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Bauwerksdiagnose im Hochbau
Bedeutung und Moumlglichkeiten fuumlr die Bauaufsicht
Gerhard BREITSCHAFT DIBt Berlin
Kurzfassung Mit Hilfe zerstoumlrungsfreier Pruumlfungen eine Diagnose des Zustandes eines
Gebaumludes zu stellen ist fuumlr die Bauaufsicht eine sehr wichtige und interessante Verfahrensweise
Der Einsatz von Methoden die die Substanz nicht beschaumldigen ist fuumlr das Bauen im Bestand
besonders wertvoll Dort werden Informationen uumlber Belastung Abmessungen und
Materialeigenschaften hauptsaumlchlich uumlber Messungen und Pruumlfungen erhalten weil
Planungsunterlagen oft nicht mehr vorliegen oder nicht mehr zutreffend sind Je weniger dabei
vom Bestand zerstoumlrt wird desto wertvoller ist das Verfahren
Ebenso wichtig sind Diagnosemethoden um Schaumlden in bestehenden Bauwerken aufzuspuumlren die
planmaumlszligig nicht veraumlndert werden sollen wo jedoch die Standsicherheit uumlberpruumlft werden soll
Dieses Problem hat die Bauaufsicht zur Zeit bei feuerverzinkten Stahlkonstruktionen In den
Jahren 2000 bis 2006 wurde deutschlandweit aus oumlkonomischen und aumlsthetischen Gruumlnden mit
neuen Zinkbadzusammensetzungen beim Feuerverzinken gearbeitet Diese Legierungen erweisen
sich heute als sehr aggressiv und es scheint erwiesen dass sie die Fluumlssigmetallversproumldung stark
beguumlnstigt haben Es gilt nun beschaumldigte Bauwerke zu finden wobei mit bloszligem Auge nicht
erkennbare Risse unterhalb der Zinkschichten gesucht werden ohne diese zu zerstoumlren
Im Glasbau wird der Einsatz von Pruumlfmethoden geschildert die im Rahmen der Bauuumlberwachung
von Neubauten bauaufsichtlich erforderlich sind Hier wird auch die Notwendigkeit der
Entwicklung weiterer Verfahren aufgezeigt weil im Zuge der verschiedenen erforderlichen
Nachweise nach wie vor viel teure Scheiben zerstoumlrt werden muumlssen
Die gesamte Sicherheitstheorie basiert auf Messungen und deren statistischer Auswertungen
sowie auf Erfahrungen Wenn mit zusaumltzlichen oder verbesserten Messungen und Pruumlfungen die
Unsicherheit fuumlr die Modelle bei den Einwirkungen den Abmessungen und bei den
Materialkennwerten vermindert werden koumlnnte dann waumlre auch eine Reduzierung bei den
Teilsicherheitsbeiwerten moumlglich Das gilt fuumlr Bestand wie Neubau gleichermaszligen Belastbare
quantitative Angaben zur Reduktion der Sicherheitsbeiwerte in Abhaumlngigkeit von zusaumltzlichen
Messungen liegen aber noch nicht vor
Einfuumlhrung
In diesem Beitrag werden keine neuen Pruumlfungsmethoden zur Bauwerksdiagnose vorgestellt es wird
vielmehr die Notwendigkeit und die Bedeutung der zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dargelegt Anhand von
Beispielen schon bewaumlhrter Methoden die im bauaufsichtlichen Verfahren Bedeutung haben werden
Wuumlnsche an zukuumlnftige technische Entwicklungen geaumluszligert die fuumlr die Bauaufsicht und alle am Bau
Beteiligten groszlige Erleichterung bringen wuumlrden Dazu sollen vier Felder beleuchtet werden die zur
Zeit die aktuellen Diskussionen beherrschen und in denen die zerstoumlrungsfreie Pruumlfung eine wichtige
Rolle spielt oder spielen sollte Das sind
Bauen im Bestand - Feststellung von Materialeigenschaften Modellsicherheit und
Restlebensdauer
Auffinden von Schaumlden in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
Bauuumlberwachung im Neubau von Glaskonstruktionen
Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Ganz allgemein kann auch ohne genaue Kenntnis der Sicherheitstheorie festgestellt werden dass je
mehr von einem Bauwerk und seiner Beanspruchung bekannt ist desto geringer koumlnnen die
Sicherheitsaufschlaumlge und damit auch die wirtschaftlichen Belastungen fuumlr den Bauherrn sein
Fachtagung Bauwerksdiagnose 2008 - Vortrag 04Praktische Anwendungen Zerstoumlrungsfreier Pruumlfungen und Zukunftsaufgaben
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Die zerstoumlrungsfreie Pruumlfung koumlnnte zur Erlangung dieser Kenntnisse dabei eine Schluumlsselstellung
einnehmen
1 Bauen im Bestand
Schon seit einigen Jahren insbesondere nachdem die groszligen Bauprojekte im Zuge der
Wiedervereinigung im Wesentlichen abgeschlossen sind wird von allen am Bau Beteiligten
festgestellt dass der Anteil des Bauens im Bestand gegenuumlber den Neubauten staumlndig zunimmt
Die Gruumlnde dafuumlr sind allgemein bekannt Nach dem Wiederaufbau infolge des Zweiten
Weltkriegs und nach der Wiedervereinigung ist Deutschland fertig gebaut so dass bei gleichzeitiger
ruumlcklaumlufiger Bevoumllkerungsentwicklung eine Ruumlckkehr der regen Neubautaumltigkeit vergangener Jahre
ausgeschlossen erscheint Die nun riesigen vorhandenen Baubestaumlnde muumlssen wenn sie nicht sogar
ruumlckgebaut werden instand gehalten werden oder sie sind wegen einer erforderlichen Umnutzung
umzubauen oder zu verstaumlrken
Zusammen mit einem stark gestiegenen Bewusstsein bezuumlglich erforderlicher
Ressourcenschonung oder der Reduktion von Kohlendioxid ist der Wert des Bestandes auch im
Mittelpunkt des Nachhaltigen Bauens was zur Zeit ein groszliger Forschungsschwerpunkt ist vgl [1]
Das Bauen im Bestand wird also zumindest in Deutschland und den meisten europaumlischen Laumlndern die
Bauaufgabe der Zukunft sein
Bauen im Bestand am Neuen Museum in Berlin
Fuumlr das Eingreifen in den Bestand ist es unabdingbar den Zustand einer vorliegenden
Konstruktion so gut wie moumlglich zu kennen um erforderliche Instandhaltungsmaszlignahmen
festzustellen oder Moumlglichkeiten fuumlr Veraumlnderungen an der bestehenden Struktur planen zu koumlnnen
Dabei muumlssen Informationen bezuumlglich des Materials seine Verteilung Festigkeit und Dauerhaftigkeit
vorliegen es ist das statische Modell mit allen relevanten Abmessungen zu ermitteln und auch die
vorhandenen und noch zu erwartenden Einwirkungen so realistisch wie moumlglich abzuschaumltzen Diese
Informationen werden teilweise durch alte Planungsunterlagen erhalten die aber leider oft nicht oder
nur unvollstaumlndig vorliegen und auch nur den ehemals geplanten Zustand darstellten Dieser geplante
Zustand kann schon durch die ehemalige Bauausfuumlhrung nicht erreicht worden sein oder er hat sich im
Laufe der Zeit durch zeitabhaumlngiges Materialverhalten oder unvorhergesehene Nutzung und Belastung
