WDVS: Mechanische Befestigungen als sichere Träger

Mechanische Befestigungen sind eine von drei Möglichkeiten, um eine Wärmedämmung an der Fassade zu halten. Sie zählen zu den sicheren WDVS-Befestigungen, weil sie hohe Lasten aufnehmen können. Durch geprüfte Stahlschrauben mit hohem Biegemoment und die Haltekräfte im Untergrund übernehmen sie die Windlasten und das Gewicht des Systems.

Um ein Wärmedämm-Verbundsystem an einer Fassade anzubringen, gibt es drei Optionen: Die Dämmplatten werden geklebt, geklebt und gedübelt oder mechanisch befestigt. Mechanisch ist die Befestigung dann, wenn Dämmplatten ohne Kleber an der Fassade gehalten werden. Fast immer handelt es sich dabei um bauaufsichtlich zugelassene Kunststoffdübel mit verzinkten Stahlschrauben. Die Befestigung ist rein mechanisch, weil die äußeren Lasten wie das Systemgewicht und der Windsog rein über die Schraubdübel in den Untergrund geleitet werden (Fachartikel: Mechanische Befestigungen erweitern Anwendungsfelder bei WDVS).

Wind- und Systemlast auffangen

Winddruck und Windsog sind stark regionsabhängig, weshalb Windlasten länderspezifisch in verschiedene Windzonen eingeteilt sind. In Deutschland ist der maximal zulässige Windsog bei WDV-Systemen mit 2,2 kN/m2 begrenzt, was mit einer Windgeschwindigkeit von 214 km/h gleichzusetzen ist. Zum Vergleich: In Mitteleuropa erreichten die stärksten gemessenen Orkane in den relevanten Gebieten eine maximale Geschwindigkeit unter 200 km/h. Bei den erlaubten Werten wurde eine hohe Toleranz mit einberechnet. In Gebieten, in denen die Windlast überschritten wird, dürfen keine Gebäude mit Wärmedämm-Verbundsystemen installiert werden.

Die Eigenlast eines WDV-Systems variiert je nach Art und Dicke der Dämmplatte zwischen 10 und 50 kg pro m2. Abgetragen wird das Eigengewicht in Form der Schublast über die Dübel bzw. über das Biegemoment der Stahlschraube. Je höher das Gewicht und die Dicke des Systems, desto mehr Biegemoment müssen die Dübel aufnehmen.

Zulassungen geben Sicherheit

Durch die potenziell hohen Belastungen von Wind und Systemgewicht sind vertrauensvolle Befestigungen essenziell. Dübel für die rein mechanische Befestigung unterscheiden sich von herkömmlichen WDVS-Dübeln deshalb in mehreren Punkten. Zum einen sind geprüfte Stahlschrauben zwingend erforderlich, um das zulässige Biegemoment gemäß ETAG 020 zu erfüllen. Für die ausschlaggebenden Werte sorgen ein höherer Durchmesser der Schraube und die tiefere, effektive Verankerung der Schraube im Untergrund. Klar, dass dadurch höhere Zug- und Schublasten aufgenommen werden können als mit handelsüblichen Dübel.

hef = Effektive Verankerung im Untergrund. dD = Durchmesser der Schraube

Damit die Befestiger für den Markt zugelassen werden, unterliegen sie einer zweifachen Überprüfung. Zum einen benötigt die Befestigung eine Dübelzulassung, um die Dübellast im Untergrund zu bestimmen. Die Europäische Technische Bewertung regelt die Tragfähigkeit des Kunststoffdübels als Mehrfachbefestigung zur Verankerung in Beton und Mauerwerk. Der so genannte Auszugswert gibt Ausschluss darüber, ob die Verbindung von Dübel und Untergrund ausreichend ist. Dieser Wert berücksichtigt, dass Fassadenverankerungen redundante, nicht tragende Systeme sind. Das bedeutet, dass bei grösseren Verschiebungen oder beim Versagen eines Einzeldübels die Last auf die benachbarten Dübel übertragen werden kann, ohne dass die Tragfähigkeit erheblich beeinträchtigt wird. Weil sich mehrere Dübel gegenseitig stützen, spricht der Experte von einer Mehrfachbefestigung.

