Lutz Franke Livres

Foreword Porous mineral materials can be damaged by both physical and chemical attack. The presence of an aggressive solution in the pores may induce dissolution of the porous substrate and precipitation of damaging solids, cause chemical changes, or induce swelling processes, all of which lead to damaging mechanical stresses and substrate loss. These damage mechanisms can be denoted altogether as corrosion. Corrosive processes are dependent on the moisture, the temperature, and the concentration and nature of the carried species in the solution as well as on the flux rate at variable concentration and other boundary conditions. From 2002 until 2009 the DFG has financially supported our research in the field of materials science in civil engineering, which is focused on the time-dependent description and prediction of the cited damage mechanisms of porous mineral materials by using numerical simulation under real field conditions. Hereby, the modeling of microstructures and transport processes has been extensively studied. The present book holds the reports published by the involved institutes. Each report contains a summary of the main results achieved in their research. High mathematical complexity and computing cost linked to thorough knowledge of physical chemistry has been required for the successful achievement of the research goals. Indeed, the implemented numerical models and simulation programs, some of which are in ongoing development, provide for an increasingly useful tool to predict the described corrosive processes in engineering and underground constructions as well as in historic buildings.

Das Buch basiert auf langjähriger Erfahrung in der Vermittlung von Baukonstruktion im Studiengang Bauingenieurwesen und Umwelttechnik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Ein zentrales Ziel der baukonstruktiven Ausbildung ist es, Studierenden des Grundstudiums frühzeitig die Beurteilung der baukonstruktiven Funktionsfähigkeit von Hochbaukonstruktionen zu vermitteln. Dies geschieht durch praxisnahe Aufgabenstellungen, bei denen die Studierenden eigene Entwürfe für Hochbauten geringer und mittlerer Gebäudehöhe entwickeln. Im Laufe der Jahre wurden Entscheidungs- und Beurteilungskriterien für diese Lösungen entwickelt, die eine wiederholte Prüfung der Entwürfe im Planungsprozess ermöglichen. Diese Kriterien sind ein wichtiges Hilfsmittel für die Entwicklung praxistauglicher Konstruktionen und stehen im Mittelpunkt des Buches. Leider wird in der Ausbildung von Architekten und Bauingenieuren oft die Gesamtheit der baukonstruktiven Zusammenhänge nicht ausreichend berücksichtigt. Im Bauingenieurwesen wird der Planungszusammenhang vernachlässigt, während im Architekturstudium die baustatischen und bauphysikalischen Aspekte oft zu kurz kommen. In Architektur büros besteht jedoch ein großer Bedarf an umfassend ausgebildeten Fachkräften, da Architekten einen Großteil der baukonstruktiven Planung im Hochbau übernehmen.

Thermisch und hygrisch bedingte Zwangsbeanspruchungen in Mauerwerk parallel zur Lagerfuge sind nach DIN 1053-1 durch die Anordnung von Dehnungsfugen in ausreichender Anzahl so zu begrenzen, daß Rißschäden verhindert werden. Dazu ist ein Bemessungskonzept zur Anordnung vertikaler Dehnungsfugen in Verblendschalen aus Mauerwerk entwickelt worden. Zur Betrachtung der Beanspruchungszustände in Mauerwerk wurden Kurzzeitversuche sowohl an kleinformatigen Zugprobekörpern als auch an großformatigen Wandprobekörpern durchgeführt. Weiterhin erfolgte eine experimentelle Untersuchung des Kriechverhaltens kleinformatiger Zugprobekörper bei Zugbelastung parallel zur Lagerfuge. Ein nichtlineares Modell nach der Methode der Finiten Elemente bildet das Mauerwerk als Diskontinuum getrennt nach seinen Komponenten Stein und Fuge ab. Neben der Simulation von Bauteilen unter Kurzzeitbelastung ist mit dem Modell auch die Erfassung der Auswirkungen langzeitiger Beanspruchungen möglich. Nachrechnen der Kurzzeitversuche an den Zugprobekörpern erbrachten eine gute Übereinstimmung zwischen experimentellen Messungen und numerischen Ergebnissen. Damit ist eine Basis vorhanden, um zugbeanspruchtes Mauerwerk in Abhängigkeit unterschiedlicher geometrischer und konstruktiver Randbedingungen unter kurz- und langzeitiger Belastung ausführlich zu untersuchen und anhand der Resultate ein Bemessungskonzept zu entwickeln.