veraumlndert
Genau an dieser Stelle kommt nun die groszlige Bedeutung von Pruumlfungen und Messungen zum
Tragen die natuumlrlich moumlglichst zerstoumlrungsfrei sein sollten um nicht noch unnoumltigen Schaden zu
2
verursachen Erwartet werden Informationen zu Materialfestigkeiten und Festigkeiten von
Verbindungen (zB Leimverbindungen Schweiszligverbindungen) zu Verteilungen beispielsweise von
Stahleinlagen im Beton Schaumlden unterhalb von Beschichtungen Tiefe von Korrosions- Frost- oder
Brandschaumlden uvm Zur Bestimmung des vorliegenden statischen Systems sind die genauen
Abmessungen (Laumlngen und Dicken) festzustellen wie auch die realistische Abschaumltzung der
Lagerungsbedingungen (Einspanngrade elastische Lagerungen Durchlaufwirkung etc)
Das ehemalige Hotel Esplanade waumlhrend der Integration ins Sony Center
Zur Feststellung der genannten Informationen existieren groumlszligtenteils schon Pruumlf- und
Messverfahren die aber zum Teil noch nicht ausreichend bekannt oder etabliert sind Neben der
Weiter- und Neuentwicklung von derartigen Verfahren ist auch die Information von Bauherren und
Baubehoumlrden uumlber die moumlglichen Pruumlfmethoden eine Aufgabe der Zukunft so dass die schon
entwickelten Methoden mehr im bauaufsichtlichen Verfahren genutzt werden koumlnnen So werden
beispielsweise immer noch sehr viel Bohrkerne in Betonbauwerken gezogen obwohl es eigentlich
ausreichend viele zerstoumlrungsfreie Verfahren zur Festigkeitsermittlung gibt
2 Auffinden von Schaumlden in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
Diese Problematik ist derzeit fuumlr die Bauaufsicht von hoher Prioritaumlt weil eine Reihe von
Schadensfaumlllen bekannt geworden ist Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen haben hier groumlszligte Bedeutung
Die Rissbildung bei feuerverzinkten Stahlkonstruktionen ist ein schon seit langem bekanntes
Phaumlnomen im Stahlbau [2] Dafuumlr werden in der Literatur Begriffe wie Rotbruumlchigkeit Loumltbruumlchigkeit
Fluumlssigmetallversproumldung fluumlssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion oder im Englischen Liquid
Metal Embrittlement (LME) und Liquid Metal Assisted Cracing (LMAC) verwendet
Die vereinzelt festgestellten Risse waren aber vom Ausmaszlig her fuumlr die Standsicherheit und die
Wirtschaftlichkeit dieser Art des Korrosionsschutzes bis zum Ende der neunziger Jahre kein groumlszligeres
Problem
Ab dem Jahr 2000 wurden jedoch vermehrt Schaumlden an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
festgestellt Ein Beispiel welches fruumlhzeitig in der Oumlffentlichkeit bekannt wurde war der Teileinsturz
eines Parkhauses in Koumlln Zahlreiche kleinere Maumlngel in anderen Konstruktionen waren den
Stahlbaufirmen oder den Verzinkereien schon vor dem Einbau aufgefallen so dass diese gar nicht erst
oumlffentlich bekannt wurden Ende 2005 wurden dann aber vom zustaumlndigen Pruumlfingenieur zahlreiche
Risse in der Uumlberdachung des Fritz-Walter-Stadion in Kaiserslautern festgestellt Das Ausmaszlig dieser
3
Schaumlden war so groszlig dass die Standsicherheit erheblich gefaumlhrdet war und sehr aufwaumlndige
Sanierungsmaszlignahmen erforderlich wurden
Ausgebaute gerissene feuerverzinkte Stahltraumlger des Fritz-Walter-Stadions
Infolge weiterer Untersuchungen vgl [3] die von der Bauaufsicht initiiert wurden konnten
dann weitere spektakulaumlre Schaumlden entdeckt werden Beispiele sind das Fuszligballstadion in Mainz das
Hockeystadion in Moumlnchengladbach die Mehrzweckhalle Ballhausforum bei Muumlnchen und eine
Abfertigungshalle in Ramstein
Damit es zur Rissbildung kommt sind in der Regel mehrere nachteilige Einfluumlsse erforderlich
vgl [4] Dazu gehoumlren beispielsweise die Eintauchgeschwindigkeit das Flussmittel
Kaltumformungen Loumlcher Schweiszlignaumlhte und Querschnittsspruumlnge aber in erster Linie ist die
Legierung der Zinkbadschmelze fuumlr die Neigung zur Rissbildung verantwortlich
Bei der Fluumlssigmetallversproumldung dringt fluumlssiges niedrig schmelzendes Metall entlang der
Korngrenzen des festen Stahls in den Werkstoff ein und trennt dabei die Korngrenzen auf Durch
innere Spannungszustaumlnde eine laumlngere Verweildauer im Zinkbad und durch besonders aggressive
Legierungsbestandteile wird dieser Effekt noch wesentlich beeinflusst und verstaumlrkt
Der Grund dafuumlr dass die Risse vermehrt nach dem Jahr 1999 festgestellt wurden liegt darin dass ab
dem Jahr 2000 verbreitet mit neuen Zinkbadzusammensetzungen gearbeitet wurde Insbesondere
wurden den Zinkbaumldern stark erhoumlhte Anteile von Zinn (1-12 ) und veraumlnderte Zusaumltze von Wismut
und Blei beigegeben Der Vorteil dieser Schmelzen war die Ausbildung duumlnner glatter und
gleichmaumlszligiger Zinkoberflaumlchen auf den Bauteilen
Aber leider hat sich nun herausgestellt dass insbesondere das Metall Zinn ein sehr aggressiver
Bestandteil in der Zinkbadlegierung ist der das plastische Dehnvermoumlgen der Stahlbauteile erheblich
reduziert und somit die Rissbildung maszliggeblich beeinflusst
Eine sehr unangenehme Tatsache ist dass in vielen Faumlllen die Risse mit Zinn und Zink gefuumlllt
sind und von der Zinkschicht verdeckt werden so dass sie nur in Ausnahmefaumlllen mit bloszligem Auge
erkennbar sind Auf Grund dessen muss befuumlrchtet werden dass es noch eine unbekannte Anzahl von
geschaumldigten Konstruktionsteilen gibt die im Zeitraum von 2000 bis 2006 in aggressiven Baumldern
verzinkt wurden
Riss
Riss
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Typischer Riss nach dem Feuerverzinken der oft nur mit dem Magnetpulververfahren zu entdecken ist
Auch hier wird wieder deutlich wie wichtig es ist zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden zur
Verfuumlgung zu haben um verdeckte Risse feststellen zu koumlnnen Da fuumlr nur auf Verdacht veranlasste
Untersuchungen die vor Korrosion schuumltzende Zinkschicht moumlglichst nicht beschaumldigt werden soll
sind Methoden erforderlich die Schaumlden durch diese hindurch erkennen koumlnnen Bislang werden Risse
hauptsaumlchlich mit einem etwas modifizierten Magnetpulververfahren (mit staumlrkerer
Durchmagnetisierung) entdeckt Es gibt aber auch schon erste Erfahrungen mit thermographischen
