Nach DIN EN 1996-1-1 [1] können Ausfachungsflächen mit Hilfe eines Verfahrens mit Biegemomentenkoeffizienten nachgewiesen werden. In Deutschland ist die Anwendung dieses Verfahrens mit den in [1] angegebenen Parametern gemäß dem zugehörigen Nationalen Anhang jedoch nicht zulässig, da die in EC 6 angegebenen Biegemomentenkoeffizienten die begrenzte Rotationskapazität vom Mauerwerk nicht hinreichend abdecken. Daher wurde in verschiedenen Forschungsvorhaben an der Technischen Universität Darmstadt - z.B. [5] und [6] - ein vereinfachtes Nachweisverfahren zur Bestimmung der im Grenzzustand der Tragfähigkeit aufnehmbaren Beanspruchungen für nicht tragende Wände entwickelt, welches gleichzeitig auch die Angabe zulässiger Ausfachungsflächen in Abhängigkeit einer Einheitswindbelastung erlaubt.
Das Berechnungsmodell beruht auf einer umfangreichen wissenschaftlichen Forschungsarbeit zur Beanspruchbarkeit nicht tragender Wände und einer in diesem Zusammenhang entwickelten Nachweismethodik zur Bestimmung der sich einstellenden Schnittgrößenverteilung. Grundgedanke ist die Bestimmung eines dimensionslosen Tragfähigkeitskoeffizienten $Y_w$, welcher die verschiedenen Einflussgrößen beinhaltet. Neben den direkten Effekten aus Wandgeometrie, Lagerungsbedingungen und Verhältnis der Biegezugfestigkeiten in horizontaler und vertikaler Richtung beinhaltet der Tragfähigkeitskoeffizient auch die Einflüsse aus dem anisotropen Verformungsverhalten von Mauerwerk. Mit der entwickelten Nachweismethodik ist es möglich, die Tragfähigkeit biegebeanspruchter Ausfachungswände einfach und praxisnah unter Verwendung weniger Materialkenngrößen zu bestimmen.
Es bleibt festzuhalten, dass das entwickelte Nachweisverfahren die Berücksichtigung eines sich in vielen Fällen einstellenden Membranspannungseffektes auf der sicheren Seite liegend vernachlässigt. Damit ergeben sich bei bestimmten Randbedingungen mit diesem Nachweisverfahren zum Teil auch kleinere Ausfachungsflächen als nach den Normen. In diesen Fällen sollten daher die in den Tafeln 1 und 2 angegebenen Werte verwendet werden.
Das Berechnungsmodell benötigt als Eingangsgrößen zur Bestimmung der aufnehmbaren Beanspruchung von Ausfachungswänden lediglich die Biegezugfestigkeiten des Mauerwerks senkrecht und parallel zur Lagerfuge. Für den eigentlichen Nachweis auf Grundlage des Teilsicherheitskonzepts sind diese Materialkenngrößen als 5 %-Quantilwerte anzusetzen. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass durch die Verwendung der Biegezugfestigkeit parallel zur Lagerfuge eine Reihe von Einflussgrößen - z.B. das Überbindemaß, die Steingröße und die Art der Stoßfugenausbildung - integral erfasst werden. Die zulässige Ausfachungsfläche ergibt sich mit Hilfe des Tragfähigkeitskoeffizienten $Y_w$ und der Biegezugfestigkeit $f_{tk1}$ senkrecht zur Lagerfuge. Letztere wird üblicherweise vernachlässigt, darf aber nach DIN EN 1996-1-1/NA [1] bei Mauerwerk aus KS XL, KS XL-E und KS XL-N mit Dünnbettmörtel, welches nur durch zeitweise einwirkende Lasten rechtwinklig zur Oberfläche beansprucht wird, mit $f_{tk1} = 0{,}2\,\mathrm{N/mm^2}$ angenommen werden.
