Fertigteile - Transport und Montage
Diese Seite gibt einige Informationen und Hinweise zu den Transport- und Montagevorgängen von Betonfertigteilen sowie den damit verbundenen Besonderheiten.
Transport
Um ein Fertigteil überhaupt bewegen zu können, müssen bei der Bemessung besondere Belastungszustände (Zwischenzustände) berücksichtigt werden. Denn während des Aushebens aus der Schalung sowie beim Transport, der Lagerung und der Montage eines Fertigteils wirken andere Kräfte auf das Bauteil ein als im eingebauten und belasteten Zustand. Dies liegt daran, dass die Fertigteile mit Transportankern versehen sind, an denen Anschlagmittel (z. B. Kettenhaken, Schäkel usw.) befestigt werden können, um sie mit Hilfe eines Krans zu bewegen. Um die Bemessung und Herstellung eines Fertigteils wirtschaftlich zu halten, sollte darauf geachtet werden, dass die Zwischenzustände nicht maßgebend für die Bemessung der Fertigteile werden [1]. Die Größe der herzustellenden Fertigteile ist lediglich durch die maximalen Transportabmessungen und das Montagegewicht beschränkt. Dadurch wird die Handhabung im Werk und während der Montage positiv beeinflusst, da keine übermäßig großen Fertigteile bewegt werden müssen [2].
Es gibt einige Möglichkeiten, um die Fertigteile vom Werk zur Baustelle zu transportieren. Allerdings ist in den meisten Fällen der Straßentransport der günstigste, denn für den Transport auf Schienen sollten beispielsweise ein Gleisanschluss und Entladungsvorrichtungen vorhanden sein. Der Wasser- oder Lufttransport gestaltet sich dementsprechend noch schwieriger. Ohne den zusätzlichen Einsatz von Straßentransporten sind Schienen-, Wasser- und Lufttransporte nur in den seltensten Fällen möglich [1]. Der Schienen- und insbesondere Wassertransport haben allerdings den Vorteil, dass Bauteile mit größeren Abmessungen und höheren Gesamtmassen transportiert werden können. Für einen Straßentransport ohne Sondergenehmigung sind die höchstzulässigen Abmessungen begrenzt auf eine Breite von 2,55 m, eine Höhe von 4,00 m, eine Länge von 15,50 m und ein Gesamtgewicht von 40 t. Mit einer Jahresdauergenehmigung sind Breiten bis 3,00 m, Höhen bis 4,00 m, Längen bis 24,00 m und ein Gesamtgewicht bis 48 t möglich [2].
Montage
Schon bei der Planung sollten die Größe der Fertigteile, die benötigten Hebezeuge und die Verbindungstechnik auf die Montagefolge abgestimmt werden. Bei der Verbindungstechnik wird zwischen einer Vollmontage mit trockenen Schraub- oder Schweißverbindungen und Verbindungen mit nachträglich ergänztem Ortbeton unterschieden [1]. Häufig angewendete Montagefolgen sind die vertikale und die horizontale Montage [2].
Bei der vertikalen Montage werden die Fertigteile mit einem Autokran in einem Teilbereich des Gebäudes über die gesamte Gebäudehöhe verlegt [2]. Der Kran kann schwere Elemente versetzen, muss aber aufgrund seines begrenzten Schwenkbereiches nach erfolgter Montage des vertikalen Bauabschnittes versetzt werden [1]. Bei der horizontalen Montage werden die Elemente geschossweise über die ganze Gebäudefläche oder einen Teilbereich mit einem Turmdrehkran verlegt [2]. Der große Schwenkbereich des Kranes hat allerdings den Nachteil, dass bei großer Ausladung nur relativ leichte Fertigteile bewegt werden können [1]. Es können auch beide Montagearten miteinander kombiniert werden. Dann ist es in der Regel so, dass der Autokran mit seinen hohen Kosten tageweise angemietet wird und der Turmdrehkran während der gesamten Bauzeit zur Verfügung steht [2]. So werden beispielsweise lange Stützen mit einem Autokran in vertikaler Montagefolge und trockener Verbindung errichtet. Anschließend können dann leichte Bauteile wie Unterzüge, Decken- und Fassadenelemente mit einem Turmdrehkran in horizontaler Montagefolge eingebaut und gegebenenfalls mit Ortbeton ergänzt werden [1].
