dass bei der Berechnung mit MWM keine Aussteifungslasten angesetzt werden können.

MWK – Mauerwerk Kellerwand Das Programm MWK wurde für den Nachweis von Kelleraußenwänden aus Mauerwerk unter komplexen Baugrund- und Einwirkungssituationen entwickelt. MWK bietet auch dann Nachweismöglichkeiten, wenn das vereinfachte Nachweisverfahren (ohne expliziten Ansatz des Erd-

Products & Projects – Produkte & Objekte drucks) zu konservative Ergebnisse liefert oder die Anwendungsgrenzen überschritten werden. Die Eingabe beschränkt sich für den Nutzer wie gewohnt auf die Definition von Material, Geometrie und Lasten. MWK übernimmt dann Erddruck- und Schnittkraftermittlung, Kombinatorik und Nachweisführung.

MWP – Mauerwerk Pfeiler Das Programm MWP führt die Tragsicherheitsnachweise für Mauerwerkspfeiler aus künstlichen Steinen, wobei zweiachsige Lastausmitten und Biegeknicken in beide Achsrichtungen Berücksichtigung finden. Der Nachweis kann für planmäßig zentrisch beanspruchte Pfeiler nach dem vereinfachten, in allen anderen Fällen nach dem genaueren Berechnungsverfahren erfolgen.

Toolbox-Auﬂagerpressung TB-MAP Die FRILO-Toolbox ist eine Sammlung kleiner, einfacher Nachweismodule, gegliedert nach den verschiedenen Materialien (Beton, Holz, Mauerwerk usw.). Das Modul TB-MAP führt den Nachweis der Beanspruchbarkeiten der Auflagerpressung nach EN 1996 abhängig von der Laststellung und dem gewählten Mauerwerk. Einzelberechnungen: – Nachweis der zulässigen Belastung – Bestimmung der Höhe und Breite des erforderlichen Betonpolsters, wenn die Auslastung überschritten ist. Detaillierte Infos unter www.frilo.de

Liapor NeoStone in Practice To quickly and economically build a detached house with solid walls, without an additional external wall insulation system (EWIS), that was the requirement posed by the owner of a house in Tann (Rhön). Also required was the highest standard of comfort with optimal interior climate and perfect sound insulation. The owner chose Liapor NeoStone. The detached house was to be built quickly and economically as an energy-efficient house with solid walls for healthy living. Altogether about 75 m3 of NeoStone were used with a wall thickness of 36.5 and strength class 2 (Fig. 1). Liapor NeoStone is a three-layered lightweight concrete precision walling unit, an innovative high-performance block with integrated thermal insulation. It consists of a continuous thermal insulation core of EPS hard foam, protected each side with natural expanded clay to provide an excellent combination of load-bearing capacity and thermal insulation. This made additional insulation in the form of an external wall insulation system unnecessary, saving work, time and money, and makes it possible to build maintenance-free, long-lived and solid external walls in one working step. The insulation performance of NeoStone, in this case with a U-value of about 0.17 W/(m2K), is also advantageous. The one and a half storey building with cellar built into the slope thus considerably exceeds the current and also future requirements of the German energy-saving regulations EnEV. The shell of the house could be built inside three weeks thanks to the low weight and handy format of the walling units. The high precision of the units was also convincing, and the solid

Spacer

Products & Projects – Produkte & Objekte

Fig. 1. Quick building of solid external walls with Liapor NeoStone Bild 1. Schneller Aufbau der massiven Außenwände mit dem Liapor NeoStone

Fig. 2. The new owner-occupied house in Tann (Rhön) with the best living comfort (photos: Liapor) Bild 2. Das neue Einfamilienhaus in Tann (Rhön) mit höchsten Raumkomfort (Fotos: Liapor)

outer layer of the units provided an ideal substrate for render. The 17.5 cm thick load-bearing inner leaf of the units also provides perfect fixing for all types of installations. Also decisive is the very good price-performance ratio of NeoStone, which offers solid walls, thermal insulation and storage for only a slightly higher purchase price (Fig. 2). And the sound insulation also works excellently. With the windows closed, no noise is noticeable, even when trucks pass by on the nearby road. Liapor NeoStone also fulfils the highest expectations for a healthy, well-balanced interior climate. This is ensured by the diffusion capability of the expanded clay balls, which absorb excessive water vapour and release it when required, leading to a balanced interior climate. All these advantages result in a clear conclusion for the owner and his family: “a unique atmosphere for living; we are very satisfied.”

Tann (Rhön). Gleichzeitig sollte höchster Wohnkomfort mit optimalem Innenraumklima und perfektem Schallschutz realisiert werden. Der Bauherr entschied sich für den Liapor NeoStone. Das Einfamilienhaus sollte schnell und wirtschaftlich als energieeffizientes, massives und wohngesundes Gebäude geschaffen werden. Insgesamt kamen hier rd. 75 m3 NeoStone in einer Wanddick von 36,5 cm in der Festigkeitsklasse 2 zum Einsatz (Bild 1). Der Liapor NeoStone ist ein dreischaliger Leichtbeton-Planstein, der als innovativer Hochleistungsstein eine integrierte Wärmedämmung besitzt. Er besteht aus einem durchgängigen Wärmedämmkern aus EPS-Hartschaum, der beidseitig von natürlichem Blähton geschützt ist und damit eine ausgezeichnete Kombination von Tragfähigkeit und Wärmedämmung erzielt. Damit konnte auf eine zusätzliche Wärmedämmung in Form eines WDVS verzichtet werden. Dies sparte Aufwand, Zeit und Geld und ermöglichte den Aufbau einer wartungsfreien, lang lebigen und massiven Außenwand in einem einzigen Arbeitsschritt. Dazu kommt die besondere Dämmleistung des Neo Stone, hier mit einem U-Wert von rund 0,17 W/(m2K). Damit übertrifft der anderthalbgeschossige Bau mit Keller in Hanglage die geltenden und auch die zukünftigen Anforderungen der EnEV deutlich. Der Rohbau selbst ließ sich dank des geringen Gewichts und handlichen Formats der Mauersteine innerhalb von drei Wochen errichten. Beim Bau überzeugte auch die hohe Maßgenauigkeit der Mauersteine, während die massiven Außenschalen des Steins einen idealen Putzuntergrund darstellen. Die 17,5 cm dicke, tragende Innenschale des Steins bietet gleichzeitig perfekten Halt für Einbauten aller Art. Genauso entscheidend ist aber das sehr gute Preis-Leistungs-Verhältnis des NeoStone, der bei nur geringfügig höheren Anschaffungskosten ein Maximum an Massivität, Wärmedämmung und -speicherung bietet (Bild 2). Und auch der Schallschutz funktioniert hervorragend. So ist bei geschlossenen Fenstern von der nahen Straße selbst bei LkwVerkehr keinerlei Geräusch wahrzunehmen. Gleichzeitig erfüllt der Liapor NeoStone die hohen Ansprüche an ein gesundes, ausgeglichenes Wohnraumklima. Dafür sorgt die Diffusionsfähigkeit der Blähtonkugeln, die überschüssigen Wasserdampf aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben können. Es herrscht so ein immer ausgeglichenes Raumklima. Aus der Summe dieser Vorteile ergibt sich für den Bauherrn und seine Familie ein eindeutiges Fazit: „Ein einzigartiges Wohn gefühl, mit dem wir sehr zufrieden sind.“

www.liapor.com

Der Liapor NeoStone in der Praxis Schnell und wirtschaftlich ein massives Einfamilienhaus ohne zusätzliches Wärmedämmverbundsystem (WDVS) zu errichten, das waren die Vorgaben beim Bau eines neuen Eigenheims in

Sie wünschen Sonderdrucke von einzelnen Artikeln aus einer Zeitschrift unseres Verlages? Bitte wenden Sie sich an: Janette Seifert Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21, 10245 Berlin Tel +49(0)30 47031-292 Fax +49(0)30 47031-230 E-Mail Janette.Seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke 1009106_dp

www.liapor.com 1009106_dp_88x63mm.indd 1

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

14.11.13 12:48

Products & Projects – Produkte & Objekte

KLB brochure: Design made easy Eurocode 6 replaces DIN 1053-1: at the start of 2016. The equal status of the two codes ends and only DIN EN 1996/NA will be applicable for structural design. To suit the occasion, KLB-Klimaleichtblock have published their own brochure “Eurocode” for the design of unreinforced masonry, with information about loading actions and characteristics of building materials. In addition, the simplified calculation method in Part 3 of the code and exact structural verifications each have their own chapter to enable comparison. This makes clear: Eurocode 6 bucks the trend to ever more complicated codes. In addition to a summary of all the important aspects of Eurocode 6, the brochure serves above all to describe the simplified calculation method. The development of special design tables also offers reliable standard values, which make design even more simple. The new KLB brochure “Eurocode 6 – Kompendium zur Bemessung von unbewehrtem KLB-Mauerwerk” (compendium for the design of unreinforced KLB masonry) clarifies the different factors that have to be taken into account for design and collects together the material characteristics for lightweight concrete masonry. The comparison of the exact and the simplified calculation methods and the introduction of KLB design tables is however central. As a supplement, the lightweight concrete manufacturer is still offering their proven information Bulletin “Die europäische Mauerwerknorm – Bemessung von KLB- Mauerwerk nach EC 6” (the European masonry code – design of KLB masonry according to EC 6), now in its fourth edition, where architects and building designers can find detailed tables and detailed design examples for detached and terraced houses and apartment blocks.

the compression strength of the masonry fd. If this strength value is multiplied by the wall thickness t and the factor Φ for the effect of wall eccentricity and slenderness as well as the reduction of load bearing if there is a danger of buckling, this gives the intended load bearing capacity of the wall per metre nRd. The formula is: nRd = Φ · ζ · fk/γM · t = Φ · fd · t If the result of this is at least as high as the acting load per metre nEd, then structural safety is verified. The constructional rules and limits of application can thus often make more extensive calculations unnecessary.

KLB Design Tables – structural design simplified KLB-Klimaleichtblock also offer design tables for their own lightweight concrete masonry based on the simplified design method. These apply for walls held at two sides, not for cellar walls under earth loading or free-standing walls. The value from the table T includes all the individual factors in the above formula except for the characteristic compression strength of the masonry fk. The formula nRd = Φ ⋅ ζ · fk/γM · t is thus simplified to: nRd = T · fk KLB masonry can normally be designed both according to the simplified method of EC 6 and from the design tables (Fig. 1), so the design of buildings of lightweight concrete masonry can still be undertaken reliably and economically.

Design example “detached house” Eurocode 6: the simplified design method in practice In order that designers can use the simplified method, several preconditions have to be noted: there are restrictions for example to building height and the span and bearing length of adjacent slabs. The minimum overlap of the masonry units or the slenderness of the wall are also significant. Prepared tables in the brochure show exactly which characteristics apply for lightweight concrete masonry from KLB. If these and other requirements are complied with, the design method in Part 3 can considerably shorten the verification procedure. This not only reduces the amount of mathematics but also improves the cost-effectiveness of masonry. The central calculation unit is the characteristic compression strength of the masonry fk. In relation to the permanent action of various loads (ζ = 0.85) and including a partial safety factor for the material (γM = 1.5), a design value can be calculated for

The following example from the supplementary brochure “Die europäische Mauerwerknorm” (the European masonry code) demonstrates the shortening of calculations for an average detached house (Fig. 2). The verification applies to an external wall of KLB insulating blocks “SW1” with a thickness of 42.5 cm, a slab bearing length of at least two thirds and an fk value of 1.5 N/mm2. The acting load per metre of wall is 179.2 kN/m. Simplified design method according to DIN EN 1996-3/NA ζ = 0.85 γM = 1.5 Φ1 = 1.6 – 5.2/5 = 0.56 < 0.9 · 2/3 = 0,60 Φ2 = 0.85 · 2/3 – 0.0011 · 6.12 = 0.52 (= Φ) nRd = 0.52 · 0.85 · 1.5/1.5 · 425 = 188 kN/m > nEd = 179.2 kN/m The verification is provided since the load bearing capacity per metre nRd exceed the acting nEd.

KLB- Mauerwerk Hergestellt aus rein mineralischen Bestandteilen mit hoher Speichermasse. Durch die hohe Dämmwirkung lassen sich auch staatlich geförderte KfW-Effizienzhäuser – auch im Geschosswohnungsbau – in einschaliger Bauweise errichten.

KLB-SK

KLB KLIMALEICHTBLOCK GMBH · 0 26 32/ 25 77-0 · info@klb.de · www.klb.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Products & Projects – Produkte & Objekte These variants make clear how the calculation steadily reduces in complexity from the simplified method to the highly simplified method to the design using the KLB Design Tables. In the end, all three procedures provide a structural verification that ensures reliable safety. The KLB brochure “Eurocode 6” and the supplementary information bulletin “Die europäische Mauerwerknorm” (the European masonry code) can be ordered directly from the publisher KLB-Klimaleichtblock: Fax: 0049 2632/2577770 or info@klb.de www.klb.de

KLB-Broschüre: Bemessung leicht gemacht

Fig. 1. Example from the brochure – Design Tables for Masonry of KLB blocks Bild 1. Beispiel aus der Broschüre – Bemessungstabelle für Mauerwerk aus KLBSteinen

Highly simplified procedure (Annex A) Φ = 0.50 nRd = 0.50 · 0.85 · 1.5/1.5 · 425 = 180.6 kN/m = nEd = 179.2 kN/m The verification is just provided since the difference is within the tolerance limits. Verification using the KLB Design Table nRd = 120 · 1.5 = 180 kN/m = nEd = 179.2 kN/m The verification is just provided since the difference is within the tolerance limits.

Eurocode 6 ersetzt DIN 1053-1: Mit Jahresbeginn 2016 endet die Gleichwertigkeit der beiden Regelwerke und die DIN EN 1996/NA wird alleinige Norm für statische Nachweise. Passend dazu bringt KLB-Klimaleichtblock eine eigene Broschüre „Eurocode“ zur Bemessung von unbewehrtem Mauerwerk heraus. Sie geht auf wichtige Lasteneinwirkungen und Baustoffkennwerte ein. Zudem stellt sie in jeweils eigenen Kapiteln die vereinfachten Nachweisverfahren in Teil 3 der Verordnung den genauen statischen Nachweisen gegenüber. Dabei wird deutlich: Der Eurocode 6 kehrt den Trend zu immer komplexeren Regelwerken um. Neben einer Zusammenfassung aller wichtigen Aspekte zum Eurocode 6 dient die Broschüre vor allem der Darstellung der vereinfachten Nachweisverfahren. Mit der Entwicklung eigener Bemessungstabellen werden außerdem verlässliche Standardwerte geboten, die die Berechnungen weiter vereinfachen. Die neue KLB-Broschüre „Eurocode 6 – Kompendium zur Bemessung von unbewehrtem KLB-Mauerwerk“ verdeutlicht die unterschiedlichen Einflussgrößen bei der Berechnung und fasst Baustoffkennwerte für Leichtbeton-Mauerwerk zusammen. Zentral sind jedoch die Gegenüberstellung von genauen und vereinfachten Nachweisverfahren sowie die Einführung KLB-eigener Bemessungstabellen. In Ergänzung dazu bietet der LeichtbetonHersteller seine bewährte Infoschrift „Die europäische Mauerwerknorm – Bemessung von KLB-Mauerwerk nach ‚EC 6‘“ jetzt in der vierten Auflage an. Darin finden Architekten und Bauplaner detaillierte Tabellen und genaue Bemessungsbeispiele für Einfamilien-, Reihen- und Mehrfamilienhäuser.

Eurocode 6: Vereinfachte Nachweisverfahren in der Praxis

Fig. 2. Lightweight concrete masonry – design using the simplified procedure (Photo: KLB Klimaleichtblock) Bild 2. Leichtbeton-Mauerwerk – Bemessung nach dem einfachen Nachweisverfahren (Foto: KLB Klimaleichtblock)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Damit Planer die vereinfachten Verfahren anwenden dürfen, müssen sie einige Voraussetzungen beachten: So gelten beispielsweise Einschränkungen im Hinblick auf die Gebäudehöhe, die Stützweite und Auflagertiefe der angrenzenden Decken. Auch das Überbindemaß der Mauersteine oder die Schlankheit der Wand spielen eine Rolle. Aufbereitete Tabellen in der Broschüre zeigen hierbei genau, welche Kennwerte für LeichtbetonMauerwerk von KLB gelten. Sind diese und weitere Vorgaben erfüllt, verkürzen die Nachweisverfahren aus Teil 3 der Verordnung den Rechenweg deutlich. Dies verringert nicht nur den mathematischen Aufwand, sondern erhöht auch die Wirtschaftlichkeit des Mauerwerkbaus. Zur zentralen Recheneinheit wird dabei die charakteristische Druckfestigkeit des Mauerwerkes fk. In Relation zum Dauerstandeinfluss verschiedener Lasten (ζ = 0,85) und unter Berücksichtigung des Teilsicherheitsbeiwertes für das Material (γM = 1,5) ergibt sich am Ende ein Bemessungswert für die Druckfestigkeit des Mauerwerkes fd. Multipliziert man diesen Festigkeitswert mit der Wanddicke t und dem Beiwert Φ für den Einfluss der Lastausmitte und Schlankheit sowie die Traglastminderung bei

Products & Projects – Produkte & Objekte Knickgefahr erhält man die gesuchte aufnehmbare Streckenlast nRd der Wand. Die Formel lautet: nRd = Φ · ζ · fk/γM · t = Φ · fd · t Ist dieses Resultat mindestens gleich groß wie die einwirkende Streckenlast nEd, ist der statische Nachweis erbracht. Aufgrund der konstruktiven Regeln und Anwendungsgrenzen kann somit oft auf umfangreichere Rechenwege verzichtet werden.

KLB-Bemessungstabellen – statischer Nachweis vereinfacht Für das eigene Leichtbeton-Mauerwerk legt KLB-Klimaleichtblock zusätzlich Bemessungstabellen auf Basis des vereinfachten Verfahrens vor. Diese gelten für zweiseitig gehaltene Wände und nicht für erddruckbelastete Kellerwände oder freistehende Wände. Der tabellarisch erfasste Wert T beinhaltet alle Einzelfaktoren der vorherigen Formel außer der charakteristischen Druckfestigkeit des Mauerwerkes fk. Die Formel nRd = Φ · ζ · fk/ γM · t wird damit vereinfacht zu: nRd = T · fk KLB-Mauerwerk kann in der Regel sowohl nach den vereinfachten Verfahren des EC 6 als auch den Bemessungstabellen berechnet werden (Bild 1). Die Planung von Gebäuden aus Leichtbeton erfolgt somit auch in Zukunft verlässlich und ökonomisch.

Wire ties for cavity masonry Wire ties for air gaps from the company BEVER offer an innovative fixing technology for cavity walls. With the constantly increasing requirements for thermal insulation and the resulting thicker layers of insulation, the required spacing between leaves is also getting larger. This problem has now been successfully tackled by the company BEVER. True to the motto that every centimetre counts, the new wire ties of type s Well-L, PB-10, ZV-Welle and PU-Welle with a wire thickness of 4 mm now allow a permissible leaf spacing of 250 mm and thus widen the former permissible spacing of 200 mm by 50 mm, still for a maximum building height of 25 m (Figure). This new approval saves elaborate new calculations, laborious special approval processes and the associated cost in time and money. Both for commercial buildings and for detached houses and apartment blocks, this innovation offers design security for architects, structural engineers, contractors and specialist suppliers. The proven and highly estimated wave shape of the anchor ends, which saves tedious bending of the ties, is naturally unchanged by the new approval. Further information under www.bever.de.

Bemessungsbeispiel „Einfamilienhaus“ Nachfolgendes Beispiel aus der ergänzenden Broschüre „Die europäische Mauerwerknorm“ verdeutlicht die Kürze der Rechenvorgänge bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus (Bild 2). Der Nachweis gilt für eine Außenwand aus KLB-Dämmblöcken „SW1“ mit einer Breite von 42,5 cm, einer Deckenauflagerung von mindestens zwei Dritteln und einem vorhandenen fk-Wert von 1,5 N/mm2. Die einwirkende Streckenlast der Wand nEd liegt bei 179,2 kN/m. Vereinfachtes Verfahren nach DIN EN 1996-3/NA ζ = 0,85 γM = 1,5 Φ1 = 1,6 – 5,2/5 = 0,56 < 0,9 · 2/3 = 0,60 Φ2 = 0,85 · 2/3 – 0,0011 · 6,12 = 0,52 (= Φ) nRd = 0,52 · 0,85 · 1,5/1,5 · 425 = 188 kN/m > nEd = 179,2 kN/m Der Nachweis ist hiermit erbracht, da die aufnehmbare Streckenlast nRd die einwirkende nEd übersteigt.

Screwed anchor for a cavity spacing of 250 mm Dübelanker für einen Schalenabstand von 250 mm

(Photo: BEVER) (Foto: Fa. BEVER)

Drahtanker für zweischaliges Mauerwerk

Aus diesen Varianten wird deutlich, wie der Rechenweg vom vereinfachten Verfahren über das stark vereinfachte Verfahren bis zur Berechnung nach KLB-Bemessungstabelle stetig an Komplexität verliert. Am Ende steht in allen drei Fällen ein statischer Nachweis, der für verlässliche Sicherheit sorgt. Die KLB-Broschüre „Eurocode 6“ und die ergänzende Infoschrift „Die europäische Mauerwerknorm“ sind direkt beim Herausgeber KLB-Klimaleichtblock bestellbar: Fax: 02632/2577770 oder info@klb.de

Innovative Verbindungstechnik für zweischaliges Mauerwerk bieten die Draht- und Luftschichtanker- von BEVER. Mit ständig steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz und den daraus resultierenden, größeren Dämmstoffdicken werden auch die benötigten Schalenabstände immer größer. Dieser Problematik hat sich die Firma BEVER nun erfolgreich angenommen. Getreu dem Motto, jeder Zentimeter zählt, erreichen die neuen Drahtanker der Typen Well-L, PB-10, ZV-Welle und PU-Welle mit 4 mm Drahtdicke einen zugelassenen Schalen abstand von 250 mm und erweitern die alten zugelassenen Abstände von 200 mm um 50 mm bei einer ebenfalls neuen maximalen Gebäudehöhe von 25 m (Bild). Aufwendige Neuberechnungen, langwierige Sonderzulassungsverfahren und der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand entfallen durch die neue Zulassung. Sowohl im Objektbereich als auch im Bereich der Ein- und Mehrfamilienhäuser sorgt diese Neuerung für Planungssicherheit bei Architekten, Statikern, Bauunternehmen und Fachhändlern. An der bewährten und geschätzten Wellenform der Ankerenden, die das lästige Abwinkeln der Anker in der Vormauerschale erspart, ändert sich durch die neue Zulassung selbstverständlich nichts.

www.klb.de

Weiterführende Informationen unter www.bever.de.

Stark vereinfachtes Verfahren (Anhang A) Φ = 0,50 nRd = 0,50 · 0,85 · 1,5/1,5 · 425 = 180,6 kN/m = nEd = 179,2 kN/m Der Nachweis ist gerade erbracht, da die Differenz innerhalb der Toleranzgrenzen liegt. Nachweis nach KLB-Bemessungstabelle nRd = 120 · 1,5 = 180 kN/m = nEd = 179,2 kN/m Der Nachweis ist gerade erbracht, da die Differenz innerhalb der Toleranzgrenzen liegt.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Products & Projects – Produkte & Objekte

School with multifaceted brick facade wins “Best Building of 2015” The new Montessori school in Waalsdorp harmonises well with the brick buildings of the Den Haag school triangle. The two-storey building also has its own architectural language. The Rotterdam architectural consultant DeZwarteHond has picked up the colours and lines of the surrounding buildings and transferred them to their design. This has produced a stretched volume with a clear form language and lively facade layout. Sand-yellow bricks of type “Bonn” fit the building block elegantly into the two existing buildings from the 1930s. While the brickwork appears flat and linear on three sides, the front has particular relief due to symmetrically arranged pilasters in the facade. The design convinced the jury of the Netherlands Architecture Institute (NAI). It won the prize “best building of the year 2015” in the category “stimulating surroundings”. Narrow streets and brick buildings characterise the 1930s school quarter in Den Haag. Together with two further school buildings, the new Montessori school presents a triangular plot surrounded by trees (Fig. 1). The design of the Montessori school is based on a division of the school children into three age groups, each with their own entrance: the younger children are taught in the ground floor and the older children upstairs. In addition to the classrooms, each age group has its own corridors and entrances. A wide play and learn passage for all children represents a meeting point and serves as a location for meetings. The room concept leads to the stretched external shape of the building, which is built up of staggered cubes. The facade of sand-yellow Hagemeister bricks “Bonn” fits the building into the colours of the surroundings. The warm-toned bricks with coal burning nuances were developed and fired specially for this project in close collaboration with the architects. The slim special size of 209 mm × 90 mm × 40 mm and double, semi-staggered stretcher bond has produced an exciting joint pattern. The particularly small format gives the building a clear, stretched effect and lends the facade a simple elegance. While three sides of the building have flat facing brickwork, the front takes on structures from the surroundings and repeats them in the form of wide pilasters in the brickwork (Fig. 2). The pillar- shaped ribs with a depth and width of 29 cm grow regularly and

Fig. 2. An interesting picture due to the wide pilasters in the brickwork (Photos: Hagemeister) Bild 2. Eine interessante Prägung durch breite Lisenen im Mauerwerk (Fotos: Hagemeister)

symmetrically out of the facade. The fluted appearance gives the building an individual structure, which creates a unique play of light and shade on the facade. Large window bands interrupt the flat facade sides and make the building seem light. The anodised aluminium frames of the sides provide extra depth and strengthen the structure in the building envelope. All materials for the design of the exterior and interior were carefully matched by the architects, for example the warm colouring of the brickwork corresponds to the wood panelling inside. This gives the schoolchildren a feeling of security so they can freely unfold their talents and abilities. The overall concept of the Montessori school also convinced the jury from the NAI, who named the project “best building of the year 2015” in the category “stimulating surroundings”. “The building has been integrated into its surroundings with great care. The horizontal lines of the neighbouring buildings are continued in the brick facade, whose yellow bricks represent a reminiscence of [the master builder] Berlage, so the school not only looks naturally embedded into its location but also preserves the context of the street picture, even the handrails and planting boxes were part of the design”, stated the jury to justify their decision. www.hagemeister.de

Schule mit abwechslungsreicher Klinkerfassade als „Bestes Gebäude 2015“ ausgezeichnet

Fig. 1. New Montessori school Waalsdorp in Den Haag Bild 1. Neubau der Montessorischool Waalsdorp in Den Haag

A10 Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Der Neubau der Montessorischool Waalsdorp fügt sich harmonisch in das backsteingeprägte Den Haager Schuldreieck ein. Gleichzeitig tritt das zweigeschossige Gebäude mit einer eigenständigen Architektursprache in Erscheinung. Das Rotterdamer Architekturbüro DeZwarteHond hat die Farbigkeit und Linienführungen umliegender Bebauungen aufgegriffen und auf ihren

Products & Projects – Produkte & Objekte Entwurf übertragen. Entstanden ist ein gestrecktes Volumen mit klarer Formensprache und lebendiger Fassadengestaltung. Sandgelber Klinker der Sortierung „Bonn“ passt den Baukörper elegant an zwei bestehende Schulgebäude aus den 1930er Jahren an. Während das Mauerwerk auf drei Seiten glatt und linear erscheint, zeigt die Stirnseite eine besondere Prägung, die durch symmetrisch angeordnete Lisenen in der Fassade hervortritt. Das Entwurfskonzept überzeugte die Jury des BNA (Bund Niederländischer Architekten). Es wurde in der Kategorie „stimulierendes Umfeld“ mit dem Preis „Bestes Gebäude des Jahres 2015“ ausgezeichnet. Schmale Straßen und Backsteingebäude prägen das Schulviertel der 1930er Jahre in Den Haag. Gemeinsam mit zwei weiteren Schulbauten präsentiert sich der Neubau der Montessorischool auf einem von Bäumen eingefassten, dreiecksförmigen Grundstück (Bild 1). Das Entwurfskonzept der Montessorischool basiert auf der Einteilung der Schulkinder in drei Altersklassen, die jeweils über einen eigenen Eingang verfügen sollten: Die jüngeren Schüler werden im Erdgeschoss unterrichtet, die älteren im Obergeschoss. Neben den Klassenräumen besitzt jede Altersgruppe eigene Flure und Zugänge. Eine breite Spiel- und Lernstraße für alle Kinder stellt einen Treffpunkt dar und dient als Ort der Begegnung. Aus dem Raumkonzept resultiert nach außen das Bild eines langgezogenen Baukörpers, der sich aus versetzt angeordneten Kuben aufbaut. Die Fassade aus sandgelbem Hagemeister-Klinker „Bonn“ passt das Gebäude farblich in das bauliche Umfeld ein. Der warmtonige, mit Kohlebrand nuancierte Stein wurde eigens für dieses Projekt in enger Zusammenarbeit mit den Architekten entwickelt und gebrannt. Mit dem schmalen Sondermaß 209 mm × 90 mm × 40 mm sowie dem doppelten, halbversetzten Läuferverband ist ein lebendiges Mauerwerk mit spannungsreichem Fugenbild entstanden. Das besonders schmale Format gibt dem Bau eine klare, gestreckte Wirkung und verleiht der Fassade schlichte Eleganz. Während drei Seiten des Schulbaus glatt verklinkert sind, nimmt die Stirnseite Strukturen aus der Umgebung auf und setzt sie in Form von breiten Lisenen im Mauerwerk um (Bild 2). Die 29 cm tiefen und breiten, pfeilerartigen Rippen wachsen regelmäßig und symmetrisch aus der Fassade heraus. Die geriffelte Optik gibt dem Bau eine individuelle Struktur, die auf der Fassade ein einzigartiges Licht- und Schattenspiel erzeugt.

Große Fensterbänder unterbrechen die ebenmäßigen Fassadenseiten und lassen das Gebäude leicht erscheinen. Die eloxierten Aluminiumrahmen der Laibungen sorgen zusätzlich für Tiefe und verstärken die Struktur in der Gebäudehülle. Alle Materialien zur Ausgestaltung des Außen- und Innenbereichs haben die Architekten sorgfältig aufeinander abgestimmt. So korrespondiert die warme Farbgebung des Klinkers mit den Holzvertäfelungen im Innenbereich. Dies gibt den Schülern ein Gefühl der Geborgenheit, so dass sie ihre Talente und Begabungen frei entfalten können. Das Gesamtkonzept der Montessorischool überzeugte auch die Jury des BNA, die das Projekt in der Kategorie „stimulierendes Umfeld“ als „Bestes Gebäude des Jahres 2015“ auszeichnete. „Mit großer Sorgfalt wurde das Gebäude in seine Umgebung integriert. Die horizontale Linienführung des Nachbargebäudes wurde in der Backsteinfassade übernommen, deren gelber Backstein eine Reminiszenz an [den Baumeister] Berlage darstellt, wodurch die Schule nicht nur auf natürliche Weise an ihrem Ort eingebunden wirkt, sondern auch die Kontextualität des Straßenbildes erhalten bleibt, sogar die Geländer und die Pflanzkästen waren Teil des Entwurfs“, begründet die Jury ihre Entscheidung. www.hagemeister.de

A perfect affair: the new aviary in the Berlin Zoo Architecture for animals has always been a niche in the building world. Also the new construction of the aviary in the Berlin Zoo presented unusual challenges to the architects. 600 birds and numerous visitors use the building daily – therefore other aspects must be considered at the planning than e.g. for a residential building. Keeping an eye on the animals’ well-being the planners decided in favour of the Poroton-T10 for the curved variant of the aviaries’ walls. The old aviary of the year 1962 has got too small. Therefore, in 2011 the zoo tendered a competition process for conceptions of a new building. The demand was to have four different zones ac-

FRILO

Software für Statik und Tragwerksplanung

So ware A NEMETSCHEK COMPANY

Über 80 Statikprogramme ...

DIN EN

FRILO Software GmbH Stuttgarter Straße 40 70469 Stuttgart Tel: +49 711 81 00 20 Fax: +49 711 85 80 20 E-mail: info@frilo.eu

1996

z.B. Mauerwerk:  Bemessung MWX  Mehrgeschossig MWM  Pfeiler MWP  Kellerwand MWK  Auflagerpressung TB-MAP Wiley - Mauerwerk_1-2016 181x84.indd 1

Demo - Download 

www.frilo.de

03.12.2015 16:19:12

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A11

Products & Projects – Produkte & Objekte cording to the native continents of the birds as well as free-flight halls. The Berlin architectural office Lehrecke Witschurke won the competition. It convinced with its concept, which arranges the aviaries around the main building similar to the leaves of a shamrock. The new building fits harmoniously into the zoo’s park landscape through the curved organic shapes (Fig. 1). Bird species from Asia, Africa, Australia and South America live on an almost 5 000 m2 area. Three free-flight halls of almost 900 m2 in total with a ceiling height of up to 9 m are located in the main building of the facility. A canopy pathway in a height of 5 m is a highlight, from which visitors can observe the birds from a new angle.

Species-appropriate and healthy for animals Although the EnEV (Energieeinsparverordnung German Energy Saing Regulation) is not valid for such buildings, energy-saving building was the planners‘ credo. A solution without artificial additional insulation must be found for the thermal protection in the interest of the prospective “residents”. Since all materials surrounding the birds must assure a species-appropriate husbandry, be resistant to excrement as well as food, and must not endanger the animals’ security, because birds explore and pick everything, what is around them. Therefore, the selection was in favour of the Poroton-T10 with the wall thickness of 36.5 cm. Over the last decades, the natural product made of fired clay has proven itself as a sound building material. When equipped with the appropriate plastering the tile provides a secure and sound building envelope for birds. Being able to fly from the exterior to the interior aviaries at any time is part of the species-appropriate husbandry. Their curved walls form the loops, which remind of the leaves of a shamrock. Concrete was out of question because of the waiver of artificial additional insulation, which was the decision of the architects (Fig. 2). Additionally the Poroton tile could demonstrate another advantage. The T10 is only 24.8 cm long at a wall thickness of 36.5 cm. Curves can be stonewalled without any problems because of this format. Experts confirm, that at such special tasks tiles can be worked up distinctly quicker and with that more economic than concrete, which must be costly planked and grinded after the curing (Fig. 3). Of course, it is obvious, that an aviary has big window areas. For effective thermal protection in the summer and winter, the building materials were adjusted to this special situation. The glass has a g-value of 60 % and an Ug-value of 1.1 W/(m2K). Beside fire protection, components for smoke and heat exhaust contribute also to the air exchange. The tile has a crucial share in the species-appropriate indoor climate: it absorbs heat through the large storage mass and emits it again laggedly. Temperature peaks are compensated reliably in the summer and winter.

Fig. 2. As a natural building material tile does not contain additives, which harm the birds, and provides excellent thermal protection without additional insulation. Bild 2. Als Naturbaustoff enthält Ziegel keine Zusatzstoffe, die den Vögeln schaden und leistet hervorragenden Wärmeschutz ohne zusätzliche Dämmung

Fig. 3. Curves can be implemented economically because of the format 24.8 × 30.0 × 24.9 cm (L × W × H) of the Poroton-T10. (Photos: German Poroton/Frank Korte) Bild 3. Aufgrund des Formats 24,8 × 30,0 × 24,9 cm (L × B × H) des Poroton-T10 können Rundungen wirtschaftlich erstellt (Fotos: Deutsche Poroton/Frank Korte)

In the landmarked parkway of the Berlin Zoo a modern and spacious aviary emerged on a limited area, the architecture of which convinces functionally as well as aesthetically. The animals’ needs of species-appropriate husbandry as well as the visitors’ desire for an extraordinary zoo experience – to be near to the animals at a height of 5 m, have been met. Further information: www.poroton.de

Eine runde Sache: das neue Vogelhaus im Zoo Berlin

Fig. 1. The new aviary in the Berlin Zoo Bild 1. Das neue Vogelhaus im Zoo Berlin Deutsche Poroton/Frank Korte

A12 Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Architektur für Tiere ist seit jeher eine Nische in der Bauwelt. Auch der Neubau des Vogelhauses im Berliner Zoo stellte ungewöhnliche Anforderungen an die Architekten. 600 Vögel und zahl reiche Besucher nutzen täglich das Gebäude – bei der Planung müssen also andere Aspekte berücksichtigt werden als beispielsweise bei einem Wohngebäude. Das Wohl der Tiere im Blick, entschieden sich die Planer für den Poroton-T10 für die geschwungene Variante der Volierenwände. Das alte Vogelhaus aus dem Jahre 1962 war zu klein geworden. So lobte der Zoo 2011 ein Wettbewerbsverfahren für Entwürfe eines Neubaus aus. Vorgabe waren vier verschiedene Zonen, den Heimatkontinenten der Vögel entsprechend, sowie Freiflughallen. Den Wettbewerb gewann das Berliner Architekturbüro

Products & Projects – Produkte & Objekte Lehrecke Witschurke. Es überzeugte mit seinem Konzept, das die Volieren ähnlich den Blättern eines Kleeblatts um das Kerngebäude anordnet. Durch die geschwungenen organischen Formen fügt sich der Neubau harmonisch in die Parklandschaft des Zoos ein (Bild 1). Auf knapp 5 000 m2 Gesamtfläche leben Vogelarten aus Asien, Afrika, Australien und Südamerika. Im Kerngebäude der Anlage befinden sich drei insgesamt fast 900 m2 große Freiflughallen mit einer Deckenhöhe bis zu 9 m. Highlight ist ein Baumwipfelweg in 5 m Höhe, von dem Be sucher die Vögel aus einer neuen Perspektive betrachten können.

Artgerecht und gesund für Tiere Auch wenn die EnEV für derartige Gebäude nicht gilt, war energiesparendes Bauen Credo der Planer. Für den Wärmeschutz musste, im Sinne der künftigen „Bewohner“, eine Lösung ohne künstliche Zusatzdämmung gefunden werden. Denn alle Mate rialien, die die Vögel umgeben, müssen artgerechte Haltung ermöglichen, beständig sein gegen Ausscheidungen sowie Futter und dürfen die Sicherheit der Tiere nicht gefährden, da Vögel alles untersuchen und aufpicken, was sich in ihrer Umgebung befindet. Die Wahl fiel daher auf den Poroton-T10 in der Wanddicke 36,5 cm. Das Naturprodukt aus gebranntem Ton hat sich über Jahrzehnte als gesunder Baustoff bewährt. Versehen mit dem passenden Putz bietet der Ziegel eine sichere und gesunde Gebäudehülle für Vögel. Zur artgerechten Haltung gehört, dass die Vögel jederzeit von den Außen- in die Innenvolieren fliegen können. Deren geschwungene Wände bilden die Loops, die an die Blätter eines

Kleeblatts erinnern. Wegen des Verzichts auf künstliche Zusatzdämmung kam Beton nicht in Frage, so die Entscheidung der Architekten (Bild 2). Außerdem konnte der Poroton-Ziegel einen weiteren Vorteil ausspielen. Bei einer Wanddicke von 36,5 cm ist der T10 nur 24,8 cm lang. Aufgrund dieses Formats können Rundungen problemlos gemauert werden. Fachleute bestätigen, dass Ziegel bei solchen Spezialaufgaben deutlich schneller und damit wirtschaftlicher verarbeitet werden können als Beton, der aufwendig geschalt und nach dem Aushärten geschliffen werden muss (Bild 3). Es liegt natürlich nahe, dass ein Vogelhaus über große Fensterflächen verfügt. Für wirksamen sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz wurden die Baustoffe auf diese besondere Situation abgestimmt. Das Glas hat einen g-Wert von 60 % und einen Ug-Wert von 1,1 W/(m2K). Rauch- und Wärmeabzug-Elemente tragen neben dem Brandschutz auch zum Luftaustausch bei. Wesentlichen Anteil am artgerechten Raumklima hat der Ziegel: Durch die große Speichermasse nimmt er Wärme auf und gibt sie zeitversetzt wieder ab. Temperaturspitzen werden im Sommer und Winter zuverlässig ausgeglichen. Auf begrenztem Raum in der denkmalgeschützten Parkanlage des Berliner Zoos entstand ein zeitgemäßes und geräumiges Vogelhaus, dessen Architektur sowohl funktional als auch ästhetisch überzeugt. Dem Bedürfnis der Tiere nach artgerechter Haltung wurde ebenso entsprochen wie dem Wunsch der Besucher nach einem besonderen Zooerlebnis – den Tieren in 5 m Höhe nahe zu sein. Weitere Informationen: www.poroton.de

Beton im Hochbau, Silos und Behälter

Konrad Bergmeister, Frank Fingerloos, Johann-Dietrich Wörner (Hrsg.) Beton-Kalender 2016 Schwerpunkte: Beton im Hochbau, Silos und Behälter 2015. ca. 1100 S. ca. € 174,–* Fortsetzungspreis: € 154,–* ISBN 978-3-433-03074-5 erhältlich Auch als

Online-Bestellung: www.ernst-und-sohn.de

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

Dieser Beton-Kalender vereinigt Beiträge zu den klassischen Kerngebieten des konstruktiven Ingenieurbaus mit Beton, wie z. B. Fertigteile für den allgemeinen Hochbau, Elementdecken, weitgespannten, multifunktionalen Decken. Zusätzlich wird die aktuelle Anforderung des wirtschaftlichen Bewehrens in einem eigenen Beitrag behandelt. Ein weiteres klassisches Anwendungsgebiet der Betonbauweise ist der Behälterbau für Industrie und Landwirtschaft. Hierfür sind spezielle Kenntnisse über die zugrundeliegenden industriellen Verfahren, die Bauverfahren und die Sanierung notwendig, die zum jahrzehntelangen Erfahrungsschatz deutscher Bauunternehmen und Ingenieurbüros gehören - sie haben die Beiträge umfassend und praxisnah verfasst. Ein neues breites Anwendungsgebiet für den Beton stellen Energiespeicher dar: Beton steht weltweit beinahe überall zur Verfügung.

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 1040156_dp

Index of suppliers / Anbieterverzeichnis Products & services / Produkte & Dienstleistungen

Intersections / Abfangungen

M-FIXINGS Mauerwerk + Beton Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu MOSO® Mauerwerksabfangungen Konsolanker bis 25 kN MOSO® Fertigteilbefestigungen Fassadenplattenanker bis 70 kN MOSO® Fertigteilsturzbefestigungen MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen MOSO® MBA-CE Ankerschienen mit eigener Berechnungssoftware MOSO® Constructor

Anchor rails/bars / Ankerschienen

HALFEN Vertriebsgesellschaft mbH Liebigstraße 14 D-40764 Langenfeld Tel. +49 (0) 21 73/9 70-2 01 Fax +49 (0) 21 73/9 70-2 25 E-Mail: info@halfen.de Internet: www.halfen.de BETON: Verankerungstechnik FASSADE: Befestigungssysteme MONTAGETECHNIK: Produkte und Systeme

M-FIXINGS Beton

M-FIXINGS Mauerwerk + Beton

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-382 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu

MOSO® MBA-CE Ankerschienen mit eigener Berechnungssoftware MOSO® Constructor MOSO® Fertigteilbefestigungen Fassadenplattenanker bis 70 kN

MOSO® Mauerwerksabfangungen Konsolanker bis 25 kN MOSO® Fertigteilbefestigungen Fassadenplattenanker bis 70 kN MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen MOSO® MBA-CE Ankerschienen mit eigener Berechnungssoftware MOSO® Constructor

Fastening/fixation / Befestigungstechnik

Reinforcing elements / Bewehrungs elemente

M-FIXINGS Mauerwerk Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu

Technical literature / Fachliteratur

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 47031 200 Fax +49 (0)30 47031 270 E-Mail: info@ernst-und-sohn.de Internet: www.ernst-und-sohn.de

Wall connector / Mauerverbinder

M-FIXINGS Mauerwerk Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu MOSO® Maueranschlussanker Mauerverbinder MOSO® Windpost-Befestigungen MOSO® Fassadenbefestigungen MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker

MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung MOSO® Fassadenbefestigungen Nadelanker Rippentorstahlbewehrung Gewindestangen bis 3 m Verbundmörtel und Dübelsysteme Gerüstverankerungen

With your entry in the index of suppliers, you have direct access to planners and product decision aids. Further topics can be extended at any time. Mit Ihrem Eintrag in das Anbieterverzeichnis erreichen Sie direkt Planer und Produktentscheider. Weitere Sachrubriken können jederzeit ergänzt werden. Contact / Kontakt: Sylvie Krüger, Tel. (0 30) 4 70 31-2 60, Fax (0 30) 4 70 31-2 30

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Wall intersections / Mauerwerks abfangungen

Wall connections / Mauerwerks anschlüsse

M-FIXINGS Mauerwerk

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu

MOSO® Mauerwerksabfangungen Konsolanker bis 25 kN MOSO® Maueranschlussanker MOSO® Fertigteilsturzbefestigungen Mauerverbinder MOSO® Windpost-Befestigungen MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen

MOSO® Maueranschlussanker Mauerverbinder MOSO® Windpost-Befestigungen MOSO® Fassadenbefestigungen MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen

Masonry refurbishment / Mauerwerks sanierung Rubersteinwerk GmbH Michelner Straße 7–9 09350 Lichtenstein Tel.: +49 (0) 3 72 04 63 5-0 Fax: +49 (0) 3 72 04 63 5-21 www.ruberstein.de www.spiralankersystem.de Risssanierung mit dem Ruberstein® Spiralankersystem, Abdichtungen u. Beschichtungen für das Mauerwerk

Fixing systems / Verankerungen

M-FIXINGS Mauerwerk + Beton Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu MOSO® Mauerwerksabfangungen Konsolanker bis 25 kN MOSO® Fertigteilbefestigungen Fassadenplattenanker bis 70 kN MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen MOSO® MBA-CE Ankerschienen mit eigener Berechnungssoftware MOSO® Constructor

Supports for facing brickwork / Verblendmauer werksabfangungen

M-FIXINGS Mauerwerk Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Industriestraße 23 32139 Spenge Tel. (0 52 25) 87 99-0 Fax (0 52 25) 87 99-97 E-Mail: info@modersohn.de Internet: www.modersohn.eu MOSO® Maueranschlussanker MOSO® Mauerwerksabfangungen Konsolanker bis 25 kN MOSO® Fertigteilsturzbefestigungen Mauerverbinder MOSO® Windpost-Befestigungen MOSO® Fassadenbefestigungen MOSO® Lochband Mauerwerksbewehrung Luftschichtanker Gerüstverankerungen

Bricks / Ziegel

Ziegelwerk Freital EDER GmbH Wilsdruffer Straße 25 D-01705 Freital Tel.: (03 51) 6 48 81-0 Fax: (03 51) 6 48 81-11 E-Mail: service@ziegel-eder.de www.ziegel-eder.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Mauerwerk-Kalender 2010 – 2016

Hrsg.: Wolfram Jäger Mauerwerk-Kalender 2016 Schwerpunkt: Baustoffe, Sanierung, Eurocode-Praxis ca. € 144,–* Fortsetzungspreis: ca. € 124,–* ISBN 978-3-433-03131-5

Der Mauerwerk-Kalender 2016 befasst sich schwerpunktmäßig mit den Themen Baustoffe, Sanierung und Eurocode-Praxis. Daneben werden in aktuellen Beiträgen u. a. Fragestellungen der Schubbemessung und der Zuverlässigkeitsanalyse erörtert.

Hrsg.: Wolfram Jäger Mauerwerk-Kalender 2015 Schwerpunkte: Bemessung, Bauen im Bestand € 144,–* ISBN 978-3-433-03106-3

Hrsg.: Wolfram Jäger Mauerwerk-Kalender 2014 Schwerpunkte: Bemessen, Bewehren, Befestigen € 144,–* ISBN 978-3-433-03050-9

Hrsg.: Wolfram Jäger Mauerwerk-Kalender 2011 Schwerpunkte: Nachhaltige Bauprodukte und Konstruktionen € 79,–* ISBN 978-3-433-02956-5

Hrsg.: Wolfram Jäger Mauerwerk-Kalender 2010 Schwerpunkte: Normen für Bemessung und Ausführung € 79,–* ISBN 978-3-433-02940-4

Online Bestellung: www.ernst-und-sohn.de

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 1036476_dp

Editorial Ronald Rast

Ready for the Future with Masonry … Mit Mauerwerk sicher in die Zukunft … Dear Reader,

Liebe Leser,

It has become tradition that every two years, one issue of the Journal “Mauerwerk” serves simultaneously as the Pro ceedings of the German Masonry Congress. In past years, the Germany Masonry Congress was always held in Sep tember, however, in 2016 it will take place on the 19th and 20th of January in Darm stadt. The concept behind the 2016 Ma sonry Congress is to provide an overview of the current developments in the area of European and National standardisation relevant to masonry construction. Further more, congress themes also include impor tant issues from the area of European and German construction law as well as signif icant innovative developments in masonry construction. Prof. Graubner and his team provide contributions in the areas of design and standardisation with regard to sustainabil ity considerations in masonry structures compared to other structure types, and also provide an introduction to the use of structural capac ity tables for efficient design according to DIN EN 1996/ NA (Eurocode 6). Prof. Kornadt and Mr. Vogel report on the latest draft of the complete body of standards DIN 4109 “Sound Insulation in Buildings” and present the im portant changes with regard to future adaptation of build ing law related to sound insulation in Germany. Prof. Zeh fuss and Mr. Mittmann report on the current develop ments in fire protection and the changeover to European standards for design and classification. Parts 1 and 2 of the classification standard DIN EN 13501 are explored, spe cifically for masonry construction. Prof. Maas shows how further implementation of the EU Guidelines for the Over all Energy Efficiency of Buildings (Energy Performance Buildings Directive – EPBD), revised in 2010, is being in corporated in the specifications for thermal insulation of buildings in Germany and how this will subsequently lead to the development of so called “low energy buildings”. Mr. Breitschaft, president of the German Institute for Structural Engineering (Deutsches Institut für Bautech nik), addresses questions specific to the masonry industry arising from implementation of the October 16th 2014 Eu ropean court decision. This judgement will lead to pro

es ist schon eine gute Tradition, dass ein Heft der Zeitschrift Mauerwerk aller zwei Jahre zugleich das Kongressheft des Deutschen Mauerwerkskongresses ist. In den letzten Jah ren wurde der Deutsche Mauerwerkskongress immer im September des laufenden Jahres durch geführt, im Jahr 2016 wird er erstmals am 19. und 20. Januar in Darmstadt stattfin den. Der Mauerwerkskongress ist so kon zeptioniert, dass alle für den Mauerwerks bau aktuellen Entwicklungen im Bereich der europäischen und nationalen Nor mungen im Überblick dargestellt werden und darüber hinaus grundsätzliche The men aus dem Bereich des europäischen und deutschen Baurechts sowie maßgebli che innovative Entwicklungen im Bereich des Mauerwerksbaus aufgegriffen werden. Grundlegende Beiträge zu den The menbereichen Bemessung und Normung liefern Prof. Graubner und Team zu Nach haltigkeitsbetrachtungen für Mauerwerks konstruktionen im Vergleich mit anderen Bauarten sowie zur Einführung von wirtschaftlicher Bemessung nach DIN EN 1996/NA (Eurocode 6) unter Verwendung von Trag fähigkeitstabellen. Herr Prof. Kornadt und Herr Vogel be richten über den neuen Entwurf des kompletten Normen werkes zur DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“ und stellen wesentliche Änderungen für eine zukünftige An passung des bauordnungsrechtlichen Schallschutzes in Deutschland vor. Herr Prof. Zehfuß und Herr Mittmann berichten über aktuelle Entwicklungen im Brandschutz und stellen die Umstellung auf die Bemessung und Klassi fizierung nach europäischen Normen vor. Speziell für den Mauerwerksbau wird auf die Teile 1 und 2 der Klassifizie rungsnorm DIN EN 13501 eingegangen. Herr Prof. Maas zeigt auf, wie die weitere Umsetzung der im Jahr 2010 no vellierten EU-Richtlinien über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Energy Performance Buildings Directive – EPBD) in den Vorgaben des baulichen Wärmeschutzes in Deutschland erfolgt und im nächsten Schritt zur Entwick lung sogenannter Niedrigstenergiegebäude führen wird. Herr Breitschaft, Präsident des Deutschen Institutes für Bautechnik, verweist in seinem Beitrag auf Fragen, die sich speziell für die Mauerwerksindustrie in Umsetzung des

Editorial

found changes in the German regulatory system pertaining to construction supervision. Mr. Breitschaft also reports on the current state of the transition to Eurocode 6 for ma sonry construction and design in Germany. The generation of affordable housing is becoming a key responsibility of society in light of the current refugee situation in Europe. Mr. Walberg from the Working Group for Modern Con struction (Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V.) in Kiel presents comprehensive structural and cost-oriented investigations of rental housing with ma sonry structures and other types of buildings. Prof. Knaack gives an account of innovative developments in the area of masonry façade engineering and the advancements cur rently being made at TU Delft and at TU Darmstadt. In addition, he describes lines of development for concrete and masonry structures on the basis of 3D-printing. Prof. Jocher notes that from an architect’s point of view, we often build the wrong kind of housing. Within the context of progressively changing demographics, we require housing that accommodates the particular needs of an ever grow ing population of elderly and very elderly citizens. He pre sents ambitious age-appropriate housing projects and the resulting models, which will prepare us for the future in this sector. I hope you enjoy reading this issue which I firmly be lieve will provide you with a comprehensive overview of the current state of the standards, as well as building devel opments and innovations in masonry construction.

rteils des europäischen Gerichtshofes vom 16. Oktober U 2014 ergeben werden. Dieser Urteilsspruch wird zu tief greifenden Änderungen im deutschen Regulierungssystem der Bauaufsicht führen. Außerdem berichtet Herr Breit schaft über den derzeitigen Umsetzungsstand bei der Ein führung des Eurocode 6 – Mauerwerksbau in Deutschland. Im Zusammenhang mit den aktuellen Flüchtlingsbewe gungen nach Europa wird die Schaffung von bezahlbarem Wohnraum zu einer zentralen gesellschaftlichen Aufgabe. Herr Walberg von der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. in Kiel stellt dazu umfassende bautechnische und kostenorientierte Untersuchungen zum Mietwohnungs bau mit Mauerwerkskonstruktionen und anderen Bauar ten vor. Herr Prof. Knaack informiert über innovative Ent wicklungen im Bereich der Fassadentechnik mit Mauer werk, so wie sie derzeitig an der TU Delft und an der TU Darmstadt vorangetrieben werden. Außerdem beschreibt er Entwicklungslinien für Massivkonstruktionen auf Basis des sogenannten 3D-Drucks. Herr Prof. Jocher stellt aus der Sicht des Architekten fest, dass wir oftmals die falschen Wohnungen bauen. Im Rahmen des fortschreitenden de mografischen Wandels benötigen wir Wohnraum, der ins besondere auf die Bedürfnisse eines immer größer werden den Anteils älterer und hochaltriger Bürger ausgerichtet ist. Dazu stellt er ambitionierte altengerechte Wohnprojekte und daraus abgeleitete Modelle vor, die uns auch in diesem Segment fit für die Zukunft machen. In der festen Überzeugung, dass Ihnen dieses Heft einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand von Normung, baurechtlicher und innovativer Entwick lung bezüglich des Mauerwerksbaus gibt, wünsche ich Ih nen viel Spaß beim Lesen.

Dr. Ronald Rast Member of the Editorial Board / Redaktionsbeiratsmitglied

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Gerhard Breitschaft

DOI: 10.1002/dama.201600683

CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 Focus on current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective

EuGH-Urteil, Normung und Eurocode 6 – Aktuelle Fragen im Mauerwerksbau Eine Betrachtung aus bauaufsichtlicher Perspektive This article reviews current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective. First, the CJEU judgment and its consequences will be discussed. The judgment of 16 October 2014 will make fundamental changes in the German regulatory system necessary. How these will be implemented is not yet clear so that this article can only give an overview of the present situation (September 2015) in the discussions. What is clear is that the changes in the regulatory system will have repercussions in the field of standardisation. These repercussions will be outlined – in general and specifically for the masonry sector – in the second part of this article. Finally, the paper will look at the progress in the implementation of Eurocode 6 (Design of masonry structures).

Im folgenden Artikel wird aus bauaufsichtlicher Sicht auf Fragen eingegangen, die die Mauerwerksindustrie aktuell beschäftigen. Zuerst sind hier natürlich das Urteil des Europäischen Gerichtshofs und dessen Folgen zu nennen. Mit dem Urteilsspruch vom 16. Oktober 2014 stand fest, dass tiefgreifende Änderungen am deutschen Regelungssystem notwendig werden. Wie diese konkret aussehen werden, ist zum Teil noch unklar. Deshalb kann hier nur ein Überblick über den derzeitigen Stand (September 2015) der Beratungen gegeben werden. Bereits fest steht: Der Umbau des Regelungssystems wird Auswirkungen auf den Normungsbereich haben. Diese sollen im zweiten Teil – allgemein sowie speziell für den Mauerwerksbau – dargestellt werden. Last but not least wird ein kurzes Schlaglicht auf den derzeitigen Umsetzungsstand bei der Einführung des Eurocodes 6 zur Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten geworfen.

Keywords: CJEU judgment C-100/13; Construction Products List B Part 1; additional requirements; standardisation; design standards; Eurocode 6

Stichworte: EuGH-Urteil C-100/13; Bauregelliste B Teil 1; Nachregelungen; Normung; Ausführungsnormen; Eurocode 6

1 The CJEU judgment and its implications 1.1 Background

1 Das EuGH-Urteil und seine Folgen 1.1 Hintergrund

While responsibility for building safety lies in the hands of the individual EU Member States, trade in construction products has been regulated at an EU level, first through the EU Construction Product Directive [1], and later by the EU Construction Products Regulation [2]. This division of competences conflicts with the fact that the safety of a structure cannot be separated from the performance of the construction products used. A building is only as safe as its parts. To accommodate this, EU construction product legislation follows an approach whereby the essential characteristics of a construction product are specified in harmonised standards and declared uniformly all across Europe. The Member States can set their safety levels in reference to the declared performances. In reality, problems arise when Member States feel that necessary performance characteristics have not or not sufficiently been addressed in the harmonised standard and that the CEN standard is thus incomplete. With reference to its responsibility for building safety, Germany used to introduce additional regulatory requirements for construction products in these cases (especially in Construction Products List B Part 1). The European Commission and several manufacturers have seen this as a barrier to free trade in construction products.

Während die Verantwortung für die Sicherheit von Bauwerken bei den einzelnen Mitgliedstaaten liegt, ist der Handel mit Bauprodukten – zunächst durch die Bauproduktenrichtlinie [1], inzwischen durch die EU-Bauproduktenverordnung [2] – auf EU-Ebene geregelt. Diese Abgrenzung der Zuständigkeiten steht im Konflikt zur Tatsache, dass sich die Sicherheit des Bauwerks technisch nicht von den Leistungen des Bauprodukts abkoppeln lässt. Ein Bauwerk ist nur so sicher wie seine Bestandteile. Um dem Rechnung zu tragen, sieht das europäische Bauproduktenrecht vor, dass wesentliche Merkmale von Bauprodukten in harmonisierten Normen behandelt und in einheitlicher Form deklariert werden. Die Mitgliedstaaten können dann ihr Sicherheitsniveau unter Bezugnahme auf die deklarierten Werte festlegen. In der Praxis treten Probleme dort auf, wo bestimmte Leistungsmerkmale von Produkten, die die Mitgliedstaaten für notwendig erachten, in der harmonisierten Norm nicht oder nicht vollständig berücksichtigt wurden, d. h. wo die von CEN erarbeiteten Normen „lückenhaft“ sind. Aus seiner Verantwortung für die Sicherheit von Bauwerken leitete Deutschland in diesem Fall das Recht ab, Nachregelungen für Bauprodukte bauaufsichtlicher verbindlich einzuführen und zu veröffentlichen (insbesondere

G. Breitschaft · CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 – Focus on current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective

1.2 The CJEU judgment In its judgment of 16 October 2014 in case C-100/13 [3], the Court of Justice of the European Union ruled in favour of the European Commission and declared three concrete cases of additional requirements as incompatible with European law; the CJEU decision was still based on the Construction Products Directive. The judgment of the Court of Justice is purely a “declaratory judgment”, meaning it states that a national provision violates European law. The provisions in question are neither automatically invalidated nor corrected. The affected Member State is responsible for bringing the relevant provisions into compliance with European law. For this reason, Building Minister Conference committees, along with the competent federal services and Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), started intensive consultations and established a dialogue with the European Commission immediately following the judgment. The objective is to adjust the regulatory system to accommodate the European provisions in harmonised areas. At the same time, the construction supervision authorities will strive to maintain the highest safety standards for German buildings. Based on the current assessment of the situation, non-harmonised construction products and provisions that relate to the planning, design and application of construction techniques are not affected by the judgment. There might however be cases where the line is not that easy to draw. For “application approvals,” which in the future will be called “construction technique permissions”, design rules must not hinder trade of the referenced products.

1.3 Measures taken To avoid further legal disputes, the German authorities agreed not only to withdraw the additional requirements for the three explicitly mentioned products, but also to reexamine all additional requirements and to either delete or revise them, as necessary. Additional requirements for the three products named in the court judgment were suspended immediately. A new version of the Construction Products List B Part 1 was published in July 2015. Following consultations between the building supervision authorities, further requirements were suspended. A comment published by DIBt on 13 April 2014 [4] sets out the timeline and procedure for adapting the German regulatory system. Applications for national technical approvals in the field of harmonised standards will still be accepted until 31 January 2016. The approvals will expire in April 2020. This said, the technical information described therein will remain unaffected by possible changes in the legal nature of these documents. All additional requirements – especially those set out in the Construction Products List B Part 1 – will cease to have effect on 15 October 2016. Alternative ways must be found by that date to ensure building safety including: –– redefining necessary requirements in a way that they refer to the construction works as a whole and not to individual construction products (see new wording for smouldering behaviour [5] as an example) –– participating more actively in standardisation activities

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

in der Bauregelliste B Teil 1). Die Kommission und einige Hersteller sahen hierin eine Behinderung des freien Handels mit Bauprodukten.

1.2 Das EuGH-Urteil In seinem Urteil vom 16. Oktober 2014 in der Rechtssache C-100/13 [3] gab der Europäische Gerichtshof (EuGH) der Europäischen Kommission Recht und erklärte die Nach regelungen in drei konkreten Fällen – und noch auf der rechtlichen Grundlage der Bauproduktenrichtlinie – für unzulässig. Das Urteil des Gerichtshofs ist zunächst ein reines „Feststellungsurteil“, d. h. es wird erklärt, dass eine nationale Bestimmung gegen europäisches Recht verstößt. Die entsprechenden Regelungen werden dadurch jedoch nicht außer Kraft gesetzt oder korrigiert. Vielmehr liegt es in der Verantwortung des betroffenen Mitgliedstaats, die entsprechenden Bestimmungen europarechtskonform anzupassen. Zu diesem Zweck sind unmittelbar nach dem Urteil intensive Beratungen in den Gremien der Bauministerkonferenz unter Einbeziehung des Bundes und des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) sowie in enger Rücksprache mit der Europäischen Kommission angelaufen. Ziel ist es, das Regelungssystem im harmonisierten Bereich europarechtskonform anzupassen. Gleichzeitig möchten die Bauaufsichtsbehörden am hohen Sicherheitsniveau deutscher Bauwerke festhalten. Nach derzeitigem Stand der Beratungen nicht betroffen sind der nationale Zulassungsbereich sowie Regelungen, die sich auf die Planung, Bemessung und Ausführung von Bauarten beziehen. Eine Abgrenzung zwischen nationalem und europäischem Bereich könnte jedoch im Einzelfall schwierig werden. In den sogenannten „Anwendungszulassungen“, die zukünftig Bauartgenehmigungen heißen sollen, müsste zudem streng darauf geachtet werden, dass durch die Anwendungsregeln nicht der Handel mit den in Bezug genommenen Produkten behindert wird.

