Bei der Gestaltung einer Fassade in Trockenbauweise müssen alle Komponenten berücksichtigt werden:
- Isolierung
- Art des Steinmaterials
- Arten von statischen Lasten
- Auswahl von Strukturankern für die Fassadenmontage.
Ein wichtiges Element einer Steinfassade ist die Isolierung der Strukturwand. Als Dämmmaterial werden in der Regel Mineralwollplatten im Format 100 x 60 cm
(z. B. Ventirock F Plus von Rockwool) verwendet. Die Mineralwollplatten sind auf einer Seite mit einem schwarzen Glasfaserschleier überzogen.
Sie werden mit Hilfe von Fassadenankern mit eingeschlagenem Bolzen und Platten an den tragenden Wänden befestigt, wobei der schwarze Schleier außen liegt. Jede Mineralwollplatte sollte mit der entsprechenden Anzahl von Dübeln gemäß den Richtlinien des Mineralwolleherstellers auf dem Untergrund befestigt werden. Wenn die Fassade mit Mörtelankern montiert wird, verdeckt die Montage der Dämmung die Bohrlöcher für die Anker in der Strukturwand. Um den Anker in der Wand zu verankern, muss ein Loch mit einem Durchmesser von ca. 15 cm in die Mineralwolle geschnitten werden Nach dem Einbau des Ankers wird das abgeschnittene Stück Mineralwolle wieder an seinen Platz zurückgelegt, so dass die Kontinuität und Dichtheit der Dämmung gewährleistet ist.
Die Anker werden mit schnell abbindendem Zementmörtel in die tragenden Wände gesetzt. Die Einbautiefe beträgt mindestens 8 cm und hängt von der Auskragung und dem Material der Wand ab. Bei Stahlbetonwänden beträgt die Tiefe im Allgemeinen nicht mehr als 10 cm, bei Ziegelwänden 12 cm. Die Anker sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, was die Sicherheit und Haltbarkeit der Steinverkleidung über Jahrzehnte hinweg garantiert. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die durch die Verankerung der Fassadenplatten entstehenden Wärmebrücken bei der Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten UC(max) für die Wand berücksichtigt werden müssen. Anker, die mit schnell abbindenden Zementen gesetzt werden, können im Extremfall die Dämmfähigkeit der Wand erheblich verringern, wenn sie stark verdichtet werden.
Das wichtigste Element der Fassade sind jedoch die Steinplatten. Sie verursachen die statische Belastung der gesamten Wand sowie die dynamischen Belastungen durch Winddruck und Sog. Die wichtigste Last, die bei der Berechnung der Fassade zu berücksichtigen ist, ist jedoch das Gewicht der Steinplatten selbst. In der nachstehenden Tabelle sind die spezifischen Gewichte der verschiedenen Steinarten aufgeführt.
- Isolierung
- Art des Steinmaterials
- Arten von statischen Lasten
- Auswahl von Strukturankern für die Fassadenmontage.
Ein wichtiges Element einer Steinfassade ist die Isolierung der Strukturwand. Als Dämmmaterial werden in der Regel Mineralwollplatten im Format 100 x 60 cm
(z. B. Ventirock F Plus von Rockwool) verwendet. Die Mineralwollplatten sind auf einer Seite mit einem schwarzen Glasfaserschleier überzogen.
Sie werden mit Hilfe von Fassadenankern mit eingeschlagenem Bolzen und Platten an den tragenden Wänden befestigt, wobei der schwarze Schleier außen liegt. Jede Mineralwollplatte sollte mit der entsprechenden Anzahl von Dübeln gemäß den Richtlinien des Mineralwolleherstellers auf dem Untergrund befestigt werden. Wenn die Fassade mit Mörtelankern montiert wird, verdeckt die Montage der Dämmung die Bohrlöcher für die Anker in der Strukturwand. Um den Anker in der Wand zu verankern, muss ein Loch mit einem Durchmesser von ca. 15 cm in die Mineralwolle geschnitten werden Nach dem Einbau des Ankers wird das abgeschnittene Stück Mineralwolle wieder an seinen Platz zurückgelegt, so dass die Kontinuität und Dichtheit der Dämmung gewährleistet ist.
Die Anker werden mit schnell abbindendem Zementmörtel in die tragenden Wände gesetzt. Die Einbautiefe beträgt mindestens 8 cm und hängt von der Auskragung und dem Material der Wand ab. Bei Stahlbetonwänden beträgt die Tiefe im Allgemeinen nicht mehr als 10 cm, bei Ziegelwänden 12 cm. Die Anker sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, was die Sicherheit und Haltbarkeit der Steinverkleidung über Jahrzehnte hinweg garantiert. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die durch die Verankerung der Fassadenplatten entstehenden Wärmebrücken bei der Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten UC(max) für die Wand berücksichtigt werden müssen. Anker, die mit schnell abbindenden Zementen gesetzt werden, können im Extremfall die Dämmfähigkeit der Wand erheblich verringern, wenn sie stark verdichtet werden.
