Bitte beachten Sie die Hinweise.

Knistern, Knacken, Donnerschlag

De frontibus turpibus - On Noisy Façades - Lärmende Fassaden


Schäden aus Zwängung

Fassaden und Dächer, die mit Produkten des Metallleichtbaus hergestellt wurden, können überaus störende Geräusche entwickeln. Diese Geräusche stehen regelmäßig im Zusammenhang mit behinderter Längenänderung unter wechselnder Temperatur. Auswirkungen Mit der Erwärmung und Abkühlung von großformatigen Blechtafeln kommt es zu verschiedenen Geräuschen. Das kann ein Knistern oder Knacken sein – wie es zum Beispiel nach Beendigung einer längeren Fahrt am Kraftfahrzeug auftritt – aber es sind auch massivere Geräusche möglich: Knallen, Scheppern, Dröhnen. Als Ursache kann bereits die kurz andauernde Verschattung der Sonne durch vorbeiziehende Wolken ausreichen, so dass das Autakel den ganzen Tag über anhält. Zum Abend ebben die Geräusche ab, können sich aber noch bis in die Nachtstunden bemerkbar machen. Die Geräusche, die mitunter beeindruckende Schallpegel erreichen, sind – vergleichbar zur Freisetzung radioaktiver Partikel beim Zerfall eines instabilen Isotops – summarisch aber nicht als Einzelereignis vorhersagbar. So tritt neben die Belästigung durch massive Geräusche, die sogar Gespräche erschweren oder unmöglich machen können, noch das Moment der Überraschung. In schweren Fällen kann die Störung jegliches konzentrierte Arbeiten unterbinden und damit das betroffene Gebäude in seiner Nutzbarkeit massiv einschränken. Ursachen Die beschriebene Geräuschbildung lässt sich auf behinderte Längenänderungen der Bauelemente, gelegentlich auch der Unterkonstruktion zurückführen. Im Metallleichtbau wird für die flächenhaften Elemente Stahl oder Aluminium verwendet. Die der Witterung ausgesetzten Elemente nehmen zum einen die Außentemperatur an, zum anderen werden sie durch die Sonnenstrahlung aufgeheizt. Die minimale Temperatur, die in unseren gemäßigten Breiten zu erwarten steht, beträgt in etwa -20°C. Die maximale Temperatur kann – in Abhängigkeit von der Helligkeit der jeweiligen Beschichtung – etwa 80° Celsius erreichen. Von Bedeutung ist die Temperatur des Bauteils zum Zeitpunkt der Montage, da diese den Ausgangspunkt der Verformungen vorgibt. Dazu folgende Beispielrechnung: Ein sechs Meter langes profiliertes Aluminiumblech wurde bei 15° Celsius montiert. Die zu erwartenden Temperaturunterschiede betragen: Auskühlung:

∆T​u = –20°C – 15°C = -35 K Aufheizung:

∆To = 80°C – 15°C = 65 K

Diese Längenänderungen können nicht von den Verbindungsmitteln oder der Unterkonstruktion aufgenommen werden. Es bilden sich Langlöcher, die Schrauben werden abgeschert und die Unterkonstruktion wird in ihrem Sitz gelockert.



Das Bild zeigt den Überlappungsstoß zweier Blechtafeln aus rollprofiliertem Aluminium: Es hat sich ein Langloch ausgebildet, dass durch die Schraube in das Blech gepflügt wurde. Das von der Schraube erbohrte Durchgangsloch wurde durch die Schraube zusätzlich geweitet. Gut zu erkennen sind die massiven Schiebemarken am Lochumfang und an den Stegen der Blechtafel.

Mechanischer Hintergrund Die störenden Geräusche entstehen durch das Reiben von Bauelementen gegeneinander oder gegen die Unterkonstruktion. Verschärft wird die Problematik dadurch, dass der Widerstand gegen Gleitreibung geringer ausfällt als der gegen Haftreibung. Infolgedessen stauen sich Spannungen an, bis die Haftreibungsgrenze überwunden werden kann. In diesem Moment verschieben sich die Bauelemente soweit, bis der Widerstand gegen Gleiten erreicht wird. Die Bewegung kommt zum Stehen und das Spiel beginnt von vorne. Jede Überwindung der Haftreibungsgrenze geht demzufolge mit einer abrupten Entladung von aufgestauten Spannungen einher. Die bei diesem Vorgang anfallende Energie wird bei den ersten Bewegungen in Deformationsarbeit, später dann in Schall und Wärme umgesetzt. Bedenklich sind die Deformationen und störend ist der Schall.

Der anfallende Schall wird zum einen als Luftschall abgegeben und durch die großen Metallflächen vor einem ausgedehnten Resonanzkörper – der in der Fassade eingeschlossenen Luft – verstärkt und verlängert. Der zum anderen anfallende Körperschall wird durch die Verbindungsmittel über die Unterkonstruktion in den Baukörper eingeleitet. Die Größenordnung der durch behinderte Dehnungen verursachten Zwängungen kann kaum unterschätzt werden, wie die folgende, beispielhafte Abschätzung zeigt:

Auf einem Meter Abwicklung fallen bei vollständig durch Zwängung verhinderte Temperaturdehnung Kräfte in der Größenordnung von neun Tonnen an. Kein Verbindungsmittel, keine wirtschaftlich sinnvolle Unterkonstruktion kann Lasten dieser Größenordnung abtragen. Folgeschäden

Unkontrollierte Verschiebungen der Bauelemente gegeneinander und gegen die Unterkonstruktion führen vielfach zu irreversiblen Schäden:

  • Die Verbindungsmittel werden abgeschert oder aus ihrem Sitz herausgewackelt.

