Elementarschutzregister Hagel - Synthesebericht - Vereinigung Kantonaler ...
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Synthesebericht Elementarschutzregister Hagel Untersuchungen zur Hagelgefahr und zum Widerstand der Gebäudehülle VKF_Broschuere_D_A4.indd 1 14.8.2009 13:59:15 Uhr
Impressum Herausgeber Alle Rechte vorbehalten © 2007 Präventionsstiftung der kantonalen Gebäudeversicherungen Bundesgasse 20 CH–3001 Bern http://www.praeventionsstiftung.ch Projektleitung «Elementarschutzregister Hagel» Dr. Thomas Egli Egli Engineering Lerchenfeldstrasse 5 CH–9014 St. Gallen http://www.naturgefahr.ch Autoren dieses Syntheseberichtes Maja Stucki und Dr. Thomas Egli, Egli Engineering, St. Gallen Beratende Fachexperten Dörte Aller, Vereinigung kantonaler Feuerversicherungen, Bern Franco Oss, Gebäudeversicherung Kanton Zürich Peter Hubacher, Gebäudeversicherung Bern Das Projekt «Elementarschutzregister Hagel» beinhaltet folgende Teilberichte • Hagelstürme in der Schweiz: Wiederkehrperioden von schadenbringenden Hagelkorngrössen – eine Abschätzung, Dr. Hans-Heinrich Schiesser, Zürich, 2006. • Hagelwiderstand der Gebäudehülle, Archivdaten der Empa 1970–2005, Empa Dübendorf, 2005, Projektleiter: P. Flüeler. • Hagelwiderstand der Gebäudehülle, experimentelle Ermittlung des Hagelwiderstandes, Empa Dübendorf, 2007, Projektleiter: P. Flüeler. • Schadenpotenziale, Basler & Hofmann AG, Zürich, 2007, Projektleiterin: Dr. A. Eckhardt Scheck • Elementarschutzregister, Egli Engineering, St. Gallen, 2007, Projektleiter: Dr. Th. Egli Die Teilberichte können in digitaler Form (pdf-File) bei der Präventionsstiftung bestellt werden. Koordination Rolf Meier Umsetzung und Produktion Rickli + Wyss, Bern Auflage 1500 Exemplare Deutsch 400 Exemplare Französisch ISBN 978-3-9523300-0-5 Preis CHF 20.– 2 VKF_Broschuere_D_A4.indd 2 14.8.2009 13:59:15 Uhr
Inhaltsverzeichnis 1 Vorwort ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4 2 Zusammenfassung und Synthese ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 5 3 Hagelgefährdung Schweiz ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 6 3.1 Ermittlung der Gefährdung mittels Wetterradar �������������������������������������������������������������������������������������������������� 6 3.2 Resultate ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 6 3.3 Zukünftige Entwicklung �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 8 4 Gebäudehüllen: früher – heute – morgen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 10 4.1 Typische Gebäudehüllen – Entwicklung bis heute ������������������������������������������������������������������������������������������������ 10 4.1.1 Wohngebäude ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 10 4.1.2 Verwaltungsgebäude ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 12 4.1.3 Landwirtschaftliche Gebäude ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14 4.1.4 Industrie- und Gewerbegebäude ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 15 4.2 Neue Entwicklungen bei Gebäudehüllen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 16 4.2.1 Entwicklungstendenzen bei Gebäudehüllen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 16 4.2.2 Auswirkungen auf die Verletzbarkeit ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 16 5 Hagelschaden ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 17 5.1 Überblick der Hagelschäden in der Schweiz ������������������������������������������������������������������������������������������������������ 17 5.2 Hagelereignisse 2002 und 2004 ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 17 5.3 Kriterien der Hagelschadeneinschätzung ����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 19 6 Hagelwiderstand von Baumaterialien ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 20 6.1 Hagelschadenbilder aus der Natur und aus dem Labor ������������������������������������������������������������������������������������� 20 6.2 Ermittlung des Hagelwiderstandes mittels Laborversuch ���������������������������������������������������������������������������������� 23 6.2.1 Gerätschaften und Zubehör ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 23 6.2.2 Durchführung der Versuche��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 23 6.2.3 Auswertungen������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 24 6.2.4 Resultate �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 25 7 Elementarschutzregister Hagel ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 7.1 Klassierung der Bauprodukte ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 7.2 Hagelwiderstandsklassen ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 7.3 Schadensdefinition �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 7.4 Prüfung des Hagelwiderstandes ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 28 7.4.1 Allgemeine Prüfbedingungen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 28 7.4.2 Bauteilspezifische Prüfbedingungen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28 7.5 Resultate ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 29 8 Ausblick zum weiteren Vorgehen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 32 8.1 Fortschreibung von Baunormen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 32 8.2 Umsetzung des Elementarschutzregisters Hagel ����������������������������������������������������������������������������������������������� 32 8.3 Massnahmen seitens der Kantonalen Gebäudeversicherungen ������������������������������������������������������������������������� 32 8.4 Ergänzende Untersuchungen ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 33 9 Glossar ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 34 10 Quellen, Literatur ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 35 10.1 Teilberichte des vorliegenden Syntheseberichtes ����������������������������������������������������������������������������������������������� 35 3 VKF_Broschuere_D_A4.indd 3 14.8.2009 13:59:15 Uhr
