Wie Betonfertigteile hergestellt und eingebaut werden

Betonfertigteile entstehen im Werk und kommen fertig auf die Baustelle. Diese Verlagerung der Herstellung verändert nicht nur den Bauablauf, sondern auch die Regelwerke, nach denen gearbeitet wird. Wer Fertigteile ausschreibt, bewegt sich in einem eigenen Normenwerk, das mit dem Ortbetonbau nur die Grundlagen teilt.

Was sind Betonfertigteile und wie unterscheiden sie sich von Ortbeton?

Betonfertigteile sind Bauteile aus Beton, Stahlbeton oder Spannbeton, die in einem Werk hergestellt, dort erhärtet und anschließend zur Baustelle transportiert werden. Ortbeton dagegen wird an seiner endgültigen Stelle eingebracht und erhärtet dort in der Schalung.

Der Unterschied wirkt sich auf drei Ebenen aus. Im Werk herrschen gleichbleibende Bedingungen für Temperatur, Nachbehandlung und Verdichtung, wodurch engere Fertigungstoleranzen erreichbar sind als auf der Baustelle. Dafür entstehen Fugen und Verbindungen, die im Ortbetonbau nicht vorkommen. Und der Transport begrenzt Abmessungen und Gewicht, weshalb die Bauteilgeometrie bereits im Entwurf mitgedacht werden muss.

Aus dieser Werksfertigung folgt auch, dass die Qualitätsüberwachung einem anderen System unterliegt als auf der Baustelle.

Welche Normen gelten für Betonfertigteile?

Für Betonfertigteile gilt ein abgestuftes Normenwerk. Die allgemeinen Anforderungen stehen in DIN EN 13369 in der Fassung von 2018-09, die als Dachnorm Begriffe, Nachweise und Konformitätskontrolle für alle Fertigteilarten regelt. Darunter liegen Produktnormen für die einzelnen Bauteile.

Die Produktnormen ordnen sich nach Bauteilart:

Für Balkendecken mit Zwischenbauteilen gilt die fünfteilige Reihe DIN EN 15037, die den Balken selbst und vier Arten von Zwischenbauteilen getrennt behandelt, von Beton über Keramik bis zu Polystyrolhartschaum. Leichtbeton führt mit DIN EN 1520 und DIN 4213 eigene Regeln, Glasfaserbeton mit DIN EN 15191 und DIN EN 15422. Die nationale Anwendung regelt DIN 20000-120 in der Fassung von 2019-10.

Die Fülle der Normen erklärt sich daraus, dass jedes Bauteil eigene Nachweise für Tragfähigkeit, Verankerung und Oberflächen braucht. Für die Ausschreibung bedeutet das: Die Produktnorm des konkreten Bauteils ist zu benennen, nicht nur die Dachnorm.

Welche Bauweise daraus entsteht, hängt davon ab, wie die Teile zusammenwirken.

Welche Bauweisen entstehen aus Betonfertigteilen?

Aus Betonfertigteilen entstehen im Wesentlichen drei Bauweisen: der Elementbau, der Skelettbau und der Schalenbau. Sie unterscheiden sich darin, welches Bauteil die Lasten trägt.

Im Elementbau übernehmen flächige Bauteile die Tragfunktion, also Wandelemente und Deckenplatten. Das führt zu geschlossenen Grundrissen mit klarer Lastabtragung und eignet sich für Wohnbau und für Gebäude mit wiederkehrendem Grundriss. Im Skelettbau tragen Stützen und Balken, die Wände sind Ausfachung. Daraus ergeben sich große Spannweiten und frei einteilbare Flächen, wie sie in Hallen, Parkbauten und Gewerbebauten gebraucht werden.

Der Schalenbau arbeitet mit gekrümmten, dünnwandigen Bauteilen und tritt im Hochbau seltener auf, dafür im Ingenieurbau. Alle drei Bauweisen lassen sich mischen, was in der Praxis der Regelfall ist.

Die Bauweise bestimmt, wie viele unterschiedliche Formen im Werk gebraucht werden, und damit die Wirtschaftlichkeit.

Wann rechnet sich die Fertigteilbauweise für einen Betrieb?

Die Fertigteilbauweise rechnet sich, wenn sich Bauteile wiederholen und der Bauablauf eng getaktet ist. Jede Form im Werk wird mehrfach genutzt, und der Vorteil wächst mit der Stückzahl je Form, nicht mit der Gesamtmenge an Beton.

