Aufzugsschachtverbindungen

Ihr Autor untersucht, welche Anker geeignet sind und wie sie ausgewählt, konstruiert und auf Sicherheit geprüft werden.

In einem schnelllebigen kommerziellen Umfeld haben Aufzugsunternehmen die anspruchsvolle Aufgabe, für ihre Kunden langfristige Sicherheit zu erreichen. Selbst unter kommerziellem Druck kommt es bei der Sicherheit oft darauf an, sowohl auf die wichtigsten als auch auf weniger auffällige Komponenten und Prozesse zu achten. Verbindungssysteme, die im Aufzugsschacht verwendet werden, können von manchen als in die letztere Kategorie fallend angesehen werden.

Bei Neuinstallationen und Wartungen werden sowohl gebohrte als auch in Beton gegossene Verbindungssysteme verwendet, um Geräte an Schachtbauwerken zu befestigen. Auf der Angebotsseite bieten verschiedene Hersteller von Befestigungselementen eine breite Produktpalette mit unterschiedlichen Leistungs- und Qualitätsniveaus an. Es muss daher sorgfältig darauf geachtet werden, dass Produkte mit angemessener Leistung und Zuverlässigkeit verwendet werden. Dies gilt insbesondere für Situationen, in denen zuverlässige Leistung ein absolutes Muss für die langfristige Sicherheit ist. Einige der wichtigsten dieser Verbindungen werden auch dynamisch belastet. Dazu gehören Anschlüsse für Aufzugsführungsschienen, Trennbalken und Türen.

Dynamisches Laden

Dynamische Lasten oszillieren schnell zwischen höheren und niedrigeren Niveaus. Dies steht im Gegensatz zu statischen Belastungen, bei denen das Belastungsniveau konstant bleibt. Die schnelle zyklische Natur dynamischer Belastungen ist sehr hart für die Materialien und kann im Laufe der Zeit zu Ermüdung und schließlich zum Versagen führen. Ermüdung wird schneller induziert, wenn die zyklische Laständerung und die Anzahl der Zyklen zunimmt.

Über die Lebensdauer eines Aufzugs können Anschlüsse für Führungsschienen, Trennbalken und Türen über Millionen von Zyklen dynamisch belastet werden. Dies bedeutet, dass zur Vermeidung eines vorzeitigen Versagens der Verankerung darauf geachtet werden muss, dass die für diese Komponenten verwendeten Verbindungen für dynamische Belastungen über die zu erwartende Lebensdauer des Aufzugs geeignet sind.

Ankerkanaltypen

Im Allgemeinen wird ein besseres dynamisches Langzeitbelastungsverhalten mit Materialien erreicht, die eine höhere Duktilität bieten. Das heißt, der Herstellungsprozess von Stahlformteilen, wie zum Beispiel der eingegossenen Ankerschienen für Aufzugschachtverbindungen, ist entscheidend für die langfristige dynamische Leistungsfähigkeit der Verbindung. Bei der Kaltumformung von Ankerschienen wird der Materialbereich im Bereich der Profilbiegung kaltverfestigt und spröde. Dies ist normalerweise für statische Belastungsbedingungen in Ordnung, kann jedoch bei dynamischer Belastung eine frühzeitige Materialermüdung fördern.

Beim Warmwalzen entstehen Ankerschienen mit einem viel duktileren Material. Viele der eingebauten Spannungen und begleitenden Sprödigkeitsmerkmale von kaltgewalzten Kanälen sind bei warmgewalzten Alternativen nicht vorhanden. Folglich wird mit warmgewalzten Ankerschienen eine sicherere Langzeit-Dynamik-Lastleistung für kritische Aufzugschachtverbindungen erreicht. Bei der Auswahl von Anschlüssen im Aufzugsschacht geht es also nicht nur um die Überprüfung der statischen Belastbarkeit der Verbindung. Normalerweise müssen die Bemessungsdaten eines Dübelherstellers überprüft werden, um festzustellen, ob die geprüfte Bemessungslebensdauer der Verbindung die erwarteten dynamischen Bedingungen erfüllt.

In den letzten Jahren wurden warmgewalzte Ankerschienen mit gezahnten Lippen entwickelt, um die Bemessungstragfähigkeit von Ankerschienen bei Längsbelastung in Richtung der Schienenöffnung zu verändern. Dies kann besonders für Aufzugskonstrukteure interessant sein, die verstellbare Verbindungen verwenden möchten, die auch hohe seitliche Belastungen auf die Aufzugsschiene aufnehmen. Solche Lastbedingungen sind eine übliche Situation bei der Auslegung für Erdbeben. Unter diesen Bedingungen kann insbesondere die Gegengewichtsschiene sehr hohen Seitenbelastungen ausgesetzt sein. Bei großen seismischen Ereignissen kommt es häufig zu Entgleisungen des Gegengewichts, und die daraus resultierenden Schäden an Schacht, Kabine und Ausrüstung können beträchtlich sein.

