Schneelast

Schneebelastung eines Daches

Die Schneelast oder Schneedruck gehört zu den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke. Sie hängt von Schneeart und Schneemenge ab. Die baulichen Lastannahmen bezüglich der Schneelast, auf die eine Dachkonstruktion auszulegen ist, hängen ab von der geografischen Lage und von der Form des betrachteten Bauwerks.

Grundlagen zum Schneegewicht

Datei:Snow timelapse 2014.webm Schnee ist gefrorener, meist flächig kristallisierter Niederschlag, dessen Dichte und Gewicht primär von der Lufttemperatur abhängen, zur Zeit des Schneefalls – in der ganzen Atmosphärenhöhe – also auch während der Liegedauer: Sie beeinflusst die Kristallisations- und Agglomerationsform. Schnee bildet eine normalerweise sechseckig-sternförmige Kristallform, die sich schon während der Schneebildung zu großen Schneeflocken verzahnen kann. Liegend verändert der Schnee sich durch Auflast weiterer Schichten wie auch Umkristallisation zu einem hochkomplexen Gefüge.

Neuschnee hat spezifisches Gewicht von 0,03 (trockener frisch gefallener Schnee) bis 0,2 (gut gesetzter Neuschnee ohne zusätzlicher Wasseraufnahme). Ein Meter Pulverschnee entspricht vom Druck her einer etwa fünf bis zehn Zentimeter hohen Wassersäule, bei Pappschnee (Nassschnee) sind es ca. 20 cm, das sind also 50–200 Liter je Quadratmeter Niederschlag (Wasseräquivalent). Ein Kubikmeter Wasser wiegt eine Tonne (1000 kg), ein Kubikmeter Frischschnee also 30–200 kg, längerliegender Schnee oft weitaus mehr.

Schneeart	Masse pro m3	Schneehöhe bei 100 kg/m2
Trockener, lockerer Neuschnee	030–50 kg	ca. 200–300 cm
Gebundener Neuschnee	050–100 kg	ca. 100–200 cm
Stark gebundener Neuschnee	100–200 kg	ca.050–100 cm
Trockener Altschnee	200–400 kg	ca.025–50 cm
Feuchtnasser Altschnee	300–500 kg	ca.020–35 cm
Mehrjähriger Firn	500–800 kg	ca.012–20 cm
Eis	800–900 kg	ca.011–12 cm

Schneelast wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Grundfläche. Für statische Nachweise wird in Bezug auf die Lastannahme vereinfachend – und auf der sicheren Seite liegend – mit nassem Schnee und einer Wichte (spezifisches Gewicht, Gewichtskraft je Volumen) von 2 kN/m³ gerechnet, das entspricht etwa dem oben genannten Wert für stark gebundenen Neuschnee.

Schneedruck ist als allgemeines Wort im Bezug auf Landschaft (etwa forstlich oder ökologisch) gleichbedeutend, baufachlich würde man darunter speziell die Gewichtskraft respektive präzise die Kraft je Auflagefläche, also den tatsächlichen Flächendruck verstehen.

Wenn sie sich setzt wird die Schneedecke nicht schwerer, sie verringert nur ihr Volumen. Tatsächlich wird Schnee während des Liegens im Prinzip leichter, sowohl bei Wärme wie bei starker Kälte nach dem Schneefall: Im ersten Fall schmilzt Schnee, sickert durch die Poren und rinnt ab, im zweiten Fall sublimiert („verdunstet“) das Wasser direkt in die Luft. Dies wird durch Sonnenschein und trockene Luft begünstigt. Bautechnisch betrachtet sind auch mehrere Meter trockener Neuschnee auf technisch einwandfreien Dächern keine Bedrohung. Problematisch sind kräftige Schneefälle bei um bis über Null Grad, weil dabei schon von sich aus sehr schwerer Schnee fällt, und noch viel mehr Regenfälle in hohe Schneedecken hinein. Dann können große Wassermengen zusätzlich in der Schneedecke gebunden werden, und die Schneelast wird tatsächlich um ein Vielfaches höher, was zu Spontanversagen eines Daches führen kann. Das kann innerhalb weniger Stunden geschehen. Daher stellen längerdauernde Pappschneefälle und in Regen übergehender Starkschnee akute Krisenszenarien dar.

Normen

In Deutschland sind die Schneelasten mit der DIN EN 1991-1-3 (2010-12) und zugehörigem nationalen Anhang geregelt.

