Befestigungstechnik (Teil 10)

Metallbauer und Schlosser stehen besonders bei Umbau- und Sanierungsmaßnahmen oft vor der Frage, wie sie schwere Lasten - z.B. aus Maschinen, Feuerleitern, Geländern - oder Stahlkonstruktionen sicher in den unterschiedlichsten Untergründen verankern können.
 
Zum Abschluss unserer zehnteiligen Serie beschäftigt sich dieser Beitrag mit Schwerlastverankerungen. Lasten, die beispielsweise durch schwere Maschinen und Bauteile auftreten können, aber auch hohe Verkehrs- oder Windlasten stellen höchste Anforderungen an die Verankerung. Da im Versagensfall ein großer materieller Schaden zu befürchten ist und im schlimmsten Fall sogar Personenschäden nicht auszuschließen sind, macht der Gesetzgeber hier besondere strenge Vorgaben.
Dübel für Schwerlastbefestigungen müssen immer eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung nachweisen können. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Befestigung - ordnungsgemäße Berechnung und Montage vorausgesetzt - ausreichend sicher ist. Die Zulassungen enthalten neben den Berechnungswerten auch Angaben zur Verankerungstiefe, zu den erforderlichen Rand- und Achsabständen sowie zum erforderlichen Zubehör.
Grundsätzlich ist zwischen Verankerungen in Beton und Mauerwerk zu unterscheiden. Während im Beton sehr hohe Lasten eingeleitet werden können, liegen die möglichen Lasten im Mauerwerk eher im unteren Bereich und sind weitestgehend abhängig von der Güte des Steines.
 
Im Mauerwerk. Zur Verankerung schwerer Lasten im Mauerwerk kommen nur Injektionssysteme in Frage. Um eine sichere Befestigung zu gewährleisten, sind gerade beim Mauerwerk genaue Kenntnisse über den vorhandenen Untergrund erforderlich. Stehen keine gesicherten Informationen zur Verfügung, sind Probebohrungen und Zugversuche vor Ort erforderlich, um eine verlässliche Aussage zur Tragfähigkeit der Steine zu erhalten.
Die Verankerung erfolgt in Vollsteinen durch Bohren, Bohrloch reinigen, Injizieren und das direkte Einkleben einer Ankerstange im Untergrund. Bei Lochsteinen wie zum Beispiel Hochlochziegeln (Hlz) oder Hohlblocksteinen (Hbl) wird zusätzlich eine Siebhülse benötigt. Sie wird nach dem Bohren in das Loch eingeführt. Beim Injizieren quillt der Mörtel durch das feinmaschige Netz der Ankerhülse, verhakt sich zwischen den Stegen und bildet somit einen starren, tragfähigen Verbund. Um die maximalen Tragfähigkeiten in Lochsteinen zu erreichen, sollte im Drehgang gebohrt werden, da so das Steingefüge am wenigsten beschädigt wird. Unter dieser Voraussetzung sehen die Zulassungen hier eine Erhöhung der zulässigen Lasten vor.
Um auch durch vorhandene nicht tragende Schichten wie beispielsweise Putz verankern zu können, ohne diesen im Bereich des Bohrlochmundes entfernen zu müssen, bieten sich Ankerhülsen mit Putzüberbrückung an. Hierdurch wird eine wirtschaftlichere Ausführung möglich, da ein zusätzlicher Arbeitsgang entfällt.
Weil diese Injektionssysteme in aller Regel in Vorsteckmontage ausgeführt werden und aus baustellenpraktischen Gründen immer mit geringen Lageabweichungen beim Bohren und Setzen zu rechnen ist, kann es bei der späteren Montage der Anbauteile zu Problemen kommen, insbesondere bei dickeren Bauteilen wie etwa Hölzern. Um hier ebenfalls schnell und einfach eine Verankerung herstellen zu können, werden Durchstecksiebhülsen verwendet, die auch eine Montage durch das Anbauteil hindurch erlauben.
Eine besondere Herausforderung stellen nach wie vor Befestigungen auf einem vorhandenen Wärmedämmverbundsystem (WDVS) dar. Hier bietet zum Beispiel der Befestigungsspezialist fischer mit seinem Thermax 12 bzw. Thermax 16 ein einfach zu handhabendes, wärmebrückenfreies Abstandsmontagesystem für den mittleren Lastbereich an. Der integrierte Antikältekonus stellt nicht nur eine thermische Trennung sicher, sondern dient gleichzeitig als Anschlagpunkt und Fräskopf, sodass ohne zusätzliches Werkzeug eine wirtschaftliche Montage von Markisen, kleineren Vordächern etc. erfolgen kann.
 