Methoden und mit der Ultraschallpruumlfung Insgesamt ist aber festzustellen dass es nicht ausreichend
viele Einrichtungen oder Pruumlfer gibt die sicher Risse unterhalb von Zinkschichten erkennen koumlnnen
Fuumlr den Fall dass noch flaumlchendeckende Untersuchungen erforderlich werden ist hinsichtlich der
verfuumlgbaren Pruumlfeinrichtungen und Pruumlfmethoden wahrscheinlich ein Engpass zu erwarten
3 Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen im Glasbau
Ein weiteres fuumlr die Bauaufsicht wichtiges Feld wo zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen verbreitet eingesetzt
werden ist der Glasbau
Fuumlr Jedermann erkennbar erfaumlhrt der Glasbau seit Beginn der neunziger Jahre einen starken
Aufschwung im Vergleich zu anderen Bauarten Natuumlrlich war auch das Bauen mit Glas von den
wirtschaftlichen Schwierigkeiten der vergangenen Jahre betroffen im Vergleich zu den anderen
Baustoffen war hier immer ein Zuwachs zu verzeichnen Sicherlich ist der Anstieg dieser Bauweise
den derzeitigen Vorlieben von Architekten und Bauherren zu verdanken er ist aber erst durch die
Entwicklung von zuverlaumlssig tragfaumlhigen und planbaren Glasarten moumlglich geworden Aus
bauaufsichtlicher Sicht ermoumlglicht erst diese Zuverlaumlssigkeit in den Materialfestigkeiten die
Genehmigungsfaumlhigkeit Trotz der groszligen Fortschritte in der technischen Entwicklung auch tragender
Bauteile ist das Glas im Vergleich zu Stahl und Beton noch ein sehr junger Konstruktionswerkstoff zu
dessen Beschreibung noch relativ wenige Erfahrungen vorliegen So gibt es zwar schon zahlreiche
Zulassungen und einige Richtlinien aber noch keine umfassend anwendbare Bemessungsnorm
Eine Ursache dafuumlr sind die im Vergleich zu den anderen Baustoffen hohen Streuungen der
Festigkeiten und die geringe Duktilitaumlt des Materials Glas
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Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
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Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
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Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
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Die zerstoumlrungsfreie Pruumlfung koumlnnte zur Erlangung dieser Kenntnisse dabei eine Schluumlsselstellung
einnehmen
1 Bauen im Bestand
Schon seit einigen Jahren insbesondere nachdem die groszligen Bauprojekte im Zuge der
Wiedervereinigung im Wesentlichen abgeschlossen sind wird von allen am Bau Beteiligten
festgestellt dass der Anteil des Bauens im Bestand gegenuumlber den Neubauten staumlndig zunimmt
Die Gruumlnde dafuumlr sind allgemein bekannt Nach dem Wiederaufbau infolge des Zweiten
Weltkriegs und nach der Wiedervereinigung ist Deutschland fertig gebaut so dass bei gleichzeitiger
ruumlcklaumlufiger Bevoumllkerungsentwicklung eine Ruumlckkehr der regen Neubautaumltigkeit vergangener Jahre
ausgeschlossen erscheint Die nun riesigen vorhandenen Baubestaumlnde muumlssen wenn sie nicht sogar
ruumlckgebaut werden instand gehalten werden oder sie sind wegen einer erforderlichen Umnutzung
umzubauen oder zu verstaumlrken
Zusammen mit einem stark gestiegenen Bewusstsein bezuumlglich erforderlicher
Ressourcenschonung oder der Reduktion von Kohlendioxid ist der Wert des Bestandes auch im
Mittelpunkt des Nachhaltigen Bauens was zur Zeit ein groszliger Forschungsschwerpunkt ist vgl [1]
Das Bauen im Bestand wird also zumindest in Deutschland und den meisten europaumlischen Laumlndern die
Bauaufgabe der Zukunft sein
Bauen im Bestand am Neuen Museum in Berlin
Fuumlr das Eingreifen in den Bestand ist es unabdingbar den Zustand einer vorliegenden
Konstruktion so gut wie moumlglich zu kennen um erforderliche Instandhaltungsmaszlignahmen
festzustellen oder Moumlglichkeiten fuumlr Veraumlnderungen an der bestehenden Struktur planen zu koumlnnen
Dabei muumlssen Informationen bezuumlglich des Materials seine Verteilung Festigkeit und Dauerhaftigkeit
vorliegen es ist das statische Modell mit allen relevanten Abmessungen zu ermitteln und auch die
vorhandenen und noch zu erwartenden Einwirkungen so realistisch wie moumlglich abzuschaumltzen Diese
Informationen werden teilweise durch alte Planungsunterlagen erhalten die aber leider oft nicht oder
nur unvollstaumlndig vorliegen und auch nur den ehemals geplanten Zustand darstellten Dieser geplante
Zustand kann schon durch die ehemalige Bauausfuumlhrung nicht erreicht worden sein oder er hat sich im
Laufe der Zeit durch zeitabhaumlngiges Materialverhalten oder unvorhergesehene Nutzung und Belastung
veraumlndert
Genau an dieser Stelle kommt nun die groszlige Bedeutung von Pruumlfungen und Messungen zum
Tragen die natuumlrlich moumlglichst zerstoumlrungsfrei sein sollten um nicht noch unnoumltigen Schaden zu
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verursachen Erwartet werden Informationen zu Materialfestigkeiten und Festigkeiten von
Verbindungen (zB Leimverbindungen Schweiszligverbindungen) zu Verteilungen beispielsweise von
Stahleinlagen im Beton Schaumlden unterhalb von Beschichtungen Tiefe von Korrosions- Frost- oder
Brandschaumlden uvm Zur Bestimmung des vorliegenden statischen Systems sind die genauen
Abmessungen (Laumlngen und Dicken) festzustellen wie auch die realistische Abschaumltzung der
Lagerungsbedingungen (Einspanngrade elastische Lagerungen Durchlaufwirkung etc)
Das ehemalige Hotel Esplanade waumlhrend der Integration ins Sony Center
Zur Feststellung der genannten Informationen existieren groumlszligtenteils schon Pruumlf- und
Messverfahren die aber zum Teil noch nicht ausreichend bekannt oder etabliert sind Neben der
Weiter- und Neuentwicklung von derartigen Verfahren ist auch die Information von Bauherren und
Baubehoumlrden uumlber die moumlglichen Pruumlfmethoden eine Aufgabe der Zukunft so dass die schon
entwickelten Methoden mehr im bauaufsichtlichen Verfahren genutzt werden koumlnnen So werden
beispielsweise immer noch sehr viel Bohrkerne in Betonbauwerken gezogen obwohl es eigentlich
ausreichend viele zerstoumlrungsfreie Verfahren zur Festigkeitsermittlung gibt
2 Auffinden von Schaumlden in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
Diese Problematik ist derzeit fuumlr die Bauaufsicht von hoher Prioritaumlt weil eine Reihe von
