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Hinweise zur Statik von
Fassadenbegrünungen mit Kletterpflanzen
Die verstärkt notwendige Beachtung statischer Aspekte bei
Fassadenbegrünungen resultiert vor allem aus der zunehmenden Häufigkeit
und Dicke außenseitiger Wärmedämmungen. Damit verbunden sind Fassadenoberflächen
weniger belastbar und Befestigungsmittel für Kletterhilfen müssen vergrößerte
Kraglängen bewältigen können. Oft erreichen Fassadenbegrünungen Dimensionen,
die den Einsatz sehr starkwüchsiger erfordern und in der Praxis unterbleiben
sehr oft eigentlich notwendige Schnittmaßnahmen an wucherndem Fassadenbewuchs.
Die statische Bemessung erforderlicher Bauteile gewährleistet nicht nur
sicheren Halt von Kletterhilfen und Kletterpflanzen, sondern dient auch der Vermeidung
von Schäden am Bauwerk speziell der Fassade!
Folgende statische Aspekte sind zu berücksichtigen:
- Gewichte von Kletterhilfen, Befestigungsmitteln und Bewuchs unter
Berücksichtigung von Nässe, Früchten und ggf. Schnee und Eis
- Windlasten auf vorstehend bezeichneten Komponenten einer
Fassadenbegrünung
- Wechselnde Spannungszustände von Kletterhilfen aufgrund
witterungsbedingter Einflüsse (vor allem Längenänderungen
durch Temperatur- oder Feuchtewechsel)
- Pflanzenverursachte Spannungszustände aufgrund Dickenwuchs von
Schlingpflanzen.
Teil I - Vertikallasten
1.1. Blühende Elfen und grüne Elefanten
Gewichtsabschätzungen für Fassadenbegrünungen im Sommer
Gewichte von Kletterhilfen und Befestigungsmitteln lassen sich einfach anhand der
Massen berechnen oder bei Herstellern erfragen. Je nach Werkstoff und
Materialeinsatz ist bei gitterartigen Ausführungen mit einem Gewicht von
0,005 kN/m² bis 0,1 kN/m² zu rechnen.
Das Gewicht von Seilkonstruktionen ist i.d.R. unerheblich. Allerdings wird die
Seilspannung nicht nur von Vertikallasten beeinflusst, sondern in sehr
beachtenswertem Maß auch von Windlasten und derzeit nicht kalkulierbaren
pflanzenverursachten Spannungszuständen. (Siehe dazu auch Fassadenbegrünung - Forschungsbedarf und Vortrag "Lieber begrünt als bemoost")
Gegenüber der einfachen und verlässlichen Gewichtsermittlung von Kletterhilfen stellt
sich die der Kletterpflanzen als "Spekulation" im positiven Sinne von "vergleichender Schätzung" dar.
Im folgenden wird ein vorläufiges Berechnungsmodell vorgestellt, das aufbauend
auf bisherige Erkenntnisse (u.a. Daten aus der "Richtlinie zur Planung,
Ausführung und Pflege von Fassadenbegrünungen mit Kletterpflanzen",
FLL 1995) letztendlich ein Maximalgewicht vorausberechnet, das eine bestimmte
Kletterpflanze an einer geplanten Kletterhilfe mit festgelegten
Außenmaßen im Regelfall nicht übersteigen wird.
Sommergewicht Holz und Laub
Das Gesamtgewicht einer ausdauernden Pflanze gewisser Größe wird
selbstverständlich durch die Holzmasse und die Belaubung bestimmt. Bei
beidem gibt es artspezifische und individuelle Unterschiede für Volumen
und Dichte. Das gilt natürlich auch für die zur Fassadenbegrünung
gebräuchlichen Kletterpflanzen.
Kletterpflanzen bilden extrem wenig und/oder sehr leichtes Holz. Dabei ist die
Holzdichte bei lebendem Holz kaum relevant, da der hohe Wasseranteil zu einer Dichte
um 1 führt. Allerding ist der Holzanteil der Kletterpflanzen geringer als bei Gehölzen, die
sich selbst tragen. Daher wiegt das Holz von Kletterpflanzen etwa 1/10 desjenigen von
vergleichbar hohen Bäumen.
Das
Laubgewicht pro Flächeneinheit darf dagegen wegen identischer Funktion
als relativ ähnlich angenommen werden.
Abb. 1 Strukturunterschiede ausgewachsener Kletterpflanzen
Holz und Laubgewicht entwickeln sich artspezifisch und altersabhängig.
Das absolute Laubgewicht richtet sich nach der lichtzugewandten Oberfläche.