1 Vorwort Vom Wissen zum Handeln Die Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherungen hat mit den durch sie getragenen Untersuchungen zur Hagelgefahr und zum Hagelwiderstand der Gebäudehülle Wissenslücken geschlossen. Dank diesem in den Jahren 2005 bis 2007 durchgeführten Projekt wissen wir bedeutend besser als noch vor kurzem, wo in der Schweiz wie häufig und mit welchen Intensitäten Hagelgewitter zu erwarten sind. Wir können den Hagelwiderstand von Bauelementen der Gebäudehül- le systematisch bestimmen und beschreiben und wir kennen die Schadenpotenziale. Im Projekt wurde das Wissen akkumuliert, das seinen Niederschlag in einem anwendungsgerechten Hagelregister finden wird. Nun steht der entscheidende Schritt vom Wissen zum Handeln bevor. Nutzen bringt das Hagelregister erst, wenn durch seine konsequente Weiterentwicklung und Anwendung der Hagelwiderstand der Gebäudehülle angemessen und nachhaltig verbessert wird. Dazu sind weitere Arbeiten notwendig, von der technischen und organisatorischen Umsetzung des gewon- nenen Wissens auf Normenebene und als risikobasierte Klassifizierung von Bauelementen bis zur Herausbildung einer neu- en versicherungsrechtlichen Praxis im Bereiche der Hagelschäden an Gebäuden. Bauherren, Architekten und Hersteller von Bauprodukten finden im Synthesebericht praxisgerecht aufbereitete Fakten zum Hagelwiderstand von Baumaterialien. Diese neuen Erkenntnisse können bereits heute zur Verbesserung der Hagelschaden- prävention beitragen und Anregungen für die Produkteentwicklung geben. Der vorliegende Synthesebericht soll als Scharnier zwischen Wissen und Handeln die bevorstehende Umsetzung erleichtern. Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherungen Dr. Markus Fischer, Präsident 4 VKF_Broschuere_D_A4.indd 4 14.8.2009 13:59:15 Uhr
2 Zusammenfassung und Synthese Das Hagelrisiko steigt. Die Kantonalen Gebäudeversiche- Entwicklung einerseits und den Schadenbeginn andererseits rungen registrieren dies anhand ihrer Schadenzahlen. Im geschaffen werden. Der Beschuss erfolgte erstmals mög- vorliegenden Projekt der Präventionsstiftung wurden mass- lichst realitätsnah mit Eiskugeln verschiedener Durchmesser gebliche Grundlagen als Basis für Handlungsoptionen ge- anstelle von Kugeln aus Kunststoff. schaffen. Schon in den 70er-Jahren haben sich die Kantonalen Gebäudeversicherungen mit dieser Thematik beschäftigt. Als Das Elementarschutzregister Hagel unterscheidet fünf Folge davon wurden für die Flachdachabdichtungen Normen Hagelwiderstandsklassen (HW). Die HW 1–5 beziehen sich entwickelt. Dadurch konnten Produktverbesserungen erzielt auf Hagelkorngrössen mit Durchmesser 10–50 mm. Die werden und die Versicherbarkeit war wieder gegeben. Klasseneinstufung erfolgt in Bezug auf die Schaden Die Schadenerfahrung der letzten Jahre macht es notwen- freiheit. Ein Bauteil kann gleichzeitig mehrere Funktionen dig, den Hagelwiderstand von allen Materialien der Gebäude- erfüllen. Die beiden häufigsten sind Wasserdichtheit und hülle zu kennen. Die Materialwahl soll bewusst in Bezug auf Aussehen. Der Hagelwiderstand eines Bauteils fällt je nach das Hagelrisiko erfolgen. Der Anstieg der Hagelschäden lässt Funktion unterschiedlich aus. Welche Funktionen ein Bauteil sich nicht allein auf eine Zunahme der Hagelereignisse zu- hat und ab wann das Bauteil als beschädigt gilt (Schadens- rückführen. kriterium), ist in den Prüfbedingungen des Elementarschutz- registers aufgezeigt. Zu den widerstandsfähigsten Materialien Der vorliegende Bericht ist eine Synthese der vier Teilbe in Bezug auf die Wasserdichtheit zählen Glas, Dichtungs- richte des Gesamtprojektes «Elementarschutzregis bahnen und Tonziegel. Zu den Materialien mit dem schwächs ter Hagel». In den Teilprojekten werden die Hagelgefährdung ten Hagelwiderstand gehören die Rollladen und Raffstoren, in der Schweiz, das Schadenpotenzial und der Hagelwider- sowie einige Bleche und Holzbretter in Bezug auf die Funk stand der Gebäudehülle untersucht. Anhand dieser Daten tion Aussehen. konnten in einem vierten Teilprojekt die Grundlagen für ein Elementarschutzregister Hagel ausgearbeitet werden. Ziel Mit diesen Untersuchungen ist die Grundlage für eine Um- eines solchen Registers ist die Klassifizierung der Baupro- setzung des Elementarschutzregisters Hagel vorbereitet. Hier- dukte hinsichtlich ihres Hagelwiderstandes. mit soll die notwendige Transparenz der Baumaterialien in Bezug auf den Hagelwiderstand geschaffen werden. Die Analyse der Hagelgefährdung zeigt, wie häufig mit wel- Die Vision der Hagelschadenprävention wird so zur Realität. cher Intensität an einem Ort gerechnet werden muss. Als Grundlage wurden Wetterradardaten und langjährige Wetter- lagenreihen verwendet. Zur feineren Einteilung der Wiederkehrperioden wird die Schweiz in elf Klimazonen eingeteilt. Das Mittelland wurde in die Zonen Ost, Zentral und West eingeteilt: während im Wes ten einmal in 100 Jahren Hagelkörner von 30 mm Durch- messer fallen, sind es im zentralen und östlichen Mittelland alle 20 Jahre. Bei der Beobachtung über einen längeren Zeit- raum zeigt sich ausserdem eine Zunahme von grossen Hagel- zellen, die intensivere Hagelunwetter hervorbringen. Im Teilprojekt Schadenpotenzial wird ein Überblick der archi- tektonischen Entwicklung von der Mitte des letzten Jahrhun- derts bis heute gegeben. Die zukünftigen Trends bei Gebäu- dehüllen und deren Auswirkungen auf die Verletzbarkeit gegenüber Hagelschäden werden abgeschätzt. Bei Wohn- gebäuden zeichnet sich gegenwärtig keine Entwicklungs- tendenz ab, welche die Verletzbarkeit gegenüber Hagel ins- gesamt entscheidend beeinflussen würde. Bei Bürogebäuden wird die Verletzbarkeit gegenüber Hagel künftig voraussicht- lich durch zunehmende Verwendung von Sonnenschutz elementen, Metall und Kunststoff zunehmen. Der effektive Hagelwiderstand von Bauelementen der Ge- bäudehülle wurde im Labor getestet. Durch künstlichen Hagel- beschuss auf elf ausgewählte Bauteilkategorien konnte ein guter Überblick über die verschiedenen Schäden und deren 5 VKF_Broschuere_D_A4.indd 5 14.8.2009 13:59:15 Uhr
