Normgerechte Verankerung von Fassaden

Fassaden sind in ihrer Gestaltung und Bauweise so vielfältig wie die Menschheit selbst. Fassaden gelten als Gesicht und Maske zugleich, übernehmen sie auf der einen Seite wichtige konstruktive sowie bauphysikalische Aufgaben und sind gleichermaßen Kommunikatoren, da sie Ausdruck entsprechender Stilepochen und Bauweisen sind.

Fassaden müssen umfangreiche Anforderungen erfüllen. Planer beschäftigen sich damit, die Fassade für den Wärmeschutz in geeigneter Weise zu dimensionieren.
Damit gehen in der Planung Feuchteschutz und Taupunktbetrachtungen einher. Schall-, Brand- und Witterungsschutz und sogar Blitzschutz sind Themen, die einer Fassade ebenfalls zugerechnet werden können. Immer im Hinblick darauf, dass selbstverständlich die Statik mit der Standsicherheit als weitere Anforderung erfüllt werden muss.

Der Hauptanteil der Bestandsfassaden in Deutschland ist mit 62,6 % die Putzfassade ohne Wärmedämmverbundsystem. Deutlich weniger sind mit 14,3 % die Klinkerfassaden verbaut, gefolgt von Fassaden mit WDVS (9,5 %) und der vorgehängten hinterlüfteten Fassade (4,8 %). Die restlichen Fassadensysteme existieren als Sichtbeton, Trapez-Profil-Bleche, Naturwerkstein, Sichtmauerwerk, Pfosten-Riegel-Konstruktion, Keramik, Vorhangfassade und Holz.¹ Bei dieser Komplexität ist es wichtig, sich bei der Planung und schließlich auch bei der Montage auf Standards zu einigen. Auch das Baurecht, verankert in den Landesbauordnungen bzw. der Musterbauordnung, setzt den Rahmen sehr eng.

Baunormen an der Fassade

Grundlegende Baunormen sind beispielsweise die Eurocodes von 0 bis 9, die Bauteilbemessungen regeln. Darüber hinaus gibt es zahlreiche andere Normen. Die Eurocodes alleine sind allerdings noch nicht unbedingt anwendbar. Zu den Normen existieren oftmals nationale Anhänge, die sogenannten NADs. Diese können national geltende Bestimmungen enthalten, die den Eurocode ohne Widerspruch ergänzen. Die Liste der Normen im Fassadenbereich ist lang. Überwiegend sind eine Vielzahl von Dämmstoffen und die äußerste Fassadenschicht, also der Putz oder ein Bekleidungsmaterial, normiert. Als umfassendste Normen gelten die DIN 55699 für die Verwendung von Wärmedämmverbundsystemen und die DIN 18516 für die vorgehängte hinterlüftete Fassade.

Anders sieht es in der Befestigungstechnik aus. Bisher existiert eine einzige Norm für Verankerungen und das erst seit April 2019. Die DIN EN 1992-4 regelt die Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton. Sie ist eine Weiterentwicklung des bisherigen Bemessungsverfahrens A aus der ETAG (European Technical Approval Guideline) 001 Anhang C. Demnächst wird die DIN EN 1992-4 in Deutschland vollständig bauaufsichtlich eingeführt werden.

Derzeit wird in der Regel nach den bauaufsichtlichen Zulassungen bzw. den europäisch-technischen Bewertungen der einzelnen Produkte geplant, bemessen und montiert. Das Grundwesen einer bauaufsichtlichen Zulassung bzw. der europäischen Bewertungen ist, dass eine Systemprüfung vorgenommen wird. Der Anker und der Verankerungsgrund werden in Kombination geprüft und bewertet. Sind auf der Baustelle Abweichungen von den geprüften Kombinationen vorhanden, können diese durch die Zulassung bzw. Bewertung nicht abgedeckt sein. Die Vielfältigkeit der Verankerungsgründe gestaltet sich dadurch als Herausforderung, denn die im Bau üblichen Baumaterialien können unmöglich vollständig in die Zulassungen der Verankerungssysteme aufgenommen werden. Daraus ergeben sich zwei interessante Aspekte, die im Folgenden näher betrachtet werden. Zum einen stellt sich die Frage, welche Produkte für die Fassadenverankerung mit welchen Zulassungsbedingungen Verwendung finden, und zum anderen, wie vorzugehen ist, wenn die Rahmenbedingungen der entsprechenden Zulassung bzw. Bewertung nicht eingehalten werden können.

