Mauer Werk

Fachgebiet Massivbau Prof. Dr.-Ing. M. Rösler

Beuth Hochschule für Technik Berlin

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Mauerwerk Mauerwerk ist eine Baukonstruktion, die aus Mauersteinen mit Mörtel besteht und mit einem Putz versehen werden kann. Die Bauweise ist bereits sehr alt und wird noch immer weltweit in unterschiedlichen Formen angewendet. Durch das Mauern im Verband und den Einsatz von Mörtel in den Lager- und Stoß-fugen erhält Mauerwerk seine Festigkeit und Stabilität. Die Festigkeit des Mauer-werks setzt sich zusammen aus der Festigkeit des Mauersteins (Steinfestigkeits-klasse) und der Festigkeit des Mörtels (Mörtelgruppe). Die Stabilität wird durch den Verband und das Einbinden von Querwänden und Geschossdecken erreicht. Bauwerke aus Mauerwerk Häuser, Kirchen, Burgen und Schlösser, Türme, Brücken, Aquädukte, Kanalisation, Schornsteine

Wände, Pfeiler, Geschossdecken (Preußische Kappen), Stahlsteindecken (Kaiserdecke) Fundamente

Maßordnung Im Mauerwerksbau ist traditionell eine Maßordnung üblich, die sich an einer 12,5 cm Ordnung ausrichtet und sich aus Stein- und Fugenmaßen ergibt.

Baurichtmaß Grundlage der Baumaße – 12,5 cm = 1/8 m Nennmaß Maße der Bauteile in der Bauzeichnung

Außenmaß Richtmaß – 1 cm Öffnungsmaß Richtmaß + 1 cm

Fugenmaß Lagerfuge 1,2 cm Stoßfuge 1,0 cm Dünnbettfuge 0,2 cm



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Steinformate Die Mauersteine unterscheiden sich in ihrer Größe und in der Form der Lochungen. Es gibt das Normalformat (NF) und das Dünnformat (DF), dessen Vielfaches als Maß für die Steingröße verwendet wird.

11,5

7,1

24,0

NF

5,2

DF11,5

24,024,0

11,3

3 DF17,5

30,0

11,3

5 DF24,0

36,0

24,0

23,8

12 DF

Tragverhalten Das Tragverhalten einer Mauerwerkskonstruktion setzt sich aus dem Verhalten der Steine und des Mörtels zusammen. Bei unbehinderter Querdehnung würde sich der Mörtel stärker verformen als der Stein; durch die Behinderung entstehen im Stein Zugspannungen quer zur Belastungsrichtung. Der Mörtel erhält Druckspannungen in alle Richtungen.

Verband Durch das Mauern im Verband wird die Festigkeit der Gesamtkonstruktion erreicht. Die Steine werden so zusammengefügt und verzahnt, dass eine gleichmäßige Spannungs-verteilung erfolgt. Dazu müssen die Stoß- und Längsfugen übereinanderliegender Schichten versetzt sein. Für das Überbindemaß ü gilt

ü ≥ 0,4 · h ≥ 4,5 cm.



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Die Verbände bestehen aus unterschiedlichen Schichten, die Läuferschicht, Binderschicht, Rollschicht und Grenadierschicht heißen. Die häufigsten Verbände sind Läuferverband, Blockverband und Kreuzverband. Es gibt jedoch noch eine große Anzahl weiterer Zier- und Sichtmauerwerksverbände



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Fugen Die Fugen sind neben der Standsicherheit auch für den Wärme-, Schall- und Brand-schutz maßgebend. Bei Außenwänden sind die Fugen zum Schutz vor Schlagregen sorgfältig auszuführen. Lager- und Längsfugen sind stets vollfugig zu vermauern. Die Ausbildung der Stoß-fugen ist von der Steinart abhängig. Sie können vollfugig, teilfugig mit Mörteltasche oder unvermörtelt mit Verzahnung hergestellt werden.

Anschluss von Querwänden Der Anschluss von Querwänden kann über unter-schiedliche Verzahnungen oder mit einem Stumpf-stoß hergestellt werden. Beim Stumpfstoß ist der zug- und druckfeste Anschluss mit Hilfe von Form-teilen oder Bewehrungsstahl sicherzustellen.