Verankerungssysteme
Transportanker
Um die Fertigteile während der Herstellung im Werk und bei den Transport- sowie Montageprozessen bewegen zu können, werden Transportanker benötigt. Sie dürfen in der Regel nicht als dauerhaft tragende Verbindungen eingesetzt werden, denn sie sind meist nur für zeitlich begrenzte und sich wiederholende Transportvorgänge ausgelegt. Nur wenn die Anker aus nichtrostendem Stahl bestehen, dürfen sie nach der Montage im Beton verbleiben. Typische Transportanker sind beispielsweise Seilschlaufen, Schraubhülsen oder Kugelkopfanker. Für die Sicherheit der am Transport beteiligten Personen sind die Berufsgenossenschaften zuständig. Sicherheitsregeln für Transportanker und Transportankersysteme können in den VDI-Richtlinien (Verein Deutscher Ingenieure) nachgelesen werden [1].
Seilschlaufen
Seilschlaufen oder auch Drahtseilanker genannt, bestehen aus einem Stahldrahtseil, welches nach dem Betonieren aus der glatten Fertigteiloberfläche herausragt. Es ist darauf zu achten, dass die Seilschlaufen bei der Lagerung und dem Transport nicht durch Umknicken beschädigt werden. Des Weiteren stellen sie eine Unfallgefahr dar und müssen entweder durch Aufbeton verdeckt oder nach der Montage abgeschnitten werden. Deshalb gibt es die Möglichkeit, eine Vertiefung in der Betonfläche mithilfe eines Schalungskörpers herzustellen, in dem sich dann die versenkte Schlaufe befindet [1]. Alternativ kann auch ein vorgefertigtes Seilschlaufensystem verwendet werden, welches nach dem Transport im Bauwerk verbleiben und als Bestandteil einer Fugenverbindung zwischen zwei Bauteilen genutzt werden kann. Als Anschlagmittel beim Versetzen des Fertigteils kommen Schäkel oder Kettenhaken zum Einsatz. Diese ermöglichen effiziente Hebevorgänge sowie ein schnelles An- und Abhängen [3].
Schraubhülsen
Schraubhülsen werden mit Ankern aus Betonstahl, Seilschlaufen oder anderen Ankerkonstruktionen eingebaut. Der Einbau soll so erfolgen, dass die Hülse bündig mit der Betonoberfläche abschließt. Zum Schutz des Gewindes wird eine Kunststoffkappe auf die Hülse gesteckt. Als Anschlagmittel verwendet man einschraubbare Seilschlaufen oder Ösen, die mehrfach verwendet werden können. Es ist stets auf eine ausreichende Einschraubtiefe zu achten, da diese Anker auch als dauernd tragende Verbindungsmittel zur Anwendung kommen dürfen [1].
Kugelkopfanker
Kugelkopfanker werden bei großen Lasten verwendet. Diese Art der Transportanker ist sehr robust und kann für den wiederholten Einsatz genutzt werden. Der Kopf eines solchen Ankers hat die Form einer Kugelkalotte. Der Kugelkopfanker wird zusammen mit einem halbkugelförmigen Aussparungskörper einbetoniert, sodass der Kopf vollständig in der Betonoberfläche versenkt ist [1]. Nach dem Entfernen des Aussparungskörpers wird eine Universalkopf-Kupplung montiert, in die sich ein Kettenhaken für den Transport einhängen lässt [4].
Einbetonierte Verankerungen
Einbetonierte Verankerungen bringen einige Vorteile mit sich. Beispielsweise vermeiden sie eine Beschädigung der Bewehrung, wie es bei nachträglichen Befestigungen der Fall sein kann. Des Weiteren lassen sie sich sehr genau positionieren und können große Lasten mithilfe von zusätzlicher Verankerungsbewehrung einleiten. Hinzu kommt, dass sie den Beton im unbelasteten Zustand nicht beanspruchen und so geringere Randabstände als mit Spreizdübeln möglich sind. Häufig kommen Ankerschienen, Ankerplatten oder Schraubhülsen zum Einsatz [1].
Ankerschiene
Ankerschienen bestehen aus kaltverformten oder warmgewalzten C-förmigen Profilen, auf deren Rückseite zwei oder mehrere Ankerbolzen bzw. T-förmige Anker aufgebracht sind. Die Ankerbolzen sorgen für die Verankerung im Beton und dürfen unter Einhaltung der Einbaubedingungen sogar in der Betonzugzone angeordnet werden. Sie werden so in die Fertigteile eingebaut, dass sie bündig mit der Betonoberfläche abschließen [1].