Im Beton. Für die Verankerung in Stahlbeton kommen unterschiedlichste Systeme in Frage. Grundsätzlich unterschieden wird hier zwischen Verbundankern (Klebesystemen) und Stahlspreizankern. Schwerlastbefestigungen können spreizende Stahlanker sein, die sich beim Festziehen der Mutter oder Schraube durch Hochziehen eines Konus in ein Spreizteil im Bohrloch verankern. Bei der alternativen Klebetechnik wird eine Ankerstange mittels Injektionsmörtel im Bohrloch fest eingeklebt.
Moderne Verbundsysteme wie zum Beispiel der Highbond-Anker FHB II von fischer können die Vorteile der Klebesysteme - also hohe Lasten sowie geringe Rand- und Achsabstände - mit dem Vorteil der schnellen Montage von Stahlspreizankern durch ein schnell abbindendes Patronensystem vereinen. Die sicherste Wahl für den Außenbereich sind Edelstahldübel oder chemische Verbindungen mit einer Ankerstange aus Edelstahl A4.
Ein wichtiges Kriterium zur Dübelauswahl ist der Zustand des Betons. Hier wird zwischen ungerissenem Beton (Druckzone) und gerissenem Beton (Zugzone) unterschieden. Grundsätzlich verlangt der Einsatz von Druckzonenankern einen Nachweis der Druckzone, während Zugzonenanker immer verwendet werden können. Natürlich muss auch eine statische Berechnung der Anker durchgeführt werden, um den Nachweis zu haben, dass die auftretenden Lasten vom Bauteil über den Anker sicher in den Verankerungsgrund eingeleitet werden können. Hier bieten führende Hersteller kostenlose Bemessungsprogramme wie zum Beispiel fischer Compufix an.
 
Dübelauswahl. Den für den jeweiligen Zweck am besten geeigneten Dübel zu finden, ist bei der Vielzahl der auf dem Markt befindlichen Systeme nicht immer einfach. Neben den oben beschriebenen Punkten ist auch die Frage nach der Art der Montage (Vorsteck- oder Durchsteckmontage) zu klären, ggf. ist der Einsatz von Innengewindeankern ein Kriterium. Weiterhin ist die Eignung des Dübels im Brandfall oder bei dynamischer Beanspruchung von Bedeutung. In bestimmten Fällen stellt auch der Einbauort (Kraftwerk, Tunnel, Schwimmbad) besondere Anforderungen (Korrosion) an die Befestigung.
Während bei Stahlspreizankern ein Einsatz auch bei tieferen Temperaturen relativ problemlos ist, stellt die Temperatur zum Einbauzeitpunkt bei Klebesystemen ein wichtiges Auswahlkriterium dar. Gerade die Witterungsbedingungen spielen bei der Befestigung von schweren Gegenständen eine entscheidende Rolle. So sind im Winter Verbundanker nur bis zu einer Temperatur von - 5°C geeignet. Bei tieferen Temperaturen sind nur Stahlanker (FAZ II, FZA usw.) zu verwenden.
Ein weiteres Kriterium bei der Auswahl der Dübel ist die Beanspruchung durch Korrosion. Hier stellt der Einbauort der Dübel (Innen- oder Außenbereich) ein erstes grobes Unterscheidungsmerkmal dar. Letztlich muss aber immer genau untersucht werden, welchen korrosionsfördernden Einflüssen die Dübel unterliegen. Hierzu kann bei der Informationsstelle Edelstahl die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-30.3-6 angefordert werden, die eine Tabelle zur Zuordnung von Beanspruchungen und Stahlgüten enthält.
 