Wandkonstruktionen Typische Wandkonstruktionen sind Innen-wände, Außenwände und Kellerwände. Als tragende und aussteifende Wände müssen sie die Anforderungen an die Standsicherheit erfüllen. Innenwände: Schallschutz, Brandschutz Außenwände: Wärmeschutz, Schlagregen Kellerwände: Erddruck, Feuchtigkeit



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Bemessung von Mauerwerk nach DIN 1053-100 (vereinfachtes Verfahren) Die Bemessung von Mauerwerk erfolgt über den Nachweis, dass der Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft NEd kleiner ist als der Bemessungswert der aufnehmbaren Normalkraft NRd.

RdEd NN ≤

Die einwirkende Normalkraft NEd wird aus den ständigen und veränderlichen Normalkräften unter Berücksichtigung der Teilsicherheits-beiwerte bestimmt.

QQkGGkEd NNN γ⋅+γ⋅=

Bei Hochbauten mit Decken aus Stahlbeton und Nutzlasten von maximal 2,5 kN/m² darf NEd vereinfacht berechnet werden.

( )QkGkEd NN4,1N +⋅=

Die aufnehmbare Normalkraft NRd wird aus der Querschnittsfläche A und dem Bemessungs-wert der Druckfestigkeit fd mit einem Abminderungsbeiwert Φ zur Berücksichtigung des Knickens und von Lastexzentrizitäten errechnet.

Φ⋅⋅= dRd fAN

Der Bemessungswert fd der Druckfestigkeit von Mauerwerk bestimmt sich aus einem Abminderungsbeiwert η zur Berücksichtigung von Langzeiteinwirkungen, der charakteristischen Druckfestigkeit fk unter Berücksichtigung des Teilsicherheits-beiwertes γM.

M

kd

ff

γ⋅η=

Der Abminderungsbeiwert η zur Berücksichtigung von Langzeiteinwirkungen beträgt allgemein 0,85 und kann für Kurzzeitbelastungen und außergewöhnliche Einwirkungen mit 1,0 angenommen werden.

η = 0,85 für Langzeiteinwirkung

η = 1,0 für Kurzzeiteinwirkung

Der Teilsicherheitsbeiwert γM für normale Einwirkungen beträgt 1,5 für Wände und Pfeiler aus ungetrennten Steinen oder aus getrennten Steinen mit einem Lochanteil von weniger als 35 % bestehen und keine Schlitze oder Aussparungen aufweisen. Für alle anderen Pfeiler hat γM einen Wert von 1,875.

γM = 1,5 für Wände und Pfeiler (+)

γM = 1,875 für alle anderen Pfeiler

Für außergewöhnliche Einwirkungen verringern sie die Teilsicherheitsbeiwerte γM auf 1,3 bzw. 1,625. Pfeiler sind kurze Wände mit einer Querschnittsfläche zwischen 400 und 1000 cm². Die charakteristischen Werte fk der Druckfestigkeit von Mauerwerk sind abhängig von der Steinfestigkeitsklasse und der Mörtelgruppe. Sie sind folgender Tabelle zu entnehmen.



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Die Abminderungsbeiwerte Φ1 bis Φ3 berücksichtigen verschiedene traglastmindernde Einflüsse. Der kleinste der ermittelten Φ-Werte ist maßgebend.

be

211 ⋅−=ΦDer Abminderungsbeiwert Φ1 gilt für über-wiegend biegebeanspruchte Wandscheiben, die z.B. als aussteifende Wände Windlasten erhalten. Es wird die Lastexzentrizität e auf die Länge b der Wand bezogen.

Ed

Ed

NminMmax

e =

Der Abminderungsbeiwert Φ2 berücksichtigt die Knickgefahr bei geschosshohen Wänden. Es ist die Schlankheit zu ermitteln, indem die Knicklänge hk der Wand auf die Wanddicke d bezogen wird. Die maximal zulässige Schlankheit hk / d ist 25.

2

k2 d

h0011,085,0 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅−=Φ



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Zur Ermittlung der Knicklänge hk wird die lichte Geschosshöhe hs mit einem Abminderungs-beiwert β multipliziert. sk hh ⋅β=

Bei der Ermittlung des Abminderungsbeiwert β wird zwischen 2-seitig, 3-seitig und 4-seitig gehaltenen Wänden unterschieden. Bei 2-seitig gehaltenen Wänden wird die elastische Einspannung der Wand mit der Wanddicke d in flächig aufgelegte Massivdecken berücksichtigt.

