PV-Anlagen auf Flachdächern − Wie gelingt der statische Nachweis?

Flachdäch­er sind meist aus Stahlbe­ton, Stahl oder Holz kon­stru­iert. Ein beste­hen­des Flach­dach aus Stahlbe­ton ist rech­ner­isch im Bestand eine Her­aus­forderung, bedenkt man, dass der Bewehrungs­ge­halt im Nach­gang nur schw­er prüf­bar ist. Stahldäch­er sind Fach­w­erke, mit vie­len einzel­nen Bauteilen und Schrauben. Holz-Flachdäch­er im Bestand stellen oft eine bau­physikalis­che Her­aus­forderung dar. Nun soll eine Pho­to­voltaikan­lage instal­liert wer­den. Wie aufwendig also ist der sta­tis­che Nach­weis bei einem Flach­dach?

Stahlbeton-Flachdach statisch prüfen − Vorgehensweise

Ein Stahlbe­ton­dach ist grund­sät­zlich ein sehr robustes, wider­stands­fähiges Dach. Ein tech­nis­ches Ver­sagen ein­er Stahlbe­ton­decke kündigt sich im Regelfall durch Riss­bil­dung auf der unteren Seite der Deck­en­plat­te an. Dabei sind Riss­bil­dun­gen im Stahlbe­ton grund­sät­zlich nor­mal, da die Beton­deck­ung unter­halb des Bewehrungsstahls nicht gut auf Zugkräfte belastet wer­den kann. Vor dem Ver­sagen ein­er Stahlbe­ton­decke wür­den also kleine Risse entste­hen und die Decke würde sich durch­biegen. Erst dann würde mit der Zeit ein Ver­sagen der Tragfähigkeit ein­treten, z. B. durch geris­se­nen Bewehrungsstahl. Häu­fig zusam­men­hän­gend auch mit Kor­ro­sion an ein­er sicht­baren Stahlbe­wehrung.

So weit sollte es jedoch erst gar nicht kom­men. Damit solche Schä­den auch bei Instal­la­tion ein­er PV-Anlage nicht passieren, wer­den rech­ner­ische Nach­weise geführt. Am ein­fach­sten ist der Las­ten­ver­gle­ich. Voraus­set­zung für den Las­ten­ver­gle­ich ist eine alte, genehmigte Bestandssta­tik. Die früher rech­ner­isch ange­set­zten Las­ten wer­den mit den tat­säch­lich vor Ort fest­gestell­ten Las­ten ver­glichen. Stellt man Las­tre­ser­ven fest, kön­nen diese zur Auf­nahme ein­er PV-Anlage rech­ner­isch begrün­det wer­den. Kon­ser­v­a­tiv würde man eine PV-Anlage mit einem Sicher­heits­bei­w­ert für verän­der­liche Las­ten rech­ner­isch berück­sichti­gen.

Fehlt die Bestandssta­tik oder kann der Nach­weis nicht so ein­fach erbracht wer­den, fol­gen sta­tis­che Neu­berech­nun­gen. Hier wird ein Reverse Engi­neer­ing Ansatz gewählt. Soll­ten Bewehrungspläne noch vorhan­den sein, kön­nte mit der tat­säch­lich ver­baut­en Bewehrung gerech­net wer­den. Gegenüber dem rech­ner­isch ermit­tel­ten Bewehrungs­ge­halt ergeben sich häu­fig Las­tre­ser­ven, weil aus baukon­struk­tiv­en Grün­den mehr cm2-Bewehrungsstahl ver­baut wur­den. Liegt keine Sta­tik und kein Bewehrungs­plan vor, kön­nen weit­er­führend mod­ernere Rechen­ver­fahren, basierend auf Finite-Ele­ment Meth­o­d­en (FEM) einge­set­zt wer­den. Ein­mal wird die Decke mit ein­fachen Stab­w­erksmod­ellen − wie früher üblich − gerech­net, ein weit­eres Mal mit ein­er FEM-Mod­el­lierung. Die Berech­nun­gen unter­schei­den sich method­isch und inhaltlich bei den Las­tan­nah­men. Anschließend ver­gle­icht man die Rech­en­ergeb­nisse. Soll­ten sich beim rech­ner­isch ermit­tel­ten Bewehrungs­ge­halt kaum Unter­schiede ergeben, kann eine Unbe­den­klichkeit bescheinigt wer­den. Als let­zte, eher aufwändi­ge Meth­ode gel­ten Probeöff­nun­gen vor Ort. Dabei wird häu­fig die Beton­deck­ung in Feld­mitte ein­er Decke zer­stört und der Bewehrungs­quer­schnitt nachgemessen. Die Decke wird anschließend wieder mit Reparaturbe­ton aus­gebessert. Bewehrungs-Mess­geräte gibt es zwar, sind jedoch meist eher dazu da, Anzahl und Lage von Bewehrungsstahl und weniger den Quer­schnitt zu messen. Grund­sät­zlich kön­nen solche Mes­sun­gen ergänzend durchge­führt und anschließend die Sta­tik neu berech­net wer­den.

