Die Kunst des Fugenverschlusses

Von Stephan Appel

Fassaden von Gewerbebauten werden in der Regel mit einer von der Tragstruktur entkoppelten Konstruktion ausgeführt. Typisch hierfür sind neben den klassischen Pfosten-Riegel-Konstruktionen die Element- und Paneelfassaden sowie unzählige Varianten hinterlüfteter Systeme. Im Anschlussbereich zwischen Baukörper und Fassade entstehen schon aufgrund der zulässigen Maßtoleranzen geschossübergreifende Hohl- oder Lufträume, die im Brandfall Rauch und Feuer weiterleiten können. Selbst kleine Fugen stellen somit eine Gefahr für den Brandschutz dar. Die sichere Ausbildung der Anschlüsse und das fachgerechte Schließen der Fugen bleiben in der Praxis allerdings häufig unbeachtet. Es werden zwar Brandschutzplaner und Sachverständige mit der Erstellung von Brandschutzkonzepten beauftragt. Deren Leistung endet jedoch meist mit der Definition von Schutzzielen und der Abgabe des Konzeptes im Rahmen der Baugenehmigung. Dabei bleiben die Ausführungsdetails oft auf der Strecke. Dagegen endet die Arbeit des Architekten in der Regel nicht mit der Abgabe der Baugenehmigung – und dieser Gefahrenpunkt obliegt dann seiner Verantwortung.

Wodurch entsteht die Fuge und wie muss die Ausbildung erfolgen?

Die Größe der Fugen beträgt im Durchschnitt 20 bis 50 Millimeter. Sie entstehen bereits im Rohbau aufgrund herstellungsbedingter Toleranzen, die in der DIN 18202 geregelt sind. Danach darf beispielsweise ein Stahlbetonbauwerk, abhängig von der Abmessung des Einzelbauteils, 10 bis 30 Millimeter (Tabelle 4 der DIN) von der Planung abweichen. Nach der gleichen Norm darf eine darauf montierte Metallkonstruktion nur eine Abweichung zwischen 3 und 25 Millimetern besitzen. Außerdem sind zwischen Rohbau und Fassade Mindestabstände einzuhalten, um die Bewegungen aufgrund der thermischen Ausdehnung und des Winddrucks auszugleichen.

Die Fuge muss so geschlossen werden, dass ihre Ausführung den Anforderungen der Bauordnung entspricht. Dabei ist nicht eindeutig geregelt, wo das nach Bauordnung definierte Bauteil mit Feuerwiderstandsdauer endet, wo die Fassade beginnt und welchem Bauteil die Fuge zuzuordnen ist. Die Antwort ist Definitionssache und wird oft so ausgelegt, dass die Fuge die vermeintlich leichtere Anforderung erhält. Dies ist aus Sicht der Praxis durchaus verständlich, in Bezug auf den Grundsatzparagrafen 14 der Musterbauordnung, wonach bauliche Anlagen so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten sind, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind, reicht das jedoch nicht aus. Denn die Konstruktion der Fuge muss gewährleisten, dass „der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt“ wird. Demnach muss die Fuge kaltrauchsicher und heißrauchsicher ausgeführt sein. Dazu eignet sich entweder ein nicht brennbarer Dämmstoff mit einem Schmelzpunkt über 1.000 Grad Celsius oder eine Masse, die dem Schutzziel gleichkommt. Die Stopfdichte des Materials soll so hoch sein, dass sie auch bei Bewegung durch thermische Belastung noch dauerhaft in der Fuge verbleibt. Genau darin besteht die Schwierigkeit. Werden Fassadenbauteile von Feuer beansprucht, so erfolgt eine Verformung; abhängig vom Material und der gewählten Konstruktionsart kann eine thermische Längenänderung von mehreren Zentimetern pro Geschoss erfolgen. Dies kann zu Zwängungen und Spannungen innerhalb der Konstruktion führen. Die Kunst des Fugenverschlusses liegt also darin, die normalen thermischen Ausdehnungen innerhalb der Fassade zu berücksichtigen, die Ausdehnungen durch Brandbeanspruchungen abzuschätzen und eine Konstruktion zu wählen, die dem Normalzustand und der Sonderbeanspruchung im Brandfall gerecht wird.