Schadensfaumlllen bekannt geworden ist Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen haben hier groumlszligte Bedeutung
Die Rissbildung bei feuerverzinkten Stahlkonstruktionen ist ein schon seit langem bekanntes
Phaumlnomen im Stahlbau [2] Dafuumlr werden in der Literatur Begriffe wie Rotbruumlchigkeit Loumltbruumlchigkeit
Fluumlssigmetallversproumldung fluumlssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion oder im Englischen Liquid
Metal Embrittlement (LME) und Liquid Metal Assisted Cracing (LMAC) verwendet
Die vereinzelt festgestellten Risse waren aber vom Ausmaszlig her fuumlr die Standsicherheit und die
Wirtschaftlichkeit dieser Art des Korrosionsschutzes bis zum Ende der neunziger Jahre kein groumlszligeres
Problem
Ab dem Jahr 2000 wurden jedoch vermehrt Schaumlden an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
festgestellt Ein Beispiel welches fruumlhzeitig in der Oumlffentlichkeit bekannt wurde war der Teileinsturz
eines Parkhauses in Koumlln Zahlreiche kleinere Maumlngel in anderen Konstruktionen waren den
Stahlbaufirmen oder den Verzinkereien schon vor dem Einbau aufgefallen so dass diese gar nicht erst
oumlffentlich bekannt wurden Ende 2005 wurden dann aber vom zustaumlndigen Pruumlfingenieur zahlreiche
Risse in der Uumlberdachung des Fritz-Walter-Stadion in Kaiserslautern festgestellt Das Ausmaszlig dieser
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Schaumlden war so groszlig dass die Standsicherheit erheblich gefaumlhrdet war und sehr aufwaumlndige
Sanierungsmaszlignahmen erforderlich wurden
Ausgebaute gerissene feuerverzinkte Stahltraumlger des Fritz-Walter-Stadions
Infolge weiterer Untersuchungen vgl [3] die von der Bauaufsicht initiiert wurden konnten
dann weitere spektakulaumlre Schaumlden entdeckt werden Beispiele sind das Fuszligballstadion in Mainz das
Hockeystadion in Moumlnchengladbach die Mehrzweckhalle Ballhausforum bei Muumlnchen und eine
Abfertigungshalle in Ramstein
Damit es zur Rissbildung kommt sind in der Regel mehrere nachteilige Einfluumlsse erforderlich
vgl [4] Dazu gehoumlren beispielsweise die Eintauchgeschwindigkeit das Flussmittel
Kaltumformungen Loumlcher Schweiszlignaumlhte und Querschnittsspruumlnge aber in erster Linie ist die
Legierung der Zinkbadschmelze fuumlr die Neigung zur Rissbildung verantwortlich
Bei der Fluumlssigmetallversproumldung dringt fluumlssiges niedrig schmelzendes Metall entlang der
Korngrenzen des festen Stahls in den Werkstoff ein und trennt dabei die Korngrenzen auf Durch
innere Spannungszustaumlnde eine laumlngere Verweildauer im Zinkbad und durch besonders aggressive
Legierungsbestandteile wird dieser Effekt noch wesentlich beeinflusst und verstaumlrkt
Der Grund dafuumlr dass die Risse vermehrt nach dem Jahr 1999 festgestellt wurden liegt darin dass ab
dem Jahr 2000 verbreitet mit neuen Zinkbadzusammensetzungen gearbeitet wurde Insbesondere
wurden den Zinkbaumldern stark erhoumlhte Anteile von Zinn (1-12 ) und veraumlnderte Zusaumltze von Wismut
und Blei beigegeben Der Vorteil dieser Schmelzen war die Ausbildung duumlnner glatter und
gleichmaumlszligiger Zinkoberflaumlchen auf den Bauteilen
Aber leider hat sich nun herausgestellt dass insbesondere das Metall Zinn ein sehr aggressiver
Bestandteil in der Zinkbadlegierung ist der das plastische Dehnvermoumlgen der Stahlbauteile erheblich
reduziert und somit die Rissbildung maszliggeblich beeinflusst
Eine sehr unangenehme Tatsache ist dass in vielen Faumlllen die Risse mit Zinn und Zink gefuumlllt
sind und von der Zinkschicht verdeckt werden so dass sie nur in Ausnahmefaumlllen mit bloszligem Auge
erkennbar sind Auf Grund dessen muss befuumlrchtet werden dass es noch eine unbekannte Anzahl von
geschaumldigten Konstruktionsteilen gibt die im Zeitraum von 2000 bis 2006 in aggressiven Baumldern
verzinkt wurden
Riss
Riss
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Typischer Riss nach dem Feuerverzinken der oft nur mit dem Magnetpulververfahren zu entdecken ist
Auch hier wird wieder deutlich wie wichtig es ist zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden zur
Verfuumlgung zu haben um verdeckte Risse feststellen zu koumlnnen Da fuumlr nur auf Verdacht veranlasste
Untersuchungen die vor Korrosion schuumltzende Zinkschicht moumlglichst nicht beschaumldigt werden soll
sind Methoden erforderlich die Schaumlden durch diese hindurch erkennen koumlnnen Bislang werden Risse
hauptsaumlchlich mit einem etwas modifizierten Magnetpulververfahren (mit staumlrkerer
Durchmagnetisierung) entdeckt Es gibt aber auch schon erste Erfahrungen mit thermographischen
Methoden und mit der Ultraschallpruumlfung Insgesamt ist aber festzustellen dass es nicht ausreichend
viele Einrichtungen oder Pruumlfer gibt die sicher Risse unterhalb von Zinkschichten erkennen koumlnnen
Fuumlr den Fall dass noch flaumlchendeckende Untersuchungen erforderlich werden ist hinsichtlich der
verfuumlgbaren Pruumlfeinrichtungen und Pruumlfmethoden wahrscheinlich ein Engpass zu erwarten
3 Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen im Glasbau
Ein weiteres fuumlr die Bauaufsicht wichtiges Feld wo zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen verbreitet eingesetzt
werden ist der Glasbau
Fuumlr Jedermann erkennbar erfaumlhrt der Glasbau seit Beginn der neunziger Jahre einen starken
Aufschwung im Vergleich zu anderen Bauarten Natuumlrlich war auch das Bauen mit Glas von den
wirtschaftlichen Schwierigkeiten der vergangenen Jahre betroffen im Vergleich zu den anderen
Baustoffen war hier immer ein Zuwachs zu verzeichnen Sicherlich ist der Anstieg dieser Bauweise
den derzeitigen Vorlieben von Architekten und Bauherren zu verdanken er ist aber erst durch die
Entwicklung von zuverlaumlssig tragfaumlhigen und planbaren Glasarten moumlglich geworden Aus
bauaufsichtlicher Sicht ermoumlglicht erst diese Zuverlaumlssigkeit in den Materialfestigkeiten die
Genehmigungsfaumlhigkeit Trotz der groszligen Fortschritte in der technischen Entwicklung auch tragender
Bauteile ist das Glas im Vergleich zu Stahl und Beton noch ein sehr junger Konstruktionswerkstoff zu
dessen Beschreibung noch relativ wenige Erfahrungen vorliegen So gibt es zwar schon zahlreiche