Stahl-Flachdach statisch prüfen − Vorgehensweise

Das Stahltrag­w­erk ein­er Stahldachkon­struk­tion ist ins­ge­samt gut nachvol­lziehbar, da das Trag­w­erk sel­ten ver­schalt oder ver­steckt wird. Stahldäch­er kom­men sehr häu­fig im Hal­len­bau und bei Son­der­baut­en mit großen Span­nweit­en vor. Die größte Her­aus­forderung ist das Nachmessen der Trapezblech­pro­fildicke. Auch 3D-Laser­scan-Mes­sun­gen (Fer­n­mes­sun­gen) sind nicht in der Lage, die Stärke eines Trapezblech­es genau zu bes­tim­men. Daher kann es im Zweifel erforder­lich sein, Hebe­büh­nen zu organ­isieren und Schnittstellen aufzusuchen, an denen die Trapezblechdicke gemessen wer­den kann. Für die Mes­sung sind dann Schieblehren oder ver­gle­ich­bare, fein­justier­bare Messin­stru­mente erforder­lich.

Bevor solche Auf­maße vor Ort erforder­lich sind, kön­nen selb­stver­ständlich auch hier Las­ten­ver­gle­iche durchge­führt wer­den. Darüber hin­aus soll­ten auch hier vor­ab Doku­mente und tat­säch­liche Vor-Ort Las­ten geprüft wer­den, um rel­e­vante Infor­ma­tio­nen über den Gebäudebe­stand zu erhal­ten. Die Sta­tik der sta­tisch rel­e­van­ten Bauteile wird neu berech­net. Auch im Stahlbau sind mod­erne Inge­nieurmeth­o­d­en ver­wend­bar, die früher auf­grund fehlen­der Rechen­leis­tung eher sel­ten genutzt wur­den. Weit­er­führend kann selb­st bei neueren Hallen, die eben­falls in FEM gerech­net wur­den, die ein oder andere Rechen­größe iden­ti­fiziert wer­den, welche argu­men­ta­tiv verän­dert wer­den kann. Gemeint sind Knick­län­gen­bei­w­erte, Schnee­last­größen oder andere, oft kon­ser­v­a­tiv ange­set­zte Berech­nungs­größen.

Holz-Flachdach statisch prüfen − Vorgehensweise

Holz-Flachdäch­er wur­den früher wie heute sehr unter­schiedlich kon­stru­iert. Bei Hal­len­baut­en han­delt es sich meist um Fach­w­erk­binder oder mas­sive Holzbinder­hallen (Brettschichtholzbinder). Bei­de Dachbauteile sind im Zweifels­fall sta­tisch rekon­stru­ier­bar. Der Vorteil ein­er Holzkon­struk­tion ist, dass Sie − selb­st bei sta­tis­chen Bedenken − oft sehr gut nachgebessert wer­den kön­nen. Bevor man eine Nachbesserung emp­fiehlt, wer­den im Grunde die gle­ichen method­is­chen Ansätze und Rei­hen­fol­gen gewählt, wie auch im Stahlbau oder Stahlbe­ton­bau. Wichtig ist, dass die Mate­ri­aleigen­schaften rech­ner­isch kor­rekt berück­sichtigt wer­den. Bei Holzdäch­ern sind oft­mals auch Verbindungsmit­tel und Brand­schutzthe­men maßgebend. Hier soll­ten dann Heißbe­mes­sun­gen beim Reverse-Engi­neer­ing Ansatz rech­ner­isch berück­sichtigt wer­den.

Fazit: Viele Wege führen nach Rom

Die Über­prü­fung sta­tis­ch­er Bedenken bei PV-Zusat­zlas­ten erfol­gt grund­sät­zlich immer nach dem gle­ichen Schema. Für Trag­w­erk­s­plan­er wichtig zu ver­ste­hen sind die Möglichkeit­en, die man bei Erstel­lung eines Gutacht­ens zur Ver­fü­gung hat. Grund­sät­zlich soll­ten ein­fache Nach­weisver­fahren einem kom­plizierten Nach­weisver­fahren vorge­zo­gen wer­den, sofern damit eine sta­tisch unbe­den­kliche Kon­struk­tion freigegeben wer­den kann. Immer die gle­iche Methodik zu ver­wen­den wäre wenig kun­de­nori­en­tiert, da damit ein­herge­hend große Pro­jek­te möglicher­weise nicht umge­set­zt wer­den. Die Werkzeugk­iste ist umfan­gre­ich, das erforder­liche Meth­o­d­en­wis­sen zugle­ich. Fach­ex­perten wis­sen schnell, welche Meth­o­d­en zum Erfolg führen. Ein Blick in die Unter­la­gen und Bestands­fo­tos kann zumin­d­est in der Ange­bot­sphase bere­its aus­re­ichen, um mit hoher Wahrschein­lichkeit ein geeignetes Nach­weiskonzept zu wählen.

Zusammenfassung