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Silberblick 21

D 99425 Weimar

(c) ibh FACADE BOARD              INFO 05/2011

ibh FASSADEN-UK 

Neuartige Unterkonstruktion (UK) fuer vorgehaengte Fassaden (VHF)

Situation, Hintergrund

Im Kontext der weltweiten Bemühungen zur CO2-Einsparung spielen energieeffiziente Gebäudehüllen
eine immer größere Rolle. Die Folgen sind größere Dicken der Wärmedämmung (300 bis 500 mm)
und damit größere Abstände (Vorlage, Ausladung) der Fassadenbekleidung von der tragenden Wand.
Noch groessere Abstaende (Vorlagen 600 bis 1000 mm) sind in der Praxis gelegentlich aus
gestalterischen oder konstruktiven Gruenden anzutreffen (z.B. Ausgleich von vorgelagerten Stuetzen).
Das unten beschriebene System ibh FACADE BOARD kann ohne Beanspruchungserhoehung in der
Verankerung auch bei derartigen Abstaenden eingesetzt werden.
Bei einer weiteren Vergroesserung der Vorlage ist dann allerdings eine separate, von der
Fassade abgekoppelte Struktur fuer die Ableitung der V-Lasten zu pruefen !

Besondere ingenieurtechnische Lösungen für die UK-Festpunkte sind gefragt, wenn zusätzlich
schwere Fassadenelemente (Naturwerkstein, Betonwerkstein oder Keramik) gewünscht sind
und/oder wenig tragfähige Untergründe (Porenbeton, Leichtbeton, Hochlochziegel) und/oder
große Horizontallasten (Wind, Erdbeben, Stoßlasten) vorliegen. Traditionelle,
auskragende UK-Systeme (Mörtelanker, L-, U- oder T-Konsolen) sind hier oft überfordert bzw.
nur mit großen Materialmengen auszuführen.
Das statische Problem bei der Festpunktbemessung liegt hier in der gleichzeitigen Wirkung
von Zugkräften N und Querkräften V mit relativ großen Momenten M infolge der Eigenlastwirkung
und der Ausladung als Hebelarm.

Ein weiteres (energetisches) Problem sind die Wärmebrückenverluste infolge der durchgehenden
Alu/Stahl-Komponenten und deren Eindringung in den Ankergrund. 15 bis 50% Wärmeverluste
sind hier denkbar. Insbesondere Mörtelanker-UKs für relativ kleinformatige schwere Bekleidungen
sind unter energetischen Gesichtspunkten ungünstige Lösungen. Der Markt hat schon teilweise
auf diese Sachverhalte reagiert und stellt Komponenten oder auch komplette Stabwerke
aus Edelstahl zur Verfügung, mit einer 6 bis 10fach geringeren Wärmeleitfähigkeit als Aluminium.
Diese Systeme sind bzgl. der Lastabtragung effektiv, allerdings vergleichsweise
teuer (Material, Verbindungen).

ibh FACADE BOARD - Das System

ibh Dr. Heller,Weimar [1] hat in Zusammenarbeit mit dem Fassadenbauer DSW [2] im Ergebnis
jahrelanger VHF-Erfahrungen neuartige, statisch und energetisch hochoptimierte
VHF-UK-Systeme entwickelt (Bild 1).

Traditionelle VHF-Unterkonstruktionen bestehen sowohl im Festpunkt, als auch in den Gleitpunkten
aus zwei Haupttraggliedern. Das Alu-Tragprofil (i.d.R. vertikal, z.B. L oder T) ist direkt mit den
Alu-Konsolen bzw. Wandboecken (z.B. L, T, U) mit speziellen Bohrschrauben oder Nieten
verbunden. In einem solchen System sind die Moeglichkeiten einer thermischen Trennung bzw.
Entkopplung sehr begrenzt.
Die Grundidee des ibh FACADE BOARD ist die Einfuehrung einer dritten Systemkomponente
zwischen Tragprofil und den Konsolen. Damit erhoehen sich die moeglichen geometrischen,
werkstoffspezifischen und statisch-konstruktiven Varianten eines VHF-Systems signifikant !
Waehrend sich die energetischen Effekte auf die Gesamt-UK beziehen, eignet sich das Bocksystem
besonders fuer die Festpunkte der Unterkonstruktion, fuer grosse Vorlagen und fuer Ankergruende
mit geringer Tragfaehigkeit, kombiniert mit der Realisierung minimaler oder nahezu ohne Waermebruecken !

