Gründung (Bauwesen)
Die Gründung ist die konstruktive und statische Ausbildung des Übergangs zwischen Bauwerk und Boden. Die wichtigste Aufgabe der Gründung ist es, Lasten aus dem Bauwerk aufzunehmen und an den Untergrund weiterzugeben, ohne dass die daraus resultierende Kompression des Bodens zu Nachteilen für das Bauwerk oder die Umgebung führt. Bei sehr hohen und schlanken Bauten können zusätzlich noch horizontale Kräfte aus Winddruck auftreten.
Die Gründungsfläche entspricht dem Umriss der Bodenplatte bzw. den Außenkanten der Streifenfundamente, gelegentlich wird auch von Gründungsebene gesprochen.
Um die Standsicherheit eines Bauwerks langfristig zu gewährleisten, sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen:
- die Aufnahme von Schnee- und Eigenlast ebenso wie von horizontalen Kräften aus Wind- sowie gegebenenfalls Wasser-, Erddruck und Erschütterungen
- die zulässige Bodenpressung, um auftretende Setzungen auf ein unschädliches Maß zu begrenzen
- die Lastverteilung, um unterschiedliche Setzung verschiedener Gebäudeteile auf gegebenenfalls inhomogenem Untergrund zu vermeiden
- die Vermeidung der mit einem Frost-Tau-Wechsel verbundenen Hebungen und Senkungen oder der Umgang damit
- gegebenenfalls die Sicherung von unter der Erdoberfläche gelegenen Hohlräumen (Kellern) gegen Auftrieb durch Grund-, Sicker- oder Flutwasser
- die Dauerhaftigkeit der verwendeten Baustoffe unter wechselfeuchten Bedingungen
Sofern sich die Gründungsfläche unter der Erdoberfläche befindet, wird eine Baugrube ausgehoben. Ab einer bestimmten Tiefe muss neben der Gründungsfläche Platz für den Arbeitsraum vorgesehen werden. Eine nicht verbaute Baugrube schließt ringsum mit einer Böschung ab, während eine verbaute Baugrube durch eine Spundwand, durch Spritzbeton oder ähnliche Maßnahmen gegen Erdbruch gesichert wird. Der Arbeitsraum wird nach Fertigstellung der Fundamentierung und des Kellers wieder verfüllt.
Die Gründungstiefe ist so zu wählen, dass keine Eigenbewegungen des Baugrunds durch Frosteinwirkungen oder Austrocknung (Schrumpfrisse) der oberen Bodenschichten zu erwarten ist. Die zu berücksichtigende Frosttiefe variiert mit dem örtlichen Klima und wird in Deutschland oft mit 80 cm angenommen.
Das Fundament kann als durchgehende Bodenplatte, Streifenfundament oder als Punktfundament ausgeführt werden. Bei weichem Untergrund kann eine Tiefgründung durch eingerammte oder aus Stahlbeton hergestellte Pfähle erforderlich werden. Die Lastverteilung kann alternativ auch durch Steinpackungen, hölzerne Schwellen, Träger oder notfalls durch einen Bodenaustausch verbessert werden.
Der Begriff Sockel umfasst im Sprachgebrauch sowohl die in der Erde liegenden Teile der Gründung als auch die technisch – oder nur optisch – zur Basis des Bauwerks gehörenden oberirdischen Teile. Im Brückenbau spricht man von Unterbau. Ursprünglich wurde der Begriff Fundament von Philipp von Zesen durch den Ausdruck „Grundstein“ eingedeutscht.
Gründungsverhältnisse
Vor der Ausführung eines Bauwerks werden die Gründungsverhältnisse ermittelt. Bei größeren Bauvorhaben wird ein Bodengutachten erstellt, welches insbesondere das Setzungsverhalten und die Tragfähigkeit des Baugrundes bewertet. Die Erkundung geschieht in der Regel durch Kernbohrungen, Rammversuche und Schürfung.
Gründungsarten
Historische Gründungen
Historische Gründungen unterscheiden sich von modernen Gründungen durch das verwendete Material, die Bauweise und die Auslastung. Als historisch gelten alle Gründungen vor 1920. Sie weisen in der Regel geringe Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit auf.