In das C-förmige Profil lassen sich Hammerkopfschrauben einziehen, mit denen sich beliebige Konstruktionen befestigen lassen. Senkrecht zur Schienenachse können Zug- und Querkräfte über die Schrauben weitergeleitet werden. Über die Schienenlängsrichtung lassen sich diese Kräfte nur einleiten, wenn die Schieneninnenkante und die Schraubenköpfe mit einer Profilierung ausgestattet sind. Werden die Ankerschienen im Außenbereich eingesetzt, z. B. zur Befestigung von Fassadenelementen, so sollten sie und ihre Verbindungsmittel aus nichtrostendem Stahl bestehen [1]. Weiterführende Informationen sind unter anderem auf der HALFEN-Website zu finden [5].
Ankerplatte mit Kopfbolzen
Dieses Verankerungssystem besteht aus einer Stahlplatte, auf deren Rückseite Kopfbolzen oder Bewehrungsstäbe befestigt sind. So lassen sich wesentlich höhere Lasten als mit einer Ankerschiene übertragen. Die Kopfbolzen der Ankerplatte bilden die Verankerung im Beton und sind in der Lage, Zug-, Quer- und Schrägzugkräfte einzuleiten [1].
Die Tragfähigkeit der Bolzen ist abhängig von deren Verankerungslänge (Bolzenlänge) und kann erhöht werden, indem mehrere Bolzen mit einem aufgesetzten Polsterring im Kopfbereich aneinandergeschweißt werden. So wird gewährleistet, dass die zu verankernde Last nur über den letzten Bolzenkopf in den Beton übertragen wird. Unter gewissen Voraussetzungen können mit Hilfe von Rückhängebügeln die Bolzenzugkräfte in die Betondruckzone eingeleitet werden. Für gewöhnlich werden anstatt eines Einzelankers eher Ankerplatten mit Ankergruppen verwendet. Bei mehreren Einzelbolzen überlagern sich die möglichen Ausbruchkegel und die Traglast je Bolzen wird reduziert [1]. Weiterführende Informationen sind unter anderem auf der Peikko-Website zu finden [6].
Elementfugen
Im Gegensatz zur Ortbetonbauweise wird im Fertigteilbau erst später das Tragwerk aus einzelnen Fertigteilen zusammengefügt. Aus diesem Grund müssen die Elementfugen in Form einer kraftschlüssigen Verbindung ausgeführt werden [2]. Fugenverbindungen können in Form eines Fugenvergusses oder durch konzentriert angeordnete Schraub- und Schweißverbindungen hergestellt werden. In Deutschland wird der Fugenverguss meist bevorzugt. Generell wird zwischen horizontalen und vertikalen Fugen unterschieden [1].
Horizontalfugen
Horizontalfugen werden häufig durch Längsdruckspannungen der Auflasten zumindest teilweise überdrückt. Somit ist eine Verzahnung oder eine Fugenbewehrung meist nicht erforderlich. Oft werden einzubauende Elemente einfach in ein Mörtelbett gesetzt oder mit Mörtel unterstopft [1].
Vertikalfugen
Vertikalfugen hingegen werden in der Regel nicht durch Belastungen senkrecht zur Fuge überdrückt. Wegen der deshalb auftretenden Zugkräfte müssen sie oftmals mit einer Verzahnung oder einer kontinuierlichen Fugenquerbewehrung versehen werden. Eine gute Möglichkeit der Fugenbewehrung kann mit Hilfe eines Seilschlaufensystems (Verschlaufungskasten) erzielt werden. Diese sind gleichmäßig über die gesamte Fugenlänge verteilt und werden durch eine zusätzliche Fugenlängsbewehrung und flüssigen Vergussmörtel kraftschlüssig verbunden [1].
Mittlerweile kommen auch schon spezielle Vergussmörtel zum Einsatz, die noch bessere Eigenschaften aufweisen. So gibt es die Möglichkeit, einen thixotropen Mörtel zu verwenden, der dank seiner Steifigkeit nach dem Verfüllen lediglich ein Glattziehen der Mörtelfuge erfordert. Das Abdichten und Nachbearbeiten der Fuge wird somit überflüssig und spart eine Menge Zeit [7].
Lager (Elastomere)
Elastomerlager werden zum Übertragen von Auflagerkräften und zum Ausgleichen von Bewegungen zwischen zwei Bauteilen eingesetzt. So wird eine zwängungsarme Verbindung erreicht, die Verdrehungen und Verschiebungen durch ihre elastische Verformung aufnimmt. Die Lager können beispielsweise mit Hilfe einer Randverklebung oder mit dem Einbau von Dollen, welche zu vermörteln sind, eingebaut werden. Elastomerlager haben eine gute Alterungsbeständigkeit, bestehen aus synthetischem Kautschuk und sind meistens für einen Temperaturbereich von - 25°C bis + 50°C ausgelegt [2]. Allgemeine Regeln sind in folgender Quelle zu finden [8].