Rissiger Beton

Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen in tragenden Betonbauteilen eine Biegung induziert wird, die Mikrorisse im Beton verursacht. Infolgedessen berücksichtigen moderne Designs typischerweise die Möglichkeit von gerissenem Beton. Betonrisse im Bereich des Dübels führen zu einer Schwächung der Verbindung. Das Verhalten von Dübeln in gerissenem Beton hängt maßgeblich von der Verankerungstiefe und der Kopfbemessung ab. Anker mit kleinem Kopfdurchmesser sind in der Regel nicht so leistungsfähig wie Anker mit größeren Köpfen. Die Berücksichtigung von gerissenem Beton sollte in die Bemessungsinformationen des Dübelherstellers aufgenommen werden.

Offensichtlich kann sich der Verankerungszustand verschlechtern, wenn breite Risse im Beton infolge von Biegung durch starke seismische Aktivität entstehen. Ein Ergebnis seismischer Tests zur Verankerung in sicherheitskritischen Bereichen ist die Entwicklung spezieller langer Anker mit großen Kopfbereichen für warmgewalzte, gezahnte Ankerschienen. Diese resultierten aus der Prüfung von Ankerschienen, die direkt über breiten Rissen im Beton positioniert wurden. Nach dem Vorspannen der Ankerschienen wurden zusätzliche zyklische Lasten auf Zug und Scherung aufgebracht, um die Belastung während eines seismischen Ereignisses zu simulieren. Je nach Gebäudeart und Lage müssen Aufzugsbauer auch stark gerissenen Beton bei der Verankerungskonstruktion berücksichtigen.

Verankerung mit anderem Material

Das Spektrum der Verankerungsbedingungen, mit denen Montageteams und Konstrukteure konfrontiert sind, variiert stark. Anschlüsse an konventionelle Betonschächte können erforderlich sein. In anderen Situationen sind Verankerungen an stark bewehrten, hochfesten Betonschächten erforderlich, insbesondere bei hohen oder seismisch ausgelegten Bauwerken. Bei anderen Bauwerken kann die Schachtwand aus Betonmauerwerk (CMUs) oder Ziegel bestehen. In einigen Fällen müssen Aufzugschachtanschlüsse an Baustahl oder einem sekundären Stahlfachwerk befestigt werden.

Verbindungen zu Brick und CMU sind ein häufiges Problem. Obwohl in der gebohrten Verbindungstechnik große Fortschritte gemacht wurden, ist das Material Ziegel oder CMU normalerweise die Schwachstelle in der Verbindung, insbesondere bei dynamischer Belastung. Versuche, die Hohlräume von CMUs mit Beton zu füllen, um die Leistung zu verbessern, führen oft zu unterschiedlichen Ergebnissen. Aufgrund von Material- und Verarbeitungsunterschieden kann die Leistung der Verankerung unvorhersehbar sein, sodass diese Art von Verbindung schwierig zu konstruieren ist.

Bei Vorplanung durch den Statiker des Gebäudes kann bei neuen Schächten eine zuverlässigere Verbindungsmethode eingeführt werden, indem Betonträger an den Stellen der Führungsschienenkonsolen, Trennträger und Türanschlüsse verwendet werden. Die Trägerpositionen sind in der Entwurfsphase relativ einfach festzulegen, da für eine gegebene Aufzugsspezifikation die Verankerungsorte für die meisten anbietenden Aufzugsunternehmen ähnlich sein sollten. Innerhalb der Betonträger werden eingegossene, warmgewalzte Ankerschienen verwendet, um eine zuverlässige, schnelle und einstellbare Verankerung an der Mauer durch das Montageteam des Aufzugs zu gewährleisten.

Warmgewalzte Rinnenprofile können als Teil eines Verbindungssystems zu Bau- oder Sekundärstahl ähnlich nützlich sein. In dieser Anwendung werden Rinnen ohne die zusätzlichen Anker verwendet, die für Verbindungen mit Beton benötigt werden. Die Rohprofile werden einfach mit der Stahlkonstruktion verschweißt und anschließend mit einem nachträglich aufgebrachten Finish vor Korrosion geschützt. Auch diese Methode wird am besten in der Konstruktionsphase vorgeplant und werkseitig geschweißt, um Schweißarbeiten auf der Baustelle zu minimieren.