Wanddicke d β ≤ 17,5 cm 0,75 ≤ 24 cm 0,90 > 24 cm 1,00

d15´bmit

h3,0

´b3h

1

hh s2

s

sk

⋅≤

⋅≥

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅⋅β+

⋅β=

Bei 3-seitig gehaltenen Wänden mit einem freien vertikalen Rand wird der Abstand b´ zwischen dem freien Rand und der Mitte der aussteifenden Wand berücksichtigt. Bei 4-seitig gehaltenen Wänden wird der Abstand b zwischen den aussteifenden Wänden berücksichtigt.

Aussteifende Wände

b´ bb´

hs

d30bmit

bhfür2b

h

bhfür

bh

1

hh

sk

s2

s

sk

⋅≤

>=

≤

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅β+

⋅β=



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Der Abminderungsbeiwert Φ3 berücksichtigt die exzentrische Beanspruchung von Wänden durch den Deckendrehwinkel an den Endauflagern der Geschossdecken mit der Stützweite l.

2k3

2k3

3

m

mN

8,1fundm0,6l20,4für9,05l

6,1

mmN

8,1fundm0,6l20,4für9,06l

6,1

m20,4lfür9,0

<≤<≤−=Φ

≥≤<≤−=Φ

≤=Φ

Bei Decken im obersten Geschoss gilt Φ3 = 0,33. Die Wände erhalten nur eine geringe vertikale Belastung, was zu großen Drehwinkeln führt. Wird der Einfluss der Drehwinkel durch konstruktive Maßnahmen (z.B. Zentrier-leisten) verhindert, darf Φ3 = 1,0 angenommen werden. Die genauen Voraussetzungen zur Anwendung des vereinfachten Verfahrens sind in DIN 1053-100, Abschnitt 8.1 beschrieben. Die Gebäudehöhe über Gelände beträgt nicht mehr als 20 m (bei geneigten

Dächern gilt das Mittel von First- und Traufhöhe); Die Deckenstützweiten betragen höchstens 6 m (falls der Einfluss der

Drehwinkel nicht verhindert wird). Lastannahmen Unter Einzellasten darf von einer Druckverteilung unter 60° ausgegangen werden. Bei Balken ergibt sich durch die Gewölbewirkung bei der Lastannahme ein dreieck-förmiges Lastbild.

60°

Öffnung

Balken

Belastendes Mauerwerk

l

Lastbild



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Teilflächenpressung Wird nur eine Teilfläche A1 eines Mauerwerksquerschnittes durch eine Einzellast Fd belastet, darf eine um 30 % erhöhte Teilflächenpressung σ1d zugelassen werden. Die Einzellasten können aus Stützen, Balken oder Auflagern von Stürzen kommen. Voraussetzung:

d1

dd1 f3,1

AF ⋅≤=σ

11

21

l3a6d

e

d2A

⋅>−

<−

⋅≤−

A1

a1 l1

de



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Mauersteine Die Steine für Mauerwerk können aus verschiedenen Materialien bestehen.

Ziegel 46 % Marktanteil 2006 Poroton, Wienerberger Kalksandstein 25 % Porenbeton 19 % Hebel, Ytong Leichtbeton 10 % Liapor, KLB

Die Steine werden in unterschiedlichen Handelsformen, Rohdichteklassen und Festigkeitsklassen hergestellt.



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Mauerziegel Ziegel werden aus Ton oder Lehm hergestellt, indem die Rohstoffe abgebaut, zerkleinert und gemischt werden. Die Rohmasse wird in einer Strangpresse geformt und bei ca. 80°C getrocknet. Anschließend wird die Grobkeramik in einem über 100 m langen Tunnelofen bei Temperaturen von 900 bis 1300°C gebrannt. Es gibt eine Vorwärmzone, eine Brennzone und eine Abkühlzone; die Brenndauer liegt zwischen Stunden und Tagen. Die Brenntemperatur und die Stoffzusammensetzung bestimmen die Eigenschaften der Keramik. Der Scherben unterscheidet sicht in Dichte, Porosität, Festigkeit und Wasseraufnahme. Oberhalb der Sintergrenze (zwischen 1000 und 1500°C) entsteht eine glasartige Struktur, da einzelne Phasen zu schmelzen beginnen. Mauerwerk gehört zur Gruppe der Grobkeramik. Es wird eine große Anzahl von Produkten hergestellt:

Mauerziegel in verschiedenen Festigkeiten und Formen, Klinker, Hochlochziegel, Riemchen Formziegel, z.B. U-Schalen, L-Steine, Dachziegel, Deckenziegel Sonstige Keramik, z.B. Rohre, Steinzeug etc.