3 Hagelgefährdung Schweiz 3.1 Ermittlung der Gefährdung mittels wichtige Messgrössen wie Dauer des Hagelschlags, poten- Wetterradar ziell verhagelte Fläche, Höhe der Hagelzelle, Zuggeschwin- digkeit der Zelle und Lage des Sturmzentrums in Bezug auf Für die Schweiz existiert bereits eine Karte mit Wiederkehr- die Klimazonen. Zusätzliche Informationen wurden von einem perioden (WP) von Hagelereignissen, jedoch ohne Berück- Forschungsradar der ETHZ geliefert, mit dem von 1992–1996 sichtigung der Hagelkorngrösse. Um das Risiko eines Scha- alle starken Hagelzellen im Umkreis von 100 km detailliert dens besser abschätzen zu können, ist Wissen über das erfasst wurden. Die relativ kurzen Zeitreihen von 9 bezie- Ausmass und über die Häufigkeit von grossen Körnern not- hungsweise 13 Jahren wurden mittels einer langjährigen wendig. Da es ausser den Daten aus einem Hagelabwehr Reihe (1881–2001) einer Klassifikation von europäischen experiment und einigen örtlich beobachteten Hagelkorn- Grosswetterlagen verlängert und die Anzahl Hagelstürme grössen keine Messwerte für die Schweiz gibt, wurden entsprechend den Anteilen an den Wetterlagen korrigiert. Radarinformationen von den operationellen Wetterradars von MeteoSchweiz (Standorte Albis, La Dôle und Monte Lema) verwendet. Die höchste auf dem Radarbild erkennbare Nieder- 3.2 Resultate schlagsintensität entspricht der Grenze zwischen Starkregen und Hagelschlag. Diese Intensitätsflächen werden von Hagel- Die Ergebnisse werden auf drei verschiedene Arten darge- zellen verursacht, welche anhand ihrer Sturmzentren elf Klima- stellt: nach Korngrössenklassen, nach grösser gleich einer zonen zugeordnet werden können. Nördlich der Alpen sind Korngrösse (≥ 1, ≥ 2, ≥ 3 und ≥ 4) und nach vorgegebenen dies Jura Ost und West (JE, JW), Mittelland Ost, Zentrum Wiederkehrperioden (WP). Für die Darstellung nach WP und West (ME, MZ, MW) und Alpen Ost, Zentrum und West wurden die Daten der grösser gleich Tabelle verwendet; (AE, AZ, AW), eine Zone befindet sich südlich der Alpen (AS). für WP von 1–300 Jahren ist die jeweils zu erwartende Korn- Zusätzlich wurden noch die Zonen Wallis und Graubünden grösse in der entsprechenden Klimazone angegeben (Ta- eingeführt. belle 3.1). Es ist damit zu rechnen, dass mindestens einmal Zur Erfassung der Hagelstürme stehen Radardaten von in der angegebenen Wiederkehrperiode Hagelkörner gleich 1992–2004 für nördlich der Alpen und von 1996–2004 für oder grösser als die angegebene Hagelkorngrösse auftre- südlich der Alpen zur Verfügung. Die Radardaten liefern ten. AE AZ AW ME MZ MW JW AS GR GR VS WP 1 1 1 1 1 1 1 5 1 2 1 2 2 1 2 1 1 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 20 2 2 2 3 3 2 3 2 2 1 1 30 2 3 2 3 3 2 3 2 2 1 1 50 2 3 2 3 3 2 3 2 2 1 1 100 3 4 3 4 4 3 4 3 3 1 2 250 3 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 300 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 Tabelle 3.1: Mindestens zu erwartende Korngrössen (in cm) in den Klimazonen bei unterschiedlichen Wiederkehrperioden (WP), mit Abschätzungen für Graubünden und Wallis als 10. und 11. Klimazone. Die 3 folgenden Abbildungen zeigen eine Übersicht der Intensitäten, unterteilt nach Mindestkorngrössen für die Wiederkehrperioden 50, 100 und 300 Jahre. 6 VKF_Broschuere_D_A4.indd 6 14.8.2009 13:59:16 Uhr
Wiederkehrperiode 50 Jahre Abbildung 3.1: Intensität nach Hagelkorndurchmesser für eine Wiederkehrperiode von 50 Jahren. Wiederkehrperiode 100 Jahre Abbildung 3.2: Intensität nach Hagelkorndurchmesser für eine Wiederkehrperiode von 100 Jahren. 7 VKF_Broschuere_D_A4.indd 7 14.8.2009 13:59:16 Uhr
3 Hagelgefährdung Schweiz Wiederkehrperiode 300 Jahre Abbildung 3.3: Intensität nach Hagelkorndurchmesser für eine Wiederkehrperiode von 300 Jahren. Im Gegensatz zu der bereits existierenden Karte der Hagel- zeichnungen zeigt sich ein zunehmender Trend in der Anzahl gefährdung in der Schweiz (SIA Norm 261/1) sind die neuen grosser Hagelzellen, welche eine Zugbahnlänge von 100 km Karten in elf anstatt fünf Klimazonen aufgeteilt; ebenso wird oder mehr aufweisen (Abbildung 3.4). Für Hagelzellen mit die Wiederkehrperiode pro Korngrösse angegeben, was kürzeren Zugbahnlängen kann in dieser Zeitspanne keine weitaus spezifischere Aussagen zur Hagelgefährdung er- Zunahme beobachtet werden. Das Monitoring der Hagel- möglicht. stürme mittels Radarinformationen sollte systematisch weiter- Im zentralen und östlichen Mittelland und im östlichen Jura geführt werden, da nur auf diese Weise eine mögliche starke (ME, MZ und JE) zum Beispiel werden jedes Jahr Hagelkör- Änderung der Hagelsturmaktivität in der Zukunft erfasst wer- ner mit mindestens 1 cm Durchmesser erwartet. Körner mit den kann. mindestens 2 cm Durchmesser fallen alle fünf Jahre, 3 cm grosse Körner alle 20 Jahre und 4 cm grosse alle 100 Jahre. Diese drei Zonen gehören zu den am stärksten gefährdeten. Das Wallis und Graubünden sind am wenigsten von Hagel unwettern betroffen; im Graubünden fallen alle zehn, im Wallis nur alle 20 Jahre Hagelkörner mit mindestens 1 cm Durchmesser. 2 cm grosse Körner sind nur alle 250 bezie- hungsweise 100 Jahre zu erwarten. 3.3 Zukünftige Entwicklung Wetterlagen, welche das Entstehen von starken Hagelzellen begünstigen, haben über die letzten Jahrzehnte zugenom- men (Zeitreihe Grosswetterlagen 121 Jahre). Für die Anzahl radarerfasster Hagelzellen kann folgendes gesagt werden: während der maximal verfügbaren 22 Jahre von Radarauf- 8 VKF_Broschuere_D_A4.indd 8 14.8.2009 13:59:17 Uhr