Produkte für das Anbringen von Unterkonstruktionen

Aus der Vielzahl an Produkten für Verankerungen und Befestigungen bilden sich für das Anbringen von Unterkonstruktionen hinterlüfteter Fassaden drei markante Produktgruppen heraus: Langschaftdübel und chemische Befestigungssysteme (in Verbindung mit einer Ankerstange), die sowohl für den Verankerungsgrund Beton als auch im Mauerwerk zugelassen sind, sowie Bolzenanker, die eine Verankerung in Beton erlauben.

Hauptanteil an einer Fassadenbefestigung haben Rahmendübel, vor allem bei Holzunterkonstruktionen und bei der Befestigung der Gleitpunkthalterungen einer Metallunterkonstruktion. Auch für die Befestigung von Festpunkthalterungen reicht oft der Kunststoff-Rahmendübel in Beton aus, der sowohl für redundante Befestigungen als auch für Einzelbefestigungen zugelassen ist. In Mauerwerk muss eventuell darauf geachtet werden, dass die Zulassung des Langschaftdübels lediglich für redundante Befestigungen gilt. Wird aus der statischen Dimensionierung heraus eine höher belastbare Verankerung erforderlich, können Bolzenanker oder Hochleistungsmörtel in Beton oder in Mauerwerk verwendet werden.

Gelebte Baupraxis

Die Anforderungen an das Bauen und das Bauen selbst sind viel zu umfangreich, als dass sie vollständig in Normen oder andere technische Regelwerke gepresst werden könnten. So sind tagtäglich immer wieder Herausforderungen zu meistern, die weit von der Normenregelung oder von vorhandenen bauaufsichtlichen Zulassungen abweichen. Durch eine sorgfältige Planung vor Baubeginn kann man hierauf besser reagieren als im späteren Bauablauf. Nur so ist sichergestellt, dass ein zügiger Bauablauf gewährleistet wird und Fehlmontagen vermieden werden, die zu einem mangelhaften Bauwerk führen. Grundsätzlich gilt: Der Auftraggeber, der Statiker oder Prüfstatiker muss mit ins Boot. Je eher man einen möglichen Weg gemeinsam diskutieren kann, desto einfacher bzw. schneller wird der baurechtliche Weg zu gehen sein.

Schneller Baufortschritt möglich

Immer wieder stellt sich die Frage, ab wann nach dem Betonieren verankert werden darf. Das Regelwerk gibt eine eindeutige Antwort: Es gilt, dass die Nennfestigkeit des Betons erreicht werden muss. Dies ist im Regelfall nach 28 Tagen der Fall. Das erscheint auf der Baustelle oft nicht logisch, denn spätestens, wenn der Beton begehbar ist, sollte nach Auffassung der Bauleitung auch gedübelt werden können. Dübelt man zu früh, kann es im Bereich der Bohrung zu vermehrten Spannungsrissen durch Spreizkräfte kommen. Auch das Aufbringen eines ggf. erforderlichen Drehmoment s ist jetzt noch nicht sicher möglich. Bei jungem Beton besteht die Gefahr, dass es beim Bohren zu Verklumpungen kommt. Ob bei einer Bohrlochreinigung das Bohrloch sauber genug geworden ist, kann niemand sicherstellen. Um einen schnellen Baufortschritt gewährleisten und früher als nach 28 Tagen dübeln zu können, sind umfangreiche Vorplanungen notwendig. Um das zu erreichen, müsste evtl. eine deutlich höhere Betonfestigkeit gewählt werden als eigentlich vorgesehen oder Beschleunigungszusätze verwendet werden.

Beton als Problemfall?

Ein großes und häufiges Thema besteht darin, dass der Verankerungsgrund vom Regelwerk abweicht. So findet in heutigen Bauwerken oftmals Leichtbeton Verwendung. Leichtbetone sind Betone mit leichten Gesteinskörnungen wie Bims, Blähschiefer oder Blähton mit einer geringen Rohdichte, die zwischen 800 kg/m³ und 2.000 kg/m³ liegt. Leichtbetone werden in vier verschiedene Kategorien unterschieden: gefügedichter Leichtbeton mit Kornporosität, Porenleichtbeton, haufwerksporiger Leichtbeton mit dichter oder poröser Gesteinskörnung und Porenbeton.²