Das Holzgewicht wird dagegen aufgrund der besonderen Verwendung im Laufe der Jahre
erheblich durch Schnittmaßnahmen (= künstliche Beschränkung der
Größe) beeinflusst. Da diese überwiegend junge, d.h. dünne
Triebe betreffen, muss davon ausgegangen werden, dass auch bei gepflegten oder
kleiner gehaltenen Pflanzen das Holzgewicht langfristig annähernd einen
artspezifischen Maximalwert erreicht. der in einer Relation zum Triebdurchmesser
steht. Der Triebdurchmesser wird anders als der forstwirtschaftlich
interessante Stammdurchmesser von Bäumen allgemein direkt über
dem Erdboden ermittelt. Nur hier ergibt sich ein vergleichbares Maß (siehe
Abb.1).
Der Durchmesser einzelner Triebe nimmt aufgrund Verzweigungen mit der Entfernung
zur Pflanzstätte ab. Damit reduziert sich auch das flächenbezogene
Gewicht der Pflanze nach oben und zu den Seiten hin. Für die Berechnung bin
ich von einer vereinfachten potentiellen Wuchsform der Kletterpflanzen an Fassaden
ausgegangen. Sie entspricht einem Viertelkreis, der auf der Spitze steht also
genau der natürlichen Ausbreitung von Efeu. Der Radius dieses
Kreisausschnittes ist durch die Wuchshöhe (h) vorgegeben. Entsprechend
potentieller Größe und jährlichem Zuwachs wird ein Überhang
der Pflanze (Ü) berücksichtigt. Damit ist der unter natürlichen
Bedingungen eintretenden räumlichen Entwicklung die an Fassaden
eingeschränkt ist angemessen Rechnung getragen.
Abb. 2 Prinzipskizze "Potentielle Wuchsform"
Die zweite markante Ausgangsgröße für das Holzgewicht, der
"Triebdurchmesser am Wurzelhals", liegt je nach Art zwischen 1 cm
und 50 cm (oder mehr). Entsprechend unterschiedlich ist das absolute Holzgewicht der Arten.
Beispielsweise ermittelte ALTHAUS ("Gartenpraxis" 1992) durch Auswiegen
für zwei 70 Jahre alte Wisterien ein Holzgewicht um 2,5 kN, für eine
40 Jahre alte Aristolochia jedoch nur rund 0,25 kN. Die übergrünte
Fläche betrug jeweils rund 24 m².
Einige Arten, insbesondere Wisteria, bilden zum Teil sehr ausgeprägte baumstammartige Triebe, die sicherlich einen Teil des Holzgewichtes tragen (vgl. Wisteria in Abb. 1). Dieser in Einzelfällen statisch durchaus relevante Aspekt muss bei Planungen unberücksichtigt bleiben. Ob sich ein gerader, ausreichend knicksicherer oder biegesteifer Stamm entwickelt, oder eher ein in keiner Weise stützendes "Triebgewirr" (Knöterich in Abb. 1) ist nicht vorhersehbar. (Mehr dazu auch unter "Wisteria")
Daraus folgen die wichtigsten Annahmen für die Berechnung:
- Das absolute Laubgewicht ist proportional der lichtzugewandten
Oberfläche. Das Gewicht des an der Oberfläche exponierten Laubes wird
durch Niederschläge beeinflusst
- das maximale absolute Holzgewicht entspricht maßgeblich der
potentiellen Größe von Triebdurchmesser und Höhe. Das Wuchstempo
hat Einfluss auf die Holzdichte, schnellerer Wuchs = geringere Dichte.
Vereinfachend wird angenommen, dass das maximale Holzgewicht sich im
Verhältnis Oberkante Kletterhilfe + 1 m zur potentiellen Wuchshöhe der
gewählten Kletterpflanze reduziert.
Aus bisherigen Ermittlungen (Althaus 1992, eigene Messungen 1987) kann
abgeleitet werden, dass das Laubgewicht sommergrüner Kletterpflanzen im
normal feuchten Zustand (vitale Pflanze, trockenes Wetter) 0,015 kN/m²
nicht übersteigt. Bei ungeschnittenen Gerüstkletterpflanzen kann
in etwa von einem Überhang zwischen 0,3 m und 1,5 m über die
Kletterhilfe hinaus ausgegangen werden. Die Oberfläche einer ungepflegten
Begrünung mit Gerüstkletterpflanzen kann daher folgendermaßen
überschlagen werden:
F = (Höhe x Breite [Ist Klh]) + ((Ü[Tab.] + WA-Klh [Ist]) x Pi x Höhe)
wobei hier bei Kletterhilfen schmaler als 0,1 m für die Breite "Null" einzusetzen ist.
Ist die Oberkante der Kletterhilfe (Höhe) niedriger vorgesehen als die potentielle Wuchshöhe der Bepflanzung
muß das Maß um etwa einen Meter erhöht berücksichtigt werden. Praktischerweise alle
Maße in Meter angeben!
