1 Allgemeines

Nichttragende Bauteile, die nicht zur Gebäudeaussteifung herangezogen werden und außer ihrer Eigenlast nur auf ihre Fläche wirkende Lasten aufnehmen und auf andere Bauteile abtragen, haben neben bauphysikalischen Aufgaben auch die Aufgabe, den von ihnen umschlossenen Raum oder Raumabschnitt so zu sichern, dass Personen und Gegenstände, die auf diese Bauteile einwirken, nicht durch deren vorzeitigen Bruch gefährdet werden. Solche nichttragenden Bauteile haben eine Sicherungsfunktion gegen Absturz.

Die Richtlinie ist anzuwenden bei Bauteilen, die einen Höhenunterschied zwischen Verkehrsflächen von mehr als 1 m sichern. Sie gilt nicht für Bauteile, die in DIN 4103 Teil 1 behandelt werden. Für Bauteile, die aus Erfahrung ausreichend sicher beurteilt werden können, braucht ein Nachweis der Stoßbelastung nach Abschnitt 3.2 dieser Richtlinie nicht geführt zu werden.

2 Einbaubereich

Für die in Abschnitt 3 beschriebenen Beanspruchungen werden zwei Einbaubereiche unterschieden:

Einbaubereich 1:

Raumabschließende Bauteile, Brüstungen, Umwehrungen und dergleichen in Bereichen mit geringer Menschenansammlung, wie sie z.B. in Wohnungen, Hotel-, Büro- und Krankenräumen und ähnlich genutzten Räumen einschließlich der Flure vorausgesetzt werden muss.

Einbaubereich 2:

Raumabschließende Bauteile, Brüstungen, Umwehrungen und dergleichen in Bereichen mit großer Menschenansammlung, wie sie z.B. in größeren Versammlungsräumen, Schulräumen, Hörsälen, Ausstellungs- und Verkaufsräumen und ähnlich genutzten Räumen vorausgesetzt werden muss.

3 Beanspruchungen und Nachweise

3.1 Horizontale, statische Lasten

Als horizontale Lasten (Linienlasten) sind anzusetzen Ein

Baubereich 1:

pi = 0,5 kN/m in 0,90 m Höhe vom Fußboden,

im Einbaubereich 2:

p2 = 1,0 kN/m in 0,90 m Höhe vom Fußboden.

Bei Geländern ist die jeweilige Last p₁, und p₂ auch dann in Holmhöhe anzusetzen, wenn diese von 0,90 m abweicht. Der rechnerische Nachweis darf durch Versuche ersetzt werden. Im Versuch ist die Bruchlast zu bestimmen. Der maßgebende Wert F_Versuch, der Bruchlast aus den Versuchen (s. Abschnitt 4) muss um den Sicherheitsfaktor 1,5 größer als die Gebrauchslast sein.

Mit Bruch wird hier derjenige Zustand bezeichnet, bei dem eine Laststeigerung nicht mehr möglich ist oder bei dem Bereiche des Bauteils soweit zerstört sind, dass dann die Sicherungsfunktion gegen Absturz nicht mehr gegeben ist.

Windlasten sind diesen Lasten zu überlagern.

Der Nachweis ausreichender Biegegrenztragfähigkeit streifenförmig unterstützter Beplankung oder ausgesteifter Deckflächen ist jedoch nur für die horizontalen Streifenlasten zu führen (s. Abschnitt 3.3).

3.2 Stoßartige Belastung

3.2.1 Anforderungen

Bauteile in den Einbaubereichen 1 und 2 dürfen sowohl bei weichen als auch bei harten Stößen nicht insgesamt zerstört oder örtlich durchstoßen werden.

Es sind folgende Bedingungen einzuhalten:

1. Die Standsicherheit der Bauteile muss erhalten bleiben.
2. Das Bauteil darf nicht aus seiner Halterung herausgerissen werden.
3. Bruchstücke, die Menschen ernsthaft verletzen können, dürfen nicht herabfallen.
4. Das Bauteil darf von den nachfolgend definierten Lasten in seiner gesamten Dicke nicht durchstoßen werden.

3.2.2 Weicher Stoß

3.2.2.1 Allgemeines

Der weiche Stoß ist an der Stelle wirkend zu denken, mit der als Aufprallstelle der Stoß im Bauteil die ungünstigste Biegebeanspruchung erzeugt. Eine Überlagerung mit anderen Lastfällen ist nicht erforderlich.

Der Nachweis einer ausreichenden Widerstandsenergie des gestoßenen Bauteils darf auf folgende Weise geführt werden:

1. rechnerisch, wenn für den Baustoff die Spannungs-Dehnungslinie bekannt ist (vgl. Abschnitt 3.2.2.2.1),
2. durch Biegeversuche, wenn die Spannungs-Dehnungslinie für den Baustoff unbekannt ist oder ein möglichst wirklichkeitsnahes Verhalten ermittelt werden soll (vgl. Abschnitt 3.2.2.2.2, 1. Absatz),
3. durch Stoßversuche (vgl. Abschnitt 3.2.2.2.2, 2. Absatz)

Der weiche Stoß darf vereinfachend als quasistatischer Lastfall zur Beurteilung des Verhaltens des gesamten Bauteils mit einer einwirkenden Energie von

entsprechend einer wirksamen Stoßkörpermasse von 50 kg und einer Aufprallgeschwindigkeit von 2,0 m/s angesetzt werden.