Das wichtigste Element der Fassade sind jedoch die Steinplatten. Sie verursachen die statische Belastung der gesamten Wand sowie die dynamischen Belastungen durch Winddruck und Sog. Die wichtigste Last, die bei der Berechnung der Fassade zu berücksichtigen ist, ist jedoch das Gewicht der Steinplatten selbst. In der nachstehenden Tabelle sind die spezifischen Gewichte der verschiedenen Steinarten aufgeführt.
Tabelle 1. Spezifische Gewichte von Steinen
Diese Eigenschaften bilden in Verbindung mit dem Abstand der Fassadenplatte von der tragenden Wand, in die die Anker eingesetzt werden (die sogenannte Auskragung), die Grundlage für die Berechnung und Auswahl geeigneter Anker für die Fassade.
Das Verbindungselement zwischen dem Anker und der Steinplatte ist ein Bolzen, der durch eine ABS-Hülse eine flexible Verbindung bildet, die es ermöglicht, jede Bewegung, auf die die Platte während der Lebensdauer der Fassade ausgesetzt sein könnte, auszugleichen.
Eine sehr bedeutende Belastung der Fassade wird durch Winddruck und Windsog verursacht. Der Winddruck wird durch den Aufprall des Windes auf die äußere Ebene der Steinplatte verursacht, während der Sog durch die Luftbewegung im Lüftungshohlraum entsteht. Diese Faktoren summieren sich. Die Windlast (W) wird durch die folgende Formel bestimmt: W = Cp x Q wobei: Q [kN/m2] - Winddruck in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Höhe des Bauwerks; Cp - aerodynamischer Druckkoeffizient.
Der aerodynamische Winddruckkoeffizient hängt vom Auftreffwinkel des Luftstroms auf die Steinplatten, der Exposition der Fassade (Fassadenecken oder Mittelplatten) und der Höhe der Fassade ab. Im Allgemeinen ist er bei hinterlüfteten Fassaden für Windsog höher als für Winddruck und liegt zwischen -3,2 und +1,0. Um diesen Koeffizienten zu erreichen, muss ein angemessenes Verhältnis zwischen offener Fugenfläche und Fassadenfläche eingehalten werden. Die deutschen Normen legen diesen Wert auf mindestens 0,75 Prozent fest, was durch eine Fugenbreite von 8 mm gewährleistet wird.
Der Winddruck in Höhen über 100 m beträgt bei einem Hurrikan, der mit 165 km/h bläst, 1,3 kN/m2. Diese dynamischen Lasten sind für die Auswahl der Anker, auf denen die Steinplatten verlegt werden, nicht so wichtig. Sie sind jedoch äußerst wichtig für die Berechnung der richtigen Dicke von Steinplatten.
Wir wissen, dass verschiedene Gesteine unterschiedliche Elastizitäten und sehr unterschiedliche Biegewiderstände haben. Die widerstandsfähigsten sind Diabasic, mit einem Biegewiderstandskoeffizienten von 15 bis 25 N/mm2. Am schwächsten sind in dieser Hinsicht Tuffe und Kalksteine, bei denen der Koeffizient zwischen 2 und 8 N/mm2 liegt. Sandsteine, Dolomite und Marmore haben Koeffizienten von 6 bis 15 N/mm2, während der Koeffizient für alle Granite, Gabbro, Syenite, Diorite und Quarzite 10 bis 22 N/mm2 beträgt. Die Berechnungen sollten wie bei einem zweiseitig gestützten Balken durchgeführt werden, der in der Mitte der Spannweite mit einer Kraft F belastet wird.
Das Verbindungselement zwischen dem Anker und der Steinplatte ist ein Bolzen, der durch eine ABS-Hülse eine flexible Verbindung bildet, die es ermöglicht, jede Bewegung, auf die die Platte während der Lebensdauer der Fassade ausgesetzt sein könnte, auszugleichen.
Eine sehr bedeutende Belastung der Fassade wird durch Winddruck und Windsog verursacht. Der Winddruck wird durch den Aufprall des Windes auf die äußere Ebene der Steinplatte verursacht, während der Sog durch die Luftbewegung im Lüftungshohlraum entsteht. Diese Faktoren summieren sich. Die Windlast (W) wird durch die folgende Formel bestimmt: W = Cp x Q wobei: Q [kN/m2] - Winddruck in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Höhe des Bauwerks; Cp - aerodynamischer Druckkoeffizient.