Holzgründungen
Gründungskonstruktionen aus Holz können aus Schwellen (waagerecht) und Pfählen (senkrecht) bestehen. Von der römischen Antike bis in das frühe 20. Jahrhundert war auf weichem Untergrund eine Schwellenrostgründung üblich, wobei mehrere Schwellen im Wandverlauf nebeneinander gelegt und durch kürzere Querschwellen verbunden werden. Nur an den Gebäudeecken waren die Schwellen kreuzweise übereinander gelegt. Die Zwischenräume verfüllte man mit Kies, Bauschutt oder Lehm, und darüber wurde zunächst unvermörteltes und oberhalb vermörteltes Mauerwerk gesetzt.
Steingründungen
Man unterscheidet zwischen Streifenfundamenten („Banketten“), rechteckigen Punktfundamenten (etwa unter Säulen) und Flächenfundamenten, die bis zur Einführung des Stahlbetons als umgekehrte Gewölbe ausgeführt werden mussten. Steingründungen wurden zur Sohle hin durch Abtreppung des Mauerwerks verbreitert, um die Lastverteilung zu verbessern.
Steingründungen bestanden im unteren Bereich meist aus einer Packlage, indem Lagen aus größeren Steinen in den Zwischenräumen mit Schotter verfüllt wurden. Für die Packlage wurde bevorzugt dichtes Gestein verwendet, um den kapillaren Aufstieg der Bodenfeuchte zu unterbinden. Zusätzlich konnten oberhalb Sperrschichten aus Schieferplatten oder (ab etwa 1800) aus Teerpappe vorgesehen werden.
Heutige Gründungen: Flach- und Tiefgründungen
Unter einer Flachgründung wird im Bauwesen eine Form der Gründung verstanden, bei der die Bauwerkslasten über horizontale Flächen in den Untergrund eingeleitet werden. Es werden dabei folgende Arten unterschieden: Einzelfundamente, Streifenfundamente, Bodenplatten und Wannen (als Variante der Bodenplatte). Als Baustoffe kommen dabei hauptsächlich Beton, Faserbeton und Stahlbeton zur Anwendung.
Tiefgründungen bestehen demgegenüber aus senkrechten Bauteilen, welche die Bauwerkslasten weitgehend über Reibung an den Untergrund übertragen: Pfähle, Brunnen und Senkkästen, Schlitzwände, Fräswände, Hochdruckbodenvermörtelung. Als Baustoffe werden Holz, Beton, Stahl, Faserbeton, Stahlbeton und Mörtel verwendet.
Art und Ausführung von Fundamenten
- Punkt- oder Einzelfundamente werden in der Regel für einzelne Stützen oder isolierte Bauteile wie Schornsteine und ähnliches errichtet.
- Streifenfundamente sind in Deutschland am meisten verbreitet. Sie übernehmen die Lasten der auf ihnen errichteten tragenden Wände, während nichttragende Innenwände in der Regel direkt auf der Bodenplatte errichtet werden. Ihre Breite beträgt oft das Doppelte der auf ihnen stehenden Wände; die genauen Maße und ggf. Bewehrung ergeben sich aus der Tragfähigkeit des Baugrundes. Die Fundamente werden oft in der Beton-Festigkeitsklasse C20/25 oder C25/30 ausgeführt.
- Plattenfundamente oder Sohlplatten werden eingesetzt, wenn Einzel- oder Streifenfundamente wegen hoher Baulasten nicht wirtschaftlich sind. Es kann auch bei geringen Lasten wirtschaftlicher sein, eine Sohlplatte einzusetzen, da der Arbeitsaufwand unter Umständen geringer ist. Man führt dann die gesamte Bodenplatte als Gründungsplatte aus. Eine Gründungsplatte ist stets an der Ober- und Unterseite bewehrt. Seitlich steht sie oft über die Außenkante der (Keller-)Wände vor. Vor dem Betonieren der Gründungsplatte wird auf dem Boden der Baugrube eine dünne Sauberkeitsschicht aus Magerbeton und/oder eine feste PE-Folie eingebracht, damit die Bewehrung sich beim Betonieren nicht verschieben kann und der Beton sich nicht mit dem Baugrund vermischt. In letzter Zeit werden vor allem im Wohnhausbau vermehrt Gründungsplatten aus Stahlfaserbeton hergestellt. Der Vorteil ist die wesentlich einfachere Herstellung, dazu kommt der preisliche Vorteil gegenüber konventionellen Stahlbetonplatten.