Dem beim gedachten Stoß in das Bauteil übertragenen Energieanteil a' * E_Basis steht die Widerstandsenergie E_R (Arbeitsvermögen) des Bauteils entgegen. Es ist zu fordern:

Hierin bedeutet:

a' = Stoßübertragungsfaktor nach Tabelle 1, abhängig von der mitschwingenden Masse na des gestoßenen Bauteils.

Bei 50 kg wirkender Stoßkörpermasse wurde angesetzt:

Tabelle 1 (a'-Werte)

Die mitschwingende Masse m der Bauteilart, ausgedrückt in kg, darf mit Hilfe nachstehender Methoden festgelegt werden:

1. Rechnerische Abschätzung von m
   

   m = λ * mt

   (4)

   mit m_t - Gesamtmasse des Bauteils und
   λ = Massenfaktor, der bei einem Stoß in Platten- oder Balkenmitte bzw. auf das freie Ende eines auskragenden Bauteils die Werte der Tabelle 2 annimmt.

Tabelle 2 (λ -Werte)

2. Ermittlung von m durch Versuche

   m = c * (T/2π )2

   (5)

   wobei hier zu verstehen ist unter c = Anfangssteifigkeit des Probekörpers in N/m, wenn dieser einem Biegeversuch mit einer an der gedachten Stoßstelle wirkenden Einzellast unterworfen wird.
   T = Eigenschwingungsdauer desselben Probekörpers im ursprünglichen Zustand, ausgedrückt in s.

In den Sonderfällen von Bauteilen mit großer Steifigkeit und nicht größer mitschwingender Masse liegen die Werte für a´ in der Tabelle 1 weit auf der sicheren Seite.

Zutreffendere Werte können nach dem in [1] Abschnitt 3.2 angegebenen Verfahren (a´ = E_A/E_a) ermittelt werden.

3.2.2.2 Ermittlung der Widerstandsenergie

3.2.2.2.1 Rechnerischer Nachweis

Liegt die Annahme einer Linearisierung der Abhängigkeit zwischen Einzellast und Durchbiegung des Bauteils im Hinblick auf die Größe seiner Widerstandsenergie auf der sicheren Seite, genügt jeweils folgender Nachweis:

	a) einfachlinearer Zusammenhang Widerstandsenergie des gestoßenen Bauteils: ER > * (1/2) FV * δ V	(6)

	b) bilinearer Zusammenhang Widerstandsenergie des gestoßenen Bauteils: ER = (1/2) FPL [δ V + (FV/FPL) (δ V - δ PL)]	(7)

	c) andere Zusammenhänge Widerstandsenergie des gestoßenen Bauteils: ER > (1/2) FPL [δ V + (FV/FPL) (δ V - δ PL)]	(8)

Im vorstehenden bedeuten:

F = diejenige an der gedachten Stoßstelle wirkende Einzellast, die erforderlich ist, um dort die Durchbiegung δ zu erzeugen

d _V = die bei F = F_V sich ergebende Durchbiegung des Bauteils an der gedachten Stoßstelle

F_V = Zahlenwert von F, bei dem der Versagenszustand erreicht ist

F_PL = Zahlenwert von F, von dem an sich das Bauteil hauptsächlich nur noch plastisch verformt

d _PL = die bei Erreichen von F = F_PL sich ergebende Durchbiegung des Bauteils an der Stoßstelle

Die zur Berechnung dieser Kräfte und Durchbiegungen erforderlichen Stoffwerte sind unter Berücksichtigung von Normen oder auch aus allgemeingültigen Untersuchungen mit auf der sicheren Seite liegenden Grenzwerten zu bestimmen.

3.2.2.2.2 Nachweis durch Versuche

Der rechnerische Nachweis darf durch Biegeversuche ersetzt werden. In diesem Falle ist der maßgebende Wert EVersuch für die bis zum Versagen bei den Versuchen aufnehmbare Energie

dem Energieanteil a' * E_Basis wie folgt gegenüberzustellen:

mit v = 1,25 Faktor zur Absicherung gegenüber Streuungen, die in den Versuchen nicht erfasst werden.

