Windsogsicherung

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 2. Anforderungen an Sturmklammern
• 3. Definition einzelner Dachbereiche und deren Sicherung
• 4. Welche Faktoren bestimmen die Windlast?
• 5. Vorgehensweise anhand der Fachregeltabellen
• 6. Optimierte Methode

1. Einleitung

Zitat aus "Winterstürme in Europa" Schadensanalyse der Münchener Rückversicherung:

Von Ende Januar bis Anfang März 1990 wurde Europa von insgesamt acht schweren Stürmen heimgesucht, wobei in geographisch weit ausgedehnten Gebieten Windstärke 12 ("Orkan" nach der Beaufot-Skala) und lokale Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 185 km/h erreicht wurden.

Die Orkane "Daria", "Herta", "Judith", "Nana", "Ottilie", "Polly", "Vivian" und "Wiebke" verursachten einen volkswirtschaftlichen Schaden von mehr als 25 Mrd. DM, wovon rund 17,3 Mrd. DM versichert waren. Dies bedeutete für die Assekuranz ein Schadensausmaß, das bei Naturkatastrophen der Vergangenheit nicht einmal annähernd erreicht wurde und somit zu Recht als eine "neue Dimension" bezeichnet werden darf. Zum Vergleich: Für die vorletzte große Sturmkatastrophe in Europa, den "Capella"- Orkan 1976, wurden - hochgerechnet auf das Preisniveau von 1990 - von der Versicherungswirtschaft insgesamt über 2,7 Mrd. DM ausgezahlt, für den "Oktober"-Orkan 1987 in Großbritannien und Frankreich rund 5,2 Mrd. DM.

Tabelle Sturmkatastrophen in Europa

Zu recht drängen spätestens seit diesen schweren Stürmen die Sachversicherer hinsichtlich Sturmsicherungsmaßnahmen an Dacheindeckungen auf klare und effektive Regeln. Hieraus folgt der notwendige Einsatz von Sturm- und Firstklammern zur Windsogsicherung.

Nachfolgend geben wir einige Hinweise zur Anwendung von Sturm- und Firstklammern nach den Vorgaben des ZVDH vom September 1997.

2. Anforderungen an Sturmklammern

Zitat: *)

1.2.6 (1) Klammern zur Windsogsicherung müssen für diesen Zweck geeignet und auf den jeweiligen Deckwerkstoff abgestimmt sein.

Das bedeutet im Klartext: Nicht jede Klammer ist beliebig auf jeden Deckwerkstoff anzuwenden. Es muß seitens der Hersteller der Dachziegel/Dachsteine und des Sturmklammerherstellers eine Zuordnung erfolgen, die aufzeigt, welche Sturmklammer für den jeweiligen Deckwerkstoff geeignet ist.
Im Verlauf dieser Ausführung wird deutlich werden, warum solch eine genaue Zuordnung erfolgen muß.

Zitat: *)

1.2.5 Nägel, Schrauben, Schraubnägel und Klammern zur Befestigung von Dach- und Formziegeln bzw. Dach- und Formsteinen müssen mindestens korrosionsgeschützt sein. Direkt der Witterung ausgesetzte Befestigungsmittel müssen korrosionsbeständig sein.
Bindedraht muß korrosionsbeständig sein.

1.2.6 (2) Ohne besonderen Korrosionsschutznachweis dürfen Klammern zur Windsogsicherung aus nichtrostendem Stahl verwendet werden.

1.2.6 (3)Verzinkte Klammern können im Überdeckungsbereich der Dachdeckung eingesetzt werden, wenn diese aus feuerverzinktem Stahl mit einem Überzug von mindestens 360 g/m², entsprechend 50 µm, gemäß DIN 50976 "Feuerverzinken von Einzelteilen (Stückverzinken)", oder gleichwertig hergestellt sind.
Klammern in Verbindung mit Docken aus Bitumen müssen korrosionsbeständig sein.