Der gefügedichte Leichtbeton ist in der DIN EN 1992-1-1 mit einem entsprechenden nationalen Anhang und in DIN EN 206/ DIN 1045-2 geregelt. In den Regelwerken der Befestigungstechnik findet man Leichtbeton vergeblich. Beim gefügedichten Leichtbeton, wie er beispielsweise in tragendenden Wänden und Decken verwendet wird, herrscht ein geschlossenes Gefüge zwischen den Bestandteilen des Baustoffs. Es sind deshalb prinzipiell alle Anker/Dübel, die ansonsten auch für die Befestigung in Betonen der Festigkeitsklassen C20/25 bis C50/60 geeignet sind, einsetzbar. Bevorzugt sollten Klebeanker verwendet werden. Der Dübel sollte für gerissenen Beton zugelassen sein, damit er ausreichend sicher funktioniert. Meist läuft die Verankerung in Leichtbeton auf eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) hinaus. Dazu können bereits erstellte Verwendungsgutachten zu Rate gezogen werden, wenn die Rahmenbedingungen, z. B. die Festigkeit des Leichtbetons, vergleichbar sind.

Nicht nur Leichtbetone findet man an Bauprojekten, sondern auch Betone, die außerhalb der Range der „normalfesten“ Betone liegen, also zwischen C20/25 und C50/60. Bei neuen Bauprojekten finden in über 10 % der Fälle Betone Verwendung, die nicht einem Normalbeton entsprechen.³ Im Sanierungsbereich und bei Bestandsbauten finden sich oft Planungsunterlagen mit alten Betonbezeichnungen, wie B15 oder gar B225 aus der 1960 erschienenen DIN 1045. Solche Verankerungsgründe sind problemlos abzuhandeln, denn hier kann man sich auf Festigkeitsumrechnungstabellen beziehen und somit prüfen, ob der Verankerungsgrund dem Regelwerk entspricht oder nicht. Strenggenommen ist eine solche Umrechnung nicht möglich, da im Regelwerk explizit Betongüten definiert sind. Da diese sich aber auf die jeweilige Festigkeit beziehen, werden diese Umrechnungstabellen in der Befestigungstechnik in der Regel akzeptiert. Solch eine Umrechnungstabelle stellt auch fischer zur Verfügung. Besondere Betrachtung erfordern demnach die niederfesten oder hochfesten Betone, die außerhalb der ETAG 001 bzw. des entsprechenden European Assessment Document (EAD) liegen, da diese Grundlagendokumente ausschließlich Betongüten von C20/25 bis C50/60 berücksichtigen, wenn es sich um Einzelbefestigungen handelt. Eine Ausnahme existiert für Mehrfachbefestigungen nicht tragender Systeme. Eine häufige Anwendung dieser Mehrfachbefestigung sind Unterkonstruktionen an Wand und Decke. In diesen Regelwerken ist bereits die Betongüte C12/15 definiert.

Die Lücke der Betongüten außerhalb der Normalbetone versucht die demnächst bauaufsichtlich eingeführte DIN EN 1992-4 zu schließen. Erstmalig wird es mit dieser Norm möglich sein, Verankerungen normgerecht zu verankern. Die Norm wird auch Betone berücksichtigen, deren Festigkeit im Bereich von C12/15 bis C90/105 liegt und die nach DIN EN 206 geregelt sind. Ausgeschlossen sind jedoch Faserbetone. Zukünftig werden nach Anpassung der entsprechenden EADs auch Werte für nieder- bzw. höherfeste Betone in den Bewertungen enthalten sein.

Herausforderung Mauerwerk

Sorgfältige Vorausplanungen sind notwendig, wenn in Mauerwerk verankert werden soll, da dies recht vielfältig ist. In den bauaufsichtlichen Zulassungen bzw. den europäisch-technischen Bewertungen der Verankerungsmittel sind zahlreiche Mauerwerkssteine enthalten. Erfahrungsgemäß existieren, gerade auch durch den Bestandsbau, so viele unterschiedliche Steine, dass oftmals der vorhandene Stein eben nicht in der Zulassung enthalten ist. Neben dieser Baustoffvielfalt stellt sich die Herausforderung, dass die mögliche Lastaufnahme und Lasteinleitung in den Verankerungsgrund deutlich geringer ist als bei Verankerungen in Beton. Rand- und Achsabstände sind deutlich größer, sodass bei Dübelgruppen oft deutlich größere Ankerplatten erforderlich sind.

