Wind: Windlasten, Winddruck, Windsog
Diese Windlasten verursachen Druck-, Sog- und geringfügig sogar Reibungskräfte. In seltenen Fällen, z.B. bei teilweise geöffneten Gebäuden, kann sogar ein Innendruck entstehen. Reibung tritt parallel zur Dachfläche auf, Druck und Sog senkrecht zum Flachdach.
Soll ein Flachdach gegen die auftretenden Windkräfte gesichert werden, ist der Winddruck zur berechnen. Ist der errechnete Wert positiv, tritt tatsächlich Winddruck auf, kommt ein Ergebnis mit negativem Vorzeichen heraus, entsteht Windsog. Auf Flachdächern besteht meist ein wesentlich höherer Windsog als -druck, daher ist der geamte Flachdachaufbau gegen Abheben zu sichern. Gemäß den „Fachregeln für Dächer mit Abdichtungen – Flachdachrichtlinien“ müssen die erforderlichen Maßnahmen zur Sicherung der Dachabdichtung und der dazugehörigen Schichten gegen Abheben durch Windkräfte von dem Planer angegeben werden.
Einflussfaktoren
Um Windsoglasten theoretisch berechnen zu können, sind folgende Einflussfaktoren auf das Dach maßgeblich:
Außerdem werden vier Geländekategorien (mit zwei zusätzlichen Mischprofilen) definiert:
Die auftretenden Windsogkräfte auf einer Dachfläche sind unterschiedlich groß, weshalb das Dach in vier (siehe Abb. 2) bzw. bei größer als 5° geneigten Dächern in fünf Dachbereiche eingeteilt wird:
- Geschwindigkeitsdruck q (kN/m²) in Abhängigkeit von der Windzone (geografischen Lage des Gebäudes), der Geländerauigkeit und der Gebäudehöhe
- Aerodynamische Beiwerte cp in Abhängigkeit von Dachform, Dachneigung, Dachbereich und Unterlage
Außerdem werden vier Geländekategorien (mit zwei zusätzlichen Mischprofilen) definiert:
- Kategorie I: offene See und Seen mit mindestens 5 km freier Fläche in Windrichtung bzw. flaches Land ohne Hindernisse
- Kategorie II: Gelände mit Hecken, einzelnen Gehöften, Häusern oder Bäumen (z. B. landwirtschaftliche Gebiete)
- Kategorie III: Vorstädte, Industrie- oder Gewerbegebiete, Wälder
- Kategorie IV: Stadtgebiete, bei denen mindestens 15 % der Fläche mit Gebäuden bebaut sind, deren mittlere Höhe 15 m überschreitet
Die auftretenden Windsogkräfte auf einer Dachfläche sind unterschiedlich groß, weshalb das Dach in vier (siehe Abb. 2) bzw. bei größer als 5° geneigten Dächern in fünf Dachbereiche eingeteilt wird:
- Eckbereich
- Randbereich außen
- Randbereich innen
- Mitten- oder Innenbereich
- First-/ Kehlbereich bei Sattel-/ Trog-Dächern mit einer Dachneigung > 5°
Windsogsicherung durch mechanische Befestigung
Vor allem im Industriebau hat sich das System der losen Verlegung mit mechanischer Befestigung von Dachabdichtungen als ökonomisches Abdichtungssystem durchgesetzt; eine Sicherung ohne zusätzliche Auflasten ist insbesondere bei Leichtdachkonstruktionen aus statischen Gründen gefordert.Bei der mechanischen Befestigung von Dachabdichtungen werden i. d. R. drei Befestigungssysteme unterschieden:
- Lineare Befestigung - mit Befestigungselementen
- Linienbefestigung - mit biegesteifen Metallprofilen
- Feldbefestigung - mit flächig im Raster verteilten Befestigern
Die Lagesicherheit der Abdichtung wird bei der Linienbefestigung durch biegesteife Metallprofile hergestellt, indem zuerst die Abdichtung verlegt und verschweißt wird, um dann anhand eines Schienenplanes vom Hersteller die Befestigung vorzunehmen. Im günstigsten Fall werden so Schienenabstände bis zu fünf Metern möglich. Die unter der Abdichtung verlegte Dämmung muss ebenfalls entsprechend den Vorgaben mechanisch befestigt werden. So genannte Lastverteilplatten sind an allen freiliegenden Enden der Schienen einzusetzen: Sie federn die hier auftretenden Spitzenlasten ab und gewährleisten, dass die Schiene die Abdichtung nicht durchstößt.