In Österreich wurden die Belastbarkeiten von Gebäudeeindeckungen im April 2006 durch die ÖNORM B 1991-1-3:2006-04-01 gesetzlich neu vorgegeben, wobei die Werte wesentlich erhöht wurden.

Sowohl der österreichischen als auch der deutschen Neuregelung liegt die europäische Norm EN 1991-1-3 zugrunde. Sie gelten bis zu Höhen von 1500 m, darüber hinausgehende Höhenlagen werden durch spezielle nationale Anhänge geregelt.

In der Schweiz ist die SIA 261:2003 anzuwenden.

Berechnung nach Norm

In den Normen werden die Schneelasten in Rechenwerte zur Ermittlung der Tragwerkssicherheit überführt. Dabei wird aufgrund der starken physikalischen und zeitlichen Schwankungen der ausgeprägte stochastische Charakter beachtet. Die Rechenwerte entsprechen der 98 %-Quantile der Jahresmaxima und somit einer mittleren Wiederkehrperiode von 50 Jahren.

Standort

Die maßgebenden Einflussfaktoren auf die Größe der Schneelasten sind die des Standortes mit der lokalen Klimazone und der topografischen Höhe. In den Normen wird das Schneeklima durch eine Karte der Schneelastzonen erfasst, welche die Schneeintensität für verschiedene geographische Regionen angibt.

Schneelastzonen in Deutschland nach DIN EN 1991-1-3/NA:2010-12

Charakteristischer Wert s_k
der Schneelast
für Geländehöhe und Schneelastzone
nach DIN EN 1991-1-3/NA:2010-12

In Deutschland gibt es die Schneelastzonen

• Zone 1 (u. a. Mittelrheintal, Niederrheinische Tiefebene)
• Zone 1a (Großraum München-Donau)
• Zone 2
• Zone 2a (Hochschwarzwald, Rhön und Sauerland)
• Zone 3 (Alpen, Bayerischer Wald, Thüringer Wald, Erzgebirge, Harz sowie Vorpommern).

Da die Schneehöhe überproportional zur Höhenlage wächst, ist diese als weiterer Einflussfaktor zu berücksichtigen. Damit ergeben sich in Deutschland die folgenden, am Standort anzusetzenden charakteristischen Werte $s_{\mathrm {k} }$ der Schneelast in kN/m² auf dem Boden, in Abhängigkeit von der Geländehöhe $A$ in m über dem Meeresniveau (vgl. Diagramm):

• Zone 1:   $s_{k}=0{,}19+0{,}91\left({\frac {A+140}{760}}\right)^{2}\geq 0{,}65$
• Zone 1a: Multiplikation des $s_{\mathrm {k} }$-Wertes aus Zone 1 mit dem Faktor 1,25
• Zone 2:   $s_{k}=0{,}25+1{,}91\left({\frac {A+140}{760}}\right)^{2}\geq 0{,}85$
• Zone 2a: Multiplikation des $s_{\mathrm {k} }$-Wertes aus Zone 2 mit dem Faktor 1,25
• Zone 3:   $s_{k}=0{,}31+2{,}91\left({\frac {A+140}{760}}\right)^{2}\geq 1{,}10$
  Für bestimmte Lagen in Zone 3 können höhere Werte als nach der hier angegebenen Gleichung maßgebend sein; Angaben über die Schneelast in diesen Regionen sind bei den zuständigen Stellen einzuholen.

Für die Schneelastzonen 1 und 2 gilt im nördlichen Teil Deutschlands, dem Norddeutschen Tiefland, dass der Rechenwert des außergewöhnlichen Lastfalls in bestimmten Orten mit dem Faktor 2,3 multipliziert wird; ob ein Ort dazugehört, kann in den technischen Baubestimmungen der Bundesländer ermittelt werden oder in der Schneelastzonentabelle des Deutschen Institut für Bautechnik (siehe Weblinks).

Bauwerksgeometrie

Formbeiwert µ₁ der Schneelast
für flache und geneigte Dächer nach DIN 1055-5

Die Dachform bzw. Dachneigung eines Bauwerkes ist ein weiterer Parameter für die Schneelast und wird durch Formbeiwerte berücksichtigt. Diese beschreiben das Verhältnis der auf dem Dach liegenden Schneemenge zur gefallenen Schneemenge und erfassen so z. B., dass von einem steilen Dach der Schnee schneller abrutscht als von einem flachen.

Größe und Verteilung der Schneelast kann auch stark durch die Windverhältnisse beeinflusst werden. So bilden sich an Höhensprüngen oft Schneeverwehungen, die zu beachten sind.