1.3 Maßnahmen Um weitere Rechtsstreitigkeiten zu vermeiden, verständigten sich die zuständigen Bauaufsichtsgremien zunächst darauf, nicht nur die Nachregelungen für die drei explizit im Urteil genannten Produkte zurückzunehmen, sondern alle Nachregelungen zu überprüfen und je nach Sachlage zu streichen oder zu überarbeiten. Mit unmittelbarer Wirkung wurden die Nachregelungen für die drei im Gerichtsurteil genannten Produkte außer Vollzug gesetzt. Im Juli 2015 wurde eine neue Fassung der Bauregelliste B Teil 1 veröffentlicht. Hierin wurden Nachregelungen nach bauaufsichtlicher Beratung gestrichen. Das weitere Vorgehen und den zeitlichen Ablauf des Umbaus des deutschen Regelungssystems im harmonisierten Bereich hat das DIBt in einer Stellungnahme vom 13. April 2015 veröffentlicht [4]. Danach können noch bis zum 31. Januar 2016 Anträge auf nationale Zulassungen im Bereich harmonisierter Normen gestellt werden. Die Gültigkeit dieser Zulassungen endet spätestens im April 2020. Der darin beschriebene technische Sachverhalt bleibt auch bei Änderung des Rechtscharakters dieser Dokumente gegeben. Zum 15. Oktober 2016 sollen alle Nach-

G. Breitschaft · EuGH-Urteil, Normung und Eurocode 6 – Aktuelle Fragen im Mauerwerksbau – Eine Betrachtung aus bauaufsichtlicher Perspektive

and, as needed, –– taking more decisive action against construction products presenting a risk within the framework of the market surveillance of harmonised construction products. The European Technical Assessment (ETA) offers construction product manufacturers an opportunity to voluntarily declare product performance characteristics not covered by the harmonised standard and include them in the CE marking. This is a way of drawing attention to unique selling points and/or enforcing higher product standards.

2 Participating more actively in standardisation activities The building supervision authorities – represented by DIBt in particular – will increase their participation in standardisation activities, pursuing a double objective: –– as a precautionary measure, they will strive to ensure that all characteristics of a construction product considered as essential by the German construction supervision authorities are taken into account when developing or revising a harmonised standard, in the form of levels or classes, if appropriate –– they will also strive to correct existing “incomplete” standards following the procedure set out in Article 18 of the Construction Products Regulation (CPR). New resources will have to be tapped or existing ones reallocated to achieve this aim.

2.1 Concrete steps Germany has alerted the European Commission for years on shortcomings in harmonised standards and has sent a regularly updated list of incomplete standards to the work group created for this task at the Standing Committee on Construction. Amendments during regular revisions of these standards were promised but not carried out. Following the CJEU proceedings, the German construction supervision authorities sent the Commission a priority list with 83 standards that need to be revised. The list includes EN 771 Parts 1 to 3 [6]. In particular, the lack of test methods both for freeze-thaw cycle behaviour and for durability under influence of detrimental inclusions was criticised. In addition, the German construction supervision authorities decided to initiate a procedure under Article 18 CPR in seven exemplary cases. Masonry construction is not affected.

2.2 Including additional requirements into standards – Implications for the masonry industry The harmonised product standards EN 771 Parts 1 to 4 [7] for bricks and EN 998-2 [8] for masonry mortars are particularly relevant for masonry construction. As an example, additional requirements are currently in effect for the moisture conversion factor Fm in relation to the absorption moisture content um,80 [9]. If these additional requirements were withdrawn, the moisture conversion factor could only be calculated in accordance with DIN 4108-4 [10]. This would lead to lower design values for thermal conductivity.

regelungen – insbesondere die Bauregelliste B Teil 1 – aufgehoben werden. Bis dahin müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die Bauwerkssicherheit mit anderen Mitteln zu gewährleisten, z. B. durch: –– Formulierung von notwendigen Anforderungen auf Bauwerksebene (siehe beispielhaft die Neuformulierung der Anforderung Glimmverhalten [5]) –– verstärkte Mitarbeit in der Normung sowie bei Bedarf –– strengeres Vorgehen gegen Bauprodukte, die mit Gefahren verbunden sind, im Rahmen der Marktüberwachung harmonisierter Bauprodukte. Für Bauproduktenhersteller bietet zudem die Europäische Technische Bewertung (ETA) eine Möglichkeit, nicht von der harmonisierten Norm erfasste Leistungsmerkmale eines Produkts auf freiwilliger Ebene nachzuweisen und im Rahmen der CE-Kennzeichnung zu deklarieren. Dadurch lassen sich Alleinstellungsmerkmale wirksam bewerben und höhere Produktstandards durchsetzen.

2 Verstärkte Mitarbeit der Bauaufsicht in der Normung Die verstärkte Mitarbeit der Bauaufsicht in der Normung – vertreten insbesondere durch die technischen Referenten des DIBt – verfolgt eine doppelte Zielsetzung: –– Vorbeugend soll dafür Sorge getragen werden, dass alle aus Sicht der deutschen Bauaufsicht notwendigen wesentlichen Merkmale von Bauprodukten bei der Erarbeitung oder der regelmäßigen Überprüfung harmonisierter Normen aufgenommen werden, eventuell auch in Form von Stufen oder Klassen. –– Korrektiv soll gegen bestehende „lückenhafte“ Normen über das Verfahren nach Artikel 18 der EU-Bauproduktenverordnung (EU-BauPVO) vorgegangen werden. Für die Umsetzung dieser Vorhaben müssen zusätzliche Kapazitäten geschaffen oder freiwerdende Kapazitäten verlagert werden.

2.1 Konkrete Schritte Auf Mängel in harmonisierten Normen hat Deutschland die Europäische Kommission seit Jahren beharrlich hingewiesen und eine regelmäßig aktualisierte Liste mit unvollständigen Normen an eine eigens hierfür eingerichtete Arbeitsgruppe des Ständigen Ausschusses für das Bauwesen übermittelt. Versprochene Nachbesserungen im Rahmen der regelmäßigen Überprüfung dieser Normen blieben aus. Im Nachgang des EuGH-Verfahrens hat die deutsche Bauaufsicht der Kommission erneut eine nach Priorität geordnete Liste mit 83 überarbeitungsbedürftigen Normen übersendet. Zu den übermittelten Normen gehört auch die EN 771 Teile 1 bis 3 [6]. Bemängelt wurden hier insbesondere fehlende Verfahren zur Bewertung des Frost-Tauwechsel-Verhaltens und zur Bestimmung der Dauerhaftigkeit unter Einfluss schädlicher Einschlüsse. Zudem entschied sich die deutsche Bauaufsicht zunächst in sieben besonders beispielhaften Fällen, ein Verfahren nach Artikel 18 EU-BauPVO einzuleiten. Der Mauerwerksbau ist nicht betroffen.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

G. Breitschaft · CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 – Focus on current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective

For mortars, the Construction Products Lists currently refer to DIN V 18580 [11]. Additional requirements exist for the following characteristics: compressive strength, bond strength and for specific mortars, deformation behaviour, and where applicable, thermal conductivity. If referring to DIN V 18580 as an additional requirement were no longer permitted, only DIN V 20000-412 [12] could be used. This would result in less cost-efficient designs under Eurocode 6. To prevent this from happening, the missing essential characteristics would have to be included in EN 998-2. Due to cross-references and interdependencies, the following standards would need to be changed to fully implement the modifications outlined above: EN 771, EN 998-2, DIN 4108-4, EN 1745 [13], DIN EN 1996/NA [14] as well as DIN V 20000-412.

2.3 Conclusion This examination shows that it will not be easy to include the additional requirements into the relevant standards – owing to the numerous cross-references between the individual standards. Further delays in the already time-consuming standardisation process can be expected. The Article 18 procedure could also lead to the references to harmonised standards being (temporarily) withdrawn from the Official Journal of the European Union. The harmonised standard could then no longer be used as a basis for CE marking, although it would continue to be valid as a technical rule. Such a situation has not yet occurred. The uncertainty arising from this situation is not the least reason why Germany has been reluctant to initiate similar procedures available under the Construction Products Directive. In view of the CJEU judgment, however, applying the Article 18 procedure seems imperative.

3 Implementation of Eurocode 6 The design and construction of buildings fall within the competence of the Member States. Design standards are not affected by the CJEU judgment and more generally by the Construction Products Regulation. The question of legal competence is one matter, voluntary efforts are another. In fact, political actors and the industry have long been working towards creating a uniform European-wide set of technical rules in the field of building design in order to reduce technical barriers to trade. As a part of these efforts, the European Commission created the Eurocodes initiative in 1975. CEN was included in 1989 and was mandated to develop pre-standards in the field of building design. These pre-standards have been converted into EN standards as of 1998. Because the Eurocodes today represent the best available and the only up-to-date set of standards, the German construction supervision authorities have decided to incorporate this admittedly very voluminous set of rules into the regulatory system. Eurocode 6 [15] (Design of masonry structures) was introduced by publication in the Model List of Technical Building Rules, Version March 2014. In most federal states, national standard DIN 1053-1 can also be used until 31 December 2015. Table 1 offers state-specific information regarding the implementation status. The conversion of exist-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

2.2 Überführung von Nachregelungen in die Normung – Mauerwerksspezifisches Für den Mauerwerksbau sind insbesondere die harmonisierten Produktnormen EN 771 Teile 1 bis 4 [7] für Mauersteine und EN 998-2 [8] für Mauermörtel relevant. Nachregelungen bestehen derzeit z. B. in Bezug auf den Feuchteumrechnungsfaktor Fm in Abhängigkeit des Absorptionsfeuchtegehalts um,80 [9]. Entfallen diese Nachregelungen, könnte der Feuchteumrechnungsfaktor nur noch nach DIN 4108-4 [10] angesetzt werden. Dies würde aber generell zu einer Verschlechterung der Bemessungswerte für die Wärmeleitfähigkeit führen. Für Mörtel wird derzeit in den Bauregellisten auf DIN V 18580 [11] verwiesen. Nachgeregelt werden die folgenden Eigenschaften: Druckfestigkeit, Verbundfestigkeit sowie für einzelne Mörtelarten das Verformungsverhalten und ggf. die Wärmeleitfähigkeit. Würde die Möglichkeit der Nachregelung über DIN V 18580 entfallen, so könnte nur noch die Anwendungsnorm DIN V 20000-412 [12] herangezogen werden. Dadurch käme es aber zu einer unwirtschaftlicheren Bemessung nach Eurocode 6. Um dies zu vermeiden, müssten die fehlenden wesentlichen Merkmale direkt in EN 998-2 aufgenommen werden. Zur Umsetzung der in diesem Abschnitt beschriebenen Sachverhalte müssten aufgrund von Querverweisen und Interdependenzen folgende Normen geändert werden: EN 771, EN 998-2, DIN 4108-4, EN 1745 [13], DIN EN 1996/NA [14] sowie DIN V 20000-412.

2.3 Fazit Die Betrachtung zeigt, dass die Überführung der Nach regelungen in die betreffenden Normen – gerade auch wegen der zahlreichen Bezüge zwischen den einzelnen Normen – kein leichtes Unterfangen ist. Eine Verlängerung der ohnehin schon langwierigen Normungsverfahren ist zu erwarten. Das Artikel-18-Verfahren könnte zudem dazu führen, dass Fundstellen harmonisierter Normen (temporär) aus dem Amtsblatt der Europäischen Union gestrichen werden. Damit würde die harmonisierte Norm als Grundlage für die CE-Kennzeichnung entfallen, während sie gleichzeitig als technische Regel weiterhin bestehen bliebe. Erfahrungen mit dieser Situation liegen nicht vor. Nicht zuletzt aufgrund dieser Unwägbarkeiten hat Deutschland bisher auf die Einleitung ähnlicher Verfahren nach der EUBauproduktenrichtlinie verzichtet. Angesichts des EuGHUrteils erscheint die Anwendung des Artikel-18-Verfahrens nun aber zwingend geboten.

3 Einführung des Eurocodes 6 Die Bemessung und Ausführung von Bauwerken fallen in die Zuständigkeit der Mitgliedstaaten. Vom EuGH-Urteil und überhaupt von der EU-Bauproduktenverordnung sind die Bemessungsnormen nicht betroffen. Von der rechtlichen Regelungskompetenz abzugrenzen sind freiwillige Bestrebungen der Politik und der Wirtschaft, ein einheitliches und europaweit anerkanntes Regelwerk im Bereich der Planung und Bemessung von Bauwerken zu schaffen, um so technische Handelshemmnisse weitestgehend abzubauen. In diesem Bemühen rief die

G. Breitschaft · EuGH-Urteil, Normung und Eurocode 6 – Aktuelle Fragen im Mauerwerksbau – Eine Betrachtung aus bauaufsichtlicher Perspektive

Table 1. Implementation of Eurocode 6 – Transitional periods in the different federal states (as of 30 September 2015) Tabelle 1. Einführung Eurocode 6 – Übergangsfristen in den Bundesländern (Stand: 30.9.2015) Federal State / Bundesland

Source of Information / Fundstelle

Transition ends / Übergang endet

Baden-Württemberg / Baden-Württemberg

Notification on 14 November 2014 / Bekanntmachung vom 14.11.2014

31 December 2015 / 31.12.2015

Bavaria / Bayern

Notification on 26 November 2014 / Bekanntmachung vom 26.11.2014

31 December 2015 / 31.12.2015

Berlin / Berlin

Implementation provisions on 9 July 2015 / Ausführungsvorschriften vom 09.07.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Brandenburg / Brandenburg

n.s. / k. A.

Bremen / Bremen

Notification on 21 August 2015 / Bekanntmachung vom 21.08.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Hamburg / Hamburg

Notification on 2 February 2015 / Bekanntmachung vom 02.02.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Hesse / Hessen

Notification on 5 February 2015 / Bekanntmachung vom 05.02.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Mecklenburg-Western Pommerania / Mecklenburg-Vorpommern

n.s. / k. A

Lower Saxony / Niedersachsen

n.s. / k. A

North Rhine-Westphalia / Nordrhein-Westfalen

Notification on 4 February 2015 / Bekanntmachung vom 04.02.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Rhineland.Palatinate / Rheinland-Pfalz

n.s. / k. A

Saarland / Saarland

Notification on 13 July 2015 / Bekanntmachung vom 13.07.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Saxony / Sachsen

Notification on 2 March 2015 / Bekanntmachung vom 02.03.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Saxony-Anhalt / Sachsen-Anhalt

Notification on 3 November 2014 / Bekanntmachung vom 3.11.2014

31 December 2015 / 31.12.2015

Schleswig-Holstein / Schleswig-Holstein

Notification on 17 July 2015 / Bekanntmachung vom 17.07.2015

31 December 2015 / 31.12.2015

Thuringia / Thüringen

n.s. / k. A

n.s.: not specified k.A.: keine Angaben

ing approvals to the new design rules is in full swing and will be mostly completed by the end of 2015.

Europäische Kommission 1975 die Eurocodes-Initiative ins Leben. 1989 wurde CEN eingebunden und erhielt das Mandat, Vornormen im Bereich der Bemessung von Bauwerken zu erstellen. Ab 1998 wurden die Vornormen in EN-Normen umgewandelt. Weil die Eurocodes heute das beste verfügbare und das einzig technisch aktuelle Normenwerk darstellen, hat sich die deutsche Bauaufsicht dazu entschlossen, dieses – zugegebenermaßen sehr umfangreiche – Regelwerk bauaufsichtlich einzuführen. Die Einführung des Eurocodes 6 [15] zur Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten erfolgte mit der Aufnahme in die Musterliste der Technischen Baubestimmungen (MLTB), Fassung März 2014. In den meisten Bundesländern kann bis zum 31.12.2015 noch parallel die nationale Norm DIN 1053-1 verwendet werden. Länderspezifische Informationen zum Umsetzungsstand bietet Tabelle 1. Die Umstellung der Zulassungen auf die neuen Bemessungsregeln läuft in vollen Zügen und wird bis zum Jahresende 2015 im Wesentlichen abgeschlossen sein.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

G. Breitschaft · CJEU Judgment, Standardisation and Eurocode 6 – Focus on current challenges for the masonry industry from a regulatory perspective

References – Literatur [1] Richtlinie 89/106/EWG, ABl. 40, 11.2.1989, S. 12 ff. [2] Verordnung (EU) Nr. 305/2011, ABl. L 088, 4.4.2011, S. 5 ff. [3] Urteil des Gerichtshofs (Zehnte Kammer), Rechtssache C‑100/13, http://curia.europa.eu/juris/document/document. jsf?docid=158649&doclang=de [4] EuGH-Urteil vom 16. Oktober 2014 (Rechtssache C-100/13) – Stellungnahme des DIBt zur Rechtslage bei Neuanträgen auf Erteilung oder Verlängerung der Geltungsdauer von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen für Bauprodukte im Geltungsbereich harmonisierter Spezifikationen http://www.dibt.de/de/Fachbereiche/data/ZD5_Das_DIBt_ informiert_Stellungnahme_zur_Rechtslage_nach_EuGH_Urteil_April_2015.pdf [5] Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen, Teil I, September 2014, Anlage 3.1/5. [6] DIN EN 771-1:2011-07 – Festlegungen für Mauersteine – Teil 1: Mauerziegel; DIN EN 771-2:2011-07 – Festlegungen für Mauersteine – Teil 2: Kalksandsteine; DIN EN 771-3:2011-07 – Festlegungen für Mauersteine – Teil 3: Mauersteine aus Beton (mit dichten und porigen Zuschlägen). [7] Teile 1 bis 3 s. [6]; Teil 4: DIN EN 771-4:2011-07 – Festlegungen für Mauersteine – Teil 4: Porenbetonsteine. [8] DIN EN 998-2:2015-11 – Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau – Teil 2: Mauermörtel.

[9] Bauregelliste A Teil 1, lfd. Nr. 2.1.26 in Verbindung mit Anlage 2.19. [10] DIN 4108-4:2013-02 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte. [11] DIN V 18580:2007-03 – Mauermörtel mit besonderen Eigenschaften. [12] DIN V 20000-412:2004-03 – Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken – Teil 412: Regeln für die Verwendung von Mauermörtel nach DIN EN 998-2:2003-09. [13] DIN EN 1745:2012-07 – Mauerwerk und Mauerwerksprodukte – Verfahren zur Bestimmung von wärmeschutztechnischen Eigenschaften. [14] DIN EN 1996-1-1/NA:2012-05 – Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten – Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk. [15] Eurocode 6 – Normenserie DIN EN 1996.

Author – Autor: Dipl.-Ing. Gerhard Breitschaft Präsident Deutsches Institut für Bautechnik Kolonnenstraße 30 B 10829 Berlin

Announcements – Termine Wienerberger Masonry Days 2016

Wienerberger Mauerwerkstage 2016

Advance of knowledge through training – Wienerberger will hold their established Masonry Days again in 2016 to present new developments in masonry building theory and practice. From energy-saving building through structural design to sound insulation: new standards and regulations are changing design and building. Recognised experts will relate practical experience, information about design aids and legal tips. In the accompanying specialist exhibition, participants can inform themselves about the products of well-known industry partners as well as building material solutions and processing systems from Wienerberger.

Wissensvorsprung durch Weiterbildung – Mit den bewährten Mauerwerkstagen stellt Wienerberger auch 2016 neue Entwicklungen in Theorie und Praxis rund um den Mauerwerksbau vor. Vom energetischen Bauen über Statik bis zum Schallschutz: Neue Normen und Regelwerke verändern Planung und Ausführung. Anerkannte Experten vermitteln Erfahrungen aus der Praxis, Wissen zu Planungshilfen und Rechtstipps. In der begleitenden Fachausstellung können sich Teilnehmer über das Angebot namhafter Industriepartner sowie über Baustofflösungen und Verarbeitungssysteme von Wienerberger informieren.

Themes: – The endless story … or from the EnEV 2016 to the new KfW Efficiency Plus – What will come after the national technical approvals of the DIBt? – Building law: the acknowledged rules of building technology from the legal point of view – Design of brickwork according to Eurocode 6 – The “normal town” and its houses – Modern apartment blocks and the balance between energy efficiency and increased sound insulation – Individual architecture, energy efficiency and cost security – how do they fit together? – Giving instead of taking – news from the world of zero- energy building concepts

Themen: – Die unendliche Geschichte … oder: Von der EnEV 2016 zum neuen KfW-Effizienzhaus Plus – Was kommt nach den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen des DIBt? – Baurecht: Die anerkannten Regeln der Bautechnik aus juristischer Sicht – Bemessung von Ziegelmauerwerk nach Eurocode 6 – Die „normale Stadt“ und ihre Häuser – Moderner Geschosswohnungsbau im Spannungsfeld zwischen Energieeffizienz und erhöhtem Schallschutz – Individuelle Architektur, Energieeffizienz und Kostensicherheit – wie passt das zusammen? – Geben statt Nehmen – Neues aus der Welt der energieautarken Gebäudekonzepte

Locations and dates: Hamburg, 11 February 2016; Hannover, 16 February 2016; Dortmund, 23 February 2016; Fürth, 25 February 2016; Leipzig, 1 March 2016; Berlin, 3 March 2016; Karlsruhe, 8 March 2016; Darmstadt, 10 March 2016

Orte und Termine: Hamburg, 11. Februar 2016; Hannover, 16. Februar 2016; Dortmund, 23. Februar 2016; Fürth, 25, Februar 2016; Leipzig, 1. März 2016; Berlin, 3. März 2016; Karlsruhe, 8. März 2016; Darmstadt, 10. März 2016

Further information and registration under www.wienerberger.de

Weitere Informationen und Anmeldung auf www.wienerberger.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Ulrich Knaack

DOI: 10.1002/dama.201600684

Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0 Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0 This article illustrates the solid building envelope both as an integral system and in terms of its potential for additive manufacturing. The Façade Research Group at the TU Delft works on the building envelope, investigating strategic and process support for development and planning processes and renovation technologies, as well as functionally integrated building envelopes. The Institute of Structural Mechanics and Design at the TU Darmstadt undertakes research and development in the areas of materials technologies (glass, polymers) and additive manufacturing as they relate to building structure.

Der Beitrag beleuchtet zum einen das Thema der massiven Gebäudehülle als integrales System sowie zum anderen das Potential der additiven Herstellung. An der TU Delft beschäftigt sich die Façade Research Group im Bereich der Gebäudehülle mit Fragen der Strategie- und Prozessbegleitung von Entwicklung und Planungsprozessen, Sanierungstechnologien sowie funktional inte gralen Gebäudehüllen. An der TU Darmstadt wird im Institute of Structural Mechanics and Design in den Bereichen der strukturbezogenen Materialtechnologie (Glas, Polymere) sowie additive Herstellung geforscht und entwickelt.

Keywords: Façade technology; solid building envelope; additive manufacturing; energy-conscious renovation; 3D printing; thermal buffer; active thermal insulation

Stichworte: Fassadentechnik; Gebäudehülle, massive; Herstellung, additive; Ertüchtigung, energetische; 3D-Drucken; Puffer, energetischer; Wärmedämmung, aktive

1 Introduction

1 Einführung

I have been asked, in my capacity as a builder and researcher, about my position on masonry and the potential to develop it. This is an interesting question, and yet in my work at TU Delft and TU Darmstadt I tend to work instead on non-mineral constructions, and on developing building elements based on their function. Perhaps it makes sense to start with a straightforward proposition: many of the advantages of using masonry for construction and as a shell are clear. Masonry is solid and can therefore easily absorb and store thermal energy, then release it back into the building interior. In our climate, this is a benefit given that it helps to even out the difference between daytime and night time temperatures; masonry is therefore a popular material, especially in residential buildings. The fact that masonry constructions are fundamentally more flexible in terms of how construction is organised, and more forgiving of structural changes to elements of the building, is also beneficial for the residential sector. In contrast to skeleton-based steel or concrete structures, with load-bearing structures made of masonry: there is no need to follow a grid; projections can be incorporated more easily; and openings are easy to add, even after construction, as the load can be transferred through various routes. However, solid construction also logically means a greater mass must be accommodated, and can therefore become critical – especially in building types where high area efficiency is the norm, such as city-centre office blocks. Compared with the extremely slimline shell struc-

Als Wissenschaftler und Konstrukteur wurde ich gebeten, Stellung zum Thema Mauerwerk und dessen Entwicklungspotentialen zu nehmen – interessante Frage, beschäftige ich mich in meiner Forschung an der TU Delft und der TU Darmstadt doch eher mit nichtmineralischen Kons truktionen und der Entwicklung von funktionsorientierten Baukomponenten. Aber vielleicht ist gerade das eine sinnvolle Startposition: Mauerwerk hat als Konstruktions- und Hüllmaterial deutlich erkennbare Vorteile. Mauerwerk ist massiv und kann so thermische Energie gut aufnehmen, speichern und wieder an den Innenraum abgeben, ein Umstand, der in unserer Klimazone einen Vorteil hinsichtlich des Ausgleiches der Tages- und Nachtschwankungen darstellt und insbesondere im Wohnungsbau gerne genutzt wird. Ebenso interessant für den Wohnungsbau ist der Umstand, dass Mauerwerkskonstruktionen grundsätzlich flexibler hinsichtlich der Organisation der Konstruktion sowie gutmütiger bezüglich struktureller Veränderungen der Konstruktionskomponenten sind. Tragstrukturen müssen im Gegensatz zu skelettartigen Konstruktionen aus Stahl oder Beton nicht ausschließlich einem Raster folgen, Vorsprünge sind leichter einzubinden und Durchbrüche können einfach – auch nachträglich – eingefügt werden, da die Ableitung der Lasten über verschiedene Wege erfolgen kann. Allerdings bedeutet Massivität auch – logisch – eine größere Masse, die untergebracht werden muss und damit insbesondere bei Gebäudetypen mit üblicherweise hoher

U. Knaack · Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0

tures used in aluminium façade systems with high-efficiency glazing, some of which play an active role in regulating the building’s internal climate as double-skin façades, today’s solid constructions occupy a smaller share of the market. One further relevant aspect of solidity is the building mass itself, which embodies a relatively greater amount of grey energy (the energy required to produce a material). This is not a disadvantage in itself, provided the building’s useful life is long enough. If we look at the usual building materials, it is clear that a useful life of 30 years is too short for a solid construction, and in this case a skeleton-based building should therefore take precedence. We should apply the same approach to the issue of flexibility in floor plans. Although skeletons are rigid in the way they determine load bearing, they do allow great flexibility in floor plan layout. Solid constructions are more flexible in terms of basic configuration, but give less freedom in other ways. The two arguments above are certainly significant, but can be resolved by using flexible floor plan layouts. Solid constructions should be suited to a variety of uses if they are to meet the changes which a long useful life requires. From a construction point of view, this means either the biggest and most uniform possible configuration of spaces, which can then be further subdivided if necessary using lightweight wall systems, or else a hybrid solution where areas of the floor plan can be set out as skeleton constructions while the shell, partitions and cores are developed using the solid method. This undoubtedly takes longer to plan and means more complex building site logistics, but permits a much more flexible building which can be used for longer. We should also mention the cyclical nature of design trends arising from a desire for novelty, which favour or dismiss different building materials in turn. The classic modernist approach aimed for openness and developed only small openings, which were similarly designed into buildings at the time of the oil crisis. Following this was built-in glazing which played an active role in energy terms (on the ‘home inside a glass house’ model), with its vocabulary of ‘democratic architecture’ and political overtones as established by Günther Behnisch. The latter approach reached its apex in technical terms with the ‘active’ double-skin façade. The next phase of the cycle saw a swing towards solidity once again, which was reflected and celebrated by graphic and ornamental designers in a collage of diverse materials. This phase did not prioritise construction and the choice of materials associated with it. The masonry sector naturally reacted to these developments: the new surfaces, design possibilities and improvements in the material’s climate performance can be clearly identified. A similar reaction occurred in manufacturing and processing. Nevertheless, such steps only bring improvements within the existing product portfolio – and although these are necessary and meaningful, in terms of their scope for change they are limited to the extent of that portfolio. This is also true for developments in terms of costs. Work is of course underway on more cost-effective production, and since the material is heavy, we do not expect any direct competition from China in the medium term, unlike with aluminium façades. However, any cost

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Flächeneffizienz, beispielsweise bei innerstädtischen Büroimmobilien, kritisch werden kann. Gegenüber extrem schlanken Hüllkonstruktionen aus Aluminium-Fassadensystemen und gut dämmenden Verglasungen, die zum Teil auch noch als Doppelfassaden eine aktive Rolle in der Klimatisierung von Gebäuden spielen, haben massive Kon struktionen in ihrer bisherigen Konfiguration einen geringeren Marktanteil. Ein weiterer Aspekt der Massivität ist die Baumasse an sich, welche einen verhältnismäßig größeren Anteil an grauer Energie – die Energie, die notwendig ist, um ein Material zu erzeugen – bindet. Dies ist für sich genommen nicht weiter nachteilig, solange die Nutzungszeit der Konstruktion entsprechend lange ist. Beschäftigt man sich auch hier mit den üblichen Büroimmobilien, so wird deutlich, dass eine Nutzungsdauer von 30 Jahren für eine massive Konstruktion zu gering ist und deshalb eher skelettartige Konstruktionen vorzuziehen sind. In gleicher Weise muss die Flexibilität der Grundrisse diskutiert werden: Skelettkonstruktionen definieren zwar den Lastabtrag sehr rigide, erlauben aber dazwischen große Flexibilität der Grundrissgestaltung. Massive Konstruktionen sind flexibler in der Grundkonfiguration, erlauben dann allerdings weniger Freiheiten. Die beiden letztgenannten Argumente wiegen schwer – lassen sich jedoch mit flexiblen Grundrissstrukturen aufheben: Massivbauten sollten für verschiedene Nutzungen geeignet sein, damit sie über einen langen Zeitraum den nötig werdenden Veränderungen entsprechen können. Dies bedeutet aus konstruktiver Sicht eine möglichst große und gleichförmige Raumkonfiguration, die bei Bedarf mit leichten Wandsystemen weiter geteilt werden kann oder Hybridlösungen, in welche Teilbereiche der Grundrisse als Skelettkonstruktionen ausgelegt werden, während die Hülle sowie Schotten und Kerne mit Massivkonstruktionen entwickelt werden. Sicherlich ist dies in der Planung und die notwendige Baustellenlogistik aufwendiger – ermöglicht aber so flexiblere Gebäude, die langfristiger genutzt werden können. Auch sei auf gestalterische Trends hingewiesen, die sich aus dem Wunsch nach Erneuerung in zyklischen Wellen der konstruktiven Materialien bemächtigen und diese fördern oder verhindern: Nach einem Wunsch der Offenheit der klassischen Moderne, welche eine, durch die Ölkrise imitiert, Entwicklung der kleinformatigen Öffnungen folgt, entwickelt sich mittels energetisch aktiv eingebundener Verglasungen (Stichwort Haus im Glashaus) eine mit der Vokabel „demokratischer Architektur“ von Günther Behnisch auch politisch belegte Architektur, welche in den energetisch aktivierten Doppelfassaden auch einen technischen Höhepunkt erreicht hat. Dieser folgt als zyklische Gegenbewegung einer Entwicklung hin zu einer neuen Massivität, die imitiert durch grafischen und ornamentalen Gestaltungswillen Materialvielfalt als Kollage zelebriert – und eben nicht die Konstruktion und die damit verbundene Materialwahl in den Vordergrund der Entwicklung stellt. Selbstverständlich wird im Bereich des Mauerwerks auf diese Entwicklungen reagiert – neue Oberflächen und Gestaltungsmöglichkeiten sowie eine Verbesserung der klimatischen Leistungsfähigkeit des Materials sind deutlich zu erkennen und fördern das Material. Gleiches gilt für Produktions- und Verarbeitungsprozesse. Nichtdestotrotz leis-

U. Knaack · Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0

Fig. 1. Roadmap for solid façades Bild 1. Roadmap massive Fassaden

reductions made are associated with ever greater effort. New moves to expand the product portfolio by adding complementary fields and new manufacturing methods will generate greater impetus in this direction (Fig. 1). I was asked to illustrate in this contribution the twin themes of the solid building envelope as an integral system and the potential for additive manufacturing. This was because of the active role I play in my two research units. The Façade Research Group at the TU Delft, which I run alongside Dr. Tillmann Klein, works in the context of the building envelope to investigate strategic and process support for development and planning processes and renovation technologies, as well as functionally integral building envelopes. The Institute of Structural Mechanics and Design at

ten diese Schritte lediglich Verbesserungen im Bereich des bereits bestehenden Produktportfolios – notwendig und sinnvoll, allerdings hinsichtlich der Tragweite der Veränderung begrenzt, da innerhalb des Produktportfolios. Gleiches gilt auch für die Entwicklung der Kosten. Selbstverständlich wird an einer günstigeren Produktion gearbeitet – und da das Material über ein gewisses Gewicht verfügt, ist auch mittelfristig nicht, wie im Bereich der Aluminiumfassaden, mit direkter Konkurrenz aus China zu rechnen – allerdings werden Kostenreduktionen nur noch mit immer größeren Aufwendungen möglich. Neue Impulse hinsichtlich der Erweiterung des Produktportfolios durch ergänzende Leistungsfelder sowie neue Herstellungsmethoden werden hier einen größeren Impuls auslösen (Bild 1).

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

U. Knaack · Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0

the TU Darmstadt, which I run alongside Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider, researches and develops in the areas of structure-related materials technologies (glass, polymers) and additive manufacturing. Both units share a focus on implementing new technologies in construction, both are part of wide-ranging European networks for research (COST Action TU0905/Glass and COST Action 1403/Façades) and teaching (European Façade Network), and both are engaged in intensive industry-specific research.

2 The solid building envelope as an integral system A good way to introduce our first area of interest is a brief overview of developments in aluminium and glass façades. The wish to improve both energy performance and transparency was the driver behind the first generation of simple double-skin façades to evolve from the ‘home inside a glass house’ concept. An additional sheet of glass on the outside of the building envelope provides added protection against wind and forms a thermal buffer. A further step nudged these passive buffers towards playing an active role in the thermal regulation of the building, thus effectively becoming part of its services. Logically, the next step was to integrate parts of the building services technology into the building envelope, in order to fully align the shell and thermal regulation functions: thus the ‘component façade’ emerged. Future steps could involve integrated energy production using photovoltaic (PV) or solar thermal technology – this has not yet been successfully implemented, mainly due to the lack of small-scale storage systems. This issue of storing energy may be the beginning of a similar development in solid building envelopes. In addition to their load-bearing and shell functions, the potential in their thermal storage capacity could lead to the development of energy-active solid building envelopes, with the option of adding small building service components. We will sketch out the first such projects below. The Design School in Essen is a building about which much has already been written; here, pipes fitted inside the solid concrete structure act as capillaries through which water flows to control the temperature indoors, even in winter (Fig. 2). No additional insulation was fitted; climate designer Mat-

Fig. 2. Design School building, Essen Bild 2. Design School Essen (Foto: Ulrich Knaack)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Ich wurde gebeten, die beiden Themen massive Gebäudehülle als integrales System sowie das Potential der additiven Herstellung mit meinem Beitrag zu beleuchten, da ich in meinen beiden Forschungseinheiten hier aktiv bin. An der TU Delft beschäftigt sich die, gemeinsam mit Dr. Tillmann Klein geführte, Façade Research Group im Bereich der Gebäudehülle mit Fragen der Strategie- und Prozessbegleitung von Entwicklung und Planungsprozessen, Sanierungstechnologien sowie funktional integralen Gebäudehüllen. An der TU Darmstadt wird im, gemeinsam mit Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider geführten, Institute of Structural Mechanics and Design in den Bereichen der strukturbezogenen Materialtechnologie (Glas, Polymere) sowie additiven Herstellung geforscht und entwickelt. Beide Einheiten verbindet neben der Orientierung zur Implementierung von neuen Technologien in das Bauwesen ein breites europäisches Netzwerk im Bereich Forschung (COST Action TU0905/Glas und COST Action 1403/Fassaden), Lehre (european façade network) sowie intensiver Industrieforschung.

2 Die massive Gebäudehülle als integrales System Um den ersten Bereich einzuleiten, ist es sinnvoll, kurz die Entwicklungen im Bereich der Aluminium-Glas-Fassaden zu beleuchten: Getrieben vom Wunsch einer besseren energetischen Performance bei gleichzeitig größerer Transparenz hat sich aus dem Haus-im-Glashaus-Konzept eine erste Generation einfacher Doppelfassaden entwickelt, bei welchen eine zusätzlich Glasscheibe auf der Außenseite der Gebäudehülle zusätzlichen Windschutz und einen energetischen Puffer bietet. In einem weiteren Schritt wurden diese klimatischen Puffer dahingehend weiterentwickelt, dass sie aktiv zur Klimatisierung des Gebäudes beitrugen – und somit ein Teil der bautechnischen Ausstattung wurden. Der logische nächste Schritt ist die Integration von haustechnischen Komponenten in die Gebäudehülle, um Hüllfunktion und Klimatisierung zusammen zu führen – es entstanden die sogenannten Komponentenfassaden. In zukünftigen Schritten könnte auch die Energiegewinnung mittels Photovoltaik (PV) oder Solarthermie in diese Systeme integriert werden – ein Umstand, der im Wesentlichen wegen der noch fehlenden kleinformatigen Speichersysteme bisher nicht erfolgt ist. Und hier, bei der Frage der Speicherung von Energie, kann ein Startpunkt für eine ähnliche Entwicklung im Bereich der massiven Gebäudehülle liegen. Neben den Funktionen des Tragens und Umhüllens bietet das Potential der thermischen Speichermasse einen guten Ausgangspunkt, um energetisch aktivierte massive Gebäudehüllen zu entwickeln, die zusätzlich mit kleinformatigen haustechnischen Komponenten ertüchtigt werden könnten. An dieser Stellen gilt es, erste Projekte dieser Art zu skizzieren: Bei dem bereits umfangreich veröffentlichten Projekt „Design School“ in Essen wurden kapillare Leitungssysteme in die massive Betonkonstruktion so eingebracht, dass dies mit warmem Wasser durchströmt auch im Winter die Innenraumtemperatur konditionieren (Bild 2). Da keine weitere Isolation vorgesehen wurde, hat der Climat Designer Mathias Schuler den Begriff der „aktiven Wärmedämmung“ geprägt. Als Energiequelle für dieses aktive System dient permanent verfügbares Grubenwasser aus Bergwerken.

U. Knaack · Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0

Fig. 3. ETA Factory, Darmstadt Bild 3. ETA Fabrik Darmstadt (Foto: Ulrich Knaack)

thias Schuler coined the term ‘active thermal insulation’ to describe his strategy. The energy source is water pumped out of disused mine workings on a permanent basis. Several researchers took up this idea and developed both plaster and prefabricated wall systems. The first experimental implementation of this type of system was at the TU Darmstadt. Here, Prof. Jens Schneider and Prof. Harald Garrecht worked with their mechanical engineering colleague Prof. Eberhardt Abele to develop a wall system in which capillary tube matting absorbs energy from outside and, after interim storage, transmits it to the inside space. Interestingly, the interior can also be cooled in the same way if it overheats (in summer, due to machinery etc.). This system comprises precast concrete elements reinforced with stainless steel mesh, and an insulating layer of foam concrete (Fig. 3). The result is a hybrid building element which, besides its shell and load bearing functions, provides thermal regulation that is actively coordinated with the requirements for the interior. Energy can be absorbed from inside or outside and stored so it can be used efficiently. Potential future developments include integrating additional building services components, perhaps for lighting or ventilation. It would also be useful to incorporate storage media into the building envelope, or nearby. Modular solutions with small assemblies will be required in order to integrate individual components in a way that allows flexibility in terms of layout and building geometry.

3 The potential in additive manufacturing While the above development timeline for solid construction can be seen as extending construction performance in terms of energy renovation and active insulation, additive manufacturing can in contrast be considered a disruptive innovation. Additive manufacturing, also known as 3D printing, can be explained in simple terms as joining together materials by adding new layers, on a very small scale. The process creates complete built volumes. It can make any freeform object, including those with inaccessible cavities. Since this allows the question of joints in construction to take a back seat, and since the dimensions of the components depend solely on the dimensions of the space available, we can expect to see major changes in

Diesen Gedanken haben verschiedene Wissenschaftler aufgegriffen und sowohl Putz- als auch Fertigteilwandsysteme entwickelt. Eine erste Umsetzung eines solches Systems als Versuchsaufbau findet sich an der TU Darmstadt: Hier wurde durch Prof. Jens Schneider und Prof. Harald Garrecht gemeinsam mit dem Maschinenbaukollegen Prof. Eberhardt Abele ein Wandsystem entwickelt, bei welchem die Kapillarrohrmatten außen Energie aufnehmen und nach einer Zwischenspeicherung an den Innenraum wieder abgeben. In gleicher Weise kann – und das ist ein interessanter Schritt – auch der Innenraum im Überhitzungsfall (Sommer, Maschinen etc.) gekühlt werden. Dieses System wurde mit Edelstahlgewebe verstärkten Betonfertigteilen und einem Betonschaum als Dämmebene aus geführt (Bild 3). Entstanden ist ein hybrides Bauteil, das neben der Umhüllung und der Tragfunktion aktiv das Innenklima mit seinen Anforderungen so koordiniert konditioniert, dass Energie innen und außen aufgenommen und gespeichert werden kann, um energetisch effizient genutzt zu werden. Mögliche zu erwartende Entwicklungen sind die Integration weiterer haustechnischer Komponenten beispielsweise zur Lüftung und Belichtung. Zusätzlich ist eine Integration der Speichermedien in die Gebäudehülle – oder in deren Nähe – sinnvoll. Auch sind modulare Lösungen mit kleinformatigen Baugruppen notwendig, bei welchen neben der Integration der einzelnen Komponenten auch die Flexibilität in Layout und Geometrie der Konstruktion möglich sind.

3 Potential der additiven Herstellung Handelt es sich bei der eben beschriebenen Entwicklungslinie für Massivkonstruktionen um eine Erweiterung der Performance der Konstruktion hinsichtlich einer energetischen Ertüchtigung und Aktivierung, so kann im Bereich der additiven Herstellung von einer disruptiven Innovation ausgegangen werden. Additive Herstellung – umgangssprachlich auch 3D-Drucken – kann vereinfacht als geschichtete Materialfügung im kleinstformatigen Bereich erläutert werden, bei welcher durch die die Addition des gefügten Materials ganze konstruktive Volumen erzeugt werden. Hierbei können sowohl beliebige freie Formen also auch unzugänglich Hohlräume erzeugt werden. Da hierdurch Fragen der konstruktiven Fügung in den Hintergrund treten und die Dimensionen der Bauteile nur noch von den Größen der Bauräume abhängen, sind wesentliche Veränderungen der Baukonstruktion zu erwarten: Ein konstruktives Detail wird sich nicht mehr an der Möglichkeit der konstruktiven Fügung, sondern vielmehr an der Funktionalität orientieren. Da diese Technologie derzeit einen Hype in der Entwicklung erlebt und zu den am meisten wachsenden Industriebereichen zählt, ist es offensichtlich, dass auch die Entwicklungen in der Materialvielfalt und der Materialqualität rasant sind – wöchentlich kommen neue Systeme und Materialien auf den Markt. Im Baubereich sind weniger Anwendungen erfolgt, da die bisherigen Materialien meist auf Polymere aufbauen und damit brennbar sind, ein Umstand, der im Bauwesen eine erhebliche Einschränkung für konstruktive Materialien ist. Nichts destotrotz ist aber das Bauwesen ob seiner individualisierten Komponenten ein für Einzelherstellungen prädestinier-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

U. Knaack · Innovative façade technology using masonry – Solid construction 2.0

Fig. 4. Aluminium node for freeform façades (TU Delft, Dr. Holger Strauss) Bild 4. Aluminium-Knoten für Freiform-Fassaden (TU Delft, Dr. Holger Strauss)

structural design. A detail on the building will no longer be designed with a focus on the possibility of joining it to the structure, but instead on its functionality. Since this new technology is currently being hyped and is one of the biggest growth industries, it is clear that the range and quality of materials will develop rapidly; new systems and materials are coming onto the market every week. Fewer applications have emerged in the construction sector, since most of the materials used to date are polymer-based and therefore flammable: this is a major limitation for building materials. Nevertheless, the sector’s customised components are bound to need one-off manufacturing. The challenge is therefore to develop materials which meet construction requirements and fit in with the industry’s standard production and manufacturing processes. In what was surely the first example of its kind, Prof. Behrokh Khoshnevis in California pioneered the use of additive technology in the building sector, with a digitally controlled process known as ‘contour crafting’ which extrudes a concrete-like material. Many developments in 3D printing using concrete have followed, whether freeform or to make shuttering systems. The difficulty of integrating reinforcement has yet to be solved, as the most commonly used short glass or metal fibres have limited applications in this context. An alternative solution using ceramic printing remains too small-scale at present for use in construction. Dr. Holger Strauss at the TU Delft has taken the first steps with the use of metal by developing an aluminium node for freeform façades (Fig. 4). Among others, engineering firm Arup and the TU Darmstadt have made some initial contributions in the additive manufacture of steel solutions (Fig. 5). We expect that this development will gain significant momentum in the next few years, and move towards ‘printing’ individual components, whole assemblies or even whole buildings (Fig. 6). This links in with one of our discussion points: additive manufacturing allows maximum freedom in terms of form and construction, at the price of technical complexity and longer manufacturing processes which in turn have financial consequences. Thus while it is of academic interest to run projects using additive manufacturing to make a whole building, this would not make financial sense nor fit standard requirements in the building industry, since

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Fig. 5. Metal freeform node (TU Darmstadt, Alamir Mohsen) Bild 5. Metall-Freiformknoten (TU Darmstadt, Alamir Mohsen)

Fig. 6. Ceramic print (CITA – Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen) Bild 6. Keramischer Druck (CITA – Royal Danish Academy of Fine Arts, Copenhagen)

tes Feld – also gilt es Materialien zu entwickeln, die den Anforderungen des Bauwesens und in den Herstellungsund Verarbeitungsprozessen den im Bauwesen typischen Herangehensweisen entsprechen. Als sicherlich erstes Beispiel muss Prof. Behrokh Khoshnevis, Kalifornien, genannt werden, der mit „Contour crafting“, einem digital gesteuerten Betonspritzverfahren, als Begründer der additiven Technologie im Bauwesen gelten kann. Ihm folgen derzeit viele Entwicklungen im Bereich des Betondruckens, ob nun als Freiform oder in additiv hergestellten Schalungssystemen. Die Schwierigkeit der Integration von Bewehrung ist jedoch noch nicht gelöst, die derzeit meist verwendeten kurzen Glas- oder Metallfasern bieten hier nur einen begrenzten Ersatz. Eine alternative Lösung mit keramischem Drucken ist noch zu kleinmaßstäblich für das Bauwesen. Erste Schritte im metallischen Bereich wurden durch Dr. Holger Strauss an der TU Delft mit einem Aluminiumknoten für Freiform-Fassaden entwickelt (Bild 4). Im Bereich des additiv hergestellten Stahllösungen liefern neben anderen das Ingenieurunternehmen ARUP sowie die TU Darmstadt erste Beiträge (Bild 5). Beobachtet man diese Entwicklung, so ist zu erwarten, dass sich in den nächsten Jahren erheblicher Entwicklungsschub in diesem Bereich einstellen wird, um einzelne Komponenten, ganze Bauteile oder gar Gebäude „aus dem Drucker“ zu generieren (Bild 6).

U. Knaack · Innovative Fassadentechnik mit Mauerwerk – massiv construction 2.0

standard components can be produced in large numbers more simply, and to a standard more easily monitored by technology, using other methods. Additive manufacturing should be seen as a complement to conventional component and assembly production, one which enables components and assemblies to be individually tailored. It is also possible to use additive manufacturing to make individual connectors which need to fulfil more complex functions, as a complement to a system which has otherwise been produced in a more rigid, conventional way. References – Literatur [1] Deplace, A. et al: ArchitekturKonstruieren. Basel Boston Berlin: Birkhäuser 2005. [2] Knaack, U., Klein, T., Bilow, M., Auer, T.: Principles of Construction – Facades. Basel Boston Berlin: Birkhäuser 2007/ 2014. [3] Beim, A., Nielsen, J., Vibaek, K. S.: Three ways of assembling a house. Copenhagen: Royal Danish Academy of Fine Arts 2010. [4] Klein, T.: Integral Façade Construction. Promotion TU Delft 2013. [5] Strauss, H.: AM envelope. Promotion, TU Delft 2013. [6] Knaack, U., Klein, T., Bilow, M.: 010 Publisher Rotterdam 2010. [7] Knaack, U., Strauss, H.: Funktionales Konstruieren – Rapid Technologien und Architektur. XIA Internationale Architektur 70 (2009), S. 68–71. [8] Knaack, U.: Innovative massive Wandsysteme – eine Herleitung möglicher Szenarien. Mauerwerk 17 (2013), H. 6, S. 372– 378.

Und genau hier knüpft auch eine inhaltliche Diskussion an: Die additive Herstellung erlaubt maximale Freiheit in Form und Konstruktion – zu einem Preis von technischer Komplexität und längeren Herstellungsprozessen, welche wirtschaftliche Folgen haben. Dem entsprechend ist es sicherlich akademisch interessant, vollständig additiv erzeugte Gebäude zu projektieren – allerdings für Standardanforderungen im Bauwesen weder wirtschaftlich sinnvoll noch inhaltlich richtig, da Standardkomponenten in großen Stückzahlen einfacher und technologisch besser kontrollierbar hergestellt werden können. Vielmehr wird die additive Herstellung als Ergänzung zu konventionell hergestellten Komponenten und Bauteilen eine Erweiterung darstellen, um eine gewünschte Individualisierung der Komponenten und Bauteile zu erreichen. Oder es werden einzelne Verbindungskomponenten, die komplexere Funktionen lösen müssen, additiv erzeugt und ergänzen ein ansonsten fixes und konventionell hergestelltes System.

Author – Autor: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Knaack Technische Universität Darmstadt Institute of Structural Mechanics and Design FG Fassadentechnik Franziska-Braun-Straße 3, 64287 Darmstadt, Germany sowie TU Delft, Faculty of Architecture Chair Design of Construction Julianalaan 134 2628 BL Delft, the Netherlands

Companies and associations – Firmen und Verbände PORIT – Brochure for Aerated Concrete Masonry

PORIT – Broschüre zu Porenbeton-Mauerwerk

The newly published brochure “Mauerwerk” from PORIT GmbH offers well prepared information about masonry of PORIT autoclaved aerated concrete blocks, and can also serve as a starter reference for aerated concrete masonry. After introductory descriptions of aerated concrete as a building material, the various PORIT products for masonry are presented, followed by practical tips about correct use and processing and building physics aspects such as damp proofing, sound insulation, fire protection and thermal insulation. All content is based on current standards and regulations. Plenty of space is found for design and detailing. An example calculation helps to perform the verification of the structural stability of PORIT aerated concrete masonry of according to DIN EN 1996-1-1 (Eurocode 6) and the National Annex (NA). Construction detail drawings complete the practically based brochure, which can be ordered gratis from www.porit-kann-das.de or directly downloaded in digital form – http://porit-kann-das.de/assets/download/Mauerwerk.pdf.

Gut aufbereitete Informationen rund um das Mauerwerk aus PORIT-Porenbeton bietet die neu aufgelegte Broschüre „Mauerwerk“ der PORIT GmbH. Sie dient als Nachschlagewerk für einen ersten Einstieg in das Thema Porenbeton-Mauerwerk. Neben einführenden Erläuterungen zum Baustoff Porenbeton werden die unterschiedlichen PORIT Produkte für den Mauerwerksbau vorgestellt. Anschließend werden praktische Hinweise zur richtigen Anwendung und Verarbeitung sowie zu bauphysikalischen Aspekten wie Feuchteschutz, Schallschutz, Brandschutz und Wärmeschutz gegeben. Dabei bilden die aktuell geltenden Normen und Verordnungen die Grundlage für die Ausführungen. Einen breiten Raum nimmt die richtige Bemessung und Kons truktion ein. Ein Berechnungsbeispiel hilft bei der Umsetzung der regelkonformen Bemessung der Standsicherheit von Mauer werk aus PORIT-Porenbeton nach DIN EN 1996-1-1 (Eurocode 6) und Nationalem Anhang (NA). Zeichnerisch dokumentierte Ausführungsdetails bilden den Abschluss der praxis orientierten Fachbroschüre, die über www.porit-kann-das.de kostenlos bestellt oder direkt in digitaler Form heruntergeladen werden kann – http://porit-kann-das.de/assets/download/ Mauerwerk.pdf.

www.porit-kann-das.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Dietmar Walberg

DOI: 10.1002/dama.201600685

Solid and timber construction in residential buildings Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden In the context of a comprehensive analysis of the current situation in Germany’s residential sector as regards construction costs and developments in these, the Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (ARGE) undertook a specific study to investigate the use of the main materials for building walls (using both solid and timber construction methods) in residential buildings. In order to obtain comparable data, two buildings typical of the residential sector were modelled: an apartment block and a detached house. These reflect the current building situation in Germany. It should be noted that for both multi-storey buildings and detached homes, if we look at the median cost, it is more economical to use masonry for the basic structure than timber. The cost advantage of the solid construction method over the timber method for detached houses is 4 %, and the median advantage for apartment blocks is between 4.7 and 6 %. The studies we used in our assessment of the sustainability of the building materials used (for example from TU Darmstadt) conclude that both construction methods (solid and timber) are comparable in terms of the ‘ecological balance sheet’ results achieved over their entire life cycles and occupancy phases.

Im Rahmen ihrer umfassenden Analyse der Baukostensituation und -entwicklung im Wohnungsbau Deutschlands hat die Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. in einer gesonderten Studie auch den Einsatz der wichtigsten Wandbaustoffe (im Massiv- und Holzbau) für Wohngebäude untersucht. Um zu vergleichbaren Daten zu kommen, wurden zwei für den Wohnungsbau charakteristische Typengebäude gebildet: ein Mehrfamilien- und ein Einfamilienhaus, die die aktuelle Bausituation in Deutschland widerspiegeln. Festzustellen ist, dass sich sowohl im Geschosswohnungsbau als auch bei Einfamilienhäusern im Medianwert die Errichtung der Grundkonstruktion als Mauerwerksbau wirtschaftlicher darstellt als Holzkonstruktionen. Der Kostenvorteil von Massivbauweisen bei Einfamilienhäusern im Vergleich zu Holzkonstruktionen liegt bei ca. 4 %, bei Mehrfamilienhäusern im Median zwischen 4,7 und 6 %. Hinsichtlich der Bewertung der Nachhaltigkeit verwendeter Baumaterialien kommen für die Auswertung herangezogene Studien (z. B. der TU Darmstadt) zu dem Ergebnis, dass alle Kon struktionsarten (Massiv- und Holzbau) über den gesamten Lebenszyklus und die Nutzungsphase betrachtet, vergleichbare Ergebnisse in den ökobilanziellen Qualitäten liefern.

Keywords: residential construction; construction costs; solid construction; timber construction; masonry construction; economic efficiency; detached house; apartment block; building structure

Stichworte: Wohnungsbau; Baukosten; Massivbau; Holzbau; Mauerwerksbau; Nachhaltigkeit; Wirtschaftlichkeit; Einfamilienhaus; Mehrfamilienhaus; Baukonstruktion

1 Introduction

1 Einleitung

One of the major challenges facing German society is how to build affordable housing. The conditions in which we face this challenge have deteriorated significantly in recent years, particularly for new residential building and most especially in the mid-price range. However, examples are readily available to prove that it is possible to build housing of suitable quality that will remain useable in the long term. Looking at the projects undertaken can also show the basic technical and functional prerequisites for optimising costs in residential construction. ARGE has performed systematic, in-depth analysis of data and building costs for completed new-build projects; it has issued several comprehensive investigations and implementation studies on optimising costs when building rental housing and on the current cost drivers for residential construction in Germany.

Die Schaffung von bezahlbarem Wohnraum ist eine der zentralen gesellschaftlichen Aufgaben in Deutschland. Die Rahmenbedingen hierfür, insbesondere für den Neubau von Wohngebäuden, vor allem im mittleren Preissegment, haben sich in der letzten Zeit allerdings deutlich verschlechtert. Trotzdem gibt es genug Beispiele, die beweisen, dass es möglich ist, qualitativ angemessenen und nachhaltig nutzbaren Wohnraum zu schaffen. Gleichzeitig kann an diesen realisierten Projekten aufgezeigt werden, welche technischen und funktionalen Grundvoraussetzungen für einen kostenoptimierten Wohnungsbau gelten. In mehreren umfassenden Untersuchungen und Umsetzungsbetrachtungen zum bautechnisch- und kosten optimierten Mietwohnungsbau und zu den aktuellen Kostentreibern für den Wohnungsbau in Deutschland hat sich die Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. einge-

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

The precise definition of representative residential model buildings (model AB and model DH) has laid the foundations for a first unified basis for evaluation. Statistical findings and general market observations on residential building in Germany were used alongside requirements- based approaches (data and findings from ARGE construction and cost controlling) to define the outline data for these model buildings. Producing residential buildings, especially the building envelope, plays an increasingly important role in energy efficiency and sustainability requirements. For both detached houses and apartment blocks, the decision between solid and timber construction must be made by weighing up a large number of parameters. Energy efficiency and sustainability are not the only criteria: technical and economic aspects must also be applied and evaluated. Our study ‘Solid and timber construction in residential buildings’ compares the solid and timber building methods in greater detail from the perspective of costs, structural engineering and sustainability. The study focuses on exemplary, comparative representations of construction costs for models of both detached houses and apartment blocks. We compare the impact of costs and the relevant construction expenditure for the different building methods. The ‘detached house’ and ‘apartment block’ models have each been adapted for both the basic ‘solid’ and ‘timber’ building methods, to facilitate an objective comparison.

2 Residential buildings in Germany – Building materials for primary structural work 2.1 Residential construction using the solid method (reinforced concrete, brick, sand-lime brick, aerated concrete, lightweight concrete/pumice blocks) We have established that, in the period between 2010 and 2013, solid construction represents on average 74 % of the residential sector (timber is 15 %, other methods 11 %) – this translates to 71 000 residential buildings using the solid method – comprising some 58 000 detached houses and 6 600 apartment blocks across Germany (does not include semi-detached houses; Figures 1 and 2). In 2013, some 80.6 % of completed residential buildings used the solid method (15.7 % used timber and 3.6 %

hend mit der systematischen Daten- und Baukostenanalyse von fertiggestellten Neubauvorhaben beschäftigt. Durch die genaue Definition von repräsentativen Wohngebäudetypen (Typengebäude MFH und Typengebäude EFH) wurde das Fundament für eine erstmals einheitliche Bewertungsbasis geschaffen. Aus den statistischen Erkenntnissen und allgemeinen Marktbeobachtungen zum Wohnungsbau in Deutschland wurden in Verbindung mit bedarfsgerechten Ansätzen (Werte und Kenntnisse aus dem Bau- und Kostencontrolling der ARGE) die Rahmendaten für die Typengebäude definiert. Die Herstellung von Wohngebäuden – insbesondere der Gebäudehülle – bekommt dabei im Zuge der Anforderungen nach Energieeffizienz und Nachhaltigkeit eine immer bedeutendere Rolle. So ist stets auch die Entscheidung nach der jeweiligen Bauweise (Massiv oder Holz) sowohl bei Ein- als auch bei Mehrfamilienhäusern unter der Beachtung einer Vielzahl von Parametern abzuwägen. Nicht allein die Energieeffizienz oder die Nachhaltigkeit, sondern auch technische und wirtschaftliche Aspekte sind gegenüberzustellen und zu bewerten. In der Studie „Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden“ wurden die Massivbauweisen im Vergleich zu den Holzbauweisen unter kostenseitigen, bautechnischen und nachhaltigen Aspekte genauer untersucht. Schwerpunkte der Studie sind die beispielhaften und vergleichenden Darstellungen der Baukosten für ein modellhaftes Ein- und Mehrfamilienhaus. Die Auswirkungen der Kosten und der jeweiligen konstruktiven Aufwendungen der Bauweisen werden hier miteinander verglichen. Die Typengebäude „Einfamilienhaus“ und „Mehrfamilienhaus“ wurden jeweils in ihren wesentlichen konstruktiven Bauweisen „Massiv oder Holz“ angepasst, so dass sie untereinander sachlich zu vergleichen sind.