Wenn die alte Fachregel für alle Befestigungsmittel und Sturmklammern nur vorschrieb, daß sie mindestens korrosionsgeschützt sein müssen, geht die jetzt gültige Fachregel mehr ins Detail.
Die Erfahrungen der Vergangenheit, daß verzinkte Klammern, die in Verbindung mit bitumenhaltigen Docken stehen oder direkt der Witterung ausgesetzt sind, sehr schnell zur Korrosion neigen, wurden berücksichtigt. In beiden Fällen muß Edelstahl eingesetzt werden.

Sturmklammern wurden früher aus verzinkten Vormaterialien mit einem Überzug von ca. 70 g/m² hergestellt. Dies entspricht nicht der Forderung nach einem Zinküberzug von 360 g/m². Um dieser Forderung gerecht werden zu können, müßten die Sturmklammern jedoch stückverzinkt werden. Aus technischen Gründen ist dieses Verfahren nicht praktikabel.

Als gleichwertige Alternative bieten sich neuartige Korrosionsschutzüberzüge aus Zink-Aluminium-Legierungen an.

Zitat: *)

1.2.6 (5) Die Bemessungslast von Klammern sowie deren auf die jeweilige Dachziegel-/Dachsteinform bezogene Eignung ist vom Hersteller nachzuweisen. Da zur Zeit noch keine anerkannte Europäische Norm für ein Prüfverfahren besteht, ist der Nachweis in Anlehnung an NEN 6707 "Befestigung von Dachdeckungen" (niederländische Norm) zu erbringen.

1.2.6 (6) Die Bemessungslast für Klammern zum Befestigen von Dachziegeln/-steinen sollte mindestens 0,15 kN/Stück betragen.

In diesem Abschnitt macht die Fachregel deutlich, daß eine willkürliche Verklammerung ohne Nachweis ihrer Wirksamkeit nicht statthaft ist. Es können nur Sturmklammern eingesetzt werden, die in Verbindung mit dem Dachziegel/Dachstein eine Einheit bilden und nachweislich effektiv dem Windsog entgegenwirken.

Die für einen Nachweis erforderlichen Bemessungslasten lassen sich nur durch ein Prüfverfahren, das auf einfache Weise die Belastung des Systems simuliert, ermitteln.

Die Prüfungen und die Ermittlung der Bemessungslasten erfolgen in Anlehnung an die NEN 6707.

Wichtig hierbei ist: Jede Bemessungslast bezieht sich auf das Zusammenspiel von Deckwerkstoff und Klammer (System). Eine Klammer gleicher Ausführung kann nicht ohne weiteres auf unterschiedliche Dachziegel/Dachsteine Anwendung finden.

Schon geringfügige Unterschiede in der Seitenverfalzung, im Gewicht oder der Oberflächenbeschaffenheit etc. der Dachziegel/Dachsteine haben Auswirkungen auf die Wirksamkeit der Verklammerung und können den Rechenwert einer Sturmklammer entscheidend beeinflussen.

In diesem Zusammenhang bedarf der in der Fachregel angegebene Rechenwert von 0,15 kN/Stück einer Erläuterung:
Es handelt sich hierbei nicht um einen festgeschriebenen Wert. Vielmehr ist hiermit ein Richtwert gemeint, der sowohl unter- als auch überschritten werden darf. Maßgeblich ist der einer Sturmklammer zugeordnete Rechenwert (s.o.), der ihren Einsatz unter Berücksichtigung aller in der Fachregel definierten Rahmenbedingungen zuläßt.

Zitat: *)

1.4.1 (4) Für die Befestigung mit Klammern und deren erforderliche Anzahl geben die Tabellen im Anhang I Abb. 1.2 bis 1.4 vereinfachte Ergebnisse der Berechnung an. Bei diesen Angaben handelt es sich um eine praxisorientierte Vorgehensweise zur Reduzierung von Sturmschäden.

Weiter macht die Fachregel an anderer Stelle deutlich:
Zitat: *)

1.1. (4) Berechnungen nach den Anhängen der "Hinweise zur Lastenermittlung" stellen einen Einzelnachweis dar und sind vorrangig gegenüber den Angaben in Tabellen für Windsogsicherung der jeweiligen Fachregeln.