Der Einfluss von Regen
Benässung der Pflanzen durch Tau oder Regen bewirkt eine Erhöhung des
Laubgewichtes (Faktoren für Wasseraufnahme durch Eintauchen von Blättern
nach ALTHAUS 1992: Aristolochia 2,56; Vitis riparia 1,89; Wisteria sinensis 1,86).
Berücksichtigt man für Durchnässung - bis weitere Werte vorliegen
generell den Faktor 3,0 auf das bereits mit 0,015 kN/m²
großzügig bemessene Laubgewicht, kommt man zum m.E.
übermäßig sicheren Wert von maximal 0,045kN/m² für
nasse Belaubung.
In Wirklichkeit wird ein Zustand völliger Durchnässung eines
Fassadenbewuchses überhaupt nicht eintreten, da Niederschläge am
Blattwerk vorderseitig abtropfen. Die Versuche von KIESSL und RATH (1989)
belegen dies und lassen Zweifel an der Repräsentanz der o.a.
Eintauchversuche zu. Eine vollständige Durchnässung von
Fassadenbegrünungen ist demzufolge nur bei außergewöhnlich
hohen Windgeschwindigkeiten denkbar. Die damit verbundenen Bewegungen der
Blätter würden das Abtropfen beschleunigen. Ich halte unter diesem
Aspekt ein Nasslaubgewicht von 0,03 kN/m² für vertretbar, bringe aber
sicherheitshalber bis auf weiteres die hohe Lastannahme in Ansatz.
Fruchtgewichte
Einige kultivierte sommergrüne Kletterpflanzen bilden einen beachtlichen
Fruchtbehang aus. Dies sind in erster Linie Actinidia (Kiwi) und Vitis-vinifera
(Weinrebe). Akebia fruchtet eher selten und in Deutschland bestenfalls in
geringer Menge. Viele weitere Arten bilden etwa erbsengroßer Beeren aus,
deren absolutes Gewicht unerheblich scheint, aber relativ zum
flächenbezogenen Pflanzengewicht vor allem bei kleineren Arten
beachtenswert ist. Die Tabelle wie oben benannnt weist vorläufig Schätzwerte aus, die
der Überprüfung bedürfen.
Zusammenfassung Teil 1.1
Mittels der folgenden Berechnung lassen sich maximale artspezifische
Sommergewichte (G-Som.)bezogen auf Kletterhilfen einer gewissen
Größe sicher ermitteln:
OK Klh bezeichnet das Maß bis Oberkante Kletterhilfe vom Boden aus gemessen.
Ist dieses kleiner als die maximale Wuchshöhe muß sicherheitshalber
1 m zuaddiert werden. Holzgewicht, maximale Wuchshöhe und FG (= Fruchtgewicht) sind
der Tabelle (wie oben) zu entnehmen. Die Oberfläche "F" ist nach der weiter oben stehenden Formel zu ermitteln.
Die Ergebnisse weisen plausible Holzgewichte und sehr hoch erscheinende Laubgewichte
aus. Letztere begründen sich einerseits im realistischen Bezug auf ungeschnittene
Pflanzen, andererseits am derzeit anzunehmenden Flächengewicht normal
feuchten Laubes und dem noch sehr pauschalen "Laubstrukturfaktor"
(Gewichtszunahme bei Durchnässung). Solange keine konkreteren Werte
wissenschaftlich ermittelt sind, ist über eine eventuelle Abminderung
im Einzelfall zu entscheiden.
Der folgende Teil 1.2. befasst sich mit dem Wintergewicht. Dieses
übersteigt ggf. das bisher ermittelte Sommergewicht. In diesem Fall ist
das korrekte sommerliche Gesamtgewicht unter statischen Aspekten nur dann von
Interesse, wenn zusätzlich Windlasten zu vertikaler Beanspruchung
führen. Dies ist vorrangig bei Kletterpflanzen an Seilen abhängig vom
Abstand der Windsicherungen (Zwischenstützen) der Fall.
Gewichtsverteilung je nach Begrünungsweise
Alle hier für Gerüstkletterpflanzen angestellten Berechnungen berücksichtigen eine übergrünte Fläche, die aufgrund der angenommenen Überhänge nach vorn und zu den Seiten hin, größer ist als die dahinter installierte Kletterhilfe. Je schmaler diese Kletterhilfe relativ zur Wuchshöhe ist, desto relativ höher wird sie durch Überhänge belastet, manche Systeme hängen an einem einzigen Halter. Pflanzengerechte flächige Konstruktionen bieten eine leichter beherrschbare Gewichtsverteilung und höhere Sicherheit aufgrund mehrfacher Befestigung.
© Thorwald Brandwein
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