Auszugsversuche als Rettungsanker

Wenn sich ein Stein nicht in der Zulassung befindet, kann geprüft werden, ob Zugversuche möglich sind. Bei vorhandenen Vollsteinen und bei Porenbeton gilt, dass die charakteristischen Tragfähigkeitswerte aus der Produktzulassung auch verwendet werden können, wenn größere Steinformate, größere Druckfestigkeiten und größere Rohdichten der Mauersteine vorhanden sind. Auszugsversuche sind daher überwiegend bei Lochsteinen interessant. Geregelt sind sie für Kunststoff-Rahmendübel in der ETAG 020 (Kunststoffdübel als Mehrfachbefestigung nicht tragender Systeme zur Verankerung in Beton und Mauerwerk) und bei Injektionsankern in der ETAG 029 (Injektionsanker aus Metall zur Verankerung in Mauerwerk), jeweils in den informativen Anhängen B als Empfehlungen für die Durchführung von Versuchen am Bauwerk. Diese wurden im Dezember 2016 durch die technische Regel „Durchführung und Auswertung von Versuchen am Bau für Injektionsankersysteme im Mauerwerk mit ETA nach ETAG 029“ des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) ergänzt und sind in Deutschland anzuwenden. Eine neue Ausgabe dieser technischen Regel ist kurz vor der Veröffentlichung und der bauaufsichtlichen Einführung. Auswertungen von Auszugsversuchen benötigen stets eine charakteristische Traglast aus der Zulassung. Es wird daher ein Referenzstein aus der Zulassung benötigt, welcher der Abmessung des Steins, der Druckfestigkeit und der Anordnung der Löcher inklusive des etwaigen Füllmaterials entspricht. Wenn in der Zulassung kein Referenzstein vorhanden ist, entspricht ein durchgeführter Zugversuch auch nicht dem Regelwerk der ETAG. Die zulässigen Traglastwerte des Referenzsteins können durch die Auszugsversuche nicht verbessert werden. Während die ETAG 020 bisher nur eine Möglichkeit von Auszugsversuchen vorsieht, erlaubt die ETAG 029 in Kombination mit der bereits erwähnten technischen Regel des DIBt drei Möglichkeiten: Auszugsversuch, Probebelastung und Abnahmeversuch.

Bei Auszugsversuchen werden zwischen 5 und 15 Versuche durchgeführt, die alle bis zum Versagen des Dübels oder des Verankerungsgrunds führen. Die Versagenslasten werden statistisch ausgewertet, wobei die Streuung der Versuche in das Ergebnis miteinfließt.

Querzugversuche sind bis dato nicht vorgesehen. Ebenso können nur Einzelanker, keine Dübelgruppen, geprüft werden. Bei Fugen gelten dieselben Regeln, wie sie beim Referenzstein gefordert werden.

Bei den Probebelastungen wird die Probelast aus dem Bemessungswert der zu erwartenden Einwirkung errechnet. Probebelastungen werden dort angewendet, wo eine Zerstörung des Verankerungsgrunds vermieden werden soll. Die Dübel, die mit einer Probelast geprüft wurden, dürfen nicht für die Verankerung genutzt werden.

Beim Abnahmeversuch muss mindestens einer oder alternativ drei zusätzliche Anker gesetzt werden, die bis zum Bruch belastet werden. Das Ansetzen definierter Prüflasten ist ebenfalls möglich. Der eigentliche Abnahmeversuch wird an den Ankern durchgeführt, die für die Verankerung genutzt werden. Bei Abnahmeversuchen ist unbedingt die rechtzeitige Mitarbeit des Statikers erforderlich.
Analog zu der bisher eingeführten technischen Regel für Injektionssysteme wird das DIBt eine vergleichbare technische Regel für Kunststoff-Rahmendübel nach ETAG 020 einführen. Hier werden dann auch zusätzliche Möglichkeiten, wie beispielsweise das statistische Auswerten und Probebelastungen, möglich sein.

Brandschutz von zunehmender Bedeutung

Eine gute Vorplanung ist nicht nur bei vom Regelwerk abweichenden Verankerungsgründen notwendig, auch andere Themen wie der Brandschutz erlangen immer mehr Bedeutung und sind im Vorfeld zu planen. Die besten brandsicheren Bauteile nützen nichts, wenn im Brandfall die Verankerung versagt. Deshalb ist auch bei Befestigungen darauf zu achten, dass das einzusetzende Produkt „brandschutztechnisch zugelassen“ ist. Fassaden müssen im Brandfall standsicher sein. Diese Brandeignung muss in Form von Feuerwiderstandsdauern in den europäisch-technischen Bewertungen der Verankerungssysteme aufgenommen sein.