Die NEN 6707, die als Grundlage für die Ermittlung der Bemessungslasten dient, schreibt ebenfalls keinen pauschalen Richtwert vor.

Ein einfaches Beispiel soll dies verdeutlichen:
Ein Betondachstein mit einem Eigengewicht von 0,045 kN deckt 10 St/m², folglich können max. 10 Klammern angebracht werden. Das bedeutet:

Ein Falzziegel mit einem Eigengewicht von 0,03 kN deckt 15 St/m², folglich können max. 15 Klammern angebracht werden. Das bedeutet:

Legt man eine Windlast von 1,95 kN/m² (Beisp. 1) zugrunde, ist die mögliche Windlastaufnahme der Falzziegeldeckung (Beisp. 2) um 0,75 kN/m² überdimensioniert. Schon eine Bemessungslast von 0,1 kN pro Klammer würde ausreichen, um die zugrundegelegte Windlast aufzunehmen.

Um eine Aussage über die Wirksamkeit einer Sturmklammer in Verbindung mit einem bestimmten Dachziegel/Dachstein machen zu können, ist also eine Bemessungslast erforderlich. Diese muß aber nicht zwingend auf einen bestimmten Wert festgelegt werden. Die erforderliche Größe der Bemessungslast richtet sich vielmehr nach den Eigenschaften des zu befestigenden Dachziegels/Dachsteins und der aufzunehmenden Windlast.

3. Definition einzelner Dachbereiche und deren Sicherung

Das Dach wird prinzipiell in die Dachteilbereiche Fläche, Traufe, Ortgang, First, Grat und Pult eingeteilt. Traufe und Fläche sowie First und Grat werden gleich behandelt.

Für jeden dieser Teilbereiche werden hinsichtlich ihrer Befestigung klare Aussagen gemacht.
Ab 65° Dachneigung wird die Dachfläche nicht mehr differenziert betrachtet. Hier gilt: Jeder Dachziegel/Dachstein ist zu befestigen.

a) Fläche/ Traufe

Zitat: *)

1.4.2 (1) Die notwendige Verklammerung gemäß den Tabellen im Anhang I ist so durchzuführen, daß entweder jeder, jeder zweite oder mindestens jeder dritte Dachziegel/Dachstein diagonal versetzt zu verklammern ist.

Ist eine Verklammerung in der Fläche / Traufe erforderlich und ist die geeignete Sturmklammer festgelegt, ist nicht willkürlich zu befestigen, sondern ein flächiger Verbund in der Dachfläche herzustellen. Dies wird erreicht, indem "jeder", "jeder zweite" oder "jeder dritte" Dachziegel/Dachstein in sämtlichen Reihen diagonal versetzt verklammert wird.

Um einen ausreichenden Befestigungsverbund zu erreichen, ist die Mindestklammeranzahl auf "jeder dritte" festgelegt. Eine weitere Reduzierung der Klammeranzahl würde dazu führen, daß große Flächenanteile ungeklammert liegen.
Schon bei dem Klammerschema "jeder dritte" ist die Windsogsicherung riskant minimiert, da bei einer diagonalen Befestigung immer ein Dachziegel/Dachstein nicht geklammert ist und der Mittrageffekt der nebenliegenden Dachziegel/Dachsteine nicht immer gegeben ist.

Vermörtelung der Fläche kann ohne zusätzliche mechanische Befestigung nicht zur Windsogsicherheit herangezogen werden. Dies gilt auch für aufgemörtelte Firste und Grate.

b) Ortgang

Zitat: *)

4.2 (2) Alle Dachziegel/Dachsteine an Ortgangkanten, außer der Deckschicht bei der Kronendeckung, sind an der Unterkonstruktion im Überdeckungsbereich gemäß Abschnitt 1.4.3 zu befestigen. Die Forderung ist erfüllt, wenn jeder Dachziegel/Dachstein am Ortgang mit mindestens einer Holzschraube, Durchmesser 4,5 mm, bei einer Einschraubtiefe von 24 mm in Nadelholz befestigt wird. Andere Befestigungsmittel sind nachzuweisen.