Zulassungen und einige Richtlinien aber noch keine umfassend anwendbare Bemessungsnorm
Eine Ursache dafuumlr sind die im Vergleich zu den anderen Baustoffen hohen Streuungen der
Festigkeiten und die geringe Duktilitaumlt des Materials Glas
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Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
6
Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
7
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
8
verursachen Erwartet werden Informationen zu Materialfestigkeiten und Festigkeiten von
Verbindungen (zB Leimverbindungen Schweiszligverbindungen) zu Verteilungen beispielsweise von
Stahleinlagen im Beton Schaumlden unterhalb von Beschichtungen Tiefe von Korrosions- Frost- oder
Brandschaumlden uvm Zur Bestimmung des vorliegenden statischen Systems sind die genauen
Abmessungen (Laumlngen und Dicken) festzustellen wie auch die realistische Abschaumltzung der
Lagerungsbedingungen (Einspanngrade elastische Lagerungen Durchlaufwirkung etc)
Das ehemalige Hotel Esplanade waumlhrend der Integration ins Sony Center
Zur Feststellung der genannten Informationen existieren groumlszligtenteils schon Pruumlf- und
Messverfahren die aber zum Teil noch nicht ausreichend bekannt oder etabliert sind Neben der
Weiter- und Neuentwicklung von derartigen Verfahren ist auch die Information von Bauherren und
Baubehoumlrden uumlber die moumlglichen Pruumlfmethoden eine Aufgabe der Zukunft so dass die schon
entwickelten Methoden mehr im bauaufsichtlichen Verfahren genutzt werden koumlnnen So werden
beispielsweise immer noch sehr viel Bohrkerne in Betonbauwerken gezogen obwohl es eigentlich
ausreichend viele zerstoumlrungsfreie Verfahren zur Festigkeitsermittlung gibt
2 Auffinden von Schaumlden in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
Diese Problematik ist derzeit fuumlr die Bauaufsicht von hoher Prioritaumlt weil eine Reihe von
Schadensfaumlllen bekannt geworden ist Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen haben hier groumlszligte Bedeutung
Die Rissbildung bei feuerverzinkten Stahlkonstruktionen ist ein schon seit langem bekanntes
Phaumlnomen im Stahlbau [2] Dafuumlr werden in der Literatur Begriffe wie Rotbruumlchigkeit Loumltbruumlchigkeit
Fluumlssigmetallversproumldung fluumlssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion oder im Englischen Liquid
Metal Embrittlement (LME) und Liquid Metal Assisted Cracing (LMAC) verwendet
Die vereinzelt festgestellten Risse waren aber vom Ausmaszlig her fuumlr die Standsicherheit und die
Wirtschaftlichkeit dieser Art des Korrosionsschutzes bis zum Ende der neunziger Jahre kein groumlszligeres
Problem
Ab dem Jahr 2000 wurden jedoch vermehrt Schaumlden an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen
festgestellt Ein Beispiel welches fruumlhzeitig in der Oumlffentlichkeit bekannt wurde war der Teileinsturz
eines Parkhauses in Koumlln Zahlreiche kleinere Maumlngel in anderen Konstruktionen waren den
Stahlbaufirmen oder den Verzinkereien schon vor dem Einbau aufgefallen so dass diese gar nicht erst
oumlffentlich bekannt wurden Ende 2005 wurden dann aber vom zustaumlndigen Pruumlfingenieur zahlreiche
Risse in der Uumlberdachung des Fritz-Walter-Stadion in Kaiserslautern festgestellt Das Ausmaszlig dieser
3
Schaumlden war so groszlig dass die Standsicherheit erheblich gefaumlhrdet war und sehr aufwaumlndige
Sanierungsmaszlignahmen erforderlich wurden
Ausgebaute gerissene feuerverzinkte Stahltraumlger des Fritz-Walter-Stadions
Infolge weiterer Untersuchungen vgl [3] die von der Bauaufsicht initiiert wurden konnten
dann weitere spektakulaumlre Schaumlden entdeckt werden Beispiele sind das Fuszligballstadion in Mainz das
Hockeystadion in Moumlnchengladbach die Mehrzweckhalle Ballhausforum bei Muumlnchen und eine
Abfertigungshalle in Ramstein
Damit es zur Rissbildung kommt sind in der Regel mehrere nachteilige Einfluumlsse erforderlich
vgl [4] Dazu gehoumlren beispielsweise die Eintauchgeschwindigkeit das Flussmittel
Kaltumformungen Loumlcher Schweiszlignaumlhte und Querschnittsspruumlnge aber in erster Linie ist die
Legierung der Zinkbadschmelze fuumlr die Neigung zur Rissbildung verantwortlich
Bei der Fluumlssigmetallversproumldung dringt fluumlssiges niedrig schmelzendes Metall entlang der
Korngrenzen des festen Stahls in den Werkstoff ein und trennt dabei die Korngrenzen auf Durch
innere Spannungszustaumlnde eine laumlngere Verweildauer im Zinkbad und durch besonders aggressive
Legierungsbestandteile wird dieser Effekt noch wesentlich beeinflusst und verstaumlrkt
Der Grund dafuumlr dass die Risse vermehrt nach dem Jahr 1999 festgestellt wurden liegt darin dass ab
dem Jahr 2000 verbreitet mit neuen Zinkbadzusammensetzungen gearbeitet wurde Insbesondere
wurden den Zinkbaumldern stark erhoumlhte Anteile von Zinn (1-12 ) und veraumlnderte Zusaumltze von Wismut
und Blei beigegeben Der Vorteil dieser Schmelzen war die Ausbildung duumlnner glatter und
gleichmaumlszligiger Zinkoberflaumlchen auf den Bauteilen
Aber leider hat sich nun herausgestellt dass insbesondere das Metall Zinn ein sehr aggressiver
Bestandteil in der Zinkbadlegierung ist der das plastische Dehnvermoumlgen der Stahlbauteile erheblich
reduziert und somit die Rissbildung maszliggeblich beeinflusst
Eine sehr unangenehme Tatsache ist dass in vielen Faumlllen die Risse mit Zinn und Zink gefuumlllt
sind und von der Zinkschicht verdeckt werden so dass sie nur in Ausnahmefaumlllen mit bloszligem Auge
erkennbar sind Auf Grund dessen muss befuumlrchtet werden dass es noch eine unbekannte Anzahl von
geschaumldigten Konstruktionsteilen gibt die im Zeitraum von 2000 bis 2006 in aggressiven Baumldern
verzinkt wurden
Riss
Riss
4
Typischer Riss nach dem Feuerverzinken der oft nur mit dem Magnetpulververfahren zu entdecken ist
Auch hier wird wieder deutlich wie wichtig es ist zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden zur
Verfuumlgung zu haben um verdeckte Risse feststellen zu koumlnnen Da fuumlr nur auf Verdacht veranlasste
Untersuchungen die vor Korrosion schuumltzende Zinkschicht moumlglichst nicht beschaumldigt werden soll
sind Methoden erforderlich die Schaumlden durch diese hindurch erkennen koumlnnen Bislang werden Risse
hauptsaumlchlich mit einem etwas modifizierten Magnetpulververfahren (mit staumlrkerer