Wie kann die Dichtheit der Fuge geprüft werden?

Eine simple und bewährte Methode, um festzustellen, ob es Undichtigkeiten zwischen den Geschossen gibt, ist der vom energieoptimierten Bauen bekannte Blower-Door-Test. Damit wird eine künstliche Druckdifferenz erzeugt, ähnlich wie sie bei der Prüfung von Rauchschutztüren nach DIN 18095 angewendet wird. Über das angeschlossene Messgerät kann man erkennen, ob die Druckdifferenz gehalten wird oder ob es hier einen schnellen Druckausgleich in die benachbarten Bereiche gibt. Ein Druckausgleich würde für Undichtigkeiten in der Abtrennung zwischen den Geschossen sprechen. Mit einem Strömungsmessgerät können erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten messtechnisch erfasst werden und mit einer Rauchgas- oder einer Nebelmaschine lassen sich die undichten Stellen sichtbar machen.

Schnelle Rauchweiterleitung durch gerissene Acrylfuge

Das Büro des Autors wurde beauftragt, ein drei Jahre zuvor fertiggestelltes Verwaltungsgebäude zu überprüfen, da der Betreiber in Teilbereichen Ausführungsmängel vermutete. Eine erste Sichtung der verschiedenen Fassaden-Konstruktionen (eingestellte Massivbaukonstruktion, Pfosten-Riegel-Fassade und vorgehängte hinterlüftete Fassade) zeigte im fertigen, ungeöffneten Zustand keine Auffälligkeiten oder Hinweise auf Probleme. Nach Entnahme einzelner Deckenplatten einer Rasterdecke wurde der Fassadenanschluss von der Stahlbetonskelett-Konstruktion zur Pfosten-Riegel-Fassade sichtbar (Zeichnung oben). Eine horizontale Beplankung der Deckenplatte mit Gipskarton-Bauplatten (GKB) mit Überstand in den Hohlraum zwischen den Pfosten wurde erkennbar. Die Acrylfuge zwischen dem Paneel der Fassade und der GKB-Platte war vollständig gerissen. Da auch Probleme im Bereich der thermischen Bauphysik vermutet wurden, die bereits mit einer Wärmebildkamera lokalisiert worden waren, wurde ein Blower-Door-Test veranlasst. Dafür wurde lediglich ein Raum im Untergeschoss mit einem Überdruck von circa 50 Pascal versehen und nach dem Erreichen der Druckdifferenz eine Nebelmaschine gestartet. Bereits nach etwa 30 Sekunden hörte man aufgeregte Rufe aus dem Gebäude. Eine Person aus dem 1. Obergeschoss, zwei Etagen über dem Versuchsraum, meldete einen Feueralarm in ihrem Zimmer. Die Untersuchung ergab, dass sich der Nebel nicht nur, wie angenommen, in dem Raum direkt über dem Versuchsraum ausgebreitet hatte, sondern noch eine Etage darüber. Die Bauteilöffnung zeigte, dass im Bereich der Geschossdecken keine Maßnahmen getroffen worden waren, um die Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern. Die Acrylfuge zwischen der GKB-Beplankung an der Decke und dem Fassadenbauteil konnte die normalen und zu erwartenden Bewegungen der Fassade nicht dauerhaft aufnehmen. Durch zusätzliche Ausklinkungen in den Pfostenprofilen kam es zu einer extrem schnellen Ausbreitung des Versuchsnebels, obwohl der Fassadenanschluss in allen Geschossen mit einem Estrich und Randdämmstreifen ausgeführt war. Die weiteren Versuche und Untersuchungen hatten eine umfassende Sanierung des Gebäudes zur Folge.

