Schubtragfähigkeit von Wänden aus Kalksand-Planelementen mit geringem Überbindemaß  -  Experiment und rechnerische Simulation

Der Querkraftwiderstand VR von Mauerwerkswänden, die in ihrer Ebene durch Wind- oder Erdbebeneinwirkungen beansprucht werden, hängt auch vom Überbindemaß ü bzw. vom Verhältnis des Überbindemaßes zur Steinhöhe ü/hst ab. Das nach Norm derzeit zulässige Überbindemaß von ü ≥ 0,4 hst kann bei der Verwendung von Planelementen in der Praxis nicht immer eingehalten werden. Für diese Fälle ist in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ) des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) für Kalksand-Planelemente im Bereich 0,4 > ü ≥ 0,2 hst bzw. 12,5 cm bisher ein verminderter zulässiger Rechenwert der charakteristischen Schubfestigkeit fvk von 60 % des Wertes nach DIN 1053-100:2007-09 (ü ≥ 0,4 hst ) anzuwenden. Diese, auf Ergebnissen alter Versuche mit überholten Prüfanordnungen beruhenden, hohen Tragfähigkeitseinbußen waren im Zuge der Aufnahme von Planelementen in die Bemessungsnormen für Mauerwerk mit neuem Schubbemessungskonzept zu überprüfen.
Daher wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen an 17,5 cm dicken, 2,50 m hohen Schubwänden aus Kalksand-Planelementmauerwerk mit Dünnbettmörtel und unvermörtelten Stoßfugen durchgeführt. Ziel war es, den Einfluss geringer Überbindemaße ü/hst < 0,4 auf die Schubtragfähigkeit dieser Wände, insbesondere bei statisch-zyklischen Horizontalverformungen in Wandebene, quantitativ zu bestimmen. Als Versuchsparameter wurden die Wandauflast (σ = 0,5/1,0/1,43 N/mm2), das Überbindemaß (ü/hst = 0,2/0,4) und die Einspannung am Wandkopf und -fuß variiert.
Die Untersuchungen ergaben im Bereich der normativ bemessungs relevanten geringen Überbindemaße 0,2 ″ ü/hst ″ 0,4 keine signifikanten Traglasteinbußen. Bei erweiterten theoretischen FE-Analysen für das baupraktisch übliche Spektrum vorhandener Überbindemaße 0,2 ″ ü/hst ″ 1,0 von Wänden mit Auflastspannungen von 0,5 N/mm2 bzw. 1,0 N/mm2 wurde eine Traglastminderung von maximal 12 bis 16 % berechnet.
Der Abtrag der Horizontallast vom Wandkopf zum Wandfuß erfolgt über ein schräges Druckspannungsfeld. Im Überbindebereich der Elemente auftretende Spannungskonzentrationen können zu örtlich begrenzten Rissbildungen führen, ohne dass die Tragfähigkeit der Wand hierdurch beeinträchtigt wird. Diese ist erst dann erschöpft, wenn insbesondere am Wandfuß die vom gerissenen Mauerwerk übertragbaren, schrägen Druckspannungen nicht mehr aufgenommen werden können.

Shear load bearing capacity of masonry walls made of calcium silicate element units with a low overlap length  -  Experimental and numerical simulation analysis.
The shear force resistance capacity VR of masonry walls subjected, in their plane, to loads from winds or earthquakes, amongst other things, depends on the overlap length of the units ü or on the ratio of the overlap length and the height of the unit ü/hst . The currently permissible overlap length, according to German design standards and norms, of ü ≥ 0.4 hst can not always be adhered to in building practice, when using element units. In such cases and according to general technical approval code (abZ) of the German Institute for Building Technology (DIBt) for calcium silicate element units within the range 0.4 > ü ≥ 0.2 hst or 12.5 cm, a reduced permissible calculation value of the characteristic shear strength fvk of 60 % of the value according to DIN 1053-100:2007-09 (ü ≥ 0.4 hst ) has been used to date. This high loss of load bearing capacity, based on results of older experiments with ob solete test setups, was to be tested in the course of the inclusion of element units in the calculation standards for masonry walls, with a new shear calculation concept.
As a result, extensive experimental and theoretical tests were carried out on 17.5 cm thick and 2.50 m high shear walls made of masonry calcium silicate element units and ungrouted butt joints. The objective was to quantatively determine the influence of low overlap length ü/hst < 0.4 on the shear resistance of these masonry walls and in particular with static-cyclical horizontal displacement at the wall top. The vertical load pressure (σ = 0.5/1.0/1.43 N/mm2), the overlap length (ü/hst = 0.2/0.4) and the fixing at the top and bottom of the wall were varied and used as experimental parameters.
Within the range of normative calculation with low overlap lengths 0.2 ″ ü/hst ″ 0.4, the investigations showed no significant load bearing capacity loss. With more extensive theoretical Finite Element analyses for the normal building practice spectrum of overlap lengths 0.2 ″ ü/hst ″ 1.0 for walls with a vertical load of 0.5 N/mm2 or 1.0 N/mm2, a reduction of load bearing capacity of maximum 12 % to 16 % was calculated.
The transmission of the horizontal shear load from the top of the wall to the bottom of the wall takes place through a diagonal compression stress field. Cracks may occur in the overlap area of the element units as a result of stress concentration, which are limited to the overlap area and do not cause any impairment to the load bearing capacity of the wall. This capacity is only then exhausted when the trans missible, diagonal compression stress can no longer be absorbed, especially at the bottom of the wall with cracked masonry.