Durchmagnetisierung) entdeckt Es gibt aber auch schon erste Erfahrungen mit thermographischen
Methoden und mit der Ultraschallpruumlfung Insgesamt ist aber festzustellen dass es nicht ausreichend
viele Einrichtungen oder Pruumlfer gibt die sicher Risse unterhalb von Zinkschichten erkennen koumlnnen
Fuumlr den Fall dass noch flaumlchendeckende Untersuchungen erforderlich werden ist hinsichtlich der
verfuumlgbaren Pruumlfeinrichtungen und Pruumlfmethoden wahrscheinlich ein Engpass zu erwarten
3 Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen im Glasbau
Ein weiteres fuumlr die Bauaufsicht wichtiges Feld wo zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen verbreitet eingesetzt
werden ist der Glasbau
Fuumlr Jedermann erkennbar erfaumlhrt der Glasbau seit Beginn der neunziger Jahre einen starken
Aufschwung im Vergleich zu anderen Bauarten Natuumlrlich war auch das Bauen mit Glas von den
wirtschaftlichen Schwierigkeiten der vergangenen Jahre betroffen im Vergleich zu den anderen
Baustoffen war hier immer ein Zuwachs zu verzeichnen Sicherlich ist der Anstieg dieser Bauweise
den derzeitigen Vorlieben von Architekten und Bauherren zu verdanken er ist aber erst durch die
Entwicklung von zuverlaumlssig tragfaumlhigen und planbaren Glasarten moumlglich geworden Aus
bauaufsichtlicher Sicht ermoumlglicht erst diese Zuverlaumlssigkeit in den Materialfestigkeiten die
Genehmigungsfaumlhigkeit Trotz der groszligen Fortschritte in der technischen Entwicklung auch tragender
Bauteile ist das Glas im Vergleich zu Stahl und Beton noch ein sehr junger Konstruktionswerkstoff zu
dessen Beschreibung noch relativ wenige Erfahrungen vorliegen So gibt es zwar schon zahlreiche
Zulassungen und einige Richtlinien aber noch keine umfassend anwendbare Bemessungsnorm
Eine Ursache dafuumlr sind die im Vergleich zu den anderen Baustoffen hohen Streuungen der
Festigkeiten und die geringe Duktilitaumlt des Materials Glas
5
Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
6
Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
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Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
8
Schaumlden war so groszlig dass die Standsicherheit erheblich gefaumlhrdet war und sehr aufwaumlndige
Sanierungsmaszlignahmen erforderlich wurden
Ausgebaute gerissene feuerverzinkte Stahltraumlger des Fritz-Walter-Stadions
Infolge weiterer Untersuchungen vgl [3] die von der Bauaufsicht initiiert wurden konnten
dann weitere spektakulaumlre Schaumlden entdeckt werden Beispiele sind das Fuszligballstadion in Mainz das
Hockeystadion in Moumlnchengladbach die Mehrzweckhalle Ballhausforum bei Muumlnchen und eine
Abfertigungshalle in Ramstein
Damit es zur Rissbildung kommt sind in der Regel mehrere nachteilige Einfluumlsse erforderlich
vgl [4] Dazu gehoumlren beispielsweise die Eintauchgeschwindigkeit das Flussmittel
Kaltumformungen Loumlcher Schweiszlignaumlhte und Querschnittsspruumlnge aber in erster Linie ist die
Legierung der Zinkbadschmelze fuumlr die Neigung zur Rissbildung verantwortlich
Bei der Fluumlssigmetallversproumldung dringt fluumlssiges niedrig schmelzendes Metall entlang der
Korngrenzen des festen Stahls in den Werkstoff ein und trennt dabei die Korngrenzen auf Durch
innere Spannungszustaumlnde eine laumlngere Verweildauer im Zinkbad und durch besonders aggressive
Legierungsbestandteile wird dieser Effekt noch wesentlich beeinflusst und verstaumlrkt
Der Grund dafuumlr dass die Risse vermehrt nach dem Jahr 1999 festgestellt wurden liegt darin dass ab
dem Jahr 2000 verbreitet mit neuen Zinkbadzusammensetzungen gearbeitet wurde Insbesondere
wurden den Zinkbaumldern stark erhoumlhte Anteile von Zinn (1-12 ) und veraumlnderte Zusaumltze von Wismut
und Blei beigegeben Der Vorteil dieser Schmelzen war die Ausbildung duumlnner glatter und
gleichmaumlszligiger Zinkoberflaumlchen auf den Bauteilen
Aber leider hat sich nun herausgestellt dass insbesondere das Metall Zinn ein sehr aggressiver
Bestandteil in der Zinkbadlegierung ist der das plastische Dehnvermoumlgen der Stahlbauteile erheblich
reduziert und somit die Rissbildung maszliggeblich beeinflusst
Eine sehr unangenehme Tatsache ist dass in vielen Faumlllen die Risse mit Zinn und Zink gefuumlllt
sind und von der Zinkschicht verdeckt werden so dass sie nur in Ausnahmefaumlllen mit bloszligem Auge
erkennbar sind Auf Grund dessen muss befuumlrchtet werden dass es noch eine unbekannte Anzahl von
geschaumldigten Konstruktionsteilen gibt die im Zeitraum von 2000 bis 2006 in aggressiven Baumldern
verzinkt wurden
Riss
Riss
4
Typischer Riss nach dem Feuerverzinken der oft nur mit dem Magnetpulververfahren zu entdecken ist
Auch hier wird wieder deutlich wie wichtig es ist zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden zur
Verfuumlgung zu haben um verdeckte Risse feststellen zu koumlnnen Da fuumlr nur auf Verdacht veranlasste
Untersuchungen die vor Korrosion schuumltzende Zinkschicht moumlglichst nicht beschaumldigt werden soll
sind Methoden erforderlich die Schaumlden durch diese hindurch erkennen koumlnnen Bislang werden Risse
hauptsaumlchlich mit einem etwas modifizierten Magnetpulververfahren (mit staumlrkerer
Durchmagnetisierung) entdeckt Es gibt aber auch schon erste Erfahrungen mit thermographischen
Methoden und mit der Ultraschallpruumlfung Insgesamt ist aber festzustellen dass es nicht ausreichend
viele Einrichtungen oder Pruumlfer gibt die sicher Risse unterhalb von Zinkschichten erkennen koumlnnen
Fuumlr den Fall dass noch flaumlchendeckende Untersuchungen erforderlich werden ist hinsichtlich der
verfuumlgbaren Pruumlfeinrichtungen und Pruumlfmethoden wahrscheinlich ein Engpass zu erwarten
3 Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen im Glasbau
Ein weiteres fuumlr die Bauaufsicht wichtiges Feld wo zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen verbreitet eingesetzt
werden ist der Glasbau
Fuumlr Jedermann erkennbar erfaumlhrt der Glasbau seit Beginn der neunziger Jahre einen starken
Aufschwung im Vergleich zu anderen Bauarten Natuumlrlich war auch das Bauen mit Glas von den
wirtschaftlichen Schwierigkeiten der vergangenen Jahre betroffen im Vergleich zu den anderen