Unabhängig von der notwendigen Verklammerung sind alle Ortgangkanten mechanisch zu befestigen. Da es konstruktiv bedingt schwierig ist, am Ort mit Klammern zu arbeiten, gibt die Fachregel nur den Hinweis auf die Schraubbefestigung.

Für alle Befestigungsmittel besteht jedoch die Auflage, eine Kraft von mind. 0,60 kN/m rechtwinklig zur Lage des Ortgangs aufnehmen zu können.

c) First/Grat

Zitat: *)

4.3.1 (4) Firstziegel/Firststeine und/oder Formziegel/Formsteine sind an der Unterkonstruktion entsprechend Abschnitt 1.4.3 zu befestigen. Die Forderung ist erfüllt, wenn jeder Firstziegel/Firststein mit mindestens 1 Holzschraube, Durchmesser 4,5 mm, bei einer Einschraubtiefe von 24 mm in Nadelholz und einer Klammer befestigt wird. Bei Firstziegeln/Firststeinen, die nur mit Klammern befestigt werden, sind diese mit mindestens 1 Schraube oder 2 Nägeln zu befestigen. Andere Befestigungsmittel sind nachzuweisen.

Abb.1

Abb.2

Abb.3

Ebenso wie die Befestigungsmittel für Ortgänge müssen auch die First-/Gratbefestigungen eine Kraft von 0,60 kN/m aufnehmen können.

d) Pult

Pultziegel/Pultsteine sind wie Ortgänge zu befestigen.

4. Welche Faktoren bestimmen die Windlast?

Was versteht man unter einer Windlast?

Windlasten sind die Lasten, die sich durch Windanströmung auf ein Gebäude ergeben und somit auf Dachdeckungen in verschiedenen Bereichen in unterschiedlicher Größe wirken.
Windlasten unterscheiden sich grundsätzlich in Windsog- und Winddrucklasten. Dabei spielen die Windsoglasten für Befestigung bzw. Sicherung die wesentliche Rolle.

Die Größe der Windlast ist von verschiedenen Einflüssen abhängig. Um die in den Fachregeln dargestellten Tabellen zur Bestimmung des Klammerschemas anwenden zu können, müssen diese Faktoren bekannt sein.

Die Windlast bestimmende Faktoren.

a) Lage des Gebäudes

Deutschland ist in vier Windzonen eingeteilt, denen unterschiedliche Windkräfte zugeordnet werden.
Ganz Süddeutschland liegt in Windzone I, Norddeutschland liegt in Zone II. Für die Zonen I gilt: ab 600 Meter über NN Zone II, ab 830 Meter über NN Zone III. Die Nordseeküste und Teile der Ostseeküste liegen in Zone III und die Nordseeinseln bilden die Zone IV (siehe Windzonenkarte Abb. 4). Liegen Gebäude auf der Grenzlinie von zwei Windzonen, ist immer die nächst höhere zu wählen.

Abb. 4 Windzonenkarte der DIN 1055-4

Kartengrundlage GfK Geo Marketing

b) Gebäudehöhe

Vereinfachend wird bei der Gebäudehöhe auf die Firsthöhe über dem bebauten Gelände zurückgegriffen.

Abb. 5 Höhe über Gelände

Sonderfälle ergeben sich in exponierten Lagen, z.B. für Gebäude nahe an Steilküsten, Abgründen o.ä. (Abb. 6).
Nicht nur aufgrund der Geländeform, sondern auch hinsichtlich der Bebauung kann eine exponierte Lage entstehen. So ergeben sich bei freier Anströmung auf der grünen Wiese als in der geschützten Lage einer Wohnsiedlung. Auch die Kanalisierung der Windströmung in Straßenschluchten von Ballungsgebieten kann zu dem Schluß: "Exponierte Lage" führen.

Abb. 6 Exponierte Lage

c) Gebäudeart

Ebenfalls von großer Bedeutung für Sturmschäden an Dachdeckungen ist der Umstand, ob sich durch Öffnungen in einem Gebäude ein Windinnendruck bilden kann, und dieser zusätzlich zum äußeren Sog auf das Deckmaterial von innen einwirkt.
Wenn man bedenkt, daß bereits gekippte Fenster bei starkem Wind für schlagende Türen und Fenster im Haus sorgen können, ist dieser Faktor nicht unwesentlich.

