Sandwichplattenankersystem

Sandwich-Elemente sind einer Vielzahl von Einwirkungen ausgesetzt, von denen jedoch nicht alle für die Bemessung der Verbundanker relevant bzw. vernachlässigbar klein sind.
In den meisten Bemessungsprogrammen werden daher hauptsächlich die „äußeren“ Einwirkungen aus Temperatur sowie Wind und natürlich das Eigengewicht der Vorsatzschicht nebst ggf. Zusatzlast zur Bemessung der Verankerung verwendet.
Bei den klassischen Systemen übertragen die Traganker die auftretenden Querkräfte und die Nadeln die Normalkräfte von der Vorsatzschicht in die Tragschicht weiter.

Die Probleme bei der Bemessung von Sandwich-Verbundankern sind vielfältig. Insbesondere der Platzmangel für die Verankerungselemente als auch extreme geometrische Verhältnisse führen häufig zu einer schwierigen Bemessung. Sehr große, sehr kleine oder Elemente mit vielen Öffnungen erzwingen oft eine Bemessung über die Grenzen hinaus.
Dennoch kann fast für jeden Fall eine Lösung mit unserer Bemessungssoftware PHacade gefunden werden (s. www.philipp-software.de).

Metallische Einbauteile stellen innerhalb eines Sandwich-Elements nur kleine Wärmebrücken dar. Dennoch hat die Summe der metallischen Querschnitte einen Einfluss auf den U-Wert eines Sandwich-Elements, wenn auch nur einen sehr geringen (2. oder 3. Nachkommastelle). In diesem Zusammenhang ist für eine ganz korrekte U-Wert-Berechnung auch der Verlust aus den angrenzenden Fugen zu berücksichtigen.
Im Zuge einer steigenden energetischen Optimierung von Betonsandwichfassaden nehmen daher die metallischen Einbauteile im Vergleich zu den einzelnen Schichtmaterialien (Beton, Wärmedämmung) einen äußerst geringen Anteil ein.
Letztlich ist die Minimierung der Anzahl von Verankerungselementen (bzw. des gesamten metallischen Querschnitts) und Fugen ein wichtiger konstruktiver Ansatz.

In den Zulassungen für klassische Verankerungssysteme aus Edelstahl ist für dickere Vorsatzschichten zumeist eine zweilagige Mattenbewehrung mit mind. 1,88 cm²/m je Richtung und Lage vorgeschrieben.
Die Basis der Zulassung sind Versuche mit oberflächennaher Bewehrung, d. h. die Verankerungsbewehrung (Zusatzbewehrung) der Traganker liegt in unmittelbarer Nähe zur Mattenbewehrung. Bei dickeren Vorsatzschichten ist dies ggf. nicht mehr gegeben. Hier wird der Bewehrung eine Rissüberbrückung bzw. Rissbeschränkung unterstellt, die die nominelle Tragfähigkeit der Verankerung sicherstellt. Größere Rissbreiten können zu einem vorzeitigen Herausziehen von Verankerungselementen führen.
Um den inneren und äußeren Einwirkungen auf die Vorsatzschicht einen ausreichenden Widerstand entgegenzubringen, ist bei der Bemessung zumeist eine zweilagige Bewehrung notwendig.
Optische Mängel durch zu breite Risse sind durch eine ausreichende Bewehrung reduzierbar.

Die Bestimmungen aus den entsprechenden Zulassungen sind gegenüber dem Abschnitt aus dem EC2 (DIN EN 1992-1-1/NA:2011-01 - NCI NA.10.9.9 Sandwichtafeln, Satz 4) bindend.

Zum jetzigen Zeitpunkt wird zu diesem Thema auf die folgende Dokumentation verwiesen:

• Gutachtliche Stellungnahme der MPA Braunschweig zur brandschutztechnischen Bewertung von Betonsandwichtafeln als Brandwände im Sinne von DIN 4102-3:1977-09, April 2000
• Abschlussbericht zum Forschungsprojekt: „Sandwichtragwirkung von kerngedämmten Fertigteilwandtafeln unter Brandbeanspruchung“ (Aktenzeichen: SWD-10.08.18.7-17.25) vom 31.07.2019 der TU Kaiserslautern

Die Gefahr von ungewollten Zwangskräften in Scheibenrichtung steigt, je größer die Abmessungen der Vorsatzschicht und damit die Anzahl der Halteanker (Nadeln) werden. Um diese Gefahr und die damit verbundene Rissbildung zu reduzieren, sollte die Dimensionierung der Vorsatzschicht begrenzt werden.
Eine mögliche Rissbildung in der Vorsatzschicht hängt jedoch von vielen weiteren Faktoren ab. Hierzu zählen u. a. Vorsatz- und Tragschichtdicke, - höhe, Bewehrung und Dämmschichtdicke. Die Fertigteilhersteller können diesbezüglich auf einen reichen Erfahrungsschatz zurückgreifen und möglicherweise auch größere Vorsatzschichten problemlos herstellen.
Es handelt sich lediglich um eine Empfehlung zur Fertigung bzw. Teilung von Vorsatzschichten ab ca. 6-7 m und nicht um eine Vorschrift.

Klassische Systeme auf Basis von nichtrostendem Stahl wie Flachanker oder SPA werden i. d. R. so bemessen, dass die Einbauteile einheitlich aus einem System geplant werden. Diese Vorgehensweise hat einerseits technischen Gründe, ist aber auch praxisgerecht, da sich die Fertigteil-Hersteller meist auf ein System fokussieren.
Grundsätzlich wird bei Tragankern zwischen Vertikal- und Horizontalanker (auch Torsionsanker) unterschieden. Bei Vertikalankern ist von einer Mischung eher abzuraten, die Verwendung von Horizontalankern eines anderen Systems ist grundsätzlich möglich und bereits teilweise in der Bemessungssoftware PHacade berücksichtigt (s. www.philipp-software.de).

Zugelassene Trag- bzw. Halteanker (Nadeln) benötigen aus Gründen der Verankerung ca. 5-6 cm Einbindetiefe in die Betonschichten. Für Vorsatzschichten aus Stahlbeton ist in Deutschland derzeit eine Mindestdicke von 7 cm vorgeschrieben. Die klassischen Verankerungssysteme sind darauf abgestimmt bzw. geprüft.
Darüber hinaus ist aus rein konstruktiven (notwendige Zusatzbewehrung) und materialtechnischen Gründen (Mischung aus Edelstahl, Betonstahl und FVK) der Einsatz klassischer Verankerungssysteme bei diesem Aufbau von Sandwich-Elementen nicht sinnvoll.