Wenn Sie jemals Diskussionen über Bautechnik verfolgt haben, haben Sie wahrscheinlich mindestens hundert Mal die gleiche Frage gehört: „Können Ankerbolzen in einem seismischen Gebiet verwendet werden?“ Als jemand, der das letzte Jahrzehnt damit verbracht hat, mit Ankerbolzen zu arbeiten – zuerst als Ingenieur, jetzt als Zulieferer – ist diese Frage nicht nur eine hypothetische Frage. Das ist das Erste, was ich jedem Ingenieur, Bauunternehmer oder Bauherrn frage, der sich wegen seines nächsten Projekts an mich wendet, insbesondere wenn es sich um Projekte handelt, die in erdbebengefährdeten Gebieten wie dem pazifischen Nordwesten, Kalifornien oder Teilen des Mittleren Westens liegen. Die kurze Antwort lautet: Ja – aber nur, wenn Sie den richtigen Typ auswählen, ihn richtig installieren und ihn so konzipieren, dass er strenge seismische Standards erfüllt. Lassen Sie uns das aufschlüsseln, denn es geht um viel mehr, als nur einen Bolzen in den Beton zu treiben und es fertig zu sagen.
Ich habe in dieser Branche angefangen, weil ich gesehen habe, wie ein einziges falsches Befestigungselement ein ganzes Gebäude gefährden kann. Zu Beginn meiner Karriere arbeitete ich an einer kleinen gewerblichen Sanierung in Oregon, die erneuert werden musste, weil der Bauunternehmer Standardschrauben statt erdbebensicherer Schrauben verwendete. Als sich 2014 das Erdbeben in Napa ereignete (ein Ereignis der Stärke M6,0), lösten sich die nichtseismischen Bolzen aus dem Beton, wodurch sich der Stahlrahmen des Gebäudes um Zentimeter verschob. Niemand wurde verletzt, aber der Schaden hätte katastrophal sein können. Diese Erfahrung hat mich gelehrt, dass Ankerbolzen in Erdbebengebieten nicht nur eine „gute Idee“ sind – sie sind ein nicht verhandelbarer Bestandteil des seitlichen Lastwiderstandssystems eines Gebäudes.
Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, warum seismische Zonen so unterschiedlich sind. Erdbeben erzeugen zwei Arten von Kräften, die Ankerbolzen auf die Probe stellen: Scherkräfte (seitliche Kraft) und Zugkräfte (Zugkraft nach oben oder unten). Ein Bolzen, der für ein niedriges Gebäude in einer nicht erdbebengefährdeten Zone geeignet ist, könnte versagen, wenn er wiederholt starken Scherkräften durch Bodenerschütterungen ausgesetzt wird. Der Schlüssel liegt in der Wahl eines Ankerbolzens, der diesen dynamischen, zyklischen Belastungen standhält – Belastungen, die nicht nur einmal, sondern immer wieder wirken, wenn sich die Erde bewegt.
Im Laufe der Jahre habe ich viele Fehlinformationen darüber gesehen, welche Bolzentypen für seismische Anwendungen geeignet sind. Manche Leute schwören zum Beispiel auf J-Bolzen, aber nicht auf irgendeinen J-Bolzen, sondern nur auf solche, die auf ihre Erdbebensicherheit getestet wurden. Um es klarzustellen: J-Bolzen gehören zu den gebräuchlichsten Ankerbolzen und werden für alles verwendet, von der Befestigung von Schwellerplatten über Betonfundamente bis hin zur Verankerung von Maschinen. Aber Standard-J-Bolzen (die unbeschichteten, generischen, die Sie in einem großen Laden kaufen können) sind nicht für erdbebengefährdete Zonen geeignet. Deshalb meinen wir mit erdbebensicheren J-Bolzen Bolzen, die getestet wurden, um Standards wie ACI 318 (Building Code Requirements for Structural Concrete) und ICC-ES (International Code Council Evaluation Service) zu erfüllen. Wenn Sie eine zuverlässige J-Bolzen-Option für seismische Anwendungen benötigen, werfen Sie einen Blick auf unsere J-Bolzen-Seite, auf der alle unsere Modelle von Dritten auf seitliche und zyklische seismische Belastungen getestet wurden:J Bolt.