Öffnungen können z.B. Lüftungsschlitze, Fugen, Türen, Lichtbänder oä. sein. Es wird deshalb in offene und geschlossene Gebäude unterschieden.

d) Dachform

Es wird nach einseitig und zweiseitig geneigten Dächern unterschieden.

e) Dachneigung

Maßgeblichen Einfluß auf die Größe der Windlasten hat die Dachneigung. Die Fachregel unterscheidet in drei Dachneigungsgruppen (Abb. 7). Als Abgrenzung zu Flachdächern wird eine Untergrenze von 10° Dachneigung festgelegt. Als Obergrenze wird 75° Dachneigung festgelegt, da sich bis zu dieser Neigung der günstige Einfluß des Eigengewichtes der Dachdeckung noch positiv auswirkt.

Abb. 7 Dachneigungsgruppen

f) Dachdeckung

Das Deckmaterial spielt hinsichtlich der Lagesicherheit der Dachdeckung ebenfalls eine Rolle. Ein Faktor ist die ständige Last (Eigengewicht), da sie dem Windsog entgegenwirkt. Schwerere Dachdeckungen, wie z.B. Biberdoppeldeckungen, haben in dieser Hinsicht sicherlich einen Vorteil gegenüber leichteren Deckungen wie Flachdachpfannen aus Ton oder Beton.

g) Dachbereiche

Bezogen auf die Windsogsicherung wird ein Dach in folgende Bereiche aufgeteilt:

Randbereiche, Eckbereiche und Flächenbereiche. Die Breite der Rand- und Eckbereiche beträgt 1/8 der kleineren Gebäudeseite (a), jedoch mind. 1 m. Sie darf für Wohn- und Bürogebäude, sowie bei geschlossenen Hallen mit Breiten < 30 m auf 2,0 m begrenzt werden.

Abb. 8 Dachbereiche

Auch Dachdurchdringungen bilden Randbereiche (Abb.9).

Als Dachdurchdringungen gelten Unterbrechungen der Dachfläche, die mind. an einer Stelle mehr als 0,35 m aus der Dachfläche herausragen und die über mind. eine waagerechte Abmessung von mehr als 0,5 m verfügen. Die Breite des erforderlichen Randstreifens beträgt 1/2 der längeren Seite (b) jedoch mind. 1 m und max. 2 m.

Abb. 9 Dachdurchdringungen

h) Offene und geschlossene Deckunterlage

Der Dachaufbau ist bei der Beurteilung geneigter Dächer von großer Bedeutung. Offene Konstruktionen, z.B. in Form von als Speicher genutzten Dachräumen ohne Zusatzmaßnahmen wie Unterdach oder Unterdeckung, wirken sich negativ auf die Lagesicherheit der Dachdeckung aus.
An Konstruktionen mit Zusatzmaßnahmen, die gegenüber der Dachdeckung über eine kleine Luftdurchlässigkeit verfügen, wurden wesentlich weniger Sturmschäden festgestellt. Es wird deshalb in zwei Gruppen unterschieden:
Zitat: *)

1.4.2 (8) Unter einer geschlossenen Deckunterlage werden

• alle ausgebauten Dachgeschosse mit luftdichter Innenbekleidung,
• alle Unterdächer und Unterdeckungen,
• sowie frei gespannte Bahnen mit geschlossenen Nähten und Stößen verstanden.

1.4.2 (9) Unter einer offenen Deckunterlage versteht man nicht ausgebaute Dächer

• ohne regensichernde Zusatzmaßnahme,
• mit Unterspannung,
• mit Docken.

Die Summe aller Faktoren bestimmt schließlich die Größe der zur erwartenden Windlast, die auf die Dachfläche einwirkt.
Aufgabe des Dachdeckers ist es, diese Faktoren zusammenzustellen und bei der Benutzung der Fachregeltabellen zu berücksichtigen.

