Tagungsband

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Tagungsband

2. Grazer Holzbau-Sonderfachtagung
2. GraHSoFTʼ11
Tagungsband
Historisch wertvolle Dachwerke in
UNESCO-Weltkulturerbe-Zonen
Institut für Holzbau und Holztechnologie
Stadt Graz | Stadtbaudirektion
holz.bau forschungs gmbh
Zukunftsfonds Steiermark
Landesinnung Holzbau Steiermark
Graz, am 20. Mai 2011
Tagungsleitung
Gerhard Schickhofer, Andreas Meisel
Moderation
Gerhard Schickhofer
Veranstaltungsort
Technische Universität Graz
Inffeldgasse 18, Hörsaal i1
8010 Graz
Tagungsband
Gregor Silly
Lektor: G. Schickhofer
Auflage: 80 Stück
Herausgeber
holz.bau forschungs gmbh
Inffeldgasse 24, A-8010 Graz
Tel. +43 316 873 - 4601
Fax. +43 316 873 - 4619
www.holzbauforschung.at
Institut für Holzbau und Holztechnologie
Inffeldgasse 24, A-8010 Graz
Tel. +43 316 873 - 4601
Fax. +43 316 873 - 4619
www.lignum.at
Titelbild: Blick vom Turm der Franziskanerkirche in Graz (Quelle: TU Graz)
Verlag der Technischen Universität Graz
www.ub.tugraz.at/Verlag
ISBN: 978-3-85125-155-5
Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese
Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet
über http://dnb.ddb.de abrufbar.
© 2011, Verlag der TU Graz
Alle Rechte, insbesondere das Recht der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Mit
Genehmigung des Herausgebers ist es gestattet, diesen Tagungsband ganz oder teilweise auf
fotomechanischem oder elektronischem Wege zu vervielfältigen.
Für den Inhalt der Einzelbeiträge sind ausschließlich die Verfasser verantwortlich, der Herausgeber
behält sich geringfügige Änderungen der Formatierung vor.
Graz, am 20. Mai 2011
... Veränderungen der alten Bauweise sind nur dann erlaubt,
wenn sie eine Verbesserung bedeuten,
sonst aber bleibe beim Alten.
Denn die Wahrheit, und sei sie hunderte von Jahren alt,
hat mit uns mehr Zusammenhang als die Lüge,
die neben uns schreitet.
Adolf Loos (1870-1933)
Motivation
Im Dezember 1999 wurde das städtebauliche Ensemble „Historische Altstadt Graz“ mit ihrer
einzigartigen Dachlandschaft von der UNESCO zum Weltkulturerbe (WKE) erhoben. Diese
Auszeichnung ist mit einer großen Verantwortung im Umgang mit dieser historisch wertvollen
Bausubstanz verbunden. Wesentlich hierfür ist einerseits die Kenntnis über die Schutzwürdigkeit und
die damit verbundenen Werte, andererseits die Kenntnis des Zustandes der Dachdeckung und des
Dachtragwerks. Instandhaltungsmaßnahmen (Inspektion, Wartung, Instandsetzung, Verbesserung
gemäß DIN 31051:2003), welche in angemessenen Intervallen durchzuführen sind, kommen
besonderer Bedeutung zu. Für effiziente und zielgerichtete Inspektionen müssen den Ausführenden die
typischen Schwachpunkte und Schadensbilder historischer Dachstühle bekannt sein. Instandsetzungen
als auch Tragwerksveränderungen erfordern viel Erfahrung und Wissen über die geschichtliche
Entwicklung und Tragwirkung historischer Dachstühle.
Das Institut für Holzbau und Holztechnologie liefert unter anderem im Forschungsprojekt
D(N)achhaltigkeit Graz einen wesentlichen Beitrag für die Erhaltung der, die Grazer Dachlandschaft
tragenden, historischen Dachkonstruktionen. So wurden bisher 35 Erfassungen, davon 10 detaillierte
Bestands- und Schadenserfassungen, von historischen Dachtragwerken durchgeführt. Aufbauend auf
den Erkenntnissen aus den Erfassungen werden in weiterer Folge Wartungs- und Inspektionspläne
erarbeitet. Die zweckdienliche Bauzustandserfassung mit Schwerpunkt auf die Modellbildung ist ein
weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojektes. Musterdetaillösungen für die Instandsetzung von
geschädigten Tragwerken bzw. Tragwerksgliedern werden in Zusammenarbeit mit Zimmermeistern
erarbeitet. Alle Ergebnisse dieser Arbeiten werden zum Zeitpunkt der Tagung vorliegen und
präsentiert.