Ein anderer häufig vorkommender Typ ist der L-Bolzen. Ähnlich wie J-Bolzen sind L-Bolzen so geformt, dass sie in den Beton einhaken, aber ihre gerade 90-Grad-Biegung macht sie anders. L-Bolzen werden oft bei Anwendungen verwendet, bei denen die Bauhöhe begrenzt ist, beispielsweise bei der Verankerung an dicken Betonplatten. Auch hier gilt, dass nicht alle L-Bolzen erdbebensicher sind. Die von uns hergestellten erdbebenspezifischen L-Bolzen verfügen über einen dickeren Schaft, eine geschmiedete Biegung (keine gebogene Schweißnaht, die unter zyklischer Belastung brechen kann) und sind korrosionsbeständig beschichtet – entscheidend für die seismische Leistung, da Korrosion die Festigkeit der Schraube schwächt. Für Projekte, bei denen L-Bolzen sinnvoller sind als andere Formen, ist unser Sortiment erdbebensicherer L-Bolzen einen Blick wert:L Store.
Wie sieht es nun mit Ankerbolzen für schwerere Lasten aus, etwa zum Tragen von Stahlsäulen oder großen Geräten in Erdbebengebieten? Hier kommen Plattenankerbolzen ins Spiel. Plattenankerbolzen haben an einem Ende eine breite, flache Platte, die bündig am Beton anliegt und die Last über eine größere Fläche verteilt, anstatt sie auf einen einzigen Punkt zu konzentrieren. Dies ist für seismische Anwendungen von entscheidender Bedeutung, da bei Bodenbeben die Belastung des Ankers nicht nur aus Scherung oder Zug besteht, sondern häufig aus einer Kombination aus beidem (sogenannte kombinierte Belastung). Die breite Platte verhindert, dass der Bolzen unter dieser kombinierten Last durch den Beton zieht. Wir testen unsere Plattenankerbolzen auf Scherbelastungen von bis zu 50 Kips und Zugbelastungen von bis zu 30 Kips, wodurch sie sich ideal für seismische Projekte mit hoher Nachfrage eignen. Wenn Sie an einem Lagerhaus, einem Krankenhaus oder einem anderen großen Gewerbebau in einer seismischen Zone arbeiten, sind Plattenankerbolzen normalerweise die richtige Wahl:Plattenankerbolzen.
Ich wurde auch von Kunden nach Ankerbolzen mit Regenschirmgriff für seismische Zwecke gefragt. Ihren Namen verdanken diese Bolzen dem aufgeweiteten, schirmförmigen Anker am Ende, der sich nach dem Einbau im Beton ausbreitet. Dadurch eignen sie sich perfekt für Anwendungen, bei denen Sie keinen Zugang zum Boden des Betons haben (z. B. bei der Verankerung auf einem vorhandenen Fundament). Aber auch Ankerbolzen für Schirmgriffe müssen für den Einsatz bei Erdbeben geeignet sein. Unsere erdbebensicheren Schirmgriff-Ankerbolzen sind so konzipiert, dass sie sich im Beton gleichmäßig ausdehnen und so eine mechanische Verriegelung schaffen, die selbst bei starken Bodenerschütterungen einem Herausziehen standhält. Sie werden häufig bei Nachrüstungsprojekten eingesetzt, bei denen das Bohren durch den Boden eines Fundaments nicht möglich ist, weshalb sie für viele Erdbebeningenieure, die an älteren Gebäuden arbeiten, die erste Wahl sind:Schirmgriff-Ankerbolzen.
