Zweischalenmauerwerk

Konstruktionsprinzip

Als Zweischalenmauerwerk werden Aussenwandkonstruktionen bezeichnet, die aus zwei Mauerschalen und einer wärmedämmenden Zwischenschicht be­stehen .Jede der drei Schichten übernimmt einen ganz spezifischen Teil der Anforderungen, die an eine Aussenwand gestellt werden. Im koordinierten Zu­sammenwirken ergibt sich die Summe der guten Eigenschaften des Backstein ­ Zweischalenmauerwerks.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich ausschliesslich auf das Zweischa­lenmauerwerk schweizerischer Art mit einer wärmedämmenden Zwischen­schicht. Für die bautechnische Realisierung dieses Kon­struktionsprinzips gibt es aber nicht nur eine einzige Lösung. Je nach Region und Auffassung der beteiligten Fachleute er­geben sich Unterschiede bei der Detail­ausbildung und in der Wahl der zur Ver­wendung gelangenden Materialien. Es ist Sache des planenden Teams (Archi­tekt , Bauingenieur und Unternehmer), die für ein bestimmtes Objekt geeignete Konstruktion zu erarbeiten. Es ist von grossem Vorteil, wenn die konstruktiven Probleme von Anfang an von allen Beteiligten gemeinsam bearbeitet werden.

Innenschale

Der innernen Backsteinschale sind in erster Linie die Tragfunktionen zugeord­net. Die Konstruktion wird daher weitge­hend durch die Erfordernisse des statischen Gesamtkonzeptes des Gebäudes bestimmt. Die Hauptbelastungenerge­ben sich durch das Dach, die Decken und das Eigengewicht der Wand. Ent­sprechend den Lasten und dem stati­schen System ergeben sich die Mauer­dicken und die Mauerwerksqualität ge­mäss der Mauerwerksnorm SIA 177. In der Regel genügen Einsteinmauerwerke in BN- oder BH-Qualität mit Zementmör­tel gemauert. Die innere Tragkonstruk­tion ist durch die äussere Schale vor Witterungseinflüssen geschützt und ist nur geringen Temperaturdifferenzen ausgesetzt.
Die innere Schale ist aber ausserdem massgebend an der Erzielung und Erhal­tung des behaglichen und ausgegliche­nen Wohnklimas beteiligt , das Backsteinkonstruktionen auszeichnet. Ne­ben der guten Dämmfähigkeit gegen Schall sind dafür vor allem die grosse Wärmeträgheit und Wärmespeicherfähigkeit sowie die für den Wasserhaushalt massgebende Kapillarität des ge­brannten Tonmaterials von grosser Bedeutung. Es empfiehlt sich deshalb, die  innere  Schale  in  einer  Dicke von 15 cm oder mehr auszuführen (Mindest­dicke für tragendes Mauerwerk 12 cm).

Wärmedämmschicht

Die Zwischenschicht hat den Hauptteil der Wärmedämmung zu übernehmen. Als Dämmaterial werden standfeste Platten verwendet; es haben sich so­wohl Mineralfaserplatten (Glasfasern oder Steinwolle) wie auch Schaumstoff­ platten bewährt. Die Dämmschicht muss lückenlos durchgehend und un­verschieblich zwischen den Mauerscha­len befestigt werden. Weiche Platten können zwischen den Schalen einge­klemmt und lediglich mit den Ankern gehalten werden. Es empfiehlt sich jedoch, die Wärmedämmschicht an der inneren Schale aufzuziehen und zu fixie­ren. So lässt sich viel zuverlässiger kon­trollieren, ob die Dämmung tatsächlich lückenlos angebracht ist.
Insbesondere bei harten Platten und bei Aussenschalen in Sichtmauerwerk emp­fiehlt es sich, zwischen der äusseren Schale und der Dämmschicht einen Toleranzraum von 1 bis 2 cm einzupla­nen. Dies einerseits zum Ausgleich allfäl­liger Massdifferenzen und um das Ver­setzen der Steine zu erleichtern. Ander­seits kann damit bei Wasserinfiltration die Feuchtigkeitsaufnahme der Dämm­schicht weitgehend vermieden werden.