a)                                              b)                                        c)                               d)

==> Einfache Montagetechnologie 
       Vergleichweise preiswerte Realisierung durch den Fassadenbauer/Verleger

In der Gesamtheit der Vorteile dieses neuartigen VHF-UK-Systems werden auch Bezeichnungen, wie
Thermobock, Fassadenthermobock, Energiebock, Energieblocker, Thermokonsole, VHF-Waerme-Bock,

Thermo-Entkoppler, UK-Thermo-Kragscheibe, UK-Thermobock, UK-Nullwaermeverlust-Konsole, Energiekonsole,

VHF-UK-Waermeentkoppler o.ae. benutzt.

ibh FACADE BOARD - Statische Wirkung

 





Ankerkräfte (Dübellasten) unabhängig von der Dicke der Wärmedämmung bzw. Vorlage !
Große Vorlagen und damit große Biegemomente führen bei üblichen kurzen Kragsystemen
oft zu einer nicht zu erbringenden Nachweisführung der Verankerung.
Die Systemspezifik des ibh FACADE BOARD macht die Ankerbeanspruchung
quasi unabhängig von der Größe der Vorlage ! Die vergrößerten Schenkellängen sind
lediglich relevant bei den Stabilitätsnachweisen der gedrückten Stäbe.
Diese sind mit der Anpassung der Wanddicke und/oder der Querschnittsform bzw. mit der Nutzung
eines Scheiben-Bockes leicht zu erbringen.

Bild 2. Vergleich Zug- und Druckwirkungen infolge Eigenlast des VHF-Systems fuer unterschiedliche
          Tragstrukturen des Festpunktes.
          Gegenueber ueblichen Kragkonsolen vergroessert sich der Hebelarm e um den Faktor 2 ... 10,
          was eine Verringerung der Ankerzuglasten in der gleichen Groessenordnung bedeutet !     







Bild 3. Traditionelle, in der Praxis oft benutzte Festpunktkonsolen als Kragsystem.
          Der relativ kleine Hebelarm ad (uebliche Werte ad = 50 ... 200 mm) erzeugt grosse
          Ankerzugkraefte infolge max. V.

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ibh FACADE BOARD - Einbindung in die VHF-UK

 

In Abhaengigkeit der verfuegbaren Verankerungsflaeche an der Fassade (Normalbereich
Bruestungsbereich, Randbereiche) kann mit der Bockneigung und der Anordnung
Einfluss auf das UK-System bzw. auf die Beanspruchung des Bockes und des
Ankergrundes genommen werden.
Als Anhaltswerte sind folgende Mindesthoehen der Verankerungsflaeche erforderlich:

 0°-Bock  ==> gesamte Stranghoehe (z.B. geschosshohe Kragscheibe)
30°-Bock ==> 3.5 * Vorlage
45°-Bock ==> 2.0 * Vorlage
60°-Bock ==> 1.2 * Vorlage

Bei den häufig benutzten 2-Feld-Tragprofilen empfiehlt sich die Anordnung des Bockes am
mittleren Auflager  (Bild 4). Dies haette noch den Vorteil einer geringeren Windlastbeanspruchung
der Gleitpunkte.
In Sonderfaellen (Sockel, Attika, Wandkopf) sind auch Kombinationen mit 90°-Staeben
oder -Scheiben moeglich, allerdings dann mit groesseren Zug- bzw. Druckkraeften (Knickgefahr)
im System (Bild 2).