Zur Klärung des hygrischen Verhaltens von Wärmedämmverbundsystemen mit keramischen Deckschichten wurden 5 unterschiedliche Wärmedämmverbundsysteme mit keramischen Deckschichten an 8 verschiedenen Bauwerken bzw. Fassaden untersucht. Vier dieser Fassaden wurden als schlagregenbelastete Fassaden und die vier anderen Fassaden als gering schlagregenbelastet eingestuft. Alle schlagregenbelasteten Fassaden wiesen Wassergehalte im Unterputz in der Größenordnung der freien Wassersättigung auf. Die mit geringeren Schlagregenmengen belasteten Fassaden, teilweise der gleichen Systeme am gleichen Gebäude, wiesen Wassergehalte im Bereich der Ausgleichsfeuchte auf. Mit Hilfe der im Labor ermittelten Kennwerte der verwendeten Materialien konnte das hygrische Verhalten der Wärmedämmverbundsysteme rechnerisch nachvollzogen und die Messungen bestätigt werden. Für Wärmedämmverbundsysteme mit keramischen Deckschichten muß gefordert werden, daß die an der Lastabtragung beteiligten Baustoffe auch unter Feuchte- und Frosteinwirkung dauerhaft eine ausreichende Tragfähigkeit aufweisen.

Stählerne Fassadendurchdringungen durchstoßen die wärmedämmende Gebäudehülle ohne planmäßige thermische Trennung. Um das wärme- und feuchteschutztechnische Funktionieren dieser Detailpunkte besser beschreiben und bei bauphysikalischen Berechnungen berücksichtigen zu können, wurden zwei derartige Konstruktionspunkte einer genaueren Überprüfung unterzogen. Anhand von Messreihen und Nachrechnungen mit Finite-Elemente-Methoden zeigen die Autoren, daß mit den zur Verfügung stehenden Berechnungsverfahren eine exakte Beurteilung derartiger Wärmebrücken möglich ist. Auch die Feuchtebilanzen der Innenräume können durch schrittweise Bestimmung des Lüftungsverhaltens und der Feuchteproduktion zuverlässig nachvollzogen werden. Am Beispiel des Terminalgebäudes des Flughafens Hamburg-Fuhlsbüttel wird die Anwendung des Verfahrens dargestellt und gezeigt, wie bereits bei relativ geringfügigen Veränderungen des Raumluftklimas deutliche Veränderungen hinsichtlich des Feuchteschutzes eintreten können. Die aus den hier vorgestellten Untersuchungen entwickelten Näherungsansätze ermöglichen es, bereits in der Entwurfs- und Vorplanungsphase die bauphysikalischen Effekte von stählernen Fassadendurchdringungen als planmäßigen Wärmebrücken zu ermitteln und ihre Auswirkungen auf den Jahreswärmebedarf abschätzen zu können.

Es wird über die Versiegelungseigenschaften verschiedener Beschichtungssysteme bezüglich einer Reduzierung von Schadstoffemissionen sowie über die toxikologischen Beurteilungen der Lackinhaltsstoffe berichtet. Neben einer ausführlichen Beschreibung möglicher Einsatzgebiete derartiger Anstrichsysteme wird nach Auswertung vorhandener Literaturdaten ein Überblick gegeben über allgemein bekannte Verfahren zur Schadstoffreduzierung der Innenraumluft, insbesondere über Beschichtungen zur Vermeidung von toxischen Ausgasungen aus Baumaterialien. Mittels Klimaprüfungen und UV-Bestrahlungen beschichteter Kammern wurden die Auswirkungen von Feuchte- und Temperaturschwankungen sowie von künstlichen Alterungen auf das Emissionsverhalten untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Mehrzahl der ausgewählten Beschichtungssysteme auch über einen längeren Zeitraum eine wirksame Barriere gegenüber den Schadstoffemissionen darstellen.

Der Bericht stellt die Konsequenzen für die Ausführung des Umkehrdaches bei den bereits heute in Hamburg und in Zukunft bundesweit zu beachtenden erhöhten Anforderungen an den Wärmeschutz dar. Nach der Beschreibung des Aufbaus des Umkehrdachs werden die Anforderungen an die im Umkehrdach einsetzbaren Dämmstoffe anhand des derzeitigen Zulassungsverfahrens des DIBt diskutiert. Es folgt die Beschreibung verschiedener Eigenschaften der einsetzbaren Dämmstoffe. Die Auswertung von Untersuchungsberichten über den Zustand des Umkehrdaches nach langjähriger Bewitterung gestattet eine Bewertung der möglichen Konstruktionsvarianten. In welcher Form die zusätzlich beim Umkehrdach auftretenden Wärmeverluste erfaßt werden können, wird durch eigene Ansätze und einen Vergleich mehrerer Untersuchungen aus dem gesamten europäischen Raum dargelegt. Für den Standort Hamburg wird vorgeschlagen, bei erhöhten Anforderungen an den Wärmeschutz der Bauteile die zusätzlich auftretenden Wärmeverluste durch einen Zuschlagwert abzudecken. Abschließend wird ein Vorschlag unterbreitet, wie das Umkehrdach bei erhöhten Anforderungen an den Wärmeschutz unter den z. Zt. zu beachtenden Randbedingungen ausgeführt werden sollte.