Flachdachkonstruktionen: Eine Reise durch die Architekturgeschichte

Flachdächer haben eine lange und faszinierende Geschichte, die bis in die frühesten Zeiten menschlicher Baukunst zurückreicht. Sie zeichnen sich durch ihre geringe oder fehlende Dachneigung aus. Sie wurden aus pragmatischen Gründen entwickelt: In Regionen mit wenig Niederschlag boten sie eine kosteneffiziente und funktionale Lösung. Im Laufe der Jahrtausende haben sich die Materialien und Bauweisen erheblich weiterentwickelt. Heute finden sich Flachdächer in einer Vielzahl von architektonischen Kontexten.

Frühe Flachdächer in der Antike

Die ersten bekannten Flachdächer stammen aus den mesopotamischen Kulturen vor etwa 5.000 bis 6.000 Jahren. Archäologische Funde belegen Lehmziegelbauten und flache Dachkonstruktionen aus dieser Zeit. Besonders bemerkenswert ist die Nutzung von Flachdächern in Babylon. Sie dienten als essenzieller Bestandteil der Hängenden Gärten – eines der Sieben Weltwunder der Antike, berühmt für seine innovative Dachbegrünung. In dieser Region, die heute dem Irak, Syrien und Teilen des Iran entspricht, waren Flachdächer eine logische Wahl. Der geringe Niederschlag machte sie optimal nutzbar. Lehmziegelhäuser erhielten flache Dächer aus Schilfrohr oder Holzästen, die mit Lehm oder Bitumen abgedichtet wurden. Dieser Abdichtungsprozess nutzte mehrfache Schichten aus verdichtetem Lehm und Bitumen, um Dächer wasserdicht zu machen.

Auch in Ägypten waren Flachdächer gebräuchlich, besonders bei Wohnbauten. Die trockenen Wüstenbedingungen erlaubten die einfache Konstruktion dichter Oberflächen mit Lehm und Stroh. Diese Dächer dienten oft als Wohnraum oder Lagerfläche.

Flachdächer in der Antike und bekannte Bauwerken

Ein bekanntes antikes Bauwerk mit einem Flachdach ist der Apadana-Palast in Persepolis (auch Tempel der Tausend Säulen genannt). Dieses Bauwerk aus der Zeit des persischen Achämenidenreichs um 500 v. Chr. zeigt, wie Flachdächer auch repräsentative Bauten prägten. Die Dächer bestanden aus Steinplatten, getragen von massiven Säulen. Diese Konstruktionen boten Schutz vor Hitze und erlaubten eine effektive Raumnutzung.

Auch die römische Architektur nutzte Flachdächer, besonders bei Thermen und Verwaltungsgebäuden. Mit der Technik des opus caementicium (Betonbau) errichteten die Römer stabile und langlebige Flachdächer. Ihre wasserundurchlässigen Schichten gelten als Meilenstein in der Dachkonstruktion.

Flachdächer im Mittelalter und der islamischen Architektur

Im Mittelalter waren Flachdächer in Europa weniger verbreitet. Das feuchte Klima erforderte geneigte Dächer für effizienten Wasserabfluss. In trockenen Regionen des Nahen Ostens und Nordafrikas blieben sie jedoch beliebt.

Die islamische Architektur setzte Flachdächer vielseitig ein, oft abgedichtet mit Ziegeln oder Kalkmörtel. Ein herausragendes Beispiel ist die Große Moschee von Kairouan in Tunesien. Dieses Bauwerk aus dem 9. Jahrhundert hat ein flaches Dach, das durch massive Pfeiler und Säulen gestützt wird. Zusätzliche Schichten aus verdichtetem Lehm oder Steinplatten verbesserten Abdichtung und Tragfähigkeit. Paläste und Wohnhäuser mit Flachdächern dienten als Erholungs- und Gebetsorte. Berühmt ist der Alhambra-Palast in Granada, Spanien. Seine kunstvoll dekorierten, kühlen Dächer schaffen im 13. und 14. Jahrhundert einen ästhetischen und funktionalen Raum.

Moderne Flachdächer und neue Materialien

Die industrielle Revolution brachte Flachdächer zurück in die Architektur. Stahlbeton spielte eine entscheidende Rolle. Dieser Werkstoff ermöglichte höhere Traglasten und flexible Formen. Fortschritte bei Abdichtungen, wie der Einsatz von Bitumen und Teer, steigerten die Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse. Diese Entwicklungen reduzierten Kosten und machten Flachdächer langlebiger.

Der Bauhaus-Stil der 1920er Jahre machte Flachdächer populär. Architekten wie Walter Gropius und Le Corbusier sahen sie als Dachterrassen, nutzbare Gärten oder Erholungsräume. Die Villa Savoye in Frankreich ist ein Beispiel für moderne Architektur und Ästhetik.