Zugbahnlänge >= 100 km 100 80 Anzahl Zellen 60 40 20 0 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 Jahr Abbildung 3.4: Zeitreihe der Anzahl radarvermessener Hagelzellen pro Saison (Mai bis September) nördlich der Alpen (acht Klimazonen), welche eine Zugbahnlänge von 100 oder mehr km aufweisen. Eine Trendlinie ist eingetragen. Es wird die ganze verfügbare Zeitreihe ge-zeigt, inklusive der Jahre vor 1992 mit analoger Erfassung der Radarbilder auf Filmmaterial. Die Anzahl Zellen der Jahre vor 1995 (alte Radargeneration) ist korrigiert worden. 9 VKF_Broschuere_D_A4.indd 9 14.8.2009 13:59:17 Uhr
4 Gebäudehüllen: früher – heute – morgen 4.1 Typische Gebäudehüllen – Entwick folgende Kategorien aufgeteilt: Wohngebäude mit den Unter- lung bis heute kategorien Ein-/Zweifamilienhäuser und Mehrfamilienhäu- ser, Verwaltungsgebäude mit den Unterkategorien Büro Bei den Hagelschäden an Gebäuden spielt nicht nur die gebäude, Kultur und Sport, landwirtschaftliche Gebäude Häufigkeit und Intensität von Hagelereignissen eine Rolle, und Industrie und Gewerbe. Letztere Kategorie enthält Ver- sondern auch die Empfindlichkeit der verwendeten Bauteile. kehrswesen, Handel, Gastgewerbe, Nebengebäude und Deshalb wird im Folgenden die Entwicklung der Gebäude- diverse Gebäude. Gemessen am Assekuranzwert machen hüllen von der Mitte des 20. Jahrhunderts bis heute tabella- Wohngebäude etwa die Hälfte des Gebäudebestandes risch aufgezeigt. Dabei werden die unterschiedlichen Ge- aus. Der Gebäudebestand hat sich in der Schweiz seit 1945 bäudetypen separat behandelt. Die Gebäude werden in verdreifacht. 4.1.1 Wohngebäude Gebäudetyp früher 60–70er-Jahre 80–90er-Jahre heute Verputztes Mauerwerk, Faserzement an Zweischalenmauerwerk Verputzte Aussen Steildach mit Ziegeln, Fassade und Dach, mit äusserer Schale aus dämmung, vorge- Türen, Tore und grössere Glasflächen, Sichtbackstein, Sicht- Einfamilien hängte Fassaden aus Klappläden aus gestri- Ersatz von Vorfenstern kalkstein oder ver- haus Holz oder Faser chenem Holz, Fenster durch Doppel- und putztem Mauerwerk, zement, Dachform Einfachverglasung mit schliesslich Isolierver Steildächer mit Ton- nach wie vor Steildach Vorfenstern glasung oder Betonziegeln Tabelle 4.1: Entwicklung der Baumaterialien bei Einfamilienhäusern. Einfamilienhaus erbaut ca. 1935 Massives verputztes Mauerwerk Holzfenster (mit Vorfenstern), Holzfensterläden Steildach mit Ziegeleindeckung (Pfannenziegel) Abbildung 4.1: Bildquelle Basler & Hofmann. Doppeleinfamilienhaus erbaut 2004 Massiver Sichtbetonsockel/horizontale Bretterverkleidung Lärche unbehandelt Holzfenster mit Stoffstoren Flachdach, Attikageschoss mit Metallverkleidung Abbildung 4.2: Bildquelle Basler & Hofmann. 10 VKF_Broschuere_D_A4.indd 10 14.8.2009 13:59:18 Uhr
Gebäudetyp früher 60–70er-Jahre 80–90er-Jahre heute Wohnüberbauungen Verputztes Mauerwerk Zweischalenmauerwerk Verputzte Aussen- mit Sichtbetonfassaden, mit Ziegeldach, teilweise mit äusserer Schale aus dämmung, Faser Balkone mit massiven Flachdächer mit Sichtbackstein, Sicht- zementplatten, Glas Betonbrüstungen, Mehrfamilien Bitumenbahnen kalkstein oder verputz- oder Faserzement verputzte Aussen- haus Kiesbelag, Fenster tem Mauerwerk, Fenster als vorgehängte dämmung, brand- Einfachverglasung mit aus Isolierverglasung, Konstruktionen, schutztechnische Vorfenstern, Verkleidung Faserzement an Dach Flachdach herrscht Anforderungen verhin- Balkon mit Faserzement und Fassade vor dern Einsatz von Holz Tabelle 4.2: Entwicklung der Baumaterialien bei Mehrfamilienhäusern. Mehrfamilienhaus erbaut ca. 1940 Verputztes Mauerwerk Balkonbrüstungen mit Faserzementplatten Holzfenster mit Doppelverglasung, Metallrollläden Leicht geneigtes Steildach mit Ziegeleindeckung Abbildung 4.3: Bildquelle Basler & Hofmann. Mehrfamilienhaus erbaut 2005 Fassadenverkleidung in Faserzement Kunststoff-Fenster mit Raffstoren Flachdach mit Bitumenabdichtung Abbildung 4.4: Bildquelle Basler & Hofmann. 11 VKF_Broschuere_D_A4.indd 11 14.8.2009 13:59:18 Uhr
4 Gebäudehüllen: früher – heute – morgen 4.1.2 Verwaltungsgebäude Gebäudetyp früher 60–70er-Jahre 80–90er-Jahre heute Aluminium-, Faser Hohe Anteile an Verputztes Mauerwerk zement- oder Keramik- Vorgehängte Beton Belichtungsflächen oder Naturstein- verkleidungen mit elemente und Metall- und Sonnenschutz- Büro- und fassaden mit Ziegel- Sichtbetonelementen, fassaden, repräsentative vorrichtungen, Verwaltungs- oder Blechdach, Flachdach mit Bitumen- Bauten Verkleidung mit experimentelle gebäude repräsentative Bauten bahn und Kiesbelag, Naturstein, Zunahme Materialien und mit kunstvollen Natur- Zunahme Glasflächen Glasfläche, Flachdach Formen (Kunststoffe, steinornamenten und Sonnenschutz- mit Kunststoffbahnen Keramik etc.) massnahmen Tabelle 4.3: Entwicklung der Baumaterialien bei Büro- und Verwaltungsgebäuden. Verwaltungsgebäude erbaut ca. 1900 Massiver Natursteinsockel mit verputzter Fassade mit Ornamenten Holzfenster Schieferdach (Faserzement, neueren Datums) Abbildung 4.5: Bildquelle Egli Engineering. Verwaltungsgebäude erbaut 2004 Fassade mit horizontalen Keramikprofilen Metallfenster mit Raffstoren Flachdach mit massivem Attikageschoss Abbildung 4.6: Bildquelle Basler & Hofmann. 12 VKF_Broschuere_D_A4.indd 12 14.8.2009 13:59:19 Uhr
Gebäudetyp früher 60er-Jahre bis heute Sportbauten mit Sichtbacksteinfassaden, häufig Lichtelemente aus Kunststoff, zunehmender Ersatz durch Glas, Wandver- Turnhallen aus verputztem Mauerwerk kleidungen und Dachdeckungen aus Faserzementplatten. und Ziegeldach, Fenster mit kleinteiligen Kleinere Sportbauten (z.B. Garderobengebäude) ähnlich Kultur & Sport Glasfeldern. Kulturbauten als verputzte wie Wohnbauten. Konstruktionen mit Natursteinelementen, Kulturbauten, welche seit den sechziger bis in die achtziger Dächer Ziegel oder Blechbahnen Jahre entstanden unterscheiden sich nicht erheblich von repräsentativen Geschäftshäusern. Tabelle 4.4: Entwicklung der Baumaterialien bei Kultur- und Sportgebäuden. Turnhalle erbaut 1910 Verputztes Mauerwerk Holzfenster Dacheindeckung mit Biberschwanzziegeln Dachaufbauten mit Faserzement-Schindel verkleidet Abbildung 4.7: Bildquelle Basler & Hofmann. Kunstmuseum erbaut 1995 Verkleidung der Wände mit Profilglas Metallverglasungen Dachaufbauten in Glas mit Blechverkleidung Abbildung 4.8: Bildquelle Basler & Hofmann. 13 VKF_Broschuere_D_A4.indd 13 14.8.2009 13:59:19 Uhr