  • Die Unterkonstruktion wird deformiert und ihre Befestigung gelockert

  • Es werden Langlöcher eingefurcht und damit das Tragvermögen gegen Überknöpfen der Schraubenköpfe gemindert. Die Dichtheit der Verbindung kann beeinträchtigt werden.

  • Die Beschichtung kann abgeschabt werden, so dass das Erscheinungsbild und schlimmer noch der Korrosionsschutz leiden.

Angesichts der drohenden, massiven Probleme in Sachen Standsicherheit, Korrosionsschutz und Erscheinungsbild erscheint die – vielfach intolerable – Beeinträchtigung durch Geräuschbildung nachrangig. Die Geräuschbildung kann durchaus als Hinweis auf wesentlich substantiellere Problemfelder verstanden werden. Eine Reparatur ist in nahezu allen Fällen unvermeidlich.

Fachregeln Die Fachnorm für vorgehängte und hinterlüftete Fassaden, DIN 18516-1:2010-06 fordert eindeutig:

  • Bei Außenwandbekleidungen sind … Temperaturdifferenzen zwischen der Temperatur bei der Montage (im Allgemeinen +10°C) und Grenztemperaturen von -20°C und +80°C zu berücksichtigen.

  • Die Außenwandbekleidung ist technisch zwängungsfrei zu montieren … Bei Gleitpunkten ist zwischen gleitenden Teilen ein ausreichendes Spiel … vorzusehen. Korrosionsschutzschichten dürfen durch Gleitvorgänge nicht zerstört werden.

  • Beanspruchungen infolge Formänderungen … dürfen an den Verbindungs- und Befestigungsstellen keine Beschädigung in der Bekleidung oder Unterkonstruktion verursachen (Zerstörung der Korrosionsschutzschicht durch Langlochbildung, Versagen der Verbindungen und Befestigungen).

Richtig ist, dass dadurch die Geräuschbildung nicht vollständig vermieden werden kann; sie wird erfahrungsgemäß durch Beachtung der zitierten Forderungen auf ein erträgliches Maß beschränkt und Schäden werden vermieden. Zu diesem Punkt wird in der Montagerichtlinie des IFBS angemerkt:

Bei Dach- und Wandkonstruktionen, die aus Metallelementen bestehen, kann es … zu einem hörbaren Knistern oder gelegentlichen Knacken kommen. Geräusche dieser Art sind für Metallbekleidungen typisch und systembedingt.

Die Anforderungen der zitierten Norm lassen sich auf andere Situationen (geschlossene Fassaden, unterlüftete Dächer, Dacheindeckungen mit Sandwichelementen, Stehfalzsystemen oder nicht gedämmtes Trapezblech) übertragen. Spannungen aus temperaturbedingten Längenänderungen müssen durch vorgeplante und geordnete Möglichkeiten zur Ausdehnung und zum Schrumpfen vermieden werden. Der Hinweis der Fachrichtlinie des IFBS geht in die richtige Richtung kann aber nicht dahingehend verstanden werden, dass Geräusche jeder Häufigkeit und Lautstärke toleriert werden müssen. Mangelbeseitigung Die Vernachlässigung von durch Temperaturunterschiede verursachte Längenausdehnungen begründet im Allgemeinen einen Planungs-, ggf. Ausführungsfehler. Das Ziel einer Reparatur kann nur die Herstellung der fehlenden Bewegungsmöglichkeiten sein. Als erstes sollte geprüft werden inwieweit die Verbindungsmittel, die Bauelemente und deren Unterkonstruktion bereits von den Zwängungen beschädigt wurden. Bei den Fassadenschrauben sollte davon ausgegangen werden, dass diese durch Schub überbeansprucht wurden und daher ein vollständiger Austausch (bei gewindefurchenden Verbindungen an anderer Stelle oder mit größerem Durchmesser) geboten ist. Im Vorfeld werden die Bewegungsmöglichkeiten definiert und insbesondere die Festpunkte bestimmt. Ausgehend von den Festpunkten ergeben sich die zu erwartenden Bewegungen in den Lospunkten. Bestehende Löcher lassen sich durch Bohren oder Reiben zu Großlöchern erweitern. Hier gilt es den Durchmesser der Unterlegscheibe passend zu wählen und bei der Überarbeitung des Standsicherheitsnachweises das Thema „Überknöpfen“ erneut zu bewerten.

Ein durchkonstruierter Lospunkt

Ein Einklemmen der Bauteile kann durch gewindefreie Abschnitte oder Abstandshülsen vermieden werden. Eine Begrenzung des Drehmoments oder des Abschlags ist nur bedingt geeignet, zudem besteht Gefahr, dass sich die Verbindungsmittel auf lange Frist lösen. Stark (einseitig!) haftende Universalklebebänder können die Reibung zwischen den Bauteilen deutlich mindern und den Abrieb von Beschichtungen vermeiden helfen. In den Querstößen der Elemente kann es passieren, dass die konträr gerichteten Bewegungen der Einzelbauteile nicht mehr durch Großlöcher aufgenommen werden können. Hier kann die Möglichkeit des Unterhakens erwogen werden. Anmerkungen Nicht alle Geräuschemissionen sind auf temperaturbedingte Zwängungen zurückzuführen – neben der Anregung durch Wind kommen auch Bewegungen im Gebäude oder im Zusammenspiel mit Holzkonstruktionen in Frage. Wenn Geräusche auftreten, die als massiv störend empfunden werden, handelt es sich um ein Alarmzeichen. Zwängungen können massive Schäden über die Geräuschbildung hinaus anrichten und eine Ursachenforschung ist unvermeidlich.

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