Soll der Nachweis durch Stoßversuche erbracht werden, so ist zu berücksichtigen, daß unterschiedliche Stoßkörper (menschliche Schulter, Glaskugelsack, Sandsack, Bleischrotsack) bei gleicher Aufprallenergie E_Aufprall unterschiedliche Energieanteile in das gestoßene Bauteil übertragen. Anstelle der Gleichung (9) tritt dann:

Dabei steht a" E_Aufprall für den Energieanteil der Aufprallenergie, den die jeweilige Stoßkörperart in das gestoßene Bauteil überträgt. Wie a' hängt auch der Faktor a" von den Eigenschaften der gestoßenen Wand ab. Er ist deshalb in Vorversuchen für die entsprechende Kombination Stoßkörperart/Probekörper zu bestimmen.

Für einen Glaskugelsack als Stoßkörper z.B. kann a" aus [2] Bild 4 ermittelt werden, sofern die Eigenschaften des zu untersuchenden Probekörpers in dem dort untersuchten Bereich liegen.

3.2.2.2.3 Befestigungselemente

Zur Abschätzung einer ausreichenden Tragsicherheit kann auf die Stoßkraft zurückgegriffen werden, die sich beim Auftreffen eines menschlichen Körpers auf die Befestigungsstelle ergibt:

Hierin bedeuten:

v_a= Aufprallgeschwindigkeit [m/s]

m₁ Körpermasse (30 kg)

C₁ = Federkonstante des stoßenden Körpers [N/m]

C₂ = Federkonstante des gestoßenen Bauteils [N/m]

Für baupraktische Fälle genügt der Nachweis, dass das Befestigungselement eine größere Widerstandskraft besitzt als 2,8 kN. Als Widerstandskraft darf die Kraft eingesetzt werden, bei der ein Versagen gerade noch nicht eintritt. Der harte Stoß braucht nicht nachgewiesen zu werden.

3.2.3 Harter Stoß

Der harte Stoß durch den Aufprall einer kleinen, kompakten Masse bei großer Geschwindigkeit dient primär zur Beurteilung des Verhaltens einer Bauteilart hinsichtlich örtlich begrenzter Zerstörungen infolge Stoßbeanspruchung. Dazu soll das Bauteil überall einer im Versuch aufzubringenden Stoßenergie von

E_Versuch = 10 Nm

entsprechend einer Stoßkörpermasse von 1,0 kg und einer Aufprallgeschwindigkeit von 4,47 m/s widerstehen.

Der Nachweis kann in der Regel nur durch Stoßversuche erbracht werden.

Der Widerstand einer bestimmten Steil J. Bauteils wird als ausreichend angesehen, wenn bei 15 Versuchen mit jeweils einem Stoß je Stelle der betrachteten Art in keinem Falle Versagen entsprechend Abschnitt 3.2.1 eintritt.

3.3 Biegegrenztragfähigkeit streifenförmig unterstützter Beplankung oder ausgesteifter Deckflächen gegenüber statischer Belastung

Der Nachweis ausreichender Biegegrenztragfähigkeit ist für die horizontale Linienlast nach Abschnitt 3.1 zu führen; dabei ist die ungünstigste Beanspruchung zu erfassen.

Der Nachweis ist entweder rechnerisch unter Berücksichtigung der in den Normen für die Beplankungs- oder Deckschichtenmaterialien festgelegten Eigenschaften und zulässigen Spannungen oder durch Versuche zu erbringen.

Bei mehrschichtiger Beplankung, bei Beplankung mit Verbundbaustoffen oder bei Beplankungen aus Platten mit orthotropem Tragverhalten sind die Einbaubedingungen der Beplankung im Bauteil zu beachten.

Der maßgebende Wert F_Versuch der Bruchlast aus den Versuchen (s. Abschnitt 4) muss um den Sicherheitsfaktor v = 1,5 größer als die aus der Gebrauchslast abgeleitete Bezugslast sein. Die Biegegrenztragfähigkeit ist bei der Last (Bruchlast) erreicht, über die hinaus eine weitere Laststeigerung nicht mehr möglich ist.

4 Durchführung der Versuche und Auswertung

Wenn der Nachweis, dass die Anforderungen nach Abschnitt 3 erfüllt werden, nicht rechnerisch unter Einbeziehung durch Normen oder Zulassungen festgelegter oder durch Materialuntersuchungen bestätigter Eigenschaften der verwendeten Baustoffe und Befestigungselemente geführt werden kann, darf die Erfüllung der Anforderungen auch durch Versuche . nachgewiesen werden.

Die Versuche sind nach DIN 4103 Teil 1, Abschnitt 5, Ausgabe Juli 1984, durchzuführen und auszuwerten.

_______________________
1) Struck, W.: "Die stoßartige Beanspruchung leichter, nichttragender Bauteile durch einen mit der Schulter gegenprallenden Menschen", Vorschlag für ein Prüfverfahren, BAM-Berichte Nr. 37, Bundesanstalt für Materialprüfung, Berlin, Februar 1976.

2) Struck, W., und Umberger, E.: Die Energieübertragung auf leichte, nichttragende Bauteile beim Stoß mit einem Glaskugelsack im Vergleich zum Schulterstol3, Mitteilungen Institut für Bautechnik 5 (1978), S.129/136.

ENDE