4 Gebäudehüllen: früher – heute – morgen 4.1.3 Landwirtschaftliche Gebäude Gebäudetyp früher 60–80er-Jahre heute Ställe, Scheunen und Treibhäuser Regional verschieden, Mittel- mit Faserzement und Holz als land, Wallis und Appenzell eher Trennung von Wohn- und Wandverkleidung, lichtdurchläs- mit Holz, Tessin, Jura und Ökonomieteil, Wohngebäude sige Bauteile aus Glas oder Landwirt Engadin eher mit Stein. Dächer unterscheiden sich in der Kunststoff, Dächer mit Faser- schaft Ziegel oder Steinplatten, Materialisierung der Gebäude zement oder Ziegel, kaum Flach- Fassade häufig wetterseitige oberflächen kaum mehr von dächer. Bei Um- und Ausbauten Verkleidung mit Faserzement- anderen Einfamilienhäusern vermehrt wieder traditionelle platten oder Ziegeln Materialien Tabelle 4.5: Entwicklung der Baumaterialien bei landwirtschaftlichen Gebäuden. Historisches Appenzeller Bauernhaus Wohnteil und Ökonomieteil mit gestrichenem Holz verkleidet Holztore und Holzfenster mit Holzläden Dacheindeckung mit Tonziegeln Abbildung 4.9: Bildquelle Egli Engineering. Umgebautes Bauernhaus Umbau 2004 Ökonomieteil zu Wohnzwecken umgebaut Sichtbeton und gestrichene Holzverkleidung Holzfenster Dach mit Ziegeleindeckung Dachaufbauten mit Cu-Blech verkleidet Abbildung 4.10: Bildquelle Basler & Hofmann. 14 VKF_Broschuere_D_A4.indd 14 14.8.2009 13:59:19 Uhr
4.1.4 Industrie- und Gewerbegebäude Gebäudetyp früher 50–90er Jahre heute Entwicklung zu reinen Gebrauchs- Sichtbacksteinmauern, bauten, Hüllen aus Metallpaneelen stabilisiert mit Metallkonstruk (häufig als Sandwich in Verbund mit tion, grosse Fensterpartien Wärmedämmung) oder vorfabrizierten in Einfachverglasung sowie Hoher Anteil an Metall/ Betonelementen, Flachdächer mit Industrie & Oblichter (Sheddachhallen), Glasfassaden, Zunahme Lichtkuppeln oder Lichtbändern aus Gewerbe Flachdächer mit Bitumen- Kunststoff, Wartehäuschen Glas, grossflächige Tore aus Leicht bahnen, repräsentative oft mit experimenteller metall oder Kunststoff, angegliederte Gebäude (z.B. Bahnhöfe) Materialwahl und Konstruk Bürogebäude unterscheiden sich Kombination aus verputztem tion nicht von Bürogebäuden, Bauten des Mauerwerk und Naturstein, Verkehrswesens gleiche Entwicklung, Dächer aus Blech oder ausser grosser Anteil an lichtdurchläs- Bitumenbahnen sigen Bauteilen bei Wartehäuschen Tabelle 4.6: Entwicklung der Baumaterialien bei Industrie- und Gewerbegebäuden. Industriegebäude erbaut ca. 1870 Sichtbacksteinfassade mit Metall-Tragkonstruktion Kleinteilige Fenster, Einfachverglasung Leicht geneigtes Dach mit Bitumenabdeckung Abbildung 4.11: Bildquelle Basler & Hofmann. Industriegebäude städt. Gebiet erbaut ca. 1990 Fassade und Dach mit Faserzementplatten ver- kleidet Holzfenster mit Raffstoren Steildach mit Faserzementverkleidung Abbildung 4.12: Bildquelle Basler & Hofmann. 15 VKF_Broschuere_D_A4.indd 15 14.8.2009 13:59:20 Uhr
4 Gebäudehüllen: früher – heute – morgen 4.2 Neue Entwicklungen bei Gebäude • Bei Wohngebäuden zeichnet sich gegenwärtig keine Ent- hüllen wicklungstendenz ab, welche die Verletzbarkeit gegenüber Hagel entscheidend beeinflusst, vermehrter Einsatz von Holz Um die Tendenzen in der technischen Entwicklung der führt nicht zu erhöhter Verletzbarkeit. Gebäudehüllen zu eruieren wurden Bauingenieure sowie • Sowohl bei Bürogebäuden als auch – längerfristig – bei Architekten und Generalunternehmer befragt. Wohngebäuden scheint sich durch die Entwicklung von Hightech-Gläsern mit integrierter Sonnenschutzfunktion eine Alternative zu Raffstoren zu entwickeln, welche die Verletz- 4.2.1 Entwicklungstendenzen bei Gebäudehüllen barkeit der Gebäude reduzieren könnte. • Der Gebäudebestand in der Schweiz verändert sich nur Bei den Gebäudehüllen wurden für die kommenden Jahre langsam. Dies gilt auch für die Gebäudehüllen, die kürzere folgende wichtige Entwicklungstendenzen identifiziert: Erneuerungszyklen als der Gebäudebestand aufweisen. • Andauernde Tendenz zur Verbesserung der Wärmedäm- mung, daher allgemein zunehmender Anteil von Aussen- dämmungen mit Verputz • Weiter zunehmender Glasanteil, vor allem bei Bürogebäu- den, mit entsprechenden Anforderungen an den Sonnen- schutz • Wachsende Bedeutung lichtdurchlässiger Kunststoffele- mente beim Dach und den beweglichen Fassadenele- menten von Bürogebäuden • Zunehmende Bedeutung von Metallelementen bei den Fassaden von Bürogebäuden • Vermehrter Einsatz von Holz, vor allem bei Wohngebäuden und Kommunalbau • Hohe Bedeutung ästhetischer Gesichtpunkte bei Büro- und Verwaltungsgebäuden, vielfältige Experimente mit neuen Formen und Materialien • Wachsende Bedeutung nanotechnischer Beschichtungen, zum Beispiel für Selbstreinigung oder besondere Farb effekte 4.2.2 Auswirkungen auf die Verletzbarkeit Für die Verletzbarkeit der Gebäudehülle bedeutet dies: • Die traditionellen Materialien für Gebäudehüllen in der Schweiz, Naturstein, verputztes Mauerwerk, Beton, Ziegel und Faserzementplatten, weisen einen verhältnismässig hohen Hagelwiderstand auf. • Bei Bürogebäuden wird die Verletzbarkeit gegenüber Hagel durch vermehrte Verwendung von Sonnenschutz elementen, Metall und Kunststoff zunehmen. Dazu tritt die teils experimentelle Anwendung neuer Materialien und Fassadenelemente, bei denen in vielen Fällen von geringem Hagelwiderstand auszugehen ist, zum Beispiel bei Medien- fassaden und nanotechnischen Beschichtungen. 16 VKF_Broschuere_D_A4.indd 16 14.8.2009 13:59:20 Uhr