Aussenschale

Die äussere Mauerschale dient in erster Linie als Schutzschicht gegen die Witte­rungseinflüsse und liefert einen Beitrag zur Erhöhung der Wärmespeicherfähig­keit. Sie hat dem Schlagregen sowie dem Winddruck und Sog zu widerste­hen. Die statische Belastung ist im Gegensatz zur inneren Schale in der Regel unbedeutend. Die Wand muss vor allem ihr eigenes Gewicht tragen, in Einzelfällen eventuell auch Vordächer, Balkone oder Brüstungen . Trotzdem muss die äussere Schale des Zweischalenmauerwerks mit grosser Sorgfalt und unter Beachtung von einigen wichtigen bautechnischen Grundsätzen konstruiert und an der inneren Tragkonstruktion verankert werden. Die Ursache liegt bei der hohen Beanspruchung durch die Witterungseinflüsse und die Tempera­ turunterschiede. Es empfiehlt sich auf­grund langjähriger Erfahrung, die Dicke der Aussenschale mit mindestens 12 bis 15 cm zu wählen und mit Zementmörtel zu vermauern. Jedenfalls ist gemäss Norm SIA  177  eine  Mindestdicke  von 12 cm vorgeschrieben.

Temperatur-Beanspruchung

Die äussere Schale ist den klimabeding­ten Temperaturunterschieden in bedeu­tendem Mass ausgesetzt. Einerseits sind dies die langzeitlichen Schwankun­gen der Aussentemperatur zwischen Sommer und Winter. Anderseits können aber Temperaturdifferenzen auch kurz­fristig oder plötzlich auftreten, z. B. durch die Schwankungen zwischen Tag und Nacht oder bei Abkühlung einer sonnen­erwärmten Wand durch kaltes Regen­wasser.

Temperaturdifferenzen

Für die Beurteilung des Temperaturver­haltens einer Aussenschale muss mit folgenden Temperaturdifferenzen der mittleren Temperatur einer Wandpartie gerechnet werden :
Differenzen im Tagesablauf:

• sehr helle Wände: 15 bis 20 K
• dunklere Wände: 20 bis 25 K

Differenzen zwischen den Jahreszeiten:

• sehr helle Wände: – 20 °C bis + 30 °C = 50 K
• dunklere Wände: – 20 °C bis + 40 °C = 60 K

Ausgehend von ca. 10 °C als Grundtem­peratur muss also für die Berechnung der maximalen Längenänderungen min­ destens eine Temperaturdifferenz von ± 30  K  eingesetzt  werden.  Die  in der Norm SIA 160 festgehaltenen Tempera­turdifferenzen (+ 20 , – 10°C) genügen für die äussere Schale eines Zweischa­lenmauerwerks nicht, da diese den Schwankungen der Aussentemperatur stärker ausgesetzt ist als das Gesamt­bauwerk.

Die Temperaturdifferenzen zwischen Aussenseite und Innenseite der Schale können bis zu 15 K betragen.

Wärmedehnung des Mauerwerks

Das Backsteinmauerwerk gehört zu den Baukonstruktionen mit der geringsten Wärmedehnung.

Trotzdem müssen die Längenänderun­gen der Aussenschale bei der Planung berücksichtigt werden. Eine 10m lange Wand dehnt sich bei angenommenen Temperaturdifferenzen von +30 K zwar nur um +1,5 mm. Wenn die Wand diese Bewegungen aber nicht weitgehend zwängungsfrei ausführen kann, können Rissbildungen auftreten.