Erst nach der Dübelzulassung tritt der Dübel den Beweis an, dass er ein Dämmsystem an der Fassade halten kann. In der Systemzulassung ist geregelt, welche Baumaterialien zusammen als System verwendet werden dürfen. Geprüft wird die Verbindung von Befestigung und Dämmstoff im eingebauten Zustand mittels sogenannter Kombinationsversuche. In akkreditierten Prüfanstalten wird das WDV-System gleichzeitig auf Querzug und auf Überzug belastet und dabei werden die maximalen Systemverformungen gemessen und bestimmt. Der Querzug ist eine vertikale Kraft und gibt die aus dem Systemeigengewicht entstandene Schublast wieder. Je grösser das zulässige Biegemoment der Stahlschraube, desto mehr Schublast kann der Dübel aufnehmen. Der Überzug hingegen ist eine horizontale Kraft und simuliert die Zuglast, die aus dem Windsog entsteht. Je grösser der Teller des Dübels ist, desto besser sind die Überzugswerte.

Kräfte, die auf den mechanischen WDVS-Dübel wirken

Das hohe zulässige Biegemoment und die höheren Verankerungswerte im Mauerwerk verdeutlichen weshalb der Schraubendurchmesser bei rein mechanischen WDVS-Dübeln in der Regel von herkömmlichen Dübeln abweicht. Allein die zwei zusätzlichen Millimeter, die sich aus einem 10-mm-Dübel gegenüber der 8-mm-Ausführung ergeben, steigern die Werte signifikant. Dadurch reduziert sich die Dübelanzahl pro m2.

Das Mehr an Sicherheit

Die oben erwähnten Werte für die Dübel- und Systemzulassungen werden im Labor ermittelt und weichen naturgemäss von der Praxis ab. Deshalb werden Herstelltoleranzen bei Baumaterialien oder die nicht sachgerechte Verarbeitung durch Sicherheitsfaktoren berücksichtigt. Ein Sicherheitsfaktor von 3 beispielsweise bedeutet, dass das Bauteil eine dreifache Sicherheitsreserve gegen Versagen besitzt.

Um bei der Dübelzulassung auf die charakteristische Tragfähigkeit eines Einzeldübels schliessen zu können, legen die Prüfer von allen gemessenen Auszugswerten einen 5-%-Fraktilwert fest. Das bedeutet, dass mindestens 95 % aller ermittelten Einzelwerte grösser sind als der ausgewiesene Wert der zulässigen Tragfähigkeit pro Untergrund. Zusätzlich wird die Tragfähigkeit durch einen Teilsicherheitsbeiwert reduziert, der je nach Untergrund variiert. Bei Beton zum Beispiel beträgt der Teilsicherheitsbeiwert 1,8. Der fast halbierte Wert, der sich daraus ergibt, wird sodann als Lastklasse aufgeführt.

Bei der Systemzulassung wird die Tragfähigkeit des Schraubdübels im genau spezifizierten Dämmstoff mittels Kombinationsversuchen (Scherlast und Überzugslast) ermittelt. Ein Sicherheitsbeiwert zwischen 3 und 5 sichert die theoretischen Laborwerte ausreichend ab.

Zusätzlich zu den beigemessenen Sicherheiten in der Dübel- und Systemzulassung, kommen weitere Mechanismen für den Zweck der Sicherheit ins Spiel: Die Eigenüberwachung durch den Hersteller, eine Fremdüberwachung des Herstellprozesses und Fremdüberwachungen der Rohmaterialqualität durch akkreditierte Materialprüfanstalten sorgen für ein konstant hohes Qualitätsniveau. In Ländern wie Deutschland wird die regelmässige Überwachung vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBT) eingefordert und kontrolliert.

Fazit: Mechanische Befestigungen halten bei Dämmfassaden Zuglasten durch Wind und Querlasten durch das Systemeigengewicht stand. Möglich macht das neben der Mehrfachbefestigung der Dübel die höhere Verankerungstiefe sowie die Qualität und der grössere Durchmesser der Schraube. Sicherheitsbeiwerte und die stetige Überwachung der Qualität tragen einen wichtigen Teil zur dauerhaften Standfestigkeit bei.

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