5 Hagelschaden 5.1 Überblick der Hagelschäden der Siedlungsgebiete in hagelgefährdeten Zonen, das heisst in der Schweiz ein grösserer Versicherungsbestand, 2) Verwendung von hagelempfindlicheren Materialien und 3) eine mögliche Seit den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts hat ein deut- Zunahme von intensiveren oder grossflächigeren Hagel licher Anstieg der versicherten Hagelschäden stattgefunden stürmen in einer wärmeren und labileren Atmosphäre (Abbil- (siehe Abbildung 5.1). Die Gründe dafür sind: 1) Ausdehnung dung 3.4). Mio. Jahresschaden Franken 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Abbildung 5.1: Hagelschäden an Gebäuden in Kantonen mit öffentlich-rechtlichen Gebäudeversicherungen 1961–2005, Querstriche zeigen die mehrjährigen Durchschnittswerte. Gebäudeversicherung Zürich ausgewertet; die Resultate 5.2 Hagelereignisse 2002 und 2004 widerspiegeln also nur die Situation im Kanton Zürich für diese drei Ereignisse und sind nicht repräsentativ für die ganze Am Beispiel von drei grossen Hagelereignissen aus den Schweiz. Tabelle 5.1 vermittelt einen generellen Überblick Jahren 2002 und 2004 soll der finanzielle Schaden charak- über die Schäden des Unwetters: terisiert werden. Dazu wurden die Schadenzahlungen der Ereignis Anzahl Fälle Entschädigte Abgewiesene Schaden CHF 2002 (24. Juni) 10 640 9309 1331 65.4 Mio. 2004 (8. Juli) 5314 4730 584 23.5 Mio. 2004 (12. August) 3584 3346 238 15.6 Mio. Total 19 538 17 385 2153 104.5 Mio. Tabelle 5.1: Übersicht der gemeldeten Schäden der Hagelzüge 2002 und 2004 im Kanton Zürich. 17 VKF_Broschuere_D_A4.indd 17 14.8.2009 13:59:20 Uhr
5 Hagelschaden Die prozentuale Verteilung der Schäden und der finanziellen Entschädigung auf die Gebäudetypen ist in den Abbildungen 5.2 und 5.3 dargestellt. 3% 5% 3% 5% 1% 1% 17% 17% 3% 3% 5% 5% Wohngebäude 2% 2% Wohngebäude Bürogebäude Bürogebäude Kultur + Sport Kultur + Sport 12% 12% 3% 5% Landwirtschaft Landwirtschaft 3% 5% 1% 17% 1% 3% Industrie + Gewerbe 17% Industrie + 3% Gewerbe 88% 88% 64% 64% 5% 5% Abbildung 5.2: Prozentuale Verteilung der Schadenfälle Abbildung 5.3: Prozentuale Verteilung der Gebäudetypen am unterteilt nach Gebäudezweck für die Hagelzüge2% aus den 2% finanziellen Gesamtschaden für die Hagelzüge aus den Jahren Jahren 2002 und 2004 im Kanton Zürich. 2002 und 2004 im Kanton Zürich. 12% 12% 88% aller entschädigten Fälle betreffen Wohngebäude, dies Die Auswertung von 80 Schadendossiers von Wohngebäu- 5% von 64% am finanziellen macht einen Anteil 5% Gesamtscha- den mit einer Gesamtschadenhöhe von CHF 399 752.– 7% 88% 7% 23% 64% 23%der Schadenfälle den 88% aus. Bürogebäude betreffen 3% der gemeldeten Schä- zeigte, dass64% 78% Raffstoren und Rollladen den, am finanziellen Schaden sind sie jedoch mit 12% betei- betreffen. Der finanzielle Anteil beträgt dabei 85%. Weitere 10%Betrachtet man10% ligt. nur die Bürogebäude, Landwirtschaft Details sind untenstehenden Kreisdiagrammen zu entneh- und Industrie + Gewerbe wird deutlich, dass diese 11% der men. gemeldeten Schäden ein Drittel (34%) des finanziellen Ge- 55% 55% samtschadens einnehmen. 5% 5% 7% 40% 40% 23% 7% 23% 78% 78% 10% 10% 17% 17% Lamellstoren 55% Lamellstoren 55% und Rollläden und Rollläden Farbab- Farbab- platzungen 40% platzungen 40% Dachschäden Dachschäden 78% 78% Sonstige Sonstige 17% 17% Abbildung 5.4: Prozentualer Anteil der einzelnen Schadenbilder Abbildung 5.5: Prozentualer Anteil der einzelnen Schadenbilder an der Gesamtzahl der gemeldeten Fälle für den Hagelzug am am Gesamtschaden für den Hagelzug am 8. Juli 2004 im 8. Juli 2004 im Kanton Zürich separat für 80 Wohngebäude Kanton Zürich separat für 80 Wohngebäude betrachtet. betrachtet. Weiter wurde die Aufteilung nach Schadenhöhe untersucht. CHF 20 000.– bis CHF 250 000.–, prozentual sind dies jedoch Ein Grossteil der Schäden (72%) liegen im Bereich bis CHF nur 4% der Fälle. Schäden in diesem Segment entstanden 5000.–, diese beanspruchen total ein Viertel des Gesamt- vor allem an grossflächigen Häuserfassaden mit Raffstoren schadens. 34% des Gesamtschadens liegen im Bereich von und Gärtnereien mit Floatglas oder Doppelstegplatten. 18 VKF_Broschuere_D_A4.indd 18 14.8.2009 13:59:20 Uhr
5.3 Kriterien der Hagelschaden einschätzung Zur Entschädigungspraxis wurden alle Kantonalen Gebäude versicherungen angefragt. Aufgrund dieser Informationen wurde folgende Tabelle mit Kriterien systematisch zusam- mengestellt. Kriterien Definition Beispiele Art des Schadens: Schaden ist sichtbar, keine Einschrän- Dellen auf Raffstoren, Absplittungen auf Ästhetischer/kosmetischer Schaden kung der Funktion des Gebäudeteils Tonziegeln Gebäude(teil) ist in seiner Funktion Deformierte Raffstoren: keine Verdunk- Funktioneller Schaden eingeschränkt lungsfunktion, undichtes Dach: wasser- Gebäude(teil) ist zerstört durchlässig, zerbrochenes Glas Gebäude vom Hagel betroffen, kaum Hageleinschlag auf dem Dach, auf Kein Schaden sichtbar, keine Funktionseinschränkung 5 m Distanz nicht mehr sichtbare Dellen Dauer des Schadens: Löcher in Kunststoff, zersplittertes Glas, Schaden bleibt bestehen Permanent, irreversibel zerschlagene Ziegel, Dellen auf Raffstoren Hageleinschläge auf unbehandeltes Holz, Ohne äusseres Dazutun «erholt» Reversibel entspricht natürlicher Verwitterung, sich das Material gewisse Farbveränderungen Spezielles: Reversible Schäden werden in der Regel nicht vergütet. Art des Gebäudes: Prestigegebäude: Kultur Museen, Theater, Kirchen, etc. Repräsentatives Gebäude Öffentliche Gebäude Banken, Versicherungen Privatgebäude Wohnhaus Kein Wohngebäude Fabrik, Scheune, etc. Spezielles : Einschätzung über Repräsentativität ist individuell und oft auch durch Sichtweise des Besitzers geprägt. Repräsen- tativität entscheidet über Art Entschädigung Ort des Schadens: Der Schaden liegt an sichtbarer Stelle Vorderfront eines Hauses Sichtbar des Gebäudes Eingangsbereich Der Schaden liegt an weniger gut Dachrinne, Abflussrohre, Fassade Weniger sichtbar sichtbarer Stelle Hinterhaus, obere Stockwerke Der Schaden ist bei Normalbenutzung Nicht sichtbar