2 Wohngebäude in Deutschland – Baustoff der Primär konstruktion 2.1 Wohngebäude in Massivbauweise (Stahlbeton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Leichtbeton/Bims) Betrachtet man den Zeitraum von 2010 bis 2013, so kann man feststellen, dass der prozentuale Anteil der massiv errichteten Wohngebäude durchschnittlich ca. 74 % ergibt (Holzbau ca. 15 %, Sonstige ca. 11 %) – das sind pro Jahr

Number of buildings / Anzahl Gebäude 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Total residential / Wohnungsbau gesamt

EFH

MFH

Fig. 1. Completed residential con struction (buildings) in Germany (DH and AB) between 2010 and 2013 (Data from: Federal Statistical Office (DESTATIS), Federal Institute for Research on Building, Urban Affairs and Spatial Development (BBSR), own calculations and market obser vations) Bild 1. Erstellter Wohnungsbau (Gebäude) in Deutschland (EFH und MFH) von 2010 bis 2013 (Datenquelle: Statistisches Bundes amt, BBSR und eigene Berechnun gen sowie Marktbeobachtungen)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings

Number of buildings / Anzahl Gebäude 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Total residential / Wohnungsbau gesamt Total residential – solid construction / Wohnungsbau gesamt – Massivbauweise DH – solid construction / EFH – Massivbauweise AB – solid construction / MFH – Massivbauweise

Fig. 2. Completed residential construction (buildings) in Germany (DH and AB) – Detailed view: construction using the solid method between 2010 and 2013, information based on average buildings completed annually (Data from: Federal S tatistical Office (DESTATIS), Federal Institute for Research on Building, Urban Affairs and Spatial Develop ment (BBSR), own calculations and market observations) Bild 2. Erstellter Wohnungsbau (Gebäude) in Deutschland (EFH und MFH) – Detailbetrachtung: Ausführungen in Massivbauweise im Zeitraum von 2010 bis 2013, Angaben beziehen sich auf die durchschnittlich fertiggestellten Ge bäude p.a. ( Datenquelle: Statistisches Bundesamt, BBSR und eigene Berechnungen sowie Marktbeobachtungen)

other methods) – this equates to 83 000 residential buildings using the solid method – comprising some 67 500 detached houses and 8 800 apartment blocks across Germany (does not include semi-detached houses). The Länder of Rhineland-Palatinate, Baden-Württemberg, Hessen, Bavaria, Thuringia and Mecklenburg-Western Pomerania stood around the national average, building between 75 and 80 % using the solid method, while Saxony and Schleswig-Holstein built around 85 %. North Rhine-Westphalia, Lower Saxony, Saxony-Anhalt, Berlin and Brandenburg built almost 90 % of completed residential buildings using the solid method. For the sake of completeness, we should include Ham burg and Bremen: in 2013 they built around 95 % of all residential premises that were granted permission using the solid method. The availability of the raw materials for solid construction, such as lime, clay, chalk, sand or marl, form the basis for the processing industry established in each region. Building materials like brick, sand-lime brick, aerated concrete, lightweight concrete/pumice blocks are available almost everywhere in Germany equally, irrespective of whether the raw materials are sourced locally or not. If the materials are transported over long distances, a freight surcharge may be

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ca. 71 000 Wohngebäude in massiver Bauweise – davon etwa 58 000 Einfamilienhäuser und rund 6 600 Mehrfamilienhäuser bundesweit (ohne Betrachtung der Zweifami lienhäuser) (Bilder 1 und 2). Im Jahr 2013 sind sogar etwa 80,6 % der fertiggestellten Wohngebäude in massiver Bauweise erstellt worden (Holzbau ca. 15,7 %, Sonstige ca. 3,6 %) – das sind im 2013 Jahr ca. 83 300 Wohngebäude in massiver Bauweise – davon etwa 67 500 Einfamilienhäuser und rund 8 800 Mehrfamilienhäuser bundesweit (ohne Betrachtung der Zweifamilienhäuser). Im Bundesdurchschnitt bewegen sich Rheinland-Pfalz, Baden-Württemberg, Hessen, Bayern, Thüringen und Mecklenburg-Vorpommern bei im Schnitt etwa 75 bis 80 % fertiggestellter Wohngebäude in Massivbauweise, gefolgt von Sachsen und im Norden von Schleswig-Holstein mit ca. 85 %. In einer Größenordnung von fast 90 % fertiggestellter Wohngebäude in Massivbauweise bewegen sich Nordrhein- Westfalen, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Berlin und Brandenburg. Hamburg und Bremen der Vollständigkeit halber benannt mit etwa 95 % genehmigter Wohngebäude in Massiv bauweise in 2013. Die jeweilige regionale Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe für massive Bauweisen wie z. B. Kalk, Ton, Kreide, Sand oder Mergel bildeten die Basis für die Ansiedelung von verarbeitender Industrie. Die Baustoffe wie Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Leichtbeton/Bims sind bundesweit nahezu überall gleichermaßen verfügbar, unabhängig ob der Rohstoff vor Ort gewonnen wird oder nicht. Gegebenenfalls wird bei weitem Transport ein Frachtzuschlag erhoben. Etwas anders verhält es sich bei Ortbeton, da sind die maximalen Transportwege aus technischen Gründen vorgegeben. Bei Elementbeton/Elementwänden wird in der Regel ein noch wirtschaftlicher Lieferradius die Kosten beeinflussen, und bei darüber hinaus entfernten Baustellen ggf. ein Transportzuschlag in die Kalkulation einfließen. So gesehen sind die regionalen Einflüsse in Bezug auf das jeweilige Vorkommen an Rohstoffen heute noch überwiegend historischer Natur.

2.2 Wohngebäude in Holzbauweise Betrachtet man den Zeitraum von 2010 bis 2013, so ist festzustellen, dass sich der prozentuale Anteil der in Holzbauweise errichteten Wohngebäude um die 15 % bewegt (Bild 3). Das sind pro Jahr ca. 14 500 Gebäude – davon knapp 13 300 Einfamilienhäuser und rund 160 Mehrfamilienhäuser (ohne Betrachtung der Zweifamilienhäuser) jährlich bundesweit (Massiv ca.74 %, Sonstige ca. 11 %).

2.3 Statistiken Demnach liegen Rheinland-Pfalz, Baden-Württemberg, Hessen und Bayern bei im Schnitt etwa 20 % fertiggestellter Wohngebäude in Holzbauweise hier über dem Bundesdurchschnitt von 15,7 % (2013). Im Bundesdurchschnitt bewegen sich Thüringen, Mecklenburg-Vorpommern dicht gefolgt von Sachsen und im Norden von Schleswig-Holstein. In einer Größenordnung von ca. 10 % fertiggestellter Wohngebäude in Holzbauweise bewegen sich Nordrhein-

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

applied. The situation for cast-in-place concrete is somewhat different, since maximum transport distances apply for technical reasons. The cost of precast concrete shells or double wall panels will be influenced by the radius within which delivery is economically viable, and a transport surcharge will apply to the calculations for any building sites outside that radius. Thus regional influences in relation to the relative availability of raw materials are now largely a thing of the past.

2.2 Residential timber construction We have observed that the percentage of residential buildings using the timber method between 2010 and 2013 hovered around 15 % (Figure 3). This is equivalent to some 14 500 buildings a year across Germany – including some 13 300 detached houses and around 160 apartment blocks (not including semi-detached houses; solid construction 74 %, other 11 %).

2.3 Statistics According to the figures, the Länder of Rhineland-Palatinate, Baden-Württemberg, Hesse and Bavaria used the timber method more than the national average (of 15.7 % in 2013), with around 20 %. Hovering around the national average were Thuringia and Mecklenburg-Western Pomerania, closely followed by Saxony and – in the north – Schles wig-Holstein. Some 10 % of completed residential buildings in North Rhine-Westphalia, Lower Saxony, Saxony-Anhalt and Brandenburg used the timber method (in Berlin around 8 %). For the sake of completeness, we should include Hamburg and Bremen: 3 to 5 % of completed residential buildings used the timber method in 2013. The majority of residential buildings using the timber method were detached houses, the proportion of completed detached houses using the timber method was almost 17 % across Germany (2013). The proportion of multi-storey residential buildings nationwide using the timber method was 2.3 % (220 buildings, each containing more than 3 living units). It is not entirely correct to speak of a ‘north-south divide’ in terms of residential buildings using the timber method, since the northern Länder Schleswig-Holstein and Mecklenburg-Western Pomerania have around the national average, while North Rhine-Westphalia, Lower Saxony, Saxony-Anhalt and Brandenburg are also in the north but have less than the national average. Figure 4 shows timber method use alongside the proportion of wooded area in each Land: a ‘north-south divide’ can be identified here. It was beneficial in the past for the Länder with a strong tradition of half-timbered buildings, such as Hesse, to have a relatively high proportion of wooded area. The high proportion of wooded area in the Länder in the south of Germany compared to those in the north can indeed be taken as an indication – but not the sole explanation – of the above-average figures for residential buildings using the timber construction method there; it stands to reason. Historically, usage followed this pattern. Yet today a not insignificant proportion of timber used in southern Germany is bought in from neighbouring countries.

Number of buildings / Anzahl Gebäude 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Total residential / Wohnungsbau gesamt Total residential – timber construction / Wohnungsbau gesamt – Holzbauweise DH – timber construction / EFH – Holzbauweise AB – timber construction / MFH – Holzbauweise

Fig. 3. Completed residential construction (buildings) in Germany (DH and AB) – Detailed view: construction using the timber method between 2010 and 2013, information based on average buildings completed annually (Data from: Federal Statistical Office (DESTATIS), Federal Institute for Research on Building, Urban Affairs and Spatial Develop ment (BBSR), own calculations and market observations) Bild 3. Erstellter Wohnungsbau (Gebäude) in Deutschland (EFH und MFH) – Detailbetrachtung: Ausführungen in Holzbauweise im Zeitraum von 2010 bis 2013, Angaben beziehen sich auf die durchschnittlich fertiggestellten Ge bäude p. a. (Datenquelle: Statistisches Bundesamt, BBSR und eigene Berechnungen sowie Marktbeobachtungen)

Westfalen, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Brandenburg (Berlin mit ca. 8 %). Hamburg und Bremen seien der Vollständigkeit halber benannt mit 3 bis 5 % fertiggestellter Wohngebäude in Holzbauweise in 2013. Den größten Anteil an den Wohngebäuden in Holzbauweise bildet die Gruppe der Einfamilienhäuser – der Anteil der Baufertigstellungen für Einfamilienhäuser in Holzbauweise liegt bei knapp 17 % bundesweit (2013). Der prozentuale Anteil der mehrgeschossigen Wohngebäude liegt bundesweit bei 2,3 % (220 Gebäude mit jeweils mehr als 3 Wohneinheiten). Ein reines „NordSüd-Gefälle“ bei Wohngebäuden in Holzbauweise ist somit nicht so ganz stimmig, denn der Norden mit den Bundesländern Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern hält etwa den Bundesdurchschnitt, während Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Brandenburg unter dem Bundesdurchschnitt liegen. Eine Betrachtung in Zusammenhang mit den jeweiligen Waldanteilen der Bundesländer zeigt Bild 4. Hier ist ein erkennbares „Nord-Süd-Gefälle“ festzustellen. So ist allerdings historisch für die fachwerkreichen Bundesländer wie z. B. Hessen der relativ hohe Waldanteil von Vorteil gewesen. Der erhöhte Waldanteil der südlichen Bundesländer gegenüber den nördlichen Bundesländern

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings

Hesse / Hessen

42 %

Rhineland-Palatinate / Rheinland-Pfalz

42 %

Saarland / Saarland

39 %

Baden-Württemberg / Baden-Württemberg

38 %

Bavaria / Bayern

36 %

Brandenburg, Berlin / Brandenburg, Berlin

35 %

Thuringia / Thüringen

32 %

Saxony / Sachsen

28 %

North Rhine-Westphalia / Nordrhein-Westfalen

26 %

Lower Saxony, Hamburg, Bremen / Niedersachsen, HH, Bremen

24 %

Saxony-Anhalt / Sachsen-Anhalt

24 %

Mecklenburg-Western Pomerania / Mecklenburg-Vorpommern

23 %

Schleswig-Holstein / Schleswig-Holstein

10 %

Germany / Deutschland

31 %

Fig. 4. Wooded area as a percentage of each Land (Data from: Federal Ministry of Food and Agriculture – National Forest Inventory) Bild 4. Waldanteile der Bundesländer in Prozent (Datenquelle: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft – Bundeswaldinventur)

Schleswig-Holstein and Mecklenburg-Western Pomerania have the smallest proportions of wooded area, at 10 % and 23 % respectively, but levels of constructed completed residential buildings using the timber method are around the national average. Northern parts of Germany cannot be seen to have an advantage where wood is concerned, as it is undoubtedly necessary to import wood to this region.

2.4 The tradition and craft of building The building tradition and the experience it gathers over many years must certainly influence industry professionals’ preference for one or other building material, which they may hold without having tried and tested other materials or methods. While this is mainly true of private clients, housing companies and associations are also often risk-averse, and as such would resist a change in construction method from solid to timber. Other aspects may also come into play: tender specifications or building rules in particular districts may stipulate which building materials are used, and how. Nevertheless, individual cases have been identified in which clients, having calculated that costs and quality will be matched, have switched away from their usual building material or even their usual method. In places with a strong tradition of either carpentry or bricklaying, this decision to switch may be more likely for smaller projects.

2.5 The frameworks of construction policy and legislation The Land building regulations and their contents play a role which should not be underestimated, especially for multi-storey buildings. In the recent past many Land building regulations have changed to embrace the timber construction method and have, wherever possible in terms of structural stability, established what the timber industry sees as an equality of materials in building regulations. A Model Build-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

kann durchaus – wenn auch nicht in Gänze – als ein Indiz für die überdurchschnittliche Anzahl erstellter Wohngebäude in Holzbauweise gelten, was eigentlich auch nahe liegt. Historisch gesehen war das auch so, doch mittlerweile wird auch in Süddeutschland ein nicht unerheblicher Anteil an Hölzern aus dem nahen Ausland zugekauft. Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern weisen mit 10 % bzw. 23 % Waldanteil die geringsten Bestände auf, liegen aber bei den fertiggestellten Wohngebäuden in Holzbauweise im Bundesdurchschnitt. Hier kann die nördliche Region diesbezüglich nicht als Vorteil angesehen werden, was den Baustoff „Holz“ betrifft – dort muss in jedem Fall Holz importiert werden.

2.4 Bautradition und Handwerk Der Einfluss der Bautradition und die hiermit über einen langen Zeitraum gewonnenen Erfahrungen tragen mit Sicherheit dazu bei, den einen oder anderen Baustoff zu bevorzugen, ohne andere Materialien oder Bauweisen auf den Prüfstein zu setzen. Dies mag in erster Linie für den privaten Bauherrn gelten, aber auch bei Wohnungsgesellschaften will man oft „kein Risiko“ eingehen, insbesondere beim Wechsel der Bauart von Massiv zu Holz. Es sei denn, es spielen andere Aspekte wie z. B. Auflagen aus Wettbewerben oder besondere Baugebiete mit entsprechenden Vorgaben zur Verwendung von Baustoffen eine Rolle. Dennoch ist vereinzelt festzustellen, dass in erster Linie bei kalkulierter „Kostengleichwertigkeit“ und Gleichwertigkeit der Qualität der gewohnte Baustoff oder gar die gewohnte Bauweise gewechselt wird. Dort, wo jeweils das Zimmerer- oder das Maurerhandwerk traditionell stark besetzt ist, mag diese Tatsache eher bei kleineren Objekten eine gewisse Entscheidungsrolle spielen.

2.5 Politische und bauordnungsrechtliche Rahmen bedingungen Insbesondere bei Geschossbauten spielen die Landesbauordnungen mit ihren Inhalten eine nicht zu unterschätzende Rolle. So wurden in der jüngsten Vergangenheit zahlreiche Landesbauordnungen derart geändert, dass sie der Bauweise in Holz entgegenkommen und somit bauordnungsrechtlich – da wo hinsichtlich der Standsicherheit vertretbar – eine aus Sicht der Holzwirtschaft „Materialgleichwertigkeit“ erlauben. Vorlage hierzu war die von der Bauministerkonferenz formulierte Musterbauordnung, die als Richtschnur eine gewisse Vereinheitlichung der jeweiligen Landesbauordnungen herstellen soll. Der Deutsche Holzwirtschaftsrat (DHWR) hat dazu in einer Pressemitteilung vom 20. Mai 2014 ein sogenanntes „Bundesländerranking“ zur Holzverwendung im Bauwesen veröffentlicht. Grundlage dieses Rankings sind Zahlen aus einer Studie des Thünen-Instituts Hamburg (Institut für Holz forschung) aus dem Jahr 2013. Den ersten Platz im Länderranking belegt demzufolge das Bundesland BadenWürttemberg mit einer im Sinne des Gesetzgebers vorbildlich umgesetzten Novellierung seiner Landesbauordnung und der daraus resultierenden höchsten Holzbauquote. Den Bundesländern Niedersachsen, Saarland, Hessen, Rheinland-Pfalz, Brandenburg und Nordrhein-Westfalen werden durch ihre „veralteten“ Landesbauordnungen

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

ing Code (MBO) drawn up at a conference of German construction ministers formed the guiding principle behind these changes, and aims to create a certain uniformity in the building regulations for the individual Länder. The German wood industry body Deutsche Holzwirtschaftsrat (DHWR) published a press release on 20th May 2014 containing a ‘ranking’ of German Länder in terms of timber use in construction. This ranking is based on a 2013 study by the Thünen Institute in Hamburg (Institut für Holzforschung, specialising in forestry and wood science). Baden-Württemberg tops the ranking, with its exemplary implementation of statutory requirements in its building regulations, resulting in the highest proportion of timber use in construction. In contrast, the ranking also reflects the outdated building regulations in Lower Saxony, Saarland, Hesse, Rhineland-Palatinate, Brandenburg and North Rhine-Westphalia which constitute an obstacle to the use of timber. For example, in Brandenburg and North Rhine-Westphalia special authorisation is required to build blocks of over two storeys using the timber construction method. The DWHR concluded its study by calling on individual Länder to amend their building regulations on the basis of technological advances in timber construction.

3 Comparing the cost of building detached houses and apartment blocks using the solid and timber methods 3.1 Two typological models for residential construction The cost of different wall structures and building costs under headings 300 and 400 from DIN 276 (‘building structure’ and ‘building services’) was established using two model buildings (‘models’), the detached house and the medium apartment block. We explore below in some detail the model buildings developed, and their basic features as these relate to the observations on costs. All costs shown are gross (including VAT at the current rate).

3.1.1 Model buildings – the detached house and apartment block models An evaluation of the data on individual buildings may produce very informative results, especially when combined with detailed observations. However, such individual analysis based on the specific features of a project will not normally be typical, so the results cannot be simply taken to represent residential building in Germany as a whole. Indeed, the results can only be presented in very broad ranges and therefore only evaluated as trends. This is because, even where many sample buildings are assessed in a particular size range, the particular features of a building (such as incorporation among existing buildings or special foundations, individual building layouts perhaps with a basement or underground car park, different ways of ensuring accessibility and implementing energy standards) exercise such a great influence. In order to produce representative, transferrable results for the present study, we will therefore associate all our calculations and evaluations with the outline data for the model buildings as defined below: detached house (DH) and apartment block (AB). These are not sample buildings based on individual assessments, but instead reflect the funds allocated to res-

hingegen weiterhin Hemmnisse des Holzbaus attestiert. Als Beispiel wird das Erfordernis von Sondergenehmigungen für die Errichtung von Gebäuden in Holzbauweise mit mehr als zwei Geschossen im Land Brandenburg und in Nordrhein-Westfalen genannt. Als Fazit der Untersuchung werden einzelne Bundesländer durch den DHWR aufgefordert, ihre jeweiligen Landesbauordnungen auf der Grundlage der technologischen Weiterentwicklungen des Holzbaus zu novellieren.

3 Kostenvergleiche Ein- und Mehrfamilienhäuser Massivzu Holzbauweise 3.1 Zwei typologische Bauweisen im Wohnungsbau Am Beispiel von zwei Modellgebäuden („Typengebäuden“) – Einfamilienhaus und mittleres Mehrfamilienhaus – sind beispielhaft die Kosten für unterschiedliche Wandaufbauten als auch für die Baukosten der Kostengruppen 300 und 400 insgesamt ermittelt worden. Die entwickelten Modellgebäude und deren Grundlagen in Bezug auf die Kostenbetrachtungen sind im Folgenden näher erläutert. Alle Kosten sind Brutto (inkl. derzeitig aktueller MwSt.) dargestellt.

3.1.1 Modellgebäude („Typengebäude“ – Einfamilienhaus und Mehrfamilienhaus) Eine Datenauswertung von einzelnen Gebäuden kann grundsätzlich insbesondere bei Detailbetrachtungen zu aufschlussreichen Ergebnissen führen. Allerdings handelt es sich bei solchen Einzelanalysen aufgrund der ggf. vorhandenen Besonderheiten des Projektes i. d. R. nicht um repräsentative Aussagen, so dass diese nicht ohne weiteres auf den Wohnungsbau in Deutschland übertragen werden können. Selbst bei einer Vielzahl von ausgewerteten Beispielgebäuden eines bestimmten Projektgrößenbereichs sind die gebäudespezifischen Besonderheiten (z. B. besondere Einbau- oder Gründungssituationen, individuelle Bauausführungen u. a. mit Kellergeschoss oder Tiefgarage sowie verschiedene Umsetzungen in Bezug auf Barrierefreiheit und hinsichtlich des energetischen Standards etc.) von so großer Bedeutung, dass die Ergebnisse nur in sehr weiten Spannen dargestellt und somit lediglich in ihrer Tendenz gewertet werden können. Um in der vorliegenden Untersuchung zu repräsentativen und übertragbaren Ergebnissen zu kommen, werden deshalb alle Berechnungen und Auswertungen auf die Rahmendaten der im Folgenden definierten Typengebäude EFH und MFH bezogen. Diese stellen keine auf Einzelauswertungen beruhenden Beispielgebäude dar, sondern spiegeln vielmehr die auf Grundlage von Statistiken, Marktbeobachtungen und einem umfangreichen und differenzierten Bau- und Kostencontrolling bestimmten Mittel für den Wohnungsbau in der derzeitigen Baupraxis wider.

3.1.2 Eckdaten für das Typengebäude – Einfamilienhaus Festlegungen auf Grundlage der aktuellen Wohnungsbausituation –– Einfamilienhaus im mittleren Qualitätssegment –– Einbausituation: freistehend –– Anzahl Wohnungen: 1 WE

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings

idential building according to current practice, based on: statistics; observation of the market; and comprehensive, differentiated controlling of construction and costs.

3.1.2 Key features of the detached house model Established on the basis of the current situation for residential construction –– detached house, mid-range quality –– relation to existing buildings: freestanding –– number of living units: 1 living unit –– mean living space: 146 m2 –– mainly 4 to 5 rooms Additional features based on requirements –– detached house with two full storeys –– access infrastructure: interior stairs –– basic variation: monopitched roof/no basement –– energy status in accordance with EnEV as of 2016

3.1.3 Key features of the apartment block model Established on the basis of the current situation for residential construction (Figure 5) –– small to medium apartment block, mid-range quality –– relation to existing buildings: freestanding –– number of living units: 12 living units –– mean living space: 73 m2 –– mainly 3 to 4 rooms per living unit Additional features based on requirements –– building height < 13 m (lift not stipulated under the Model Building Code) –– 5 residential stories (maximum for the building height) –– tower block (optimal for relatively large living units) –– access infrastructure: central stairwell (access to two or three living units per storey) –– building depth > 10 m; < 14 m (compact/lighting etc.) –– basic variation: flat roof/no basement/no lift –– energy status in accordance with EnEV as of 2016

3.2 Comparing costs – cost of external walls and overall construction costs 3.2.1 Explaining the observations on costs – cost of external walls and overall construction costs As explained in detail above, the evaluation of data on individual buildings produces informative results primarily

View: entrance / Ansicht Eingang

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

–– ∅ Wohnungsgröße: ca. 146 m2 –– überwiegend 4 bis 5 Wohnräume Ergänzende Festlegungen auf Grundlage bedarfsgerechter Ansätze –– Einzelhaus mit zwei Vollgeschossen –– Erschließung: innenliegende Treppe –– Grundvariante: Pultdach/ohne Kellergeschoss –– energetischer Stand gemäß EnEV ab 2016

3.1.3 Eckdaten für das Typengebäude – Mehrfamilienhaus Festlegungen auf Grundlage der aktuellen Wohnungsbausituation (Bild 5) –– kleines bis mittleres Mehrfamilienhaus im mittleren Qualitätssegment –– Einbausituation: freistehend –– Anzahl Wohnungen: 12 WE –– ∅ Wohnungsgröße: ca. 73 m2 –– überwiegend 3 bis 4 Wohnräume je WE Ergänzende Festlegungen auf Grundlage bedarfsgerechter Ansätze –– Gebäudehöhe < 13 m (Aufzug nach MBO nicht zwingend erforderlich) –– 5 Wohngeschosse (Maximum in Bezug auf die Gebäudehöhe) –– Punkthaus (Optimum bei verhältnismäßig großen WE) –– Erschließung: zentrales Treppenhaus (Zwei- bzw. Dreispänner) –– Gebäudetiefe > 10 m; < 14 m (Kompaktheit/Belichtung etc.) –– Grundvariante: Flachdach/ohne Kellergeschoss/ohne Aufzug –– energetischer Stand gemäß EnEV ab 2016

3.2 Kostenvergleich – Kosten von Außenwandkonstruktionen und Baukosten 3.2.1 Erläuterung Kostenbetrachtung – Außenwandkonstruktionen und Baukosten Wie bereits vorgehend ausführlich erläutert, können die Ergebnisse aus Datenauswertungen von einzelnen Gebäuden vor allem bei Detailbetrachtungen aufschlussreich sein. Allerdings können solche Auswertungen von Beispielgebäuden aufgrund der jeweiligen gebäudespezifischen Besonderheiten übergeordnet nur in sehr großen Spannen und somit lediglich in ihrer Tendenz gewertet werden. Die-

View: side / Ansicht Seite

Fig. 5. Typical elevations of an apartment block (entrance and side) Bild 5. Beispielansicht (Eingangsseite und Seiten ansicht) des Mehrfamilien hauses

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

when examined in detail. Yet, as buildings all have their own particular features, such evaluations of sample buildings may only be considered of major importance when gathered into very broad ranges, and thus we can only evaluate the trends in these. This applies in particular to observations on costs, where – even if data is allocated to specific project sizes – overall building costs can usually vary by over 50 %. Furthermore, the cost values determined using the present method tend to be very high, as they group together all the buildings’ particular features (such as specific requirements for incorporation among existing buildings or special foundations, individual building layouts perhaps with a basement or underground car park, different ways of ensuring accessibility and implementing energy standards). It would therefore be impossible to make firm statements in this case about annual increases in construction costs, since the building layouts for the sample buildings vary from year to year. In order to obtain representative, transferrable results for residential construction in Germany, overall construction costs and the costs associated with building external walls will be subjected to an in-depth evaluation, just as energy consumption figures are adjusted to take weather conditions into account. For this evaluation, it is essential to have a comprehensive knowledge of the sometimes highly complex relationships between costs in building.

3.2.2 Underlying data The following primary sources of data were available to our study: –– evaluations of construction costs and price databases from the Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (ARGE) –– the latest price surveys in the construction industry, among developers and prefabricated housing suppliers –– the results of building research studies conducted by ARGE across Germany based on representative cost surveys performed in conjunction with the housing industry. As the construction industry body, ARGE has been recording construction costs since 1946. Since that time, it has produced annual evaluations and reports on regional and supra-regional building activity and recorded construction industry data and conditions. It also keeps price databases, based on an analysis of construction work already accounted for. These are recorded in a regional and supra-regional archive, and compared to national data. The costs are recorded separately according to the parameters of the different projects, and include any particular features of the building which were observed during controlling: either of the financial support for social housing or of funding for private sector projects. The evaluations all include validation, and an assessment of how appropriate both calculated and actual costs were. Consultancy and support are also provided during the tendering process for most new-build projects. The cost information in the study relates to costs as at the first quarter of 2014, and includes statutory VAT (gross costs). Special and other discounts made by specialist firms and product manufacturers for orders in a particular pe-

ses trifft insbesondere auf den Bereich der Kostenbetrachtung zu, bei denen selbst bei Zuordnung der Daten auf bestimmte Projektgrößenbereiche Baukostenspannen von meist über 50 % die Regel sind. Hinzu kommt, dass die mit der vorstehenden Methode bestimmten mittleren Kostenwerte tendenziell sehr hoch liegen, da sie gebäudespezifische Besonderheiten (z. B. besondere Einbau- oder Gründungssituationen, individuelle Bauausführungen u. a. mit Kellergeschoss oder Tiefgarage sowie verschiedene Umsetzungen in Bezug auf Barrierefreiheit und hinsichtlich des energetischen Standards etc.) miteinander vermengen. Aus diesem Grund wäre es in diesem Zusammenhang auch nicht möglich, konkrete Aussagen über jährliche Baukostensteigerungen zu treffen, da sich die Bauausführungen bei den Beispielgebäuden von Jahr zu Jahr unterscheiden. Um repräsentative und übertragbare Ergebnisse für den Wohnungsbau in Deutschland zu erhalten, sind also die Baukosten und die Kosten von Außenwandkonstruk tionen, ähnlich einer Witterungsbereinigung bei Energieverbräuchen, einer fundierten Kostenbewertung zu unterziehen. Hierfür sind umfangreiche Kenntnisse über die teilweise sehr komplexen Kostenzusammenhänge am Bau unerlässlich.

3.2.2 Datenbasis Für die Untersuchung lagen als primäre Datenquellen zugrunde: –– die Baukostenauswertungen und Preisdatenbanken der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. –– aktuelle Preisabfragen der Bauwirtschaft, Bauträger und Fertighausanbieter –– Untersuchungsergebnisse aus dem bundesweiten Bauforschungsbereich der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. auf Grundlage von repräsentativen Kostenerhebungen in Zusammenarbeit mit der Wohnungswirtschaft Die Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. erfasst als bauwirtschaftliches Institut Baukosten seit 1946. Seitdem finden jährliche Auswertungen und Berichte über die regionale und überregionale Bautätigkeit sowie die Erfassung der bauwirtschaftlichen Daten und Zusammenhänge statt. Gleichzeitig werden Preisdatenbanken geführt, die auf der Analyse abgerechneter Baumaßnahmen beruhen. Diese werden in einem regionalen aber auch überregionalen Archiv mit Vergleich von nationalen Daten erfasst. Die Baukosten werden separat nach den verschiedenen Projektparametern inkl. der vorhandenen gebäudespezifischen Besonderheiten aufgenommen, die sowohl im Fördercontrolling der Sozialen Wohnraumförderung als auch im Bereich der freifinanzierten Bauvorhaben beobachtet werden. Zu den Auswertungen gehören immer die Plausibilitätsprüfung sowie die Bewertung der Angemessenheit von berechneten und erzielten Baukosten. Bei den meisten der Neubauvorhaben findet darüber hinaus eine Beratung und Begleitung der Ausschreibungs- und Angebotsverfahren statt. Die in der Untersuchung aufgeführten Kostenangaben beziehen sich auf den Kostenstand 1. Quartal 2014 und beinhalten die gesetzliche Mehrwertsteuer (Bruttokosten). Rabattierungen und Sonderabschläge von Fachfirmen und

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings

riod or payments by a particular method have been excluded from our observations. Cost information takes the form of scales of costs, combined with the relevant median figures. The key cost figures are based on living space (in € per m2). The figures for comparing the cost of external wall construction are listed in relation to external wall area (again in € per m2). The basic costs investigated and listed are key figures that relate directly to the basic variations of the set residential model buildings, as described – including the outline data and relevant energy standard (EnEV as of 2016). The scale for these key cost figures is displayed using at least a ‘from’ value at the lower end and a ‘to’ value at the upper end. In this context, the median value shows the current median for the cost data analysed (from an analytical point of view, the median is more statistically certain than the mean, and thus better reflects the reality of construction costs).

3.2.3 Procedure for assessing costs – construction costs The evaluation of costs for new-build projects that have been completed and accounted for follows a precise, established procedure. In broad terms, it is divided into five separate work/evaluation steps. Depending on the different project parameters for the various new-build projects, the focus and evaluation effort will be spread very differently across the different steps. For instance, projects which throw up anomalies in validation normally take a lot of research and processing (Step 1). On the other hand, projects realised with many particular specific features will take significantly longer at the stages for gathering evidence and determining expenditure (Step 2). The individual steps in the cost evaluation process are shown below: Step 1: establish costs for individual new-build projects, including a plausibility check and an assessment of how appropriate both calculated and actual building costs were Step 2: investigate the basic costs, considering the expenditure on individual and particular features of the building by the relevant trades (e.g. masonry veneer, a higher energy standard, accessibility in accordance with DIN 18040 etc.) Step 3: adjust these basic costs for the basic variation of the model residential buildings as defined, including the key figures and outline data for both model buildings (calculation matrix procedure for cost evaluation in new-build projects based on the ARGE archive of construction costs) Step 4: consider the relevant increases in construction costs for individual market segments since costs for the new-build project were established (price index from the ARGE archive of construction costs, compared against the price index for the German construction industry from the Federal Statistical Office DESTATIS)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Produktherstellern, die für bestimmte Auftragszeiträume oder Zahlungsarten von diesen gewährt wurden, sind von den Betrachtungen ausgenommen. Die Kostenangaben sind in Form von Kostenspektren in Verbindung mit den entsprechenden Medianwerten dargestellt. Dabei beziehen sich die Kostenkennwerte grundsätzlich auf die Wohnfläche (€ je m2 Wohnfläche). Bei dem Kostenvergleich der Außenwandkonstruktionen sind die Angaben in Bezug auf ihre Außenwandfläche (€ je m2 AWF) aufgeführt. Bei den ermittelten und gelisteten Grundkosten handelt es sich um Kostenkennwerte, die in direktem Zusammenhang mit der beschriebenen Grundvariante des definierten Wohngebäudetyps und somit einschließlich der Rahmendaten sowie des festgelegten energetischen Standards (EnEV ab 2016) stehen. Das Kostenspektrum der Kostenkennwerte wird im Minimum durch den Von-Wert und in seinem Maximum durch den BisWert dargestellt. In diesem Zusammenhang gibt der Median-Wert den aktuellen Zentralwert der analysierten Kostendaten an (unter analytischen Gesichtspunkten besitzt der Zentralwert im Gegensatz zum Mittelwert eine höhere statistische Sicherheit, wodurch eine bessere Wiedergabe der Realität in Bezug auf die Baukosten einhergeht).

3.2.3 Vorgehen bei der Kostenbewertung – Baukosten Die Kostenbewertung der fertiggestellten und abgerechneten Neubauvorhaben erfolgt nach einem genau festgelegten Vorgehen. Dieses ist übergeordnet in fünf separate Arbeits- bzw. Bewertungsschritte gegliedert. In Abhängigkeit von den verschiedenen Projektparametern in den jeweiligen Neubauvorhaben liegen die Schwerpunkte bzw. der Bewertungsaufwand in den Einzelschritten teilweise sehr unterschiedlich. Beispielsweise lösen Projekte, die in der Plausibilitätsprüfung Auffälligkeiten aufweisen, im Allgemeinen einen großen Recherche- und Bearbeitungsaufwand aus (Schritt 1). Andererseits können Projekte, die mit einer Fülle von gebäudespezifischen Besonderheiten realisiert wurden, beim Nachweis bzw. bei der Bestimmung des entsprechenden Kostenaufwandes einen noch deutlich größeren zeitlichen Aufwand bedeuten (Schritt 2). In der folgenden Aufstellung sind die einzelnen Schritte in Bezug auf das Vorgehen bei der Kostenbewertung aufgeführt: Schritt 1: Feststellung der Kosten in den einzelnen Neubauvorhaben inkl. Plausibilitätsprüfung sowie Bewertung der Angemessenheit von berechneten und erzielten Baukosten Schritt 2: Ermittlung der Grundkosten unter Berücksichtigung des Kostenaufwandes von individuellen und gebäudespezifischen Besonderheiten in den jeweiligen Gewerken (z. B. für Verblendmauerwerk, einen höheren energetischen Standard, Barrierefreiheit gemäß DIN 18040 etc.) Schritt 3: Anpassung der Grundkosten in Bezug auf die Grundvariante des definierten Wohngebäudetyps einschließlich der festgelegten Kennzahlen und Rahmendaten für die beiden

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

Step 5: adjust costs for regional cost factors (regional factors from the ARGE archive of construction costs adjusted for example in light of current BKI publications [Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern GmbH, Stuttgart])

3.2.4 Basic and additional variations Basic costs for the basic variation of both building models were established by applying the procedure described above when evaluating costs, including the calculation matrix procedure. The additional variation for each model was established on the basis of the basic variation, and has been investigated separately.

3.3 Comparing costs for external walls and overall construction costs 3.3.1 Detached house – types of external wall construction For the detached house building type, the following building materials were investigated for the masonry; these materials have the biggest market shares: –– brick –– aerated concrete –– lightweight concrete –– sand-lime brick For concrete, we assumed the use of reinforced concrete double wall panels; for timber we assumed wall panels prefabricated using the timber construction method. The external wall structures were taken to be either single-shell, plastered walls (brick, aerated concrete, lightweight concrete) or a system comprising multiple layers (sand-lime brick, concrete double walls). Costs relate to prefabricated external walls complete with internal plaster and external render, insulation and windows plus extras such as positioning openings, lintels etc. This will ensure comparability between solid construction methods and external walls using the timber method from prefabricated housing suppliers. The ‘additions’ such as plaster, render and windows have the same fixed starting point for all the various external wall types, to preclude any further impact on the price distribution scale. The building models and the various external wall types have been calculated in accordance with the Federal Energy Saving Ordinance (EnEV) 2016, in order to ensure the results of this study remain useable in the long term. Our evaluation in compliance with the basis and approaches described above produced the results displayed in Figure 6. Comments on masonry Besides regional influences relating to possible differences in pricing, it is mainly the difference in building materials used for the masonry that leads to the spread of results. For example brick, aerated concrete and lightweight concrete are employed as a single masonry layer providing thermal insulation. Where external walls have masonry made of sand-lime brick, the wall’s different functions are separated and external wall insulation (cladding) is used.

Typengebäude (Rechenmatrixverfahren zur Kostenbewertung von Neubauvorhaben auf Basis des Baukostenarchivs der ARGE) Schritt 4: Berücksichtigung der jeweiligen Baukostensteigerungen in den einzelnen Leistungsbereichen seit Kostenfeststellung des Neubauvorhabens (Preisindizes aus dem Baukosten archiv der ARGE im Abgleich mit Preisindizes für die deutsche Bauwirtschaft des Statistischen Bundesamtes, destatis) Schritt 5: Abgleich der Kosten mit regionalen Kostenfaktoren (Regionalfaktoren aus dem Baukostenarchiv der ARGE im Abgleich z. B. mit aktuellen BKI-Veröffentlichungen [Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern GmbH, Stuttgart])

3.2.4 Grund- und Zusatzvariante Unter Anwendung des beschriebenen Vorgehens bei der Kostenbewertung sind unter Einbeziehung des Rechenmatrixverfahrens die Grundkosten der beiden Typengebäude in der jeweiligen Grundvariante ermittelt worden. Die Zusatzvariante ist jeweils darauf basierend beschrieben und zusätzlich zur Grundvariante ermittelt worden.

3.3 Kostenvergleich Außenwandkonstruktionen und Bauwerkskosten 3.3.1 Einfamilienhaus – Außenwandkonstruktionen Für das Typengebäude Einfamilienhaus wurden für den Bereich des Mauerwerks folgende Baustoffe untersucht, die die meisten Marktanteile aufweisen: –– Ziegel –– Porenbeton –– Leichtbeton –– Kalksandstein Für den Bereich des Betons wurden Stahlbetonelementwände und für den Baustoff „Holz“ sind Fertigwände in Holzbauweise angesetzt. Die Außenwandaufbauten sind als einschalige, geputzte Wände (Ziegel, Porenbeton, Leichtbeton) bzw. mehrschichtige Systeme (Kalksandstein, Betonelementwände) angesetzt worden. Die Kosten beziehen sich jeweils auf fertig erstellte Außenwände komplett mit Innenund Außenputz, Dämmung sowie Fenstern und Zulagen wie Anlegen von Öffnungen, Stürzen etc., um eine Vergleichbarkeit von massiven Bauweisen zu Außenwänden in Holzbauweisen von Fertighausanbietern herleiten zu können. Die „Zusatzkosten“ wie Putz, Fenster etc. sind für die unterschiedlichen Außenwandaufbauten mit gleicher Ausgangsbasis angesetzt, um die Preisstreuung nicht weiter zu beeinflussen. Die Typengebäude bzw. die jeweiligen Außenwandaufbauten sind unter Berücksichtigung der Energieeinsparverordnung ab 2016 gerechnet, um die Ergebnisse der Studie langfristiger nutzen zu können. Die Auswertung nach den Grundlagen und Ansätzen wie vor beschrieben ergab die in Bild 6 dargestellten Ergebnisse.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings Detached house / Einfamilienhaus €/m2

exterior wall ares / €/m2 Außenwandfläche (AWF) from / median /to / von / Median / bis Exterior wall masonry / Außenwände Mauerwerk

282 / 336 / 421

Exterior wall concrete / Außenwände Beton

321 / 365 / 439

Exterior wall wood / Außenwände Holz

310 / 374 / 458

Showing the cost of exterior wall construction / Darstellung der Kosten von Außenwandkonstruktionen

Exterior wall masonry / Außenwände Mauerwerk Exterior wall concrete / Außenwände Beton Exterior wall wood / Außenwände Holz

336 €/m2 AWF 365 €/m2 AWF 374 €/m2 AWF

160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 [€/m2 exterior wall area / €/m2 Außenwandfläche]

Fig. 6. Overview of cost ranges for external wall construction in masonry/concrete/wood Bild 6. Kostenspannen von Außenwandkonstruktionen Mauerwerk/Beton/Holz – Übersicht

Comments on concrete This refers to reinforced concrete double wall panels, which usually also need added external wall insulation to comply with the relevant energy standard. These storey-height wall panels can be erected relatively quickly compared to traditional masonry, but usually incur higher transport costs and are therefore often sold subject to a surcharge for smaller projects. Cast-in-place concrete is rarely used for the walls of detached houses – in this case the great expense of transportation and interim storage for the shuttering systems, the space required for several lorries at the same time, the use of cranes are not offset by the purported time benefit this would bring when erecting external walls. We do not therefore cover walls made of cast-in-place concrete for detached houses. Comments on wood The figures for the timber construction method are distributed very widely, although the median for this material is the highest. The manufacturers of this sort of wall are predominantly based in the south of Germany. Different requirements in terms of materials (wood quality and processing) and accompanying measures such as quality control in the factories may influence costs. Furthermore, optimising acoustic and fire protection properties means most external walls are not made purely from wood, but are composites combining wood with films (for airtightness) and plasterboard. Here too, a wide spread of prices is possible. Conclusion – erecting external walls If we focus purely on the median values, it emerges that the cheapest material for building external walls in Germany is masonry (€ 336/m2 of external wall). Next come reinforced concrete double wall panels, at a cost of some € 30/m2 more. External walls using the timber method cost around € 374/m2.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Anmerkungen Mauerwerk Neben regionalen Einflüssen in Bezug auf die möglichen unterschiedlichen Preisgestaltungen sind es im Wesent lichen auch die unterschiedlichen Baustoffe des jeweiligen Mauerwerks, die zu einer Streuung führen. So werden beispielsweise Ziegel, Porenbeton und Leichtbeton als wärmedämmendes monolithisches Mauerwerk ausgeführt. Bei funktionsgetrennten Außenwänden aus Kalksandsteinmauerwerk wird eine Außendämmung (Wärmedämmverbundsystem) angesetzt. Anmerkungen Beton Hier sind Stahlbetonelementwände gemeint, die zur Einhaltung des gewählten energetischen Standards im Regelfall eine Außendämmung (Wärmedämmverbundsystem) benötigen. Die geschosshohen Wandelemente können im Vergleich zum traditionellen Mauerwerk relativ schnell errichtet werden, erfordern aber meist höhere Transportkosten und werden bei kleineren Objekten oft mit „Preisaufschlägen“ angeboten. Ortbetonwände beim Einfami lienhausbau sind fast nicht anzutreffen – der enorme Aufwand für den Transport und Zwischenlagerung der Schalungssysteme, Platzbedarf von mehreren Lkw gleichzeitig, Kraneinsatz etc. wiegt den vermeintlichen Zeitvorteil bei der Erstellung der Außenwände nicht auf. Ortbetonwände wurden daher bei Einfamilienhäusern nicht berücksichtigt. Anmerkungen Holz Die Streuung bei Holzbauweisen ist recht breit aufgestellt, wobei der Medianwert hier den vergleichsweise höchsten Wert darstellt. Hierbei sind die Hersteller dieser Wandaufbauten eher im süddeutschen Raum ansässig. Unterschiedliche Ansprüche in Bezug auf die Baustoffe (Qualität und Bearbeitung der Hölzer) und flankierende Maßnahmen wie Qualitätskontrollen in den Werken können dazu beitragen, dass sie kostenbeeinflussend sind. Ferner handelt es sich wegen der Optimierung von Schall- und Brandschutzeigenschaften in den meisten Fällen nicht um reine Holzaußenwände, sondern um „Mischbauweisen“ im Verbund mit Folien (Stichwort Luftdichtheit) und Gipsplatten. Auch hier ist eine preisliche Streuung möglich. Fazit – Außenwandaufbauten Betrachtet man allein die „Zentralwerte“ – also die Medianwerte – so ist festzustellen, dass Außenwandaufbauten mit Mauerwerk derzeit in Deutschland am kostengünstigsten (336,– €/m2 AWF) erstellt werden können. In einem Abstand von knapp plus 30,– €/m2 AWF hierzu folgen die Stahlbetonelementwände. Außenwände in Holzbauweise liegen bei etwa 374,– €/m2 AWF.

3.3.2 Einfamilienhaus – Bauwerkskosten Die Auswirkungen der jeweiligen Bauweisen der Außenwände hat auch einen Einfluss auf die Baukosten der Kostengruppen 300 und 400 (Gebäudekosten). Bei der Betrachtung des Typengebäudes „Einfamilienhaus“ wurden sowohl die Grund- als auch die Zusatzvariante (Gebäude wie vor – jedoch mit Kellergeschoss und entsprechenden Neben- und Funktionsräumen) exemplarisch untersucht.

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

3.3.2 Detached house – construction costs The construction method used for the external walls also has an impact on building costs in groups 300 and 400 (from DIN 276). We investigated costs in relation to both the basic and the additional variation on the ‘detached house’ model. (The additional variation is as above but with a basement and the relevant ancillary and service areas). Figures 7 to 10 show ‘masonry’, ‘concrete’ and ‘timber’ in relation to overall construction costs and the percentage of these costs used for exterior walls. Comparison of basic variations Per square metre of living area, the difference between the median cost for masonry construction and that for timber, using the basic variation, is € 68/m2 (difference between concrete and timber € 24/m2). Comparison of additional variations Per square metre of living area, the difference between the median cost for masonry construction and that for timber, using the basic variation, is € 79/m2 (difference between concrete and timber € 35/m2). As we have assumed a total living area of 146 m2, construction costs for the basic variation using masonry are € 237 104 (concrete € 243 528) and for wood € 247 032. Hence the difference we have calculated between the cost of masonry and timber is almost € 10 000 (difference between concrete and timber around € 3 500). As a comparator, the additional variation with basement would cost € 267 180 using masonry (€ 273 604 using

Detached house / Einfamilienhaus

Basic variation / Grundvariante

Additonal variation / Zusatzvariante

€/m2 living space / €/m2 Wohnfläche from / median / to / von / Median / bis

Masonry / Mauerwerk

1.492 / 1.624 / 1.753

1.684 / 1.830 / 1.975

Concrete / Beton

1.534 / 1.668 / 1.799

1.724 / 1.874 / 2.023

Timber / Holzbau

1.480 / 1.692 / 1.902

1.671 / 1.909 / 2.151

Fig. 7. Cost ranges for construction in masonry/concrete/ wood for the basic and additional variations Bild 7. Kostenspannen der Baukosten Mauerwerk/Beton/ Holzbau in Grund- und Zusatzvariante

Detached house / Einfamilienhaus

Basic variation / Grundvariante

In den Bildern 7 bis 10 sind „Mauerwerk“, „Beton“ und „Holzbau“ in Bezug auf die Baukosten und die prozentualen Außenwandanteile im Vergleich dargestellt. Vergleich „Grundvariante“ In Bezug auf den Quadratmeter Wohnfläche beträgt die Differenz der Medianwerte Mauerwerk zu Holzbauweise in der Grundvariante 68,– €/m2 Wohnfläche (Beton zu Holzbau 24,– €/m2 Wohnfläche). Vergleich „Zusatzvariante“ In Bezug auf den Quadratmeter Wohnfläche beträgt die Differenz der Medianwerte Mauerwerk zu Holzbauweise in der Grundvariante 79,– €/m2 Wohnfläche (Beton zu Holzbau 35,– €/m2 Wohnfläche). Bei angenommenen 146 m2 Gesamtwohnfläche betragen die Baukosten für die Grundvariante Mauerwerk 237 104,– € (Beton 243 528,– €) und für die Holzbauweise 247 032,– €. Das ergibt eine rechnerische Differenz Mauerwerk zu Holzbau von knapp 10 000,– € (Differenz Beton zu Holzbau ca. 3 500,– €). Dazu im Vergleich die unterkellerte Zusatzvariante in Mauerwerk 267 180,– € (Beton 273 604,– €) und für die „Holzbauweise“ 278 714,– €. Das ergibt eine rechnerische Differenz Mauerwerk zu Holzbau von knapp 11 500,– € (Differenz Beton zu Holzbau ca. 5 000,– €). Betrachtet man die jeweiligen Baukosten, so ist feststellbar, dass im Medianwert die Baukosten bei Holzbau zu Mauerwerk um ca. 4,1 bis 4,3 % und bei Holzbau zu Beton um ca. 1,4 bis 1,9 % höher ausfallen. Bild 9 stellt anschaulich die Bereiche der Baukosten der unterkellerten Zusatzvariante dar.

3.4 Kostenvergleich Außenwandkonstruktionen und Bauwerkskosten Mehrfamilienhaus 3.4.1 Mehrfamilienhaus – Außenwandkonstruktionen Für das Typengebäude Mehrfamilienhaus wurden für den Bereich des Mauerwerks folgende Baustoffe untersucht, die die meisten Marktanteile aufweisen: –– Ziegel –– Porenbeton –– Leichtbeton –– Kalksandstein Für den Bereich des Betons wurden Stahlbetonelementwände/Ortbetonwände und für den Baustoff „Holz“ sind Fertigwände in Holzbauweise angesetzt.

Additonal variation / Zusatzvariante

Proportion of building costs (categories 300 and 400) for external walls / Außenwandanteil an den Baukosten (KG 300-400) Masonry / Mauerwerk

28,6 % / 31,3 % / 36,4 %

25,4 % / 27,8 % / 32,3 %

Concrete / Beton

31,7 % / 33,1 % / 36,9 %

28,2 % / 29,5 % / 32,8 %

Timber / Holzbau

29,7 % / 35,5 % / 37,3 %

26,3 % / 29,7 % / 33,9 %

Fig. 8. External walls as a percentage of overall construction costs, masonry/concrete/timber method Bild 8. Prozentuale Aufteilungen der Außenwandanteile an den Baukosten Mauerwerk/Beton/Holzbau

Building costs for the additional variation (headings 300 and 400) / Baukostendarstellung in der Zusatzvariante (KG 300 – 400) Masonry / Mauerwerk Concrete / Beton Timber / Holzbau

1.830 €/m2 Wfl. 1.874 €/m2 Wfl. 1.909 €/m2 Wfl.

1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 [€/m2 residential area / €/m2 Wfl.]

Fig. 9. Comparison of construction costs for the additional variation in masonry/concrete/wood Bild 9. Gegenüberstellung der Baukosten der Zusatzvariante Massivbau/Holzbau

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings

concrete) and € 278 714 using the timber method. On this basis, the difference we have calculated between masonry and timber is almost € 11 500 (difference between concrete and timber around € 5 000). Looking at the costs for the different materials, the median cost of timber can be established as 4.1 to 4.3 % higher than masonry, and 1.4 to 1.9 % higher than concrete. Figure 9 provides an overview of the various building costs for the additional variation with a basement.

3.4 Comparing the cost of external walls and overall construction costs: apartment block 3.4.1 Apartment block – types of external wall construction For the apartment block model, we investigated the following materials for the masonry; these are the materials with the biggest market shares: –– brick –– aerated concrete –– lightweight concrete –– sand-lime brick For concrete, we assumed the use of reinforced concrete double wall panels/cast-in-place concrete; for timber we assumed wall panels prefabricated using the timber construction method. The external wall structures were taken to be either single-shell walls (brick, aerated concrete, lightweight concrete) or a system comprising multiple layers (sand-lime brick, reinforced concrete walls). Costs relate to prefabricated external walls complete with internal plaster and external render, insulation and windows plus extras such as positioning openings, lintels etc. This will ensure comparability between solid construction and external walls using the timber construction method. The ‘additions’ such as plaster, render and windows have the same fixed starting point for all the various external wall types, to preclude any further impact on the price distribution scale. The building models and the various external wall types have been calculated in accordance with the Federal Energy Saving Ordinance (EnEV) 2016, in order to ensure the results of this study remain useable in the long term. Evaluation in compliance with the basis and approaches described above produces the results compiled in Figure 10. Comments on masonry Besides regional influences relating to possible differences in pricing, it is mainly the difference in building materials used for the masonry that leads to the spread of results. For example brick, aerated concrete and lightweight concrete are employed as a single masonry layer providing thermal insulation. Where external walls have masonry made of sand-lime brick, the wall’s different functions are separated and external wall insulation (cladding) is used. Comments on concrete This refers for example to reinforced concrete double wall panels, which usually also need external wall insulation (cladding) to comply with the relevant energy standard. These storey-height wall panels can be erected relatively

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Die Außenwandaufbauten sind als einschalige Wände (Ziegel, Porenbeton, Leichtbeton) bzw. mehrschichtige Systeme (Kalksandstein, Stahlbetonwände) betrachtet worden. Die Kosten beziehen sich jeweils auf fertigerstellte Außenwände komplett mit Innen- und Außenputz, Dämmung sowie Fenstern und Zulagen wie Anlegen von Öffnungen, Stürzen etc., um eine Vergleichbarkeit von massiven Bauweisen zu Außenwänden in Holzbauweisen herleiten zu können. Die „Zusatzkosten“ wie Putz, Fenster etc. sind für die unterschiedlichen Außenwandaufbauten mit gleicher Ausgangsbasis angesetzt, um die Preisstreuung nicht weiter zu beeinflussen. Die Typengebäude bzw. die jeweiligen Außenwandaufbauten sind unter Berücksichtigung der Energieeinsparverordnung ab 2016 gerechnet, um die Ergebnisse der Studie langfristiger nutzen zu können. Die Auswertung nach den Grundlagen und Ansätzen – wie vor beschrieben – ergab die in Bild 10 zusammengestellten Ergebnisse: Anmerkungen Mauerwerk Neben regionalen Einflüssen in Bezug auf die möglichen unterschiedlichen Preisgestaltungen sind es im Wesent lichen auch die unterschiedlichen Baustoffe des jeweiligen Mauerwerks, die zu einer Streuung führen. So werden beispielsweise Ziegel, Porenbeton und Leichtbeton als wärmedämmendes monolithisches Mauerwerk ausgeführt. Bei funktionsgetrennten Außenwänden aus Kalksandsteinmauerwerk wird eine Außendämmung (Wärmedämmverbundsystem) angesetzt. Anmerkungen Beton Hier sind z. B. Stahlbetonelementwände gemeint, die zur Einhaltung des gewählten energetischen Standards im Regelfall eine Außendämmung (Wärmedämmverbundsystem) benötigen. Die geschosshohen Wandelemente können im Vergleich zum traditionellen Mauerwerk relativ schnell errichtet werden, benötigen aber meist höhere Transportkosten und werden bei kleineren, einzelnen Objekten oft mit Apartment block / Mehrfamilienhaus €/m2 exterior wall area / €/m2 Außenwandfläche (AWF) from / median /to / von / Median / bis Exterior wall masonry / Außenwände Mauerwerk

292 / 321 / 362

Exterior wall concrete / Außenwände Beton

321 / 355 / 376

Exterior wall wood / Außenwände Holz

343 / 370 / 435

Cost of exterior wall construction / Darstellung der Kosten von Außenwandkonstruktionen

Exterior wall masonry / Außenwände Mauerwerk Exterior wall concrete / Außenwände Beton Exterior wall wood / Außenwände Holz

321 €/m2 AWF 355 €/m2 AWF 370 €/m2 AWF

160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 [€/m2 exterior wall area / €/m2 Außenwandfläche]

Fig. 10. Overview of cost ranges for external wall construc tion in masonry/concrete/wood Bild 10. Kostenspannen von Außenwandkonstruktionen Mauerwerk/Beton/Holz – Übersicht

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

quickly compared to traditional masonry, but usually mean higher transport costs and are therefore often sold subject to a surcharge for smaller projects. Cast-in-place concrete walls are found in apartment block construction where the focus is on quick completion of the structural work and achieving lean load-bearing walls. This usually incurs higher costs than building with masonry, because shuttering systems must be in interim storage on site and made ready for the duration of the structural work – concrete pumps are normally also required (including for reinforced concrete double wall panels). Comments on wood The figures for the timber construction method are distributed very widely, although the median for this material is the highest. Different requirements in terms of materials (wood quality and processing) and accompanying measures such as quality control in the factories may influence costs. Furthermore, optimising acoustic and fire protection properties means most external walls are not made purely from wood, but are composites combining wood with films (for airtightness) and plasterboard or similar. Here too we can assume there is a spread of prices, especially for apartment blocks. Conclusion – erecting external walls Looking purely at the median values, it emerges that external walls can currently be erected most cheaply in Germany using masonry (€ 321/m2 of external wall). Next come reinforced concrete double wall panels/cast-in-place concrete, at a cost of some € 34/m2 more. External walls using the timber method cost around € 370/m2.

3.4.2 Apartment block – construction costs The construction method used for the external walls also has an impact on building costs in groups 300 and 400 (from DIN 276). We investigated costs in relation to both the basic and the additional variations on the ‘apartment block’ model. (The additional variation is as above but with a basement and the relevant ancillary and service areas and lift shaft, including lift machinery with 6 stops). Figures 11 to 13 show ‘masonry’, ‘concrete’ and ‘timber’ in relation to overall construction costs and the percentage of these costs used for external walls. Comparison of basic variations Per square metre of living area, the difference between the median cost for masonry construction and that for timber, using the basic variation, is € 67/m2 (difference between concrete and timber € 31/m2). Comparison of additional variations Per square metre of living area, the difference between the median cost for masonry construction and that for timber, using the basic variation, is € 97/m2 (difference between concrete and timber € 61/m2). As we have assumed a total living area of 876 m2, construction costs for the basic variation using masonry are € 1 238 664 (concrete € 1 270 200) and for wood € 1 297 356. The difference we have calculated between masonry and timber is almost € 59 500 (difference between concrete and timber around € 27 000).

„Preisaufschlägen“ angeboten. Ortbetonwände beim Mehrfamilienhausbau sind dann anzutreffen, wenn es darum geht, den Rohbau schnell herzustellen und schlanke, tragende Wände zu erhalten. Dies setzt allerdings meist höhere Kosten im Vergleich zum Mauerwerksbau voraus, weil Schalungssysteme vor Ort zwischengelagert und für die Rohbaudauer bereit gestellt werden müssen – ferner werden meist Betonpumpen (auch bei Stahlbetonelementwänden) benötigt. Anmerkungen Holz Die Streuung bei Holzbauweisen ist recht breit aufgestellt, wobei der Medianwert hier den vergleichsweise höchsten Wert darstellt. Unterschiedliche Ansprüche in Bezug auf die Baustoffe (Qualität und Bearbeitung der Hölzer) und flankierende Maßnahmen wie Qualitätskontrollen in den Werken können dazu beitragen, dass sie kostenbeeinflussend sind. Ferner handelt es sich wegen der Optimierung von Schall- und Brandschutzeigenschaften in den meisten Fällen nicht um reine Holzaußenwände, sondern um „Mischbauweisen“ im Verbund mit Folien (Stichwort Luftdichtheit) und z. B. Gipsplatten. Auch hier ist – insbesondere bei Mehrfamilienhäusern – eine preisliche Streuung anzunehmen. Fazit – Außenwandaufbauten Betrachtet man allein die Zentralwerte – also die Medianwerte – so ist festzustellen, dass Außenwandaufbauten mit Mauerwerk derzeit in Deutschland am kostengünstigsten (321,– €/m2 AWF) erstellt werden können. In einem Abstand von knapp plus 34,– €/m2 AWF hierzu folgen die Stahlbetonelement- und Ortbetonwände. Außenwände in Holzbauweise liegen bei etwa 370,– €/m2 AWF.

3.4.2 Mehrfamilienhaus – Bauwerkskosten Die Auswirkungen der jeweiligen Bauweisen der Außenwände hat auch einen Einfluss auf die Baukosten der Kostengruppen 300 und 400 (Gebäudekosten). Bei der Betrachtung des Typengebäudes „Mehrfamilienhaus“ wurden sowohl die Grund- als auch die Zusatzvariante (Gebäude wie vor jedoch mit Kellergeschoss und entsprechenden Neben- und Funktionsräumen und Aufzugsschacht inkl. Aufzugsanlage mit 6 Haltestellen) exemplarisch untersucht. In den Bildern 11 bis 13 sind „Mauerwerk“, „Beton“ und „Holzbau“ in Bezug auf die Baukosten und die prozentualen Außenwandanteile im Vergleich dargestellt. Vergleich „Grundvariante“ In Bezug auf den Quadratmeter Wohnfläche beträgt die Differenz der Medianwerte Mauerwerk zu Holzbauweise in der Grundvariante 67,– €/m2 Wohnfläche (Beton zu Holzbau 31,– €/m2 Wohnfläche). Vergleich „Zusatzvariante“ In Bezug auf den Quadratmeter Wohnfläche beträgt die Differenz der Medianwerte Mauerwerk zu Holzbauweise in der Grundvariante 97,– €/m2 Wohnfläche (Beton zu Holzbau 61,– €/m2 Wohnfläche). Bei angenommenen 876 m2 Gesamtwohnfläche bei 12 WE betragen die Baukosten für die Grundvariante Mauerwerk 1 238 664,– € (Beton 1 270 200,– €) und für die

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

D. Walberg · Solid and timber construction in residential buildings Apartment block / Mehrfamilienhaus

Basic variation / Grundvariante

Additional variation / Zusatzvariante

€/m2 living space / €/m2 Wohnfläche from / median / to / von / Median / bis

Masonry / Mauerwerk

1.331 / 1.414 / 1.508

1.483 / 1.576 / 1.682

Concrete / Beton

1.365 / 1.450 / 1.547

1.517 / 1.612 / 1.719

Timber / Holzbau

1.332 / 1.481 / 1.676

1.503 / 1.673 / 1.895

Fig. 11. Cost ranges for construction of basic and additional variations Bild 11. Kostenspannen von Baukosten der Grund- und Zusatzvarianten Mauerwerk/Beton/Holzbau Apartment block / Mehrfamilienhaus

Basic variation / Grundvariante

Additional variation / Zusatzvariante

Proportion of building costs (categories 300 and 400) for external walls / Außenwandanteil an den Baukosten (KG 300 – 400) Masonry / Mauerwerk

23,1 % / 24,1 % / 25,4 %

20,9 % / 21,6 % / 22,8 %

Concrete / Beton

24,9 % / 25,9 % / 25,7 %

22,4 % / 23,3 % / 23,9 %

Timber / Holzbau

23,4 % / 26,5 % / 29,4 %

20,7 % / 23,4 % / 26,1 %

Fig. 12. External walls as a percentage of overall construc tion costs, masonry/concrete/timber method Bild 12. Prozentuale Aufteilungen der Außenwandanteile an den Baukosten Mauerwerk/Beton/Holzbau Building costs for the additional variation (categories 300 and 400) / Baukostendarstellung in der Zusatzvariante (KG 300 – 400) Masonry / Mauerwerk Concrete / Beton

1.576 €/m2 Wfl. 1.612 €/m2 Wfl.

Timber / Holzbau

1.673 €/m2 Wfl.

1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 [€/m2 residential area / €/m2 Wfl.]

Fig. 13. Comparison of construction costs for additional variations, solid/timber methods Bild 13. Gegenüberstellung der Baukosten/Zusatzvariante Massiv/Holz

As a comparator, the additional variation with basement using masonry would cost € 1 380 576 (concrete € 1 412 112) and for the timber method € 1 465 548. Hence the difference we have calculated between the masonry and timber figures is almost € 85 000 (difference between concrete and timber around € 53 000). Looking at the costs for the different materials, we can state that the median value for timber (both basic and additional variations) is 4.7 to 6.0 % higher than masonry, and 2.0 to 3.8 % higher than concrete. Figure 13 provides an overview of the various building costs for the additional variation.

