Bei der Gestaltung einer Fassade in Trockenbauweise müssen alle Komponenten berücksichtigt werden:
- Isolierung
- Art des Steinmaterials
- Arten von statischen Lasten
- Auswahl von Strukturankern für die Fassadenmontage
Isolierung der Strukturwand
Ein wichtiges Element einer Steinfassade ist die Isolierung der Strukturwand. Als Dämmmaterial werden in der Regel Mineralwollplatten im Format 100 x 60 cm (z. B. Ventirock F Plus von Rockwool) verwendet. Die Mineralwollplatten sind auf einer Seite mit einem schwarzen Glasfaserschleier überzogen. Sie werden mit Hilfe von Fassadendübeln mit eingeschlagenem Bolzen und Tellern an den tragenden Wänden befestigt, wobei der schwarze Schleier außen liegt.
Jede Mineralwollplatte sollte mit der entsprechenden Anzahl von Dübeln gemäß den Richtlinien des Mineralwolleherstellers auf dem Untergrund befestigt werden. Um den Anker in der Wand zu verankern, muss ein Loch mit einem Durchmesser von ca. 15 cm in die Mineralwolle geschnitten werden. Nach dem Einbau des Ankers wird der ausgeschnittene Teil der Mineralwolle wieder eingesetzt, um die Kontinuität und Dichtheit der Isolierung zu gewährleisten.
Einbau der Anker
Die Anker werden mit schnell abbindendem Zementmörtel in die tragenden Wände gesetzt. Die Einbautiefe beträgt mindestens 8 cm und hängt von der Auskragung und dem Material der Wand ab. Bei Stahlbetonwänden beträgt die Tiefe im Allgemeinen nicht mehr als 10 cm, bei Ziegelwänden 12 cm. Die Anker sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, was die Sicherheit und Haltbarkeit der Steinverkleidung über Jahrzehnte hinweg garantiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass die durch die Verankerung der Fassadenplatten entstehenden Wärmebrücken bei der Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten U für die Wand berücksichtigt werden müssen.
Steinplatten und Lasten
Das wichtigste Element der Fassade sind jedoch die Steinplatten. Sie verursachen die statische Belastung der gesamten Wand sowie die dynamischen Belastungen durch Winddruck und Sog. Die wichtigste Last ist jedoch das Gewicht der Steinplatten selbst. In der nachstehenden Tabelle sind die spezifischen Gewichte der verschiedenen Steinarten aufgeführt.
Diese Eigenschaften bilden in Verbindung mit dem Abstand der Fassadenplatte von der tragenden Wand (die sogenannte Auskragung) die Grundlage für die Berechnung und Auswahl geeigneter Anker. Das Verbindungselement zwischen dem Anker und der Steinplatte ist ein Bolzen, der durch eine ABS-Hülse eine flexible Verbindung bildet.
Windlasten
Eine sehr bedeutende Belastung der Fassade wird durch Winddruck und Windsog verursacht. Diese Faktoren summieren sich. Die Windlast (W) wird durch die Formel W = Cp x Q bestimmt, wobei Q [kN/m2] der Winddruck in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit und Bauwerkshöhe ist und Cp der aerodynamische Druckkoeffizient.
Der aerodynamische Koeffizient hängt vom Auftreffwinkel des Luftstroms, der Exposition der Fassade und ihrer Höhe ab. Bei hinterlüfteten Fassaden liegt er zwischen -3,2 und +1,0. Die deutschen Normen legen das Verhältnis der offenen Fugenfläche zur Fassadenfläche auf mindestens 0,75 Prozent fest, was durch eine Fugenbreite von 8 mm gewährleistet wird.
Verschiedene Gesteine haben sehr unterschiedliche Biegewiderstände. Die widerstandsfähigsten sind Diabase mit 15 bis 25 N/mm2. Am schwächsten sind Tuffe und Kalksteine mit 2 bis 8 N/mm2. Sandsteine, Dolomite und Marmore haben 6 bis 15 N/mm2, Granite, Gabbro, Syenite, Diorite und Quarzite 10 bis 22 N/mm2.
Windlastkräfte sind auch für die Bestimmung der Festigkeit einer Steinplatte gegen das Ausreißen von Ankerbolzen wichtig. Diese Kräfte werden direkt von der gesamten Platte auf die vier in den Seiten eingebetteten Bolzen übertragen.
Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft die zerstörerischen Kräfte auf den Stein bei verschiedenen Wanddicken der Öffnung (b) in der Fassadenplatte. Dies sind nur Hilfswerte, da der tatsächliche Wert von Fall zu Fall durch technische Tests an Proben ermittelt wird.
Das Berechnungsschema
Zur Berechnung von Steinfassaden werden geeignete Computerprogramme eingesetzt. Das Berechnungsschema ist immer das gleiche. Der in der vertikalen Fuge angeordnete Traganker trägt die Last der linken und rechten Platte je zur Hälfte. Der in der horizontalen Fuge angeordnete Traganker überträgt die Last vom Plattenrand auf die Hälfte der Strecke bis zum zweiten Traganker.
Das zweite wichtige Element für die Berechnung ist die Auskragung, d. h. der Abstand der Achse des Ankerbolzens von der Stirnseite des Mauerwerks. Mit diesen Daten werden die Anker aus dem Produktkatalog von Roko Systems ausgewählt.