Die folgenden Voraussetzungen für eine ausreichende Bewegungsfreiheit in Wandebene der Aussenschale sind not­wendig :

• Sorgfältiges Vermeiden von Kraftbrücken zwischen Tragkonstruktion und Aussenschale (z. B. Mörtel, Dachspar­ren, Fenster )
• Richtig angeordnete, zweckmässige Zweischalen-Anker
• Angemessene Anordnung von Deh­nungsfugen (Bewegungsfugen, Blind­fugen)

Dehnungsfugen

Die Unterteilung oder Trennung der Aus­senschale in Dilatations- Abschnitte be­dingt die Anordnung von Dehnungsfu­gen. In der Praxis ist es allerdings oft schwierig, eine sinnvolle Fugeneintei­lung festzulegen . Einerseits gilt es, Riss­bildungen mit möglichst grosser Sicher­heit auszuschliessen. Anderseits wird man aber aus architektonischen und ästhetischen Gründen sowie in Berücksichtigung der Kosten und des Gebäu­deunterhalts danach trachten, die Fugen auf ein Minimum zu beschränken . In diesem Zusammenhang müssen auch die Möglichkeiten der Lagerfugenarmie­rung in Betracht gezogen werden, welche wesentlich zur Vermeidung von Rissbildungen beitragen können. Als Grundprinzip gilt, dass Bewegungs­fugen dort angeordnet werden sollen, wo das Mauerwerk reissen würde, wenn keine Fugen vorhanden wären. Ein«wahrscheinliches Rissbild» ist aber nicht immer leicht zu erkennen, hängt es doch von sehr vielen Gegebenheiten und Einflüssen ab. Insbesondere die fol­genden Faktoren können von Bedeu­tung sein:

• Länge und Höhe der Wand
• Grösse und Geometrie der Wandfläche
• Lage und Grösse der Öffnungen
• Dicke der Aussenschale
• Auflagerung der Wand
• unterschiedliche Belastung der Wand (tragend/nichttragend)
• Intensität der Sonnenbestrahlung
• Farbton der Fassadenoberfläche
• Grösse des Dachvorsprunges
• klimatische Verhältnisse
• geographische Orientierung

Die hauptsächlichsten konstruktiven Gegebenheiten, welche bei der Anordnung der Dehnungsfugen berücksichtigt werden müssen sind die folgenden:

längere, zusammenhängende Mauerscheiben: bei den gebräuchlichsten Schalendicken von 12-15 cm werden meistens die Hauptecken eines Gebäudes getrennt und lange Fassadenflächen in Abschnitte von ca. 8-12 m unterteilt. Dabei gilt der kleinere Wert für dünnere, niedrigere und durch äussere Einflüsse stark belastete Wände, der grössere für dickere, höhere und besser geschützte Wände. unter Berücksichtigung aller ins Gewicht fallenden Faktoren müssen die Planer entscheiden, ob diese Fugenabstände überschritten werden dürfen oder noch eingeschränkt werden müssen. Wenn die überlegungen des Ingenieurs zu einer Eckausbildung ohne Trennung führen, dann muss einwandfrei im Eckverband gemauert werden ausserdem dürfen in diesem Fall keine Anker in der Nähe der Wand (Abstand mindestens 1 m) angeordnet werden. es empfiehlt sich auch, mindestens in jede 4. Lagerfuge einen Eckbügel einzulegen.

Trennung gegenüber Tragkonstruktion: überall dort, wo die äussere Schale gegen tragende Bauteile stösst, ist eine einwandfreie Trennung notwendig.

Balkone: sowohl bei der vollkommenen Trennung der Balkone von der inneren Tragkonstruktion, wie auch bei  auskragenden Lösungen (eventuell mit handelsüblichen, wärmegedämmten Kragarmplattenanschlüssen) ist es in der Regel notwendig, die auf den Balkonplatten auf gelagerten Wandpartien von den ausserhalb der Balkone durchlaufenden zu trennen.

Tragende Teile der Aussenschale: wenn die Aussenschale belastet wird (zum Beispiel durch getrennte Balkone oder vor Dächer), Ist es meistens notwendig, diese tragenden Partien von den nicht tragenden zu trennen.

Tür-und Fensteröffnungen, Dachanschluss: Anschlusskonstruktionen, Isolationsanschlüsse und Abdeckungen müssen so ausgebildet werden, dass kein Widerstand gegen die Temperaturverformung der äusseren Schale entstehen kann.