5. Vorgehensweise anhand der Fachregeltabellen

Im Anhang der Fachregel sind für die Windzonen I, II und III die jeweiligen Tabellen abgedruckt, mit deren Hilfe eine fachregelgerechte Befestigung von Dachziegeln/Dachsteinen bestimmt wird. In diesen Tabellen sind alle die Größe der Windlast mitbestimmenden Faktoren eingearbeitet, ausgenommen die Unterscheidung zwischen geschlossenen und offenen Gebäuden (siehe 3 c).
Die Tabellen geben eine Mindestklammeranzahl pro m² an, machen aber keine Angaben über das Klammerschema. Um das Klammerschema zu erhalten, ist die zu verlegende Anzahl Dachziegel/Dachsteine pro m² durch den Tabellenwert zu dividieren. Das Ergebnis dient der Erstellung eines symetrischen Klammerschemas.

Zitat: *)

Abb. 1.6

• Ist das Ergebnis größer oder gleich 3, dann ist jeder dritte Dachziegel/Dachstein zu klammern.
• Ist das Ergebnis kleiner als 3, dann ist jeder zweite Dachziegel/Dachstein zu klammern.
• Ist das Ergebnis kleiner als 2, dann ist jeder Dachziegel/Dachstein zu klammern.

In Ausnahmefällen kann die ermittelte Mindestklammeranzahl die Anzahl Dachziegel/Dachstein übersteigen. Dann ist wie folgt zu verfahren:

Zitat: *)

Abb. 1.7
Ist die Anzahl der benötigten Klammern größer als die Anzahl der benötigten Dachziegel/Dachsteine pro m² Dachfläche, dann ist entweder eine geschlossene Deckunterlage notwendig oder es sind Klammern mit einer höheren Bemessungslast einzusetzen. Nach dem derzeitigen Erkenntnisstand gibt es Klammern, die eine Bemessungslast über 0,15 kN/Stück aufnehmen können. Auf jeden Fall ist die jeweilige Bemessungslast für die verwendeten Klammern vom Hersteller einzuholen.

In diesem Ausnahmefall muß die erforderliche Bemessungslast berechnet werden. Die Berechnung erfolgt mit Hilfe der in der FachregeI enthaltenen Anleitung.

Zusammenfassung:

• Die Tabellen der Fachregel beruhen auf den Faktoren: Windzone, Dachform, Deckunterlage, Dachneigung und Gebäudehöhe, sowie einer angenommenen Bemessungslast der Sturmklammer von 0,15 kN/Stück.
• Die Tabellenwerte geben die Mindestklammeranzahl an, nicht das Klammerverlegeschema.
• Um das Verlegeschema zu erhalten, ist die Anzahl Dachziegel/Dachsteine pro m² durch den Tabellenwert zu teilen.
• In Ausnahmefällen müßten mehr Klammern angebracht werden, als Dachziegel/Dachsteine zur Verfügung stehen. In solchen Fällen ist entweder eine geschlossene Deckunterlage zu konzipieren, oder es ist eine Klammer mit einer größeren Bemessungslast zu wählen.

6. Optimierte Methode

Dem Wunsch nach einer Vereinheitlichung steht die Individualität jedes einzelnen Dachziegels/Dachsteins entgegen, die bei der Systemprüfung nach NEN 6707 zur Ermittlung des Rechenwertes berücksichtigt werden muß. Jede von FOS empfohlene Sturmklammer ist das Ergebnis einer Systemprüfung: Die Sturmklammer wird im Zusammenspiel mit dem jeweiligen Deckwerkstoff auf diversen Lattungen geprüft. Der Benutzer wird so in die Lage versetzt, für sein Projekt eine Einzelfallberechnung durchzuführen. Das Klammerverlegeschema wird aus der ermittelten Bemessungslast einschliesslich der Daten des verwendeten Dachziegels/Dachsteins mit den projektbezogenen Faktoren der Windlast, die der Benutzer vorgibt, errechnet.

Neben der Möglichkeit der Einzelfallberechnung stellen wir Ihnen auf Anforderung gerne Sturmklammerlisten und Verlegeschemen für die Dachziegel/Dachsteine verschiedenster Hersteller zu Verfügung.