Nach dieser Nachweismethodik ergibt sich für die zulässige Ausfachungsfläche:
$A_w = t^2 \cdot \frac{f_{tk1}}{\mu_t} \cdot \frac{1}{\gamma_M} \cdot \frac{1}{w_d} \cdot Y_w$ (2.1)
$A_w$ Ausfachungsfläche
$t$ Wanddicke
$f_{tk1}$ Vertikale Biegezugfestigkeit
$f_{tk2}$ Horizontale Biegezugfestigkeit
$\mu_t$ Biegezugverhältnis: $\mu_t = f_{tk1}/f_{tk2}$
$Y_w$ Bezogene Traglast in Abhängigkeit von: Lagerungsbedingungen, $h/l$, $\mu_t$
$\gamma_M$ Teilsicherheitsbeiwert auf der Widerstandsseite: $\gamma_M = 1{,}5$
$w_d$ Bemessungswert der Windlast
In Tafel 3 werden die zulässigen Ausfachungsflächen für Mauerwerk aus KS-Plansteinen und KS XL ($h_u$ und $l_u \geq 248\,\mathrm{mm}$) mit Dünnbettmörtel und Überbindemaßen $l_{ol}/h_u \geq 0{,}4$ angegeben. Für ein Überbindemaß von $0{,}2 \leq l_{ol}/h_u < 0{,}4$ sind die Werte um 50 % abzumindern. Eine Stoßfugenvermörtelung ist nicht erforderlich. Die Materialkenngrößen der Stein-Mörtel-Kombinationen stammen aus [7] ($f_{tk1} = 0{,}2\,\mathrm{N/mm^2}$; $\mu_t = f_{tk1}/f_{tk2} \leq 1{,}11$) und die Ausfachungsflächen wurden in Anlehnung an [8] ermittelt.
Für die Berechnung der Bemessungswindlast nach DIN EN 1991-1-4/NA [9] wurden die folgenden in den überwiegenden Fällen geltenden Faktoren verwendet:
$w_d = \gamma_Q \cdot c_{pe,10} \cdot q_p = 1{,}5 \cdot 0{,}8 \cdot q_p$ (2.2)
$\gamma_Q$ Teilsicherheitsbeiwert für Windeinwirkung auf der Einwirkungsseite nach DIN EN 1990/NA [10]
$c_{pe,10}$ Aerodynamischer Außendruckbeiwert für vertikale Wände für den Bereich D nach DIN EN 1991-1-4/NA [9]
$q_p$ Vereinfachter charakteristischer Böengeschwindigkeitsdruck nach DIN EN 1991-1-4/NA [9]
In Tafel 3 sind für verschiedene Lagerungsbedingungen sowie verschiedene Verhältnisse $h/l$ die zulässigen Ausfachungsflächen in den folgenden Anwendungsbereichen angegeben:
Windzone 1: Gebäudehöhe h bis 18 m;
Windzone 2: Gebäudehöhe h bis 10 m.
Für die Anwendung in anderen Windzonen (z.B. WZ 2 mit $h > 10\,\mathrm{m}$, WZ 3 und WZ 4) müssen die in Tafel 3 angegebenen Ausfachungsflächen mit dem entsprechenden Faktor $k_{wd}$ aus Tafel 4 multipliziert werden. Für die Windzone WZ 1 und Gebäudehöhen $h \leq 10\,\mathrm{m}$ können die in Tafel 3 angegebenen Ausfachungsflächen noch mit dem Faktor $4/3$ erhöht werden (siehe Tafel 4).
$\mathrm{zul}\,A_W = A_{W0} \cdot k_{wd}$ (2.3)
mit
$A_{W0}$ Ausfachungsfläche für WZ 1 bis $h = 18\,\mathrm{m}$ und WZ 2 (Binnenland) bis $h = 10\,\mathrm{m}$ nach Tafel 3
$k_{wd}$ Faktor zur Umrechnung der zulässigen Ausfachungsflächen in andere Windzonen nach Tafel 4
Wesentlichen Einfluss auf die Größe der zulässigen Ausfachungsfläche hat eine vorhandene seitliche Einspannung der Ausfachungsfläche. Falls diese Lagerungsbedingung angenommen wird, so ist die seitliche Einspannung in die aussteifenden Bauelemente konstruktiv sicherzustellen.