Klauenankerbolzen sind eine weitere Option, die ich für seismische Anwendungen empfehlen würde, insbesondere für temporäre Strukturen oder Projekte, bei denen eine schnelle Installation von entscheidender Bedeutung ist. Das Krallendesign am Ende des Bolzens gräbt sich in den Beton und sorgt so für einen sicheren Halt, ohne dass der Bolzen aufgeweitet werden muss. Unsere erdbebensicheren Klauenankerbolzen wurden in zyklischen seismischen Tests darauf getestet, dass sie sowohl Scher- als auch Zugbelastungen standhalten, und sie lassen sich schnell mit einem Standard-Bohrhammer installieren – es sind keine Spezialwerkzeuge erforderlich. Das macht sie zu einem Favoriten für Baustellen, auf denen Sie provisorische Zäune, Gerüste oder Schalungen in einer seismischen Zone verankern müssen. Weitere Einzelheiten finden Sie auf unserer Seite mit Klauenankerbolzen:Klauenankerbolzen.
Aber hier ist die Sache: Selbst der beste Ankerbolzen der Welt funktioniert nicht, wenn er falsch installiert wird. Ich habe erlebt, dass Bauunternehmer bei der Installation Abstriche gemacht haben – sie haben die falsche Tiefe gebohrt, das Betonloch nicht gereinigt, die Drehmomentvorgaben übersprungen – und das alles nur, weil sie denken: „Eine Schraube ist eine Schraube.“ In Erdbebengebieten ist die Installation ebenso wichtig wie die Wahl des richtigen Schraubentyps. Lassen Sie mich ein Beispiel geben: Ich habe vor ein paar Jahren an einer Schulsanierung in Kalifornien gearbeitet, wo der Bauunternehmer die richtigen Plattenankerbolzen verwendet hat, aber die Löcher 1 Zoll zu flach gebohrt hat. Als der Statiker einen Belastungstest durchführte, löste sich der Bolzen bei 70 % seiner Nennkapazität. Bei einem Erdbeben wäre das eine Katastrophe gewesen.
Ein weiterer häufiger Fehler besteht darin, Korrosion nicht zu berücksichtigen. Erdbebengebiete liegen oft an der Küste oder weisen eine hohe Luftfeuchtigkeit auf, und selbst kleine Mengen Rost an einer Schraube können ihre Festigkeit um bis zu 30 % verringern. Aus diesem Grund sind alle unsere erdbebensicheren Ankerbolzen mit einer feuerverzinkten oder Epoxidbeschichtung versehen, die den ASTM A153-Standards für Korrosionsbeständigkeit entspricht. Es ist ein kleiner Aufpreis, der einen großen Unterschied in der langfristigen Sicherheit macht.
Vielleicht wundern Sie sich auch über den Unterschied zwischen eingegossenen Ankerbolzen und nachträglich installierten Ankerbolzen, da dies in der seismischen Fachwelt eine große Debatte ist. Einbetonierte Bolzen werden beim ersten Betonieren installiert, sodass der Bolzen direkt in das Fundament eingebettet wird. Nachträglich installierte Bolzen werden nach dem Aushärten des Betons in den vorhandenen Beton gebohrt. Beide können in seismischen Zonen eingesetzt werden, müssen jedoch unterschiedliche Standards erfüllen. Bei Neubauten werden häufig eingegossene Schrauben bevorzugt, da sie einen zuverlässigeren Lastpfad bieten. Bei Nachrüstungen sind jedoch nachträglich installierte Schrauben (wie unsere Regenschirmgriff-Ankerschrauben, die für die Verwendung nach der Installation getestet wurden) unerlässlich. Bei nachträglich installierten seismischen Anwendungen müssen Sie sicherstellen, dass die Schraube gemäß ACI 318, Kapitel 17, für die Verwendung nach der Installation zugelassen ist, was Tests auf Auszugs-, Scher- und zyklische Lastfestigkeit umfasst.