Dach, Dachhängel nicht sichtbar Spezielles: Ort des Schadens entscheidet über die Art der Entschädigung. Dünne Raffstoren, gewisse Kunststoffe, Elementarvorbehalt: gewisse Materialien Kritische Materialien: textile Sonnenstoren, Bitumschindeln, werden für die Hagelversicherung Ausgeschlossenes Material gewisse Nacktdächer, Gartenfloatglas, abgelehnt Folien Gewisse Gebäude und Gebäude- Schlecht gewartete Gebäude, abge- Ausgeschlossene Gebäude, teile werden nicht gegen Elementarschä- spannte, ungeschützte Flachdächer, Gebäudeteile den versichert spröde Kunststofffolien Attest für Glasqualität oder Nachweis, Erbringen eines Nachweises (Empa) oder Hagelnachweis erforderlich/ dass das Schadenereignis die Wider- eines Attests bei neuem und unbe- abgelehnte Fälle standsfähigkeit von Glas erreicht hat, kanntem Material Nachweis bei Repräsentativgebäuden Spezielles: Liegt ein Schaden vor, der auf Baumangel basiert, wird die Entschädigung abgelehnt. Vergütungsmodi: Das betroffene Objekt/Teil wird auf Ersatz auf Neuwert seinen Neuwert ersetzt Je nach Schadenausmass: 10% bis zwei Drittel, oft Pauschalentschädigung, nicht Das betroffene Objekt wird zu einem alle Kantone wenden Minderwert an, Minderwertentschädigung gewissen Anteil seines Neuwerts Minderwert wird über einige Jahre auf- vergütet gerechnet, doppelter Zeitwert bei stark gealterten Gebäuden Hagelschaden tritt nur ein, weil das be- Abspannungen bei Flachdächern treffende Objekt nicht fachgemäss unter- halten worden ist oder aufgrund von Unter- Keine Entschädigung haltsvernachlässigung. Material wird von Versicherung ausgeschlossen, weil nicht Kunststofffolien hagelfest Spezielles: Hoher ästhetischer Schaden führt oft, auch noch bei Funktionstüchtigkeit, zum Vollersatz. Tabelle 5.2: Systematisch zusammengestellte Kriterien zur Schadenseinschätzung. 19 VKF_Broschuere_D_A4.indd 19 14.8.2009 13:59:20 Uhr
6 Hagelwiderstand von Baumaterialien 6.1 Hagelschadenbilder aus der Natur und aus dem Labor Folgende Abbildungen zeigen jeweils links durch natürlichen Hagelschlag entstandene Schäden und rechts die durch Laborversuche verursachten Schäden derselben Bauteil kategorie. Natur Labor Abbildung 6.1: Pfannenziegel, Foto GVZ. Abbildung 6.2: Grossflachziegel, Foto Empa. Natur Labor Abbildung 6.3: Rollladen, Foto GVZ. Abbildung 6.4: Rollladen, Foto Empa. 20 VKF_Broschuere_D_A4.indd 20 14.8.2009 13:59:21 Uhr
Natur Labor Abbildung 6.5: Holzplatte, Foto GVZ. Abbildung 6.6: Fichtenbrett, sägerau unbeschichtet, Foto Empa. Natur Labor Abbildung 6.7: Fassadenblech, Foto AVA. Abbildung 6.8: Aluwellblech, Foto Empa. Natur Labor Abbildung 6.9: Faserzementschiefer Fassade, Foto GVZ. Abbildung 6.10: Faserzementplatte Fassade, Foto Empa. 21 VKF_Broschuere_D_A4.indd 21 14.8.2009 13:59:22 Uhr
6 Hagelwiderstand von Baumaterialien Natur Labor Abbildung 6.11: armierter Putz auf Aussenwärmedämmung, Abbildung 6.12: armierter Putz auf Aussenwärmedämmung aus Foto GVL. Polystyrol, Foto Empa. Natur Labor Abbildung 6.13: gealterte Dichtungsbahn, Foto GVL. Abbildung 6.14: Dichtungsbahn PVC-P, Foto Empa. Natur Labor Abbildung 6.15: doppelschalige Lichtkuppel, Foto ECAB. Abbildung 6.16: doppelschalige Lichtkuppel PMMA, Foto Empa. 22 VKF_Broschuere_D_A4.indd 22 14.8.2009 13:59:23 Uhr
Natur Labor Abbildung 6.17: Kunststoffplatte Dach, Foto GVZ . Abbildung 6.18: Stegdoppelplatte PMMA schlagzäh, Foto Empa. 6.2 Ermittlung des Hagelwiderstandes stellt und anschliessend in einem Tiefkühler bei –20° Celsius mittels Laborversuch gelagert. Die Dichte des so hergestellten Eises kann leicht variieren, sie wurde auf 0.87 g/cm3 festgelegt. Die Massen der verschiedenen Geschosse können nun anhand der 6.2.1 Gerätschaften und Zubehör Dichte und dem jeweiligen Kugelvolumen berechnet wer- Das Prinzip der Laborversuche besteht in der Simulation den, sie sind in Tabelle 6.1 zusammengestellt. des natürlichen Hagelschlags durch Einzelbeschuss der Bemerkung: Neben der Grösse des Hagelkorns spielt auch Gebäudehülle mit kugelförmigen Projektilen. die Form eine schadenrelevante Rolle. Morgensternförmiger, Beim Beschussgerät handelt es sich um eine Spezialprüf- spitzer Hagel verursacht auf gewissen Materialien weitaus maschine, mit der pneumatisch Geschosse mit Geschwin- grössere Schäden als kugelförmiger. Für die Reproduzier- digkeiten bis zu 120 m/s vertikal herausgeschleudert wer- barkeit wurden bei den Laborversuchen jedoch nur Kugeln den können (siehe Abbildung 6.19). Die Geschwindigkeit verwendet. wird mittels optischen Lichtschranken gemessen. Der Ge- schosslauf ist auswechselbar für Kaliber von 15–50 mm. Für diese Versuche wurden Kugeln aus Polyamid (PA 66) und 6.2.2 Durchführung der Versuche neu auch aus Eis mit den Durchmessern 20, 30, 40 und 50 mm verwendet (siehe Abbildung 6.20). Die Kugeln aus Die untersuchten Materialien lassen sich grob in Dach- und Polyamid sind vorgefertigte Präzisionskugeln mit einer Fassadenbauteile unterscheiden. Prinzipiell wurden die Dichte von 1.14–1.16 g/cm3. Die Eiskugelherstellung erfolgt Dachbauteile mit 90° und die Fassadenbauteile im 45° Win- nach einem speziellen Verfahren; aus demineralisiertem kel beschossen. Da die Kugeln immer vertikal von oben hi- Wasser werden rissfreie und porenarme Eiskugeln herge- nausgeschleudert werden, musste, um einen 45° Winkel zu erreichen, das Material gekippt werden. Die Proben wurden Durchm. Masse [g] entsprechend der Anwendungspraktiken der einzelnen Ma- [mm] terialien im Labor aufgebaut. Dazu wurden Spezifikationen PA 66, Dichte Eis 1, Dichte festgelegt. r = 1.14–1.16 g/cm3 r = 0.87 g/cm3 Falls das Gebäudeteil strukturiert war (Wellprofile, Stegplat- ten etc.) wurden die verschiedenen Orte beschossen (Wel- 20 4.8 ± 0.85% 3.6 lental und Wellenberg, auf Steg und zwischen Stege etc.) um 30 16.1 ± 0.85% 12.3 jeweils die für Hagelschlag empfindlichste Stelle zu finden. 40 38.8 ± 0.85% 29.2 Materialien mit temperaturabhängigen Eigenschaften, insbe- sondere kunststoffbasierte Materialien, wurden so vorkondi- 50 74.9 ± 0.85% 56.9 tioniert, dass für drei Minuten Eisschuppen aufgelegt wur- Tabelle 6.1: Massen der verschiedenen Projektile verschiedener den. Diese Massnahme basiert auf dem Abkühlungseffekt Grössen. bei einem natürlichen Hagelunwetter. 23 VKF_Broschuere_D_A4.indd 23 14.8.2009 13:59:24 Uhr