Die Gleitpunkte der UK koennen mit traditionellen Wandhalterungen/Konsolen oder, in Spezialfaellen,
auch als ibh FACADE BOARD ausgefuehrt werden (z.B. bei extrem hohen Windlasten).
Eine sehr interessante Variante des Systems sind teilweise oder voll durchlaufende
Rechteckscheiben, die aufgrund des grossen Hebelarmes sehr geringe Ankerzuglasten
bzw. Querzugbeanspruchungen der Verbindungsmittel generieren.
In den durchlaufenden Rechteckscheiben sind die Gleitpunkte integriert und
ueber Langloecher an die Konsole und das Tragprofil angeschlossen.
Das Modell eines sehr flachen Dreibockes ist hier quasi in der Rechteckscheibe "versteckt".
In Kombination mit entsprechenden Querschnittsformen der Boecke sind alle üblichen
Tragprofiltypen L, T, U, HUT, KASTEN anwendbar. Geschoßhohe UK-Stränge sind so mit minimaler
Anzahl Gleitpunkte (Eingriffe in den Ankergrund) zu realisieren.

Unter Verwendung spezieller Adapter sind ggf. auch externe UK-Teile anderer Systeme an den
Fassadenbock anzuschließen. Dies kann erforderlich werden z.B. bei extrem unebenen Ankergründen,
Anschluss bekleidungsspezifischer Systemprofile, Leibungsplatten oder geneigten bzw. gekruemmten
Systemen.
 

Die Wahl der Verbindungsmittel im System (VBM Bock/Tragprofil und VBM Bock/Konsole)

ist abhaengig von statisch-konstruktiven und montagetechnischen Anforderungen.

Grundsaetzlich ist zu unterscheiden zwischen mehreren VBM mit kleinen Durchmessern

(d = 4 ... 6 mm) und wenigen VBM mit groesseren Durchmessern (d = 8 ... 12 mm).
Neben den statischen Nachweisen (Lochleibung, zentrischer Zug, Querzug, Interaktion)

spielen hier insbesondere die regelkonformen Mindestabstaende (Rand, Loch) der

VBM eine Rolle.

Je nach Werkstoffkombination sind dann die definierten min. und max. Parameter der

Holz-, Aluminium- und Stahlnormen einzuhalten.

 

Bild 4. Beispielvarianten ibh FACADE BOARD Stabsystem, Scheibensystem (einzeln)

          am Mittelauflager oder als durchlaufende Scheibe ueber die Gesamthoehe

          eines UK-Stranges (z.B. geschosshoch).

§ Auch Nutzung handelsüblicher Profile und VBM (Schrauben, Bohrschrauben, Niete u.a.)

§   Eignung für alle leichten und schweren Bekleidungsarten incl. beschuß- und explosionssicheren Platten

§   Eignung für Glas- und Solarfassaden

§   Besondere Eignung für Passiv-, Minergie- bzw. Null-Energie-Haeuser !

§   Hohe Verschiebungssteifigkeit (geringe Fugenveränderungen).

§   Einfache Integration und Verbindung von Querstabilisierungen (bei Vorlagen ca. > 250 mm)

§   Sehr einfacher Abstands-Toleranzausgleich zur tragenden Wand.

§   Einfache und schnelle Montage (wie bei üblichen Schienensystemen).

§   Keine Vorhaltung diverser Konsolformen/Wandhalter und -abmessungen erforderlich.

§   Anstatt 12er oder 10er Dübel/Ankerbolzen/Injektionsanker sind ggf. auch 8 mm Anker ausreichend.

§   Als Material sind neben Aluminium, Holz, Holzwerkstoffen (Seekiefersperrholz, Furnierschichtplatten,

    Mehrschichtplatten, Multiplex-Platten, OSB-Platten, KERTO) auch Edelstahl, Keramikstäbe, GFK-Stäbe,

    Stäbe aus Textilbeton,  mikroarmiertem Hochleistungsbeton (DUCON), HPL-Platten, spezielle

    Funktionswerkstoffe (z.B. GFK-Deckschichten auf PURENIT, RESIN-Panele) u.a. einsetzbar.

§   Auf der Basis eines optimierten Bock-Systems fuer definierte Einsatzbereiche sind

    alle Komponenten konfektionierbar und damit einer breiten Anwendung im VHF-Kontext zugaenglich.