Verschiedene Materialien innerhalb der Aussenschale: werden ausnahmsweise verschiedene Materialien kombiniert (zum Beispiel Betonstürze oder Betonriegel), kann es sinnvoll sein, Blindfugen anzuordnen, um allfällige Rissbildungen infolge unterschiedlichen Temperaturverhaltens Rechnung zu tragen. Wenn bei verputzte Mauerwerk auf entsprechende Blindfugen verzichtet wird, muss eine  Putzalarmierung eingelegt werden.

Dehnungsfugen funktionieren auf die Dauer nur einwandfrei, wenn die Ausbildung mit einem bewährten System und durch sorgfältige Bauausführung erfolgt. Die Fugenbreite in Abhängigkeit vom gewählten Dichtungsmaterial muss die errechneten Längenänderungen infolge Temperaturdehnung aufnehmen können, bei Ecken in beiden Richtungen. Ausserdem müssen die beiden Wandteile vollständig voneinander getrennt sein durch ein geeignetes, weiches Füllmaterial. je nach Fugensystem hat sich eine Fugenbreite von 10-30 mm bewährt.

Die folgenden Fugensysteme sind gebräuchlich:

• Dauerelastische Dichtungsmassen
• elastische Profildichtungen

Verankerung

Die äussere Schale muss zur Gewährleistung der Standsicherheit (Stabilität) mit der Tragkonstruktion verbunden werden. Da der Verbund zwischen den beiden Mauerschalen aus Gründen der Wärmedämmung (Wärmebrücken) und der Bewegungsfreiheit der Aussenschale in Wandebene (Temperaturdehnung) aber grundsätzlich unerwünscht ist, darf die Verankerung nur durch spezielle und richtig angeordnete 2 Schalenanker erfolgen. Alle übrigen Kontakte, zum Beispiel verursacht durch Mörtelbrücken,  Sparren durch Führungen oder Fensterrahmen, sind sorgfältig zu vermeiden. selbstverständlich muss für die möglichst schwingungsfreie Verankerung der Aussenschale auch eine ausreichende Stabilität der inneren  Tragkonstruktion vorausgesetzt werden. Insbesondere in horizontaler Richtung ist die Ausschweifung durch Querwände oder Stahlbetonkonstruktionen sicherzustellen (zum Beispiel bei Giebel Wänden). Die beiden Mauerwerksschalen dazu in der Regel allein nicht in der Lage.

Ankertypen

Verschiedene Anker sind gebräuchlich und haben sich in der Praxis bewährt. Es ist in der Regel Aufgabe des projektierten Ingenieurs, den geeigneten Typ und die Anordnung am Bauwerk zu bestimmen. die Wahl des Ankers und der Einbauart hängen wesentlich mit dem Bauvorgang zusammen. Entsprechende Hinweise sind im Kapitel Ausführung auf der Baustelle zusammengefasst. Bei allen Fabrikate sind Typen lieferbar, welche beidseitig in die Lagerfugen eingelegt werden können. Voraussetzung für die angegebenen Verankerungskräfte ist das ein Mörtel mit einer Mörtelqualität entsprechend dem Zementmörtel gemäss Norm  SIA 177.Es sind aber auch Ankertypen vorhanden, welche in die Schalung eingelegt und ein betoniert, oder solche, die im Mauerwerk oder Beton eingedübelt werden können.

Da die Anker zwischen den beiden Schalen nicht vollkommen vor Korrosionseinflüssen geschützt sind, werden sie ausschliesslich aus nicht rostendem Stahl fabriziert. Gängige Typen sind Spiralanker, J  Bügel, Z Bügel,  Federanker.