6 Hagelwiderstand von Baumaterialien Die natürliche Endgeschwindigkeit eines auf einer Gebäude- 6.2.3 Auswertungen hülle aufschlagenden Hagelkorns hängt unter anderem von dessen Grösse ab. Es handelt sich dabei bei Kugeldurch- Grundsätzlich wird zwischen dem allgemeinen Schadenver- messern von 20–50 mm um Geschwindigkeiten in der Grössen- lauf und dem ersten Eintreten einer relevanten Schädigung ordnung von 8–30 m/s. Um ein grösseres Spektrum an Daten unterschieden. Typischerweise verursacht ein Stoss mit einer zu erhalten und einen allgemeinen Schadenverlauf abschät- Kugel eine Delle; bei Erhöhung der Geschwindigkeit wird die zen zu können, wurden die Proben in der Regel mit sieben Delle flächenmässig grösser und tiefer. Dieses sich vergrös- Einzelschüssen von 5–35 m/s beschossen. Die verschie- sernde Volumen einer Delle ist ein genereller Schadenver- denen Geschwindigkeiten werden mittels verschieden gros- lauf. Beim 1. Auftreten eines Schadens kann es sich um ser Druckeinstellungen erreicht. Die Kugelgrössen wurden einen Riss, einen Bruch, ein Loch, eine Delle, eine Abplatzung so gewählt, dass bei Eintritt eines Schadens die Geschwin- von Material und vieles mehr handeln. Durch einen solchen digkeit im Bereich der natürlichen Endgeschwindigkeit der Schaden kann eine wichtige Funktion des Bauteils, wie zum entsprechenden Kugelgrösse liegt. Da eine grössere Kugel Beispiel Wasserdichtheit, beeinträchtigt werden. Die Ge- in der Regel einen grösseren Schaden anrichtet, wird folgen- schwindigkeit, bei der dieser Schaden zum ersten Mal auf- dermassen vorgegangen: tritt beispielsweise bei einer Kugel tritt, ist die Schädigungsgeschwindigkeit (vs). Nach den Be- mit Durchmesser 40 mm (natürliche Endgeschwindigkeit ca. schüssen wurden die Schäden analysiert, ausgemessen und 28 m/s) bis 35 m/s kein Schaden auf, wird mit der Kugel mit fotografiert. Durchmesser 50 mm geschossen. Andererseits tritt schon Die Resultate wurden jeweils in Bezug auf die kinetische bei 15 m/s ein Schaden auf, wird mit der Kugel mit Durch- Energie (in Joule) dargestellt. Diese lässt sich nach der messer 30 mm weitergeschossen. Formel Ekin = mv2/2 mit der Masse der Kugel (m) und der Es wurde versucht, die Geschwindigkeit, bei der ein Scha- Geschwindigkeit (v) berechnen und wird als Schädigungs den zum ersten Mal auftritt, auf 1 m/s genau einzugrenzen. arbeit (ws) bezeichnet. Das Augenmerk richtete sich hauptsächlich auf das Verhal- Es wurden insgesamt 48 neue Produkte eingeteilt in elf Bau- ten der Materialien bei Beschuss mit Eiskugeln. Zum Ver- teilkategorien untersucht. Die Versuche fanden an neuen gleich wurden mit der gleichen Kugelgrösse und Geschwin- Materialien statt. Anhand der Resultate konnten fünf Hagel- digkeit auch Beschussversuche mit der Polyamidkugel widerstandsklassen unterschieden und die Baumaterialien durchgeführt. So konnte jeweils ein Faktor errechnet wer- entsprechend klassifiziert werden (siehe Kapitel 7 & Tabelle 7.3). den, mit dem Rückschlüsse auf Resultate durch Beschüsse Bisher wurden für die Hageltests Standardkugeln aus Polyamid mit der Polyamidkugel gezogen werden können. verwendet; dies ist so verankert in der Norm SIA 280 Kunst- stoffdichtungsbahnen. Nun wurden nach einem wiederhol- baren Verfahren hagelähnliche Eiskugeln hergestellt. Aufgrund der verschiedenen Eigenschaften von Eis und Polyamid (Dichte, Temperatur, Bruchverhalten etc.) unterscheiden sich die Resultate wesentlich. Bei biegesteifen, hochmoduligen und massigen Baumaterialien wie zum Beispiel Ziegel, Faser- zement etc. verursacht die Eiskugel erst bei wesentlich höherer Energie den gleichen Schaden wie die Polyamidkugel. Beim Vergleich mit den Schäden in der Natur zeigen sich vergleich- bare Schadenbilder mit dem Eiskugelbeschuss, währenddem der Polyamidkugelbeschuss je nach Material zu realitätsfer- nen Resultaten führt. Abbildung 6.19: Hagelkanone mit aufgebauten Ziegeln, Foto Empa. Abbildung 6.20: Zerspringendes Eiskorn auf Ziegel, Foto Empa. 24 VKF_Broschuere_D_A4.indd 24 14.8.2009 13:59:25 Uhr
6.2.4 Resultate kategorie. Je nach Materialart, Ausführung, Oberflächen gestaltung und Verbindungsart können die Widerstandswerte Die im Rahmen des Projekts ermittelten Widerstandswerte über einen breiten Bereich streuen. In der nachfolgenden sind Richtwerte. Die ausgewählten Materialien stammen von Grafik sind die Schädigungsarbeiten in Joule aufgeführt, bei typischen, marktüblichen Produzenten oder Vertreibern. Sie denen der erste Schaden aufgetreten ist. liefern daher Anhaltspunkte für die entsprechende Bauteil- PC S3P PC Flach PMMA sz Welle Kunststoff- PMMA sz S4P platten PMMA sz SDP PMMA sz Flach PMMA Flach Struktur M20 Flach GFK-Profile Trapez 194/41 Welle 177/51 PC Rand PC Kuppel Lichtkuppeln PMMA Rand PMMA Kuppel SBS besandet SBS beschiefert Dichtungs- EPDM TPO bahnen PVC-P AWD B2 verputzte Aus- AWD B1 AWD A2 sendämmung AWD A1 Faserzement flach Faserzement gewellt Faserzement Stahl verzinkt Alu glatt Cr-Stahl verzinnt Abdeckbleche Cu-Ti-Zn Kupfer Fichte gehobelt besch. Holz Lärche gehobelt besch. Isolierglas VSG Drahtglas Verglasungen ESG Floatglas Blech, 0.6 mm gebogen Blech, 0.45 mm gefaltet RL 3: 0.9 mm Rollladen/ RL 2, 0.25 mm geschäumt Raffstoren RL 1, 0.45 mm Biberschwanz Grossflach Ziegel Ton 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 kin. Energie [Joule] Abbildung 6.21: Schädigungsarbeiten mit Eiskugeln 20–50 mm und Beschusswinkeln 45° oder 90°. 25 VKF_Broschuere_D_A4.indd 25 14.8.2009 13:59:26 Uhr
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