Lassen Sie uns über reale seismische Testdaten sprechen, um dies zu untermauern. Letztes Jahr haben wir unsere J-Bolt-Reihe einem unabhängigen Drittlabor für seismische zyklische Belastungstests vorgelegt. Der Test simulierte die Kräfte eines Erdbebens der Stärke M7,0, das ungefähr der Stärke des Northridge-Erdbebens von 1994 entspricht. Unsere J-Bolzen hielten 50 Zyklen seitlicher Scherbelastung bei 80 % ihrer Nennkapazität stand, ohne Anzeichen von Rissen oder Herausziehen. Das ist genau die Leistung, die Sie in einer seismischen Zone benötigen. Wenn es sich bei dem Bolzen um einen generischen, nicht bewerteten J-Bolzen gehandelt hätte, wäre er bereits nach wenigen Zyklen versagt.
Ich möchte auch die Lastkombination erwähnen, denn hier geraten viele Ingenieure ins Stolpern. Bei der seismischen Bemessung kann man sich nicht nur die statische Belastung einer Schraube ansehen – man muss sie auch mit der seismischen Belastung kombinieren. Beispielsweise muss ein Bolzen, der eine 1000 Pfund schwere Schwellerplatte hält, in einer nicht seismischen Zone möglicherweise nur 1000 Pfund tragen, in einer seismischen Zone kann sich diese Last jedoch aufgrund der Bodenbeschleunigung verdoppeln oder sogar verdreifachen. Aus diesem Grund haben erdbebensichere Bolzen eine höhere Tragfähigkeit und sind für die Bewältigung dieser kombinierten statischen und dynamischen Belastungen ausgelegt.
Zusammenfassend lässt sich also sagen: Ja, Ankerbolzen können durchaus in seismischen Zonen verwendet werden – aber nur, wenn Sie Bolzen auswählen, die von Dritten getestet und auf ihre seismische Leistung hin bewertet wurden, sie korrekt gemäß den Richtlinien des Herstellers und der Vorschriften installieren und Korrosion und Lastkombinationen berücksichtigen. Es gibt keine Einheitslösung, weshalb es wichtig ist, mit einem Lieferanten zusammenzuarbeiten, der die Erdbebenvorschriften kennt und Ihnen bei der Auswahl der richtigen Schraube für Ihr spezifisches Projekt helfen kann.
Wenn Sie an einem Projekt in einer Erdbebenzone arbeiten – sei es ein neues Gewerbegebäude, eine Sanierung eines Wohnhauses, ein Krankenhaus oder ein Lagerhaus – und nicht sicher sind, welcher Ankerbolzen für Sie der richtige ist, empfehle ich Ihnen, sich an unser Team zu wenden. Wir haben an Tausenden seismischen Projekten in den USA gearbeitet und können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Schraubentyps helfen, bestätigen, dass er den örtlichen Bauvorschriften entspricht, und sogar Belastungstestdaten zur Unterstützung Ihres Entwurfs bereitstellen. Gehen Sie bei der Erdbebensicherheit kein Risiko ein – wählen Sie Ankerbolzen, die so konstruiert sind, dass sie dann funktionieren, wenn es darauf ankommt.
Referenzen:
ACI 318-19, Anforderungen der Bauvorschriften für Konstruktionsbeton und Kommentare. Amerikanisches Betoninstitut.
ICC-ES AC193, Akzeptanzkriterien für nachträglich installierte Klebeanker in Beton. Bewertungsdienst des International Code Council.
FEMA 450, NEHRP empfiehlt seismische Vorschriften für neue Gebäude und andere Bauwerke. Federal Emergency Management Agency.
ASTM F1554, Standardspezifikation für Ankerbolzen, Stahl, Streckgrenze 36, 55 und 105 ksi. Amerikanische Gesellschaft für Prüfungen und Materialien.