- Kellerwannen sind erforderlich, wenn drückendes Wasser ansteht, d. h. bei einem möglichen Anstieg des Wasserstandes über die Fundamentsohle, z. B. in der Nähe von Gewässern oder bei sehr hohem Grundwasserpegel oder Schichtenwasser. Je nach Ausführung unterscheidet man zwischen weißen Wannen und schwarzen Wannen. Weiße Wannen werden aus wasserundurchlässigem Beton (WU-Beton) hergestellt. Bei schwarzen Wannen wird eine konventionelle Gründung von außen mittels Bitumen oder Bitumenbahnen abgedichtet. Bei Kellerwannen muss das aufgehende Gebäude in allen Bauzuständen ein ausreichendes Gewicht haben, damit die Wanne nicht aufschwimmt, oder es muss für eine rechtzeitige Flutung gesorgt werden. Das Fluten kann aber nur als Maßnahme im Notfall angesehen werden. Im Normalfall senkt man das Grundwasser soweit ab, dass in jedem Bauzustand eine ausreichende Auftriebssicherheit vorhanden ist. Ein prominentes Beispiel für einen Bauschaden, der auf Missachtung dieser Regel beruht, ist der Bonner Schürmann-Bau.
- Körperhafte Fundamente: Die Lastverteilung bei dieser Fundamentart erfolgt durch Druck.
- Biegesteife Fundamente: Die Lastverteilung bei dieser Fundamentart erfolgt durch Druck und Zug im Inneren des Fundamentes.
Tragverhalten von Gründungsplatten
Bauwerkslasten abtragende Bodenplatten werden im Regelfall in Stahlbeton hergestellt. Ohne den Einsatz von Betonstahl weisen Einzelfundamente einen Lastausbreitungswinkel von etwa 45 Grad auf. Um hohe Lasten in den Baugrund einzutragen, sind somit entsprechend große Fundamenthöhen notwendig, um die Grenzspannung des Bodens nicht zu überschreiten. Im Unterschied zu unbewehrten Fundamenten können bewehrte Bodenplatten auf Biegung beansprucht werden. Dadurch können Auflasten mit relativ dünnen Bauteildicken über große Flächen verteilt und somit die Spannungen auf den Boden reduziert werden. Die Bodenplatte wirkt dabei wie eine umgekehrte Decke, und die statische Bewehrung wird im Feld auf der Oberseite angeordnet und unter den Lastangriffspunkten an der Unterseite. Moderne Industriebauten weisen wegen ihrer überwiegend aus Stützen bestehenden Tragstruktur hohe Einzellasten auf. Die Bewehrung unter den Stützen in der Bodenplatte ist deshalb oft sehr dicht, und häufig wird Bewehrungsstahl in mehreren Lagen mit Durchmessern bis zu 30 mm eingesetzt. Überschreiten die Quer- und Durchstanzkräfte in Auflagernähe den Plattentragwiderstand, muss entweder eine entsprechende Bewehrung, meist vertikale Bügel, angeordnet oder die Plattendicke lokal erhöht werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dabei überwiegend letzteres Mittel gewählt.
Eine wesentliche Vereinfachung des Gesamtsystems entsteht mit der Verwendung von Stahlfaserbeton, der auch die Lasten von Wänden und Säulen aufnehmen kann. Auch wasserdichte Anschlüsse sind mit dieser Bauart durchführbar, sofern keine unzulässig breiten Risse auftreten.
Weitere Details
Unter der Bodenplatte wird in der Regel noch der Frostkoffer, eine kapillarbrechende Schicht, eingebaut. Von unten aufsteigende Feuchtigkeit kann somit nicht bis zur Bodenplatte vordringen. Hier ist jedoch der Dampfdruck zu beachten, der durch diese Schichten bis zur Unterkante der Bodenplatte als Lastfall ansteht und somit auch eine Bodenplatte durchfeuchtet. Dieser Lastfall wird zum Problem, wenn Kellerräume zu Wohnzwecken genutzt werden. Entsprechende Planungsanforderung an die Qualität der Bodenplatte und deren weiteren Fussbodenaufbauten sind zu beachten.