Die Materialeigenschaften der Rinnen machen warmgewalzte Profile ideal zum Schweißen und ergeben in Kombination mit eindrehbaren T-Bolzen eine zuverlässige und vielseitige Verbindung von Türen und Führungsschienenhaltern. Verbindungen zwischen Trennbalken und Führungsschienenhalterungen sind eine ideale Anwendung für diese Art von Produkt.

Befestigung an Beton

Neben der technischen Leistung, dem Preis und der Benutzerfreundlichkeit ist auch die Sicherheit des Montagepersonals ein Thema bei der Auswahl eines Anschlusssystems. Es gibt drei grundlegende Methoden für die Befestigung auf Beton:

• Bohren von Löchern für entweder Harzdübel oder Spreizdübel
• Schweißen an eingebettete Stahlplatten
• Verschrauben mit in den Beton gegossenen Ankerschienen.

Diese Methoden haben nicht nur unterschiedliche technische und praktische Aspekte, die ihre Anwendung bestimmen, sondern auch begleitende Aspekte der Arbeitssicherheit. Im Aufzugsschacht werden häufig gebohrte Bolzen für Geräte- und Führungsschienenverbindungen verwendet. Sie können im Konzept und wahrgenommenen Komfort täuschend einfach sein. Dieses Verfahren weist jedoch einige Sicherheitsprobleme und praktische Probleme auf. Neben möglichen Schäden an Beton und Tragwerksbewehrung entstehen beim Bohren Lärm und Staub, die laut Forschungen zu Gesundheitsrisiken führen. Die Exposition gegenüber Quarzstaub und hohe Lärmpegel im Zusammenhang mit Bohren sind in der Industrie mittlerweile als Gesundheitsrisiken bekannt, insbesondere in beengten Räumen wie Aufzugsschächten.

Weniger bekannt sind in den USA die Gesundheitsrisiken für Montageteams, die mit einer längeren Exposition gegenüber vibrierenden Handwerkzeugen wie Bohrhammern verbunden sind. Das Hand/Arm-Vibrationssyndrom (HAVS) oder „weißer Finger“ ist eine fortschreitend schwächende Erkrankung, die Langzeitnutzer von Elektrowerkzeugen beeinträchtigen kann. Basierend auf einer zunehmenden Forschungstätigkeit in den letzten Jahren wurde HAVS bereits in Europa gesetzlich festgelegt, um tägliche Grenzwerte für die Exposition von Bauarbeitern gegenüber Vibrationen von Elektrowerkzeugen festzulegen. In den USA gibt es noch keine Gesetzgebung. Die Forschung zu HAVS ist jedoch international anerkannt, und Sicherheitsempfehlungen einiger nordamerikanischer Behörden geben allmählich Orientierungshilfen zu diesem Thema, die im Allgemeinen der europäischen Position folgen.

Auch Schweißarbeiten an Stahlbauteilen oder in die Betonwände des Aufzugsschachts eingebettete Stahlplatten müssen vor Ort sicherheitstechnisch genau überwacht werden. Schweißrauch, sehr hohe Hitze, Funken, intensives ultraviolettes Licht und die Möglichkeit eines Stromschlags sind Gesundheits- und Sicherheitsbedenken. Im Laufe der Zeit sind bei Schweißprozessen Unfälle wahrscheinlich, es sei denn, sie befinden sich in einer kontrollierten Fabrikumgebung.

Im Gegensatz dazu sind einbetonierte Schienenverankerungssysteme für die Montagemannschaften unter Gesundheits- und Sicherheitsgesichtspunkten einfach zu handhaben. Die Verbindungen zu den zuvor in den Beton eingegossenen Kanälen werden mit eingedrehten T-Bolzen mit Muttern hergestellt, die mit einem einfachen Schraubenschlüssel festgezogen werden können. Es werden keine Elektrowerkzeuge benötigt. Es ist kein Bohren oder Schweißen erforderlich, sodass Risiken für die Gesundheit und Sicherheit der Installateure stark reduziert werden.

Derzeit gültige Bemessungsvorschriften für einbetonierte Ankerschienenverbindungen sind der International Building Code® (IBC) von 2012, 2009 und 2006; International Residential Code® (IRC) von 2012, 2009 und 2006: American Concrete Institute International (ACI) 318 Anhang D; und die neu entwickelten ICC-ES-Abnahmekriterien für Ankerschienen in Betonelementen (AC232).

Der erste Produktbewertungsbericht für eingegossene Ankerschienen in Nordamerika wurde 2013 für JORDAHL® Ankerschienen basierend auf AC232 und den IBC-, IRC- und ACI-Codes von der Organisation International Association of Plumbing and Mechanical Officials (IAPMO) (IAPMO Uniform) herausgegeben ES-Bericht #0293). Weitere Produktbewertungskriterien für Ankerschienen werden vom ICC entwickelt und sollen in Kürze abgeschlossen werden.