4 Summary of results – conclusion –– In the period between 2010 and 2013, the percentage share of residential buildings using the solid construction method hovered around 74 %. This is equivalent to 71 000 buildings a year across Germany using the solid method – including some 58 000 detached houses and around 6 600 apartment blocks.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Holzbauweise 1 297 356,– €. Das ergibt eine rechnerische Differenz Mauerwerk zu Holzbau von knapp 59 000,– € (Differenz Beton zu Holzbau ca. 27 000,– €). Dazu im Vergleich die Zusatzvariante in Mauerwerk 1 380 576,– € (Beton 1 412 112,– €) und für die Holzbauweise 1 465 548,– €. Das ergibt eine rechnerische Differenz Mauerwerk zu Holzbau von knapp 85 000,– € (Differenz Beton zu Holzbau ca. 53 000,– €). Betrachtet man die jeweiligen Baukosten, so ist feststellbar, dass im Medianwert die Baukosten (Grund- und Zusatzvariante) bei Holzbau zu Mauerwerk um ca. 4,7 bis 6,0 % und bei Holzbau zu Beton um ca. 2,0 bis 3,8 % höher ausfallen. Bild 13 stellt anschaulich die Bereiche der Baukosten der Zusatzvariante dar.

4 Zusammenfassung der Ergebnisse – Fazit –– Im Zeitraum von 2010 bis 2013 bewegt sich der prozentuale Anteil der in Massivbauweise errichteten Wohngebäude bundesweit um die 74 % aller Wohnhäuser. Dies entspricht pro Jahr ca. 71 000 massiv errichteter Wohngebäude – davon knapp 58 000 Einfamilienhäuser und rund 6 600 Mehrfamilienhäuser aus Massivbaustoffen. –– Im Zeitraum von 2010 bis 2013 bewegt sich der prozentuale Anteil der in Holzbauweise errichteten Wohngebäude bundesweit um die 15 % – das sind pro Jahr ca. 14 500 Wohngebäude – davon knapp 13 300 Einfami lienhäuser und rund 160 Mehrfamilienhäuser. –– Die differenzierte Bewertung von Einfamilien-Typenhäusern mit Bezug zu den Baukosten der Kostengruppen 300 und 400 und der definierten Grund- und Zusatzvarianten ergibt, dass im Medianwert die Baukosten bei Holzbau zu Mauerwerk um ca. 4,1 bis 4,3 % und bei Holzbau zu Beton um ca. 1,4 bis 1,9 % höher ausfallen. –– Der Kostenvergleich von definierten Mehrfamilien-Typenhäusern mit Bezug zu den Baukosten der Kostengruppen 300 und 400 und den entsprechenden Grundund Zusatzvarianten zeigt auf, dass im Medianwert die Baukosten bei Holzbau zu Mauerwerk um ca.4,7 bis 6,0 % und bei Holzbau zu Beton um ca. 2,0 bis 3,8 % höher ausfallen. –– Für die Erstellung von Außenwänden im Wohnungsbau ist der Mauerwerksbau, im Median über alle vier wichtigen Steinarten (Porenbeton, Ziegel, Kalksandstein und Leichtbeton) betrachtet, die deutlich wirtschaftlichste Konstruktionsart. Bei Mehrfamilienhäusern sind Außen wände aus Mauerwerk ca. 11 % kostengünstiger als die Stahlbetonkonstruktionen und mit ca. 15 % Kostenvorteil gegenüber Holzkonstruktionen herzustellen. Bei Einfamilienhäusern sind Außenwandkonstruktionen aus Mauerwerk ca. 8 bis 9 % günstiger als Betonelemente und ca. 11 bis 12 % preiswerter als Holzkon struktionen zu errichten. –– Die Nachhaltigkeit von Ein- und Zweifamilienhäusern über den gesamten Lebenszyklus (Bilanzierung aller Bauteile) sowie die Bilanzierung des Wärme- und Stromverbrauchs in der Nutzungsphase in massiver Bauweise im Vergleich zur Holzbauweise liefert vergleichbare Ergebnisse der ökobilanziellen Qualitäten. –– Für den Bau von Wohngebäuden in Holzbauweise werden vornehmlich Nadelhölzer benötigt, die in wesentli-

D. Walberg · Massiv- und Holzbau bei Wohngebäuden

–– In the period between 2010 and 2013, the percentage share of residential buildings in Germany using the timber construction method was around 15 %. This is equivalent to 14 500 residential buildings a year – including some 13 300 detached houses and around 160 apartment blocks. –– Looking at the differences emerging from our evaluation of model detached houses in relation to costs in groups 300 and 400 (from DIN 276) and in relation to the basic and additional variations, we can state that the median cost value for timber construction is 4.1 to 4.3 % higher than for masonry, and 1.4 to 1.9 % higher than for concrete. –– If we compare the costs for building model apartment blocks in relation to costs in groups 300 and 400 (from DIN 276) and in relation to the basic and additional variations, we can see that the median cost value for timber is 4.7 to 6.0 % higher than masonry, and 2.0 to 3.8 % higher than concrete. –– The median value for masonry, calculated using all four major types (aerated concrete, brick, sand-lime brick and lightweight concrete), shows that this is clearly the most economical material for building external walls in residential projects. For apartment blocks, external walls made from masonry are around 11 % cheaper than reinforced concrete and can be built around 15 % more cheaply than equivalent timber constructions. For detached houses, external walls made from masonry are 8 to 9 % cheaper than concrete and can be built 11 to 12 % more cheaply than equivalent timber constructions. –– In terms of the sustainability of detached and semi-detached houses throughout their lifetimes (energy balance including all structural elements), and including the heat and electricity used during the occupancy phase, a comparison of solid construction with the timber method shows comparable outcomes in terms of the qualities measured in the ecological balance. –– The wood required for residential building using the timber method is primarily from conifers, and significant amounts are bought in from other regions and a wide variety of sources abroad. Germany currently imports three to four times as much of this softwood as it requires for residential timber construction over the same period. The fact that the Federal government and most Länder stipulate a high proportion of deciduous trees in German forests further exacerbates this import issue. It may in the long term mean that the softwood used as a building material by the construction industry will have to be sourced elsewhere (note also the competition with the market for wood as a biomass fuel, for example as wood pellets). –– The widespread potential availability in Germany of the raw materials used in masonry is sufficient to ensure secure, local supplies for this even in the long term. Overall, construction with masonry is competitive with other methods, from the point of view its ecological balance, in relation to security of resource supply, and with regard to sustainability. Given our need to provide affordable housing, masonry remains the most economical construction material for all residential buildings.

chen Mengen aus anderen Regionen und den verschiedensten ausländischen Ressourcen zugekauft werden. Derzeit wird die drei- bis vierfache Menge an Nadelholz importiert, als für die im gleichen Zeitraum errichteten Holzkonstruktionen für Wohngebäude benötigt wird. Der von der Bundesregierung und den meisten Bundesländern forcierte erhöhte Laubbaumanteil in den deutschen Wäldern ist ein zusätzlicher verschärfender Aspekt für den Import und kann langfristig auch dazu führen, dass das im Bauwesen als Konstruktionsmaterial überwiegend notwendige Nadelholz (auch in Konkurrenz zum Holz als Biomasse-Brennmaterial, z. B. Holzpellets) aus anderen Quellen beschafft werden muss. –– Die umfangreichen Rohstoffpotentiale in Deutschland können in Bezug auf „Mauerwerk“ auch langfristig eine sichere und ortsnahe Rohstoffversorgung ermöglichen. In der Gesamtbetrachtung ist festzustellen, dass der Mauerwerksbau sowohl in ökobilanzieller Hinsicht als auch in Bezug auf die Ressourcensicherheit und der nachhaltigen Bewertung konkurrenzfähig gegenüber anderen Konstruktionen ist und hinsichtlich des notwendigen Beitrages zur Schaffung von bezahlbarem Wohnraum immer noch die wirtschaftlichste Konstruktionsart für alle Wohngebäude darstellt.

References – Literatur [1] Walberg, D., Gniechwitz, T., Halstenberg, M.: Kostentreiber für den Wohnungsbau – Untersuchung und Betrachtung der wichtigsten Einflussfaktoren auf die Gestehungskosten und die aktuelle Kostenentwicklung von Wohnraum in Deutschland. Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (Hrsg.), Bauforschungsbericht Nr. 67, Kiel 2015. [2] Walberg, D., Gniechwitz, T., Schulze, Th., Cramer, A.: Optimierter Wohnungsbau – Untersuchung und Umsetzungsbetrachtung zum bautechnisch und kostenoptimierten Mietwohnungsbau in Deutschland. Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (Hrsg.), Bauforschungsbericht Nr. 66, Kiel 2014. [3] Walberg, D., Gniechwitz, T.: Kostensteigernde Effekte im Wohnungsbau. Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (Hrsg.), Bauforschungsbericht Nr. 65, Kiel 2013. [4] Walberg, D., Holz, A., Gniechwitz, T., Schulze, Th.: Wohnungsbau in Deutschland – 2011 Modernisierung oder Bestandsersatz, Studie zum Zustand und der Zukunftsfähigkeit des deutschen „Kleinen Wohnungsbaus“. Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. (Hrsg.), Bauforschungsbericht Nr. 59, Kiel 2011. [5] Walberg, D., Gniechwitz, T.: Passivhaus, Effizienzhaus, Energiesparhaus & Co – Aufwand, Nutzen und Wirtschaftlichkeit. Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V., Bauforschungsbericht Nr. 58, Kiel 2010.

Author – Autor: Dipl.-Ing. Architekt Dietmar Walberg Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V. 24103 Kiel, Walkerdamm 17 mail@arge-sh.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Carl-Alexander Graubner Sebastian Pohl Valentin Förster Michael Schmitt Benjamin Koob

DOI: 10.1002/dama.201600690

Sustainable building with masonry Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk Ecology, energy and sustainability are crucial socio-economic keywords, especially for the construction and real estate industry. In recent years, the masonry industry faced related sustainability issues intensively in order to keep its ability of operating in a market setting which is increasingly characterized by sustainability dogmata. Scientific analyses and studies on an objectified sustainability basis – such as established certification systems – show that masonry is absolutely competitive with all other market-relevant construction methods. Therefore, the first part of this paper deals with a sustainability assessment of buildings made of masonry as well as of other construction materials. Concerning the design and construction of masonry, further selected aspects are discussed which are important for the competitiveness of this building technique. Outlining the simple yet economic pre-dimensioning with the help of load capacity tables is one topic which is of utmost importance for an efficient structural design. Additional aspects are the design of laterally loaded exterior walls with low vertical forces and the verification of basement walls under high earth pressure load. New and easy to use design proposals are open for discussion. Finally, the educational portal “masonry structures” of the Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau (DGfM) (German society for masonry and residential construction), which supports the training of young engineers, is presented.

Ökologie, Energie und Nachhaltigkeit sind gesellschaftspolitisch bedeutsame Schlagworte, denen sich keine Bauart entziehen kann. Um auch zukünftig auf diesem stark von dogmatischen Aussagen geprägten Spielfeld angemessen agieren zu können, hat sich die Mauerwerksindustrie in den letzten Jahren intensiv mit den zugehörigen Fragestellungen befasst. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass der Mauerwerksbau bei einer objektiven Nachhaltigkeitsbetrachtung den Vergleich mit anderen Bauarten nicht scheuen muss. Der erste Teil dieser Veröffentlichung befasst sich daher mit der Nachhaltigkeitsbeurteilung von Bauwerken aus Mauerwerk und anderen Baustoffen. Hinsichtlich der Bemessung und Konstruktion von Mauerwerk werden ergänzend ausgewählte Aspekte betrachtet, die für die Wettbewerbsfähigkeit der Bauart von besonderer Bedeutung sind. In diesem Kontext wird zunächst auf die einfache und dennoch wirtschaftliche Vorbemessung mit Hilfe von Tragfähigkeitstabellen eingegangen, welche für effiziente Tragwerksplanung von evidenter Bedeutung sind. Für den Nachweis überwiegend biegebeanspruchter Außenwände mit geringer Auflast sowie für erddruckbeanspruchte Kellerwände werden neuartige Bemessungsvorschläge zur Diskussion gestellt. Abschließend wird das Lehrportal „Mauerwerksbau“ der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbaubau (DGfM) erläutert, welches die Ausbildung des Ingenieurnachwuchses unterstützt.

Keywords: sustainability; assessment; ecology; pre-dimensioning; design; minimum vertical load; basement wall; education

Stichworte: Nachhaltigkeit; Bewertung; Ökologie; Vorbemessung; Bemessung; Mindestauflast; Kellermauerwerk; Lehre

1 Introduction

1 Einführung

Sustainability is an unbroken, distinctive trend of the socio-economic development, particularly where the building and real estate industries are concerned. In the building materials and building supply industry, this becomes evident among others from the number of Environmental Product Declarations, EPD, which has grown rapidly in recent years and is still increasing steadily or from the continuous further development and completion of the corresponding databases containing sustainability characteristics. The background of this development is basically a changed definition of quality: The classic features of (technical) quality and price are supplemented by a new dimension of sustainability which requires a respective documentation using declarations and characteristic values [1].

Nachhaltigkeit ist ein ungebrochener prägender Trend der sozioökonomischen und dabei insbesondere der bau- und immobilienwirtschaftlichen Entwicklung. In der Baustoffund Bauzulieferindustrie zeigt sich dies unter anderem an der in den letzten Jahren rapide gewachsenen und stetig weiter zunehmenden Zahl an Umweltproduktdeklarationen (Environmental Product Declarations, EPD) oder der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Vervollständigung entsprechender Datenbanken von Nachhaltigkeitskennzahlen. Hintergrund dieser Entwicklung ist im Kern eine veränderte Qualitätsdefinition: Zu den klassischen Merkmalen (technische) Qualität und Preis tritt ergänzend eine neue Dimension der Nachhaltigkeitsqualität hinzu, die eine entsprechende Dokumentation durch Deklaratio-

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Therefore, as a commercial sector of great national economic importance, the building materials and building supply industry naturally also developed into a main field of action of sustainability lobbying and into the corresponding representation of these interests by associations. The chapters 2 to 4 of this paper deal with this current issue and show that, in this respect, masonry is “fit for the future”. A construction method is competitive when the related technical regulations are easy to apply and an efficient calculation of the decisive load bearing structural members is enabled. Therefore, in chapter 5, selected innovations in the design and construction of masonry buildings according to DIN EN 1996/NA (Eurocode 6) are introduced. In particular, it shall be shown that a fast and reliable pre-dimensioning of masonry walls is possible using load capacity tables. Furthermore, novel approaches allowing for a simple verification procedure are presented for the design of exterior walls under low superimposed load exposed to wind action as well as for the verification of exterior basement walls under earth pressure. Finally, the educational portal “masonry construction” of the Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) is explained in detail. This portal is available to lecturers as well as to students supplementing the teaching materials.

2 Sustainable materials = Sustainable buildings? Particularly in the field of residential construction, dogmatic discussions have been conducted for years regarding the sustainability of the applied building materials and construction methods. In these discussions, timber construction – e. g. also for the segment of multi-family houses – was propagated by the corresponding marketing activities [2] and currently, last but not least also by governmental players [3]. In this context, it must be noted that the necessary differentiation of the market-dominant building and construction methods of masonry and steel reinforced concrete with regards to sustainability are mostly made on the basis of considerations focussed on ecologic aspects rather than an overall sustainability analysis. If and how individual building products and the corresponding construction methods can be combined to form an entirely sustainable (residential) building as an agglomeration of an immense number of material and structural components, can be verified for instance with the assessment and certification systems of the German Sustainable Building Certificate. Based on their holistic assessment approaches which are particularly specified for residential buildings, the actual lifecycle-related sustainability quality of customary residential building types can be objectified and assessed holistically. In recent years, the Institut für Massivbau of TU Darmstadt along with its spin-off LCEE Life Cycle Engineering Experts conducted a number of such investigations; currently it completed a consolidating study on the sustainability quality of all (even potentially) market-relevant building and construction methods for multi-story residential buildings (masonry, reinforced concrete, timber) [4]. On the one hand, this study considered the qualitative and quantitative aspects of the three classic pillars of sustainability (environmental, economic, sociocultural quality) as well as building-specific cross-sectional

nen und Kennzahlen erfordert [1]. Als gleichzeitig auch volkswirtschaftlich bedeutsamer Wirtschaftszweig ist die Baustoff- und Bauzulieferindustrie daher naturgemäß auch zu einem zentralen Aktionsfeld des Nachhaltigkeitslobbyismus und einer entsprechenden zielgerichteten Interessenvertretung durch Verbände avanciert. Die Abschnitte 2 bis 4 der Veröffentlichung beschäftigen sich mit dieser aktuellen Fragestellung und demonstrieren, dass Mauerwerk diesbezüglich „fit für die Zukunft“ ist. Die Wettbewerbsfähigkeit einer Bauart zeigt sich auch darin, dass die Regelwerke einfach zu benutzen sind und eine effiziente Berechnung der wesentlichen tragenden Bauteile ermöglichen. In Abschnitt 5 werden daher ausgewählte Neuerungen bei der Bemessung und hinsichtlich der Konstruktion von Mauerwerksbauten nach DIN EN 1996/NA (Eurocode 6) vorgestellt. Insbesondere soll gezeigt werden, dass eine schnelle und zuverlässige Vorbemessung von Mauerwerkswänden mittels Tragfähigkeitstabellen möglich ist. Des Weiteren werden neuartige Ansätze für die Bemessung windbeanspruchter Außenwände mit geringer Auflast sowie für den Nachweis von Kelleraußenwänden mit Erddruckbeanspruchung präsentiert, die eine einfache Nachweisprozedur gestatten. Abschließend wird das von der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) zur Verfügung gestellte Lehrportal „Mauerwerksbau“ näher erläutert, welches sowohl Lehrenden als auch Studierenden als Ergänzung der Lehrmaterialien zur Verfügung steht.

2 Nachhaltige Materialien = Nachhaltige Gebäude? Gerade im Bereich des Wohnungsbaus werden hinsichtlich der Nachhaltigkeit der eingesetzten Baustoffe und Kons truktionsweisen seit Jahren stark dogmatisch aufgeladene Diskussionen geführt, bei denen die Holzbauweise – z. B. auch für das Mehrfamilienhaus-Segment – durch entsprechende Marketingaktivitäten propagiert [2], aktuell nicht zuletzt auch durch staatlich-hoheitliche Akteure [3]. Dabei ist festzustellen, dass die erforderliche Abgrenzung von den marktdominanten Bau- und Konstruktionsweisen Mauerwerk und Stahlbeton in punkto Nachhaltigkeit zumeist über eine ökologisch fokussierte, mithin eben nicht ganzheitliche Betrachtung aller Nachhaltigkeitsgesichtspunkte erfolgt. Ob und wie sich einzelne Bauprodukte und damit korrelierte Konstruktionsweisen auch zu einem gesamthaft nachhaltigen (Wohn-)Gebäude als Agglomerat aus einer Unzahl von Material- und Konstruktionskomponenten zusammenfügen, lässt sich beispielsweise mit den Bewertungs- und Zertifizierungssystemen des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen nachweisen. Auf Basis deren holistischer – insbesondere auch für die Typologie Wohnen spezifizierter – Bewertungsansätze lässt sich die tatsäch liche lebenszyklusbezogene Nachhaltigkeitsqualität von gängigen Wohngebäudetypen objektiviert und ganzheitlich bewerten. Das Institut für Massivbau der TU Darmstadt hat gemeinsam mit seinem Spin-off LCEE Life Cycle En gineering Experts in den letzten Jahren verschiedene solcher Untersuchungen durchgeführt und aktuell eine konsolidierende Studie zur Nachhaltigkeitsqualität aller (auch potentiell) marktrelevanter Bau- und Konstruktionsweisen für den Geschosswohnungsbau (Mauerwerk, Stahlbeton,

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

qualities (functional and technical quality). On the other hand, these sustainability aspects were additionally integrated into the relevant German certification system for multi-storey residential buildings for reasons of assessment. In the following, the essential aspects and findings of the study shall be presented as an example.

3 Holistic assessment approach – sustainability performance of multi-storey residential buildings made of masonry 3.1 From the raw material to the building For an ecological sustainability quality of masonry in the early stages of the lifecycle, a long-term reliable and local supply of the required raw materials (mining and quarrying products) is of central importance. This local proximity – with regard to the locations of the manufacturing plants in close vicinity to the mining and quarrying areas of the raw materials – in particular leads to a reduction of the energy and emission intensive transportations in connection with the enormous mass flows caused by surface mining. In addition, there is the fact that the mining and quarrying areas for the raw materials cannot be exploited for an unlimited period. What is more, due to the legally provided recultivation and renaturation measures, they have to be returned to society and nature when mining and quarrying for the raw materials is finished. Thus, the production of raw materials for the masonry industry is basically not associated with a direct destruction of environment and nature. This essential aspect of reusing the areas of raw material exploitation is often not taken into account when the sustainability of building and construction materials is examined, especially when renewable raw materials such as timber are discussed. The renewability of these raw materials can only represent a real and sustainable advantage when the exploitation areas are cultivated sustainably and the resources are used effectively. This means that during a defined period of time only as much of the resource is used as can grow again in the same period. In this context, the vision of a 40-percent share of timber construction in residential building presented in [2] can by all means be critically questioned as to whether it can – in the literal sense of the word – be realized in a sustainable way. Because the environmental economic analyses of the German Federal Statistical Office [5] show that already today the timber harvesting in Germany has a share of more than 80 percent of the usable growth, which means that in Germany the utilization of resources has almost reached the regeneration rate of the resource timber. This is precisely the reason why, in the context of the corresponding criteria, the different system variations and usage profiles of the German Sustainable Building Certificate explicitly ask for the origin of the used wood materials from sustainable forestry. In view of the manufacturing and production processes, it is significant for the sustainability that meanwhile all market dominating masonry unit types come from closed material cycles. Furthermore, production wastes are normally not generated in the production of masonry units because the remaining raw materials can be directly returned into the shaping process and the already hardened and broken units can be ground and recycled into the process of raw materials production. Within the scope of the production phase, also health protection plays a major role

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Holz) abgeschlossen [4]. Darin wurden einerseits qualitative und quantitative Aspekte der drei klassischen Nachhaltigkeitsdimensionen (Ökologie, Ökonomie, Soziokultur) sowie bauspezifische Querschnittsqualitäten (Funktionalität, Technik) berücksichtigt und diese Nachhaltigkeitsaspekte andererseits zusätzlich bewertungstechnisch in das einschlägige deutsche Zertifizierungssystem für Geschosswohnungsbauten (System NaWoh) eingeordnet. Exemplarisch sollen nachfolgend die wesentlichen Aspekte und Erkenntnisse der Studie vorgestellt werden.

3 Ganzheitlicher Bewertungsansatz – Nachhaltigkeitsperformance von Geschosswohnungsbauten aus Mauerwerk 3.1 Vom Rohstoff zum Bauwerk Zentral für die ökologische Nachhaltigkeitsqualität von Mauerwerk in der frühen Lebenszyklusphase ist die langfristig sichere und ortsnahe Versorgung mit den erforder lichen Steine- und Erden-Rohstoffen. Diese Ortsnähe – bezogen auf die Standorte von Produktionsbetrieben in unmittelbarer Nähe zu den Abbaugebieten der Steine- und Erden-Rohstoffe – führt insbesondere dazu, dass energieund emissionsintensive Transporte in Verbindung mit den enormen Masseströmen im Zuge des Tagebaus minimiert werden können. Hinzu kommt, dass Abbaugebiete für Steine- und Erden-Rohstoffe nicht auf unbegrenzte Dauer beansprucht werden, sondern mit Ende des Rohstoffabbaus durch gesetzlich vorgeschriebene Rekultivierungsoder Renaturierungsmaßnahmen an Gesellschaft und Natur zurückgegeben werden müssen. Die Rohstoffgewinnung für die Mauerwerksindustrie ist mithin grundsätzlich nicht mit einer direkten Zerstörung von Umwelt und Natur verbunden. Dieser wichtige Aspekt der Folgenutzung von Rohstoffgewinnungsflächen bleibt bei der Nachhaltigkeitsuntersuchung von Bau- und Konstruktionsmaterialien häufig unberücksichtigt, insbesondere bei der Diskussion um nachwachsende Rohstoffe wie etwa Holz. Solche Rohstoffe können die Vorteile ihrer Regenerierbarkeit nur dann tatsächlich und dauerhaft realisieren, wenn die Bewirtschaftung der Gewinnungsflächen bzw. Nutzung der Ressource nachhaltig erfolgt. Wenn also über einen bestimmten Zeitraum nur so viel der Ressource verbraucht wird, wie im selben Zeitraum auch nachwachsen kann. In diesem Zusam menhang lässt sich die in [2] kommunizierte Vision eines Anteils der Holzbauweise im Wohnungsbau von 40 % hinsichtlich ihrer – im eigentlichen Wortsinn – nachhaltigen Realisierbarkeit durchaus kritisch hinterfragen. Denn umwelt-ökonomische Analysen des Statistischen Bundesamtes [5] zeigen, dass die Holzentnahme in Deutschland bereits heute einen Anteil von über 80 % am nutzbaren Zuwachs, d. h. die Ressourcenausschöpfung in Deutschland nahezu die Regenerationsrate der Ressource Holz erreicht hat. Aus eben diesem Grund fragen die verschiedenen Systemvarianten und Nutzungsprofile des Deutschen Gütesiegels Nachhaltiges Bauen im Rahmen entsprechender Kriterien explizit nach der Herkunft verwendeter Holzwerkstoffe aus nachhaltiger Forstwirtschaft. Mit Blick auf die Herstellungs- und Produktionsprozesse ist für die Nachhaltigkeit bedeutsam, dass bei allen marktbestimmenden Mauersteinarten mittlerweile geschlossene Stoffkreisläufe realisiert werden. Desweiteren fallen bei der Steinherstellung in der Regel keine Produk-

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

in the manufacturing plants in order to adequately protect the employees from emissions such as (fine) dust, noise and exhaust fumes. In this context, the corresponding measures are to moisten the storage areas of the raw materials and the respective driveways, to encase the dust and noise intensive plants or to install dust extraction and filter systems. In numerous manufacturing plants, these and other environmental and health protection aspects are incorporated into the management systems for quality assurance and environmental protection. What is more, the German masonry industry is mostly regional because the manufacturing plants are normally situated near the mining and quarrying areas of the raw material deposits. At the same time, these deposits are located in various regions of the country depending on the raw material. Seen in terms of Germany as a whole, the result is a very dense network of manufacturers of masonry units in combination with short routes of transportation from the manufacturing plant to the potential building sites which is an advantage under the aspect of sustainability. Although classified as a building component made of composite materials, a masonry wall consists almost exclusively of masonry units and it requires only about 4 kg of mortar per square metre of wall. This is also reflected in the lifecycle assessment, for instance at the comparison of a (load bearing) exterior wall made of different mineralbased solid building materials. Figure 1 shows the corresponding selected results of the lifecycle assessment of massive outer wall variations (masonry, reinforced concrete) as well as one variation with a wooden construction. These different types, however, feature comparable properties with regards to load bearing capacity and particularly heat transfer coefficient. Hence, the examination is made on the basis of a functional equivalent. Even in the economic effects of the construction stage, i. e. the manufacturing costs, the customary construction methods for multi-family houses differ significantly to some extent. This is mainly due to the fact that masonry walls can be manufactured more easily than for example wall elements made of reinforced concrete. In connection with the necessary reinforcement of constructional steel there are, for instance, increased requirements to ensure a durable functional efficiency and structural safety (exact positioning of the reinforcement, sufficient

tionsabfälle an, weil Rest-Rohstoffmassen direkt in den Formgebungsprozess und bereits erhärteter Trockenbruch zerkleinert in den Prozess der Rohmassenherstellung zurückgeführt werden können. Auch der Gesundheitsschutz spielt im Rahmen der Produktionsphase eine wichtige Rolle in den Herstellerwerken, um deren Mitarbeiter vor Emissionen wie (Fein-)Stäuben, Lärm oder Abgasen adäquat zu schützen. Entsprechende Maßnahmen sind hier die Befeuchtung von Rohmateriallagerflächen und zugehörigen Fahrwegen, die Einhausung von staub- und/oder lärmintensiven Anlagen oder der Einbau von Absaugungsbzw. Filteranlagen. In vielen Herstellwerken werden diese und weitere Umwelt- und Gesundheitsschutzaspekte in Qualitäts- und/oder Umweltschutzmanagementsysteme integriert. Die deutsche Mauerwerksindustrie verfügt zudem über eine starke regionale Prägung, da sich die produzierenden Werke in der Regel in unmittelbarer Nähe zu den Abbaugebieten der Rohstoffvorkommen befinden. Gleichzeitig liegen diese Vorkommen je nach Rohstoff in unterschiedlichen Regionen des Landes. Daraus resultiert im gesamtdeutschen Kontext ein sehr dichtes Netzwerk an Herstellern von Mauersteinen, verbunden mit einer unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten vorteilhaften Begrenzung erforderlicher Transportwege von Herstellerwerk zu potentiellen Baustellen. Eine Mauerwerkswand besteht – obwohl als Bauteil aus Verbundwerkstoff klassifiziert – nahezu vollständig aus Mauerstein und benötigt pro m2 Wandfläche nur ca. 4 kg Mörtel. Dies schlägt sich auch ökobilanziell nieder, etwa beim Vergleich einer (tragenden) Außenwand, hergestellt aus verschiedenen mineralisch basierten Massivbaustoffen. Bild 1 zeigt entsprechende ausgewählte ÖkobilanzErgebnisse massiver Außenwandvarianten (Mauerwerk, Stahlbeton) sowie einer Variante in Holzständer-Bauweise. Dabei weisen die Ausführungsvarianten vergleichbare Eigenschaften hinsichtlich Tragfähigkeit und insbesondere Wärmedurchgangskoeffizienten auf. Die Betrachtung erfolgt mithin auf Basis eines funktionalen Äquivalents. Auch bei den ökonomischen Wirkungen der Erstellungsphase, d. h. den Herstellungskosten, unterscheiden sich die für MFH marktgängigen Konstruktionsweisen teilweise deutlich. Dies liegt in erster Linie daran, dass Wände aus Mauerwerk verarbeitungstechnisch leichter herzustellen sind als etwa Wandbauteile aus Stahlbeton. Dort beste-

Primary energy (PEges) [kWh/(m2a)]

Primary energy renewable (PEe)

Primary energy non-renewabl (PEne)

Fig. 1. Selected lifecycle assessment results of exterior wall variants Bild 1. Ausgewählte Ökobilanzergebnisse von Ausführungsvarianten einer Außenwand

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

Fig. 2. Manufacturing costs of exterior wall types in accordance with ARGE//eV [6] Bild 2. Herstellungskosten von Außenwandtypen gemäß ARGE//eV [6]

concrete cover, concreting process, etc.). Furthermore, just like wood construction, this construction method as well as the related building process, according to the above short description, requires further equipment, particularly hoisting devices. Especially when the building elements are cast in situ, a formwork must be erected to shape the fresh concrete. Moreover, other equipment (e. g. concrete pumps) may be necessary to place the fresh concrete. As a result, this is also quantitatively reflected in the statistic cost figures of the different building and construction methods. Figure 2 illustrates the corresponding evaluation of an investigation of ARGE//eV [6]. It becomes evident that, as compared to the other customary building and construction methods, exterior walls made of masonry can be built at lower manufacturing costs.

3.2 The utilization phase – significance of the human factor In an economically highly developed society, people spend up to 90 percent of their lifetime inside buildings, mostly at home. Thus, it is elementary that living space is an environment providing a high degree of health and comfort for the user. An essential contribution in this respect is made by the level of comfort which is significantly substantiated by the parameters of thermal comfort in connection with the quality of thermal insulation. How the users experience it depends mainly on the factors operative temperature, draught rates, radiation temperature asymmetry and humidity. These indicators have been established as criteria also in the German sustainability assessment systems for buildings. The indicators operative temperature and radiation temperature asymmetry are influenced by the construction type of the components enveloping the building. According to the definition of the operative temperature, an adequate air temperature alone is not sufficient to ensure comfortable conditions. What is more, the exterior walls must show defined surface temperatures so that the room temperature can be experienced as comfortable. These are again determined by the thermally insulating properties of the wall materials – summed up in the characteristic value of the heat transfer coefficient. Depending on the masonry unit type combined with other insulating materials, massive masonry wall constructions with customary wall thicknesses can reach heat transfer coefficients according to the passive house standard. In combination with highly thermally insulated windows/doors and a high energetic quality of further adjacent building components, temperature asymmetries can be avoided with exterior masonry walls. Basically, this

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

hen im Kontext mit der erforderlichen Bewehrung aus Baustahl z. B. gesteigerte Anforderungen zur Sicherstellung einer dauerhaften Funktionsfähigkeit und Standsicherheit (korrekte Bewehrungslage, ausreichende Betondeckung, Vorgang der Betonage, etc.). Außerdem erfordert diese wie auch die Holzbauweise bzw. der entsprechende Bauablauf gemäß obiger Kurz-Schilderung weitere Betriebsmittel, insbesondere Hebezeuge. Speziell bei Ortbetonbauteilen kommt hinzu, dass eine Schalung zur Aufnahme und Formgebung der Frischbetonmasse hergestellt werden muss. Ferner kann das Einbringen des Frischbetons die Vorhaltung weiterer Hebezeuge (z. B. Betonpumpen) erfordern. Im Ergebnis schlägt sich dies auch quantitativ in statistischen Kostenkennwerten der verschiedenen Bau- und Konstruktionsweisen nieder. Bild 2 zeigt hierzu die entsprechende Auswertung einer Untersuchung der ARGE//eV [6]. Es wird deutlich, dass sich Außenwände aus Mauerwerk gegenüber den anderen marktüblichen Bau- und Konstruktionsweisen mit geringeren Herstellungskosten realisieren lassen.

3.2 Die Nutzungsphase – Bedeutung des Faktors Mensch In wirtschaftlich hoch entwickelten Gesellschaften verbringen Menschen bis zu 90 % ihrer Lebenszeit innerhalb von Gebäuden, einen Großteil davon zu Hause. Insofern ist es elementar, dass Wohnraum eine Umgebung darstellt, in der ein hohes Maß an Nutzergesundheit und -behaglichkeit gewährleistet wird. Einen wichtigen Beitrag hierzu leistet das Komfortniveau, das ganz wesentlich durch den Parameter des thermischen Komforts in Verbindung mit der wärmeschutztechnischen Qualität konkretisiert wird. Wie die Nutzer diesen empfinden, hängt im Wesent lichen von den Faktoren operative Temperatur, Zugluft, Strahlungstemperaturasymmetrie und der Luftfeuchte ab. Auch in den deutschen Nachhaltigkeitsbewertungssystemen für Gebäude haben sich diese Indikatoren als Bewertungsgrundlage etabliert. Von der Konstruktionsweise der gebäudeumhüllenden Bauteile werden die Indikatoren Operative Temperatur und Strahlungstemperaturasymmetrie beeinflusst. Gemäß Definition der operativen Temperatur ist eine angemessene Lufttemperatur allein nicht ausreichend, um behagliche Bedingungen zu gewährleisten. Vielmehr müssen für eine als behaglich empfundene Raumtemperatur die Außenwände definierte Oberflächentemperaturen aufweisen. Diese wiederum werden von den Wärmedämmeigenschaften des Wandmaterials – zusammengefasst in der Kennzahl des U-Werts – bestimmt. Mit massiven Wandkonstruktionen aus Mauerwerk können

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

energetic quality of the building envelope can nowadays also be obtained applying lightweight building methods. However, the massive construction method features an important advantage at high outdoor temperatures in summer. Beyond active engineering measures like the installation of sun protection systems, particularly the heat storage capacity of exterior building components is decisive for a good thermal protection in summer. Due to their massiveness and high inertia when exposed to temperature fluctuations, massive structural elements such as exterior masonry walls are able to absorb heat and to release it delayed which means that they are able to buffer the heat.

3.3 Closed cycle – End of life as beginning of a new lifecycle Around 390 million tonnes of waste is generated in Germany each year. Amounting to more than 50 percent of the total German waste accumulation, the fraction of building and demolition wastes represents the largest share. With regard to sustainability aspects, the waste streams shall be mostly directed to the disposal paths of the upper hierarchy levels in order to affect the environment as little as possible. This is relevant in two respects because, on the one hand, high recirculation, reutilization and recycling rates lead to a decreased environmental pollution due to the otherwise necessary disposal (dumping) of wastes. On the other hand, they relieve the environment by substituting (primary) raw materials with the produced recycling materials. When assessing the sustainability quality of multi-storey residential buildings made of masonry with regards to the lifecycle stage “end of life”, the focus is inevitably directed on the waste fraction made up by demolition rubble. In an evaluation of this waste fraction regarding the generated quantities and their disposal, it can be found out that in Germany, with a rate of nearly 96 percent, almost all the demolition rubble is recovered. In this context, it must be emphasized that the largest share of about 78 percent can be classified in the relatively highly valued waste hierarchy level of recycling. In 2012, together with the recycling materials from the other mineral demolition waste fractions, all in all 66.2 million tonnes of recycled building materials could be produced which covers about 12 percent of the German total annual demand for aggregates [7]. These recycled building materials are mostly used in road and earth construction and only a small fraction is used as aggregates for the production of concrete building materials. However, due to this recirculation and reutilization, a significantly higher waste hierarchy level can be kept as compared to the thermal utilization which is common practice for wood materials. Nevertheless, the application in road and earth construction means a regular downcycling of waste materials. Therefore, there is potential to increase to production of higher quality recycled building materials which can then be used in the sense of upcycling or at least on the same level.

4 Certified sustainability – Assessment of a model multi-family house The aforementioned explanations regarding the various sustainability aspects of multi-storey residential buildings of different construction types represent only a kind of in-

mit üblichen Wanddicken – je nach Mauersteinart im Verbund mit anderen Dämmmaterialien – U-Werte nach Passivhaus-Standard erreicht werden. Im Zusammenspiel mit hochwärmegedämmten Fenstern/Türen und einer hohen energetischen Qualität anderer raumbegrenzender Bauteile lassen sich mit Außenwänden aus Mauerwerk auch Temperaturasymmetrien vermeiden. Diese energetische Qualität der Gebäudehülle lässt sich heute grundsätzlich auch in Leichtbauweise erreichen. Allerdings hat die massive Konstruktionsweise bei hohen Außentemperaturen im Sommer einen wichtigen Vorteil. Für einen guten sommerlichen Wärmeschutz ist – über aktive anlagentechnische Maßnahmen wie die Ausführung von Sonnenschutzsystemen hinaus – insbesondere die Wärmespeicherfähigkeit von Außenbauteilen entscheidend. Aufgrund ihrer großen Masse und hohen Trägheit bei Temperaturänderungen sind massive Bauteile wie Außenwände aus Mauerwerk in der Lage, Wärme aufzunehmen und erst stark zeitverzögert wieder abzugeben, die Wärme also zu puffern.

3.3 Geschlossener Kreislauf – End of Life als Beginn eines neuen Lebenszyklus Pro Jahr fallen in Deutschland rund 390 Mio. Tonnen Abfälle an. Die Fraktion der Bau- und Abbruchabfälle repräsentiert mit über 50 % den überwiegenden Teil des gesamtdeutschen Abfallaufkommens. Unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten sind Abfallströme in möglichst hohem Maße den Entsorgungspfaden der oberen Hierarchiestufen zuzuführen, um die Umwelt insgesamt möglichst wenig zu beeinträchtigen. Dies gilt in doppelter Hinsicht, denn einerseits führen hohe Wieder-/Weiterverwendungs- und Recyc lingquoten zu einer verringerten Umweltbelastung durch die andernfalls nötige Beseitigung (Deponierung) von Abfällen und andererseits zu einer Umweltentlastung durch die Substitution von (Primär-)Rohstoffen mittels der gewonnenen Recyclingstoffe. Bei einer Beurteilung der Nachhaltigkeitsqualität von Geschosswohnungsbauten aus Mauerwerk hinsichtlich der Lebenszyklusphase End of Life liegt der Betrachtungsfokus zwangsläufig auf der Abfallfraktion des Bauschutts. Bei einer Auswertung dieser Abfallfraktion hinsichtlich anfallender Mengen und deren Verbleib kann festgestellt werden, dass Bauschutt in Deutschland mit einer Quote von fast 96 % mittlerweile nahezu vollständig einer Verwertung zugeführt wird. Hierbei ist hervorzuheben, dass für einen überwiegenden Anteil von ca. 78 % die relativ hochwertige Abfallhierarchiestufe des Recycling realisiert werden kann. Gemeinsam mit den Recyclingstoffen aus den übrigen mineralischen Bauabfallfraktionen konnten im Jahr 2012 insgesamt 66,2 Mio. Tonnen Recycling-Baustoffe hergestellt und damit 12 % des jährlichen bundesdeutschen Gesamtbedarfs an Gesteinskörnungen gedeckt werden [7]. Diese Recycling-Baustoffe werden überwiegend im Straßen- und Erdbau eingesetzt und nur zu einem kleineren Teil als Zuschlagsstoff bei der Herstellung von Betonwerkstoffen verwendet. Durch diese Wieder- oder Weiterverwertung wird zwar gegenüber der thermischen Verwertung, wie sie für Holzwerkstoffe gängige Praxis ist, eine deutlich höherwertige Abfallhierarchiestufe eingehalten. Dennoch handelt es sich beim Einsatz im Straßen- und Erdbau regelmäßig um ein Downcycling von Abfallstoffen. Daher bestehen noch Potentiale, um die

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

terim conclusion. This is due to the fact that the methodology of the relevant sustainability certification system “NaWoh” which is related to the total building does often not allow for a final assessment of the adjacent building components such as walls because there are for instance no discrete reference values for the wall elements. This applies in particular to the “NaWoh” assessment regarding the ecologic balance. Nevertheless, in order to be able to generate a complete sustainability balance for multi-storey residential buildings as subject of the investigation, exemplary certifications of a model home made of masonry (different unit types) as well as two reference variations made of reinforced concrete and a wooden construction (Figure 3) were conducted. The models were examined under identical boundary conditions with regards to energetic quality, design and structure, with the building components of the variations, such as e. g. walls, differing in their construction and, where necessary, in their insulating materials. As a basic principle, the models are identical in their foundations, roofs as well as particularly in the design of floors, walls and ceilings (renderings, paintings, natural stone facades, etc.). The principal result of these certification examples are the findings regarding the lifecycle assessment – especially in the public awareness of the experts. Accordingly, for all above-mentioned variations of the model multi-family house, a complete life cycle assessment according to the requirements of the system “NaWoh” was conducted. For the presentation of the results and their evaluation as well as for the comparison between the reference objects made of masonry and the variations made of reinforced concrete or a wooden construction, all impact indicators relevant for the lifecycle assessment in the system “NaWoh” were applied and finalised with the derivation of an ecobalance assessment in the chosen certification system “NaWoh”. In a final consideration of the total results concerning the lifecycle assessment – i. e. a balance of all building elements of the compared buildings during their entire lifecycle as well as of their heat and power consumption during their utilization phase – on the one hand, it turns out that the results of all variations of the model multi-family house are on a similar level (see Table 1). The main reason therefore is that the ecobalance-related overall results are very strongly influenced by the respective environmental impacts resulting from the heat and power consumption during the utilization phase. On the other hand, with the exception of the impact indicator of ozone depletion potential, the reference variation made of reinforced concrete can be generally characterised by slightly higher environmental impacts as compared to the masonry variations. On

Fig. 3. Views of the model multi-family house Bild 3. Ansichten des Muster-MFH

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Produktion höherwertiger Recycling-Baustoffe auszuweiten, die dann im Sinne eines Upcycling oder zumindest wieder in gleicher Funktion eingesetzt werden können.

4 Zertifizierte Nachhaltigkeit – Bewertung eines Muster-MFH Die vorstehenden Erläuterungen zu unterschiedlichen Nachhaltigkeitsaspekten von Geschosswohnungsbauten verschiedener Bauweisen stellen bisher lediglich eine Art Zwischenfazit dar. Denn die gesamtgebäudebezogene Methodik des einschlägigen Zertifizierungssystems NaWoh gestattet für abgegrenzte Bauteile wie etwa Wände oftmals keine abschließende Bewertung, weil z. B. keine eigenständigen Vergleichswerte für Wandbauteile vorliegen – insbesondere ist dies für die ökobilanzielle NaWoh-Bewertung der Fall. Um dennoch eine vollständige Nachhaltigkeitsbilanz für Geschosswohnungsbauten als Untersuchungsgegenstand generieren zu können, wurden exemplarische Zertifizierungen einer Musterhaus-Variante aus Mauerwerk (verschiedener Steinarten) sowie zweier Vergleichsvarianten in Stahlbeton- und Holzständerbauweise durchgeführt (Bild 3). Die Variantenuntersuchung erfolgte unter jeweils identischen Randbedingungen hinsichtlich energetischer Qualität, Gestaltung und Konstruktion, wobei sich die Bauteile der Varianten wie z. B. Wände in Konstruktions- und ggf. Dämmmaterialien unterscheiden. Grundsätzlich identisch sind die Varianten hinsichtlich Gründung, Dach sowie insbesondere Boden-, Wand- und Deckengestaltung (Putze, Anstriche, Natursteinfassade, etc.). Zentrales Ergebnis dieser exemplarischen Zertifizierungen sind – insbesondere in der öffentlichen Wahrnehmung der Fachwelt – die ökobilanziellen Ergebnisse. Entsprechend wurde für alle o. g. Varianten des Muster-MFH eine vollständige Ökobilanzierung gemäß den Anforderungen des Systems NaWoh realisiert. Für die Ergebnisdarstellung bzw. deren Auswertung sowie Gegenüberstellung zwischen den Vergleichsobjekten aus Mauerwerk und den Vergleichsvarianten in Stahlbeton- bzw. Holzständerbauweise wurden alle im System NaWoh einschlägigen ökobilanziellen Wirkungsindikatoren herangezogen und mit der Ableitung einer ökobilanziellen Bewertung im gewählten Zertifizierungssystem NaWoh finalisiert. Bei einer abschließenden Betrachtung der ökobilanziellen Gesamtergebnisse – d. h. einer Bilanzierung aller Bauteile der Vergleichsgebäude über den gesamten Lebenszyklus sowie ihres Wärme- und Stromverbrauchs während der Nutzungsphase – zeigt sich einerseits, dass die Ergebnisse aller Muster-MFH-Varianten auf einem ähnlichen Niveau liegen (s. Tabelle 1). Maßgeblicher Hintergrund dessen ist, dass die ökobilanziellen Gesamtergebnisse sehr

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Table 1. Overall lifecycle assessment results of the model multi-family house Tabelle 1. Ökobilanzielle Gesamtergebnisse des Muster-MFH System boundaries and calculation parameters / Systemgrenzen und Berechnungsparameter Spatial system boundary / Räumliche Systemgrenze

Construction components incl. electricity/heating of use / Bilanzierung aller konstruktiven Bauteile sowie des Wärme-/ Strombedarfs der Nutzungsphase

Temporal system boundary / Zeitliche Systemgrenze

Observation period: 50 years / Betrachtungszeitraum gemäß Bewertungssystem NaWoh: 50 Jahre

Functional system boundary / Funktionelle Systemgrenze

Entire life-cycle: construction | use | end of life / Bilanzierung des gesamten Lebenszyklus (Herstellung | Nutzung | Entsorgung)

Impact indicators / Wirkungsindikatoren

_ Indicators of certification system NaWoh / _ Ökobilanzielle Indikatoren gemäß Bewertungssystem NaWoh _ Results per m2 net floor area and year / _ Ergebnisse pro m2 Nettogrundfläche und Jahr

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

the other hand, the variation with the timber construction shows the overall highest results for the majority of the impact indicators – especially for that of the primary energy demand, while it reaches the lowest values of all reference variations in the field of the global warming potential. All in all it can be stated that the massive multi-family model houses made of masonry feature a life cycle quality which is comparable to that of the reference models made of reinforced concrete and a wooden construction, in some respects they are even better. Altogether, the investigations of the Institut für Massivbau of TU Darmstadt and its spin-off LCEE Life Cycle Engineering Experts prove that wall constructions made of masonry either lead directly to high assessment results or indirectly create the necessary preconditions – beyond the sustainability quality regarding the lifecycle assessment. Hence, when directly compared to other – publicly perceived as particularly sustainable – construction methods, multi-storey residential buildings made of masonry feature a high sustainability quality.

5 Innovations in design and construction 5.1 Simple pre-dimensioning using tables The design of masonry structures can be made using simple and practical tables starting at the pre-dimensioning up to the final verification of the load bearing capacity. In this context, it must be ensured at the same time that this procedure enables material-efficient solutions. As in the final design, also in the pre-dimensioning, the acting normal force load nEd must be assessed for the masonry wall to be dimensioned. For this purpose, the acting design normal force can be simply read from Table 2 for the different walls (exterior and interior walls) as well as for the different static systems of the floor slabs (single span and continuous beams) depending on the storeys and the span of the floor slabs. Here, the usual live loads in residential building, the self-weight of the floor slabs and walls as well as the partial safety factor have already been integrated. Partial safety factors applied in other European countries can be taken into account when using Table 2 by dividing the values read off the table by the already considered partial safety factor of γG+Q = 1.4 and afterwards multiplying it by the desired partial safety factor. Based on the simplified verification methods of DIN EN 1996-3/NA [9], the table values T can be stated for the determination of the load bearing capacity of masonry walls which are restrained at the top and bottom. These values can be taken from Table 3 depending on the wall thickness, the clear height of the wall h, the floor slab span lf as well as the on the ratio of the support depth of the floor slab to the wall thickness t. By means of the characteristic masonry compressive strength fk (in N/mm2) of the chosen masonry, the design value of the design load capacity nRd (in kN/m) can be determined according to equation (1) and compared to the acting normal force load according to Table 2.

nEd ≤ nRd  kN/m  = T ⋅ fk N/mm 2 

(1)

As an alternative, the required minimum characteristic compressive strength fk,erf of the used masonry can be de-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

stark von den entsprechenden Umweltwirkungen geprägt werden, die aus dem Wärme- und Stromverbrauch der Nutzungsphase resultieren. Andererseits kann die Vergleichsvariante aus Stahlbeton zum einen generell mit Ausnahme des Wirkungsindikators des OPD durch etwas höhere Umweltwirkungen gegenüber den Mauerwerksvarianten charakterisiert werden. Zum anderen weist die Holz-Variante für die Mehrzahl der Wirkungsindikatoren – speziell für den des Primärenergiebedarfs – die höchsten Ergebnisse insgesamt auf, während sie im Bereich des Treibhauspotentials die niedrigsten Werte aller Vergleichsvarianten für sich beanspruchen kann. Insgesamt bleibt festzuhalten, dass den massiven MFH-Vergleichsobjekten aus Mauerwerk eine mit den Vergleichsvarianten in Stahlbeton- und Holzständerbauweise vergleichbare bzw. teilweise bessere ökobilanzielle Qualität attestiert werden kann. Insgesamt belegen die Untersuchungen des Instituts für Massivbau der TU Darmstadt und seines Spin-off LCEE Life Cycle Engineering Experts, dass Wandkonstruktionen aus Mauerwerk – über die ökobilanzielle Nachhaltigkeitsqualität hinaus – entweder unmittelbar zu hohen Bewertungsergebnissen führen oder mittelbar die nötigen Voraussetzungen schaffen. Mithin verfügen Geschosswohnungsbauten aus Mauerwerk auch im direkten Vergleich mit anderen – in der öffentlichen Wahrnehmung besonders nachhaltigen – Konstruktionsweisen über eine hohe Nachhaltigkeitsqualität.

5 Neuerungen bei Bemessung und Konstruktion 5.1 Einfache Vorbemessung mit Hilfe von Tabellen Im Mauerwerksbau kann die Bemessung beginnend bei der Vorbemessung bis hin zum endgültigen statischen Tragfähigkeitsnachweis mit Hilfe von einfachen und praxis nahen Tabellen vollzogen werden. Dabei ist gleichzeitig sicherzustellen, dass mit diesem Vorgehen materialeffi ziente Lösungen möglich sind. Wie auch in der endgültigen Bemessung ist für die Vorbemessung die einwirkende Normalkraftbeanspruchung nEd für die zu dimensionierende Mauerwerkswand abzuschätzen. Dazu kann die einwirkende Bemessungsnormalkraft für die verschiedenen Wände (Außen- und Innenwände) sowie für die verschiedenen statischen Systeme der Decken (Einfeld- und Durchlaufträger) in Abhängigkeit der Geschosse und der Deckenspannweite aus Tabelle 2 einfach abgelesen werden. Dabei sind die üblichen Nutzlasten im Wohnungsbau, das Eigengewicht der Decken und der Wände sowie die auf der Einwirkungsseite zu berücksichtigenden Sicherheitsbeiwerte bereits integriert. In anderen europäischen Ländern geltende Teilsicherheitsbeiwerte können bei Verwendung von Tabelle 2 berücksichtigt werden, indem die abgelesenen Werte durch den bereits berücksichtigten Teilsicherheitsbeiwert von γG+Q = 1,4 dividiert und anschließend mit dem gewünschten Teilsicherheitsbeiwert multipliziert werden. Auf Grundlage der vereinfachten Nachweismethoden von DIN EN 1996-3/NA [9] können Tafelwerte T für die Ermittlung der Tragfähigkeit zweiseitig gehaltener Mauerwerkswände angegeben werden. Diese sind in Abhängigkeit der Wanddicke t, der lichten Wandhöhe h, der Deckenspannweite lf sowie dem Verhältnis der Deckenaufla-

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Table 2. Acting design normal force nEd in kN/m Tabelle 2. Einwirkende Bemessungsnormalkraft nEd in kN/m slab span / Deckenspannweite lf in m

wall(slab) / Wand (Deckensystem)

number of floors / Anzahl Geschosse

external wall (singe-span beam) / Außenwand (Einfeldträger)

100

106

101

110

120

130

140

149

159

108

121

134

147

160

173

186

199

212

external wall (continuous beam) / Außenwand (Durchlaufträger)

inner wall (continuous beam) / Innenwand (Durchlaufträger)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

103

119

135

151

168

184

200

216

233

249

265

123

143

162

182

201

221

240

260

279

299

318

144

166

189

212

235

257

280

303

326

349

371

104

112

120

128

136

108

118

129

139

150

160

171

181

109

122

135

148

161

174

187

200

213

226

115

131

146

162

178

193

209

225

240

256

271

134

153

171

189

207

226

244

262

280

299

317

104

112

109

126

142

158

174

191

207

223

115

140

164

188

213

237

262

286

311

335

121

154

186

219

251

284

316

349

382

414

447

151

192

233

273

314

355

396

436

477

518

558

182

230

279

328

377

426

475

523

572

621

670

212

269

326

383

440

497

554

611

668

725

782

– – – – – –

Dead load masonry wall including plaster: gk,Wand = 10.0 kN/m per floor Slab thickness: 20 cm (specific weight concrete ρ = 25 kN/m3) Additional load (slab covering, screed, floor finish): ∆gk = 1.6 kN/m2 Live load: qk = 2.7 kN/m2 = 1.5 kN/m2 (Living rooms with sufficient lateral distribution of the loads A2) + 1.2 kN/m2 (load due to not supporting inner walls) Partial safety factor (loads) γG+Q = 1.4

– – – – – –

Eigengewicht Mauerwerkswand inkl. Putz: gk,Wand = 10,0 kN/m je Geschoss Deckendicke: 20 cm (Wichte Beton ρ = 25 kN/m3) Ausbaulast (Deckenverkleidung, Estrich, Fußboden): ∆gk = 1,6 kN/m2 Nutzlast: qk = 2,7 kN/m2 = 1,5 kN/m2 (Wohn- und Aufenthaltsräume mit ausreichender Querverteilung der Lasten A2) + 1,2 kN/m2 (Trennwandzuschlag) Teilsicherheitsbeiwert auf der Lastseite γG+Q = 1,4

termined as follows with the given acting design normal force nEd (see Table 2):

fk,erf N/mm 2  ≥

nEd  kN/m  T

(2)

The partial safety factor on the material side γM = 1.5 as well as the long-term factor ζ = 0.85 are considered in Table 3 just as a possible reduction of the effective length of thin walls. Other partial safety factors and long-term factors can be taken into account using a modified table value Tmod:

Tmod =

γ m ⋅ 0.85 1.5 ⋅ ζ

⋅T

(3)

gertiefe a zur Wanddicke t der Tabelle 3 zu entnehmen. Mit Hilfe der charakteristischen Mauerwerksdruckfestigkeit fk (in N/mm²) des gewählten Mauerwerks kann der Bemessungswert der aufnehmbaren Normalkraft nRd (in kN/m) nach Gl. (1) bestimmt und der einwirkenden Normalkraftbeanspruchung nach Tabelle 2 gegenübergestellt werden.

nEd ≤ nRd  kN/m  = T ⋅ fk N/mm 2 

(1)

Alternativ hierzu kann mit gegebener einwirkender Bemessungsnormalkraft nEd (s. Tabelle 2) die erforderliche charakteristischen Druckfestigkeit fk,erf, welche das verwendete Mauerwerk mindestens aufweisen muss, wie folgt bestimmt werden:

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

Table 3. Design capacity nRd in kN/m Tabelle 3. Aufnehmbare Bemessungsnormalkraft nRd in kN/m design normal force / aufnehmbare Normalkraft nRd (für fk ≥ 1.8 N/mm2) nRd in kN/m = T · fk in N/mm2 clear wall height / lichte Wandhöhe h in m

wall thickness / Wanddicke t in cm

internal wall / Innenwand

2.50

2.625

2.75

3.00

slab / Geschossdecke completely supported slab / vollaufliegende Decke a/t = 1.0

roof / Dachdecke

a/t = 2/3

a/t = 1/2

a/t = 1.0

a/t = 2/3

a/t = 1/2

slab span / Deckenspannweite lf in m ≤ 6.0

11.51)2)

external wall / Außenwand

≤ 4.5

5.0

15.02)

17.5

5.5

6.0

36 57 71

≤ 6.0

–

20.0

–

24.0

102

30.0

131

130

116

102

36.5

165

158

141

124

106

42.5

195

184

164

144

127

49.0 11.51)2) 15.02)

228 34

228

212

189

166

149 –

110 –

92 21

92 –

–

17.5

–

56 70

20.0

–

24.0

101

30.0

130

116

102

36.5

164

130 158

141

124

105

42.5

194

184

164

144

126

49.0 11.51)2) 15.02)

227 32

227

212

189

166

148 –

109 –

92 21

92 –

–

17.5

–

20.0

–

24.0

30.0

128

116

102

36.5

162

158

141

124

104

42.5

193

184

164

144

125

49.0

226

212

189

166

147

108

24.0

–

116

102

160

158

141

124

101

184 212

164 189

144 166

123 145

89 106

80 92

30.0

125

36.5

160

125

42.5

191

49.0

224

Intermediate values must not be interpolated. / Zwischenwerte dürfen nicht interpoliert werden. Footnotes: 1) Applies only for single-leaf external walls for single-storey garages and similar structures designed for temporary occupancy. Applies to loadbearing leaves of external cavity walls and double-leaf party walls up to a maximum of two full storeys high plus any build out attic; stiffening cross walls should be spaced ≤ 4.50 m and the clear distance between such walls and any openings should not exceed 2.0 m. 2) Only for external walls: live load q ≤ 3.0 kN/m² including the addition of not supporting inner walls k Conditions for application: The conditions for using the simplified calculation method in accordance with DIN EN 1996-3/NA section 4.2 must be complied with fk ≥ 1.8 N/mm2 Fußnoten: 1) Als einschalige Außenwand nur bei eingeschossigen Garagen und vergleichbaren Bauwerken, die nicht zum dauernden Aufenthalt von Menschen vorgesehen sind. Als Tragschale zweischaliger Außenwände und bei zweischaligen Haustrennwänden bis maximal zwei Vollgeschosse zuzüglich ausgebautes Dachgeschoss; aussteifende Querwände im Abstand ≤ 4,50 m bzw. Randabstand von einer Öffnung ≤ 2,0 m. 2) Nur für Außenwände: Nutzlast q ≤ 3,0 kN/m² einschließlich Zuschlag für nichttragende innere Trennwände. k Voraussetzungen zur Anwendung: Einhaltung der Anwendungsgrenzen und Randbedingungen des vereinfachten Nachweisverfahrens nach DIN EN 1996-3/NA, Kapitel 4.2 fk ≥ 1,8 N/mm2

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Further supplementary tables for the preliminary and final design of masonry walls under predominantly normal force load can be taken from literature (see [10], [11]).

5.2 Structural safety of external walls with low vertical load exposed to wind loads To transfer bending moments in building components consisting of a material without tensile strength always requires a simultaneously acting normal force. Accordingly, masonry walls exposed to horizontal loads (e.g. wind) require a minimum vertical superimposed load, so that the resultant stress at the mid-height of the wall remains the same within the cross-section. As part of the A2 amendment to DIN EN 1996-3/NA [9], this verification of walls subjected to low vertical loads and simultaneously exposed to high wind loads, such as outer walls on the top floor, was implemented in the National Annex. Part 3 of EN 1996 [8] includes a similar standard regulation for the verification of the minimum vertical load, which is based on an arch effect within the wall cross-section. Based on this technical background and taking into account the main influencing parameters, a verification model is presented in [12] which realistically describes the load-bearing behaviour of unreinforced masonry walls subjected primarily to bending. Apart from the bending moments due to wind load, an initial eccentricity of the wall as well as second order effects due to wall deformations are also taken into account. In addition, a simple approximation equation considering the self-weight of masonry γMW is provided for the practical determination of the required minimum vertical load.

NEd,min,Head ≥

γ Q · cpe,10 · q p · h 2  h  8⋅a −  150 

−

h · t · ρMW 2

(4)

The minimum required vertical loads to ensure adequate load-bearing capacity according to DIN EN 1996-3/NA [9] and the approximation equation are shown in Fig. 4 for masonry made of a common calcium silicate (CS) and clay or autoclaved aerated concrete bricks (AAC) as a function of the wind load qp which, according to DIN EN 1991-1-4/ NA [13], is obtained from the wind zones and the building height H. At the same time, a partial safety factor on the load side of γQ = 1.5 was taken into account as well as an aerodynamic external pressure coefficient of cpe,10 = 0.8. Pressure areas B, C, D and E according to DIN EN 19911-4/NA [13] are thus covered. Area A with its increased aerodynamic external pressure coefficient is – at the corners of the wall – within the range of the retaining transverse walls and is not design-relevant for determining the required minimum vertical loads. It is evident that for these common examples, a vertical load on the top of the wall of about 5 kN/m, such as e.g. when commonly taking into account the effect of a reinforced concrete floor (hDe = 20 cm) supported parallel to the wall with a load intake width of 1 m, is sufficient in most areas. Up to and including wind zone 3, and wall slenderness λ ≤ 15, a vertical load on top of the wall of 5 kN/m is always adequate. Slightly higher vertical loads

fk,erf N/mm 2  ≥

nEd  kN/m  T

(2)

Der Teilsicherheitsbeiwert auf der Materialseite γM = 1,5 sowie der Dauerstandsfaktor ζ = 0,85 sind in Tabelle 3 ebenso berücksichtigt wie eine mögliche Reduzierung der Knicklänge bei dünnen Wänden. Davon abweichende Teilsicherheitsbeiwerte und Dauerstandsfaktoren können durch die Verwendung eines modifizierten Tabellenwertes Tmod erfasst werden:

Tmod =

γ m ⋅ 0,85 1,5 ⋅ ζ

⋅T

(3)

Weitere, ergänzende Tafeln zur Vor- oder endgültigen Bemessung von Mauerwerkswänden unter überwiegender Normalkraftbeanspruchung können der Literatur (s. [10], [11]) entnommen werden.