Unbewehrte Elastomerlager
Unbewehrte Elastomerlager nehmen Vertikallasten, geringe Verdrehungen und begrenzte Horizontalverschiebungen auf. Um das „Wandern“ der Lager zu verhindern, dürfen sie nur bei ruhenden Belastungen zum Einsatz kommen. Sie werden in großformatigen Platten geliefert und können zugeschnitten werden. Meistens bestehen sie aus vulkanisiertem Chloropren-Kautschuk. Die Lager müssen stets dick genug sein, um direkte Berührungen der Betonbauteile zu vermeiden. Druckspannungen von ca. 12 N/mm² sind bei normalen Lagergeometrien keine Seltenheit und zulässig [2].
Es gibt auch Sonderformen von unbewehrten Elastomerlagern, die durch eine Veränderung der Oberflächen- und Querschnittsgestaltung erzielt werden. So kann durch eine Lochung oder Noppung das Druck-Stauchungs-Verhalten positiv beeinflusst und eine gleichmäßigere Spannungsverteilung erzielt werden. Das Ganze funktioniert so, dass das Lager bei Belastung zunächst weich nachgibt, da das Lagermaterial erst die Hohlräume ausfüllen muss. Wenn dies geschehen ist, entsteht durch die progressive Verformung ein höherer Widerstand [2].
Verformungsgleitlager
Um größere Bewegungen zwischen Bauteilen zu ermöglichen, kann anstatt eines dicken unbewehrten Elastomerlagers, das nur kleine Bewegungen zulässt, ein Verformungsgleitlager verbaut werden. Dieses nimmt Bewegungen mit Hilfe von geschmiert oder ungeschmiert aufeinander gleitenden Folien auf. Die Folien gibt es ebenfalls in Form von vulkanisiertem Kautschuk oder als kohlefaserverstärkte Kunststoffplatten. Um Unebenheiten oder hohe Kantenpressungen zu verhindern, werden die Folien oder Kunststoffplatten bei Bedarf außen mit Schaumstoff oder Elastomer kaschiert. Als Lager zwischen Fertigteilen sollten die Gleitlager mindestens 4 mm stark sein [2].
Bewehrte Elastomerlager
Wenn ein unbewehrtes Lager an die Grenzen seiner zulässigen Verdrehung, Pressung oder Schubverformung kommt, sind bewehrte Elastomerlager eine gute, aber teurere Alternative. Sie haben meist eine viereckige oder kreisrunde Form, welche nicht zugeschnitten werden kann. Die Hersteller bieten meist nur vorgefertigte Standardlagergrößen an. Um den höheren Beanspruchungen standzuhalten, haben diese Lager mehrere symmetrisch und im gleichen Abstand voneinander flach angeordnete Bewehrungseinlagen. Die Einlagen gibt es aus Stahlblech oder textilen Geweben, welche mittels Warmvulkanisation mit den einzelnen Elastomerschichten verbunden werden [2].
Quellen
- ↑ 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 Peter Bindseil, Stahlbetonbau Fertigteile nach Eurocode 2 - Konstruktion - Berechnung - Ausführung, 4. Auflage, Köln, 2012
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn, Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 2. aktualisierte Auflage, Berlin, 2010
- ↑ Peikko, WRA Drahtseilanker, https://d76yt12idvq5b.cloudfront.net/file/dl/i/gO3cwg/zD1ZXfbo49usbg7XpqXQaw/WRADE001TMAWeb.pdf
- ↑ Halfen, DEHA KKT Kugelkopf-Transportankersystem, https://www.halfen.com/PDF-Dateien/Druckschriften/Technische%20Produktinformationen/HALFEN%20DEHA_KKT_22-2-DE.pdf
- ↑ Halfen, HALFENSCHIENEN Produktinformation Technik https://www.halfen.com/PDF-Dateien/Druckschriften/Technische%20Produktinformationen/HALFEN_B_23-DE.pdf
- ↑ Peikko, WELDA® Ankerplatten https://www.peikko.de/produkte/product/welda-ankerplatten/technical-information/
- ↑ BFT International, Wirtschaftliches Verbinden von Betonfertigteilen, https://www.bft-international.com/de/artikel/bft_2012-03_Wirtschaftliches_Verbinden_von_Betonfertigteilen_1390913.html
- ↑ DIN EN 1337-3
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