Baustoffen war hier immer ein Zuwachs zu verzeichnen Sicherlich ist der Anstieg dieser Bauweise
den derzeitigen Vorlieben von Architekten und Bauherren zu verdanken er ist aber erst durch die
Entwicklung von zuverlaumlssig tragfaumlhigen und planbaren Glasarten moumlglich geworden Aus
bauaufsichtlicher Sicht ermoumlglicht erst diese Zuverlaumlssigkeit in den Materialfestigkeiten die
Genehmigungsfaumlhigkeit Trotz der groszligen Fortschritte in der technischen Entwicklung auch tragender
Bauteile ist das Glas im Vergleich zu Stahl und Beton noch ein sehr junger Konstruktionswerkstoff zu
dessen Beschreibung noch relativ wenige Erfahrungen vorliegen So gibt es zwar schon zahlreiche
Zulassungen und einige Richtlinien aber noch keine umfassend anwendbare Bemessungsnorm
Eine Ursache dafuumlr sind die im Vergleich zu den anderen Baustoffen hohen Streuungen der
Festigkeiten und die geringe Duktilitaumlt des Materials Glas
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Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
6
Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
7
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
8
Typischer Riss nach dem Feuerverzinken der oft nur mit dem Magnetpulververfahren zu entdecken ist
Auch hier wird wieder deutlich wie wichtig es ist zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden zur
Verfuumlgung zu haben um verdeckte Risse feststellen zu koumlnnen Da fuumlr nur auf Verdacht veranlasste
Untersuchungen die vor Korrosion schuumltzende Zinkschicht moumlglichst nicht beschaumldigt werden soll
sind Methoden erforderlich die Schaumlden durch diese hindurch erkennen koumlnnen Bislang werden Risse
hauptsaumlchlich mit einem etwas modifizierten Magnetpulververfahren (mit staumlrkerer
Durchmagnetisierung) entdeckt Es gibt aber auch schon erste Erfahrungen mit thermographischen
Methoden und mit der Ultraschallpruumlfung Insgesamt ist aber festzustellen dass es nicht ausreichend
viele Einrichtungen oder Pruumlfer gibt die sicher Risse unterhalb von Zinkschichten erkennen koumlnnen
Fuumlr den Fall dass noch flaumlchendeckende Untersuchungen erforderlich werden ist hinsichtlich der
verfuumlgbaren Pruumlfeinrichtungen und Pruumlfmethoden wahrscheinlich ein Engpass zu erwarten
3 Zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen im Glasbau
Ein weiteres fuumlr die Bauaufsicht wichtiges Feld wo zerstoumlrungsfreie Pruumlfungen verbreitet eingesetzt
werden ist der Glasbau
Fuumlr Jedermann erkennbar erfaumlhrt der Glasbau seit Beginn der neunziger Jahre einen starken
Aufschwung im Vergleich zu anderen Bauarten Natuumlrlich war auch das Bauen mit Glas von den
wirtschaftlichen Schwierigkeiten der vergangenen Jahre betroffen im Vergleich zu den anderen
Baustoffen war hier immer ein Zuwachs zu verzeichnen Sicherlich ist der Anstieg dieser Bauweise
den derzeitigen Vorlieben von Architekten und Bauherren zu verdanken er ist aber erst durch die
Entwicklung von zuverlaumlssig tragfaumlhigen und planbaren Glasarten moumlglich geworden Aus
bauaufsichtlicher Sicht ermoumlglicht erst diese Zuverlaumlssigkeit in den Materialfestigkeiten die
Genehmigungsfaumlhigkeit Trotz der groszligen Fortschritte in der technischen Entwicklung auch tragender
Bauteile ist das Glas im Vergleich zu Stahl und Beton noch ein sehr junger Konstruktionswerkstoff zu
dessen Beschreibung noch relativ wenige Erfahrungen vorliegen So gibt es zwar schon zahlreiche
Zulassungen und einige Richtlinien aber noch keine umfassend anwendbare Bemessungsnorm
Eine Ursache dafuumlr sind die im Vergleich zu den anderen Baustoffen hohen Streuungen der
Festigkeiten und die geringe Duktilitaumlt des Materials Glas
5
Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
6
Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
7
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
8
Dennoch haben viele Bauherren die zur Zeit noch relativ hohen Huumlrden bei der Genehmigung kuumlhner
Glaskonstruktionen und die damit verbundenen Kosten auf sich genommen und damit der
Glasbauweise ihren Fortschritt ermoumlglicht
Zerstoumlrende Pruumlfung von Verbundsicherheitsglas um die Reststandsicherheit zu ermitteln
Weil es immer noch groszlige Streuungen in den Festigkeiten und der Qualitaumlt von Glasscheiben
gibt sind im Zuge des Genehmigungsverfahrens zahlreiche Versuche und Pruumlfungen notwendig damit
die Glasbauten auch mit der von allen erwarteten Sicherheit errichtet werden koumlnnen Leider sind nicht
alle vorgeschriebenen Tests hierbei zerstoumlrungsfrei so werden beispielsweise zur Feststellung der
Reststandstragfaumlhigkeit immer noch sehr viele Scheiben bewusst gebrochen um das Tragverhalten der
Folie mit den Bruchstuumlcken fuumlr eine bestimmte Zeit noch nachzuweisen
Die Problematik der schaumldlichen Nickelsulfideinschluumlsse die schon zu mehreren
herabfallenden Scheiben gefuumlhrt hat wird mit einer zerstoumlrungsfreien Pruumlfung dem Heiszliglagerungstest
eingegrenzt Dabei werden Glasscheiben in einem Ofen fuumlr mehrere Stunden auf 280-320degC erhitzt um
das Risiko eines spontanen Bruches zu reduzieren Scheiben die diese Nickelsulfideinschluumlsse nicht
aufweisen koumlnnen danach unversehrt eingebaut werden wohingegen Scheiben mit den Einschluumlssen
durch die Heiszliglagerung (meistens) zerstoumlrt werden Durch diesen bauaufsichtlich vorgeschriebenen
Test konnten in Deutschland im Vergleich zu anderen europaumlischen Laumlndern die Schaumlden aufgrund der
Nickelsulfideinschluumlsse erheblich gesenkt werden Dennoch waumlre auch hier noch mehr Sicherheit und
Zuverlaumlssigkeit bei der Durchfuumlhrung der Tests wuumlnschenswert da immer noch Scheiben im
eingebauten Zustand wegen derartiger Einschluumlsse zu Bruch gehen
Zur Erhoumlhung der Festigkeit und zum Erzeugen eines guumlnstigen Bruchbildes werden
Glasscheiben die der Absturzsicherung dienen oder solche die tragende Funktionen haben thermisch
vorgespannt Die thermische Behandlung erzeugt an der Oberflaumlche Druck- und im Inneren
Zugspannungen Dieser fuumlr die Belastbarkeit guumlnstige Eigenspannungszustand ist in seiner Groumlszlige und
seiner Verteilung uumlber die Scheibenflaumlche durch den Herstellungsprozess und vor allem durch
nachtraumlgliche Beschaumldigungen im mikroskopischen Bereich die immer beim Transport auftreten