Dreifach verlegte Kompribänder genügten nicht

Die Fassade eines Labor- und Forschungsgebäudes, das als Stahlbetonskelettbau erstellt wurde, sollte eine Bekleidung aus einem wärmegedämmten Paneel erhalten. Das Brandschutzkonzept sah vor, dass das Gebäude als feuerbeständige Konstruktion ausgeführt wird (F 90-A/REI-90) und die Fassade ausschließlich aus nichtbrenn-baren Baustoffen bestehen darf. Für die Fassade war ein Sandwichpaneel mit einer Dämmung aus Mineralfaserdämmstoff der Baustoffklasse A1 (nichtbrennbar) mit einem Schmelzpunkt über 1.000 Grad Celsius vorgesehen. Im Brandschutzkonzept wurde explizit auf die grundlegenden Anforderungen der Paragrafen 14 und 28 -(Außenwände und Außenwandteile, wie Brüstungen und Schürzen sind so auszubilden, dass eine Brandausbreitung auf und in diesen Bauteilen ausreichend lang begrenzt ist) hingewiesen. Da der Brandschutzexperte nur mit der Erstellung des Brandschutzkonzeptes und nicht mit der weiterführenden Ausführungsplanung beauftragt war, existierten keine Ausführungsdetails.

Während der Bauarbeiten stellte die Fachbauleitung Brandschutz bei ihrer unabhängigen Bau- und Objektüberwachung bei der Montage der Fassadenelemente Hohlräume zwischen der Außenhülle und der Tragkonstruktion fest, die eine Weiterleitung von Feuer und Rauch begünstigen würden. Die stichprobenhafte Kontrolle der Bauteilfuge zwischen dem Sandwichpaneel und der Stirnseite der Betondecke ergab, dass die für den dichten Anschluss zweireihig an der Geschossdecke verbauten Kompribänder selbst im aufgeblähten Zustand die Anschlussfuge nicht verschlossen.

Nach langer Diskussion wurde ein Blower-Door-Test durchgeführt und dazu das etwa 2.000 Quadratmeter große Geschoss abgedichtet. Es wurde abwechselnd ein 50 Pascal starker Über- und Unterdruck erzeugt und zusätzlich mit Theaternebel gesprüht. Durch den Überdruck wurde der Theaternebel in die angrenzenden Geschosse darüber und darunter gepresst. Als Schwachstelle der Konstruktion wurde die gesamte horizontale Anschlussfuge der Decke an die Fassade festgestellt. Trotz der doppelt und teilweise dreifach verlegten Kompribänder war die Fuge derart undicht, dass das darüberliegende Geschoss partiell schnell verraucht war.

Diese horizontale Anschlussfuge wurde mit einem an der Fassade und der Betondecke angeklebten Stahlwinkel abgedeckt. Diese Winkel mussten zusätzlich über der vertikalen Anschlussfuge zwischen dem Paneel und den direkt an der Außenkante der Betondecke befindlichen Stahlbetonstützen angebracht werden. Ausführungstechnisch war das nur deshalb möglich, weil die Fassadenelemente die vertikalen Bewegungen über das Feder-Nut-System abfangen. Bei einem Fassadensystem, bei dem sich die Längenänderung aufgrund der thermischen Ausdehnung konstruktionsbedingt über die gesamte Gebäudehöhe hinweg addiert, hätte die Fuge mit einem Streifen eines Butyl-Klebebandes abgedeckt werden können.

Dipl.-Ing. (FH), M. Eng. Stephan Appel ist Architekt und Sachverständiger für Brandschutz und Schäden an -Gebäuden in Volkach, Bayern

 

Stephan Appel
Brandschutz im Detail – Fassaden
Anforderungen – Planung – Ausführung
Mai 2017
275 Seiten, mit zahlreichen Abbildungen und Tabellen
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 www.feuertrutz.de