Kalksandstein Kalksandstein besteht aus gemahlenem Branntkalk (CaO), Sand und Wasser, die miteinander vermischt und zwischengelagert werden, wobei der Kalk zu Kalk-hydraten ablöscht. Das Gemisch wird in Pressen zu Rohlingen geformt, die dann in Autoklaven unter Dampfdruck bei ca. 16 bar und Temperaturen von 160 bis 220°C in 4 bis 8 Stunden erhärten. Es findet eine dauerhafte Verkittung der Sandkörner statt. Die Produktpalette besteht aus:

Steine, Blocksteine, Plansteine, Bauplatten, Planelemente Formsteine, U-Schalen, Flachstürze



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Porenbeton Porenbeton besteht aus sehr fein gemahlenem Quarzsand, Bindemittel, Treibmittel und Wasser; weiterhin kann Flugasche zugefügt werden. Als Bindemittel wird Brand-kalk und/oder Zement verwendet. Als Treibmittel zur Porenbildung wird Aluminium in Pulver- oder Pastenform zugegeben. Die Grundstoffe werden dosiert, gemischt und in Gießformen gefüllt, wo das Wasser den Kalk löscht. Das Aluminium reagiert mit der alkalischen Flüssigkeit unter Freisetzung von gasförmigem Wasserstoff, der Kugelporen mit Durchmessern von ca. 0,5 bis 1,5 mm bildet und die Form ausfüllt. Der Rohblock wird nach dem Ausschalen mit Stahldrähten geschnitten und in Autoklaven bei ca. 190°C in 6 bis 12 Stunden gehärtet. Als Produkte werden angeboten:

Blocksteine, Plansteine, Bauplatten, Planbauplatten Bewehrte Porenbeton-Bauteile, z.B. Dach- und Deckenplatten, Wandplatten

und Wandtafeln, Fertigteilstürze

Betonstein Aus Beton und Leichtbeton werden Vollsteine, Blocksteine, Hohlblocksteine und Wandbauplatten hergestellt. Weiterhin gibt es Formstücke und Mantelrohre für Schornsteine, Dachsteine aus Beton, Betonwerksteine und Rohre aus Beton.



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Mörtel Mauermörtel ist ein Gemisch aus Bindemittel, Wasser und Gesteinskörnungen bis 4 mm Größtkorn. Zusatzstoffe und Zusatzmittel können wie bei Beton zugesetzt werden.

Baustellenmörtel wird auf der Baustelle nach Raumteilen gemischt. Wasser wird bis zur gewünschten Konsistenz zugegeben. Werkmörtel wird im Werk genau dosiert hergestellt. Er kann als Trockenmörtel

oder Frischmörtel angeliefert werden. Bei großen Mengen kann Mehrkammer-Silomörtel verwendet werden.

Als Bindemittel für Mauermörtel kommen Baukalke, Zement sowie Putz- und Mauerbinder (PM) in Betracht. Es wird zwischen Normalmörtel, Leichtmörtel und Dünnbettmörtel unterschieden.

Normalmörtel (NM) sind Mörtel mit Gesteinskörnungen mit dichtem Gefüge und einer Trockenrohdichte ab 1,5 kg/dm³. Sie werden in je nach Festigkeit in die Mörtelgruppen I, II, IIa, III und IIIa eingeteilt. Leichtmörtel (LM) hat eine Trockenrohdichte unter 1,5 kg/dm³. Er wird mit

Gesteinskörnungen mit porigem Gefüge hergestellt und nach der Wärmeleit-fähigkeit in die Gruppen LM 21 und LM 36 eingeteilt. Dünnbettmörtel (DM) sind Zementmörtel mit Sand bis 1 mm Korngröße. Sie

gehören wegen ihrer hohen Druckfestigkeit zur Mörtelgruppe III.

Mörtelgruppe I darf nur für Gebäude bis zu zwei Vollgeschosse mit Wanddicken von mindestens 24 cm verwendet werden. Nicht zulässig für Kellermauerwerk, Gewölbe, Außenschalen von zweischaligem Mauerwerk. Keine Anforderung an die Druck-festigkeit. Keine Einschränkung für Mörtelgruppe II und IIa. Druckfestigkeit mindestens 2,5 N/mm² für MG II und 5,0 N/mm² für MG IIa. Mörtelgruppe III und IIIa darf nicht für Außenschalen von zweischaligem Mauerwerk verwendet werden. Druckfestigkeit mindestens 10 N/mm² für MG III und 20 N/mm² für MG IIIa. Bei Dünnbettmörtel darf das Wasser nicht zu schnell entzogen werden; die Steine sollten vorgenässt werden.

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