koumlnnen relativ stark streuend Zur Feststellung des wirklichen Oberflaumlchenspannungszustands einer
6
Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
7
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
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Glasscheibe gibt es zerstoumlrungsfreie Pruumlfmethoden die auch im bauaufsichtlichen Verfahren
eingesetzt werden um die Zuverlaumlssigkeit der Materialeigenschaften sicherzustellen Diese Pruumlfungen
mit so genanten Refractometern oder Polarimetern [5] sind Methoden welche die photoelastischen
Materialeigenschaften ausnutzen wobei der Einfluss der Oberflaumlchenspannung auf das
Reflektionsverhalten eines Lichtstrahls gemessen wird
Messung der Oberflaumlchenspannung an einer Glasscheibe fuumlr das Sony Center in Berlin
Solch ein Verfahren wurde beispielsweise waumlhrend der Bauuumlberwachung auf Anraten des
Pruumlfingenieurs bei der Errichtung des Sony Centers in Berlin an zahlreichen stichprobenartig
ausgewaumlhlten Scheiben unmittelbar vor dem Einbau angewendet Damit konnten dann auch einige
Scheiben ermittelt werden die die erforderliche Vorspannung nicht mehr aufwiesen
Da aber noch eine ganze Reihe von zerstoumlrenden Pruumlfungen im Glasbau vorgesehen sind ist
auch hier noch die Entwicklung weiterer Pruumlfmethoden gefragt welche die starke Streuung von
Materialeigenschaften einschraumlnken koumlnnen ohne die teilweise sehr teuren Scheiben zu zerbrechen
4 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten bei bekannten Einwirkungen und Widerstaumlnden
Gemaumlszlig DIN 1055 Teil 100 vgl [6] muss der Bemessungswert der Einwirkungen kleiner oder gleich
sein als der Bemessungswert des Widerstandes
Ed le Rd
Dabei werden die Bemessungswerte der Einwirkungen Ed aus den charakteristischen Werten der
Einwirkungen Ek mit dem Teilsicherheitsbeiwert γF erhalten
Ed = Ek γF
und die Bemessungswerte der Widerstaumlnde Rd aus den charakteristischen Werten der Widerstaumlnde Rk
werden mit dem Teilsicherheitsbeiwert γM zu
7
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
8
Rd = Rk γM
Der Teilsicherheitsbeiwert γF beruumlcksichtigt
Die Moumlglichkeit unguumlnstiger Abweichungen der Einwirkungen
Die Moumlglichkeit ungenauer Modellannahmen fuumlr die Einwirkungen
Die Unsicherheit in der Bestimmung der Auswirkungen
Wohingegen der Teilsicherheitsbeiwert γM fuumlr die Baustoff- oder Produkteigenschaft Folgendes
abdeckt
Unguumlnstiges Abweichen von den charakteristischen Werten
Ungenauigkeiten der Umrechnungsfaktoren
Unsicherheit in den geometrischen Eigenschaften und im Tragwiderstandsmodell
Mit beiden Teilsicherheitsbeiwerten werden also die statistischen Streuungen der betreffenden
Eigenschaften erfasst aber es werden in beiden Beiwerten auch Modellunsicherheiten beruumlcksichtigt
Das gilt fuumlr die Modellbildung beim Tragwerk bei den Einwirkungen und beim Tragwiderstand
Diese Modellunsicherheiten sind aktuell bei dem oben beschriebenen Thema Bauen im Bestand
verstaumlrkt in der Diskussion An bestehenden Strukturen muumlssten ja eine Reihe von Unsicherheiten
geklaumlrt sein und durch Messungen feststellbar sein Diesen Sachverhalt moumlchte man zukuumlnftig dort
ausnutzen um zu einer Verminderung von Teilsicherheitsbeiwerten zu kommen und zusaumltzliche
Reserven nutzen zu koumlnnen Damit das gelingt sind wieder Pruumlf- und Messmethoden erforderlich die
so viel wie moumlglich Modellunsicherheiten beseitigen koumlnnen
Neben schon vorliegenden Methoden sind hier wegen der groszligen Bandbreite sicherlich noch
weitere Entwicklungen wuumlnschenswert Vom Grundsatz her muss diese Idee auch nicht auf
Bestandsbauten beschraumlnkt bleiben weil natuumlrlich auch beim Neubau mit besseren Messmethoden
oder verstaumlrktem Einsatz von schon bekannten Verfahren eine Reduktion von Unsicherheiten
erreichbar ist Es koumlnnte also prinzipiell durch einen erhoumlhten Einsatz Messungen und Pruumlfungen eine
Reduktion der Teilsicherheitsbeiwerte erreicht werden Derzeit ist aber in den bestehenden
Regelwerken und auch in der Literatur kaum eine zahlenmaumlszligige Angabe uumlber den Anteil der
Modellunsicherheit innerhalb eines Teilsicherheitsbeiwertes zu finden Lediglich qualitative
Feststellungen sind verbreitet
Beispielweise wird fuumlr das Eigengewicht von Bauteilen ein Teilsicherheitsbeiwert von 135 verwendet
Durch Messen der Geometrie und der Dichte des Materials und seiner Verteilung kann aber die
statistische Streuung sehr gering gehalten werden so dass fuumlr den Anteil der Modellunsicherheit noch
viel zur Verfuumlgung steht Auf der anderen Seite sind bei den Annahmen fuumlr Wind- und Schneelasten
die statistischen Streuungen naturgemaumlszlig schon so groszlig dass kaum noch Modellunsicherheiten selbst
bei einem Teilsicherheitsbeiwert von 15 erfasst werden koumlnnen So ist dieses Thema auch
Gegenstand der Forschung wie mit praxistauglichen stochastischen Verfahren und geeigneten
Pruumlfmethoden der Anteil der Modellunsicherheit quantifiziert werden kann und bei umfassenderen
Pruumlfungen reduziert werden kann Erst nach Abschluss dieser Forschungen koumlnnen die Ergebnisse ins
Regelwerk einflieszligen und dann vom Anwender genutzt werden Aus bauaufsichtlicher Sicht muss
natuumlrlich das Sicherheitsniveau erhalten bleiben nur koumlnnten die statistischen Straffaktoren durch
genaueres Wissen uumlber die wahren Lasten und die wirklichen Materialien gesenkt werden
Literatur
[1] Schlussbericht zur ersten Phase des DAfStb-Verbundforschungsvorhabens Nachhaltig Bauen mit Beton Heft
572 DAfStb 2007
[2] Raumldicker W Die Erzeugung von Spannungsrissen in Stahl durch fluumlssiges Zink Stahl und Eisen 73 (1953) Heft
10 Seite 654 ff
[3] G Breitschaft D Ulbrich Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt Mitteilungen 37 Jahrgang
Heft 6 (Dezember 2006)
[4] M Feldmann E Jasch und D Ulbrich Aktuelles zur Rissbildung in feuerverzinkten Stahlkonstruktionen DIBt
Mitteilungen 38 Jahrgang Heft 5 (Oktober 2007)
[5] Strainoptic Technologies Inc Bulletin GASP-104 Operation Principle wwwstrainopticcom
[6] DIN 1055-100 2001-03 Einwirkung auf Tragwerke Teil 100 Grundlagen der Tragwerksplanung
Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln
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