Anordnung der Anker

Die Ankerverbindungen müssen senkrecht zur Mauerebene Zug-und Druckkräfte übertragen können. Dabei müssen sie aber dem durch die Temperaturänderungen sowie durch Schwinden und Kriechen bedingten, allseitigen Bewegungen der Schalen parallel zur Mauerebene folgen. Die Aussenschale soll sich dehnen und zusammenziehen können, ohne dass dabei zweckgebunden entstehen oder die Anker überbeansprucht werden. am gebräuchlichsten ist die Anordnung der Anker ihr in horizontalen Reihen, in der Regel pro Geschoss in die 1. oder 2. Lagerfuge unterhalb der Decken oder Deckenhöhe. entweder werden die Anker hingegen überlegende Lagerfugen eingelegt und einige mehr tut, meist in die 1. oder 2. Lagerfuge unterhalb der decken, oder die Anker werden in den Betondecken verankert durch Einlegen in die Schalung und Einbetonieren oder Bohren und Fixieren mit einem geeigneten Verankerungssystem. auch wenn die Aussenschale erst nachträglich hochgezogen wird, kann die Befestigung Befestigung gewisser Ankertypen an der inneren Tragkonstruktion nachträglich mit Bohren und Verankerung erfolgen. neben der geschossweissen Anordnung der Ankerreihen ist auch eine mehr flächenartige Verankerungsart möglich. Wird die oberste Decke eines Gebäudes mithilfe von Gleitlager horizontal verschiedentlich gelagert, ist die Befestigung der Anker in der decken Stirne nicht zu empfehlen. Die direkte übertragung der Bewegungen der Betondecke könnten zu unerwünschten Beanspruchungen der Aussenschale. Die Dimensionierung der Verankerung, also die Bestimmung der erforderlichen Ankerabstände, wird durch die Windbelastung der Wand und die Tragkraft des gewählten   Ankertyps bestimmt. Berechnungsgrundlagen lassen erkennen, dass bei der erwähnten Verankerung mit einer Ankerleihe pro Geschoss, also im Wohnungsbau rot ca. 2.70 m die Sicherheit gegen Rissbildung infolge Windbelastung im obersten Stockwerk nur ca. 2 beträgt.Diese Sicherheit muss als knapp beurteilt werden, sodass es sich empfiehlt, vor allem bei höheren Gebäuden mindestens Bereich des obersten Stockwerks zusätzliche Anker oder Ankerreihen anzuordnen. auch neben grösseren Tür-oder Fensteröffnungen und bei schmalen Wandpfeilern sind zur Lastaufnahme und oder zur Sicherung der Stabilität in der Regel zusätzliche Anker notwendig, so wie auch am Rand von Dilatationsabschnitten neben den Fugen.

Armierung

Armierungseinlagen zur Vergrösserung der Tragfähigkeit und oder zur Aufnahme von Zwäng Spannungen können sowohl für die Innenschale als Teil der Tragkonstruktion auch für die Aussenschale zweckmässig sein. Insbesondere bei den Aussenschale, welche durch Temperatur-und Windbeanspruchung belastet sind, kann die riss Sicherheit in vielen Fällen durch die Einlage einer Lagerfugenarmierung oder vertikalen Armierung sichergestellt oder vergrössert werden.

Lagerfugenalarmierung

Die Lagerfugenarmierung der Aussenschale von 2 Schalenmauerwerk geschieht in 1. Linie mit den folgenden Zielsetzungen:

• Verstärkung der Gurt Streifen im Bereich der Ankerreihe zur Verteilung der Ankerkräfte
• Aufnahme der Zwängungs Kräfte bei längeren nicht die dilatierten Wänden
• Zusammenhalt von Mauerwerksscheiben bei grösseren Öffnungen oder Absätzen, insbesondere unter Fenstern und über Türen
• unter dicken Lagern oder im Bereich von Betonbrüstungen oder Riegeln
• Verstärkung von durchgemauerten Ecken

Die Sanierung der Lagerfugen erfolgt meist nach konstruktiven Gesichtspunkten und aufgrund der Erfahrung. Es gibt aber auch verschiedene Fälle, bei welchen eine rechnerische Erfassung möglich und sinnvoll ist.

Auszug aus  der Broschüre: Backsteinmauerwerk schweizerische Ziegelindustrie Oktober 1989