Der aerodynamische Winddruckkoeffizient hängt vom Auftreffwinkel des Luftstroms auf die Steinplatten, der Exposition der Fassade (Fassadenecken oder Mittelplatten) und der Höhe der Fassade ab. Im Allgemeinen ist er bei hinterlüfteten Fassaden für Windsog höher als für Winddruck und liegt zwischen -3,2 und +1,0. Um diesen Koeffizienten zu erreichen, muss ein angemessenes Verhältnis zwischen offener Fugenfläche und Fassadenfläche eingehalten werden. Die deutschen Normen legen diesen Wert auf mindestens 0,75 Prozent fest, was durch eine Fugenbreite von 8 mm gewährleistet wird.
Der Winddruck in Höhen über 100 m beträgt bei einem Hurrikan, der mit 165 km/h bläst, 1,3 kN/m2. Diese dynamischen Lasten sind für die Auswahl der Anker, auf denen die Steinplatten verlegt werden, nicht so wichtig. Sie sind jedoch äußerst wichtig für die Berechnung der richtigen Dicke von Steinplatten.
Wir wissen, dass verschiedene Gesteine unterschiedliche Elastizitäten und sehr unterschiedliche Biegewiderstände haben. Die widerstandsfähigsten sind Diabasic, mit einem Biegewiderstandskoeffizienten von 15 bis 25 N/mm2. Am schwächsten sind in dieser Hinsicht Tuffe und Kalksteine, bei denen der Koeffizient zwischen 2 und 8 N/mm2 liegt. Sandsteine, Dolomite und Marmore haben Koeffizienten von 6 bis 15 N/mm2, während der Koeffizient für alle Granite, Gabbro, Syenite, Diorite und Quarzite 10 bis 22 N/mm2 beträgt. Die Berechnungen sollten wie bei einem zweiseitig gestützten Balken durchgeführt werden, der in der Mitte der Spannweite mit einer Kraft F belastet wird.
Abb. 2. Schema der Balkenbelastung
Windlastkräfte sind ebenfalls sehr wichtig für die Bestimmung der Festigkeit einer Steinplatte gegen das Ausreißen von Ankerbolzen. Diese Kräfte werden direkt von der gesamten Platte auf die vier in den Seiten eingebetteten Bolzen übertragen. Die Abbildung zeigt ein Schema des destruktiven Bolzenauszugs.
Abb. 1. Schema des Bruchs beim Herausreißen von Bolzen
Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft die zerstörerischen Kräfte auf den Stein bei verschiedenen Wanddicken der Öffnung (b) in der Fassadenplatte. Dies sind nur Hilfswerte, da der tatsächliche Wert von Fall zu Fall durch die Durchführung der entsprechenden technischen Tests an Proben des spezifischen Steinmaterials, aus dem die Fassade gebaut werden soll, ermittelt wird.
Tabelle 2. Zerstörungskräfte auf Stein in Abhängigkeit von der Dicke der Öffnungswand.
Zu lange oder zu hohe Platten, die an den Fassadenecken und insbesondere in Höhen über 20 m verlegt werden, erfordern aus diesen beiden Gründen häufig eine größere Dicke.
Zur Berechnung von Steinfassaden werden geeignete Computerprogramme eingesetzt.
Das Berechnungsschema ist immer das gleiche. Der in der vertikalen Fuge angeordnete Traganker (seitliche Verankerung) trägt die Last der linken und der rechten Platte je zur Hälfte. Der in der horizontalen Fuge angeordnete Traganker (unterer Anker) überträgt die Last vom Plattenrand auf die Hälfte der Strecke bis zum zweiten Traganker für diese Platte. Dieses Prinzip ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Zur Berechnung von Steinfassaden werden geeignete Computerprogramme eingesetzt.
Das Berechnungsschema ist immer das gleiche. Der in der vertikalen Fuge angeordnete Traganker (seitliche Verankerung) trägt die Last der linken und der rechten Platte je zur Hälfte. Der in der horizontalen Fuge angeordnete Traganker (unterer Anker) überträgt die Last vom Plattenrand auf die Hälfte der Strecke bis zum zweiten Traganker für diese Platte. Dieses Prinzip ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
Abb. 3. Schema der Ankerbelastung mit Fassadenplatten
Das zweite wichtige Element für die Berechnung ist der Ankerüberstand, d.h. der Abstand der Achse des Ankers von der Stirnseite des Mauerwerks, in dem der Anker eingesetzt ist Mit den oben genannten Daten werden die Anker aus dem Produktkatalog von Roko Systems ausgewählt. Die fertige Konstruktionszeichnung zeigt die Abmessungen der Steinplatten, die Nummern der Platten, die Positionierung der Anker mit ihrer Kennzeichnung, die Abstände der Schraubenlöcher von der Plattenecke und die Positionierung der Gerüstanker.