§   Weitere statische und energetische Optimierung z.B. durch Kombination Holzwerkstoff-Bock

    mit GFK-Konsolen und GFK-Tragprofilen.

ibh FACADE BOARD - Systemloesung

 

Die effiziente praktische Anwendung des Bockes und die Integration in eine komplette VHF-Loesung
erfordern detaillierte prueffaehige statische Nachweise aller Komponenten des Systems.
Auf der Basis der bekannten VHF-Online-Nachweistools (Webservices) unter
www.windimnet.de ==> D.NET befinden sich
gegenwaertig spezielle Dienste in der Entwicklung. Damit werden in Zukunft bisher nicht moegliche
Optimierungen jeglicher VHF-Projekte zur Verfuegung stehen.
Insbesondere folgende Systemvarianten spielen hier eine Rolle:

§   Bockart (Staebe, Einzelscheiben, durchlaufende Rechteckscheiben, Kragscheiben)

§   Bockmaterial (Holzwerkstoffe, GFK, Spezialbeton u.a.)

§   Entsprechende Verbindungsmittel (Niete, Bohrschrauben, Holzschrauben, Gewindebolzen)

§   Anschluss an den Ankergrund (aufgesetzt, eingefraest, Gewinde direkt)

In Abhaengigkeit der aktuellen Parameter eines Bauvorhabens (Bekleidungsart, Windlasten,
Ankergrund, Vorlage usw.) sind dann ausgekluegelte, hocheffektive und preiswerte
VHF-Loesungen moeglich, die die Anforderungen des AG, des Planers und des ausfuehrenden
Betriebes erfuellen.

 

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ibh FACADE BOARD - Beispiele Festpunkt / Gleitpunkt

 

 

Neben den energetischen Anforderungen, wie z.B.:

- Erhoehung Waermedurchgangskoeffizient deltaU < 0.05 W/(m2K) oder
- Punktueller Waermebrueckenverlustkoeffizient chi <= 0.02 W/K

sind die vorh. Windlasten (Windsog, Winddruck), die Eigenlasten der Bekleidung und des
Systems, die vorh. Verankerungsflaeche, die Art des Ankergrundes und evtl.
nichttragende Schichten massgebende Kriterien fuer die Auslegung
der Konstruktion der vorgehaengten Fassade.


Die folgenden Beispiele zeigen eine Auswahl aus der Vielfalt der moeglichen VHF-Loesungen
auf der Plattform des ibh FACADE BOARD.
Hier Werkstoff: DELIGNIT Multiplex Sperrholz Buche 18 mm








Bild 5. Querschnitt 1-teiliger Bock, L-Konsole, T-Tragprofil ALU
         













Bild 6. Rechteckbock fuer schwere Bekleidungen (z.B. Naturwerkstein g = 1.4 kN/m2)
          ibh FACADE BOARD Typ C, Doppelkonsole









Bild 7. Trapez Board Typ B, Gelenk im Bereich Tragprofil TP
          Einzelkonsole




Bild 8. Spezialloesung fuer reduzierte Ankerflaechen, z.B. Stahlbetondecke.
          Variante Festpunkt oder Gleit-Stoss-Festpunkt Typ A im UK-Strang oben.
          Gelenk im Bereich Konsole.

Das Modell ist das Ergebnis der Vergleichsuntersuchung einer ausgefuehrten Fassade
mit folgenden Parametern:

- schwere Bekleidung Naturstein/Hinterschnitt mit gk = 1.4 kN/m2

- Vorlage v = 300 mm

- Windsog ws = -0.7 kN/m2

- Stranglaenge lp = 1800 mm

- 2-Feldsystem, FP in Strangmitte

==> ibh FACADE BOARD DELIGNIT Multiplex Sperrholz Buche 18 mm

==> Variante auskragende Rechteckscheibe

==> VBM HS DIN 571 Teilgewinde 6x40 A2

ibh FACADE BOARD - Weitere Informationen

ibh@windimnet.de