Normwert

Die am Bauwerk anzusetzende Schneelast $s_{\mathrm {i} }$ folgt somit aus der lokalen (charakteristischen) Schneelast $s_{\mathrm {k} }$ multipliziert mit dem Formbeiwert $\mu _{\mathrm {i} }$:

$s_{\mathrm {i} }=\mu _{\mathrm {i} }\cdot s_{\mathrm {k} }$

Messung

Schneemessung zur Ermittlung des Wassergehaltes im Schnee

Eine Höhenmessung und Annahme des spezifischen Gewichts (z. B. Normgewicht) ist ungenau, da hierbei Schneedichte und gegebenenfalls vorliegende Vereisung unzureichend berücksichtigt werden. Eine genauere Schneelastbestimmung erfolgt durch Entnahme und Wiegen einer Schneeprobe, etwa mit einem Schneeprobenentnahmerohr (SPER). Die Auswertung erfolgt mit mindestens drei Proben und mit dem Gewichtsmittelwert. Überschreitet die vorhandene Schneelast den zulässigen Wert, muss die Standsicherheit der Dachkonstruktion durch einen Sachkundigen bewertet oder der Schnee vom Dach geräumt werden.

Weitere Hilfsmittel sind z. B. Schneelastwaagen.

Räumung

Bei Erreichen oder Überschreiten der rechnerisch angesetzten Schneelast sollte ein Dach geräumt werden. Dies ist am besten abschnittsweise und streifenweise abwechselnd auf den Dachflächen durchzuführen.

Neben der konventionellen Räumung wird erfolgreich das Schmelzen des Schnees mit Heißdampf eingesetzt. Dabei wird die zu schmelzende Schneefläche abgedeckt und mit Dampf aufgeheizt.

Extremereignisse

Markise nach Überbelastung

Aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen sind extreme Schneelasten, die nur sehr selten vorkommen, in den Normen nicht berücksichtigt.

So hatte die Schneelast im schneereichen Winter 2005/2006 den Normwert in Teilen des Alpenraumes und des Bayerischen Waldes deutlich überschritten. Viele Dächer mussten zur Vermeidung eines Versagens geräumt werden.

Es zeigte sich, dass den Schneelasten auf Dächern seinerzeit oft nicht genug Augenmerk geschenkt wurde. Im Gegensatz zur Information über die Lawinenlage fand eine qualifizierte Information von Baufachleuten und Hausbesitzern über die aktuellen Schneelasten durch die Bauaufsichtsbehörden und Wetterdienste nicht statt, selbst bei größeren Überschreitungen der lokalen Normlasten. Beim Ereignis 2006 stürzte am 2. Januar unter einer Schneelast, die die Normvorgaben nicht überschritt, die Eislaufhalle in Bad Reichenhall ein; 15 Menschen kamen zu Tode. Wenige Wochen danach versagte die Dachkonstruktion der Messehalle in Kattowitz und tötete 65 Menschen. Wurden diese Ereignisse anfangs noch als Einzelfälle betrachtet, so änderte sich die Situation schon wenig später, als in vielen Orten Bayerns, Oberösterreichs, der Steiermark und Niederösterreichs zahlreiche Dachstühle unter größeren Schneemassen einbrachen.

Deshalb wurde in den letzten Jahren die Modellierung und Prognose der Schneefälle umfangreich verbessert, sowohl in Hinsicht auf die großräumige Mittelfristprognose, wie auch auf wesentlich kleinräumigere Hotspots. Beim Schneeereignis 2019 konnte schon frühzeitig (im Bereich mehrerer Tage) gewarnt und von den Krisenstäben Hilfskräfte für das präventive Abschaufeln bereitgestellt werden.

Weblinks

• Kostenloses Online-Tool zur Ermittlung der Schneelastzone und des charakteristischen Werts der Schneelast s_k nach Eurocode (auch Windzonen, Erdbebenzonen). In: Dlubal.com
• Anleitung zum Abschätzen der Schneelast einer aktuellen Schneedecke (PDF-Datei; 63 kB). In: Lawinenwarndienst-Bayern.de
• Lastannahmen für Anwender, Schneelastrechner zum Herunterladen. In: DIN1055.de
• Anleitung zur Ermittlung der Schneelast und Abschätzung der Gefährdung auf der privaten Seite Michael-Zimnik.de
• Deutsches Institut für Bautechnik: Schneelastzonen in Deutschland. In: DIBt.de