5.2 Standsicherheit windbeanspruchter Außenwände mit geringer Vertikallast Biegebeanspruchte Bauteile aus nicht zugfestem Material benötigen zur Aufnahme der Momente stets eine gleichzeitig wirkende Normaldruckkraft. Demzufolge ist auch bei Mauerwerkswänden mit horizontalen Lasten (z. B. Wind) eine vertikale Mindestauflast erforderlich, damit die resultierende Beanspruchung in Wandhöhenmitte innerhalb des Querschnitts bleibt. Im Zuge eines A2-Änderungsblattes zu DIN EN 1996-3/NA [9] wurde dieser Nachweis für vertikal gering belastete Wände mit gleichzeitig hoher Windbeanspruchung, wie z. B. Außenwände im obersten Geschoss, in den Nationalen Anhang implementiert. In Teil 3 von EN 1996 [8] ist eine ähnliche normative Regel zum Nachweis der Mindestauflast bereits enthalten, welche auf einer Bogentragwirkung innerhalb des Wandquerschnitts basiert. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend wurde durch eine wissenschaftliche Betrachtung des Sachverhalts ein Nachweisverfahren entwickelt und in [12] vorgestellt, welches das Tragverhalten überwiegend biegebeanspruchter Mauerwerkswände realitätsnah beschreibt. Neben dem Biegemoment aus der Windbeanspruchung werden dabei eine ungewollte Ausmitte sowie die Auswirkungen infolge der Wandverformungen nach Theorie II. Ordnung berücksichtigt. Weiterhin ist eine einfache und doch hinreichend genaue Approximationsgleichung für voll- und teilaufliegende Decken (a/t ≤ 1) für die praxisnahe Ermittlung der erforderlichen Mindestauflast NEd,min,Kopf unter Berücksichtigung des Eigengewichtes des Mauerwerks ρMW angegeben (Gl. (4)):

γ Q · cpe,10 · q p · h 2

h 2

(4) NEd,min,Kopf ≥ − · t · ρMW

 h  8⋅a −  150 

In Bild 4 ist die für eine übliche Kalksandstein- und eine Ziegel- bzw. Porenbetonwand die am Wandkopf minimal erforderliche Auflast zur Sicherstellung hinreichender

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

are only required for larger wall slenderness or for extremely high wind loads (coastal regions of the Baltic Sea and the North Sea, as well as the islands in the Baltic Sea and North Sea with qp ≥ 1.2 kN/m2).

5.3 Exterior basement walls under earth pressure load In order to ensure the load bearing capacity of basement walls under predominantly bending load which are exposed to horizontal earth pressure, a certain minimal vertical load is also required. To determine this minimum required normal load, EN 1996-3 [8] provides a simplified calculation approach which, however, takes into account only an earth pressure coefficient of Ke ≤ 1/3. If a higher earth pressure coefficient (e. g. at-rest earth pressure) must be used, the more accurate verification method specified in the German National Annex of DIN EN 1996-1-1 [14] can be applied. However, it should be noted that a supplementary verification of the shear load bearing capacity is always mandatory in addition to the verification of a sufficient flexural bearing strength when the more accurate verification method is applied. In the context of the revision of all Eurocodes, the related national regulations shall be reduced as far as possible and thus harmonized. Since it is not the wish of the EU to incorporate the method for the design of basement walls specified in the German National Annex of DIN EN 1996-1-1 into the “European” Eurocode, the opportunity to conduct a more accurate verification will most likely be cancelled in the course of the upcoming revision of the European regulation. Nevertheless, in order to enable a simple and economic design of basement walls with earth pressure coefficients of the in-situ soil exceeding 1/3, an amended design proposal for a simplified calculation according to Part 3 of Eurocode was presently submitted to the responsible European Standardisation Committee. This proposal is presented in the following.

Tragfähigkeit nach der normativen Regelung (DIN EN 1996-3/NA [9]) und der Approximationsgleichung (4) aus [12] in Abhängigkeit des Böengeschwindigkeitsdruckes qp, der sich nach DIN EN 1991-1-4/NA [13] aus den Windzonen und der Gebäudehöhe H ergibt, angegeben. Dabei wurde ein Teilsicherheitsbeiwert auf der Einwirkungsseite von γQ = 1,5 sowie ein aerodynamischer Außendruckbeiwert von cpe,10 = 0,8 berücksichtigt. Damit sind die Druckbereiche B, C, D und E nach DIN EN 1991-1-4/NA [13] abgedeckt. Der Bereich A mit erhöhtem aerodynamischem Außendruckbeiwert liegt an den Wandecken im Bereich von haltenden Querwänden und ist für die Ermittlung der minimal erforderlichen Auflast i. d. R. nicht bemessungsrelevant. Es ist offensichtlich, dass dieser Bemessungsvorschlag durch den exakten Ansatz des Teilsicherheitsbeiwertes auf der Einwirkungsseite, des aerodynamischen Außendruckbeiwertes sowie des Böengeschwindigkeitsdruckes auf andere europäische Länder mit ihren Eingangswerten übertragen werden kann. Man erkennt aus Bild 4, dass für diese praxisüblichen Beispiele eine Auflast am Wandkopf von ca. 5 kN/m, wie sie z. B. bei Berücksichtigung eines Einflusses einer parallel zur Wand gespannten Stahlbetondecke (hDe = 20 cm) mit einer Lasteinzugsbreite 1 m vorhanden ist, in weiten Bereichen ausreicht, um den Nachweis der Mindestauflast zu erfüllen. Bis einschließlich Windzone 3 und Wandschlankheiten λ ≤ 15 reicht eine Auflast von 5 kN/m am Wandkopf immer aus. Lediglich bei größeren Schlankheiten oder bei extrem hohen Windlasten (Küsten der Ostund Nordsee sowie Inseln der Ost- und Nordsee mit qp ≥ 1,2 kN/m2) sind etwas größere Auflasten erforderlich.

5.3 Erddruckbeanspruchte Kellerwände Um die Tragfähigkeit von überwiegend biegebeanspruchten Kellerwänden unter horizontalem Erddruck sicherzustellen, ist ebenfalls eine gewisse Auflast erforderlich. Zur

Fig. 4. Required minimum vertical load at the top of the wall as a function of the characteristic values of wind load, respectively the wind zone Bild 4. Erforderliche Mindestauflast am Wandkopf in Abhängigkeit des charakteristischen Wertes der Windlast bzw. der Windzone

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

The existing verification procedure of EN 1996-3 shall be modified to the effect that the new design proposal now allows for the modelling of arbitrary earth pressure values. Simultaneously, adhering to the minimum required vertical load, a sufficient shear load bearing capacity must be ensured. This is an enormous advantage as compared to the procedure according to DIN EN 1996-1-1/NA and it facilitates the design significantly. Furthermore, the new design proposal can also be used for larger clear heights of the wall as compared to the presently valid application range of h ≤ 2.60 m. In the following, the new design proposal for the determination of the minimum required superimposed load is stated (Eq. (5)):

Ed,min

≥

K e ⋅ ρe ⋅ b ⋅ h ⋅ he2 6⋅α ⋅t

(5)

where b width of the wall h clear height of the basement wall he height of the backfill Ke earth pressure coefficient t wall thickness α is1 if bc ≥ 2 · h (uniaxial load transfer) is 3 – bc/h if h < bc < 2 · h (biaxial load transfer) is 2 if bc ≤ h ρe weight of the backfill A model for the realistic verification of masonry walls under earth pressure load already presented in [15] examines the bending and shear failure independent of each other and determines a minimum required superimposed load for the respective failure type. The larger of both values represents the value relevant for the design. In a further optimisation step, this method was improved to the extent that the bending and shear load bearing capacity can now be considered together and that a design value of the required normal force can be determined from them which is independent of the failure type. Although detailed comparative calculations to verify this “realistic” verification procedure are however still outstanding, in a first step, the superimposed load required according to the simplified calculation (Eq. (5)) was compared to the normal force resulting from the realistic model. The result of the comparison is illustrated in Figure 5. It is evident that the new design proposal represents a good approximation of the more accurate calculation. In practice, an efficient design of basement walls at arbitrary earth pressure coefficients will therefore be possible in the future.

6 The DGfM educational portal “masonry structures” For several years now, the Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e. V. (DGfM) (German Society for masonry and residential construction) has been operating an online educational portal for masonry structures, which is mainly directed to students of civil engineering and architecture at universities and universities of applied sciences in Germany. When Eurocode 6 and the

Ermittlung dieser minimal erforderlichen Normalkraft stellt EN 1996-3 [8] einen vereinfachten Berechnungsansatz zur Verfügung, der aber lediglich ein Erddruckbeiwert von Ke ≤ 1/3 berücksichtigt. Soll beim Nachweis ein höherer Erddruckbeiwert (z. B. Erdruhedruck) verwendet werden, so kann auf das genauere Nachweisverfahren, welches im deutschen nationalen Anhang zu DIN EN 1996-1-1 [14] geregelt ist, zurückgegriffen werden. Allerdings ist zu beachten, dass bei Anwendung des genaueren Nachweisverfahrens neben dem Nachweis hinreichender Biegetragfähigkeit stets noch ein zusätzlicher Nachweis bezüglich der Querkrafttragfähigkeit erforderlich ist. Im Zuge der Überarbeitung aller Eurocodes sollen die zugehörigen nationalen Regelungen so weit wie möglich reduziert und dadurch harmonisiert werden. Da es auf europäischer Ebene nicht gewünscht ist, das im deutschen nationalen Anhang zu DIN EN 1996-1-1 geregelte Verfahren zur Bemessung von Kellerwänden in den „europäischen“ Eurocode zu übernehmen, wird die Möglichkeit einer genaueren Nachweisführung im Zuge der anstehenden Überarbeitung der europäischen Vorschrift aller Voraussicht nach entfallen. Um dennoch eine einfache und wirtschaftliche Bemessung von Kellerwänden mit anstehendem Erdreich mit Erddruckbeiwerten größer als 1/3 zu ermöglichen, wurde dem zuständigen europäischen Normungsausschuss derzeit ein überarbeiteter Bemessungsvorschlag für eine vereinfachte Berechnung nach Teil 3 des Eurocodes unterbreitet. Dieser wird nachfolgend vorgestellt. Das bestehende Nachweisverfahren von EN 1996-3 soll dahingehend modifiziert werden, dass mit dem neuen Bemessungsvorschlag nun auch beliebige Erddruckbeiwerte abgebildet werden können. Dabei ist bei Einhaltung der minimalen erforderlichen Auflast gleichzeitig auch eine hinreichende Querkrafttragfähigkeit zu gewährleisteten. Dies stellt im Vergleich zum Verfahren nach DIN EN 1996-1-1/ NA einen erheblichen Vorteil dar und erleichtert die Bemessung enorm. Des Weiteren kann der neue Bemessungsvorschlag auch für größere lichte Wandhöhen im Vergleich zum jetzt geltenden Anwendungsbereich von h ≤ 2,60 m verwendet werden. Nachstehend ist der neue Bemessungsvorschlag für die Ermittlung der minimal erforderlichen Auflast angegeben (Gl. (5)):

Ed,min

≥

K e ⋅ ρe ⋅ b ⋅ h ⋅ he2

(5)

6⋅α ⋅t

mit b Breite der Wand h lichte Höhe der Kellerwand he Höhe der Anschüttung Ke Erddruckbeiwert t Wanddicke α ist 1 wenn bc ≥ 2 · h (einachsiger Lastabtrag) ist 3 – bc/h wenn h < bc < 2 · h (zweiachsiger Lastabtrag) ist 2 wenn bc ≤ h ρe Wichte der Anschüttung Ein bereits in [15] vorgestelltes Modell für den realitätsnahen Nachweis erddruckbelasteter Wände aus Mauerwerk betrachtet das Biege- und Querkraftversagen unabhängig

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

related national annexes were officially introduced in Germany, the content of the educational portal was comprehensively revised by the Institut für Massivbau of TU Darmstadt on behalf of DGfM and the specification of the verifications required for the design of masonry was adapted to the new generation of standards. Moreover, a protected domain for professors and university lecturers was added in which ready-made lecture charts covering the different subject areas are available to be used in teaching. The teaching contents are divided into ten subject areas (see Table 4). The individual chapters can be read directly on the website optimised for smartphones and tablets or, as an alternative, they can be downloaded in PDF format. They are designed in a way that the ten chapters can be presented within ten lectures. In the educational portal, the students find useful tools for the verification of masonry structures. Visually supported by images and diagrams, the theoretical facts are explained in a very descriptive way. Therefore, the educational portal does not only accompany the lecture very well, but it is also excellently suited for persons interested in masonry who want to study on their own or for engineers working in practice who want to clarify specific questions. All in all, masonry construction is in an excellent position with regard to teaching in order to convey the issues in a practical way and to raise enthusiasm for this building method among future generations of engineers. However, even experienced engineers find a reference work which, provides the specifications of the standard in a clear and concise way at any time. Whether to refresh the existing knowledge or to look for solutions to specific issues: One look at the pages of the educational portal is always worthwhile. The educational portal can be found at: www.mauerwerksbau-lehre.de

voneinander und determiniert jeweils eine zur Versagensart zugehörige minimal erforderliche Auflast. Der größere der beiden Werte stellt die bemessungsrelevante Größe dar. In einem weiteren Optimierungsschritt wurde dieses Vorgehen jetzt dahingehend verbessert, dass Biege- und Querkrafttragfähigkeit nun gemeinsam betrachtet werden und hieraus ein von der Versagensart unabhängiger Bemessungswert der erforderlichen Normalkraft ermittelt werden kann. Obwohl detaillierte Vergleichsrechnungen zur Verifizierung dieses „realitätsnahen“ Nachweisverfahrens allerdings noch ausstehen, wurde in einem 1. Schritt die nach der vereinfachten Berechnung (Gl. (5)) erforderliche Auflast der sich nach dem realitätsnahen Modell ergebenden Normalkraft gegenübergestellt. Das Ergebnis des Vergleichs zeigt Bild 5. Es ist ersichtlich, dass der neue Bemessungsvorschlag eine gute Approximation der genaueren Berechnung darstellt. Damit wird der Praxis zukünftig die effiziente Bemessung von Kellerwänden bei beliebigem Erddruckbeiwert ermöglicht.

6 Das DGfM-Lehrportal Mauerwerksbau Die Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e. V. (DGfM) betreibt bereits seit mehreren Jahren ein Online-Lehrportal zum Mauerwerksbau, welches sich vorrangig an Studenten des Bauingenieurwesens und der Architektur an Universitäten und Fachhochschulen in Deutschland richtet. Mit der bauaufsichtlichen Einführung des Eurocodes 6 und der entsprechenden nationalen Anhänge in Deutschland wurden die Inhalte des Lehrportals vom Institut für Massivbau der TU Darmstadt im Auftrag der DGfM grundlegend überarbeitet und die Beschreibung der für die Bemessung von Mauerwerk erforderlichen Nachweise auf die neue Normengeneration umgestellt. Darüber hinaus wurde ein geschützter Bereich für Professoren und Hochschuldozenten ergänzt, in dem zu den verschiedenen Themengebieten fertige Vorlesungscharts zur Verwendung in der Lehre zur Verfügung stehen.

Fig. 5. Comparison of the minimum required load at the top of the wall Bild 5. Vergleich der minimal erforderlichen Auflast am Wandkopf

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Nachhaltiges Bauen mit Mauerwerk

Table 4. Overview of the individual chapters of the educational portal Tabelle 4. Die einzelnen Kapitel des Lehrportals im Überblick Kapitelnummer

Titel

Basics and materials of masonry / Grundlagen und Baustoffe des Mauerwerksbaus

Strength and deformation properties / Festigkeiten und Verformungseigenschaften

Safety concept and durability / Sicherheitskonzept und Dauerhaftigkeit

Spatial stiffness and structural analysis / Räumliche Steifigkeit und Schnittgrößenermittlung

Stability failure and effective length of masonry walls / Stabilitätsversagen und Knicklänge von Mauerwerkswänden

Design of unreinforced masonry walls subjected to mainly vertical and bending loading according to the simplified calculation methods / Bemessung von unbewehrtem Mauerwerk für Normalkraft- und Biegebeanspruchung nach dem vereinfachen Nachweisverfahren

Design of unreinforced masonry walls subjected to mainly vertical and bending loading according to the general rules / Bemessung von unbewehrtem Mauerwerk für Normalkraft- und Biegebeanspruchung nach dem allgemeinen Nachweisverfahren

Design of unreinforced masonry walls subjected to shear loading according to the general rules / Bemessung von unbewehrtem Mauerwerk für Querkraftbeanspruchung nach dem allgemeinen Nachweisverfahren

Design of basement walls / Bemessung von Kellerwänden

Non load-bearing walls, special components and detailing / Nichttragende Wände, Sonderbauteile und bauliche Durchbildung

7 Summary In recent years, masonry construction was faced with a variety of challenges. The socio-politically inspired turnaround in energy in Germany and the related assessment of the sustainability of a construction method force the manufacturers of masonry units and mortar to make innovative products. A scientifically based sustainability assessment of existing buildings using objective basic data makes it clear that, in this respect, masonry is in an excellent position and needs not fear the comparison with other building methods. However, there is need for further action, also in view of the forthcoming harmonization of the European regulations. Using selected examples, this paper shows how an efficient design of masonry structures is possible by means of practical verification procedures in order to ensure the competitiveness of this construction method in the future. References – Literatur [1] Pohl, S.: Umweltwirkungen als zeitgemäßes Qualitätsmerkmal – EPDs für Mauersteine aus Leichtbeton. BFT International 79 (2013), 02. [2] Holzforschung München [Hrsg.]: Bauen mit Holz = aktiver Klimaschutz. Online unter http://www.cluster-forstholz bayern.de [3] Bayerisches Staatsministerium des Inneren, für Bau und Verkehr [Hrsg.]: Holz zeitlos schön. Online unter http://www. holz-zeitlos-schoen.bayern.de

Die Lehrinhalte sind in zehn Themenbereiche unterteilt (s. Tabelle 4). Die einzelnen Kapitel können direkt in einer für Smartphones und Tablets optimierten Ansicht auf der Internetseite gelesen oder alternativ im PDF-Format heruntergeladen werden. Sie sind so konzipiert, dass die zehn Kapitel innerhalb von zehn Vorlesungsterminen präsentiert werden können. Im Lehrportal finden die Studierenden nützliche Hilfsmittel für den Nachweis von Mauerwerkskonstruktionen. Mit optischer Unterstützung durch Bilder und Grafiken werden die theoretischen Sachverhalte anschaulich vermittelt. Dadurch ist das Lehrportal nicht nur ein sehr guter Begleiter der Vorlesung, sondern eignet sich auch hervorragend zum unabhängigen Selbststudium für Mauerwerks-Interessierte oder zum Nachschlagen bestimmter Sachverhalte für den in der Praxis tätigen Ingenieur. Insgesamt ist der Mauerwerksbau somit auch in der Lehre bestens aufgestellt, um die Inhalte praxisnah zu vermitteln und zukünftige Ingenieurgenerationen für diese Bauweise zu begeistern. Doch auch erfahrene Ingenieure finden hier ein Nachschlagewerk, in dem die Vorgaben der Norm übersichtlich und lesbar aufbereitet jederzeit abgerufen werden können. Ob nur zum Auffrischen des bereits vorhandenen Wissens oder zum Suchen nach Lösungen bei konkreten Problemstellungen: Ein Blick auf die Seiten des Lehrportals lohnt immer. Zu finden ist das Lehrportal unter: www.mauerwerksbau-lehre.de

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

C.-A. Graubner/S. Pohl/V. Förster/M. Schmitt/B. Koob · Sustainable building with masonry

[4] Graubner, C.-A., Pohl, S.: Nachhaltigkeit von Mauerwerk im Geschosswohnungsbau. In: Mauerwerksbau aktuell 2016, Berlin: Bauwerk Verlag 2016. [5] Statistische Bundesamt [Hrsg.]: Tabellen zu den Umwelt ökonomischen Gesamtrechnungen, Teil 6: […] Waldgesamt rechnung. Wiesbaden 2014. [6] ARGE//eV: Kostenvergleiche – Studie zum Vergleich verschiedener Bauweisen im Wohnungsbau – Vorteile massiver Bauweisen. Statusbericht 07/2014, Berlin. [7] Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden [Hrsg.]: Mineralische Bauabfälle, Monitoring 2012, Berlin 2015. [8] DIN EN 1996-3:2010-12: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 3: Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten. Berlin: Beuth-Verlag. [9] DIN EN 1996-3/NA:2012-01 + A1-Änderung + A2-Ände rung: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 3: Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten – Nationaler Anhang. Berlin: Beuth-Verlag. [10] Graubner, C.-A., Schmitt, M., Förster, V.: Tragfähigkeits tafeln für unbewehrtes Mauerwerk nach Eurocode 6 – Teil 3. Mauerwerksbau aktuell 2016, S. C.47–C.70. Berlin: Verlag Bauwerk Beuth. [11] Graubner, C.-A., Schmitt, M., Förster, V.: Design tables for URM – Hilfsmittel für die praxisnahe Bemessung von unbewehrtem Mauerwerk. Mauerwerk 18 (2014), H. 3/4, S. 176– 187. [12] Schmitt, M., Graubner, C.-A., Förster, V.: Minimum vertical load on masonry walls – a realistic view; Mindestauflast auf Mauerwerkwänden – eine realitätsnahe Betrachtung. Mauerwerk 19 (2015) H. 4, S. 245–257 [13] DIN EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010: Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke. Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen. Windlasten; in Verbindung mit DIN EN 1991-1-4/NA: 2010-12. Berlin: Beuth Verlag. [14] DIN EN 1996-1-1/NA:2010-12 + A1-Änderung + A2Änderung: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten. Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk – Nationaler Anhang. Berlin: Beuth-Verlag. [15] Graubner, C.-A., Förster, V., Schmitt, M.: Standsicherheit von Kellerwänden bei drückendem Wasser. Mauerwerk 18 (2014), H. 5, S. 298–303.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

7 Zusammenfassung In der jüngeren Vergangenheit wird die Mauerwerksbauweise vor vielfältige neue Herausforderungen gestellt. Die in Deutschland gesellschaftspolitisch gewünschte Energiewende und die damit einhergehende Beurteilung der Nachhaltigkeit einer Bauweise zwingen Stein- und Mörtelhersteller zu innovativen Produkten. Eine wissenschaftlich abgesicherte Nachhaltigkeitsbewertung realer Gebäude unter Verwendung objektiver Basisdaten verdeutlicht, dass Mauerwerk in dieser Hinsicht bestens aufgestellt ist und den Vergleich mit anderen Bauweisen nicht zu scheuen braucht. Aber auch im Hinblick auf die anstehende Harmonisierung der europäischen Regelwerke besteht Handlungsbedarf. Der Beitrag zeigt anhand ausgewählter Beispiele, wie durch praxisorientierte Nachweisformate eine effiziente Bemessung von Mauerwerkskonstruktionen ermöglicht werden kann, um die Wettbewerbsfähigkeit der Bauart auch zukünftig sicherzustellen.

Authors – Autoren: Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner Valentin Förster M.Sc. Michael Schmitt M.Sc. Benjamin Koob M.Sc. Technische Universität Darmstadt Institut für Massivbau Franziska-Braun-Straße 3 64287 Darmstadt Dr.-Ing. Sebastian Pohl LCEE Life Cycle Engineering Experts GmbH Berliner Allee 58 64295 Darmstadt

Articles – Fachthemen Jochen Zehfuß Thorsten Mittmann

DOI: 10.1002/dama.201600686

Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach euro päischen Normen The European requirements for fire safety design and testing of structural masonry members are already the governing requirements in many cases. In principle, both the European and the German classification may be used according to the Bauregelliste. However, the latter may only be used when European classification of a member or construction material is not possible because the appropriate European standards do not exist. The European standards do not differ fundamentally from the German standard DIN 4102-2. One significant difference is that according to the DIN 4102-2, it was required to carry out two tests with the most unfavourable result governing, while according to the European standard, only one test is required. According to the EN Standard, the tests for fire resistance and the reaction to fire are carried out separately. There are other differences related to the pressure in the furnace as well as the use of plate thermocouples instead of jacketed thermocouples. Fire safety design of masonry is carried out in accordance with EC 6-1-2 and the National Annex. Only the members not regulated in the EC 6-1-2, e.g. precast masonry members, non-load-bearing walls, lintels, connections and joints, should be designed and checked according to the revised DIN 4102-4.

Für die Brandschutzbemessung und -prüfung von Bauteilen aus Mauerwerk sind europäische Vorschriften häufig bereits maßgeblich. Grundsätzlichen dürfen gemäß Bauregelliste sowohl die europäische als auch die deutsche Klassifizierung angewendet werden. Letztere jedoch nur, wenn das Bauteil bzw. Bauprodukt nicht europäisch klassifiziert werden kann, da entsprechende europäische Prüf- oder Bemessungsnormen nicht vorliegen. Die europäischen Prüfnormen unterscheiden sich von der DIN 4102-2 nicht grundlegend. Eine wesentliche Änderung ist, dass nach DIN 4102-2 immer zwei Prüfungen durchzuführen waren, wobei das ungünstigste Prüfergebnis maßgebend war, wohingegen nach EN-Norm nur noch eine Prüfung erfolgen muss. Die Prüfung nach EN-Norm erfolgt für die Feuerwiderstandsfähigkeit sowie das Brandverhalten getrennt. Weitere Änderungen betreffen den Überdruck im Brandraum sowie die Verwendung von Plattenthermoelementen anstatt Mantelthermoelementen. Die Brandschutzbemessung von Bauteilen aus Mauerwerk erfolgt grundsätzlich nach EC 6-1-2 und zugehörigem Nationalen Anhang. Lediglich die dort nicht geregelten Bauteile, wie z. B. Fertigteile aus Mauerwerk, nichttragende Wände, Stürze, Anschlüsse und Fugen werden in der novellierten DIN 4102-4 geregelt.

Keywords: Masonry; fire safety design; classification; Eurocode; DIN 4102-4; test standards

Stichworte: Mauerwerk; Brandschutzbemessung; Klassifizierung; Eurocode; DIN 4102-4; Prüfnormen; Leistungskriterien

1 Introduction

1 Einführung

The development of the European product, test and design standards is continuously progressing. The Eurocodes became the regulating design standards in 2012 with the launch of the Eurocodes and the adoption by building authorities in the “Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen” and subsequently in the “Liste der Technischen Baubestimmungen” of the federal states. This means that fire protection design and tests can only be carried out using the DIN 4102-4 when there are no design rules in the Eurocode (non-competition clause) for example for construction details or special members (fire walls, etc.) [1]. Unless the fire safety design of masonry members can be carried out with the aforementioned design standards, then fire tests are normally required. Based on the results of the fire tests, the members are classified in fire resistance

Die Entwicklung der europäischen Produkt-, Prüf- und Bemessungsnormen schreitet auch im Mauerwerksbau stetig voran. Die Eurocodes sind die Regel-Bemessungsnormen seit der bauaufsichtlichen Einführung der Eurocodes mit Übernahme in die Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen in 2012 und in der Folge in den LTB der Bundesländer. Das bedeutet, dass der Brandschutznachweis nach DIN 4102-4 nur noch dann geführt wird, wenn in den Eurocodes keine Bemessungsregeln existieren (Konkurrenzverbot) wie z. B. für Ausführungsdetails oder Sonderbauteile (Brandwände, etc.) [1]. Sofern die brandschutztechnische Bemessung von Bauteilen aus Mauerwerk nicht mit den vorgenannten Bemessungsnormen erfolgen kann, sind in der Regel Brandprüfungen erforderlich. Aufgrund der Ergebnisse der Brand-

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

classes. In the course of the European harmonisation and based on the CJEU (Court of Justice of the European Union) decision of 16. 10. 2014, the classification must henceforth be carried out according to the European regulations. At the time of writing this publication, the consequences of this decision for legislative authorities and the building inspectorate are not yet clear. However, it is already foreseeable that significant changes to the Bauregelliste will occur and that, where appropriate, the structural requirements in the state building regulations could be substantiated in the form of compliance instructions [2].

prüfungen werden die Bauteile in Feuerwiderstandsklassen klassifiziert. Im Zuge der europäischen Harmonisierung und unter dem Hintergrund des EuGH-Urteils vom 16. 10. 2014 werden die Klassifizierungen künftig in der Regel nach euro päischen Normen erfolgen. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags sind die Konsequenzen, die der Gesetzgeber und die Bauaufsicht aus dem Urteil ziehen, noch nicht klar. Es ist jedoch schon jetzt absehbar, dass es zu wesentlichen Änderungen in der Bauregelliste kommen wird und dass ggf. in Form von Vollzugshinweisen die Bauwerksanforderungen in den Landesbauordnungen konkretisiert werden [2].

2 Classification according to European standards 2.1 General

2 Klassifizierung nach europäischen Normen 2.1 Allgemeines

Parts 1 and 2 of the Classification Standard DIN EN 13501 are relevant to masonry structures. The classification of structural members based on fire resistance test results is carried out according to DIN EN 13501-2 [3], while the classification of construction products based on reaction to fire test results is carried out according DIN EN 13501-1 [4]. To determine the fire resistance according to DIN EN 13501-2, performance criteria have been introduced. The three main criteria are Resistance “R”, Partitioning “E” and Heat Insulation “I”. An additional criterion “M” has been included for increased resistance to mechanical loading, e.g. for fire walls.

Für den Mauerwerksbau sind die Teile 1 und 2 der Klassifizierungsnorm DIN EN 13501 relevant. Die Klassifizierung von Bauteilen mit den Ergebnissen aus Feuerwiderstandsprüfungen erfolgt nach DIN EN 13501-2 [3], die Klassifizierung von Bauprodukten mit den Ergebnissen aus Prüfungen zum Brandverhalten nach DIN EN 13501-1 [4]. Zur Ermittlung des Feuerwiderstands nach DIN EN 13501-2 sind Leistungskriterien eingeführt worden. Drei Hauptkriterien „R“ Tragfähigkeit, „E“ Raumabschluss und „I“ Wärmedämmung sind dabei zu unterscheiden. Als zusätzliches Kriterium wurde „M“ für eine erhöhte Festigkeit gegen mechanische Beanspruchung, z. B. bei Brandwänden, aufgenommen.

2.2 Performance criteria 2.2.1 Resistance R The resistance R is the ability of the structural member under specified load to resist fire exposure on one or more sides without loss of stability for a certain duration. The criteria to determine whether collapse is imminent differ dependent on the type of structural member. For example, for flexurally loaded members such as slabs and roofs, a rate of deformation (bending deflection) and a limit for the deformation (deflection) must be met. For axial loaded members (e.g. columns and walls) a rate of deflection (compression) and a limit of the actual deformation must be met.

2.2.2 Partitioning E The partitioning criteria E is the ability of a member that serves to separate areas to withstand the exposure to fire on one side without transmitting the fire to the non-exposed side. This means that the member should prevent transmission of flames or significant amounts of hot gases that could ignite materials on or near the non-exposed surface. Partitioning is verified using the following criteria: –– cracks and openings that exceed specified dimensions –– ignition of a cotton pad –– enduring flames on the non-exposed side

2.2.3 Heat insulation I The heat insulation criteria I is the ability of the structural member to withstand exposure to fire on one side, without significant heat transfer from the fire exposed side to the non-exposed side. The heat transfer must be limited in

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

2.2 Leistungskriterien 2.2.1 Tragfähigkeit R Die Tragfähigkeit R ist die Fähigkeit des Bauteils, unter festgelegten mechanischen Einwirkungen einer Brandbeanspruchung auf einer oder mehreren Seiten ohne Verlust der Standsicherheit für eine Zeitdauer zu widerstehen. Die Kriterien für die Feststellung des unmittelbar bevorstehenden Zusammenbruchs sind je nach Typ des tragenden Bauteils unterschiedlich. Auf Biegung beanspruchte Bauteile, z. B. Decken und Dächer, müssen eine Verformungs-geschwindigkeit (Durchbiegung) und einen Grenzwert für die aktuelle Verformung (Durchbiegung) einhalten. Axial belastete Bauteile, z. B. Stützen und Wände, müssen eine Verformungsgeschwindigkeit (Stauchung) und einen Grenzwert für die aktuelle Verformung (Stauchung) einhalten.

2.2.2 Raumabschluss E Der Raumabschluss E ist die Fähigkeit eines Bauteils mit raumtrennender Funktion, der Beanspruchung eines nur an einer Seite angreifenden Feuers ohne die Übertragung des Feuers zur nicht dem Feuer ausgesetzten Seite als Ergebnis des Durchtritts signifikanter Mengen von Flammen oder heißer Gase zu widerstehen, die dabei eine Entzündung der dem Feuer abgekehrten Oberfläche oder in der Nähe dieser Oberfläche befindlicher Materialien verursachen. Der Raumabschluss wird anhand folgender Kriterien überprüft: –– Risse und Öffnungen, die über bestimmte Abmessungen hinausgehen –– Entzündung eines Wattebausches

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

such a way as to prevent combustion of materials on or near the non-exposed surface. The member must also provide enough of a barrier to the heat transfer to provide protection to people on the non-exposed side.

–– andauernde Entflammung auf der vom Feuer abgewandten Seite.

2.2.4 Differences compared to classification according to DIN 4102-2

Die Wärmedämmung I ist die Fähigkeit eine Bauteils, einer einseitigen Brandbeanspruchung ohne die Übertragung von Feuer als Ergebnis einer signifikanten Übertragung von Wärme von der dem Feuer zugekehrten Seite zu der vom Feuer abgewandten Seite zu widerstehen. Die Übertragung muss so begrenzt sein, dass weder die vom Feuer abgewandte Oberfläche noch Materialien in der Nähe dieser Oberfläche entzündet werden können. Das Bauteil muss außerdem ein ausreichend großes Hindernis für den Wärmedurchtritt sein, um auf der brandabgekehrten Seite befindliche Personen zu schützen.

Unlike in the DIN 4102-2 [5], the various performance criteria are no longer jointly assessed, but are assessed individually. This aspect of the European classification therefore makes it possible to provide differentiated classification for each performance criteria, whereas according to DIN 4102-2, a classification of “F”, for example, would be applied to the capacity as well as the partitioning, which includes heat insulation. According to DIN 4102-2 members are classified according to the time at which one of the failure criteria is no longer fulfilled. In accordance with DIN EN 13501-2 members can be classified according to the results from fire tests, e.g. R90/REI30. Table 1 provides an overview of the European classification of structural members. In contrast to the classification according to DIN 4102-2, the European classification does not make any statements about the reaction to fire of the materials. The building regulation requirement of “fire resistant” for a load-bearing slab would require the classification F 90-AB according to DIN 4102-2, or a classification of REI 90 according to the Eurocode. The latter classification would require the addition of the phrase “in substantial part out of non-combustible construction materials” (material class A1 or A2 according to DIN EN 13502-1).

2.2.5 Identification of construction products In principle, both the European and German classifications are permitted according to the Bauregelliste. However, the German classification can only be used if the member or product cannot be classified according to the European requirements because the applicable test and design standards do not exist. Provided that harmonised European product standards (hEN-standards) or so-called European Technical Assessments (ETB) are available, then these are required to have the CE-identification. Additional usability verification at the national level is not permitted. How further requirements will be handled in the future, e.g. for building types like masonry walls, was not completely clear at the time of writing. According to [2], in the future, these requirements will be substantiated by compliance instructions in addition to the structural requirements. Those responsible for carrying out the construction project will have to determine from the compliance instructions which construction products to choose in order to fulfil the structural requirements based on the merits specified in the declaration of performance according to European product legislation [2].

3 Testing standards 3.1 General In order to determine the fire resistance of structural members, standardised fire tests for member classification are required. For the testing, test standards on the European

2.2.3 Wärmedämmung I

2.2.4 Unterschiede zur Klassifizierung nach DIN 4102-2 Anders als in der DIN 4102-2 [5] werden die verschiedenen Leistungskriterien nicht mehr gemeinsam sondern einzeln bewertet. Nach DIN 4102-2 geprüfte Bauteile werden nach dem Zeitpunkt klassifiziert, nach dem eines der Versagenskriterien nicht mehr erfüllt wird. Nach der DIN EN 13501-2 kann ein Bauteil entsprechend den Ergebnissen der Brandprüfung z. B. eine Klassifizierung R 90/REI 30 erhalten. Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die europäische Klassifizierung von Bauteilen. Die europäische Klassifizierung ermöglicht eine differenziertere Klassifizierung entsprechend den Leistungskriterien. Beispielsweise stand die Klassifizierung „F“ nach DIN 4102-2 sowohl für die Tragfähigkeit im Brandfall als auch für den „Raumabschluss“, welches die Wärmedämmung beinhaltete. Im Unterschied zur Klassifizierung nach DIN 4102-2 werden bei der europäischen Klassifizierung keine Aussagen zum Brandverhalten der Baustoffe getroffen. Die bauaufsichtliche Anforderung „feuerbeständig“ für eine tragende Decke entspricht nach DIN 4102-2 der Klassifizierung F 90-AB, nach europäischer Klassifizierung REI 90, wobei hier der Zusatz „in den wesentlichen Teilen aus nichtbrennbaren Baustoffen“ (Baustoffklasse A1 oder A2 nach DIN EN 13502-1) hinzuzufügen ist.

2.2.5 Kennzeichnung von Bauprodukten Grundsätzlichen dürfen gemäß Bauregelliste sowohl die europäische als auch die deutsche Klassifizierung angewendet werden. Letztere jedoch nur, wenn das Bauteil bzw. Bauprodukt nicht europäisch klassifiziert werden kann, da entsprechende europäische Prüf- oder Bemessungsnormen nicht vorliegen. Sofern für die Bauprodukte harmonisierte europäische Produktnormen (hEN-Normen) oder sogenannte Europäische Technische Bewertungen (ETB) vorliegen, sind diese CE-kennzeichnungspflichtig. Ein zusätzlicher nationaler Verwendbarkeitsnachweis ist nicht zulässig. Wie mit weitergehenden Anforderungen z. B. an Bauarten wie Mauerwerkswände künftig umgegangen wird, war zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags noch nicht vollständig geklärt. Gemäß [2] werden diese Anforderungen künftig in Vollzugshinweisen zu den Bauwerksanforderungen konkretisiert. Aus diesen Vollzugshinweisen haben die für die Durchführung von Baumaßnah-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

Table 1. Classification of members according to DIN EN 13501-2 Tabelle 1. Klassifizierung von Bauteilen nach DIN EN 13501-2 Symbols / Herleitung des Kurzzeichens

Criterion / Kriterium

Scope of Application / Anwendungsbereich

R (Résistance)

Capacity / Tragfähigkeit

characterisation of the fire resistance / zur Beschreibung der Feuerwiderstandsfähigkeit

E (Étanchéité)

Partitioning / Raumabschluss

I (Isolation)

Thermal Insulation (under fire action) / Wärmedämmung (unter Brandeinwirkung)

W (Radiation)

limitation of the heat transmission / Begrenzung des Strahlungsdurchtritts

M (Mechanical)

mechanical wall loading (impact loading) / mechanische Einwirkung auf Wände (Stoßbeanspruchung)

S (Smoke)

Limitation of the smoke permeability (density, leakage rate) / Begrenzung der Rauchdurchlässigkeit (Dichtheit, Leckrate)

Smoke doors (as an additional requirement to fire barriers), ventilation systems including dampers / Rauchschutztüren (als Zusatzanforderung auch bei Feuerschutzabschlüssen), Lüftungsanlagen einschließlich Klappen

C (Closing)

Self-closing feature (with number of cycles where appropriate) including continuous operation / selbstschließende Eigenschaft (ggf. mit Anzahl der Lastspiele) einschl. Dauerfunktion

Smoke doors, fire barriers (including closures for conveyors) / Rauchschutztüren, Feuerschutzabschlüsse (einschließlich Abschlüsse für Förderanlagen)

Maintenance of energy supply and signal transmission / Aufrechterhaltung der Energieversorgung und/oder Signalübermittlung

all electrical cable systems / elektrische Kabelanlagen allgemein

I1, I2

Various thermal insulation criteria / unterschiedliche Wärmedämmungskriterien

Fire barriers (including closures for conveyors) / Feuerschutzabschlüsse (einschließlich Abschlüsse für Förderanlagen)

... 200, 300, ... (°C)

Specification of the temperature loading / Angabe der Temperaturbeanspruchung

Smoke doors / Rauchschutztüren

i→o i→o i→o (in – out)

Direction of the classified fire resistance duration / Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer

non-load-bearing exterior walls, installation shafts/ducts. Ventilation systems/dampers / Nichttragende Außenwände, Installationsschächte/-kanäle, Lüftungsanlagen/ -klappen

a→b a←b a↔b (above – below)

Direction of the classified fire resistance duration / Richtung der klassifizierten Feuerwiderstandsdauer

Suspended ceilings / Unterdecken

f (full)

Loading from the „full“ uniform Temperature-time curve (full flame) / Beanspruchung durch „volle“ ETK (Vollbrand)

Double floors / Doppelböden

ve, ho (vertical, horizontal)

classified for vertical/horizontal installation / für vertikalen/horizontalen Einbau klassifiziert

Ventilation ducts/dampers / Lüftungsleitungen/-klappen

level are provided which would characterise the harmonised regulations and test methods. The most important test standards for structural members are: DIN EN 1363 – Fire resistance tests – General Requirements DIN EN 1364 – Fire resistance tests for non-loadbearing elements DIN EN 1365 – Fire resistance tests for loadbearing elements DIN EN 1366 – Fire resistance tests for service installations

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

men Verantwortlichen abzuleiten, welche Bauprodukte sie unter Zugrundelegung der in der nach den europäischen Produktvorschriften erstellten Leistungserklärung angegebenen Leistungen auswählen müssen, um die Bauwerksanforderungen erfüllen zu können [2].

3 Prüfnormen 3.1 Allgemeines Um den Feuerwiderstand von Bauteilen zu bestimmen, bedarf es zur Bauteilklassifizierung Normbrandprüfungen.

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

DIN EN 1634 – Fire resistance and smoke control tests for door, shutter and openable window assemblies and elements of building hardware

3.2 Changes to the technical certification and classification In the past, fire tests in Germany were carried out according to DIN 4012-2 [5] and, after a successful test, a categorization in one of the stated fire resistance classes “F...” was possible. Work on the European standards began in the mid-1990s and since then fire resistance testing has gradually been changed over to the European standard concept. A significant difference is that two tests were required by the national testing concept in DIN 4102-2, where the most unfavourable result governs. To verify “Fire walls” according to DIN 4102-3, a total of 2 or 3 tests were required where under certain circumstances (wear or deterioration of the surface on the exposed side) the eccentric load distribution changes. In contrast, only one test is required in the European testing concept. Since testing for resistance under mechanical loading is only done after the end of the classification period, the “M” criterion is an optional parameter where even potential failure caused by the impact load from a lead sack does not negatively affect the criteria for fire resistance. This means that a wall can still be classified as “REI 90”, even if the “M” test led to failure. In tests according to DIN 4102-3, this was not possible since a traditional “F 90” test would have been required. Due to the combination of testing and classification standards in testing according to DIN 4102-2 it is possible (and also required) to obtain the designation in addition to just the fire resistance class (e.g. “F 90-A”). This makes it easy to recognize whether a member is made up of only non-flammable materials “-A”) or if the “residual components” comprise flammable materials (“-AB”). This possibility does not exist in the European classification system in which the fire behaviour of the component materials must be considered individually and is not immediately recognizable from the fire resistance classification. Additional technical changes include an increase in the pressure in the test furnace from 10 Pa to 20 Pa and an increase in the bulk density of the cover plate used at the temperature measurement locations on the non-exposed side from 200 to 240 kg/m3 to 900 ±100 kg/m3. With introduction of the revised DIN EN 1363-1 in 2012 and the corresponding modifications to the testing standards for load-bearing and non-load-bearing walls, the spacing between temperature measurement locations for discontinuities (mortar joints or specified gaps/joints) was increased from 15 to 20 mm. In addition, in the national test method, a temperature increase above the starting temperature in the test furnace is required, while in the European test, an absolute temperature is mandated, regardless of how warm it was at the start of the test. To assess the partitioning, a cotton pad is used in tests according to DIN 4102-2. Further testing for escaping flammable gases with a fuse, or mechanical load tests for nonload-bearing walls (capacity testing) with a 15 to 25 kg steel ball, or an extinguishing test for lined columns, were overridden by the ”Bauregelliste” and are no longer applicable.

Für die Prüfung sind auf europäischer Ebene Prüfnormen vorgesehen, welche harmonisierte Festlegungen und Prüfverfahren beschreiben. Die wichtigsten Prüfnormen für Bauteile sind: DIN EN 1363 – Allgemeine Anforderungen an Feuerwiderstandsprüfungen DIN EN 1364 – Feuerwiderstandsprüfungen für nichttragende Bauteile DIN EN 1365 – Feuerwiderstandsprüfungen für tragende Bauteile DIN EN 1366 – Feuerwiderstandsprüfungen für Installationen DIN EN 1634 – Feuerwiderstandsprüfungen und Rauchschutzprüfungen für Türen, Tore, Fenster und Baubeschläge.

3.2 Änderungen bei den prüftechnischen Nachweisen In der Vergangenheit wurden Brandprüfungen in Deutschland nach DIN 4102-2 [5] durchgeführt. Diese ermöglicht nach erfolgreicher Prüfung die Einstufung in eine der dort angegebenen Feuerwiderstandsklassen „F…“. Seit Mitte der 1990er Jahre begann die Erarbeitung von europäischen Prüfnormen. Ab diesem Zeitraum wurden die Feuerwiderstandsprüfungen nach und nach auf das europäische Normenkonzept umgestellt. Eine wesentliche Unterscheidung besteht darin, dass im nationalen Prüfkonzept der DIN 4102-2 immer zwei Prüfungen durchzuführen sind, wobei das ungünstigste Ergebnis zählt. Zum Nachweis von „Brandwänden“ nach DIN 4102-3 sind insgesamt 2 bzw. 3 Versuche durchzuführen, wobei unter Umständen (bei Zermürbungen oder Zerstörungen der Oberfläche der beflammten Seite) die exzentrische Lasteinleitung wechselt. Im europäischen Prüfkonzept wird nur noch eine Prüfung durchgeführt. Da der Nachweis des Widerstands bei mechanischer Beanspruchung erst nach Ablauf des Klassifizierungszeitraumes durchgeführt wird, ist das „M“-Kriterium ein optionaler Parameter, der bei einem möglicherweise auftretenden Versagen während der Stoßbeanspruchung mit dem Bleisack nicht das Kriterium des Feuerwiderstandes negativ beeinflusst. Das bedeutet, dass eine Wandkonstruktion immer noch als „REI 90“ klassifiziert werden kann, auch wenn die „M“-Prüfung zu einem Versagen geführt hat. Bei Versuchen nach DIN 4102-3 war dieses nicht möglich, da es immer einen klassischen „F 90“-Versuch geben musste. Durch die Kombination von Prüf- und Klassifizierungsnorm ist es bei Prüfungen nach DIN 4102-2 möglich (und auch erforderlich), neben der reinen Feuerwiderstandsklasse auch die Benennung mit aufzunehmen (wie z. B. „F 90-A“). Damit ist sofort erkennbar, ob ein Bauteil ausschließlich aus nichtbrennbaren Baustoffen besteht („-A“) oder ob die „übrigen Bestandteile“ aus brennbaren Bau stoffen(-„AB“) bestehen. Dieses gibt es im europäischen Klassifizierungssystem nicht. Hier muss das Brandverhalten der verwendeten Baustoffe einzeln betrachtet werden und ist nicht sofort aus der Feuerwiderstandsklassifizierung ablesbar. Weitere technische Änderungen liegen in der Er höhung des Überdrucks im Brandraum von 10 Pa auf 20 Pa und in der Erhöhung der Rohdichte der verwendeten Abdeckplättchen der Temperaturmessstellen auf der

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

Another significant change is the requirement in the European test standard to use plate thermocouples to measure the temperature in the test furnace. These are made up of a 100 mm × 100 mm plate, which has a black surface as a result of “weathering” (e.g. in the test furnace). The plate thermocouples are separated from the test specimens by an insulating layer. In contrast to the sheathed thermocouples required by the DIN 4102-2, which only have a small measurement tip (sheathed thermocouple with 3.2 mm diameter), the European plate thermocouples have a somewhat delayed response time. However, since the plate thermocouples are able to better capture the background radiation from the furnace, overall there is a much smaller scatter in the temperature loading for fire tests in different test furnaces. Since structural masonry members are usually plastered walls, which already possess a certain robustness through their mass and thickness, the influence of the aforementioned technical changes may be considered low [6]. The chosen loading and end support conditions during the fire test have much greater influence. When the European testing standard for load-bearing walls DIN EN 1365-1 was revised, full surface bearing on top of the wall was incorporated in addition to the existing requirement for a square steel bar which creates a hingelike support. This change has a significant influence on the fire resistance duration. In a test series carried out at the MPA Braunschweig for the European Calcium Silicate Producers Association (ECSPA), it was shown that simply changing the bearing condition at the top of the wall resulted in a significant increase in the fire resistance duration from 90 to over 240 minutes with all other test conditions kept constant. The use of this new bearing type is under discussion in Germany, since it cannot be assumed that floor slabs always bear on the full surface for exterior walls, and there are doubts as to whether this bearing condition can really be broadly applied to other structures in practice. At least this is how Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt, Berlin) has viewed it, in the context of technical approvals. The testing standard itself does not contain limitations with respect to application of the results. The type of bearing used in the test can only be determined from the test report. In the classification system, there is also no means to identify which wall bearing condition was used to obtain the test result. In the past, the load specified for the test was calculated according to the simplified method in Section 6 of DIN 1053-1. With introduction of the Eurocode (DIN EN 1996-1-1), the general method became the standard method for calculating the test load. This usually results in approximately 20 % higher load than the simplified method. This means that tests with “full utilisation” according to the old method, do not translate 1:1 to the general method of the Eurocode. This results in the following consequences: Either new fire resistance tests have to be carried out with higher load or, the results from the old fire resistance tests have to be converted to the current load level. Because of advancements that have been made, particularly in clay masonry, results for higher loads are available or at least the results have been obtained for the higher load levels with respect to the level of strength utilisation. In the ECSPA tests mentioned above, it was some-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

unbeflammten Seite von ca. 200 bis 240 kg/m3 auf ca. 900 ± 100 kg/m3. Mit Einführung der überarbeiteten DIN EN 1363-1 im Jahr 2012 und der Anpassung der Prüfnormen für tragende und nichttragende Wände wurde der Abstand der Temperaturmessstellen von Unstetigkeiten (Fugen oder planmäßige Spalten) von 15 mm auf 20 mm vergrößert. Weiterhin wird im nationalen Verfahren im Brandraum eine Temperaturerhöhung über die Ausgangstemperatur gefordert, während bei der europäischen Prüfung eine absolute Temperatur vorgeschrieben ist, unabhängig wie warm es zu Beginn der Prüfung war. Zur Beurteilung des Raumabschlusses wird bei Prüfungen nach DIN 4102-2 ein Wattebausch verwendet. Die weiteren Prüfungen von austretenden, entzündbaren Gasen mit einer Lunte oder einer mechanischen Beanspruchung (Festigkeitsprüfung) mit einer 15 bis 25 kg schweren Stahlkugel bei nichttragenden Wänden sowie der Löschwasserversuch bei Stützen mit Bekleidung wurde über die Bauregelliste außer Kraft gesetzt und findet daher keine Anwendung. Eine weitere wesentliche Änderung sind die in der europäischen Prüfnorm vorgeschriebene Plattenthermoelemente zur Bestimmung der Temperatur im Brandraum. Diese bestehen aus einer 100 mm × 100 mm breiten Platte, die durch „Voralterung“ (z. B. im Brandraum) über eine schwarze Oberfläche verfügt. Die Plattenthermoelemente sind zum Probekörper hin mit einer Isolierschicht versehen. Im Gegensatz zu den in der DIN 4102-2 vorgeschriebenen Mantelthermoelementen, die nur über eine kleine Messspitze (Mantelthermoelement mit 3,2 mm Durchmesser) verfügen, haben die europäischen Plattenthermoelemente eine etwas verzögerte Ansprechzeit. Da diese aber die Hintergrundstrahlung aus dem Brandofen besser erfassen können, ergibt sich eine insgesamt geringere Streubreite der Temperaturbeanspruchung bei Brandprüfungen in unterschiedlichen Brandversuchsständen. Da es sich bei den Bauteilen aus Mauerwerk meist um verputze Wände handelt, die weiterhin alleine durch das Eigengewicht und die Dicke eine gewisse Robustheit mit sich bringen, kann der Einfluss der vorbeschriebenen prüftechnischen Änderungen als gering bezeichnet werden [6]. Von deutlich größerem Einfluss sind die gewählte Auflast sowie die Art der Wandkopfhalterung während des Brandversuchs. Mit Überarbeitung der europäischen Prüfnorm für tragende Wände DIN EN 1365-1 wurde zusätzlich zu dem bisher vorgeschriebenen Vierkant am Wandkopf, der eine gewisse Gelenkausbildung ermöglicht, die vollflächige Auflagerung mit aufgenommen. In einer Versuchsserie, die durch den europäischen Verband der Kalksandstein-Produzenten (ECSPA – European Calcium Silicate Producers Association) in der MPA Braunschweig durchgeführt wurde, konnte gezeigt werden, dass nur durch Änderung des Wandkopfauflagers deutliche Steigerungen der Feuerwiderstandsdauer von 90 auf über 240 Minuten bei ansonsten gleichen Randbedingungen ermöglicht werden konnten. Diese Änderung hat einen deutlichen Einfluss auf die Feuerwiderstandsdauer. Die Anwendung dieser neuen Auflagerart ist in Deutschland in der Diskussion, da bei Außenwänden nicht immer von einer vollflächig aufliegenden Decke ausgegangen werden kann und damit Zweifel bestehen, ob durch diese Wandkopflagerung wirklich

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

times (for larger wall thicknesses) not possible to apply the load required according to DIN EN 1996-1-1 in the fire resistance test due to limitations of the testing equipment. Tests on thinner and therefore more slender walls had to be carried out in order to reach the required degree of strength utilisation. The various utilisation factors α shown in Table 2 were determined by back-calculating according to the current design codes. The utilisation factor α2 will eventually lose its relevance and in the future, essentially only the utilisation factor αfi will be used provided that test results for higher loads are available. In summary it can be stated that the nature of the test standard (except for the end support condition) will have a limited influence on the result. For the same end support conditions and the same load, the results will be comparable. Thus, it is the authors‘ view that results obtained according to DIN 4102-2 can be used to complement results of tests according to DIN EN 1365-1. Officially, they remain as two different concepts that cannot be mixed. An “F …” result cannot automatically be classified as an “REI …” result, even if the actual test execution could result in the same outcome. This is also not necessary in German building practice since the state building regulations do not define fire resistance classes, but rather building requirements. The “conversion table” for the building requirements and the corresponding fire resistance classes is contained in the Building Rules List. Accordingly, a requirement such as „fire resistant“ can be fulfilled by either the national fire resistance class “F 30” or the European class “REI 30”. Further information on this can be found in the annexes of the ”Bauregelliste” A, Part 1 Annexes 0.1.1 and 0.1.2. However, it must be noted that the fire behaviour of the product used cannot be identified from the European fire resistance class. For example, “Fire Walls” must be constructed only from non-flammable materials in Germany. Thus, masonry units with integrated thermal insulation (flammable) cannot be used for “Fire Walls”, despite the fact that they achieve European fire resistance class “REI 90-M”. There are advantages to staying with the division of both classification systems in national practice, since within the context of test result extrapolation, agreement does not need to be reached first at the European level, but rather, specifications at the national level are sufficient in the relevant counties.

3.3 Extrapolation standards A European fire resistance class can only inherently be considered a declaration of properties when those properties have been tested and classified according to the European testing standard. Broader applications of the results are only possible in the framework of European extrapolation standards. Since extrapolation standards do not exist for many products, the “F …”- class offers a good opportunity to continue carrying out the previous national “Extrapolations”. For both load-bearing and non-load-bearing masonry, extrapolation standards already exist. The previous national practice of extrapolating results of fire tests to members with larger dimensions based on

eine umfassende Übertragung auf andere Konstruktionen in der Praxis möglich ist. Dieses wird zumindest vom Deutschen Institut für Bautechnik, Berlin, im Rahmen von Zulassungen bisher so betrachtet. Die Prüfnorm selbst enthält keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung der Ergebnisse. Mit welcher Auflagerung eine Prüfung durchgeführt wurde, kann man im Zweifel nur aus dem Prüfbericht erkennen. Im Klassifizierungssystem gibt es keine Kennzeichnung, mit welchem Wandkopfauflager das Prüfergebnis erzielt wurde. In der Vergangenheit wurde die Auflast für die Prüfung nach dem vereinfachten Verfahren aus Abschnitt 6 der DIN 1053-1 berechnet. Durch die Einführung der Eurocodes (DIN EN 1996-1-1) wurde das genauere Verfahren zum Standardverfahren für die Berechnung der Prüflast. Dieses ergibt im Regelfall ca. 20 % höhere Lasten als nach dem vereinfachten Verfahren. Das bedeutet, dass Prüfungen mit „voller Ausnutzung“ nach dem alten Verfahren nicht 1:1 auf das genauere Verfahren des Eurocodes umgeschrieben werden können. Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen: Entweder sind die Brandversuche mit der höheren Auflast erneut durchzuführen oder die alten Brandversuche müssen auf das heutige Belastungsniveau umgerechnet werden. Durch die Weiterentwicklungen, insbesondere im Ziegelbereich, liegen mittlerweile Ergebnisse für höhere Auflasten vor bzw. die Ergebnisse werden hinsichtlich des Ausnutzungsgrades auf das höhere mögliche Belastungsniveau bezogen. Bei den oben erwähnten Versuchen der Kalksandstein-Industrie konnten (für größere Wanddicken) teilweise die erforderlichen Lasten nach DIN EN 1996-1-1 schon nicht mehr im Brandversuch aufgebracht werden, da die Belastungseinrichtung dafür nicht ausgelegt war. Daher mussten Versuche an dünneren und damit schlankeren Wänden durchgeführt werden, um den erforderlichen Lastausnutzungsgrad zu erreichen. Durch das Zurückrechnen der Belastung auf die heutigen Bemessungsnormen sind die in Tabelle 2 dargestellten unterschiedlichen Ausnutzungsfaktoren α entstanden. Der Ausnutzungsgrad α2 wird im Laufe der Zeit an Bedeutung verlieren und es wird in der Zukunft im Wesentlichen nur noch mit dem Ausnutzungsgrad αfi gearbeitet werden, sofern neuere Prüfergebnisse mit höheren Lasten vorliegen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Art der Prüfnorm (abgesehen von der Wandkopfhalterung) einen eher geringen Einfluss auf das Ergebnis haben wird. Wenn man die Wandkopfhalterung und die gewählte Auflast identisch lässt, werden die Prüfergebnisse vergleichbar sein bzw. man kann nach Auffassung der Autoren auch nach DIN 4102-2 erzielte Ergebnisse zur Ergänzung von Prüfreihen nach DIN EN 1365-1 verwenden. Formal bleibt es aber bei zwei unterschiedlichen Konzepten, die nicht gemischt werden können. So ist ein „F …“-Ergebnis nicht automatisch als ein „REI …“-Ergebnis zu werten, auch wenn bei tatsächlicher Durchführung einer Prüfung das gleiche Ergebnis herauskommen könnte. Im deutschen bauaufsichtlichen Verfahren ist dieses auch nicht notwendig, da durch die Landesbauordnungen keine Feuerwiderstandsklassen, sondern bauaufsichtliche Anforderungen definiert werden. Die „Übersetzungstabelle“ dieser bauaufsichtlichen Anforderungen zu den jeweiligen Feuerwiderstandsklassen ist in der Bauregelliste enthalten.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

Table 2. Different Utilisation Factors α Tabelle 2. Unterschiedliche Ausnutzungsfaktoren α Utilisation Factor / Ausnutzungsfaktor

Used in combination with / verwendet in Verbindung mit

Notes / Bemerkung

α2

DIN 1053-1 and DIN 4102-4 : 1994-03, abZ* DIN 1053-1 und DIN 4102-4 : 1994-03, abZ*

Calculated according to the simplified method in DIN 1053-1, maximum possible utilisation is α2 = 1,0 / berechnet nach dem vereinfachten Verfahren von DIN 1053-1, maximal mögliche Ausnutzung beträgt α2 = 1,0

αfi

DIN EN 1996-1-1 and DIN EN 1996-1-2 DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-1-2

maximum possible utilisation is αfi = 0,7 / maximal mögliche Ausnutzung beträgt αfi = 0,7

α6,fi

DIN EN 1996-1-1 and DIN EN 1996-1-2/NA DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-1-2/NA

Calculation of the utilisation factor based on DIN 1053-1, simplified method applied to the possible utilisation at the European level, maximum possible utilisation is α6,fi = 0,7 / Berechnung des Ausnutzungsgrades auf Basis DIN 1053-1, vereinfachtes Verfahren bezogen auf die mögliche Ausnutzung nach Eurocode-Niveau, maximal mögliche Ausnutzung beträgt α6,fi = 0,7

* abZ: general technical approval / allgemeine bauaufsichtliche Zulassung

the experience of the test laboratory is no longer possible. According to the European test standards, the scope of application is severely restricted to the boundary conditions of the member actually tested. For so-called extended application, there are extrapolation rules available in the EXAP-Standards which are partly based on analytical methods, but are largely based on consensus of the experience of various testing laboratories. For masonry, the available standards are DIN EN 15254-2 [7] “Extended application of results from fire resistance tests – Non-loadbearing walls – Part 2: Masonry and gypsum blocks” and DIN EN 15080-12 [8] “Extended application of results from fire resistance tests – Part 12: Loadbearing masonry walls”. Since masonry walls are usually constructed as load-bearing walls, the DIN EN 15080-12 is more relevant. In this standard, different variations in units are possible on the basis on fire tests. The variable parameters range from the unit strength and percentage void area to the type of mortar used and the type of plaster used. The basis is one or more test results according to the European test standard. The possible variations and extensions of the test results depend on the type of unit. Due to the limited influence of the test-specific boundary conditions (at least in comparison to DIN 4102-2), results obtained according to national test standards can also be used within the scope of an extrapolation report. In Germany, the extrapolation standard currently plays a minor role. For calcium silicate and autoclaved aerated concrete (AAC), comprehensive rules for application in terms of fire safety are already contained in DIN EN 1996-1-2 (EC 6-1-2) [9] and DIN EN 1996-1-2/NA (EC 6-1-2/NA) [10]. These usually correspond to the known rules in the DIN 4102-4: 1994-03 [11]. For clay units, which are usually regulated in Germany by general technical approvals, fire safety rules were previously included in the approvals. Within the scope of consultations with interested counties, it became clear that where necessary, some of the rules should be reviewed again or stated more precisely. Not all terms used in the language of the

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

So kann z. B. die Anforderung „feuerhemmend“ durch die nationale Feuerwiderstandsklasse „F 30“ oder die europäische Klasse „REI 30“ erfüllt werden. Weitere Hinweise hierzu sind in den Anlagen zur Bauregelliste A, Teil 1 Anlage 0.1.1 und 0.1.2 zu finden. Beachtet werden muss dabei jedoch, dass das Brandverhalten der verwendeten Produkte nicht aus der euro päischen Feuerwiderstandsklasse erkennbar ist. So sind „Brandwände“ nur aus nichtbrennbaren Baustoffen in Deutschland zulässig. Damit sind Mauersteine mit inte grierter brennbarer Wärmedämmung zur Verwendung bei „Brandwänden“ trotz Erreichen der europäischen Feuerwiderstandsklasse „REI 90-M“ nicht zulässig. Im nationalen Verfahren hat es Vorteile, bei dieser Zweiteilung der beiden Klassifizierungssysteme zu bleiben, da im Rahmen von Extrapolationen von Prüfergebnissen nicht erst eine Einigung auf europäischer Ebene herbeigeführt werden muss, sondern Festlegungen auf nationaler Ebene in den entsprechenden Kreisen ausreichend ist.

