So funktioniert die Fenstermontage in wärmedämmenden Ziegeln

Die gestiegenen und weiter steigenden Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz haben zu einer Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit von Ziegelmauerwerk geführt. Durch die Erhöhung der Lochanteile und Lochreihenzahl, geringeren Stegdicken, geringere Scherbenrohdichten sowie mit Dämmstoff gefüllte Ziegel können Wärmeleitfähigkeiten von unter 0,10 W/(m*K) erreicht werden. Mit der entsprechenden Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften ging jedoch eine Reduzierung der mechanischen Festigkeiten einher.

Die Befestigung von Fenstern wird mit herkömmlichen Methoden deshalb immer schwieriger. Gleichzeitig hat das Gewicht von transparenten Bauelementen erheblich zugenommen (3-fach-Isolierglas, größere Glasflächen sowie die Anforderungen an den Komfort (Schallschutz) und an die Sicherheit (Einbruchhemmung)). Zudem rückt durch die architektonischen Anforderungen das Bauelement in der Fensterlaibung nach außen bzw. wird bei außen liegender Wärmedämmung vor das Mauerwerk gesetzt, was zu einer schwierigeren Befestigungssituation führt und den Einsatz von lastabtragenden Hilfsmitteln (Konsolen) notwendig macht. All dies führt dazu, dass die Befestigung in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk mit herkömmlichen Methoden immer schwieriger wird und allgemein anerkannte Befestigungslösungen fehlen.

Daher hat das ift das Forschungsvorhaben „Fenstermontage in hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk“ durchgeführt - gefördert durch die Forschungsinitiative Zukunft Bau sowie die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel e. V. und Würth sowie durch kostenlose Prüfelemente der Firmen Kneer-Südfenster, heroal sowie Veka.

Was wurde getestet?

Im Forschungsprojekt wurden Untersuchungen an „Großkammerziegeln“ (Hohlräume mit Dämmstoff gefüllt) sowie „filigranen Ziegelsteine“ (mit/ohne Füllung) durchgeführt. Dabei wurden auch wichtige Grundlagen für die auftretenden Lasten und Lasteinleitungen erarbeitet, da diese eine direkte Auswirkung auf die Tragfähigkeit des Gesamtsystems, die Befestigungsmittel und die Ziegelwand haben. Diese Lasten können durch das Eigengewicht und durch Fremdeinwirkungen (Belastung durch Personen und Wind) hervorgerufen werden. Wichtig ist dabei die Wirkungsrichtung der resultierenden Auflagerkräfte. Sie können sowohl in Fensterebene als auch rechtwinklig zur Fensterebene auftreten.

Um die Analyse der auf das Fenster bzw. die Befestigungspunkte einwirkenden Lasten zu vereinfachen, wurde als baupraktische Annahmen ein typisches Fenster definiert:

• Isolierglas mit 30 kg/m²,
• Profilgewicht 5,5 kg/lfm,
• vertikale Nutzlast 0 und 600 N/Klasse 3,
• Windlast B3 => 1,11 kN/m²,
• Position Befestigungsmittel gemäß RAL Montageleitfaden.

Neben einer Analyse der an den Befestigungspunkten auftretenden Lasten, wurden die Tragfähigkeiten der Befestigungsmittel an unterschiedlichen Steinen durch Kleinteilversuche ermittelt. Dies erfolgte sowohl für Querzug als auch für Befestigungen, bei denen das Befestigungsmittel auf Biegung beansprucht wird.

Darauf aufbauend wurden an kompletten Bauteilen, bestehend aus gemauertem Ziegelverband mit eingebautem Fenster, Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit durchgeführt. Hierbei wurden auch alternative Konzepte zur Befestigung der hochbelasteten Fensterbeschläge durchgeführt.

Die durchgeführten Bauteilversuche zeigten, dass das theoretische (vereinfachte) Bemessungsmodell für die baupraktische Anwendung eine ausreichende Übereinstimmung aufweist. Allerdings ergaben sich beim Kleinteilversuch deutlich größere Verschiebungen und Verformungen des „Befestigungspunktes“ als im Bauteilversuch, sodass Neuentwicklungen auch mittels Bauteilversuchen geprüft werden sollten.

Ergebnisse und Empfehlungen

Aus den umfangreichen Untersuchungen konnten Grundlagen für die Berechnung erarbeitet werden, die direkt in die Programmierung des ift-Montageplaners einfließen. Denn die Berechnung kann am besten durch eine Software erfolgen. Darüber hinaus können aber auch wichtige Empfehlungen für die konstruktive Ausbildung der Befestigung und des Baukörperanschlusses abgeleitet werden:

Windlast 

Für eine typische Fenstergröße (ca. 1,2 m x 1,4 m) beträgt die Last aufgrund von Windeinwirkung und umlaufender Befestigung ca. 0,4 kN und kann mit handelsüblichen Befestigungsmitteln abgetragen werden.

Bei 2-seitiger Befestigung erhöht sich der Wert jedoch auf ca. 0,6 kN. Für eine Fenstertür (ca. 1,3 m x 2,2 m) liegt die Last aufgrund von Windeinwirkung und bei umlaufender Befestigung bei ca. 0,5 kN; bei nur 2-seitiger Befestigung erhöht sich der Wert auf ca. 0,7 kN.

Prinzipiell kann die durch das Befestigungsmittel abzutragende Last aufgrund von Windeinwirkung durch die Verwendung von mehreren Befestigungspunkten reduziert werden.