Verankerungen in gründerzeitlichen Mauerwerk mit Schwerpunkt auf Balkonkonstruktionen

Abstract

Charakteristisch für das Wiener Stadtbild ist die Bebauung aus der Gründerzeit. Sie hat das Potential, durch nachträgliche Applikationen an der Fassade, sei es durch Begrünung oder Balkone, die Lebens- und Wohnqualität zu verbessern. Die Herausforderung hierbei ist die Verankerung in gründerzeitlichen Mauerwerkswänden. Diese Arbeit fokussiert sich insbesondere auf die nachträgliche Montage von Balkonen.Das Wiener gründerzeitliche Mauerwerk ist ein Verbundstoff aus Stein und Mörtel. Die durchschnittliche normierte Steindruckfestigkeit beträgt fb = 19,50 N/mm2, die durchschnittliche Mörteldruckfestigkeit fm = 1,10 N/mm2. Daraus errechnet sich eine durchschnittliche charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit von fk = 3,39 N/mm2 für Wiener Gründerzeithäuser.Für die Einleitung von geringen Kräften sind punktuelle Befestigungen im Mauerwerk mit Dübeln verbreitet. Die Tragfähigkeitsgrenzen eines Dübels im gründerzeitlichen Mauerwerk liegen bei ca. NR,k=4,5 kN für reinen Zug und VR,k=8,5 kN für reine Querkraft.Wenn die einzuleitende Zugkraft die Tragfähigkeit von Lösungen mit Dübeln überschreitet, kann „durchgeankert“ werden. Durch das Anpressen einer gegenseitig angebrachten Platte kann der einzuleitende Zug übertragen werden. Die Tragfähigkeit der genannten Konstruktion kann selbst mit den durchschnittlichen Mauerwerkskennwerten nicht pauschal berechnet werden. Sie ist abhängig von mehreren Faktoren: der Lage der Konstruktion, dem Mauerwerksverband und der vorherrschenden Normalspannungen (vertikal und horizontal) im Mauerwerk. Bei „durchgeankerten“ Konstruktionen ist eine Trennlage mit geringer Wärmeleitungsfähigkeit und ausreichender Druckfestigkeit nötig (z.B.: 10mm CompacFoam). Das Risiko einer Wärmebrücke und von Schalleinleitung werden dadurch minimiert. Bei der Einleitung von hohen Kräften wird empfohlen, Mauerwerksinjektionen durchzuführen, um eine Homogenisierung, bessere mechanische Eigenschaften und Lastverteilungen zu erzielen. Wenn Nachweise nicht erfüllt werden konnten, kann eine Injektion die mögliche Lösung sein. Bei einem geplanten Balkonanbau sind die Vorschriften der Wiener Bauordnung zu beachten. Ein Balkonanbau ist innenhofseitig leichter möglich, als auf der Straßenseite. Außerdem müssen Balkone abhängig von der Gebäudeklasse eine gewisse Brandschutzklasse erfüllen.Durch die Berechnung von verschiedenen Balkonkonstruktionen mit gleichbleibenden Randbedingungen konnte die Machbarkeit abgeschätzt werden.

The characteristic feature of Vienna’s urban fabric is its Gründerzeit building stock. These buildings offer significant potential for enhancing living quality through retrofitted façade interventions, such as vertical greening systems or the addition of balconies. A central structural challenge in this context is the anchorage of new elements in historic masonry walls dating from the Gründerzeit period. This thesis focuses in particular on the retrofitting of balconies.Viennese Gründerzeit masonry is a composite material consisting of masonry units and mortar. The average normalized compressive strength of masonry equals fb = 19.50 N/mm2, while the average compressive strength of the mortar is fm = 1.10 N/mm2. From these parameters, an average characteristic compressive strength of masonry of fk = 3.39 N/mm2 was determined for Viennese Gründerzeit buildings.For the transfer of minor loads, post-installed anchors in masonry are commonly used. The characteristic load-bearing capacities of a single anchor in Gründerzeit masonry are approximately NR,k = 4.5 kN under pure tensile loading and VR,k = 8.5 kN under pure shear loading.If the applied tensile forces exceed the resistance of anchor-based fastening systems, “through-bolt” anchoring systems may be employed. In such cases, the tensile forces are transferred by means of a tie rod clamped against a bearing plate installed on the opposite side of the wall. The load-bearing capacity of this system cannot be determined in a generalized manner, even when average masonry parameters are assumed. It depends on several factors, including the location of the installation, the masonry bond pattern, and the existing normal stress state (vertical and horizontal) within the masonry.For “through-bolted” systems, a thermal separation layer with low thermal conductivity and sufficient compressive strength (e.g., 10 mm CompacFoam) is required. This measure reduces thermal bridging effects and minimizes the transmission of structure-borne sound.For the transfer of higher loads, masonry injection is recommended in order to achieve structural consolidation, improved mechanical properties, and more uniform load distribution. Where structural verification cannot be satisfied, injection may provide a viable strengthening measure.In the planning of balcony extensions, the provisions of the Wiener Bauordnung must be observed. Balcony additions are generally easier to realize on courtyard façades than on street-facing façades. Furthermore, depending on the building classification, balconies must comply with specific fire resistance requirements.The feasibility of balcony retrofitting was assessed by analyzing various structural configurations under consistent boundary conditions.