3.3 Extrapolationsnormen Eine europäische Feuerwiderstandsklasse kann grundsätzlich nur für Eigenschaften ausgesprochen werden, die nach einer europäischen Prüfnorm geprüft und klassifiziert wurden. Erweiterte Anwendungen des Ergebnisses sind nur im Rahmen von europäischen Extrapolationsnormen möglich. Bei vielen Produkten gibt es solche Extrapolationsnormen noch nicht, sodass hier die „F …“-Klasse eine gute Möglichkeit bietet, die bisherigen nationalen „Extrapolationen“ weiterhin durchführen zu können. Im Mauerwerksbereich ist es anders. Hier gibt es für tragende und nichttragende Mauerwerkswände bereits Extrapolationsnormen. Die bisherige nationale Praxis, auf Grundlage von Prüferfahrungen der Prüfstellen die Ergebnisse von Brandprüfungen auf Bauteile mit größeren Abmessungen zu extrapolieren, ist grundsätzlich nicht mehr möglich. Der direkte Anwendungsbereich ist gemäß den europäischen Prüfnormen stark auf die Randbedingungen der tatsäch-

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

European standards correspond to the terms used up till now in Germany (e.g. solid units which may have other percentages of void area). In addition, some technical rules in the extrapolation standard do not correspond to the ones that have been applied in Germany until now. From the German point of view, these rules should be questioned again, even if this should have been done in the development of the standard. To what extent this can be achieved before the current discussions of the CJEU decision from 16. 10. 2014 cannot be predicted at this time. It is also unclear at the moment how future design checks should be carried out in Germany for the use of products according to the harmonised European product standards. In addition to the unit properties and monitoring of the manufacturing, the general technical approvals, used up till now mostly for clay masonry, also regulate the design and fire safety. This means that the product itself as well as its use in the structure are both regulated. How this will work with the European concept – products regulated according to the EN-standards, applications according to the Eurocode (DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-1-2 incl. national annexes) – is especially questionable for products that are not fully covered in the European product standards. The work of the standards committees at the European level therefore has direct influence on the regulations in Germany. The existing practice of making adjustments at the national level has proven itself in its current form to be a dead-end. Thus, German interests should be brought into standardisation projects from beginning to end.

4 Fire safety design 4.1 Eurocodes 4.1.1 General The fire parts of the Eurocodes and their National annexes (NA) published in 2010 were added to the “Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen” (MLTB) in 2012 and subsequently to the “Liste der Technischen Baubestimmungen” of the federal states. They were thus implemented by the building authorities and constitute the standards for the fire safety design of structures and their members. Verifications according to DIN 4102-4 can only still be applied in cases where no design rules in Eurocodes exist, for example for construction details or special members (fire walls). The appropriate revised draft DIN 4102-4 is available [12] and the final version should be published in 2016. Design methods are available in the fire parts of the Eurocodes with which fire safety design can be carried out for individual members as well as for structures, in whole or in part, for any utilization. According to DIN 4102-4, member verifications are carried out with the help of design tables which are based on standardised tests on individual members subject to the standard temperature-time curve in test furnaces. By comparison, the Eurocodes offer additional numerical design methods with respect to the design of members for fire protection. Use of the Eurocodes offers advantages especially in cases where design using the tables is not possible. For example, in the consideration of whole or partial structures, and of existing structures, and consideration of natural fire progression.

lich geprüften Bauteile eingeschränkt. Für den sogenannten erweiterten Anwendungsbereich werden in EXAP-Normen Extrapolationsregeln zur Verfügung gestellt, die teilweise auf rechnerischen Verfahren basieren, zu großen Teilen jedoch auf der Abstimmung der Erfahrungen verschiedener europäischer Prüfstellen basieren. Für Mauerwerk liegen die DIN EN 15254-2 [7] „Erweiterter Anwendungsbereich der Ergebnisse aus Feuer widerstandsprüfungen – Nichttragende Wände – Teil 2: Mauersteine und Gips-Wandbauplatten“ sowie die DIN EN 15080-12 [8] „Erweiterter Anwendungsbereich der Ergebnisse aus Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 12: Tragende Mauerwerkswände“ vor. Da Mauerwerkswände meistens als tragende Wände ausgeführt werden, ist die DIN EN 15080-12 von größerer Bedeutung. In dieser Norm werden verschiedene Änderungen an Steinen auf Basis von Brandprüfungen ermöglicht. Dieses reicht von der Änderung der Festigkeiten der Steine, der Lochanteile über die Änderung des zu verwendenden Mörtels bis hin zur Änderung der zu verwendenden Putze. Basis sind eine oder mehrere Prüfergebnisse nach europäischer Prüfnorm. In Abhängigkeit der Steinart ergeben sich dann die möglichen Änderungen und Erweiterungen des Prüfergebnisses. Aufgrund des als eher gering zu bezeichnenden Einflusses der prüftechnischen Randbedingung (zumindest im Vergleich zur DIN 4102-2) können auch Ergebnisse nach nationalen Prüfnormen im Rahmen eines Extrapolationsberichtes herangezogen werden. In Deutschland spielt diese Extrapolationsnorm zurzeit noch eine eher untergeordnete Rolle. Im Bereich der Kalksandsteine und Porenbetonsteine sind bereits umfangreiche Regelungen zur Anwendung in Bezug auf den Brandschutz in DIN EN 1996-1-2 (EC 6-1-2) [9] und DIN EN 1996-1-2/NA (EC 6-1-2/NA) [10] enthalten. Diese entsprechen meist den bekannten Regelungen aus der DIN 4102-4: 1994-03 [11]. Für die Ziegelsteine, die meist in Deutschland über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abZ) geregelt sind, werden die Brandschutzregeln bisher in den Zulassungen mit aufgenommen. Im Rahmen von Beratungen der interessierten Kreise hat sich gezeigt, dass einige Regelungen ggf. noch mal überprüft oder präzisiert werden sollten. So entsprechen im europäischen Sprachgebrauch nicht alle Begriffe denen, die bisher in Deutschland verwendet werden (z. B. Vollsteine, bei denen andere Lochanteile möglich sind). Weiterhin entsprechen einige technische Regelungen in der Extrapolationsnorm nicht denen, die bisher in Deutschland angewendet wurden. Diese Regelungen sind aus deutscher Sicht nochmal zu hinterfragen, auch wenn dieser Schritt eigentlich schon bei der Erarbeitung der Norm hätte erfolgen müssen. Inwieweit dieses vor der aktuell geführten Diskussion zu dem EuGH-Urteil vom 16. 10. 2014 überhaupt noch erfolgen kann, ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht vorhersagbar. Auch wie zukünftig die Nachweisführung in Deutschland bei Verwendung von Produkten nach harmonisierten europäischen Produktnormen erfolgen soll, ist zurzeit unklar. Die bisher am meisten für den Ziegelbereich vorliegenden allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen regeln neben den Eigenschaften der Steine und der Überwachung der Herstellung auch die Bemessung und den Brandschutz mit.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

The Eurocodes make provisions for three different levels of verifications for structural design of members and structures in case of fire: –– Level 1: Design table method –– Level 2: Simplified calculation method –– Level 3: Advanced calculation method. In general, the method using design tables derived from fire tests lies clearly on the safe side. The load-bearing behaviour is more realistically reproduced by the more time-consuming simplified and advanced calculation method. The appropriate choice of method depends on the required declarations and desired accuracy. In the simplified calculation method, the verification is normally done to show that for the required fire resistance duration t, the governing load effects Efi,d are less than the resistance of the member Rfi,d,t. In doing so, several simplifications are made including in the determination of the member cross-section temperature and in the definition of the failure mode in case of fire. Advanced calculation methods can be applied for the fire safety design of individual members, structures in whole or in part of any type or form, and for complete or local temperature exposure. Data on the temperature dependent variation in thermo-mechanical material properties (thermal conductivity, strength, thermal expansion, etc.) are required as the basis for the design calculations. The advanced calculation method is divided into thermal and mechanical analyses. In the thermal analysis, the temperatures in the member cross-section are calculated. In doing so, the hot gas temperatures in the fire compartment are assumed which dictate the thermal loading. In calculating the cross-section temperatures, the temperature dependent thermal material properties of the member cross-section must be considered, as well as the protection layers, if present. In the mechanical analysis, the load-bearing behaviour and also partly the deformation behaviour are calculated for the member exposed to fire. In doing so, consideration must be given on the load effect side to the influences from the loading, to restrained thermal deformations (restraint forces and moments), and to non-linear geometric influences. The fire safety design rules are found in parts 1-2 of the various Eurocodes (ECx-1-2). In the following section, the fundamentals of fire safety design according to the Eurocodes will be explained briefly. In addition to the rules for masonry members, the rules for reinforced concrete and wood members will also be presented for comparison.

4.1.2 Load effects in fire situation EC 1-1-2 [13] provides the design rules for the load effects in fire situation. Since fire is an accidential design situation, the mechanical load effects can be reduced compared to the cold-state, or non-fire-exposed design. The thermal effects on the member or structure can be determined with the help of so-called nominal temperature-time curves, such as the standard temperature-time curve (ISO 834), but also with natural fire models, which more realistically represent a real fire compared to the ISO 834.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Damit wird also das Produkt an sich wie auch die Verwendung im Bauwerk mitgeregelt. Wie dieses mit dem europäischen Konzept (Produkt nach EN-Norm) Anwendung nach Eurocode (DIN EN 1996-1-1 und DIN EN 1996-1-2 inkl. nationaler Anhänge) funktionieren soll, ist insbesondere bei Produkten fraglich, die ggf. nicht voll von der europäischen Produktnorm erfasst werden. Die Arbeit von Normungsgremien auf europäischer Ebene hat somit direkten Einfluss auf die Regelungen in Deutschland. Die bisherige Verfahrensweise der Nachregelung auf nationaler Ebene hat sich damit in der bisher praktizierten Form als Sackgasse erwiesen, sodass die deutschen Interessen direkt bei der Einsetzung von europäischen Normungsprojekten bis zu deren Abschluss eingebracht werden sollten.

4 Brandschutz-Bemessung 4.1 Eurocodes 4.1.1 Allgemeines Die 2010 veröffentlichten Brandschutzteile der Eurocodes und deren Nationale Anhänge (NA) sind 2012 in die MusterListe der Technischen Baubestimmungen (MLTB) und in der Folge in den LTB der Bundesländer aufgenommen worden. Sie sind somit bauaufsichtlich eingeführt und stellen die Regelnorm für die Brandschutzbemessung von Bauteilen und Tragwerken dar. Nachweise nach DIN 4102-4 können nur noch für Fälle angewendet werden, für die in den Eurocodes keine Bemessungsregeln existieren wie z. B. für Ausführungsdetails oder Sonderbauteile (Brandwände). Die entsprechend überarbeitete DIN 4102-4 liegt als Entwurf [12] vor und soll Anfang 2016 als Weißdruck veröffentlicht werden. Mit den Brandschutzteilen der Eurocodes stehen Bemessungsverfahren zur Verfügung, mit denen individuelle Brandschutznachweise für Einzelbauteile sowie für Teil- und Gesamttragwerke in beliebigen Nutzungen möglich sind. Im Vergleich zu den Bauteilnachweisen der DIN 4102-4, deren Nachweise mit Hilfe von Bemessungstabellen auf genormten Versuchen im Brandraum an Einzelbauteilen unter Einwirkung der Einheits-Temperaturzeitkurve beruhen, bieten die Eurocodes hinsichtlich der Bemessung von Bauteilen im Brandfall auch rechnerische Nachweisverfahren. Insbesondere bei der Betrachtung von Tragwerken oder Tragwerksteilen, bei Bestandsbauten oder bei Berücksichtigung natürlicher Brandverläufe, bei denen der Nachweis mithilfe von Bemessungstabellen nicht anwendbar ist, bietet die Anwendung der Eurocodes große Vorteile. Die Eurocodes sehen insgesamt drei verschiedene Nachweisebenen für die Bemessung der Standsicherheit von Bauteilen und Tragwerken im Brandfall vor: –– Ebene 1: Tabellarisches Bemessungsverfahren –– Ebene 2: Vereinfachte Rechenverfahren –– Ebene 3: Allgemeines Rechenverfahren. Das von Brandversuchen abgeleitete Tabellarische Bemessungsverfahren liegt im Allgemeinen stark auf der sicheren Seite. Wirklichkeitsnäher wird das Tragverhalten durch die aufwändigeren vereinfachten und allgemeinen Rechenverfahren wiedergegeben. Die Wahl des angemessenen Verfahrens hängt von den benötigten Aussagen und der geforderten Genauigkeit ab.

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

4.1.3 Design of masonry The design of masonry according to EC 6-1-2 [9] is carried out along with the amendments contained in the National Annex [10]. The National Annex contained tabulated values for –– non-load-bearing partition walls –– load-bearing partition walls –– load-bearing non-partition walls –– load-bearing columns and –– fire walls A utilisation factor has to be determined for the design check of load-bearing walls and columns. For example, for calcium silicate masonry of solid units, this value can be calculated directly with αfi = NE,d,fi/NR,d for use with Tables NA.B.2.2, NA.B.2.3, and NA.B.2.4 [14]. For other types of masonry units, a utilisation factor is α6,fi defined. These largely correspond with the wellknown α2 values in the DIN 4102-4 (March 1994 Edition) [11]. The calculation of the utilisation factor must however be adjusted for design with the Eurocode since most of the test results which are the basis for the tables were carried out with loads determined according to DIN 1053-1. The utilisation factor α6,fi does take into consideration that the design masonry compressive strength values according to the European standard, differ from the previous values according to DIN 1053-1 [14]. In addition, the factor ω has been introduced which deals with an adjustment of the test results to the different types of units. It is defined as ω = 0,7 × fk/σ0. To determine the utilisation factor in case of fire for walls with slenderness hef/t > 10, ω must be multiplied with the inverse of the buckling coefficient K 2 from DIN 1053-1. Thus, one obtains:

α 6,fi = ω ⋅

NEd,fi emk,fi  f  l ⋅ t ⋅ k ⋅ 1 − 2 ⋅  k0  t  NEd,fi 15 ⋅   h e 25 ⋅ ef l ⋅ t ⋅ fk ⋅  1 − 2 ⋅ mk,fi  t k0  t 

for

hef ≤ 10 t

for

hef > 10 t

with: NEd,fi design value of the vertical load (action) in fire situation which may be simplified to NEd,fi = ηfi ⋅ NEd with ηfi = 0,7 ω adjustment factor to allow for different types of masonry unit based on fire tests characteristic compressive strength of masonry fk emk,fi design eccentricity of NEd,fi at mid-storey height hef buckling length of the wall k0 factor to account for wall cross-sections smaller than 0.1 m2 where k0 = 1.25; otherwise k0 = 1.0 l wall length t wall thickness The simplified and advanced calculation methods for masonry are not authorised for use according to the corre-

Mit den vereinfachten Rechenverfahren wird in der Regel nachgewiesen, dass für die geforderte Feuerwiderstandsdauer t die maßgebenden Lasteinwirkungen Efi,d kleiner sind als der Bauteilwiderstand Rfi,d,t. Dafür werden u. a. Vereinfachungen bei der Temperaturermittlung für die Bauteilquerschnitte und bei der Beschreibung des Versagenszustandes im Brandfall getroffen. Allgemeine Rechenverfahren können für den brandschutztechnischen Nachweis von Einzelbauteilen, Teilund Gesamttragwerken mit beliebiger Querschnittsart und -form und bei voller oder lokaler Temperaturbeanspruchung angewendet werden. Für den Nachweis werden als Rechengrundlagen Angaben über die temperaturabhängige Veränderung der thermo-mechanischen Eigenschaften der Baustoffe (Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, thermische Dehnung, usw.) benötigt. Das allgemeine Rechenverfahren wird in eine thermische und eine mechanische Analyse unterteilt. In der thermischen Analyse werden die Temperaturen im Bauteilquerschnitt berechnet. Dabei wird von den Heißgastemperaturen im Brandraum ausgegangen, die als thermische Einwirkungen vorgegeben werden. Bei der Berechnung der Temperaturen im Bauteilquerschnitt müssen die temperaturabhängigen thermischen Materialkennwerte des Bauteilquerschnitts und – sofern vorhanden – der Schutzschichten berücksichtigt werden. In der mechanischen Analyse werden das Trag- und teilweise auch das Verformungsverhalten der brandbeanspruchten Bauteile berechnet. Dabei müssen auf der Einwirkungsseite die Einflüsse aus der Belastung sowie gegebenenfalls behinderten thermischen Verformungen (Zwangkräfte und -momente) und aus nicht-linearen geometrischen Einflüssen berücksichtigt werden. Die brandschutztechnischen Bemessungsregeln finden sich jeweils im Teil 1-2 der Eurocodes (ECx-1-2). Im Folgenden werden die wesentlichen Grundlagen der Brandschutzbemessung nach den Eurocodes in Kurzform dargestellt. Dabei wird neben den Regeln für Bauteile aus Mauerwerk zum Vergleich auch auf Regelungen für Stahlbeton- und Holzbauteile eingegangen.

4.1.2 Einwirkungen im Brandfall In EC 1-1-2 [13] werden die Bemessungsregeln für die Einwirkungen im Brandfall festgelegt. Da der Brandfall eine außergewöhnliche Bemessungssituation ist, können die mechanischen Einwirkungen im Vergleich zur Kaltbemessung reduziert werden. Die thermischen Einwirkungen auf die Bauteile bzw. das Tragwerk können mit Hilfe von sog. Nominellen Temperatur-Zeitkurven wie z. B. der EinheitsTemperaturzeitkurve (ETK) ermittelt werden, aber auch mit Naturbrandmodellen, die im Vergleich zur ETK ein realistischeres Abbild eines Realbrandes darstellen.

4.1.3 Bemessung von Mauerwerk Die Bemessung von Mauerwerk nach EC 6-1-2 [9] erfolgt mit Ergänzung durch den Nationalen Anhang [10]. Der Nationale Anhang enthält tabellierte Werte für –– nichttragende und raumabschließende Wände –– tragende und raumabschließende Wände –– tragende und nichtraumabschließende Wände

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

sponding National Annex [10] because of missing material properties and insufficient experience.

–– tragende Pfeiler und –– Brandwände.

4.1.4 Design of reinforced concrete members

Für den Nachweis tragender Wände und Pfeiler ist ein Lastausnutzungsfaktor zu bestimmen. Dieser kann für Kalksandsteinmauerwerk aus Vollsteinen nach den Tabellen NA.B. 2.2, NA.B. 2.3 und NA.B.2.4 direkt mit αfi = NE,d,fi/NR,d berechnet werden [14]. Für alle anderen Mauerwerksteine wird ein Ausnutzungsfaktor α6,fi definiert. Dieser entspricht im Wesentlichen dem bekannten α2-Wert nach DIN 4102-4 (Ausgabe März 1994) [11]. Die Berechnung des Ausnutzungsfaktors musste jedoch für die Bemessung nach Eurocode angepasst werden, da die den Tabellen zugrunde liegenden Brandversuche größtenteils mit Belastungen nach DIN 1053-1 durchgeführt wurden. Der Ausnutzungsfaktor α6,fi berücksichtigt nun, dass die Bemessungswerte der Mauerwerkdruckfestigkeiten nach europäischer Normung von den bisherigen Werte nach DIN 1053-1 abweichen [14]. Weiterhin wird der Faktor ω eingeführt, der eine Anpassung der Versuchsergebnisse an die verschiedenen Steinarten vornimmt. Er ist definiert mit ω = 0,7 ⋅ fk/σ0. Zur Bestimmung des Lastausnutzungsfaktors im Brandfall muss ω bei Schlankheiten der Wand hef/t > 10 zusätzlich mit dem Kehrwert des Knickbeiwerts K2 aus DIN 1053-1 multipliziert werden. Somit erhält man:

The tabular design methods for reinforced concrete members in EC 2-1-2 are usually restricted to the comparison of member cross-section dimensions andaxial distances values that are required to achieve the desired fire resistance duration according to fire test results. These values correspond to a great extent to the design tables in the previously applicable DIN 4102-4 [11]. The design tables contain values dependent on the fire resistance class for the minimum cross-section dimensions, minimum axial distances of reinforcement for reinforced and prestressed concrete members. The utilisation factor is an additional parameter provided for reinforced concrete columns and load-bearing walls. For fire safety design of reinforced concrete members using the simplified procedure of the Zone-Method contained in the EC 2-1-2, the decrease in member capacity due to fire exposure is determined through the temperature dependent reduction in cross-section and the temperature-related reduction of the strength coefficient for a specific fire resistance duration (Fig. 1). The reduction in cross-section accounts for the areas of concrete directly exposed to fire and significantly damaged which should not be considered in determining the capacity. The design can be carried out similarly to the verification at normal temperature using the remaining cross-section together with temperature-specific reduction of the material properties for the concrete and reinforcement. For the advanced calculation method, the EC 2-1-2 contains mathematical functions for the temperature dependent thermal material properties of concrete and steel as well as the temperature dependent mechanical properties such as the stress-strain relationship. These are the basis for implementation of realistic load-bearing and deformation behaviour (validation of test results) of reinforced concrete and prestressed concrete members.

4.1.5 Design of timber members There are no design tables for timber members in EC 5-1-2. The load-bearing behaviour of fire exposed timber mem-

Member surface / Bauteiloberfläche Remaining cross-section / Restquerschnitt az

b/2 b

Fig. 1. Remaining cross-section for a reinforced concrete column exposed to fire on four sides according to EC 2-1-2 Bild 1. Restquerschnitt einer 4-seitig brandbeanspruchten Stahlbetonstütze nach EC 2-1-2

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

α 6,fi = ω ⋅

NEd,fi emk,fi  f  l ⋅ t ⋅ k ⋅ 1 − 2 ⋅  k0  t  15 ⋅ hef f 25 ⋅ l⋅t⋅ k t k

NEd,fi  emk,fi  ⋅ 1 − 2 ⋅  t  

für

hef

für

hef

≤ 10

> 10

mit: NEd,fi Bemessungswert der Einwirkungen im Brandfall, es darf vereinfacht mit NEd,fi = ηfi ⋅ NEd mit ηfi = 0,7 gerechnet werden ω Anpassungsfaktor an die verschiedenen Steinarten auf Basis von Brandprüfungen charakteristische Druckfestigkeit des Mauerwerks fk emk,fi planmäßige Ausmitte von NEd,fi in halber Geschosshöhe Knicklänge der Wand hef k0 Faktor zur Berücksichtigung von Wandquerschnitten kleiner 0,1 m2 mit k0 = 1,25, ansonsten 1,0 l Wandlänge t Dicke der Wand Durch den zugehörigen Nationalen Anhang [10] werden die vereinfachten und genauen Rechenverfahren für Mauerwerk aufgrund fehlender Materialkennwerte bzw. unzureichender Erfahrungen nicht freigegeben.

4.1.4 Bemessung von Stahlbetonbauteilen Die tabellarischen Bemessungsverfahren für Stahlbetonbauteile in EC 2-1-2 beschränken sich in der Regel darauf, die Querschnittsabmessungen oder Bekleidungsdicken ei-

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

bers is, in addition to the temperature development in the cross-section, mainly affected by the combustion of the outer cross-sectional area which is directly exposed to the fire. For fire safety design of load-bearing timber members, EC 5-1-2 provides two simplified calculation methods, both of which use the combustion rate v to calculate a given combustion depth d after t minutes of fire exposure. The combustion rate is predetermined dependent on the type of wood (solid wood, glued laminated lumber, etc.). In the ∆d method, or the reduced cross-section method, the combustion depth dchar,n is increased by the amount ∆d = k0 d0 (Fig. 2). The value of ∆d is a simplified way to take into consideration the reduction in material properties due to higher temperatures for the remaining cross-section. The verification can then be carried out for the remaining effective cross-section with normal temperature strength and deformation properties. The value ∆d is time-dependent. Therefore, consideration must also be given to whether the fire-exposed surface is protected or unprotected. Alternatively, the Tm method, or the reduced material property method, can be used for softwood with rectangular cross-section exposed to standard fire loading on three or four sides, and for round timber exposed to standard fire loading on all sides. The fire safety design is carried out with the remaining cross-section as shown in Fig. 2. For the temperature dependent reduction of the bending, compression, and tension strength, as well as the elastic modulus, mathematical functions are used which are dependent on the ratio of the fire-exposed perimeter to the area of the remaining cross section.

4.2 DIN 4102-1 4.2.1 General With introduction of the Eurocode, the DIN 4102-4 had to be fundamentally revised. This was required since competing rules in the national codes had to be withdrawn. Therefore, the DIN 4102-4 was created as a “supplementary standard”. With the official introduction of the Eurocodes, fire protection design is to be carried out strictly in accordance with the fire parts of the Eurocodes. Only verifications which are not regulated in the fire parts of

Member surface / Bauteiloberfläche Remaining cross-section / Verbleibender Restquerschnitt Effective Remaining cross-section / Effektiver Restquerschnitt dchar,n k0 × d0 def

Fig. 2. Remaining cross-section for beam-shaped wood members according to EC 5-1-2 Bild 2. Restquerschnitt für stabförmige Holzbauteile nach EC 5-1-2

nes Bauteils mit Werten zu vergleichen, die nach Brandversuchsergebnissen zum Erreichen der vorgesehenen Feuerwiderstandsdauer erforderlich sind. Sie entsprechen damit weitestgehend den Bemessungstabellen der bisher gültigen DIN 4102-4 [11]. Die Bemessungstabellen enthalten in Abhängigkeit von der Feuerwiderstandsklasse Mindestwerte für die Querschnittsabmessungen und – für Stahlbeton- und Spannbetonbauteile – die Mindestachsabstände der Bewehrung. Für Stahlbetonstützen und belastete Stahlbetonwände wird als zusätzlicher Parameter der Lastausnutzungsfaktor angegeben. Mit dem in EC 2-1-2 für die Brandschutzbemessung von Stahlbetonbauteilen enthaltenen vereinfachten Rechenverfahren der Zonen-Methode wird die Verringerung der Tragfähigkeit von Bauteilen unter Brandbeanspruchung durch die temperaturabhängige Verkleinerung der Bauteilquerschnitte und die temperaturbedingte Reduzierung der Festigkeitsbeiwerte für eine bestimmte Feuerwiderstandsdauer bestimmt (Bild 1). Durch die Reduzierung des Betonquerschnitts werden die äußeren, dem Brand direkt ausgesetzten und im Wesentlichen zermürbten Betonbereiche bei der Tragfähigkeitsermittlung nicht berücksichtigt. Mit dem Restquerschnitt kann unter Einbeziehung der temperaturbedingten Abminderung der Materialeigenschaften von Beton und Bewehrungsstahl der Tragfähigkeitsnachweis analog für Normaltemperatur geführt werden. In EC 2-1-2 sind für das allgemeine Rechenverfahren Rechenfunktionen für die temperaturabhängigen thermischen Materialeigenschaften von Beton und Stahl sowie die temperaturabhängigen mechanischen Materialeigenschaften wie Spannungs-Dehnungsbeziehungen enthalten. Mit diesen Rechengrundlagen kann das reale Trag- und Verformungsverhalten (Nachrechnung eines Brandversuchs) von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen durchgeführt werden.

4.1.5 Bemessung von Holzbauteilen In EC 5-1-2 sind für Holzbauteile keine Bemessungstabellen enthalten. Das Tragverhalten von Holzbauteilen bei Brandbeanspruchung wird – neben der Temperaturentwicklung im Querschnitt – vor allem durch den Abbrand des äußeren, dem Brand direkt ausgesetzten Querschnittsbereichs beeinflusst. Für die brandschutztechnische Bemessung tragender Holzbauteile werden in EC 5-1-2 zwei vereinfachte Rechenverfahren angeboten, die beide von der Abbrandrate v ausgehen und damit eine bestimmte Abbrandtiefe d nach t Minuten Brandbeanspruchung berechnen. Die Abbrandrate wird in Abhängigkeit von der Holzsorte (Vollholz, Brettschichtholz, u. a.) vorgegeben. Beim ∆d-Verfahren bzw. bei der Methode mit reduzierten Querschnitten wird die Abbrandtiefe dchar,n um einen Betrag ∆d = k0 d0 erhöht (Bild 2). Der Betrag ∆d berücksichtigt vereinfachend die infolge der erhöhten Temperaturen abzumindernden Werkstoffeigenschaften im Restquerschnitt. Der Tragfähigkeitsnachweis für den effektiven Restquerschnitt darf dann mit den Festigkeits- und Verformungseigenschaften bei Normaltemperatur durchgeführt werden. Der Betrag ∆d wird als zeitabhängige Größe definiert. Dabei

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

J. Zehfuß/T. Mittmann · Current developments in fire protection – Changeover to design and classification according to the Eurocode

the Eurocodes may be carried out using the “supplementary standard” DIN 4102-4. The revised “supplementary standard” DIN 4102-4 [12] has been available as a draft since June 2014 and the final version should appear in 2016. The revised DIN 4102-4 [12] was in part designed as an application standard for the Eurocodes. For example, it regulates construction details, connections, and special constructions, which are not regulated in the Eurocodes and the related National Annexes.

4.2.2 Masonry The scope of application of DIN 4102-4 covers members or structures that are not regulated in the EC 6-1-2 [9] and the related National Annex [10]. This includes grouted precast panels (load-bearing and non-load-bearing), non-loadbearing masonry, masonry fire walls, double leaf exterior walls, connections, lintels, and gypsum wall boards. The classification is undertaken in accordance with DIN 4102-4 with “F …”-classification. Mixing DIN- and EN-standards is strictly prohibited. Correlation of F-classified members with European classified members is achieved through the technical definitions and their mapping according to the Bauregelliste. The technical requirement for fire rating “fire retardant” is equally fulfilled by the classification F 30-B (and also F 30-A) as by an R 30- or REI 30 classification. Non-load-bearing masonry walls and wall panels Table 9.1 of DIN 4102-4 contains only the types of walls that are not contained in EC 6-1-2 and its NA such as AAC wall panels, concrete and lightweight concrete masonry units, and clay and calcium silicate masonry units with a maximum thickness of 115 mm. Load-bearing masonry walls and fire walls Load-bearing partition walls and non-partitioning grouted panels are classified in Tables 9.2 and 9.3. Table 9.4 contains information for the classification of fire walls comprised of grouted panels. Lintels The design tables for lintels have been condensed compared to the previously applicable DIN 4102-4 because the DIBt lintel guidelines have been withdrawn and a general technical approval (abZ) is now required [15]. Table 9.5 provides minimum dimensions for AAC lintels for fire resistance classes F 30-A to F 90-A. In section 9.8, constraints and construction options for connections and joints are explained.

5 Summary The European requirements for fire safety design and testing of structural masonry members are already the governing requirements in many cases. In principle, both the European and the German classification may be used according to the Bauregelliste. However, the latter may only be used when European classification of a member or construction material is not possible because the appropriate European standards do not exist. The European Standards

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ist zusätzlich zu berücksichtigen, ob die beflammte Oberfläche geschützt oder ungeschützt dem Feuer ausgesetzt wird. Alternativ kann für Nadelholz mit rechteckigem Querschnitt und drei- oder vierseitiger Normbrandbeanspruchung und Rundhölzern mit allseitiger Normbrandbeanspruchung das Tm-Verfahren bzw. die Methode mit reduzierten Werkstoffeigenschaften angewendet werden. Die brandschutztechnische Bemessung wird mit dem verbleibenden Restquerschnitt nach Bild 2 durchgeführt. Für die temperaturabhängige Reduzierung der Biege-, Druck- und Zugfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls werden Rechenfunktionen in Abhängigkeit vom Verhältnis des beflammten Umfangs des Restquerschnitts zur Fläche des Restquerschnitts angegeben.

4.2 DIN 4102-4 4.2.1 Allgemeines Mit der Einführung der Eurocodes musste die DIN 4102-4 grundlegend überarbeitet werden. Dies war erforderlich, da mit der Einführung der Eurocodes konkurrierende Regelungen aus den nationalen Normen zurückgezogen werden mussten. Somit musste die DIN 4102-4 als „Restnorm“ erstellt werden. Grundsätzlich ist die brandschutztechnische Bemessung mit der bauaufsichtlichen Einführung der Eurocodes nach den Brandschutzteilen der Eurocodes zu führen. Ausschließlich für Nachweise, die in den Brandschutzteilen der Eurocodes nicht geregelt sind, kann die Bemessung mit der „Restnorm“ DIN 4102-4 geführt werden. Die entsprechend überarbeitete „Restnorm“ DIN 4102-4 [12] liegt als Entwurf seit Juni 2014 vor und soll noch Anfang 2016 als Weißdruck erscheinen. Die überarbeitete DIN 4102-4 [12] ist in Teilen auch als Anwendungsnorm für die Eurocodes konzipiert. Sie regelt z. B. Ausführungsdetails, Anschlüsse und Sonderbauweisen, die nicht in den Eurocodes und den zugehörigen Nationalen Anhängen geregelt werden.

4.2.2 Mauerwerk Der Anwendungsbereich der DIN 4102-4 umfasst Bauteile bzw. Konstruktionen, die nicht in EC 6-1-2 [9] und zugehörigem NA [10] geregelt sind. Dies sind Vergusstafeln (tragend und nichttragend), nichttragendes Mauerwerk, Brandwände aus Mauerwerk, zweischalige Außenwände aus Mauerwerk, Anschlüsse, Stürze und Gips-Wandbauplatten. Die Klassifizierung erfolgt gemäß DIN 4102-2 mit „F …“-Klassifizierungen. Grundsätzlich besteht ein Mischungsverbot zwischen DIN- und EN-Normen. Eine Verknüpfung F-klassifizierter Bauteile mit Bauteilen nach europäischer Klassifizierung kann über die bauaufsichtlichen Begriffe und deren Zuordnung nach der Bauregelliste erfolgen. Die bauaufsichtliche Anforderung feuerhemmend im Feuerwiderstand (Tragfähigkeit) wird durch die Klassifizierung F 30-B (und auch F 30-A) genauso erfüllt wie durch ein R 30- bzw. REI 30-klassifiziertes Bauteil. Nichttragende Wände aus Mauerwerk und Wandbauplatten In Tabelle 9.1 sind lediglich die Wandarten enthalten wie z. B. Porenbeton-Bauplatten, Mauersteine aus Beton und Leichtbeton sowie Mauerziegel und Kalksandsteine mit einer Dicke von max. 115 mm, die nicht in EC 6-1-2 bzw. NA enthalten sind.

J. Zehfuß/T. Mittmann · Aktuelle Entwicklungen im Brandschutz – Umstellung auf die Bemessung und Klassifizierung nach europäischen Normen

do not differ fundamentally from the German standard DIN 4102-2. One significant difference is that according to the DIN 4102-2, it was required to carry out two tests with the most unfavourable result governing, while according to the European standard, only one test is required. According to the EN Standard, the tests for fire resistance and the reaction to fire are carried out separately. There are other differences related to the pressure in the furnace as well as the use of plate thermocouples instead of jacketed thermocouples. Fire safety design of masonry is carried out in accordance with EC 6-1-2 and the applicable National Annex. Only the members not regulated in the EC 6-1-2, e.g. pre-cast masonry members, non-load-bearing walls, lintels, connections and joints, should be designed and checked according to the revised DIN 4102-4.

References – Literatur [1] Zehfuß, J.: Anwendung des Naturbrandverfahrens im Rahmen von Eurocode-Brandschutznachweisen. Braunschweiger Brandschutz-Tage ‘14, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig, Heft 224, Braunschweig, 2014. [2] Scheuermann, C.: Bauaufsichtliche Anforderungen an Bauprodukte im Kontext von Bauproduktenverordnung und Landesbauordnung. Braunschweiger Brandschutz-Tage ‘15, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig, Heft 227, Braunschweig, 2015. [3] DIN EN 13501-2: Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 2: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Feuerwiderstandsprüfungen, mit Ausnahme von Lüftungsanlagen. Ausgabe 02-2010. [4] DIN EN 13501-1: Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten. Ausgabe 01-2010. [5] DIN 4102-2: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Bauteile, Begriffe, Anforderungen und Prüfungen. Ausgabe 091977. [6] Hahn, C., Nause, P.: Gibt es durch die harmonisierten europäischen Prüfnormen Auswirkungen auf das Brandver halten von Mauerwerk? Mauerwerk 13 (2009), H. 2, S. 92–99. [7] DIN EN 15254-2: Erweiterter Anwendungsbereich der Ergebnisse aus Feuerwiderstandsprüfungen – Nichttragende Wände – Teil 2: Mauersteine und Gips-Wandbauplatten. Ausgabe 10-2009. [8] DIN EN 15080-12: Erweiterter Anwendungsbereich der Ergebnisse aus Feuerwiderstandsprüfungen – Teil 12: Tragende Mauerwerkswände. Ausgabe 04-2011. [9] DIN EN 1996-1-2: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall. Ausgabe 04-2011. [10] DIN EN 1996-1-2/NA: Nationaler Anhang – National fest gelegte Parameter – Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall. Ausgabe 06-2013. [11] DIN 4102-4: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile. Ausgabe 03-1994. [12] E DIN 4102-4: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile (Entwurf). Ausgabe 06-2014. [13] DIN EN 1991-1-2: Eurocode 1: Einwirkungen auf Trag werke – Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen, Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Ausgabe 12-2010.

Tragende Wände aus Mauerwerk und Brandwände In Tabelle 9.2 und 9.3 sind tragende raumabschließende bzw. nichtraumabschließende Vergusstafeln klassifiziert. Tabelle 9.4 enthält Angaben für die Klassifizierung von Brandwänden aus Vergusstafeln. Stürze Die Bemessungstabelle für Stürze wurde gegenüber der bisher gültigen DIN 4102-4 gekürzt, weil die Richtlinie für Flachstürze vom DIBt zurückgezogen ist und für diese derzeit somit eine abZ erforderlich ist [15]. In Tabelle 9.5 werden Mindestabmessungen für Porenbetonstürze für die Feuerwiderstandsklassen F 30-A bis F 90-A angegeben. In Abschnitt 9.8 werden Randbedingungen und Ausführungsmöglichkeiten für Anschlüsse und Fugen ausgeführt.

5 Zusammenfassung Für die Brandschutzbemessung und -prüfung von Bauteilen aus Mauerwerk sind europäische Vorschriften häufig bereits maßgeblich. Grundsätzlich dürfen gemäß Bauregelliste sowohl die europäische als auch die deutsche Klassifizierung angewendet werden. Letztere jedoch nur, wenn das Bauteil bzw. Bauprodukt nicht europäisch klassifiziert werden kann, da entsprechende europäische Prüf- oder Bemessungsnormen nicht vorliegen. Die europäischen Prüfnormen unterscheiden sich von der DIN 4102-2 nicht grundlegend. Eine wesentliche Änderung ist, dass nach DIN 4102-2 immer zwei Prüfungen durchzuführen waren, wobei das ungünstigste Prüfergebnis maßgebend war, wohingegen nach EN-Norm nur noch eine Prüfung erfolgen muss. Die Prüfung nach EN-Norm erfolgt für die Feuerwiderstandsfähigkeit sowie das Brandverhalten getrennt. Weitere Änderungen betreffen den Überdruck im Brandraum sowie die Verwendung von Plattenthermoelementen anstatt Mantelthermoelementen. Die Brandschutzbemessung von Bauteilen aus Mauerwerk erfolgt grundsätzlich nach EC 6-1-2 [9] und zugehörigem Nationalen Anhang [10]. Lediglich die dort nicht geregelten Bauteile, wie z. B. Fertigteile aus Mauerwerk, nichttragende Wände, Stürze, Anschlüsse und Fugen werden in der novellierten DIN 4102-4 [12] geregelt.

[14] Hosser, D., Kampmeier, B., Zehfuß, J.: Baulicher Brandschutz. In: Holschemacher, K. (Hrsg.).: Entwurfs- und Berechnungstafeln für Bauingenieure. 7. Auflage. Berlin: Beuth-Verlag 2015. [15] Hahn, C.: Neue DIN 4102-4 – Regelungen zum Brandverhalten von Mauerwerk. Braunschweiger Brandschutz-Tage ‘12, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig, Heft 218, Braunschweig, 2012.

Authors – Autoren Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jochen Zehfuß Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz TU Braunschweig Dipl.-Ing. Thorsten Mittmann MPA Braunschweig Beethovenstraße 52 D-38106 Braunschweig

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Albert Vogel Oliver Kornadt

DOI: 10.1002/dama.201600687

Sound insulation in residential building – the latest state of standardisation Schallschutz für den Wohnungsbau – letzter Status der Normung A new draft of a complete standard series DIN 4109 “Sound insulation in buildings” with four parts – “Requirements”, “Verification of compliance with the requirements by calculation”, “Building elements catalogue” and “Guidance for testing acoustics in buildings” was published in 2013. These include significant changes regarding sound protection in line with qualities that have been regularly determined in monitored buildings with standardised construction methods. It includes a few more stringent requirements for airborne and impact sound insulation compared with DIN 410 9:1989. Another significant alteration is the new Part 4 “Guidance for testing acoustics in buildings”. This delivers a detailed practical description of how the sound reduction or the level of impact sound can be measured. Part 4 also provides assistance to the user with the measurement of airborne sound in the lower frequency range. This article also investigates how it can be advantageous to consider a greater range of frequency for the evaluation of sound insulation.

Ein neuer Entwurf eines kompletten Normenwerkes zur DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“ mit den vier Teilen – „Anforderungen“, „Berechnungsverfahren“, „Bauteilkatalog“ und „bauakustische Prüfungen“ wurde 2013 herausgegeben. Darin sind wesentliche Änderungen beim Mindestschallschutz enthalten, als Anpassung an die in den letzten Jahren regelmäßig festzustellenden Qualitäten aus überwachten Gebäuden mit Regelbauweisen. Er enthält einige Erhöhungen der Anforderungen an den Luft- und Trittschallschutz im Vergleich zur DIN 4109:1989. Eine weitere wesentliche Änderung ist der neue Teil 4 „Handhabung bauakustischer Prüfungen“. Hier wird eine detaillierte praktische Beschreibung geliefert, wie das Schalldämm-Maß oder der Trittschallpegel gemessen werden können. Weiterhin werden in Teil 4 Hilfestellungen zu der Messung von Luftschall im unteren Frequenzbereich dem Anwender zur Verfügung gestellt. In diesem Beitrag wird weiterhin darauf eingegangen, warum es von Vorteil sein kann, einen erweiterten Frequenzbereich für die Bewertung des Schallschutzes zu betrachten.

Keywords: DIN 4109; sound insulation; sound reduction index; calculating method; lightweight wall; solid wall; building physics

Stichworte: DIN 4109; Schallschutz; Hochbau; Schalldämmmaß; Rechenverfahren; Leichtbauwand; Massivbauwand; Bauphysik

1 Introduction

1 Einleitung

Due to numerous developments in building materials and construction and changed general expectations for sound insulation, the standard DIN 4109 has been revised, with a draft of the new standard being published in November 2013. This consists of four parts: Part 1 “Requirements”, Part 2 “Verification of compliance with the requirements by calculation”, Part 3 “Input data for calculated verifications (Building elements catalogue)” and Part 4 “Guidance for testing acoustics in buildings”. Sound insulation in buildings is of central importance for people, with a decisive influence on their wellbeing and health. The human capacity for hearing covers a range of about 20 to 20 000 Hz, depending on age and constitution. At low and high frequencies, human hearing capability is less than in the central frequency range around 1 000 Hz. The range of frequencies that is currently relevant for building acoustics covers frequencies from 100 to 3 150 Hz in frequency bands (e.g. third-octave bands). Building constructions generally show very good sound insulation in the upper frequency range, but in contrast sound insulation for low frequencies is generally worse than for high frequencies. Thus it can be important for partition ele-

Aufgrund zahlreicher Entwicklungen bei Baustoffen und Baukonstruktionen sowie Veränderungen in der allgemeinen Erwartungshaltung an den Schallschutz wurde die Norm DIN 4109 überarbeitet und ein Entwurf der neuen Norm im November 2013 veröffentlicht. Dieser enthält die vier Teile: Teil 1 „Anforderungen an die Schalldämmung“, Teil 2 „Rechnerische Nachweise der Erfüllung der Anforderungen“, Teil 3 „Eingangsdaten für die rechnerischen Nachweise (Bauteilkatalog)“ und Teil 4 „Handhabung bauakustischer Prüfungen“. Der Schallschutz von Gebäuden ist für den Menschen von zentraler Bedeutung. Er hat einen entscheidenden Einfluss auf das Wohlbefinden und die Gesundheit der Menschen. Das Hörvermögen des Menschen umfasst je nach Alter und Konstitution des Körpers einen Bereich von ca. 20 bis 20 000 Hz. Im tiefen und hohen Frequenzbereich ist die Hörfähigkeit des Menschen geringer als zu im mittleren Frequenzbereich um 1 000 Hz. Der aktuell in Deutschland relevante bauakustische Frequenzbereich umfasst die Frequenzen zwischen 100 und 3 150 Hz bzw. die darin enthaltenen Frequenzbänder (z. B. Terz). Baukonstruktionen weisen i. A. im oberen Frequenzbereich

A. Vogel/O. Kornadt · Schallschutz für den Wohnungsbau – letzter Status der Normung

ments to include provision of adequate sound insulation against disturbing noise for low frequencies. The fact that the range that is currently relevant for building acoustics does not correspond to the capacity of human hearing is also subject of discussion in international work to develop standards. For example in Sweden, spectrum adaptation values are included in the requirements so that the sound insulation requirements apply to a frequency range from 50 to 3 150 Hz (R’w + C50-3150) [1]. In order to achieve the aim of protection against unreasonable noise as well as noise that could endanger health in the new revision of DIN 4109, guidance is given, in addition to the significant changes to the requirements for sound insulation mentioned in [2], with the measurement of sound insulation in Part 4, with statements also being made about the measurement of sound levels in the lower frequency range between 50 and 100 Hz.

2 History of the production of the new DIN 4109 After the issue of DIN 4109:1989, the first draft of the new series of standards was published in 2006 [6]. In 2013, a thoroughly revised draft standard was published [8]. Changes were undertaken in those fields where normal building methods had undoubtedly changed since 1989 (Table 1).

3 Revision of the requirements as a reaction to changes in usual building methods In the production of the new standard E DIN 4109:2013, changes in usual building methods were considered, which had also been reflected in applicable court rulings. This led to a change to the required sound reduction R’w for party walls between terraced houses [13] and to the permissible impact insulation. L’n,w of floor slabs between apartments [14], since the necessity for changed requirements was undisputed in these cases. In the ruling [13] concerning party walls between terraced houses, it is noted that the normal construction of partition walls definitely leads to better sound insulation than is required in DIN 4109:1989. This means that the

sehr gute Schalldämmungen auf. Im Gegensatz dazu ist die Schalldämmung für tiefe Frequenzen generell kleiner als bei hohen. Dadurch kann es für Trennbauteile wichtig sein, auch im unteren Frequenzbereich eine ausreichende Schalldämmung gegenüber störendem Lärm zu gewährleisten. Die Tatsache, dass der aktuell bauakustisch relevante Bereich nicht dem Hörvermögen des Menschen entspricht, ist auch Diskussionsgegenstand bei der inter nationalen Normungsarbeit. So werden zum Beispiel in Schweden Spektrumanpassungswerte in die Anforderungen einbezogen, sodass hier Anforderungen an den Schallschutz für einen Frequenzbereich von 50 bis 3 150 Hz gestellt werden (R’w + C50-3150) [1]. Um das Schutzziel vor unzumutbarem Lärm sowie gesundheitsschädlichem Lärm in der neuen Ausgabe DIN 4109 zu erreichen, werden neben den in [2] beschriebenen wesentlichen Neuerungen bei den Anforderungen an den Schallschutz in Teil 4 auch Hinweise zu der messtechnischen Überprüfung des Schallschutzes gegeben. Dabei werden Anmerkungen zur Messung von Schalldruckpegeln im unteren Frequenzbereich zwischen 50 und 100 Hz gemacht.

2 Historie der Entstehung der neuen DIN 4109 Nach der Herausgabe der DIN 4109:1989 wurde in 2006 der erste neue Entwurf der Normenreihe veröffentlicht [6]. In 2013 wurde ein grundlegend überarbeiteter Normenentwurf veröffentlicht [8]. Darin wurden in den Bereichen Änderungen vorgenommen, in denen sich die übliche Bauweise unzweifelhaft im Vergleich zu 1989 verändert hat (Tabelle 1).

3 Änderung der Anforderungen als Reaktion auf Änderungen bei üblichen Bauweisen Es wurden bei der Erstellung der neuen Norm E DIN 4109: 2013 Änderungen bei üblichen Bauweisen berücksichtigt, die auch Auswirkungen auf einschlägige gerichtliche Urteile fanden. So ergaben sich Änderungen bei dem Schalldämm-Maß erf. R’w von Reihenhaustrennwänden

Table 1. Production history of the new revision of the standard DIN 4109 “Sound insulation in buildings” since 1989 Tabelle 1. Entstehungsgeschichte der neuen Ausgabe der Norm 4109 „Schallschutz im Hochbau“ seit 1989 1989

DIN 4109 “Sound insulation in buildings” 1989 / DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“ Ausgabe 1989

2006

Publication of draft E DIN 4109:2006 Part 1 Requirements – introduction of reverberation time of weighted quantities as DnT,w, L’nT,w / Veröffentlichung Entwurf E DIN 4109:2006 Teil 1 Anforderungen – Einführung Nachhallzeit bezogener Größen wie DnT,w, L’nT,w

2011

Decision by the committee to retain building element-related parameters such as R’w, L’n,w / Entscheidung im Ausschuss zur Beibehaltung bauteilbezogener kennzeichnender Größen wie R’w, L’n,w

2013

Publication of a revised draft of the entire series of standards E DIN 4109:2013 / Veröffentlichung eines überarbeiteten Entwurfs der gesamten Normenreihe E DIN 4109:2013

2014

Objection process / Einspruchsverfahren

2015

Objection consulting, revision of the draft standard / Einspruchsberatung, Überarbeitung des Normenentwurfs

2016

Planned publication of the entire series of standards DIN 4109 “Sound insulation in buildings” / Geplante Veröffentlichung der gesamten Normenreihe DIN 4109 „Schallschutz im Hochbau“

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Vogel/O. Kornadt · Sound insulation in residential building – the latest state of standardisation

generally acknowledged state of the technology for the construction of walls between terraced houses is no longer represented by DIN 4109:1989. To quote from [13]: “Whether the sound reduction of 63 dB for partition walls between houses is actually sufficient for the usual standard of comfort, is however not adequately clarified. […] If better values of sound reduction can be achieved by correct construction in accordance with the acknowledged rules of the technology for building construction than result from the requirements of DIN 4109, then these values independent of this determine the relevance otherwise accorded to the sound reduction values in DIN 4109 […] From the preceding considerations, it follows that the appeal court was wrong to recognise DIN 4109 as the acknowledged rules of the technology.” A similar assessment of DIN 4109:1989 with regard to the acknowledged rules of the technology for the construction of walls between houses was given by the German Federal Court of Justice (BGH) in [14]. This includes the quote: “[…] if the sound reduction values of DIN 4109 are unsuitable in the first place to count as the acknowledged rules of the technology. […] These considerations only apply when the parties have made no express agreement about sound insulation, but generally also when they refer to DIN 4109 with regard to sound insulation, as happened in the present case with regard to impact sound insulation.” The changes described in the following section correspond to the current standard of construction for the relevant building situation, since the increased requirements for insulation against impact sound in floor slabs between apartments and against airborne sound in party walls between terraced houses can be achieved by the usual construction according to the generally acknowledged rules of the technology without extra cost. This is thus a reaction to the essential criticism in the rulings that the standard DIN 4109 is not the state of the technology.

4 Changes affecting insulation against airborne and impact sound in apartment buildings The required insulation against airborne and impact sound in terraced houses and semi-detached houses is newly regulated in Table 3 of E DIN 4109:2013. These requirements become more stringent for insulation against impact sound compared to DIN 4109:1989, for floor slabs by 7 dB. A new requirement for ground floor slabs is also included, with a permissible L’n,w of 46 dB. For party walls between houses in the lowest storey (with or without earth contact), the required airborne sound reduction has been increased by 2 dB to a required R’w = 59 dB. For party walls between occupied rooms of houses, under which there is at least one full storey, a permissible R’w = 62 dB will apply. This corresponds to a more stringent requirement by 5 dB. For floor slabs in apartment houses, the requirement for the weighted impact sound level according to the standard L’n,w has also been made more stringent. The permissible weighted impact sound level according to the standard L’n,w for floor slabs under generally usable roof rooms has been reduced by 3 dB compared to 1989. The permissible weighted impact sound level according to the standard for floor slabs between apartments has also been reduced by 3 dB; floor

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

[13] sowie beim Trittschallschutz zul. L’n,w von Wohnungstrenndecken [14], da hier unstrittig eine Anpassung der Anforderungen zu erfolgen hatte. Im Urteil [13] zu Reihenhauswänden wird angemerkt, dass bei den üblichen Bauausführungen von Reihenhaustrennwänden durchaus ein höherer Schallschutz erreicht wird, als er in DIN 4109:1989 gefordert wird. Somit werden die allgemein anerkannten Regeln der Technik hinsichtlich der Ausführung von Reihenhaustrennwänden nicht mehr durch die DIN 4109:1989 repräsentiert. So heißt es in [13] Zitat: „Ob das Schalldämm-Maß von 63 dB für Haustrennwände üblichem Komfortstandard tatsächlich genügt, ist allerdings nicht ausreichend geklärt. […] Können durch die vereinbarte Bauweise bei einwandfreier, den anerkannten Regeln der Technik hinsichtlich der Bauausführung entsprechender Ausführung höhere Schallschutzwerte erreicht werden, als sie sich aus den Anforderungen der DIN 4109 ergeben, sind diese Werte unabhängig davon geschuldet, welche Bedeutung den Schalldämm-Maßen der DIN 4109 sonst zukommt […] Aus dem Vorhergehenden folgt, dass das Berufungsgericht zu Unrecht die DIN 4109 als anerkannte Regeln der Technik gewürdigt hat.“ Eine ähnliche Bewertung der DIN 4109:1989 hinsichtlich der anerkannten Regeln der Technik bezüglich der Erstellung von Wohnungstrenndecken hat der BGH in [14] vorgenommen. Darin heißt es unter anderem Zitat: „[…] sind die Schalldämm-Maße der DIN 4109 von vornherein nicht geeignet, als anerkannte Regeln der Technik zu gelten. […] Diese Erwägungen gelten nicht nur dann, wenn die Parteien keine ausdrücklichen Vereinbarungen zum Schallschutz getroffen haben, sondern grundsätzlich auch dann, wenn sie hinsichtlich der Schalldämmung auf die DIN 4109 Bezug nehmen, wie das im zu beurteilenden Fall bezüglich der Trittschalldämmung geschehen ist.“ Mit den im folgenden Abschnitt aufgeführten Neuerungen entspricht man dem heutigen Ausführungsstandard der entsprechenden Bausituation, denn die erhöhten Anforderungen an den Trittschallschutz bei Wohnungstrenndecken und dem Luftschallschutz bei Reihenhaustrennwänden können mit den üblichen Konstruktionen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik ohne Mehraufwand erreicht werden. Damit ist auf die wesentliche Kritik in den Urteilen, dass die Norm DIN 4109 nicht Stand der Technik sei, reagiert worden.

4 Neuerungen für den Luft- und Trittschallschutz im Geschosswohnungsbau Die erforderliche Luft- und Trittschalldämmung in Einfamilien-Reihenhäusern sowie Doppelhäusern ist in Tabelle 3 der E DIN 4109:2013 neu geregelt. Die Anforderungen steigen bei der Trittschalldämmung im Vergleich zu DIN 4109:1989 für Decken um 7 dB. Ebenfalls ist eine neue Anforderung an die Bodenplatte enthalten. So ist das zulässige L’n,w hier 46 dB. Für Haustrennwände im untersten Geschoss (mit oder ohne Erdberührung) wurde die erforderliche Luftschalldämmung um 2 dB auf erf. R’w = 59 dB erhöht. Für Haustrennwände zu Aufenthaltsräumen, unter denen mindestens ein Vollgeschoss vorhanden

A. Vogel/O. Kornadt · Schallschutz für den Wohnungsbau – letzter Status der Normung

slabs over cellars, entrance halls, staircase rooms under occupied rooms and floor slabs over vehicle passages, access roads to communal garages and similar below occupied rooms. Sound insulation of stair flights and landings are now subject to more stringent requirements by 5 dB, leading to a reduction of the permissible L’n,w from 58 dB to 53 dB.

5 Changes in the calculation of sound insulation in residential buildings The new balancing procedure according to E DIN 4109-2: 2013 reproduces the effect of building elements, geometry and construction significantly more accurately than is the case with DIN 4109:1989 and thus enables a very realistic prediction of sound insulation. Continuous building elements, for example, can considerably worsen sound insulation; de-coupled building elements, on the other hand, can considerably improve it. Overall, calculations and measurements have shown that differences of sound insulation of up to 10 dB can result just from the design of the joints [2], [3]. Such effects of the de-coupling of building elements on sound insulation were not considered in the standard DIN 4109 from 1989, which led to great uncertainty among designers, builders and users. E DIN 4109-2:2013 now offers, with its new calculation procedure, much better design reliability for all conventional building construction methods.

6 Changes in the guidance of testing acoustics in buildings The guidance of testing acoustics in buildings is described in part 4 of the new DIN 4109. This includes measurement rules, which offer the user the possibility to determine the actual sound insulation of a building element by measurement. DIN 4109-Part 4 also provides measurement procedures to enable the measurement of sound reduction at low frequencies. In the next section, two party wall constructions are given as an example to explain why it can be important to include consideration of sound reduction of a wall construction at low frequencies and what differences can result with regard to sound insulation.

7 Comparison of the sound insulation of different building constructions The investigated wall construction method consists of the party wall between apartments and two flanking walls and the ceiling and floor slabs. The arrangement of the flanking walls is the same for each of the investigated party walls (Fig. 1). In order that the effect on sound insulation of the use of a solid wall or a lightweight wall can be directly compared, the joints to the flanks must also be the same (Table 2). For this reason, continuous flanks (both the walls and the floor and ceiling) were selected. The data necessary for the calculation of the weighted sound reduction of the wall construction are values from a test rig and are stored in the building acoustics calculation program BASTIAN [11]. The weighted sound reduction R’w for the frequency range 100 to 3 150 Hz is the same for both wall constructions and gives R’w = 52.0 dB (Table 3). The result of the comparative calculation of sound reduction is shown in Fig. 2, with the individual sound re-

ist, soll zukünftig ein erf. R’w = 62 dB gelten. Dies entspricht einer Erhöhung der Anforderungen um 5 dB. Für Decken in Mehrfamilienhäusern wurden die Anforderungen an den bewerteten Norm-Trittschallpegel L’n,w ebenfalls angehoben. Der zulässige bewertete Norm-Trittschallpegel L’n,w für Decken unter allgemein nutzbaren Dachräumen wurde im Vergleich zu 1989 um 3 dB gesenkt. Ebenfalls um 3 dB gesenkt wurde der zulässige bewertete Norm-Trittschallpegel für Wohnungstrenndecken; Decken über Kellern, Hausfluren, Treppenräumen unter Aufenthaltsräumen sowie Decken über Durchfahrten, Einfahrten von Sammelgaragen und ähnliches unter Aufenthaltsräumen. An den Trittschallschutz von Treppenläufen und -podesten werden um 5 dB höhere Anforderungen gestellt, wodurch das zulässige L’n,w von 58 dB auf 53 dB sinkt.

5 Neuerungen bei der rechnerischen Ermittlung des Schallschutzes in Wohngebäuden Das neue Bilanzierungsverfahren nach E DIN 41092:2013 bildet Bauteil-, Geometrie- und Ausführungseinflüsse bedeutend genauer ab als es bei DIN 4109:1989 der Fall ist und ermöglicht so eine sehr realitätsnahe Schallschutzprognose. Durchlaufende Bauteile z. B. können den Schallschutz erheblich verschlechtern. Entkoppelte Bauteile können ihn hingegen beträchtlich verbessern. Insgesamt haben Berechnungen und Messungen ergeben, dass sich allein durch die Berücksichtigung von Stoßstellenausbildungen Unterschiede bei der Schalldämmung von bis zu 10 dB ergeben können [2], [3]. Diese Auswirkungen von Bauteilkopplungen auf die Berechnung des Schallschutzes wurden in der Norm DIN 4109 von 1989 nicht berücksichtig und führte bei Planern, Ausführenden und Nutzern zu hohen Unsicherheiten. E DIN 4109-2:2013 bietet nun mit dem neuen Berechnungsverfahren eine erheblich höhere Planungssicherheit für alle gängigen Baukonstruktionen.

6 Neuerungen bei der Handhabung bauakustischer Prüfungen Die Handhabung bauakustischer Prüfungen wird in Teil 4 der neuen DIN 4109 beschrieben. Es werden darin Messvorschriften erläutert, die dem Anwender die Möglichkeit bieten, die Ist-Schalldämmung eines Bauteils messtechnisch zu ermitteln. Des Weiteren werden in DIN 4109-Teil 4 Angaben zu Messverfahren gemacht, die das Messen der Schalldämmung bei tiefen Frequenzen ermöglichen. Im Folgenden wird anhand zweier Trennwandkonstruktionen erläutert, warum es wichtig sein kann, auch bei tiefen Frequenzen das Schalldämm-Maß einer Wandkonstruktion zu betrachten und welche Unterschiede sich bezüglich der Schalldämmung ergeben können.

7 Vergleich der Schalldämmung unterschiedlicher Baukonstruktionen Die untersuchte Wandkonstruktion besteht aus der Wohnungstrennwand sowie zwei flankierenden Wänden und der Decke und dem Fußboden. Die Ausbildung der Flanken ist bei den beiden untersuchten Trennwänden jeweils gleich (Bild 1). Damit man die Auswirkungen auf den

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Vogel/O. Kornadt · Sound insulation in residential building – the latest state of standardisation

3.00 4.00

5.00

4.00

Massive party wall: Brickwork (2000 kg/m3) 175 mm, plaster 2 x 15 mm / Trennwand massiv: Mauerziegel (2000 kg/m3) 175 mm, Putz 2 x 15 mm

Lightweight party wall: Plasterboard 16 mm, glass wool insulation 89 mm, air 23 mm, plasterboard 16 mm / Trennwand Leichtbau: GKB 16 mm, Glaswolle 89 mm, Luft 23 mm, GKB 16 mm

duction values being almost identical for the frequency range from 100 to 3 150 Hz. If the frequency range from 50 to 100 Hz is also included in the evaluation, then this range shows considerably less sound insulation for the lightweight wall. This is physically due to the occurrence of resonance vibration in the spring-mass system of the lightweight wall. In this case, the resonance frequency is fr = 32 Hz. Due to the low mass of the lightweight party wall, there is a breakdown of sound insulation at low frequencies, as can be seen in Fig. 2. At a third-octave band around 100 Hz, the shape of the two sound reduction curves is almost the same; the sound reduction of the lightweight wall only reduces considerably below 100 Hz. In this frequency range, the insulation of low-frequency sound is very poor for the party wall construction under consideration.