Heutige Verwendung und Technologien

Flachdächer sind heute weltweit verbreitet und vielseitig nutzbar. Ein Beispiel ist das Gründach des ACROS Fukuoka Building in Japan mit über 35.000 Pflanzen. Es verbessert die Luftqualität und schafft eine Oase in städtischen Gebieten. Ebenso beeindruckend ist der Kö-Bogen II in Düsseldorf. Sein Dach bietet 2.500 Quadratmeter Begrünung und acht Kilometer Hainbuchenhecken. Es kombiniert nachhaltige Bauweise mit innovativen Technologien wie Unterflur-Bewässerung und Schubsicherungssystemen. Moderne Flachdachkonzepte meistern technische und ökologische Herausforderungen und erweitern urbanen Lebensraum.

Nachhaltige Technologien wie Gründächer speichern Regenwasser und verbessern die Luftqualität. Solardächer liefern erneuerbare Energie und machen Flachdächer zu einem Schüsselfaktor in der urbanen Klimaanpassung.

Fazit

Die Geschichte der Flachdächer zeigt die enge Verbindung zwischen Architektur und Umweltbedingungen. Von Lehmdächern der Antike bis zu modernen Konstruktionen haben Flachdächer eine beeindruckende Entwicklung durchlaufen. Bekannte Bauwerke wie Persepolis, die Alhambra und die Villa Savoye beweisen ihre Vielseitigkeit und Zeitlosigkeit. Mit modernen Technologien bleiben Flachdächer zentrale Elemente innovativer Architektur.

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Protokollierung der Einsinktiefen bei Warmdachkonstruktionen mit Mineralfaserdämmplatten

Ein Photovoltaikunternehmen war mit der Erstellung einer aufgeständerten ballastierten Photovoltaikanlage auf zwei Hallendächern beauftragt.

Übersicht PV Anlage

Übersicht PV Anlage

Zehn Monteure waren vier Wochen mit den Montagearbeiten der ca. 3.400 Module samt Unterkonstruktion und Zubehör beschäftigt. Bereits am ersten Arbeitstag wurden Schäden an der Dachabdichtung verursacht. Zunächst durch unsachgemäße Lagerung der Ballastelemente, später durch häufiges Begehen immergleicher Pfade ohne Maßnahmen zum Schutz des Dachaufbaus. Nach Beendigung der Montage war die Abdichtung mehrfach perforiert, provisorisch abgedichtet und die Dämmplatten massiv geschädigt.

In der Angebotsphase der PV-Anlage hatten Mitarbeiter des PV-Unternehmens die Dachflächen zur Projektierung besichtigt und den Belegungsplan erstellt. Ohne konkrete Erkundigungen einzuholen wurde vom Vorhandensein eines druckfesten geschäumten Dämmstoffes ausgegangen. Durch die unzureichende Prüfung der Unterkonstruktion ist das PV-Unternehmen seinen Verpflichtungen als Planer der Anlage gemäß ÖNORM M 7778 Ausgabe:2011-04-15 – Montageplanung und Montage von thermischen Solarkollektoren und Photovoltaikmodulen – nicht nachgekommen. In dieser ÖNORM ist klar definiert, dass die Funktionsfähigkeit des Daches sichergestellt sein muss, Ballastelemente die Dachabdichtung nicht beschädigen und die Funktionstüchtigkeit nicht einschränken dürfen.

Bei den Dachflächen der im Jahr 2012 erstellten Halle kam es im Zuge der Materiallagerung und der Montagearbeiten der PV-Anlage zu Perforationen der Abdichtungsbahnen durch durchgetretene Linearbefestigungen und zu starken Stauchungen der Mineralfaserdämmplatten.

Hervorstehende Schraubenköpfe

Hervorstehende Schraubenköpfe

Während den Montagearbeiten wurden die mechanischen Beschädigungen der Abdichtung provisorisch vom Bauwerksabdichter abgedichtet.
Bei den Flachdächern handelt es sich um zwei aneinandergebaute Hallendächer der Baujahre 2012 und 2017 mit einer Gesamtdachfläche von ca. 9.000m². Der Schichtenaufbau der Dachkonstruktion ist bis auf die Abdichtung identisch. Auf der im Jahr 2012 errichteten Halle wurde eine EPDM-Kunststoffabdichtungsbahn mit einer Stärke von 1,3 mm verwendet, welche die Mindestanforderung der damals geltenden ON B 7220: 2002-07-01 erfüllt. Maßnahmen zur Verlängerung der geplanten Nutzungsdauer wie die Erhöhung der Nenndicke der Kunststoffabdichtungsbahnen wurden nicht realisiert.