Anwendungen und Systeme. Für die täglich anfallenden Verankerungsaufgaben wie zum Beispiel den Einbau von Stahlträgern und –stützen oder die Montage von Toren, Geländern, Konsolen und Vordächern etc. steht eine Vielfalt an Dübeln zur Verfügung, die die erforderlichen Rahmenbedingungen erfüllen können und von den führenden Herstellern in guter Qualität angeboten werden.
Im Bereich der Stahlspreizanker deckt zum Beispiel fischer mit dem FAZ II über den FZA und den FH II für die Zugzone bis hin zum FBN II für die Druckzone alle Anwendungsfälle mit geeigneten Dübeln ab, die zum Teil die maximale Tragkraft des ungerissenen Betons ausnutzen. Hierbei muss der Statiker den Zustand „ungerissener Beton“ nachweisen.
Der FBN II eignet sich besonders zur Befestigung von Stahlkonstruktionen, Holzschwellen, Konsolen, Leitern, Maschinen, Treppen, Toren und Fassaden – auch bei einer Feuerwiderstandsklasse F120. Der Einschlaganker EA II bietet optimale Sicherheit bei der Befestigung von Rohrleitungen, Sprinkleranlagen, Lüftungsleitungen, Kabeltrassen und abgehängten Decken. Dabei können alle Schrauben und Gewindebolzen mit metrischem Gewinde eingesetzt werden. Und in besonders sicherheitsrelevanten Bereichen wie zum Beispiel in Kernkraftwerken sorgen die FZA K von fischer für ausreichende Sicherheit.
Eine noch größere Flexibilität ist im Programm der Klebesysteme zu finden, vom klassischen Patronensystem über die Injektionssysteme für Mauerwerk, gerissenen und ungerissenen Beton (FIS V, FIS EM) bis hin zum Hochleistungsanker FHB II.
Mit dem Highbond-Anker FHB II, dem ersten weltweit zugelassenen zugzonentauglichen Verbundanker für Patronen und Injektionssysteme, setzt fischer Maßstäbe bei chemischen Befestigungen. Das innovative, risstaugliche Injektionssystem eignet sich besonders zur Verankerung von Stahlkonstruktionen, Geländern, Konsolen, Leitern, Holzkonstruktionen, Maschinen, Treppen und Abstandskonstruktionen. Aber auch für Befestigungen in Straßentunneln mit hohen Anforderungen an Brandschutz und Korrosionsbeständigkeit erfüllen der FAZ II und der FHB II in Stahlgüte 1.4529 alle Forderungen. Dynamische Lasten, wie sie beispielsweise bei Roboterbefestigungen, Krananlagen, Mischeranlagen oder Ähnlichem zu finden sind, können einfach und sicher mit den beiden Injektionssystemen FHB dyn und UMV multicone dyn von fischer ausgeführt werden.
Betonschrauben werden in ein vorgebohrtes zylindrisches Bohrloch eingedreht. Dabei schneidet das Spezialgewinde des Dübels ein Innengewinde in den Verankerungsgrund. Die Verankerung erfolgt durch Formschluss des Spezialgewindes. Betonschrauben sind je nach Zulassung zur Schwerlastbefestigung im gerissenen oder ungerissenen Beton im Innen- oder Außenbereich (in diesem Fall nur in Edelstahl A4 oder in hoch korrosionsbeständigem Stahl 1.4529) geeignet und werden teils auch im System mit Mörtel verarbeitet. Typische Einsatzgebiete sind Geländer- und Lärmschutzbefestigungen auf Straßen und Brücken oder die Verankerung von Hochregalen im Innenbereich.
 
Fazit. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass für eine Vielzahl von Befestigungen geeignete Dübelsysteme bereitstehen. Grundsätzlich sollte die Auswahl der Dübel nicht am Ende der Kette stehen, sondern bereits bei der Planung der Konstruktion berücksichtigt werden. Hierdurch ergibt sich oft eine größere Flexibilität  bei der Auswahl der möglichen Systeme, und Probleme, die den Einsatz von Dübeln erschweren könnten, lassen sich bereits im Vorfeld ausschließen.
Unabhängig von der Konstruktion ist die Kenntnis der gestellten Anforderungen an die Verankerung sowie der Beschaffenheit des Untergrundes für eine sinnvolle Befestigung zwingende Voraussetzung. Weiterhin sind grundsätzlich eine statische Berechnung der Dübelanschlüsse sowie die Berücksichtigung aller geltenden Vorschriften erforderlich.

metallbauSerie
Befestigungstechnik

Das sichere Verankern von Geländern, Treppen, Leitungen und Bauelementen gehört zum Alltag im Metallbau.  Die Vielfalt der zur Verfügung stehenden Anker und Dübel ist ebenso groß wie die Zahl der zu befestigenden Bauteile. Eines haben jedoch alle Verankerungen gemeinsam: Sicher und fest müssen sie sein.
Alle Praktiker wissen, dass zwischen Theorie und Praxis manches Mal Welten liegen. Wir haben deshalb einen Fachmann gebeten, in einer Serie die wesentlichen Eckpunkte, Regeln, Vorschriften und Zulassungen zusammenzufassen. Die Themen:
Teil 1: Basiswissen – Baugrund und Dübel
Teil 2: Zulassungen und Vorschriften (DIBt, ETA)
Teil 3: Befestigung von Fassadenunterkonstruktionen
Teil 4: Befestigung von Fassadenbekleidungen
Teil 5: Injektionssysteme für WDVS, zweischaliges Mauerwerk (Abstandsmontagesysteme)
Teil 6: Injektionssysteme für Lochmauer­ziegel, Porenbeton
Teil 7: Geländerbefestigungen
Teil 8: Befestigung von Markisen und Vordächern
Teil 9: Befestigung von Türen und Fenstern
Teil 10: Befestigung von schweren Stahlbaukonstruktionen in Beton
 
Weitere Informationen finden Sie unter www.metall-markt.net