Die 2. Grazer Holzbau-Sonderfachtagung versucht einen großen Bogen zu spannen, beginnend von
Fragestellungen betreffend der Aufgaben und Wertmaßstäbe im Denkmalschutz, über die
Bauforschung, zahlreichen Bestands- und Schadensanalysen historischer Dachwerke bis hin zur
Ausführung von Instandsetzungskonzepten in Österreich und Deutschland. Zudem werden
zimmermanns- und ingenieurmäßige Musterdetaillösungen für die Instandsetzung historischer
Dachwerke erläutert und auf deren Bemessung eingegangen.
Inhalt des Tagungsbandes
A
UNESCO | ICOMOS | Weltkulturerbe Stadt Graz | Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘
G. Schickhofer
B
UNESCO Weltkulturerbe Graz – Managementplan 2007
B. Werle
C
UNESCO WKE Puebla – Bestandserfassung und
-analyse mit besonderem Augenmerk auf historische Holzkonstruktionen
D. Bühler
D
UNESCO-WKE Bamberg – Bauforschung an historischen Dachwerken
M. Schuller
E
Historische Dachwerke – Entwicklungsgeschichte, Typologie und Tragwirkung
J. Zehetgruber
F
Erste, semi-visuelle Zuverlässigkeitsbeurteilung historischer Dachtragwerke aus
Holz
A. Meisel
G
Bestandserfassung und Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE
Graz
G. Silly
H
Alterung und (Rest)Tragfähigkeit von Bauholz
G. Schickhofer, R. Brandner
I
Sind historische Dachwerke berechenbar?
R. Görlacher
J
Modellbildung historischer Dachtragwerke
H. Koch, W. Seim
K
Musterdetails und Instandsetzungsbeispiele
A. Meisel
L
Instandsetzung der Johanniskirche in Göttingen
J. Götz
A UNESCO | ICOMOS | Weltkulturerbe Stadt Graz |
Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘
G. Schickhofer
Univ.-Prof. DI Dr. techn. Gerhard Schickhofer
1990
Diplom | TU Graz
1994
Doktorat | TU Graz
1999
Habilitation | TU Graz | venia docendi 'Holzbau und
Holztechnologie'
2002
Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter der holz.bau
forschungs gmbh | Kompetenzzentrum für Holzbau und
Holztechnologie
2004
Professor für Holzbau und Holztechnologie | TU Graz
2008
stellvertr. Dekan der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften
Mitgliedschaften und Mitwirkungen in Gremien
seit 2010 bei ICOMOS
A-1
1 Allgemeines
1
Allgemeines
Das wesentliche Ziel der UNESCO – United Nations Educational, Scientific and Cultural Organisation – Sitz in Paris – liegt in der Förderung der internationalen Zusammenarbeit in den Bereichen
Bildung, Wissenschaft, Kultur und Kommunikation|Information zur Wahrung des Friedens und der
Sicherheit. Die Satzung der UNESCO wurde am 16. November 1945 angenommen und am 4.
November 1946 von 20 Ländern ratifiziert. Österreich trat der UNESCO am 13. August 1948 bei. Die
Arbeitsschwerpunkte der UNESCO und demzufolge auch ihrer Länderorganisationen – z. B.
Österreichs UNESCO-Kommission (ÖUK) – liegen gemäß der Statuten in den vier Arbeitsschwerpunkten Bildung, Wissenschaft, Kultur und Kommunikation|Information.
