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Aug 13, 2023

Mögliche Dachausfälle durch „ungewöhnliche“ Hybrid-Stahl- und Betonbinder werden hervorgehoben

Collaborative Reporting for Safer Structures UK (Cross UK) hat eine Warnung bezüglich der Möglichkeit des Einsturzes von Dächern mit „ungewöhnlichen“ Hybridbindern aus Beton und Stahlsträngen herausgegeben.

Collaborative Reporting for Safer Structures UK (Cross UK) hat eine Warnung bezüglich der Möglichkeit des Einsturzes von Dächern mit „ungewöhnlichen“ Hybridbindern aus Beton und Stahllitzen herausgegeben, insbesondere bei Dächern auf „alternden“ Strukturen.

Der Bericht betrifft den teilweisen Einsturz eines Daches einer Grundschule aufgrund des Versagens eines dieser Hybridbinder. Diese Fachwerke bestehen aus einem vorgefertigten Obergurt aus Stahlbeton und Vertikalen, während der Untergurt aus gespannten Stahllitzen besteht. Es wird angenommen, dass das Gebäude in den 1950er Jahren erbaut wurde.

Das Versagen des Fachwerks führte zum Einsturz des gestützten Flachdachs und eines Teils des angrenzenden Dachs, wie im Bild oben zu sehen ist. Glücklicherweise ereignete sich der Einsturz außerhalb der Schulzeit, als die Halle nicht genutzt wurde, sodass niemand zu Schaden kam.

Erhöhung auf Dachstuhl

Der Reporter, der Cross auf das Problem aufmerksam gemacht hat, beschreibt, dass die Hybridträger die 10 m breite Halle überspannen und auf Taschen in einem vorgefertigten Ringträger aufliegen, der die Außenwand des einstöckigen Gebäudes bedeckt. Die Fachwerkträger wurden in einem Mittenabstand von etwa 3,5 m entlang der Länge des Gebäudes angebracht und stützten vorgefertigte Betonpfetten (horizontale Elemente, die von Streben getragen werden). Darüber lagen Holzwolleplatten, Isolierung und eine Dacheindeckung aus Filz.

Der Untergurt des Hybridfachwerks bestand aus sieben Stahllitzen, die sich über die gesamte Länge zwischen den Ankerplatten erstreckten, die an beiden Enden des Obergurts aus Stahlbeton eingegossen waren. Die Litzen verliefen über vier Stahlhalterungen an den Enden von Betonvertikalen, die fest mit dem Obergurt gegossen waren. Die Stabilität des Obergurts wurde durch die Membranwirkung der Holzwolleplatten, des dünnen Estrichs und der Pfetten gewährleistet, die die seitlichen Lasten auf die Querwände aus Mauerwerk verteilten.

Als der Reporter, ein Bauingenieur, kurz nach dem Einsturz die Baustelle besuchte, stellte er fest, dass der Dachstuhl versagt hatte und sechs der sieben Stahlspannlitzen auf dem Boden lagen. Die Verankerungen für das abgetrennte Ende der losen Litzen befanden sich in der Lagertasche des Randträgers, während die Verankerungen für das andere Ende der Litzen an der Obergurtendplatte verblieben. Die Pfetten auf beiden Seiten waren eingestürzt oder beschädigt und hingen an einem Ende, aber das Filzdach war noch intakt und hielt Wasser.

Der Reporter ging davon aus, dass die Pfetten zum Zeitpunkt des Baus nur eine Tragfähigkeit von etwa 20 mm hatten und es Hinweise darauf gab, dass sie in Taschen oben auf dem Fachwerk auf Mörtel gebettet waren. Es wurde außerdem festgestellt, dass vermutlich um die Zeit des Baus herum ein Stahlwinkel am Obergurt der Fachwerke befestigt wurde, um den Pfetten zusätzlichen Halt zu bieten, vermutlich aufgrund ihrer geringen Auflagerbreite.

Die gespannten Litzen wurden mit einem Zylinder mit zwei gezahnten Spaltkeilen an den Endplatten gehalten und auf Stützrollen über die Betonvertikale getragen. Der Reporter sagte, es sei unklar, wie das Fachwerk ursprünglich gespannt wurde, aber es könnte eine anfängliche Spannung im Werk gegeben haben, gefolgt von einer weiteren Spannung vor der Installation, bei der die Gewinde an den Stahlhalterungen verwendet wurden, um die Vertikalen zu verlängern und so die Litzen zu spannen.

Stahlhalterung auf Betonvertikale mit gespannten Litzen

Der Reporter führt weiter aus, dass der Beton des ausgefallenen Fachwerks in einem Labor getestet wurde und keine wesentlichen Mängel festgestellt wurden. Es wurde eine gewisse Oberflächenkorrosion der Bewehrung beobachtet, die jedoch bei einem Betonelement dieses Alters zu erwarten war.