In die Bodenplatte werden außerdem Fundamenterder eingebracht, die für die gesamte Elektroinstallation als Potentialausgleich dienen.
Thermo-Bodenplatten
Man kann unter die Fundamentplatte dauerhaft druckfeste Dämmstoffplatten oder eine Schaumglasschotterlage verlegen. Diese Dämmstoffe müssen jeweils entsprechend druckfest und eventuell dauerhaft den Lastfall drückendes und nichtdrückendes Grundwasser für die gesamte Lebensdauer des Gebäudes überstehen. Um Wärmebrücken bei Fundamenten auszuschließen, muss diese Schicht bis über die Außenkanten der Bodenplatten geführt werden. Nach dem Einbau wird die Glasschotterschicht mit Rüttelplatten vorsichtig komprimiert. Wärmebrücken entstehen dann keine, wenn die Vorderkante der Sohle bis zur Glasschotterschicht gedämmt wird. Ungedämmte Fundamente, auf denen die nur zwischen den Fundamenten gedämmte Bodenplatte aufliegt, stellen eine vermeidbare Wärmebrücke dar, die aufgrund der Gesamtlänge einen erheblichen Umfang einnimmt. Auch wenn diese aufgrund der Möglichkeit zur bilanzierten Betrachtung des Wärmeschutznachweises rechnerisch zur Einhaltung der EnEV führen können, stellen sie doch einen Verstoß gegen den Grundsatz zur Vermeidung von Wärmebrücken dar. In jedem Fall muss hier die Taupunktberechnung erfolgen, damit die Oberflächentemperatur nicht zu Tauwasser innerhalb des Fußpunktes der Außenwände auf der Bodenplatte führt.
Derzeit (2011) werden zur Lastabtragung 20–40 cm dicke Stahlbetonplatten geplant. Die exakte Dicke muss der Tragwerksplaner in Zusammenarbeit mit einem Geologen berechnen. Wenn eine Gründungsplatte hergestellt wird, kann man auf einen Estrich im Keller verzichten, hat dann allerdings keine Möglichkeit, den Einbau einer Dampfbremse als obere Abdichtung vorzusehen. Solche Lösungen können daher nicht für Wohnräume als geeignet angesehen werden, insbesondere wenn dort weitere Bodenaufbauten wie zum Beispiel Parkettböden direkt auf dem Betonboden aufgebracht werden würden.
Estriche benötigen rund sechs Wochen zur Trocknung. Zement-Estrich und Stahlbetonplatten erreichen die vorgesehene Festigkeit nach 28 Tagen. Fußbodenheizungen lassen sich auch als Betonkerntemperierung ausführen, wenn auf die Möglichkeit einer schnellen Anpassung der Temperatur verzichtet werden kann. Zur rissfreien Ausführung sind gegebenenfalls zusätzliche Dehnungsfugen nötig. Wird die Bodenplatte zur Temperierung des Gebäudes genutzt, muss die umlaufende Wärmedämmung besonders sorgfältig ausgeführt werden.[1]
Wird die Bodenplatte direkt mit einer Fußbodenheizung ausgestattet (Schwedenplatte) ist der Schallschutz zwischen Räumen nicht mehr gewährleistet, da die Reduktion des Flankenschalls über den Boden nicht mehr gewährleistet ist. Dieses ist nur für den privaten Eigengebrauch zulässig. Für Verkauf oder Vermietung stellt es einen nicht unwesentlichen Mangel dar.
Die senkrechten Außenflächen von Bodenplatten oder die von Kellern („Keller-Außenwände“) werden heute gemäß Energieeinsparverordnung mit einer Perimeterdämmung gedämmt.
Siehe auch
- Gründung von Offshore-Windenergieanlagen
- Stereobat und Krepis – Gründung und Basis eines antiken, griechischen Tempels