Einfache Regeln für den Korrosionsschutz

Verankerungen besitzen in der Regel eine angenommene Nutzungsdauer von 50 Jahren und darüber hinaus. Damit diese über die Nutzungsdauer hinweg mit der geplanten Sicherheit funktionieren, ist die Materialwahl von entscheidender Bedeutung. Vereinfacht kann festgestellt werden, dass im trockenen Innenbereich Dübel aus galvanisch verzinktem Stahl ausreichend sind. Galvanisch verzinkte Dübel besitzen eine Schichtdicke von 5 µm und sind daher nicht für dauerhaften Gebrauch im Außenbereich tauglich. Im Außenbereich sind grundsätzlich nicht rostende Stähle mit den Werkstoffnummern der entsprechenden Produktzulassung zu verwenden. Meist gilt die Korrosionsschutzklasse III nach DIN EN 1993-1-4. Im Außenbereich dürfen bis auf wenige Ausnahmen keine beschichtete Verankerungsmittel verwendet werden. Die Zulassungen bieten eine weitere Materialklasse an, die sich „Hochkorrosionsbeständiger Stahl C“ nennt und für besonders aggressive Umweltbedingungen wie der Nutzung in Tunneln, Schwimmbädern oder Industrieatmosphäre geeignet ist. Im Fassadenbau findet die letztgenannte Stahlgüte faktisch keine Verwendung.

Immer wieder taucht in der Baupraxis die Diskussion um die „Elektrochemische Spannungsreihe“ bzw. um das „galvanischs Element“ auf. Konkret geht es um die Bimetallkorrosion, die üblicherweise auch Konkaktkorrosion genannt wird. Dabei wird die Befürchtung geäußert, dass es bei Kontakt unterschiedlicher Metalle zu Korrosion und zu Schädigungen kommen kann. Häufig wird diese Diskussion bei der Geländermontage geführt, vor allem, wenn feuerverzinkte Geländer montiert werden. Nach DIN 18516-1 Abschnitt 7.4 darf beim Kontakt zwischen einer Feuerverzinkung und dem Verbindungsmittel aus nicht rostenden Stählen auf Verwendung elastischer Zwischen- oder Trennlagen verzichtet werden, wenn sich die Kontaktstelle lediglich auf die Größe des Verbindungselements beschränkt. Dabei kommt es auf das Flächenverhältnis des zu befestigenden Gegenstands und des Verankerungselements an. Da dieses im Verhältnis klein ist, findet keine Korrosion statt.

Zusammenfassung

Für die Befestigungstechnik existiert lediglich die DIN EN 1992-4 als Norm und diese gilt lediglich für Verankerungen in Beton. Da sie erst im ersten Halbjahr 2020 eingeführt wird, muss sie sich erst noch beweisen. Derzeit wird nach den einschlägigen Regelwerken, der ETAG 020 und der ETAG 029, und den europäisch-technischen Bewertungen sowie den zugehörigen EAD-Grundlagen geplant, bemessen und verbaut. Die neue Norm EN 1992-4 wird nach ihrer bauaufsichtlichen Einführung den Annex C der ETAG 001 ersetzen. Vieles in der Baupraxis ist in den Bewertungen bzw. in den Zulassungen nicht enthalten. Dennoch gibt es Mittel und Wege, auch außerhalb der Zulassung zu befestigen. Verankerungen bei unterschiedlichen Festigkeiten des Verankerungsgrunds sowie vielfältigste Mauerwerksarten sind möglich. Brandschutzanforderungen an das Verankerungsmittel können, wenn es in Beton verbaut werden soll, meist problemlos erfüllt werden. Auch in Mauerwerk können Verankerungen mit Brandschutzanforderungen ausgeführt werden. In der Befestigungstechnik können auch außerhalb der Zulassungen und Regelwerke Lösungen gefunden werden, immer aber in Abstimmung mit den zuständigen Behörden. Der bessere Weg allerdings ist es, im Vorfeld bereits alle Belange zu berücksichtigen. Oft kann schon mit einer kleinen Planänderung eine zulassungskonforme Befestigung erstellt werden.