Hinzu kommen zwei Bedingungen. Die Baustelle muss für Transport und Kran erreichbar sein, weil ein Wandelement nicht umgeschlagen werden kann wie Sackware. Und der Entwurf muss früh feststehen, denn Änderungen an einem Bauteil, das bereits in Fertigung ist, sind teurer als eine Änderung an der Schalung auf der Baustelle.

Gegen die Bauweise spricht hoher Anteil an Einzelstücken, schwierige Zufahrt und ein Entwurf, der sich während der Ausführung noch bewegt. In diesen Fällen bleibt Ortbeton flexibler.

Wo sich die Bauweise rechnet, verschiebt sich die Aufmerksamkeit auf die Schnittstellen zwischen den Teilen.

Worauf kommt es bei Fugen und Verbindungen an?

Bei Fugen und Verbindungen kommt es auf die Übertragung der Kräfte und auf die Dichtheit an. Beides wird im Werk vorbereitet, aber auf der Baustelle hergestellt, und genau dort entstehen die meisten Mängel.

Kräfte werden über Verguss, Bewehrungsanschlüsse oder mechanische Verbindungsmittel übertragen. Die Bemessung dieser Punkte gehört zur Tragwerksplanung und nicht zur Werkstattplanung, auch wenn die Einbauteile im Werk gesetzt werden. Für die Dichtheit sind Fugenausbildung und Fugenbänder maßgeblich, bei Außenbauteilen zusätzlich die Frage, ob die Fuge zweistufig ausgebildet ist.

Hinzu kommt die Maßhaltigkeit. Fertigteile werden mit engeren Toleranzen hergestellt als Ortbeton, der Baugrund und die Gründung folgen diesen Toleranzen aber nicht automatisch. Ausgleichsmöglichkeiten im Auflagerbereich sind deshalb Teil der Planung.

Damit stellt sich die Frage, woran ein Betrieb ein geeignetes Werk erkennt.

Woran erkennt ein Bauherr ein geeignetes Fertigteilwerk?

Erkennbar ist ein geeignetes Fertigteilwerk an drei Punkten: an der Konformitätskontrolle nach DIN EN 13369, an der Fertigungstiefe für die geforderte Bauteilart und an der Transportentfernung.

Die werkseigene Produktionskontrolle und die Fremdüberwachung sind keine Zusatzleistung, sondern Voraussetzung für die Kennzeichnung der Bauteile. Ein Werk, das die geforderte Bauteilart regelmäßig herstellt, hat die Formen, die Einbauteile und die Erfahrung mit den Anschlüssen. Die Entfernung schließlich wirkt doppelt, über die Transportkosten und über die Terminsicherheit, weil Schwertransporte genehmigungspflichtig sind.

Für besondere Oberflächen gilt eine zusätzliche Anforderung. Sichtbeton in Fertigteilen wird nach Beschreibungsmerkmalen vereinbart, die der DIN-Fachbericht CEN/TR 15739 ordnet, und eine Musterfläche vor Fertigungsbeginn ersetzt jede Beschreibung im Leistungsverzeichnis. Das Programm eines Fertigteilwerks reicht dabei typischerweise vom Gründungselement bis zum Wandelement, und welche Positionen davon im Haus gefertigt und welche zugekauft werden, entscheidet über Liefertreue und Preis.

Wann ist eine Vorfertigung im Werk der Baustelle überlegen?

Überlegen ist die Vorfertigung dort, wo gleichbleibende Bedingungen den Ausschlag geben: bei engen Toleranzen, bei anspruchsvollen Oberflächen und bei Bauteilen, die eine kontrollierte Nachbehandlung brauchen. Im Werk sind Temperatur, Verdichtung und Erhärtung steuerbar, auf der Baustelle nicht.

Hinzu kommt der Terminvorteil. Während die Gründung hergestellt wird, läuft im Werk bereits die Produktion, und beide Vorgänge überlagern sich. Dieser Vorteil verschwindet, sobald der Entwurf sich noch ändert, weil die Fertigung dann auf den Planstand wartet.

Die Grenze liegt dort, wo Transport und Montage den Werksvorteil aufzehren. Ab einer bestimmten Bauteilgröße bestimmt nicht mehr die Statik die Abmessung, sondern das Lichtraumprofil der Zufahrt, und wie weit sich Vorfertigung treiben lässt, zeigt der Vergleich mit anderen Gewerken wie dem Metallbau mit vorgefertigten Baugruppen, wo dieselbe Abwägung zwischen Werk und Baustelle geführt wird.