Auf der im Jahr 2017 errichteten Halle wurde eine FPO-Kunststoffabdichtungsbahn mit einer Stärke von 1,8mm verwendet, welche die Mindestanforderung der ON B3691: 2012-12-01 für ein ungenutztes Dach der Kategorie K2 erfüllt, da keine Zusatzmaßnahmen realisiert wurden. Die Verarbeitung beider Abdichtungssysteme wurde handwerklich korrekt ausgeführt. Bei beiden Dachflächen wurden die Abdichtungsbahnen lose verlegt und mechanisch im Saumbereich mit laut Herstellerdeklaration trittsicheren Befestigungselementen befestigt.

Neben des Aspekt einer faktischen Nutzungsänderung gab bei diesem Objekt eine Vielzahl an konstruktiven Besonderheiten, nichtrealisierten Normvorgaben und kommunikativen Eigenarten, welche juristische Fragen aufwerfen, wie tiefgehend die Prüfung der Konstruktion durch Folgeunternehmen zu erfolgen hat auf sich eine Schadensquotelung auswirken.

Die Unterlage der Abdichtungen besteht aus Mineralfaserdämmplatten, überwiegend mit einer Druckspannung bei 10% Stauchung von ≥ 70 kPa und einer Punktlast bei 5mm Stauchung von ≥ 1000 N. Die Dämmplatte mit der höchsten Druckfestigkeit, welche vom Hersteller explizit unter Wartungswege und PV-Anlagen deklariert wird, kam bei beiden Hallen nicht zum Einsatz.

Mineralwolldämmschichten bringen aufgrund ihrer technischen Eigenschaften für einige Anwendungsbereiche Vorteile, sind aber nur begrenzt druckstabil. Da das Dämmstoffgerüst aus sehr vielen kleinen, für sich genommen wenig stabilen Fasern besteht, ist bei einer Zerstörung dieser Einzelfasern oder der Verbindungen untereinander die ursprüngliche Druckbelastbarkeit nicht mehr gegeben. Da bei jeder stärkeren Druckbelastung Fasern und Verbindungen brechen oder sich eine teilweise irreversible Verschiebung und Verdichtung der Faserstruktur ergibt, ist die Anzahl an aufnehmbaren Druckbelastungen bei diesem Dämmstoff begrenzt. Dieser Umstand bezieht sich vor allem auf dynamische Punktlasten wie das Begehen.

Der Schutz von Mineralfaserdämmplatten vor zu hoher und oder zu häufiger Druckbelastung beginnt bei der Planung und Erstellung des Dachaufbaus. Bei der Verlegung von Mineralwolldämmschichten und Aufbringung und Ausfertigung weiterer Schichten, sind Maßnahmen zur Minderung der mechanischen Beanspruchung zu treffen. Diese Forderung bezieht sich zunächst auf das Gewerk, das die Mineralwolle verlegt: den Bauwerksabdichter.

Da in diesem Fall kein Nachweis über das Ausmaß von Vorschädigungen erbracht werden konnte, war es nicht möglich den Anteil der zusätzlichen Schädigung anhand von gesicherten Belegen zu definieren und zuzuordnen.

Vor allen Folgegewerken ist die Notwendig von Maßnahmen zur Minderung der mechanischen Beanspruchung klar zu machen, weil diesen die Eigenschaften der Dämmung und die Belastbarkeitsgrenzen nicht unbedingt bekannt sein müssen. Das betrifft zunächst alle Gewerke, die mit der Herstellung der Dachfläche selbst befasst sind, z. B. Dachbegrüner und Blitzschutzverleger. Außerdem müssen auch Folgegewerke wie Lüftungsbauer und Solarmonteure dem nur begrenzt druckbelastbaren Dämmstoff durch lastverteilende Schichten Rechnung tragen.

Bei Mineralwolldämmstoffen gilt daher folgende Empfehlung: Bei Abnahmen und vor Arbeitsbeginn anderer Gewerke sollten die Einsinktiefen protokolliert werden!

Messung der Einsinktiefe

Messung der Einsinktiefe

 

Bei Abnahmen und vor dem Beginn der Arbeiten anderer Gewerke, die die Dachfläche begehen, sollte der Zustand der Mineralwolldämmung unter einlagigen Kunststoffbahnen anhand der Verformung der Abdichtungsoberfläche bei üblicher Belastung (Begehung) dokumentiert werden. Eine einfache Möglichkeit ist die Dokumentation der Einsinktiefe des Fußes einer Person mit üblichem Gewicht. Bei einer gemeinsamen Begehung mit Bauleitung, Bauwerksabdichter und Nachfolgegewerk (Lüftung, Klima, Begrünung, Solar etc.) sollten die Einsinkstellen markiert werden. Diese sollten kartiert werden und mit einem reproduzierbaren Messsystem das Maß der Verformung dokumentiert werden. Nach Fertigstellung der Arbeiten kann überprüft werden, ob und inwieweit sich die Verformung vergrößert hat. Damit besteht die Möglichkeit, eventuell später auftretende Veränderungen der Druckbelastbarkeit genauer zu quantifizieren und dem Verursacher besser zuordnen zu können.