Die Befestiger einer Feldbefestigung sind nach Herstellerangaben gleichmäßig im Raster unterhalb der Abdichtung oder durch die Abdichtung hindurch anzuordnen. Die optimale Verteilung der Befestiger in den jeweiligen Bereichen stellt einen Vorteil gegenüber der Saumbefestigung dar, ohne an die Vorgaben durch Bahnenbreite und Obergurtabstand bei Stahltrapezprofilen gebunden zu sein.
Die Bemessungslast in Abhängigkeit von den eingesetzten Bahnen und Befestigern ist maßgeblich für die Funktionsfähigkeit aller Systeme. Dabei werden als Standardbemessungslast (für ungeprüfte Systeme auf den üblichen Untergründen) gemäß den Fachregeln 400 N je Befestiger angegeben. Im Einzelnachweis werden jedoch häufig geprüfte Systeme mit weit höheren Bemessungslasten eingesetzt, die eine wirtschaftlichere Verlegung aufgrund der geringeren Befestigerzahlen ermöglichen.
Windsogsicherung durch Auflast
Die Verklebung der Dachabdichtung ist die am häufigsten ausgeführte Bauweise bei nicht belüfteten Flachdächern auf Betondecken (sogenannten Warmdächern). Alternativ können zur Sicherung gegen abhebende Windkräfte bei lose verlegten Abdichtungen folgende Materialien eingesetzt werden:- Kiesschüttungen (Körnung 16/32 mm) in einer Mindestschichtdicke von 5 cm; eine höhere Auflast kann in den Rand- und Eckbereichen erforderlich werden (dickere Kiesschüttungen oder zusätzliche Plattenbeläge)
- Betonplatten (40/40/4 cm oder größer) als Plattenbelag auf Kies- oder Splittbett mit Schutzlage oberhalb der Abdichtung bzw. direkt auf Schutzlage (auf Stelzlagern, Mörtelsäckchen etc.)
- Dachbegrünungsaufbau (extensiv oder intensiv); bei der Berechnung zur Sicherung gegen Windsogkräfte ist das Eigengewicht des Vegetationssubstrates im trockenen Zustand maßgebend
Aufgrund der statischen Beschränkungen der Konstruktion können bei Leichtdächern die erforderlichen Auflasten oftmals nur in Teilflächen alleine zur Lagesicherung herangezogen werden. Ist die Auflast auf einer Teilfläche kleiner als die errechnete, abhebende Windkraft, muss die Lagesicherung des Dachaufbaus und der Abdichtung in diesem Bereich durch eine mechanische Befestigung hergestellt werden.
Widerstand gegen mechanische Beanspruchungen
Widerstand gegen stoßartige Belastung
Damit Dachbahnen mechanischen Beanspruchungen standhalten, müssen sie eine hohe Perforationssicherheit insbesondere bei stoßartiger Belastung aufweisen. Diese schützt sie vor baustellenüblichen Belastungen während der Verarbeitung bis zur Abnahme bzw. bis zum Aufbringen von Schutzschichten. Eine Bahnendicke von 2 mm und mittige Trägereinlagen reduzieren die Gefahr einer Beschädigung während der Bauzeit auf ein Minimum. Bei frei bewitterten Dachflächen sind jedoch auch die zunehmenden Unwetter zu berücksichtigen. Als Grundlage zur Bestimmung des Widerstandes gegen stoßartige Belastung von Bitumen-, Kunststoff- und Elastomerbahnen dient die Prüfung nach DIN EN 12691.