Fig. 1. Sketches of the investigated party wall constructions Bild 1. Skizzen der untersuchten Trennwandkonstruktionen

Schallschutz durch die Verwendung einer Massivwand oder einer Leichtbauwand direkt vergleichen kann, müssen auch die Stoßstellen der Flanken gleich sein (Tabelle 2). Deshalb wurden durchlaufende Flanken (sowohl bei den Wänden als auch bei Boden und Decke) gewählt. Die zur Berechnung des bewerteten Schalldämm-Maßes der Wandkonstruktionen erforderlichen Daten sind Prüfstandswerte und im Bauakustik-Berechnungsprogramm BASTIAN [11] hinterlegt. Das bewertete Schalldämm-Maß R’w für den Frequenzbereich 100 bis 3 150 Hz ist für beide Wandkonstruktionen gleich und ergibt sich zu R’w = 52,0 dB (Tabelle 3). Als Ergebnis der vergleichenden Berechnung der Schalldämm-Maße zeigt sich in Bild 2, dass für den Frequenzbereich von 100 bis 3 150 Hz die einzelnen Schalldämm-Maße nahezu identisch sind. Zieht man zur Beur-

Table 2. Description of building situation of party wall between apartments Tabelle 2. Beschreibung Bausituation Wohnungstrennwand Flanking walls / flankierende Wände

Ceiling and floor slabs / Decke und Fußboden

Joints to party wall / Stoßstellen zur Trennwand

Brickwork (RDK 2.0), plaster 2 × 15 mm / Mauerziegel (RDK 2,0) 240 mm, Putz 2 × 15 mm

Concrete slab (2 200 kg/m2) 160 mm, plaster 1 × 15 mm (without floor construction) / Betondecke (2 200 kg/m3) 160 mm, Putz 1 × 15 mm (ohne Fußbodenaufbau)

Continuous flanks and slabs / durchgehende Flanken und Decken

Table 3. Sound reduction values of the constructions Tabelle 3. Schalldämm-Maße der Konstruktionen R’w in dB Construction of party wall between apartments / Konstruktion Wohnungstrennwand

Partition element / Trennbauteil

Entire wall construction / Gesamte Wandkonstruktion

Brickwork RDK 2.0; 175 mm; plaster 2 × 15 mm / Mauerziegel RDK 2,0; 175 mm; Putz 2 × 15 mm

54.9

52.0

Plasterboard 16 mm; glass wool insulation 89 mm; air 23 mm; plasterboard 16 mm / GKB 16 mm; Glaswolle 89 mm; Luft 23 mm; GKB 16 mm

59.3

52.0

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Vogel/O. Kornadt · Schallschutz für den Wohnungsbau – letzter Status der Normung

Sound reduction R’ in DB / Schalldämm-Maß R’ in dB

Brickwork / Mauerwerk Leightweight wall with timber stands / Holzständer-Leichtbauwand

Frequency in Hz / Frequenz in Hz

Fig. 2. Comparison of the sound reduction R’ of a massive wall with a lightweight wall with the same R’w for the overall construction Bild 2. Vergleich Schalldämm-Maß R’ einer Massivwand mit einer Leichtbauwand, gleiches R’w der Gesamtkonstruktion

8 Outlook Publication of the new DIN 4109 series of standards is planned for 2016. They include, in addition to changed requirements, a new procedure for the calculation of the sound reduction of building constructions. This enables, for example, the consideration of different joints and offers the designer a reliable tool for sound insulation in the design and detailing of buildings. For the sake of improved user-friendliness, sound insulation in residential buildings at low frequencies could be subjected to more research in the future, since above all lightweight walls offer potential for improvement.

teilung der Schalldämmung auch den Frequenzbereich von 50 bis 100 Hz hinzu, zeigt sich für diesen Bereich eine deutlich geringere Schalldämmung für die Leichtbauwand. Dies ist physikalisch auf auftretende Eigenschwingungen des Feder-Masse-Systems der Leichtbauwand zurückzuführen. In diesem Fall beträgt die Eigenfrequenz fr = 32 Hz. Aufgrund der geringen Masse der leichten Trennwand kommt es deshalb bei tiefen Frequenzen zu einem Schalldämmungs-Einbruch, zu sehen in Bild 2. Bis zum Terzband um 100 Hz ist der Verlauf beider Schalldämm-Maßkurven nahezu gleich, erst unterhalb von 100 Hz sinkt das Schalldämm-Maß der Leichtbauwand sehr stark ab. Für diesen Frequenzbereich ist bei der hier betrachteten Trennwandkonstruktion die Dämmung für die tiefen Frequenzen sehr schlecht.

8 Ausblick In 2016 ist die Veröffentlichung der neuen Normenreihe DIN 4109 geplant. Sie enthält neben geänderten Anforderungen zusätzlich ein neues Rechenverfahren zur Berechnung der Schalldämmung von Baukonstruktionen. Es ermöglicht zum Beispiel die Berücksichtigung von unterschiedlichen Stoßstellen und bietet dem Planer ein verlässliches Werkzeug für den Schallschutz bei der Erstellung und Konstruktion von Gebäuden. Für eine größere Nutzerfreundlichkeit könnte der Schallschutz bei tiefen Frequenzen in Wohngebäuden zukünftig vermehrt Gegenstand der Forschung werden, da vor allem Leichtbauwände dafür Verbesserungspotential bieten.

References – Literatur [1] Lang, J.: Schallschutz in Europa. In: Bauphysik-Kalender: Schwerpunkt Schallschutz und Akustik (2014), S. 121–181. Berlin: Ernst & Sohn. [2] Kornadt, O., Vogel, A.: Die neue Schallschutznorm: Vergleich DIN 4109:1989 und E DIN 4109:2013. Mauerwerk 19 (2015), H. 2, S.110–118, DOI: 10.1002/dama.201500653 [3] Scholl, W., Bietz, H.: Integration des Holz- und Skelettbaus in die neue DIN 4109. In: Abschlussbericht der PTB zum Forschungsvorhaben gefördert durch DIBt und PTB 2004. [4] DIN 4109:1989 Schallschutz im Hochbau Teil 1. [5] DIN 4109:1989 Schallschutz im Hochbau Beiblatt 1 Ausführungsbeispiele und Rechenverfahren. [6] E DIN 4109:2006 – Schallschutz im Hochbau Teil 1. [7] DIN 4109:2010 – Schallschutz im Hochbau Teil 11. [8] E DIN 4109:2013 – Schallschutz im Hochbau Teil 1 bis 4. [9] DIN ISO 140:1998 Messung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen – Teil 4 Messung der Luftschalldämmung zwischen Räumen in Gebäuden. [10] DIN EN ISO 16283-1:2014 Messung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen am Bau – Teil 1: Luftschalldämmung. [11] BASTIAN, Berechnungsprogramm für den Schallschutz in Gebäuden. Fa. DataKustik GmbH, Greifenberg.

[12] Fischer, H.-M.: Neufassung der DIN 4109 auf der Basis europäischer Regelwerke des baulichen Schallschutzes. In: Bauphysik-Kalender: Schwerpunkt Schallschutz und Akustik (2014), S. 15–68. Berlin: Ernst &Sohn. [13] BGH-Urteil vom 14.06.2007 Az. VII ZR 45/06. [14] BGH-Urteil vom 04.06.2009 Az. VII ZR 54/07. [15] Vogel, A., Wittstock, V., Kornadt, O., Scholl, W.: Assessment of the uncertainties using the “two-stage method” for the characterization of impact sound sources. In: Proceedings INTERNOISE (2015), SanFrancisco, USA. [16] Arnold, J., Kornadt, O.: Beschreibung körperschallinduzierter Schalldruckpegel mit Hilfe von Übertragungsfunktionen. In: Bauphysik-Kalender: Schwerpunkt Schallschutz und Akustik (2014), S. 641–663. Berlin: Ernst & Sohn.

Authors – Autoren: Dipl.-Ing. Albert Vogel Prof. Dr. rer. nat. Oliver Kornadt Fachgebiet Bauphysik/Energetische Gebäudeoptimierung Fachbereich Bauingenieurwesen Technische Universität Kaiserslautern Paul-Ehrlich-Straße 29 67663 Kaiserslautern

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Articles – Fachthemen Anton Maas

DOI: 10.1002/dama.201600689

Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude The tightening of the Energy Conservation Ordinance in 2016 provides the first step toward the introduction of nearly zero energy buildings. The level of performance for residential buildings after 2020 will most likely attain an energy quality close to the primary energy consumption of the KfW Efficiency House 55 today, at least regarding performance. The following report describes the requirements methodology of the Energy Conservation Ordinance 2014, including the KfW promotion, and provides calculation examples to clarify the issues.

Mit der Verschärfung der EnEV in 2016 ist bereits ein erster Schritt in Richtung der Einführung des Niedrigstenergiegebäudes erfolgt. Es ist davon auszugehen, dass ein Anforderungsniveau für Wohngebäude nach 2020 in etwa eine energetische Qualität aufweisen wird, welche zumindest hinsichtlich der Anforderung an den Primärenergiebedarf dem heutigen KfW-Effizienzhaus 55 entspricht. Der vorliegende Beitrag erläutert die Anforderungsmethodik der EnEV 2014 sowie die KfW-Förderung und belegt den Sachverhalt an Berechnungsbeispielen.

Keywords: Energy Conservation Ordinance 2014, nearly zero energy building; annual primary energy consumption, thermal protection, heat loss through transmission, KfW support

Stichworte: EnEV 2014; Niedrigstenergiegebäude; Jahres-Primär energiebedarf; Wärmeschutz, baulicher; Transmissionswärmeverlust; KfW-Förderung

1 Background

1 Hintergrund

The implementation of the EU guidelines that were amended in 2010 regarding the total energy efficiency of buildings (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD Recast) was instrumental for the new version of the Energy Conservation Ordinance published in 2013. It came into effect on 1 May 2014[1]. The core of the changes is the tightening of the levels of performance in new construction as of 1 January 2016. A 25 % drop in primary energy consumption and approximately 20 % less heat loss through transmission through increased thermal protection follows as a result. An additional energy efficiency class (A+ to H) will be added to the energy performance certificates as soon as the provision takes effect. Buildings that have an efficiency class in their energy performance certificates must include this information in real estate advertisements. An additional requirement of the Directive on Energy Performance of Buildings has to date only been formally included in the Energy Conservation Act of 2013. The law stipulates that all buildings built after 31 December 2020 are to be designed as nearly zero energy buildings. For non-residential buildings owned and used by public authorities, the cut-off date is 31 December 2018. A nearly zero energy building is according to Directive on Energy Performance of Buildings a building that exhibits very good total energy efficiency. The energy needs of the building must be minimal and a significant part should be covered by renewable sources, as much as is possible. In an upcoming energy conservation directive, the demands of

Die Umsetzung der im Jahr 2010 novellierten EU-Richt linie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD Recast) war wesentlicher Anlass für die in 2013 veröffentlichte Neufassung der Energieeinsparverordnung. Diese trat am 1. Mai 2014 in Kraft [1]. Kern der Änderungen ist die Verschärfung des Anforderungsniveaus bei Neubauten zum 1. Januar 2016. Dabei erfolgt eine Senkung des Primärenergiebedarfs um 25 % und die Erhöhung des baulichen Wärmeschutzes zur Senkung der Transmissionswärmeverluste um rd. 20 %. Bei den Energieausweisen wird bereits ab Inkrafttreten der Verordnung die zusätzliche Angabe einer Energieeffizienzklasse (A+ bis H) eingeführt. Für Gebäude, deren Energieausweis eine solche Effizienzklasse aufweist, ist diese in Immobilienanzeigen aufzunehmen. Eine weitere Forderung der EU-Richtlinie EPBD ist formal bislang nur im Energieeinsparungsgesetz von 2013 aufgenommen. Das Gesetz sieht vor, dass nach dem 31. Dezember 2020 errichtete Gebäude als Niedrigstenergiegebäude zu gestalten sind. Diese Pflicht gilt für zu errichtende Nichtwohngebäude, die im Eigentum von Behörden stehen und von Behörden genutzt werden sollen, bereits nach dem 31. Dezember 2018. Ein Niedrigstenergiegebäude ist gemäß EPBD ein Gebäude, das eine sehr gute Gesamtenergieeffizienz aufweist. Der Energiebedarf des Gebäudes muss sehr gering sein und soll, soweit möglich, zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden. In einer kommenden

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

total energy efficiency in nearly zero energy buildings will be regulated and future new construction will need to comply with these regulations. The tightening of the Energy Conservation Ordinance in 2016 represents the first step towards the introduction of the nearly zero energy buildings. The level of performance for residential buildings after 2020 will most probably show an energy quality that corresponds to the primary energy needs of the KfW Efficiency House 55 of today. Photovoltaic and solar-thermal systems in particular will also be used more frequently for the production of renewable resource energy.

2 Requirements methodology of the Energy Conservation Ordinance 2014 2.1 Annual primary energy consumption The primary requirement of the Energy Conservation Act will be formulated according to annual primary energy consumption for both residential and non-residential buildings. The Energy Conservation Ordinance 2014 adopts and updates the requirements model of the Energy Conservation Ordinance 2009. A specification for a reference building technology in connection with reference systems technology results in a reference building, so that the maximum allowable annual primary energy consumption for a building can be determined. The requirements for the reference building procedure are formulated as follows: the planned building geometry (building volume and surface area), the planned building orientation and the window sizes are used to determine a set thermal protection system and set system engineering for the building envelope. The results of the calculations for the annual primary energy consumption of this reference building provide a specific requirement value – the maximum allowable annual primary energy consumption. This allowable annual primary energy consumption is to be met or improved by the actual building to be constructed with the actual planned construction and the actual planned installation engineering. This determined value is to be reduced by 25 % after 1 January 2016. The procedure is shown in Fig. 1.

2.2 Thermal protection of the building envelope In January 2016, a new approach to meet the minimum quality of thermal protection for residential buildings becomes valid. This approach is based on the method being used by the Reconstruction Credit Institute (KfW) for support measures. Parallel to the procedure to determine the maximum allowable annual primary energy consumption, the construction quality of the reference building determines the maximum value for the specific heat loss through transmission HT’. This step was necessary and reasonable since a fixed numerical value, regardless of the type of building, strictly limits the window surface area for residential buildings. This problem will be solved in the future when the window surface areas are practically changed to a “transitory item”. A cap is created because the valid maximum values (Table 1) according to the Energy Conservation Ordinance 2009 cannot be exceeded. The level of performance becomes clear with the concrete requirements

Energieeinsparverordnung werden die Anforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Niedrigstenergiegebäuden geregelt, denen künftige Neubauten genügen müssen. Mit der Verschärfung der EnEV in 2016 ist bereits ein erster Schritt in Richtung der Einführung des Niedrigstenergiegebäudes erfolgt. Es ist davon auszugehen, dass ein Anforderungsniveau für Wohngebäude nach 2020 in etwa eine energetische Qualität aufweisen wird, welche zumindest hinsichtlich der Anforderung an den Primärenergiebedarf dem heutigen KfW-Effizienzhaus 55 entspricht. Zusätzlich werden insbesondere Photovoltaik-Anlagen und solarthermische Anlagen für die Bereitstellung von Energie aus erneuerbaren Quellen vermehrt zum Einsatz kommen.

2 Anforderungsmethodik der EnEV 2014 2.1 Jahres-Primärenergiebedarf Die Hauptanforderung der Energieeinsparverordnung wird sowohl bei Wohngebäuden als auch bei Nichtwohngebäuden über den Jahres-Primärenergiebedarf formuliert. Mit der EnEV 2014 wird dabei das Anforderungsmodell der EnEV 2009 übernommen und fortgeschrieben. Die Vorgabe einer Referenzbautechnik in Verbindung mit einer Referenzanlagentechnik führt zu einem Referenzgebäude, aus dem der maximal zulässige Jahres-Primären ergiebedarf eines Gebäudes resultiert. Die Formulierung der Anforderungen über das Referenzgebäudeverfahren geschieht wie folgt: Unter Zugrundelegung der geplanten Gebäudegeometrie (Gebäudevolumen und Hüllfläche), der geplanten Gebäudeausrichtung und der Fenstergrößen wird die Gebäudehülle mit einer bestimmten Ausführung des baulichen Wärmeschutzes und mit einer bestimmten vorgegebenen Anlagentechnik ausgestattet. Berechnet man den Jahres-Primärenergiebedarf dieses Referenzgebäudes, so resultiert ein spezifischer Anforderungswert – der maximal zulässige Jahres-Primärenergiebedarf. Dieser zulässige Jahres-Primärenergiebedarf ist von dem tatsächlich zu errichtenden Gebäude mit der tatsächlich geplanten baulichen Ausführung und der tatsächlich geplanten Anlagentechnik einzuhalten bzw. zu unterschreiten. Ab dem 1. Januar 2016 ist der so ermittelte Wert um 25 % zu reduzieren. Die Vorgehensweise ist in Bild 1 dargestellt.

2.2 Wärmeschutz der Gebäudehülle Ab Januar 2016 gilt für Wohngebäude ein neuer Ansatz für die Einhaltung der Mindestqualität des baulichen Wärmeschutzes. Dieser Ansatz orientiert sich an der Methode, die bereits bisher von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) im Rahmen von Fördermaßnahmen verwendet wird. Analog zum Verfahren der Bestimmung des maximal zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs resultiert künftig der Maximalwert des spezifischen Transmissionswärmeverlusts HT‘ aus der baulichen Qualität des Referenzgebäudes. Dieser Schritt war notwendig und sinnvoll, da mit einer festen Vorgabe eines Zahlenwerts, abhängig von der Art des Gebäudes, durchaus strenge Limitierungen des Fensterflächenanteils bei Wohngebäuden resultierten. Diese Problematik wird künftig dadurch gelöst, dass der Fensterflächenanteil praktisch zum „durchlaufenden Posten“ wird. Eine Deckelung resultiert daraus, dass die gemäß EnEV 2009

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

Step 1: Building design / Schritt 1: Gebäudeentwurf - Direction (Orientation) / Ausrichtung (Orientierung) - Geometry (Dimensions) / Geometrie (Abmessungen) - Building elements surface areas / Bauteilflächen

Step 2: Calculation of QP,Reference with thermal protection and systems technology based on the reference requirements / Schritt 2: Berechnung von QP,Referenz mit Wärmeschutz und Anlagentechnik gem. Referenzanforderungen

Step 3: Calculation of QP,existing with thermal protection and systems technology according to actual needs / Schritt 3: Berechnung von QP,vorh mit Wärmeschutz und Anlagentechnik gem. tatsächlicher Ausführung

By 31 December 2015 / bis 31. 12. 2015 QP,max = QP,Referenz

≥

QP,vorh

As of 1 January 2016 / ab 1.1. 2016 QP,max =0.75 · QP,Referenz

≥

QP,vorh

Fig. 1. Schematic representation of the technological systems for the levels of the Energy Conservation Ordinance 2014 to December 2015 and as of January 2016 Bild 1. Schematische Darstellung der Anforderungssystematik für die Niveaus der EnEV 2014 bis Dezember 2015 und ab Januar 2016

description, which states that thermal protection from 2016 onwards cannot be worse than the specific heat loss through transmission, as determined by the reference building of the Energy Conservation Ordinance 2009. The requirement for the energetic minimum quality of the building envelope for non-residential buildings is derived from the middle thermal transmittance information given in Table 2. The requirements here distinguish between building elements with opaque and transparent

gültigen Höchstwerte (Tabelle 1) nicht überschritten werden dürfen. Mit der konkreten Anforderungsformulierung, dass der bauliche Wärmeschutz ab 2016 nicht schlechter sein darf als der spezifische Transmissionswärmeverlust, der aus dem Referenzgebäude gemäß EnEV 2009 resultiert, wird die Höhe des Anforderungsniveaus deutlich. Die Anforderung an die energetische Mindestqualität der Gebäudehülle für Nichtwohngebäude erfolgt durch die Vorgabe von mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten ge-

Table 1. Maximum values for heat loss through transmission for specific, heat-transmitting perimeter surfaces in residential buildings according to the Energy Conservation Ordinance 2014 Tabelle 1. Höchstwerte des spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlusts für Wohngebäude gemäß EnEV 2014 Maximum value of the specific heat loss through transmission / Höchstwert des spezifischen Transmissionswärmeverlusts

Building Type / Gebäudetyp Free-standing residential building / Freistehendes Wohngebäude

with AN ≤ 350 m2 / mit AN ≤ 350 m2

HT’ = 0.40 W/(m2K)

with AN > 350 m2 / mit AN > 350 m2

HT’ = 0.50 W/(m2K)

Residential building with one party wall / Einseitig angebautes Wohngebäude

HT’ = 0.45 W/(m2K)

All other residential buildings / alle anderen Wohngebäude

HT’ = 0.65 W/(m2K)

Expansions and additions to residential buildings according to § 9 para. 5 / Erweiterungen und Ausbauten von Wohn gebäuden gemäß § 9 Abs. 5

HT’ = 0.65 W/(m2K)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

Table 2. Maximum values for the middle thermal transmittance of non-residential buildings according to the Energy Conservation Ordinance 2014 Tabelle 2. Höchstwerte des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten für Nichtwohngebäude gemäß EnEV 2014 Maximum value of the middle heat transmittance / Höchstwert des mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten

Building Elements / Bauteile Opaque exterior building elements / Opake Außenbauteile

Umiddle / Umittel = 0.28 W/(m2K)

Transparent exterior building elements / Transparente Außenbauteile

Umiddle / Umittel = 1.5 W/(m2K)

Curtain walls / Vorhangfassaden

Umiddle / Umittel = 1.5 W/(m2K)

Glass roofs, skylight rows and window domes / Glasdächer, Lichtbänder, Lichtkuppeln

Umiddle / Umittel = 2.5 W/(m2K)

parts, curtain wall facades and glass roofs, skylight rows and window domes. A similar requirements formulation for residential buildings could not be made, as no normative algorithms are available for determining the specific heat loss through transmission.

2.3 Verification procedure The standard DIN V 18599 [2] or alternatively DIN V 4108-6 [3] in connection with DIN V 4701-10 [4] as described within the framework of the Energy Conservation Ordinance 2009 can be used to calculate the annual primary energy consumption for residential buildings. Furthermore, several calculation results are provided from both verification procedures for two example buildings according to Fig. 4. Figs. 2 and 3 show that the technical measures in question give varying results with the different calculation procedures. The pictures show a reference case known as BW (heating and domestic water preparation is provided by a condensing boiler) with four variations for each situation. Next to the absolute values of the annual primary energy consumption for both cases, the respective deviations from the base case are shown, since these illustrate the sensitivity of the procedure in relation to the technical measures independent of the base deviation. The following results were achieved in both variations:

mäß Tabelle 2. Hierbei werden die Anforderungen je nach Bauteilgruppe für opake und transparente Bauteile, Vorhangfassaden sowie Glasdächer, Lichtbänder und Lichtkuppeln unterschieden. Eine analog zu Wohngebäuden gestaltete Anforderungsformulierung konnte nicht getroffen werden, da normativ keine Rechenregel für die Bestimmung eines spezifischen Transmissionswärmeverlusts vorliegt.

2.3 Nachweisverfahren Als Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs können für Wohngebäude wie im Rahmen der EnEV 2009 die Normen DIN V 18599 [2] oder alternativ DIN V 4108-6 [3] in Verbindung mit DIN V 4701-10 [4] Anwendung finden. Im Weiteren sind einige Berechnungsergebnisse der beiden Nachweisverfahren für zwei Beispielgebäude gemäß Bild 4 aufgeführt. Die Bilder 2 und 3 zeigen, dass die betrachteten anlagentechnischen Maßnahmen in den verschiedenen Rechenverfahren unterschiedliche Ergebnisse hervorrufen. In den Bildern ist ein Bezugsfall „BW“ (Heizung und Trinkwarmwasserbereitung erfolgt über einen Brennwertkessel) dargestellt sowie jeweils vier Varianten. Neben den Absolutwerten des Jahres-Primärenergiebedarfs für beide Verfahren sind die jeweiligen Abweichungen zum

Brine/water heat pump / Sole/Wasser-WP

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –51 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –51 %

Condensing boiler + solar + ventilation / BW +Solar + WLA

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –28 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –40 %

Condensing boiler + ventilation / BW + WLA

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –16 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –18 %

Condensing boiler + solar / BW + Solar

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –16 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –23 %

Condensing boiler (= base case) / BW (= Grundfall)

Annual primary energy consumption [kWh/(m2a)] / Jahres-Primärenergiebedarf [kWh/(m2a)]

Fig. 2. Calculation results comparisons from the various balance sheet standards for the single-family house Bild 2. Gegenüberstellung der Berechnungsergebnisse aus den unterschiedlichen Bilanznormen für das Einfamilienhaus

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

–– For BW+Solar, a thermal solar system to support domestic hot water preparation was installed in addition to the condensing boiler. This meets the level of performance in the Energy Conservation Ordinance 2014 as of 1 January 2016. In both building types, the solar technology in DIN V 4701-10 is rated better than in DIN V 18599. –– The introduction of a supply and return air handler for residential unit ventilation BW+WLA is generally rated worse using DIN V 18599 than when using DIN V 4701-10. –– The combination of the previously mentioned procedures, BW+Solar+WLA, in both buildings results in significant deviations because of the overlapping of the systems. –– The WP variation represents a brine/water heat pump for combined heating and hot water production. The calculation methods for heat pumps in both models are in fact no longer comparable, since DIN V 18599 refers to a procedure that is based on different approaches. Therefore, an equivalent parametrisation of a comparable system is also only partially possible. It shows nevertheless that in general, the introduction of heat pumps according to DIN V 4701-10 for either building cannot achieve a significant improvement using the method described in DIN V 18599. The presented calculations suggest that the current method (DIN V 4108-6 in combination with DIN V 4701-10) appears to be preferable for lowering the annual primary energy consumption. Both calculation methods can verify compliance with the Energy Conservation Act requirement in similar manners, since the reference building, as well as the actual building to be constructed, use the same calculation method.

3 KfW support Financial support (grants or loan) is available to help the KfW Efficiency House achieve an appropriate level of performance. The figures (55, 40) show by what percentage the primary energy consumption must be lowered based on the performance of the reference buildings, as defined

Grundfall dargestellt, da diese abgesehen von der Grundabweichung die Empfindlichkeit der Verfahren gegenüber anlagentechnischen Maßnahmen darstellen. Im Einzelnen zeigen sich bei den Varianten folgende Ergebnisse: –– Bei „BW+Solar“ wird zusätzlich zum Brennwertkessel eine thermische Solaranlage zur Unterstützung der Trinkwarmwasserbereitung eingesetzt. Dieser Fall entspricht jeweils dem Anforderungsniveau der EnEV 2014 ab 1. 1. 2016. Bei beiden Gebäudetypen wird die Solartechnik über DIN V 4701-10 besser bewertet als über DIN V 18599. –– Der Einsatz einer Zu-/Abluftanlage zur Wohnungslüftung „BW+WLA“ wird mittels DIN V 18599 allgemein ungünstiger bewertet als bei der DIN V 4701-10. –– Die Kombination der zuvor genannten Maßnahmen „BW+Solar+WLA“ führt bei beiden Gebäuden aufgrund der Überlagerung der Einzelmaßnahmen zu deutlichen Abweichungen zwischen den Ergebnissen. –– Die Variante „WP“ stellt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe für kombinierten Heizungs-Warmwasser-Betrieb dar. Die Berechnungsansätze für Wärmepumpen in den beiden Verfahren sind praktisch nicht mehr vergleichbar, da gemäß DIN V 18599 auf ein Verfahren zurückgegriffen wird, welches durchgehend auf anderen Ansätzen aufbaut. Daher ist auch eine äquivalente Parametrierung der verglichenen Systeme nur eingeschränkt möglich. Es zeigt sich jedoch, dass allgemein die recht hohen Verbesserungen bei der Bewertung des Einsatzes von Wärmepumpen gemäß DIN V 4701-10 mit dem Verfahren der DIN V 18599 bei beiden Gebäuden nicht erreicht werden können. Aus den dargestellten Berechnungen lässt sich ableiten, dass für die Ausweisung eines geringen Jahres-Primärenergiebedarfs das bisherige Verfahren (DIN V 4108-6 in Verbindung mit DIN V 4701-10) als vorteilhaft erscheint. Die Überprüfung der Einhaltung der Anforderung der Energieeinsparverordnung wird mit beiden Rechenverfahren gleich bewertet, da sowohl für das Referenzgebäude als auch für das zu errichtende Gebäude der gleiche Berechnungsansatz zu wählen ist.

Brine/water heat pump / Sole/Wasser-WP

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –46 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –53 %

Condensing boiler + solar + ventilation / BW +Solar + WLA

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –30 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –46 %

Condensing boiler + ventilation / BW + WLA

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –19 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –24 %

Condensing boiler + solar / BW + Solar

Difference from base case / Differenz zum Grundfall –12 % Difference from base case / Differenz zum Grundfall –21 %

Condensing boiler (= base case) / BW (= Grundfall)

Annual primary energy consumption [kWh/(m2a)] / Jahres-Primärenergiebedarf [kWh/(m2a)]

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Fig. 3. Calculation results comparisons from the various balance sheet standards for the multi-family house Bild 3. Gegenüberstellung der Berechnungsergebnisse aus den unterschied lichen Bilanznormen für das Mehrfamilienhaus

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

in the Energy Conservation Ordinance 2014 (without the tightening as of 2016). As an example, a KfW Efficiency House 55 has a lower annual primary energy consumption than the reference building according to the Energy Conservation Ordinance 2014 by at least 45 %. The specific heat loss through transmission in relation to the HT’ value of the reference building can at times be lowered between 70 % and 55 %. The Efficiency House 40 Plus fulfils the requirements of a KfW Efficiency House 40 and contains an electricity-generating system based on renewable energy sources, a storage battery, a ventilation system with heat recovery and a user interface that provides a visualisation of electricity generation and use. When the new KfW financial support criteria come into effect in April 2016, an alternative verification (simplified calculation) will be introduced for the Efficiency House 55. An arithmetical verification can be omitted in the application process if the thermal protection, expressed by the compliance with thermal transmittance of the building envelope and correction values for thermal bridges values, can show the following minimum qualities: –– roof areas, uppermost ceiling, roof dormers UD ≤ 0.14 W/(m2K) –– windows and other transparent building elements Uw ≤ 0.90 W/(m2K) –– exterior walls, downward facing inter-storey ceilings against outside air UAW ≤ 0.20 W/(m2K) –– other opaque building elements (basement ceilings, wall and floor surfaces abutting unheated/earthen, etc.) Uop ≤ 0.25 W/(m2K) –– doors (basement and exterior) UAT ≤ 1.2 W/(m2K) –– prevention of thermal bridges ΔUWB ≤ 0.035 W/(m2K) –– airtightness of the building envelope n50 ≤ 1.5 h–1 The introduction of one of the following six system concepts is obligatory for the systems technology: –– condensing boiler, solar domestic water heater (standard values according to DIN V 4701-10), centralised ventilation system with heat recovery ventilator (degree of heat recovery > 80 %) –– district heating with certified primary energy factor fp ≤ 0.7, centralised ventilation system with heat recovery ventilator (degree of heat recovery > 80 %) –– centralised biomass heating system based on wood pellets, wood chips or split wood, centralised exhaust system –– brine/water heat pump with radiant heating system for warmth transmission, centralised exhaust system –– water-to-water heat pump with radiant heating system for warmth transmission, centralised exhaust system –– air-to-water heat pump with radiant heating system for warmth transmission, centralised exhaust system heat recovery ventilation (degree of heat recovery > 80 %)

4 Calculation examples 4.1 Residential buildings Standards DIN V 4108-6 [3] and DIN V 4701-10 [4] applied within the framework of the Energy Conservation

3 KfW-Förderung Das KfW-Effizienzhaus formuliert ein Anforderungsniveau, mit dessen Erreichung eine Förderung (Zuschuss oder Kredit) verbunden ist. Die Zahlenangabe (55, 40) gibt an, auf welchen Prozentsatz bezogen auf die Ausführung des Referenzgebäudes nach EnEV 2014 (ohne die Verschärfung ab 2016) eine Absenkung des Primärenergiebedarfs erfolgen muss. Ein KfW-Effizienzhaus 55 unterschreitet beispielsweise den Jahres-Primärenergiebedarf des Referenzgebäudes nach EnEV 2014 um mindestens 45 %. Der spezifische Transmissionswärmeverlust ist gegenüber dem HT‘ -Wert des Referenzgebäudes fallweise auf 70 bzw. 55 % abzusenken. Das Effizienzhaus 40 Plus erfüllt die Anforderungen an ein KfW-Effizienzhaus 40 und verfügt über eine stromerzeugende Anlage auf Basis erneuerbarer Energien, einen Stromspeicher, eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und eine Visualisierung von Stromerzeugung und Stromverbrauch über ein entsprechendes Benutzerinterface. Mit der Umstellung der KfW-Förderkriterien zum April 2016 wird ein alternativer Nachweis (vereinfachtes Verfahren) für das Effizienzhaus 55 eingeführt. Bei der Antragstellung kann auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden, wenn der bauliche Wärmeschutz, ausgedrückt durch die Einhaltung von Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle und Wärmebrückenkorrekturwerten, eine Mindestqualität aufweist: –– Dachflächen, oberste Geschossdecke, Dachgauben UD ≤ 0,14 W/(m2K) –– Fenster und sonstige transparente Bauteile Uw ≤ 0,90 W/(m2K) –– Außenwände, Geschossdecken nach unten gegen Außenluft UAW ≤ 0,20 W/(m2K) –– sonstige opake Bauteile (Kellerdecken, Wand- und Bodenflächen gegen unbeheizt/Erdreich etc.) Uop ≤ 0,25 W/(m2K) –– Türen (Keller- und Außentüren) UAT ≤ 1,2 W/(m2K) –– Vermeidung von Wärmebrücken ΔUWB ≤ 0,035 W/(m2K) –– Luftdichtheit der Gebäudehülle n50 ≤ 1,5 h–1 Für die Anlagentechnik ist der Einsatz eines der nachfolgenden sechs Anlagenkonzepte obligatorisch: –– Brennwertkessel, solare Trinkwarmwasser-Bereitung (Standardwerte nach DIN V 4701-10), zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (Wärmerückgewinnungsgrad > 80 %) –– Fernwärme mit zertifiziertem Primärenergiefaktor fp ≤ 0,7, zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (Wärmerückgewinnungsgrad > 80 %) –– zentrale Biomasse-Heizungsanlage auf Basis von Holzpellets, Hackschnitzel oder Scheitholz, zentrale Abluftanlage –– Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Flächenheizsystem zur Wärmeübergabe, zentrale Abluftanlage –– Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit Flächenheizsystem zur Wärmeübergabe, zentrale Abluftanlage –– Luft/Wasser-Wärmepumpe mit Flächenheizsystem zur Wärmeübergabe, zentrale Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (Wärmerückgewinnungsgrad > 80 %)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

4 Berechnungsbeispiele 4.1 Wohngebäude

Ordinance 2007 serve as calculation methods for the residential building category to determine the annual primary energy consumption. DIN V 18599 [5] can also be used as an alternative. Furthermore, several calculation results as described in Fig. 4 follow for both verification methods for two model buildings. To show the practical effects of the demands and the possibilities of complying with the Energy Conservation Ordinance 2014 with the level of performance as of 1 January 2016 (also known as Energy Conservation Ordinance 2016), two example buildings will be examined, a freestanding single-family house and a multi-family house with two units per floor (see Fig. 4). Several variations arise for the buildings regarding structural and technical systems. To maintain the maximum allowable primary energy needs or as applicable, the specific heat loss through transmission, the thermal transmittance of the outer walls, the roof and the basement ceiling(s) of the lower floors as well as the correction value for thermal bridges, in addition to measures for the technical systems, will be adjusted as examples. Tables 3 and 4 show the variations being examined with indications of the conditions regarding the air exchange n and the correction value for thermal bridges ΔUWB, the thermal transmittance U-values, the specific heat loss through transmission HT‘, the energy efficiency factor ep as well as the area-related end-use energy consumption (qe) and primary energy consumption (qp). The long-reaching demand of primary energy demand or specific heat loss through transmission is highlighted by colour. Furthermore, the newly introduced efficiency class based on the associated end energy use for the energy performance certificate is given. The remaining classes for new construction range in the area of A+ (< 30 kWh/(m2a)), A (< 50 kWh/(m2a)) to B (< 75 kWh/(m2a)). Both buildings correspond in the initial case (Variation 0) structurally and technically with the construction of the reference buildings according to Energy Conserva-

Als Berechnungsverfahren zur Ermittlung des Jahres-Primärenergiebedarfs dienen für die Kategorie Wohngebäude die bislang im Rahmen der EnEV 2007 herangezogenen Normen DIN V 4108-6 [3] und DIN V 4701-10 [4]. Alternativ ist die Anwendung der DIN V 18599 [5] möglich. Im Weiteren sind einige Berechnungsergebnisse der beiden Nachweisverfahren für zwei Modellgebäude gemäß der Beschreibung in Bild 4 aufgeführt. Um die baupraktischen Auswirkungen der Anforderungen und Möglichkeiten zur Erfüllung der EnEV 2014 mit dem Anforderungsniveau ab 1. Januar 2016 (im Weiteren als EnEV 2016 bezeichnet) aufzuzeigen, werden zwei Beispielgebäude betrachtet, und zwar ein frei stehendes Einfamilienhaus und ein als Zweispänner ausgeführtes Mehrfamilienhaus (s. Bild 4). Für die Gebäude erfolgen Variantenbildungen im Bereich baulicher und anlagentechnischer Maßnahmen. Zur Einhaltung des jeweiligen maximal zulässigen Primärenergiebedarfs bzw. des spezifischen Transmissionswärmeverlustes werden neben anlagentechnischen Maßnahmen die Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenwände, des Daches und der Kellerdecke/des unteren Gebäudeabschlusses sowie die Wärmebrückenkorrekturwerte beispielhaft angepasst. In den Tabellen 3 und 4 sind die betrachteten Varianten mit Angabe der Randbedingungen bezüglich des Luftwechsels n und des Wärmebrückenkorrekturwerts ΔUWB, die jeweiligen Wärmedurchgangskoeffizienten U-Werte, der spezifische Transmissionswärmeverlust HT‘, die Anlagenaufwandszahl ep sowie der flächenbezogene End- (qe) und Primärenergiebedarf qp aufgeführt. Die jeweils greifende Anforderung – Primärenergiebedarf oder spezifischer Transmissionswärmeverlust – ist grau unterlegt. Weiterhin ist die neu eingeführte, auf den Endenergiebedarf bezogene Effizienzklasse der Energieausweise angegeben. Die für Neubauten üblichen Klassen bewegen sich im Be-

Detached single-family house / Freistehendes Einfamilienhaus 1.5 floors / 1,5-geschossig Heated volumes Ve / beheiztes Volumen Ve 669.0 m3 Envelope surface A / Hüllfläche A 455.0 m2 sa/vol Relationship / A/Ve-Verhältnis 0.68 m–1 Usable floor area AN / Nutzfläche AN 214.1 m2

Residential building Two Units / Wohngebäude Zweispänner 3 floors / 3-geschossig Heated volumes Ve / beheiztes Volumen Ve 4158.0 m3 Envelope surface A / Hüllfläche A 1907,6 m2 sa/vol Relationship / A/Ve-Verhältnis 0.46 m–1 Usable floor area AN / Nutzfläche AN 1330.6 m2

Fig. 4. Example building for the calculation variations of the Energy Conservation Ordinanceverification procedure Bild 4. Beispielgebäude für Berechnungsvarianten der EnEV-Nachweisverfahren

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

Table 3. Design examples of the single-family house shown in Figure 4 with various construction and system options Tabelle 3. Ausführungsbeispiele für das in Bild 4 dargestellte EFH bei unterschiedlichen baulichen und anlagentechnischen Varianten Variation / Variante

∆UWB

UW/g

UAW

HT‘

Efficiency Class / Effizienzklasse

[h–1]

[W/(m2K)]

[–]

[kWh/(m2a)]

Reference Model (fP,electricity = 1.8) / Referenzausführung (fP,Strom = 1,8)

0.55

0.05

1.3/0.60

0.28

0.02

0.35

0.36

1.15

68.3

78.4

Improved thermal protection / verbesserter Wärmeschutz

0.55

0.02

0.90/0.55

0.16

0.30

0.25

1.18

50.6

58.7

Without exhaust system / ohne Abluftanlage

0.6

0.02

0.90/0.55

0.16

0.28

0.24

1.13

51.3

58.8

Improved thermal protection and exhaust system with HRV / verbesserter Wärmeschutz und Lüftungsanlage mit WRG

0.6

0.02

1.3/0.60

0.28

0.17

0.35

0.32

0.91

49.5

58.5

Brine/water heat pump / Sole/ Wasser-Wärmepumpe (WP)

0.55

0.05

1.3/0.60

0.28

0.20

0.35

0.36

0.59

24.7

44.4

A+

EH 55 air/water heat pump / EH 55 Luft/Wasser-Wärmepumpe

0.55

0.02

0.90/0.55

0.16

0.35

0.252

0.66

18.9

34.0

A+

EH 40 brine/water heat pump and ventilation system with HRV / EH 40 Sole/Wasser Wärmepumpe und Lüftungsanlage mit WRG

0.6

0.02

0.90/0.55

0.12

0.15

0.194

0.70

16.7

30.1

A+

EH 40 Plus (2.2 kWp) brine/ water heat pump and ventilation system with HRV / EH 40 Plus (2,2 kWp) Sole/ Wasser WP und Lüftungsanlage mit WRG

0.6

0.02

0.90/0.55

0.12

0.15

0.194

0.70

7.9

14.3

A+

EH 55 simplified version, condensing boiler, solar system, ventilation system with HRV / EH 55 vereinfachtes Verfahren; Brennwertkessel, Solaranlage, Lüftungsanlage mit WRG

0.6

0.035

0.90/0.55

0.2

0.14

0.25

0.253

0.87

46.9

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

Table 4. Design examples of the multi-family house shown in Figure 4 with various construction and system options Tabelle 4. Ausführungsbeispiele für das in Bild 4 dargestellte MFH bei unterschiedlichen baulichen und anlagentechnischen Varianten Variation / Variante

∆UWB

UW/g

UAW

HT‘

[h–1]

[W/(m2K)]

Reference model (fP,electricity = 1.8) / Referenzausführung (fP,Strom = 1,8)

0.55

0.05

1.3/0.60

0.28

0.20

0.35

0.41

Improved thermal protection / verbesserter Wärmeschutz

0.55

0.02

0.90/0.55

0.18

0.10

0.25

Without exhaust system / ohne Abluftanlage

0.6

0.02

0.90/0.55

0.16

0.10

Ventilation system with HRV / Lüftungsanlage mit WRG

0.6

0.05

1.3/0.60

0.28

Brine/water heat pump / Sole/ Wasser-Wärmepumpe

0.55

0.05

1.3/0.60

EH 55 air/water heat pump / EH 55 Luft/Wasser Wärmepumpe

0.55

0.02

EH 40 brine/water heat pump and ventilation system with HRV / EH 40 Sole/Wasser Wärmepumpe und Lüftungsanlage mit WRG

0.60

EH 40 Plus (24,5 kWp) brine/ water heat pump and ventilation system with HRV / EH 40 Plus (24,5 kWp) Sole/ Wasser WP und Lüftungsanlage mit WRG

EH 55 simplified version, condensing boiler, solar system, ventilation system with HRV / EH 55 vereinfachtes Verfahren; Brennwertkessel, Solaranlage, Lüftungsanlage mit WRG

[kWh/(m2a)]

1.10

49.1

55.5

0.26

1.11

36.6

41.5

0.25

1.06

37.2

41.5

0.15

0.35

0.40

0.80

35.4

41.4

0.28

0.20

0.35

0.41

0.60

16.9

30.3

A+

0.90/0.55

0.20

0.16

0.30

0.288

0.74

16.4

29.6

A+

0.02

0.90/0.55

0.12

0.10

0.15

0.224

0.56

11.2

20.2

A+

0.60

0.02

0.90/0.55

0.12

0.10

0.15

0.224

0.56

4.1

7.4

A+

0.6

0.035

0.90/0.55

0.2

0.14

0.25

0.288

0.74

26.4

31.5

A+

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

[W/(m2K)]

Efficiency Class / Effizienzklasse

[–]

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

tion Ordinance 2014. The resulting values for the annual primary energy consumption are to be lowered by 25 % as of 1 January 2016, based on the Energy Conservation Ordinance 2014. This results in test values of QP,max = QP,Referenz · 0.75 = 78.4 kWh/(m2a) · 0.75 = 58.8 kWh/(m2a) for the single-family house and QP,max = QP,Referenz · 0.75 = 55.5 kWh/(m2a) · 0.75 = 41.6 kWh/(m2a) for the multi-family house. Basic conditions On the construction side it is assumed that at the start (reference model), the buildings meet the requirements for building airtightness with the use of an exhaust system, which will be verified with an airtightness test. In this case, an air exchange of 0.55 h–1 is set. The thermal bridges are generally considered as a whole although the bonus of a halving can be applied – for applications comparable with Supplement 2 of DIN 4108 with ΔUWB = 0.05 W/(m2K). A detailed calculation of the thermal bridge influences using a thermal bridge loss coefficient (Ψ-values) can, as an example, lead to a value of ΔUWB = 0.02 W/(m2K), as shown in Variations 1 and 2, as well as 5 to 7 for the single-family house and the multi-family house. All variations assume a solid masonry construction for the building and the installation of an overnight shutdown mechanism. A monthly balance as defined in DIN V 4108-6 is to be used as a basis for the calculation method. In the initial case (reference model), the buildings have central heating (condensing boiler (improved), temperature difference 55/45 °C) with flat plate collectors for combined solar-supported domestic water heating. The heat generator and a dual fuel storage tank are arranged within the thermal envelope for the single-family house and outside the thermal envelope for the multi-family house. The horizontal distribution of the domestic hot water (with circulation) and the hot water for the heating is also outside the thermal envelope for the multi-family house and within the thermal envelope for the single-family house. The vertical distribution lines are located inside in both cases. The heating surfaces have thermostat valves (control difference 1 Kelvin). Calculations for the annual primary energy consumption are made as described in DIN V 4701-10. Variations In Variation 1, the level of performance of the Energy Conservation Ordinance 2016 is achieved through the improvement of the thermal protection (U values und thermal bridges) regarding the model of the reference building. For Variation 2, an exhaust system was omitted. Here once again the proven airtightness of the air exchange has to match 0.6 h–1. Variation 3 meets the level of performance through improved thermal protection and the introduction of an air intake system with 80 % heat recovery ventilation (HRV), DC fans, without a backup heating system. For Variation 4, the condensing boiler used in the initial case is replaced with a brine/water heat pump with a control difference of 35/28 °C; this is applicable for Variation 6 as well. Underfloor heating with an electronic control is assumed as a heat transfer system in this situation. The level for the KfW Efficiency House 55 should be attained in Variation 5 with an air-to-water heat pump as

reich A+ (< 30 kWh/(m2a)), A (< 50 kWh/(m2a)) bis B (< 75 kWh/(m2a)). Beide Gebäude entsprechen im Ausgangsfall (Va riante 0) baulich sowie anlagentechnisch der Ausführung des Referenzgebäudes gemäß EnEV 2014. Die jeweils resultierenden Werte des Jahres-Primärenergiebedarfs sind gemäß EnEV 2014 ab dem 1. 1. 2016 um 25 % zu vermindern. Somit ergeben sich die Anforderungswerte für das EFH QP,max = QP,Referenz · 0,75 = 78,4 kWh/(m2a) · 0,75 = 58,8 kWh/(m2a) und für das MFH QP,max = QP,Referenz · 0,75 = 55,5 kWh/(m2a) · 0,75 = 41,6 kWh/(m2a). Randbedingungen Auf der baulichen Seite wird für den Ausgangsfall (Referenzausführung) angenommen, dass die Gebäude bei Einsatz einer Abluftanlage den Anforderungen an die Gebäudedichtheit genügen, was durch eine Dichtheitsprüfung nachgewiesen wird. In diesem Fall wird ein Luftwechsel von 0,55 h–1 angesetzt. Die Berücksichtigung der Wärmebrücken erfolgt im Grundfall pauschal, wobei der Bonus einer Halbierung – für Ausführungen vergleichbar zum Beiblatt 2 der DIN 4108 mit ΔUWB = 0,05 W/(m2K) – in Ansatz gebracht wird. Eine detaillierte Berechnung der Wärmebrückeneinflüsse mittels Wärmebrückenverlustkoeffizienten (Ψ-Werte) kann z. B. zu einem Wert von ΔUWB = 0,02 W/(m2K) führen, wie in den Varianten 1 und 2 sowie 5 bis 7 für das EFH und das MFH dargestellt. Bei allen Varianten gilt, dass für die Gebäude eine schwere Bauweise angenommen wird und eine Nachtabschaltung erfolgt. Als Berechnungsverfahren wird die Monatsbilanz nach DIN V 4108-6 zugrunde gelegt. Im Ausgangsfall (Referenzausführung) sind die Gebäude mit einer Zentralheizung (Brennwertkessel (verbessert), Spreizung 55/45 °C) mit kombinierter und solar unterstützter Trinkwassererwärmung durch Flachkollektoren ausgestattet. Der Wärmeerzeuger und ein bivalenter Speicher sind beim EFH innerhalb und beim MFH außerhalb der thermischen Hülle aufgestellt. Die horizontale Verteilung des Trinkwarmwassers (mit Zirkulation) und des Warmwassers für die Raumwärme erfolgt beim Mehrfamilienhaus ebenfalls außerhalb, beim Einfamilienhaus innerhalb der thermischen Hülle. Die vertikalen Verteilstränge werden in beiden Fällen innenliegend angeordnet. Die Heizflächen sind mit Thermostatventilen ausgestattet (Auslegungsproportionalbereich 1 Kelvin). Die Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs erfolgt nach DIN V 4701-10. Varianten In Variante 1 wird das Anforderungsniveau EnEV 2016 durch Verbesserung des baulichen Wärmeschutzes (UWerte und Wärmebrücken) gegenüber der Ausführung des Referenzgebäudes erreicht. Bei der Variante 2 wird auf eine Abluftanlage verzichtet. Hierdurch muss bei nach wie vor nachgewiesener Luftdichtheit der Luftwechsel auf 0,6 h–1 angepasst werden. Variante 3 erfüllt das Anforderungsniveau durch einen verbesserten baulichen Wärmeschutz und den Einsatz einer Zu-/Abluftanlage mit 80 % Wärmerückgewinnung (WRG), DC-Ventilatoren, ohne Nachheizung. Bei Variante 4 wird der im Ausgangsfall eingesetzte Brennwertkessel durch eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einer Spreizung von 35/28 °C ersetzt; dies gilt

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

a basis. Both buildings in Variations 6, 7 and 8 (KfW Efficiency House 40, 40 Plus and 55 simplified procedure) use ventilation systems with heat recovery ventilation (n = 0.6 h–1). The criteria of the KfW require an electricity yield of a minimum of 500 kWh/a per residential unit and 10 kWh/(m2a) for the usable building area for the Efficiency House Plus. The calculation according to DIN V 18599 leads to PV-collector sizes of 2.2 kWp for the singlefamily house and 24.5 kWp for the multi-family house. Results Unchanged systems technology in the initial case with very good thermal protection of the outer building parts and an improved treatment of the thermal bridges in Variation 1 allows the requirements of the Energy Conservation Ordinance to be met to the level of 2016. Variation 2 has no exhaust system, which improves the electricity demands and the energy efficiency factor. Nevertheless, because of the slightly higher air exchange, a slight improvement of the thermal protection (for the single-family house in the lower building envelope; for the multi-family house for the exterior walls), is needed to meet the Energy Conservation Ordinance required values. The introduction of the ventilation system with heat recovery lowers the amount of needed thermal protection in comparison to Variation 1. The use of a brine/water heat pump in Variation 4 introduces some regenerated heat production into the calculation. A higher portion of the primary energy conversion loss can be compensated with regenerated energy in this manner. The additional requirement of thermal protection for both buildings comes into effect, where an HT‘ value of 0.36 W/(m2K) for the single-family house and an HT‘ value of 0.41 W/(m2K) for the multi-family house must be maintained. The level for the Efficiency House 55 can be met for both buildings with the introduction of an air-to-water heat pump and improved thermal protection. Because of an accompanying drop of the primary energy factor for electricity from 2.4 to 2.8 with the introduction of the Energy Conservation Ordinance Level 2016, air/water heat pumps also show low primary energy use values. The additional requirement of thermal protection HT‘ continues to remain in effect. The introduction of a heat generator with low energy efficiency factor (brine/water heat pump or a pellet boiler) in connection with a ventilation system with HRV is essential for the Efficiency House 40. For the Efficiency House 40 Plus, the introduction of an electricity-generating system is obligatory. Usually a photovoltaic system is used, as small wind turbines bring comparatively low results and are oftentimes difficult to install. Because of the domestic electricity generation, the heat supply system for Efficiency House 40 Plus can benefit from a heat pump. In Variation 7, the allowance for the in-house generated electricity (§ 5 of the Energy Conservation Ordinance) halves the end-use energy consumption and primary energy consumption. For multi-family houses, the reduction is about two thirds. A calculation with the minimum qualities of the thermal protection according to the simplified verification procedures for the KfW Efficiency House 55 in connection

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ebenfalls für die Variante 6. Als Wärmeübergabesystem wird für diesen Fall von einer Fußbodenheizung mit elektronischer Regelung ausgegangen. Das Niveau „KfW-Effizienzhaus 55“ wird in Va riante 5 unter Zugrundelegung einer Luft/Wasser-Wärmepumpe erzielt. Bei beiden Gebäuden werden in den Va rianten 6, 7 und 8 (KfW-Effizienzhaus 40, 40 Plus und 55 vereinfachtes Verfahren) Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung (n = 0,6 h–1) eingesetzt. Die Kriterien der KfW erfordern beim Effizienzhaus Plus einen Stromertrag von mindestens 500 kWh/a je Wohneinheit und 10 kWh/(m2a) bezogen auf die Gebäudenutzfläche. Mit der Berechnung nach DIN V 18599 führt dies zu PV-Kollektorgrößen von 2,2 kWp für das EFH und 24,5 kWp für das MFH. Ergebnisse Bei unveränderter Anlagentechnik gegenüber dem Ausgangsfall führt die Variante 1 dazu, dass mit dem sehr guten Wärmeschutz der Außenbauteile und der verbesserten Ausführung der Wärmebrücken die Anforderungen der EnEV mit dem Niveau 2016 eingehalten werden. Der Verzicht auf eine Abluftanlage in Variante 2 verbessert durch den Wegfall des Strombedarfs der Abluftanlage die Anlagenaufwandszahl. Allerdings sind aufgrund des etwas höheren Luftwechsels geringfügige Verbesserungen des baulichen Wärmeschutzes erforderlich (beim EFH der untere Gebäudeabschluss; beim MFH die Außenwand), damit die EnEV-Anforderungswerte eingehalten werden. Mit dem Einsatz der Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung wird gegenüber Variante 1 eine Entlastung im Bereich des baulichen Wärmeschutzes erreicht. Bei Verwendung einer Sole/Wasser-Wärmepumpe in Variante 4 fließt ein Anteil regenerativer Wärmeerzeugung in die Bilanz ein. Dadurch kann ein hoher Anteil der Primärenergieumwandlungsverluste durch Nutzung regenerativer Energie kompensiert werden. So greift die Zusatzanforderung an den baulichen Wärmeschutz bei beiden Gebäuden, wonach für das Einfamilienhaus der HT‘-Wert von 0,36 W/(m2K) und für das Mehrfamilienhaus der HT‘-Wert von 0,41 W/(m2K) einzuhalten ist. Die Einhaltung des Niveaus Effizienzhaus 55 ist bei beiden Gebäuden durch Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe in Verbindung mit verbessertem baulichem Wärmeschutz möglich. Aufgrund der mit der Einführung des EnEV-Niveaus 2016 einhergehenden Absenkung des Primärenergiefaktors für Strom von 2,4 auf 1,8 resultieren auch bei Luft/Wasser-Wärmepumpen vergleichsweise geringe Primärenergiebedarfswerte. Als Anforderung greift daher, wie zuvor, die Zusatzanforderung an den baulichen Wärmeschutz HT‘. Der Einsatz eines Wärmeerzeugers mit kleiner Anlagen-Aufwandszahl (Sole/Wasser-Wärmepumpe oder Pelletkessel) in Verbindung mit einer Lüftungsanlage mit WRG ist beim Niveau Effizienzhaus 40 praktisch unumgänglich. Beim Effizienzhaus 40 Plus ist der Einsatz einer stromproduzierenden Anlage obligatorisch. Meist wird hierfür eine Photovoltaikanlage zum Einsatz kommen, da kleine Windkraftanlagen vergleichsweise geringe Erträge aufweisen und baurechtlich oftmals problematisch umzusetzen sind. Aufgrund der Eigenstromerzeugung bietet sich als Wärmeversorgungssystem beim Effizienzhaus 40 Plus

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

with the first of the given system concepts (condensing boiler heating system, solar domestic water preparation and ventilation system with HRV) leads to the results of Variation 8. The specific heat loss through transmission HT‘ is close to the value of Variation 5 (mathematically derived EH 55). The primary energy use would not meet the required values of QP,max = QP,Reference · 0.55 = 43.1 kWh/(m2a) for the single-family house and QP,max = QP,Reference · 0.55 = 30.5 kWh/(m2a) for the multi-family house with the system configurations shown here. The single-family house is in Efficiency Class B for the level of the Energy Conservation Ordinance 2016 in Variation 1. The introduction of a brine /water heat pump (Variation 4) results in a grading of A+ because of the low energy needs. Because of the higher compactness (smaller sa/vol relationship), the energy demand values are lower in a multi-family house than in a single-family house. This means the multi-family house has a better efficiency class. A calculation example clarifies the problem: the singlefamily house has an end-use energy consumption of 0.6 kWh/(m2a) over the threshold of 50 kWh/(m2a) in Variation 1 and is labelled as Class B, whereas in Variation 3, the end-use energy consumption is 0.5 kWh/(m2a) under the threshold value and this leads to a grading of Class A.

4.2 Non-residential buildings The reference model for the Energy Conservation Ordinance 2014 will be assumed based on the guidelines of the Energy Conservation Ordinance 2009. As with residential buildings, on 1 January 2016, the new level of performance will come into effect, with the allowable primary energy consumption 25 % under the level of the Energy Conservation Ordinance 2014. The aspects of thermal bridges, airtightness, minimum air change as well as summer thermal protection for non-residential buildings are in principal treated similarly to those in residential buildings in the Energy Conservation Ordinance 2014. This applies also to changes and updates. For the example buildings in Fig. 5 – an office building, a school and a hotel – the annual primary energy consumption is calculated based on the reference requirements of the Energy Conservation Act 2014. In addition to the given reference values for the construction of the building envelope and the systems technology, the following assumptions for each building are made:

eine Wärmepumpe an. In Variante 7 folgt durch die Anrechnung des selbst erzeugten Stroms (§ 5 der EnEV) bei EFH rund eine Halbierung des End- und Primärenergiebedarfs. Beim MFH liegen die Reduktionen in der Größenordnung von rund 2/3. Eine Berechnung mit den Mindestqualitäten des baulichen Wärmeschutzes gemäß vereinfachtem Nachweisverfahren für das KfW-Effizienzhaus 55 in Verbindung mit dem ersten der vorgegebenen Anlagenkonzepte (Brennwertanlage, solare Trinkwasserbereitung und Lüftungsanlage mit WRG) führt zu den Ergebnissen der Variante 8. Der spezifische Transmissionswärmeverlust HT‘ liegt nahe bei dem Wert der Variante 5 (dem rechnerisch nachgewiesenen EH 55). Der Primärenergiebedarf würde die Anforderungswerte QP,max = QP,Referenz · 0,55 = 43,1 kWh/(m2a) beim EFH und QP,max = QP,Referenz · 0,55 = 30,5 kWh/(m2a) beim MFH für die hier betrachtete Anlagenkonfiguration nicht einhalten. Das EFH liegt beim Niveau der EnEV 2016 in der Variante 1 in der Effizienzklasse B. Der Einsatz der Sole/ Wasser-Wärmepumpe (Variante 4) führt aufgrund des niedrigen Endenergiebedarfs zur Einstufung A+. Aufgrund der höheren Kompaktheit (kleineres A/V-Verhältnis) liegen die Endenergiebedarfswerte beim MFH niedriger als beim EFH; dementsprechend weist das MFH günstigere Effizienzklassen auf. Aus den Beispielrechnungen wird die Problematik der Klasseneinstufung deutlich: Das EFH liegt in der Variante 1 beim Endenergiebedarf um 0,6 kWh/(m2a) oberhalb der Schwelle von 50 kWh/(m2a) und wird in die Klasse B eingestuft, in der Variante 3 liegt der Endenergiebedarf um 0,5 kWh/(m2a) unter dem Schwellenwert und dies führt zur Einstufung in die Klasse A.