Allerdings schien die Detaillierung der Bewehrung dem Reporter nicht optimal zu sein, der beschreibt, dass die Stäbe in der Mitte des Obergurts mit einem nicht standardmäßigen Detail überlappt wurden, während die Bewehrung nicht vollständig bis zum Trägerende reichte und das Lager sichtbar wurde minimal verstärkt werden. Sie berichteten auch über eine minimale Verbindungsbewehrung am Ende des Trägers, wo die Verankerungen versagten, obwohl es am Ende des versagten Fachwerks keine Scherrisse gab. Es wurde Oberflächenkorrosion an den Ankerplatten beobachtet, es war jedoch kein Querschnittsverlust sichtbar.

Tests bestätigten, dass der Beton in den Pfetten aus Tonerdezement hergestellt wurde. An einigen Pfetten war eine Verschlechterung zu erkennen, was darauf hindeutet, dass ein Umbau stattgefunden hat und ihre strukturelle Integrität beeinträchtigt wurde. Bei der Inspektion durch den Reporter wurden keine nennenswerten Risse oder Schäden an der Hallenstruktur unterhalb des Betonringträgers auf Traufhöhe festgestellt.

Der Reporter ging davon aus, dass der Ausfall möglicherweise darauf zurückzuführen sei, dass die Verankerungen der Spannstränge plötzlich und ohne Vorwarnung verrutschten. Dies hätte zu einem globalen Versagen des Fachwerks beim Biegen führen können, wie die erhebliche Durchbiegung und Beschädigung in der Mitte der Spannweite zeigt. Der Reporter kam zu dem Schluss, dass nach dem Verrutschen der Verankerungen die Spannung in den Litzen verloren ging und das Fachwerk aufgrund der schlechten Detaillierung der Bewehrung in der Mitte der Spannweite in Kombination mit der verringerten Tragfähigkeit des Betongurts wahrscheinlich in der Mitte der Spannweite versagte zusammengebrochen. Dies führte dazu, dass sich die Pfetten lösten und die Dachkonstruktion in den beiden Feldern auf beiden Seiten des Dachstuhls versagte und sich verformte oder zu Boden stürzte.

Der Reporter glaubt, dass das Fachwerksystem von Natur aus fehlerhaft war und durch Kriechen und Alter noch verschlimmert wurde. Eine schlechte Detaillierung der Bewehrung und eine schlechte Detaillierung der Lagerkerben für Dachpfetten aus Beton könnten ebenfalls zum Einsturz beigetragen haben.

Die Dachpappe war wasserdicht und hielt nach dem Abriss eine beträchtliche Menge Wasser zurück, es gibt jedoch keine Hinweise auf eine Wasseransammlung auf Dachebene vor dem Einsturz. Es gab keine Hinweise darauf, dass die Dachentwässerung defekt war.

Der Berichterstatter möchte, dass die Einzelheiten des Versäumnisses verbreitet werden, damit Fachwerke dieser Art in Schulen oder anderen Gebäuden identifiziert und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.

Kommentatoren des Expertengremiums sagten: „Variationen der gemeldeten Betonkonstruktion wurden bei Brücken verwendet, und ein ähnliches Struktursystem wurde auch bei Holzfachwerken verwendet. Es ist auch bekannt, dass ein Betonträgersystem hergestellt wurde, bei dem vorgefertigte Einheiten zur Baustelle transportiert und dann zusammengespannt wurden. Dieser Einsturz macht deutlich, dass die für die Sicherheit von Gebäuden verantwortlichen Stellen sich darüber im Klaren sein müssen, dass neuartige Bausysteme, wie in diesem Fall dargestellt, Sicherheitsrisiken bergen können.“

Zur Ursache des Zusammenbruchs fügten sie hinzu: „Es könnten mehrere Ursachen postuliert werden, und es ist wahrscheinlich, dass eine Kombination von Ursachen zum Zusammenbruch geführt hat.“ Ein Versagen einer Sehne oder einer Sehnenverankerung ist eine mögliche Ursache. Bewegungen am Endlager des Fachwerks könnten eine Mitursache sein und die Entstehung von Rissen um die Verankerung herum sowie den Verlust der Verankerung oder die Zerstörung des Obergurts begünstigen. Eine schleichende Dehnung der Spannglieder, die zu einem Durchhängen des Fachwerks und der Möglichkeit einer Regenwasseransammlung führt, könnte ein erschwerender Faktor sein. Auch der Austausch von Dacheindeckungen hätte im Laufe der Zeit Auswirkungen haben können.“

Cross empfiehlt, dass verantwortliche Stellen oder Personen eine angemessene Inspektion und Bewertung von Gebäuden veranlassen, die ungewöhnliche Konstruktionsformen aufweisen, einschließlich Dächern, die dem gemeldeten Fehler ähneln, und nach der Bewertung geeignete Maßnahmen ergreifen.

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