4.2 Nichtwohngebäude Die Referenzausführung wird gemäß den Vorgaben in der EnEV 2009 für die EnEV 2014 übernommen. Wie auch bei Wohngebäuden wird ab dem 1. Januar 2016 das neue Anforderungsniveau wirksam, bei dem der zulässige Primärenergiebedarf um 25 % unterhalb des Niveaus der EnEV 2014 liegt. Die Aspekte Wärmebrücken, Luftdichtheit, Mindestluftwechsel sowie sommerlicher Wärmeschutz sind bei Nichtwohngebäuden prinzipiell wie bei Wohngebäuden in der EnEV 2014 behandelt. Dies gilt auch für Änderungen und Nachrüstungen im Bestand. Für die Beispielgebäude in Bild 5 – ein Bürogebäude, eine Schule und ein Hotel – wird der aus den Referenzan-

Fig. 5. Sketches of the example non-residential building: office building, school, hotel (from left to right) Bild 5. Skizzen der Beispiel-Nichtwohngebäude: Bürogebäude, Schule, Hotel (v. l. n. r)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Annual primary energy consumption [kWh/(m2a)] / Jahres-Primärenergiebedarf [kWh/(m2a)]

A. Maas · Energy Conservation Ordinance 2014 – On the way to the nearly zero energy building

Air transport / Lufttransport Lighting / Beleuchtung Domestic hot water / Trinkwarmwasser Cooling / Kühlung Heating / Heizung

Office Building / Bürogebäude

School / Schule

Hotel / Hotel

Fig. 6. Values for annual primary energy consumption for the example building (Fig. 5) based on the requirements of the level of the Energy Conservation Ordinance 2014 and Energy Conservation Ordinance 2016. Boundary conditions according to EnEV 2016 Bild 6. Aus den Anforderungen der Niveaus EnEV 2014 und EnEV 2016 resultierende Werte des Jahres-Primärenergiebedarfs der Beispielgebäude (Bild 5). Randbedingungen nach EnEV 2016

Office Building window surface area 50 %; exterior louvres in east, west and south-facing facades (gtot = 0.06); light version; extant glare protection; no water heating (in keeping with the de minimis limit according to DIN V 18599-10); zones with cooling systems (ventilation and air-conditioning) approx. 20 % of the total surface area; zones with free ventilation for approx. 70 % of the total area; zones with ventilation systems for approx. 10 % of the total area School window surface area 40 %; exterior louvres in east, west and south-facing facades (gtot = 0.06); heavy version; centralised water heating; zones with free ventilation for approx. 95 % of the total area; zones with ventilation systems for approx. 5 % of the total area (laboratory, toilets and shower areas) Hotel window surface area 60 %; exterior louvres in east, west and south-facing facades (gtot = 0.06); light version; centralised water heating; zones with cooling systems (ventilation and air-conditioning) approx. 20 % of the total surface area; zones with free ventilation for approx. 65 % of the total area; zones with ventilation systems for approx. 35 % of the total area The breakdowns of the annual primary energy consumption for heating, cooling (ventilation and air-conditioning), hot water, lighting, air transfer and support energy (heating and cooling) are shown graphically in Fig. 6 for the three example buildings. The levels of the Energy Conservation Ordinance 2014 and the Energy Conservation Ordinance 2016 are taken into account here. The greatest heating energy demand is in the school building because of the relatively high sa/vol relationships

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

forderungen der Energieeinsparverordnung 2014 resultierende Jahres-Primärenergiebedarf beispielhaft berechnet. Neben der Vorgabe der Referenzwerte für die Ausführung der Gebäudehülle und der Anlagentechnik sind bei den jeweiligen Gebäuden folgende Annahmen getroffen: Bürogebäude Fensterflächenanteil 50 %; Außenjalousie in Ost-, Westund Südorientierung (gtot = 0,06); leichte Ausführung; Blendschutz vorhanden; keine Warmwasserbereitung (Berücksichtigung der Bagatellgrenze gemäß DIN V 1859910); Zonen mit Kühlung (RLT und Raumkühlung) ca. 20 % der Gesamtfläche; Zonen mit freier Lüftung ca. 70 % der Gesamtfläche; Zonen mit Lüftungsanlage ca. 10 % der Gesamtfläche Schule Fensterflächenanteil 40 %; Außenjalousie in Ost-, Westund Südorientierung (gtot = 0,06); schwere Ausführung; zentrale Warmwasserbereitung; Zonen mit freier Lüftung ca. 95 % der Gesamtfläche; Zonen mit Lüftungsanlage ca. 5 % der Gesamtfläche (Labor, WC und Duschräume) Hotel Fensterflächenanteil 60 %; Außenjalousie in Ost-, Westund Südorientierung (gtot = 0,06); leichte Ausführung; zentrale Warmwasserbereitung; Zonen mit Kühlung (RLT und Raumkühlung) ca. 65 % der Gesamtfläche; Zonen mit Lüftungsanlage ca. 35 % der Gesamtfläche Die Anteile des Jahres-Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung (Raum und RLT), Warmwasser, Beleuchtung, Lufttransport und Hilfsenergie (Heizung und Kühlung) sind für die drei Beispielgebäude in Bild 6 grafisch wiedergegeben. Hierbei sind die Niveaus der EnEV 2014 und EnEV 2016 berücksichtigt.

A. Maas · EnEV 2014 – auf dem Weg zum Niedrigstenergiegebäude

and the pure window ventilation (no heat recovery ventilation). The annual primary energy consumption is highest in the office building. This is due to the highest demands for illuminance. The hotel has the highest heating demand for domestic hot water with the corresponding higher primary energy consumption. The improvements required for Level 2016, which together lead to a 25 % reduction in annual primary energy consumption, will be achieved for the example calculations (Fig. 6) with the introduction of a combined gas condensing boiler-pellet heating system.

Der größte Heizenergiebedarf tritt aufgrund des vergleichsweise hohen A/Ve-Verhältnisses und der reinen Fensterlüftung (keine Wärmerückgewinnung) beim Schulgebäude auf. Der Jahres-Primärenergiebedarf für Beleuchtung ist beim Bürogebäude am größten. Hier liegen die höchsten Anforderungen an die Beleuchtungsstärke vor. Beim Hotel resultiert aus dem großen Wärmebedarf für Trinkwarmwasser ein entsprechend hoher Primärenergiebedarf. Die für das Niveau 2016 erforderlichen Verbesserungen, die jeweils insgesamt zu einer Reduktion des JahresPrimärenergiebedarfs von 25 % führen, werden für die beispielhaften Berechnungen (Bild 6) durch den Einsatz einer kombinierten Wärmeversorgung aus einem GasBrennwert- und einem Pellet-System erreicht.

References – Literatur [1] Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung. Bundesgesetzblatt, Jahrgang 2013, Teil I, Nr. 67, Bundesanzeiger Verlag, 21. November 2013, S. 3951–3990. [2] DIN V 18599: 2011-12: Energetische Bewertung von Ge bäuden. Berechnung des Nutz-, End-und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung. [3] DIN V 4108-6: 2003-06: Wärmeschutz und Energieeinsparung in Gebäuden. Berechnung des Jahres-Heizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs.

[4] DIN V 4701-10: 2003-08: Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung, Trinkwasser erwärmung, Lüftung.

Author – Autor: Prof. Dr.-Ing. Anton Maas Universität Kassel Fachgebiet Bauphysik Gottschalkstraße 28 34109 Kassel

Announcements – Termine Masonry Yearbook Day 2016

Mauerwerk-Kalender-Tag 2016

Building materials, refurbishment, Eurocode practice

Baustoffe, Sanierung, Eurocode-Praxis 22. März 2016 – Dresden

22 March 2016 – Dresden The main themes of the new Masonry Yearbook 2016 are “Building materials”, “Refurbishment” and “Eurocode practice”, although other subjects are not neglected, which makes the Masonry Yearbook Day a wide-ranging training event for architects, engineers, building inspectors and universities. After each talk, current developments in the respective specialist field can be discussed. Further information about the programme, event location and registration in brief on the home page of Ernst & Sohn www.ernst-und-sohn.de.

Der Schwerpunkt des aktuellen Mauerwerk-Kalenders 2016 liegt auf den Themen „Baustoffe“, „Sanierungen“ und „Eurocode-Praxis“, aber auch andere Themen kommen nicht zu kurz und lassen so den Mauerwerk-Kalender-Tag zu einer abwechslungsreichen Weiterbildung für Architekten, Ingenieure, Mitarbeiter von Bauämtern und Hochschulen werden. Im Anschluss an den jeweiligen Vortrag kann zu aktuellen Entwicklungen des Fachgebietes diskutiert werden. Weitere Informationen zu Programm, Veranstaltungsort und Anmeldung folgen in Kürze auf der Homepage von Ernst & Sohn www.ernst-und-sohn.de.

Das Buch zur Veranstaltung: Jäger, Wolfram: Mauerwerk-Kalender 2016. Baustoffe, Sanierung, Eurocode-Praxis, März 2016, Hardcover, Deutsch, ISBN: 978-3-433-03131-5 (bereits vorbestellbar) The practical suitability of the simplified design method from Eurocode 6, Part 3, will be investigated in one article. Further design themes are shear resistance capacity and re liability analyses. The annual data about the properties of masonry units, mortars, masonry and plasters has been completely and thoroughly revised. In the section about refurbishment, current projects are presented and there is a discussion of structural problems and their solution as well as repair methods. In addition, this 41st edition as usual describes all new developments requiring approval with the topicality to be expected of a yearbook.

Das vereinfachte Bemessungsverfahren aus Eurocode 6, Teil 3, wird in einem Beitrag auf seine Praxistauglichkeit untersucht. Weitere Bemessungsthemen sind Schubtragfähigkeit und Zuverlässigkeitsanalyse. Der jährliche Beitrag zu Eigenschaften von Mauersteinen, Mörteln, Mauerwerk und Putzen wurde vollständig und grundlegend überarbeitet. Zum Thema Sanierung werden aktuelle Projekte vorgestellt, wobei u. a. statische Probleme und deren Lösungen erörtert sowie Reparaturmethoden erläutert werden. Außerdem werden wie gewohnt auch im 41. Jahrgang sämtliche zulassungsbedürftige Neuentwicklungen mit der Aktualität eines Jahrbuches vorgestellt.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Interview

ready – prepared for senior-friendly housing ready – vorbereitet für altengerechtes Wohnen An interview with Thomas Jocher, Institute Housing and Design of the University of Stuttgart conducted by Carmen Mundorff, Deutsches Architektenblatt

Interview mit Prof. Dr. Thomas Jocher, Institut Wohnen und Entwerfen an der Universität Stuttgart Das Gespräch führte Carmen Mundorff, Deutsches Architektenblatt.

Carmen Mundorff: Carmen Mundorff: Since I learned from the new tourism analysis of the FounSeit ich in der neuen Tourismusanalyse der Stiftung für dation for Future Studies1) that already at the age of 50 Zukunftsfragen1) gelesen habe, dass man bereits ab 50 zu people count among the best agers, I (53 years “young”) den Jungsenioren gehört, mache ich (53 Jahre ‚jung‘) mir have been seriously thinking about ageing. The demo- ernsthaft Gedanken über das Älterwerden. Denn die degraphic development not only influences mografische Entwicklung beeinflusst the tourism sector, it also finds its way into nicht nur den Tourismussektor, sie findet almost all planning projects of architects, Eingang in beinahe sämtliche Planungsinterior designers, landscape architects as aufgaben von Architekten, Innenarchitekwell as urban planners. Does everybody ten, Landschaftsarchitekten sowie Stadthave this on their radar? Is our building planern. Haben das alle auf dem Schirm? really fit for the future? I doubt it, particuBauen wir wirklich zukunftsfähig? Mir larly where residential construction is conkommen Zweifel, insbesondere den Wohcerned. Owing to the prolonged period of nungsbau betreffend. Bei dem anhaltend low interest rates and as a result of the niedrigen Zinsniveau und als eine Folge global economic crisis, people invest their der globalen Wirtschaftskrise wird aber money in just this “concrete gold”. Howgerade in dieses Betongold investiert. ever, will this still be profitable in a few Doch rentiert sich das in ein paar Jahren years’ time? Or will people deplore that noch? Oder wird man klagend feststellen, they rather invested their money in brass? Professor Thomas Jocher of the dass man eher sein Geld in Blech angelegt hat? Institute Housing and Design Thomas Jocher: of the University of Stuttgart That is right – we are building the wrong Professor Thomas Jocher, InsThomas Jocher: homes! And only few of them are suited to titutsdirektor des Instituts Stimmt – wir bauen die falschen Wohaccommodate people as long as they live. Wohnen und Entwerfen nungen! Die wenigsten von ihnen sind Particularly the elderly or persons well ad- (Foto: Universität Stuttgart) geeignet, Menschen ein Leben lang aufzuvanced in years rarely find a residence nehmen. Besonders Ältere und Hochaltadapted to their needs. This is due to the rige finden selten eine ihren Bedürfnissen complexity of rebuilding the existing flats so that they meet angepasste Wohnung. Die Ursachen liegen in dem sehr the requirements of the elderly and also to the lack of un- großen Aufwand, den Bestand altengerecht umzubauen, derstanding that even a new building should be designed sowie der fehlenden Einsicht, bereits den Neubau senioin a senior-friendly way. Especially the high costs of refur- rengeeignet zu planen. Insbesondere die außerordentlich bishing and upgrading an existing building triggered our hohen Kosten der Bestandssanierung haben daher bei uns research idea of designing a new building in such a way die Forschungsidee ausgelöst, den Neubau so zu planen, that it can be flexibly adapted to the individual requiredass er sich bei Bedarf flexibel anpassen lässt. Dies kann ments. This can be characterized with the key term “ready”. mit dem Leitbegriff ‚ready‘ gekennzeichnet werden.

1) 31.

Deutsche Tourismusanalyse der Stiftung für Zukunftsfragen, 4. Februar 2015

ready – vorbereitet für altengerechtes Wohnen

Carmen Mundorff: According to the results of the Generali Study of Old Age2), the vast majority of people aged between 65 and 85 years – namely 59 percent – prefer living in their own homes with a nursing service providing care in case of need. Let us compare the importance of a home to that of a car which already provides a lot of standard equipment in the basic version but, if required, some extras are always readily added. Do we need an “airbag” for our homes, Mr Jocher?

Carmen Mundorff: Laut den Ergebnissen der Generali Altersstudie2) ist im Falle einer Pflegebedürftigkeit die mit Abstand – mit 59 Prozent – bevorzugte Wohnoption der 65- bis 85-Jährigen die eigene Wohnung mit Pflegedienst. Vergleichen wir den Stellenwert der Wohnung mit dem des Autos, bei dem in der Basic-Ausstattung schon viel drin ist, es bei Bedarf aber gerne immer etwas mehr sein darf. Brauchen wir einen ‚Airbag‘ für Wohnungen, Herr Jocher?

Thomas Jocher: In this place, a general conflict becomes evident: For most elderly people, there is no need to live in a home that has possibly been completely adapted to the use of a wheelchair – because normally, they will not need a wheelchair as long as they live. On the other hand, with increasing age the risk rises to become suddenly confined to a wheelchair after a long and healthy life. This risk is always latently present, even for younger people. How can this issue be tackled? With a high flexibility in planning, enabling a fast and cost-efficient adaption to the actual needs and requirements. An adaption that can also be reversed. In this context, we propose homes that can quickly be fitted to the individual requirements. Hence, we really need an “airbag” for our homes.

Thomas Jocher: Hier wird ein genereller Konflikt sichtbar: Für die meisten älteren Personen besteht keine Notwendigkeit, in einer möglicherweise in vollem Umfang rollstuhlgerechten Wohnung zu leben – denn sie werden zeitlebens in aller Regel keinen Rollstuhl benötigen. Auf der anderen Seite wächst mit zunehmendem Alter das Risiko, nach einem langen gesunden Leben schlagartig an den Rollstuhl gefesselt zu werden. Dieses Risiko ist latent immer vorhanden, selbst für jüngere Personen. Worin besteht die Lösung? In einer hohen Planungsflexibilität, die eine schnelle und kostengünstige Anpassung an die tatsächlichen Bedürfnisse ermöglicht. Eine Anpassung, die auch wieder rückgängig gemacht werden kann. Wir schlagen hier Wohnungen vor, die sich nach Bedarf schnell anpassen lassen. Ergo: Wir brauchen tatsächlich einen ‚Airbag‘ für Wohnungen.

Carmen Mundorff: We all grow older but feel at least ten years younger than our biological age betrays, we keep ourselves fit – how is it then possible for us to predict how we want to live in the later stage of life?

Carmen Mundorff: Wir werden zwar immer älter, fühlen uns aber mindestens zehn Jahre jünger als das biologische Alter besagt, halten uns fit – wie soll man denn da vorhersehen, wie man in der späteren Lebensphase wohnen will?

Thomas Jocher: This is really hard to predict, but it is of utmost importance. Because only at a higher age, you stay at home a lot and the dwelling becomes increasingly important. When we think of the old, we still have the image of the modest war widow in our heads, but henceforth, there will be an increasing number of sophisticated households for couples which means for instance larger bathrooms and open kitchens.

Thomas Jocher: Das ist in der Tat schwer zu prognostizieren, aber enorm wichtig. Denn erst im Alter ist man viel zu Hause; das Wohnen gewinnt entschieden an Bedeutung. In unseren Bildern der Alten haben wir immer noch die anspruchslose Kriegerwitwe; künftig handelt es sich zunehmend um anspruchsvolle Paar-Haushalte, das bedeutet z. B. größere Bäder, offene Küchen.

Carmen Mundorff: This means however that the demand for living space of each individual person will increase even more!? Thomas Jocher: Yes and no – according to the statistics, every German now has a living space of 45 square metres. This is however due to the fact that the number of one-person households has increased enormously among young as well as old people. Thus, in the future there will not only be sophisticated households for couples but also a growing number of people who do not have much money for housing. Carmen Mundorff: Due to the legal requirements and the requirements according to DIN, building becomes more expensive anyway. How can you manage to create cost-effective living 2) Generali

Carmen Mundorff: Das heißt doch dann aber, dass der Flächenanspruch eines jeden einzelnen noch mehr steigt!? Thomas Jocher: Jein – statistisch gesehen wohnt jetzt jeder Deutsche auf 45 Quadratmetern Fläche. Das liegt aber auch daran, dass die Zahl der Single-Haushalte sowohl bei den Jungen als auch bei den Alten stark gestiegen ist. Künftig haben wir also nicht nur anspruchsvolle Paar-Haushalte, sondern auch eine steigende Zahl an Menschen, denen zum Wohnen nicht viel Geld zur Verfügung steht. Carmen Mundorff: Das Bauen wird aber ohnehin durch gesetzliche Auflagen und DIN-Forderungen immer teurer. Wie schafft man es dann, auch kostengünstigen Wohnraum zu schaffen? Braucht es noch mehr Planungsdaumenschrauben?

Altersstudie 2013

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ready – prepared for senior-friendly housing

space? Do we need more thumbscrews where planning is concerned? Thomas Jocher: No, not even more legal requirements! First of all, you have to make all people aware of their personal need for senior-friendly housing. We all want to grow old anyway. With “ready” our focus is on new buildings and we defined three standards accordingly: basic, standard and comfort; the latter cannot be put into practice in connection with publicly subsidized housing, it is rather an object of luxury living. With “ready – basic” we set the bar very low for everybody to find access to senior-friendly housing. We have learned this from the Swiss. Our neighbours are very successful with their liberal approach to residential building. Carmen Mundorff: DIN or not DIN – that is the question?

Thomas Jocher: Nein, nicht noch mehr gesetzliche Vorgaben! Zunächst muss man die persönliche Notwendigkeit des altengerechten Wohnens in die Köpfe aller Menschen bringen. Denn jeder von uns möchte doch alt werden. Bei ‚ready‘ fokussieren wir uns auf den Neubau und haben dafür drei Standards definiert: basic, standard und comfort; letzterer lässt sich nicht im geförderten Wohnungsbau realisieren, das ist eher etwas für den Wohnluxus. Mit ‚basic‘ legen wir die Latte sehr niedrig, damit jeder in das altengerechten Wohnen einsteigen kann. Das haben wir uns bei den Schweizern abgeschaut. Unsere Nachbarn sind mit einer liberalen Einstellung im Wohnungsbau sehr erfolgreich. Carmen Mundorff: DIN oder Nicht-DIN – das ist hier die Frage?

Thomas Jocher: “ready – basic” defines the minimum requirements. Here, all aspects, even cost-related issues, were considered in a balanced way in order to reach a minimum standard which – unlike DIN – can be accepted to the full extent by the open housing market. In this context, we found it very inspiring to get the advice on projects and regulations of our Swiss colleagues who, for quite some time, have been building adaptable homes very successfully. In Switzerland, the standards are lower in some individual cases, but the total amount of all flats “accessible for visitors” is overwhelmingly large. In this context, “accessible for visitors” implies that the flats can be visited by wheelchair users. This means: the entire flat is not equipped to the full extend to meet the requirements of the DIN standard concerning wheelchair access, but simple structural preparations have been taken to host a visitor in a wheelchair, e. g. sufficiently wide doors to reach the living room and dining area or the possibility to use the toilet even if the toilet itself does not meet the requirement specified in the DIN standard. ready-standard and ready-comfort increase the possibilities up to the movement areas necessary for an electric wheelchair and simultaneously they increase the comfort with remote controlled shutters. ready-standard and ready-comfort also comprise preparing measures for individual customized solutions.

Thomas Jocher: ready basic definiert die Mindestanforderungen. Hier wurden alle Aspekte, auch Kostenargumente, ausgewogen betrachtet, um zu einem Mindeststandard zu kommen, der – anders als die DIN – auch vom freien Wohnungsmarkt vollumfänglich akzeptiert werden kann. Anregend waren in diesem Kontext die Hinweise auf Projekte und Regelungen von unseren Schweizer Kollegen, die schon seit geraumer Zeit mit viel Erfolg anpassungsfähige Wohnungen verwirklichen. Zwar werden dort im Einzelfall einige Standards niedriger angesetzt, aber die Gesamtsumme aller ‚besuchsgeeigneten‘ Wohnungen ist überwältigend groß. ‚Besuchsgeeignet‘ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Wohnungen auch von einem Rollstuhlfahrer besucht werden können. Das bedeutet: keine vollumfängliche Ausstattung der gesamten Wohnung zur DIN-gemäßen Rollstuhlgerechtigkeit, sondern die einfache bauliche Vorbereitung zum Besuch eines Rollstuhlfahrers, z. B. ausreichende Türbreiten bis zum Wohnzimmer, Essplatz oder die Möglichkeit eines – wenngleich nicht DIN-gerechten – Toilettengangs. ready standard und ready comfort steigern die Möglichkeiten bis hin zu den nötigen Bewegungsflächen für einen Elektrorollstuhl und gleichzeitig den Komfort, beispielsweise mit einem ferngesteuert regelbaren Sonnenschutz. Auch ready standard und ready comfort beinhalten vorbereitende Maßnahmen für individuelle Umsetzungen, die auf den Bedarfsfall zugeschnitten sind.

Carmen Mundorff: Are there basic rules?

Carmen Mundorff: Gibt es Grundregeln?

Thomas Jocher: Of course there are – they are represented by the (5) A’s: Access without thresholds and steps, Adequately large, Adaptable, Attractive and safe as well as Automated.

Thomas Jocher: Selbstverständlich – es sind ganz einfach die fünf A’s: absatzfrei (schwellenfrei), ausreichend groß, anpassbar, attraktiv und sicher sowie automatisiert.

Carmen Mundorff: Automated, does it stand for ambient assistent living?

Carmen Mundorff: Meinen Sie mit automatisiert ambient assistent living?

Thomas Jocher: No, for us, automated means automated main access points such as the main entrance as well as the underground parking; furthermore, there are the windows and doors in the flats that can be operated effortlessly. You will find more details in our research report “ready – prepared

Thomas Jocher: Nein, wir meinen damit automatisierte Hauptzugänge, also der Hauseingang sowie von der Tiefgarage aus; außerdem in den Wohnungen Fenster und Türen, die mit geringem Kraftaufwand bedient werden können. Nachzulesen ist das alles in unserem Forschungsbericht ‚ready – vorbe-

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ready – vorbereitet für altengerechtes Wohnen

for senior-friendly housing” which can be ordered free of charge at the Federal Institute for Research on Building, Urban Affairs and Spatial Development and under www.readyhome.de. Twelve sample properties are documented there, eight in Germany, four abroad (one each in Denmark, Austria, the Netherlands, and Switzerland).

reitet für altengerechtes Wohnen‘, der kostenlos beim Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung bestellt werden kann und unter www.readyhome.de. Dokumentiert sind auch zwölf Beispielobjekte, acht in Deutschland, vier im Ausland (je eins aus Dänemark, Österreich, Niederlande und der Schweiz).

Carmen Mundorff: Your homepage is in German, English and Chinese – this is obviously quite ambitious!

Carmen Mundorff: Die Homepage ist auf Deutsch, Englisch und Chinesisch – Sie haben sich offensichtlich viel vorgenommen!

Thomas Jocher: In fact, it would constitute a major achievement if all architects, investors and housing associations in Germany used ready basic as a basis for their planning. It is worthwhile – since we are all getting older.

Thomas Jocher: Es wäre schon viel erreicht, wenn in Deutschland alle Architekten, Investoren und Wohnungsbaugesellschaften fortan wenigstens ready basic ihren Planungen zugrunde legen würden. Es lohnt sich – denn älter werden wir alle.

Thank you very much for the interview, Mr Jocher.

Vielen Dank für das Gespräch, Herr Jocher.

The interview was first published in Deutsches Architektenblatt, 3/2015.

Das Interview wurde zuerst im Deutschen Architektenblatt, 3/2015, veröffentlicht.

AAAAA 5 basic rules in keywords:

AAAAA 5 Grundregeln in Stichworten:

1 Access without thresholds and steps –– lift/stair lift –– accessibility inside and outside the building –– common and individual rooms (flat, garden, basement, parking space) –– areas easily accessible and safe to use

1 Absatzfrei (schwellenfrei) –– Aufzug/Treppenlift –– Erschließung außerhalb und innerhalb des Gebäudes –– gemeinschaftliche und individuelle Räume (Wohnung, Garten, Keller, Parkplatz) –– Flächen leicht nutzbar und verkehrssicher

2 Adequately large –– width of doors, basement doors and hallways –– movement areas –– operating heights (doors, windows, heating, electric equipment, letterbox) –– flat accessible for visitors using a wheelchair or walking frame –– bathroom, shower, balcony (size)

2 Ausreichend groß –– Breite von Türen, Fenstertüren, Fluren –– Bewegungsflächen –– Bedienhöhen (Türen, Fenster, Heizung, Elektro, Briefkasten) –– Wohnung (besuchs-)geeignet für Rollstuhl-/Rollatorfahrer –– Bad, Dusche, Balkon (Größe)

3 Adaptable (prepared) –– all floors without thresholds (prepared) –– bathroom/toilet, size prepared –– floor-level shower prepared –– combination of kitchen and dining area/living room prepared –– individual room size prepared –– handrail prepared on both sides

3 Anpassbar (vorbereitet) –– alle Ebenen schwellenfrei (vorbereitet) –– Bad/WC, Größe vorbereitet –– Dusche bodengleich vorbereitet –– Küche und Essplatz/Wohnraum Kombination vorbereitet –– Individualraum Größe vorbereitet –– Handlauf beidseitig vorbereitet

4 Attractive and safe –– straight stairs –– comfortable stairs, natural illumination/ventilation –– handrails on both sides (stairs), flat prepared, providing a secure grip –– windows in flat with low sill height –– adjustable shutters –– burglary protection (windows and doors)

4 Attraktiv und sicher –– Treppen geradläufig –– Treppe bequem, natürliche Belichtung/Belüftung –– Handläufe beidseitig (Treppe), Wohnung vorbereitet, griffsicher –– Wohnungsfenster mit geringer Brüstungshöhe –– Sonnenschutz regelbar –– Einbruchschutz (Fenster und Türen)

5 Automated –– effortless operation of windows and doors –– main access points to the building automated (front door, underground parking)

5 Automatisiert –– geringer Kraftaufwand zur Bedienung von Fenstern und Türen –– Hauptzugänge (Hauseingang, Tiefgarage) automatisiert

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

ready – prepared for senior-friendly housing

ready is the result of a joint research project of the Institute Housing and Design of the University of Stuttgart with regard to senior-friendly housing. This project was funded by the research initiative “Future Building” of the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Building and Nuclear Safety as well as by the Knauf company.

ready ist das Ergebnis einer gemeinsamen Forschungsarbeit des Instituts Wohnen und Entwerfen der Universität Stuttgart über das altengerechte Wohnen. Gefördert wurde das Projekt durch die Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesministeriums BMUB und der Firma Knauf.

ready – vorbereitet für altengerechtes Wohnen. Neue Standards und Maßnahmensets für die stufenweise, altengerechte Wohnungsanpassung im Neubau Thomas Jocher, Erika Mühlthaler, Pia Gerhards. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (Hg.), Bonn. Zukunft Bauen: Forschung für die Praxis, Band 01, 2014 www.readyhome.de

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Jocher Institutsdirektor Institut Wohnen und Entwerfen Universität Stuttgart Fakultät 1, Architektur und Stadtplanung 70174 Stuttgart, Keplerstraße 11 iwe@iwe.uni-stuttgart.de

Call for Papers Mauerwerksbau in allen Façetten, zusammengeführt in einer Fachzeitschrift für Europa. Technische Entwicklungen, neueste Forschungsergebnisse und die praktische Anwendung von Mauerwerksprodukten werden mit Fachaufsätzen, Berichten und ergänzenden Informationen begleitet. Mauerwerk ist die einzige unabhängige Zeitschrift, die diese gesamte Bandbreite abdeckt. Mauerwerk ist stets auf der Suche nach aktuellen Fachbeiträgen. Die Fachartikel sollten Aspekte der Entwicklung, Konstruk tion, Nachhaltigkeit, Anwendungen von Mauerwerksprodukten sowie Forschungsergebnisse abdecken.

www.ernst-und-sohn.de/mauerwerk

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

Masonry building of all types, brought together in a specialist journal for all Europe. Technical developments, the latest research results and the practical application of masonry products are accompanied by specialist articles, reports and supplementary information and innovations. Mauerwerk is also the only journal that covers this entire range.

Senden Sie Ihre Artikel an / Send your articles to: mauerwerk@ernst-und-sohn.de

Mauerwerk is seeking original papers of the highest quality for publication. Papers will cover all aspects of the design, construction, performance in service, sustainability, strengthening of masonry structures, including papers on research.

Chefredakteur: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de 1068156_dp

Events – Veranstaltungen

Events – Veranstaltungen Academic Masonry Day at the Ziegel Zentrum Süd

Akademischer Mauerwerkstag des Ziegel Zentrum Süd

With avid participation from students of civil engineering, proUnter reger Beteiligung der Studiengänge Bauingenieurwesen, ject management und architecture, the 9th Academic Masonry Projektmanagement und Architektur fand der 9. Akademische Mauerwerkstag nun zum zweiten Mal an der Hochschule Day took place, now for the second time at the Hochschule Biberach statt. Im Vordergrund stand das nachhaltige Bauen Biberach. The focus was on sustainable building with bricks in mit Ziegel in seiner breiten Vielfalt – vom energieeffizienten, their wide range of variety – from energy-efficient, multi-storey mehrgeschossigen Neubau – auch ohne Heiz- und Lüftungsnewbuild – even without heating and ventilation technology – technik – über die Anwendung von Klinkermauerwerk bis hin through the use of brickwork for energetic refurbishment with zur energetischen Sanierung mit innovativen, dämmstoffgefüllinnovative, insulation-filled WDF precision clay masonry ten WDF-Planziegeln. Für die Teilnehmer/innen bot sich ein units. For the participants, this was a fruitful source of inforergiebiges Feld an Informationen rund um den Mauerwerksmation about masonry construction. Practical talks were acbau. Praxisnahe Vorträge wurden durch Produktpräsentationen companied by product presentations and application demonund Anwendungsvorführungen während den Pausen begleitet. strations during the pauses. „Die lange Tradition des Baustoffs Ziegel mit den innovati“The long tradition of brick as a building material with the ven Produktentwicklungen der letzten Jahrzehnte dokumentiert innovative product developments of recent years document die Nachhaltigkeit der Ziegelbauweise“, so Michael Pröll, Techthe sustainability of brick building”, said Michael Pröll, Techninischer Geschäftsführer des Ziegel Zentrum Süd e.V., in seinem cal managing director of the Ziegel Zentrum Süd e.V. (brick einführenden Vortrag. Hochwärmedämmende Mauerziegel ercentre south) in his introductory speech. Clay masonry units möglichen selbst mehrgeschossige Gebäude in allen derzeit bewith high thermal insulation enable even multi-story buildings kannten Energiestandards. Sie erfüllen alle bauaufsichtlichen to be built in compliance with all currently known energy Anforderungen sicher und weisen sowohl die geringsten Herstandards. They securely fulfil all the requirements of building stellkosten als auch die niedrigsten Lebenszykluskosten auf. regulations and possess both the lowest production costs and Professor Detleff Schermer, Prüfingenieur und Sachver the lowest lifecycle costs. ständiger, konkretisierte das einfache, anwendungsfreund Professor Detleff Schermer, supervisory engineer and exliche Bauen mit Ziegel anhand von Detailbeispielen. Seine pert assessor, emphasised simple, application-friendly building Hinweise zum mauerwerksgerechten Konstruieren beinhaltewith brick using detailed examples. His suggestions for the deten auch neueste Erkenntnisse – von der Planung des Wand- tailing of brickwork also included the latest innovations – Decken-Knotens bis hin zur Gebäudeaussteifung. from the design of the wall-slab intersection to building stiffProfessor Willem Bruijn, Architekt, be baumschlager eberle, ening. bewies anhand von Simulations- und Messergebnissen, dass Professor Willem Bruijn, architect, be baumschlager intelligente Ziegelgebäude auch ganz ohne Heizungs- und Lüfeberle, demonstrated through the results of simulations and tungstechnik funktionieren können. Das Bürogebäude „2226“, measurements that intelligent brick buildings can function dessen Name Synonym für das planmäßig konstante Innenquite without heating and ventilation technology. The office raumklima zwischen 22 und 26 °C ist, wurde so konzipiert, building “2226”, whose name is a synonym for the planned dass die Bauteile die Zyklen des Außenklimas ohne Haustechinterior climate between 22 and 26 °C, was designed so that nik ausbalancieren. Dabei übernimmt eine 38 cm dicke Innenthe building elements can balance the cycles of the outdoor schale der Ziegelaußenwand in erster Linie die Funktion der climate, with a 38 cm thick inner leaf of the brick external Wärmespeicherung und eine weitere ebenso dicke Außenwall primarily undertaking the function of heat storage and schale die Wärmedämmung. another external leaf of the same thickness looking after the Thomas Maucher, Produktmanager des Ziegelwerks Bellenthermal insulation. berg, belegte anhand von Projektbeispielen, dass ZiegelmauerThomas Maucher, product manager of the Bellenberg brickwerk nicht nur energieeffizient ist, sondern auch im mehrgeworks, demonstrated through project examples that brick maschossigen Bauen die Anforderungen an den erhöhten Schallsonry is not only energy-efficient but can also reliably and ecoschutz zuverlässig und wirtschaftlich abdeckt. Dabei verwies er nomically fulfil requirements for increased sound insulation. auch auf die innovativen Softwareprodukte für Energie und He also referred to the innovative software products for therSchallschutz der deutschen Ziemal and sound insulation from gelindustrie, die in Kürze im the German brick industry, Rahmen der Kampagne Lebenswhich will soon be available raum – Ziegel über die Ziegelfrom brick makers as part of produzenten zu beziehen sind. the “Lebensraum – Ziegel” Architekt Thomas Neumeis(Brick living space) campaign. ter lieferte in seinem WerkbeArchitect Thomas Neumeisricht Zeugnis für die große ter delivered in his working reVielfalt des Bauens mit Ziegel. port a confirmation of the Sein Erfahrungsschatz umfasst great variety of building with sowohl die einschalige, hochbrick. His wealth of experience wärmedämmende Ziegelbauincludes both single-leaf, weise, die auch im Geschosshighly insulated clay masonry wohnungsbau ohne WDVS building, which can even avoid auskommt, wie auch mehrschathe need for external insulalige Ziegelkonstruktionen mit tion in multi-storey buildings, Competition “The quickest metre of masonry” Vorsatzschalen aus Klinkerand also cavity brick construc- Wettbewerb „Der schnellste Meter Mauerwerk“ mauerwerk oder im Sanietion with an outer leaf of fac(Foto: Ziegel Zentrum Süd e.V.)

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Events – Veranstaltungen ing brick, or for refurbishment also highly insulated, vapourpermeable inflammable WDF precision masonry units with an extremely low thermal conductivity of λ = 0.055 W/(mK). The skilled handling of the various types of masonry units was documented with examples of impressive building projects. Hans Peters, chairman of the Institute for Building and Environment, emphasised in his talk “sustainable building – from product to building” the integrated approach of this way of thinking. As an example for sustainable building, the architect Daniel Binder presented his design for the recently opened Museum Art & Cars. The new symbol of the town of Singen with a sculptural form – extremely curved external walls of highly insulated clay masonry – plays with the volcanic structure of the Hegauberg/Hohentwiel and its impressive castle ruins. According to the desire of the client to keep the use of services technology for the new museum building as small as possible, highly insulated vertically cored clay masonry units were selected for the external walls. These are capable not only of providing extremely good thermal insulation without EWIS but also of balancing fluctuations of relative humidity through their capillary structure, in this way keeping the interior climate constant, which made expensive air conditioning unnecessary. The Academic Masonry Day was accompanied by product exhibitions and a demonstration of modern, single-leaf clay masonry with a subsequent competition in the laying of precision masonry units. The event was chaired by Professor HansJoachim Schaub, who has been responsible with great commitment for teaching in masonry construction in the faculty of massive construction at the Hochschule Biberach for more than 20 years. The great interest in the Academic Masonry Day is unbroken, so a repeat event will follow soon.

rungsfall aus hochwärmedämmenden, diffusionsoffenen, nichtbrennbaren WDF-Planziegeln mit einer äußerst niedrigen Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,055 W/(mK). Der gekonnte Umgang mit unterschiedlichen Arten von Mauerziegeln wurde anhand von beeindruckenden Bauprojekten dokumentiert. Hans Peters, Vorsitzender des Instituts für Bauen und Umwelt, betonte in seinem Vortrag „Nachhaltiges Bauen – Vom Produkt zum Gebäude“ den ganzheitlichen Ansatz dieser Betrachtungsweise. Als Beispiel für nachhaltiges Bauen präsentierte Architekt Daniel Binder das von ihm geplante, kürzlich eröffnete Museum Art & Cars. Das neue Wahrzeichen der Stadt Singen mit seiner skulpturalen Gestalt – extrem geschwungene Außenwände aus hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk – spielt mit der vulkanischen Struktur des Hegaubergs/Hohentwiels und seiner eindrucksvollen Festungsruine. Aufgrund des Wunsches der Bauherren, den Einsatz von Anlagentechnik für den Museumsneubau so gering wie möglich zu halten, fiel die Wahl des Baustoffes für die Außenwände bewusst auf hochwärmedämmende Hochlochziegel. Diese sind in der Lage, neben einer äußerst guten Wärmedämmung ohne WDVS auch Schwankungen der relativen Luftfeuchte durch ihr kapillares Gefüge auszugleichen und das Innenklima auf diese Weise konstant zu halten. So war eine kostenintensive Klimaanlagentechnik entbehrlich. Begleitet wurde der Akademische Mauerwerkstag von Produktausstellungen und einer Vorführung von modernem, einschaligem Ziegelmauerwerk mit anschließendem Wettbewerb im Vermauern von Planziegeln. Moderiert wurde die Veranstaltung von Professor Hans-Joachim Schaub, der seit 20 Jahren mit großem Engagement die Lehre im Mauerwerksbau als Teil des Fachgebietes Massivbau an der Hochschule Biberach verantwortet. Das große Interesse am Akademischen Mauerwerkstag ist ungebrochen, so dass in Kürze eine Fortsetzung geplant ist.

“We have to build a town, a whole town.” – The Darmstadt Artists’ Colony on the Mathildenhöhe

„Eine Stadt müssen wir erbauen, eine ganze Stadt!“ – Die Künstlerkolonie Darmstadt auf der Mathildenhöhe

As part of the UNESCO World Heritage Site nomination of the Darmstadt Artists’ Colony on the Mathildenhöhe, the City of Science Darmstadt will organize – in cooperation with the German National Committee of ICOMOS and the Regional Office for Built Heritage Conservation in Hesse – a conference between 17 and 19 April 2016 with the working title: “We have to build a town, a whole town.” – The Darmstadt Artists’ Colony on the Mathildenhöhe. The Darmstadt Artists’ Colony on the Mathildenhöhe with its buildings, public gardens, and works of art is a unique ensemble of experimental creation. It is an extraordinary document of the transition from Art Nouveau to Modernism in architecture, fine and applied arts, inspired by the International Reform Movement at the beginning of the twentieth century. The Darmstadt Artists’ Colony was founded in 1899 by the art loving Grand Duke Ernst Ludwig of Hesse and by Rhine (1868–1937) in order to promote Hessian arts and crafts. Over the course of its 15 years of existence 23 artists were members of the Darmstadt Artists’ Colony. During this period an eminent architectural ensemble was created consisting of buildings, gardens, sculptures, and interior design in an all-embracing and innovative form. Four exhibitions were held between 1901 and 1914 in which walk-in “lived” worlds as aesthetic works of art presented a completely new concept of architecture, interior design, and the shaping of landscapes. Here, artists reflected on the conditions of “living” and “working” at the beginning of modern age. By means of this programmatic analysis, the

Im Zuge der Vorbereitung einer Welterbenominierung der „Künstlerkolonie Mathildenhöhe“ veranstaltet die Wissenschaftsstadt Darmstadt in Kooperation mit dem Deutschen Nationalkomitee von ICOMOS und dem Landesamt für Denkmalpflege Hessen vom 17. bis zum 19. April 2016 eine Konferenz unter dem Arbeitstitel „Eine Stadt müssen wir erbauen, eine ganze Stadt!“ – Die Künstlerkolonie Darmstadt auf der Mathildenhöhe. Die Künstlerkolonie Darmstadt auf der Mathildenhöhe ist mit ihren Bauwerken, Gartenanlagen und Kunstwerken ein einmaliges Ensemble experimentellen Schaffens, das den architektonisch-künstlerischen Aufbruch in die Moderne im Geist der internationalen Reformbewegung am Beginn des 20. Jahrhunderts auf einzigartige Weise dokumentiert. Gegründet wurde die Künstlerkolonie Darmstadt von dem kunstsinnigen Großherzog Ernst Ludwig von Hessen und bei Rhein (1868–1937) im Jahre 1899, um das hessische Kunstgewerbe zu fördern. Im Laufe ihres 15-jährigen Bestehens gehörten ihr 23 Künstler an. Es entstand in dieser Zeit ein herausragendes architektonisches Ensemble, das aus Gebäuden, gestalteten Gärten mit Skulpturen, ganzheitlich entworfener Innenarchitektur und innovativem Design besteht. Im Zuge von vier Ausstellungen entstanden zwischen 1901 und 1914 begehbare Lebenswelten als ästhetische Gesamtkunstwerke, die eine völlig neue Auffassung von Architektur, Raumkunst und gestaltetem Außenraum präsentieren konnten, und in denen die Künstler die Bedingungen von „Wohnen“ und „Arbeiten“ am Anbruch der Moderne reflektierten.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Events – Veranstaltungen / Companies and associations – Firmen und Verbände Durch diese programmatische AuseinanMathildenhöhe was radiating decisive dersetzung gingen von der Mathildenimpulses for the development of archihöhe entscheidende Impulse für die Enttecture in the early twentieth century. wicklung der Architektur des frühen 20. The focus of the first exhibition “A Jahrhunderts aus. Document of German Art” (1901) preDer Fokus der ersten Ausstellung sented eight fully designed and com„Ein Dokument Deutscher Kunst“ pletely furnished homes grouped in a (1901) lag auf acht ganzheitlich gestalteclear urban order around the central ten und voll eingerichteten WohnhäuStudio Building, the Ernst Ludwig sern, die sich in einer städtebaulich klaHouse. ren Anordnung um das zentrale AtelierThe most prominent building comgebäude, das Ernst-Ludwig-Haus, plex on the Mathildenhöhe is the Wedgruppierten. ding Tower with the Exhibition Hall, Der augenfälligste Gebäudekomplex both created by Olbrich within the der Mathildenhöhe ist der von Olbrich scope of the “Hessian Exhibition of entworfene Hochzeitsturm mit dem AusFine and Applied Arts” (1908). This exstellungsgebäude, der im Rahmen der hibition also displayed a model housing „Hessischen Landesausstellung für freie estate with six fully furnished small und angewandte Kunst“ (1908) enthouses. The Group of Tenement Houses (Foto: © Nikolaus Heiss) stand. Diese Exposition zeigte u. a. auch with Studio Building (1914) by Albin eine Mustersiedlung mit sechs vollstänMüller finally supplied the northern dig eingerichteten Kleinsiedlungshäusern. Die Miethäusercompletion of the Mathildenhöhe. gruppe mit Ateliergebäude (1914) Albin Müllers gab der MatWith the shaping of the Plane Tree Grove into a sculpture hildenhöhe ihren nordöstlichen Abschluss. park on the Mathildenhöhe by Bernhard Hoetger for the last Mit der Ausgestaltung des Platanenhains zu einem Skulptuexhibition (1914), the Darmstadt Artists’ Colony received an renpark durch Bernhard Hoetger im Zuge der letzten Ausstelemphasis in the fine arts. lung (1914) erhielt die Künstlerkolonie Mathildenhöhe eine The four exhibitions, with the fully furnished residential starke freikünstlerische Ausprägung. and artist’s homes, were “lived-in” worlds put on stage that Die vier Ausstellungen mit den voll eingerichteten Wohnrepresented unprecedented innovations that were taken note und Künstlerhäusern waren inszenierte Lebenswelten und of and could exert a decisive influence on the further developstellten beispielslose Neuerungen dar, die vielfach beachtet ment of interior decorating and design. wurden und maßgeblichen Einfluss auf die weitere EntwickFar-reaching international impulses for architecture and delung von Raumgestaltung und Design ausüben konnten. sign in the twentieth century were sent out by the members of Von den Mitgliedern der Künstlerkolonie Darmstadt und the Darmstadt Artists’ Colony and their works on the ihren Werken auf der Mathildenhöhe sind weitreichende inMathildenhöhe. ternationale Impulse für Architektur und Design im 20. Jahrhundert gesetzt worden. Conference organized by Wissenschaftsstadt Darmstadt in cooperation with the German Committee of ICOMOS Konferenz der Wissenschaftsstadt Darmstadt in Kooperation and the Regional Office for Built Heritage Conservation mit dem Deutschen Nationalkomitee von ICOMOS und dem in Hesse. Landesamt für Denkmalpflege Hessen Concept/organization: Dipl.-Ing. Wenzel Bratner, Dr. Philipp Konzeption/Organisation: Dipl.-Ing. Wenzel Bratner, Dr. Gutbrod, Dipl.-Ing. Nikolaus Heiss, Renate Charlotte HoffPhilipp Gutbrod, Dipl.-Ing. Nikolaus Heiss, Renate Charlotte mann M.A., Dr. Inge Lorenz, Dr. Jennifer Verhoeven. Hoffmann M.A., Dr. Inge Lorenz, Dr. Jennifer Verhoeven The conference is intended to be interdisciplinary and Die Tagung ist interdisziplinär angelegt und wendet sich an invite researchers and scholars within the disciplines of the WissenschaftlerInnen aus den Disziplinen Architektur- und history of architecture and the arts, the preservation of Kunstgeschichte, Denkmalpflege, Landschaftsarchitektur, historic buildings and monuments, landscape gardening, Geschichte etc. history, etc. Further information: www.icomos.de

Weitere Informationen unter www.icomos.de

Companies and associations – Firmen und Verbände Xella: Markus Blum takes over DACH business

Xella: Markus Blum übernimmt DACH-Geschäft

Xella is setting up new structures in the important European market and is reorganising the region Germany, Austria and Switzerland (DACH). In the future, there will be one DACH region, in which the activities of the manufacturer will be bundled. Until now, the national companies in Germany, Austria and Switzerland have acted largely independently. The management is being taken over by the former Germany head Markus Blum, who is now responsible for sales and marketing in the three countries.

Xella setzt im wichtigen Europa-Markt auf neue Strukturen und stellt sich in der Region Deutschland, Österreich und der Schweiz (DACH) neu auf. So gibt es künftig eine DACH-Region, in der die Aktivitäten des Herstellers gebündelt werden. Bislang agierten die Ländergesellschaften in Deutschland, Österreich und der Schweiz weitgehend selbständig. Die Leitung übernimmt der bisherige Deutschland-Chef Markus Blum, der dann verantwortlich ist für den Vertrieb und das Marketing in den drei Ländern.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Companies and associations – Firmen und Verbände “Think global, act local” no longer works in my opinion three questions to Markus Blum

„Think global, act local“ funktioniert meiner Meinung nach nicht mehr“ drei Fragen an Markus Blum

Is the step to a new DACH marketing organisation a step to the classic pair of think international and act locally?

Ist der Schritt zu einem DACH-Vertrieb der zu dem klassischen Doppel aus internationalem Denken und lokalem Agieren?

Markus Blum: Der Schritt zu einem DACH-VerMarkus Blum: The step to a new DACH martrieb ist aus strategischen Gesichtspunkten sinnketing organisation is sensible for strategic voll. Die Vertriebsaktivitäten werden gezielt und reasons. Marketing activities will be led and wirkungsvoll aus einer Hand geführt und gesteuert. controlled from one hand, targeted and effecEntscheidungswege verkürzen sich, um neue Vertively. Decision-making routes will be shorter triebskanäle zu erschließen und die bestehenden to open up new sales channels and support Partnerschaften noch intensiver zu unterstützen. the existing partnerships more intensively. In Markus Blum Zudem nutzen wir Synergien beispielsweise im addition, we will exploit synergies, for exam(Photo: Xella Marketing durch engere Zusammenarbeit und Erple in marketing through our closer collaboraDeutschland GmbH) fahrungsaustausch. Jeder Mitarbeiter steuert indivition and exchange of ideas. Each employee duelle und länderspezifische Besonderheit bei, um contributes individual and nationally specific am Ende einen daraus resultierenden gemeinsamen, noch höhespecialities in order to achieve the resulting common and imren Nutzen zu erlangen. Im lokalen, operativen Vertrieb verhält proved use. In local, operative sales, it will be little different. es sich ein wenig anders. „Think global, act local“ funktioniert “Think global, act local” no longer works in my opinion. Tomeiner Meinung nach nicht mehr. Heute müssen sie lokal denday, you have to think locally with a global background. The ken mit einem globalen Hintergrund. Die Märkte, Akteure und markets, actors and rules of play are different. You have to unSpielregeln unterscheiden sich. Man muss die lokale Kultur bederstand the local culture and need a good sales team on site. herrschen und braucht eine gute Vertriebsmannschaft vor Ort. How do you see the future of masonry in competition with Wie sehen Sie die Zukunft des Mauerwerks im Wettbewerb other and new building materials in the individual DACH mit anderen und neuen Baustoffen in den einzelnen countries? DACH-Ländern? Global questions, local answers. The markets have to be conGlobale Frage, lokale Antworten. Die Märkte müssen sehr sidered very differently. In Germany, for example, where we differenziert betrachtet werden. In Deutschland beispielsweise, are the market leader for aerated concrete, an unbroken trend wo wir Marktführer im Bereich Porenbeton sind, ist mit regioto monolithic building with Ytong can be recognised, with renalen Unterschieden ein ungebrochener Trend zur monolithigional differences. In parts of north Germany and also in schen Bauweise mit Ytong zu erkennen. In Teilen Norddeutschmore densely built areas, the functional wall with Silka callands als auch im verdichteten Bauen wird auch zukünftig die cium silicate blocks in combination with Multipor mineral inFunktionswand mit Silka Kalksandstein in Kombination mit sulation boards will continue to be strongly represented. The Multipor Mineraldämmplatten stark vertreten sein. Etwas ansituation is rather different in Austria; the building culture in ders in Österreich. Baukultur in den Städten ist die Funktionsthe towns is the functional wall, partially also timber building. wand, teilweise auch der Holzbau. Hier sehen wir großes We see great potential here to develop the market for the Potential, die monolithische Wand mit Ytong Porenbeton monolithic wall of Ytong aerated concrete. Building culture durch Marktbearbeitung zu platzieren. Baukultur und Bau and building tradition with the associated markets are always tradition mit den angeschlossenen Märkten sind immer läncountry specific, which is why we have to be able to offer difderspezifisch, weshalb wir unterschiedliche Antworten auf die ferent answers for the particular market conditions. jeweiligen Marktgegebenheiten geben müssen. In all countries, one main question is: whoever intends to Länderübergreifend gilt: Wer ein Mehrfamilienhaus bauen build an apartment block must decide whether to build solidly will, muss sich festlegen, Massiv- oder Holzbauweise? Die Aror in timber frame? The Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes beitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen (ARGE) hat die beiBauen (working group for modern building, ARGE) has comden Bauweisen im Mehrgeschossbau in einer Studie gegenüberpared these two methods of building for multi-storey buildings gestellt (s. Walberg, S. 16 ff.). Diese kommt zu dem Schluss, dass in a study (s. Walberg, p. 16 pp.). This comes to the conclusion der Mauerwerksbau hinsichtlich des notwendigen Beitrages zur that masonry is still the most economical method for residenSchaffung von bezahlbarem Wohnraum immer noch die wirttial building, considering the necessary contribution to the schaftlichste Konstruktionsart für Wohngebäude ist. construction of affordable housing. What consequences will the changing working methods associated with BIM have for masonry and are there differences here in the individual DACH countries? BIM will find its way into all three countries, although the adoption rate will be quite different. In Germany, we are currently in a process of intensive interest in BIM. We understand BIM as a great chance to design masonry optimally and thus exploit the performance of the building material to the full. The questions were posed by the momentum editor Burkhard Talebitari.

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Welche Konsequenzen werden die sich verändernden Arbeitsmethoden rund um das Thema BIM für das Mauerwerk haben und gibt es hier Unterschiede in den einzelnen DACH-Ländern? BIM wird in allen drei Ländern Einzug halten. Die Adaptionsgeschwindigkeit wird dabei ganz unterschiedlich sein. In Deutschland sind wir momentan dabei, uns intensiv mit BIM auseinanderzusetzen. Wir verstehen BIM als große Chance, um Mauerwerk optimal zu gestalten und dabei die Leistungsfähigkeit des Baustoffes voll auszunutzen. Die Fragen stellte momentum-Redakteur Burkhard Talebitari.

Imprint The journal “Mauerwerk” brings together scientific research, technological innovation and architectural practice in all its facets to improve the image of, and gain greater acceptance for, masonry construction. It publishes articles and reports about masonry from research and development, European standardisation and technical regulations, building inspectorate approvals and new developments and also historical and current constructions in theory and practice. The articles published in the journal are protected by copyright. All rights, particularly those of translation into foreign languages, are reserved. No part of this journal may be reproduced in any form, including photocopies, microfilm or any other method, or transmitted in a language used by machinery, especially data processing systems, without the written approval of the publisher. The rights for reproduction by lecture, radio or television broadcast, or through magnetic sound or similar methods are reserved. Product names, trade names or common names published in the journal are not to be considered free under the terms of the brand and trademark protection legislation, even if they are not expressly marked as registered trademarks. Current subscription prices The journal “Mauerwerk” has 6 issues per year. In addition to “Mauerwerk print”, the PDF version “Mauerwerk online” is available on subscription through the online service Wiley Online Library.

Subscription prices

print print+online

Domestic (personal) 190 € Domestic (institutional) 289 € Students 57 € Switzerland (personal) 267 sFr Switzerland (institutional) 406 sFr Students 78 sFr

229 € 348 € –

trial single copy 63 € 96 € 20 €

36 € 55 € –

321 sFr 83 sFr 488 sFr 136 sFr – 28 sFr

51 sFr 77 sFr –

Student prices upon submission of evidence of student status. All prices exclusive of VAT but inclusive of postage. Errors excepted and subject to alteration. Personal subscriptions may not be sold to libraries or used as library copies. A subscription runs for one year. It can be terminated in writing at any time with a notice period of three months to the expiry of the subscription year. Unless such notification is given, the subscription extends for a further year. The prices are valid from 1st September 2015 until 31st August 2016. Service for customers and readers: WILEY VCH-Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstraße 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)800 1800 536 (within Germany) Tel.: +44 (0)1865476721 (outside of Germany) Fax: +49 (0)6201 606184 cs-germany@wiley.com Quick access: www.wileycustomerhelp.com Bankverbindung Dresdner Bank Weinheim BLZ 67080050 Konto 751118800 SWIFT: DRESDEFF670 If the address of a subscriber changes, the postal service will redirect the delivery and inform the publishing house about the new address. We wish to point out the existing right to object to this. Unless the subscriber has objected to this within two months, agreement with this procedure will be assumed. Mauerwerk, ISSN 1432-3427, is published bimonthly. US mailing agent: SPP, PO Box 437, Emigsville, PA 17318. Periodicals Postage paid at Emigsville PA.

Postmaster: Send all address changes to Mauerwerk, John Wiley & Sons Inc., C/O The Sheridan Press, PO Box 465, Hanover, PA 17331. Publishing house: Wilhelm Ernst & Sohn – Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49(0)30/47031-200, Fax +49(0)30/47031-270, info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de Local court at Charlottenburg HRA 33115B Personally liable partner: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Local court at Mannheim: HRB 432736 Tax number: 47013/01644, VAT identification number: DE 813496225 Responsible for the editorial content: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger Technische Universität Dresden, Fakultät Architektur 01062 Dresden, Telephone (0351) 46335010, Fax (0351) 46337713 w.jaeger@jaeger-ingenieure.de Editorial office: mauerwerk@ernst-und-sohn.de Editorial board Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber RWTH Aachen, Institut für Bauforschung Schinkelstraße 3, 52056 Aachen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner Technische Universität Darmstadt, Institut für Massivbau Franziska-Braun-Straße 3, 64287 Darmstadt Dr.-Ing. Udo Meyer Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel im Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e.V. Schaumburg-Lippe-Straße 4, 53113 Bonn Dr. sc. techn. Ronald Rast Deutsche Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. Kochstraße 6–7, 10969 Berlin Dipl.-Ing. Torsten Schoch Geschäftsführer Xella Technologie und Forschungsgesellschaft mbH, Kloster Lehnin Hohes Steinfeld 1, 14797 Kloster Lehnin Advertising sales director of Verlag Ernst & Sohn: Fred Doischer Telephone (030) 47031-234 Advertising manager: Sylvie Krüger Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Telephone (030) 47031-260, Fax (030) 47031-230, skrueger@wiley.com Typesetting: LVD, Berlin Printing: Colordruck Solutions, Leimen Printed on acid-free paper. © 2016 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Inserts Verlag Ernst & Sohn, 10245 Berlin

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

Rubriken??? Preview –

Vorschau

Masonry 2/2016 Paulo B. Lourenco, Graca Vasconcelos, Joao Leite, Paulo Pereira Lessons learned from the testing of masonry infilled RC frames and proposal of new solutions

Paulo B. Lourenco, Graca Vasconcelos, Joao Leite, Paulo Pereira Untersuchungen an mit Mauerwerk ausgefachten Stahlbeton rahmen und neue Lösungsvorschläge

In the recent years, University of Minho has been carrying out research on masonry infills that are representative of construction in Portugal, both from numerical and experimental point of view. In the paper, the main results of the experimental campaigns carried out in the context of the EU-sponsored INSYSME project are presented and discussed in detail.

In den letzten Jahren hat die Universität von Minho Forschungen an Mauerwerksausfachungen durchgeführt, die sowohl aus numerischer als auch aus experimenteller Sicht repräsentativ für das Kon struieren in Portugal sind. Im Beitrag werden die wesentlichen Ergebnisse der Versuchsreihen, die im Kontext des von der EU finanzierten INSYME-Projekts durchgeführt wurden, vorgestellt und im Einzelnen besprochen.

Eleni Despotou, Thomas Schlegel, Aurela Shtiza; Frederik Verhelst Literature study on the rate and mechanism of carbonation of lime in mortars An extensive literature study was made on the fundamentals of the carbonation process in mortars with different compositions. The results of the study indicate that carbonation ranges from 80 % up to 90 %. Under natural conditions, actual building practice and depending on the thickness of the mortar/plaster, carbonation takes between a few weeks and several years. The results of this study were used for the environmental footprint study. Werner Seim, Kai Sommerlade Masonry buildings on the threshold of high-rise

Eleni Despotou, Thomas Schlegel, Aurela Shtiza; Frederik Verhelst Literaturstudie über Mechanismus und Grad der Karbonatisierung von Kalkhydrat im Mörtel Eine umfangreiche Literaturstudie über die Grundlagen des Karbonatisierungsprozesses in Mörteln verschiedener Zusammensetzungen führte zum Ergebnis, dass sich der endgültige Karbonatisierungsgrad zwischen 80 % und 90 % einpendelt. Unter natürlichen Umständen, gängiger Baupraxis und je nach Dicke/Einbautiefe des Putzes/Mörtels, karbonatisiert das Kalkhydrat innerhalb weniger Wochen oder während vieler Jahre. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in einer Umweltstudie verwendet. Werner Seim, Kai Sommerlade Mauerwerksbauten an der Hochhausgrenze

The interaction between vertical and horizontal loads is the decisive combination of actions in most cases for multi-storey buildings with stiffening masonry walls. In this article, a simple and clear method is presented for the verification of a favourable load transfer for the actions on masonry walls with modern open floor plans. Wolfgang Jehl, Jürgen Benitz-Wildenburg Installation of windows in walls with thermal insulation composite systems Correct installation of windows in walls with external insulation systems requires architects, designers and contractors to be familiar with the details of these external insulation systems in order to create a durable and functional connection with the building fabric. The contribution explains important issues.

Die Interaktion vertikaler und horizontaler Lasten ist bei mehrgeschossigen Gebäuden mit aussteifenden Mauerwerkswänden in den meisten Fällen die maßgebende Einwirkungskombination. In diesem Beitrag wird eine einfache und anschauliche Methode vorgestellt, wie bei modernen offenen Grundrissen ein für Mauerwerkswände günstiger Lastabtrag bei den Einwirkungen nachgewiesen werden kann. Wolfgang Jehl, Jürgen Benitz-Wildenburg Fenstermontage in Wänden mit Wärmedämmverbundsystemen Eine fachgerechte Fenstermontage in Wänden mit außenliegenden WDVS setzt voraus, dass Architekten, Planer und Ausführende mit den Besonderheiten dieses Außenwandsystems vertraut sind, um einen dauerhaften und funktionsfähigen Baukörperanschluss herzustellen. Der Beitrag erläutert wichtige Gesichtspunkte. (Änderungen vorbehalten)

(subject to change)

Zeitschrift: Mauerwerk



Jahresabonnement print + online



Testabonnement (3 Ausgaben)



Einzelheftbestellung



kostenloses Probeheft

Online Bestellung: www.ernst-und-sohn.de/mauerwerk Abo-Coupon-2015-16_181x84.indd 5

Mauerwerk 20 (2016), Heft 1

 1068136_pf

20.08.2015 13:59:59

Bauphysik-Kalender 2012–2016

Hrsg.: Nabil A. Fouad Bauphysik-Kalender 2016 Schwerpunkt: Brandschutz ca. € 144,–* Fortsetzungspreis: ca. € 124,–* ISBN 978-3-433-03128-5

Vorbeugender Brandschutz bedeutet die Gesamtbewertung der baulichen, anlagentechnischen und organisatorischen Maßnahmen unter Berücksichtigung der nutzungsbedingten Gefährdungspotentiale und Schutzziele. Aktueller Überblick und Hintergrundwissen zum Regelwerk aus erster Hand.

Hrsg.: Nabil A. Fouad Bauphysik-Kalender 2015 Schwerpunkt: Simulationsund Berechnungsverfahren € 144,–* Fortsetzungspreis: € 124,–* ISBN 978-3-433-03105-6

Hrsg.: Nabil A. Fouad Bauphysik-Kalender 2014 Schwerpunkt: Raumakustik und Schallschutz € 144,–* ISBN 978-3-433-03050-9

Hrsg.: Nabil A. Fouad Bauphysik-Kalender 2013 Schwerpunkt: Nachhaltigkeit und Energieeffizienz € 139,–* ISBN 978-3-433-03019-6

Hrsg.: Nabil A. Fouad Bauphysik-Kalender 2012 Schwerpunkt: Gebäudediagnostik € 79,–* ISBN 978-3-433-02986-2

Online Bestellung: www.ernst-und-sohn.de

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

* Der €-Preis gilt ausschließlich für Deutschland. Inkl. MwSt. zzgl. Versandkosten. Irrtum und Änderungen vorbehalten. 1036406_dp

Der Stein für massives Bauen: Mit dem Besten aus der Natur.

KS*. Der Kalksandstein aus regionaler Herstellung. Für langlebiges und wertbeständiges Mauerwerk. Massiv bauen mit Kalksandstein. Nur aus den rein natürlichen Rohstoffen Kalk, Sand und Wasser. www.ks-original.de Besuchen Sie uns auf dem Deutschen Mauerwerkskongress 2016 vom 19. – 20. Januar in Darmstadt.