2
Kultur-Programm der UNESCO
Das Kultur-Programm der UNESCO beinhaltet folgende Themenfelder:
•
•
•
•
Schutz und Förderung der kulturellen Vielfalt
Erhaltung des materiellen Welterbes
Welterbe-Konvention zum Schutz des Kultur- und Naturerbes der Welt
Haager-Konvention zum Schutz von Kulturgut
Schutz des immateriellen Kulturgutes
Praktiken, Darstellungen, Ausdrucksformen
Wissen und Fertigkeiten, Traditionelle Handwerkstechniken
Förderung des interkulturellen Dialogs
Für die Erhaltung des materiellen Welterbes ist die Welterbe-Konvention vom 16. November 1972 von
besonderer Bedeutung. Diese ist in 8 Kapiteln (I bis VIII) mit 38 Artikeln gegliedert und befasst sich
von den Begriffsbestimmungen des Kultur- und Naturerbes bis hin zu den Schlussbestimmungen. Die
Welterbe-Konvention sieht unter III/Artikel 8 die Etablierung eines Welterbe-Komitees vor. Diesem
gehören Vertreter aus 21 Mitgliedsstaaten, vier international tätigen Fachgremien (beratende Funktion)
sowie bei Bedarf weitere Vertreter anderer nichtstaatlicher Organisationen an. In diesem Artikel 8 wird
der ‚Internationale Rat für Denkmalpflege (ICOMOS)‘ als eines der vier Fachgremien erwähnt. Zudem
wird in Artikel 13 (7) sowie in Artikel 14 (2) auf die Inanspruchnahme der Dienste sowie auf die
Zusammenarbeit mit ICOMOS hingewiesen. Erwähnenswert ist der Schutz des immateriellen
Kulturgutes. Demzufolge ist auch darauf zu achten, dass traditionelle Handwerkstechniken,
diesbezügliches Wissen und Fertigkeiten die erforderliche Wertschätzung erfahren, damit im
Besonderen die in historischen Dachkonstruktionen vorzufindende Zimmermannskunst nicht in
Vergessenheit gerät.
A-2
Kapitel A: UNESCO | ICOMOS | Weltkulturerbe Stadt Graz | Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘
3
Fachgremium ICOMOS
(Quelle: www.icomos.at | www.international.icomos.org)
Der Internationale Rat für Denkmalpflege (ICOMOS | International Council on Monuments and Sites)
wurde 1965 in Warschau gegründet, ein Jahr nach der Unterzeichnung der 16 Artikeln umfassenden
Charta von Venedig, der Internationalen Charta über die Konservierung und Restaurierung von
Denkmälern und Ensembles. ICOMOS ist die internationale nichtstaatliche Organisation, die sich
weltweit für den Schutz und Pflege von Denkmälern und Denkmalbereichen und die Bewahrung des
historischen Kulturerbes einsetzt. ICOMOS beteiligt sich als Berater und Gutachter an der Arbeit des
Welterbe-Komitees und an der Erfüllung der UNESCO-Konventionen zum Weltkulturerbe (siehe
oben). ICOMOS hat außerdem mehr als 25 Internationale Wissenschaftliche Komitees (International
Scientific Committees). Diese setzen sich mit speziellen Problemkreisen von Forschung,
Denkmalschutz und Denkmalpflege auseinander. Eines dieser Komitees – das ICOMOS International
Scientific Wood Committee (IIWC | www.icomos.org/iiwc) – befasst sich speziell mit dem Thema der
Bestandserhaltung von Bauwerken und Konstruktionen in Holzbauweise. Von diesem Fachgremium
wurden im Jahre 1999 Prinzipien für die Erhaltung von historischen Konstruktionen veröffentlicht,
welche im Folgenden ungekürzt dargelegt sind:
PRINCIPLES FOR THE PRESERVATION OF HISTORIC
TIMBER STRUCTURES (1999)
Adopted by ICOMOS at the 12th General Assembly in Mexico, October 1999.
The aim of this document is to define basic and universally applicable principles and
practices for the protection and preservation of historic timber structures with due respect
to their cultural significance. Historic timber structures refer here to all types of buildings or
constructions wholly or partially in timber that have cultural significance or that are parts of
a historic area.
For the purpose of the preservation of such structures, the Principles:
A-3
x
recognise the importance of timber structures from all periods as part of the cultural
heritage of the world;
x
take into account the great diversity of historic timber structures;
x
take into account the various species and qualities of wood used to build them;
x
recognise the vulnerability of structures wholly or partially in timber due to material
decay and degradation in varying environmental and climatic conditions, caused by
humidity fluctuations, light, fungal and insect attacks, wear and tear, fire and other
disasters;
x
recognise the increasing scarcity of historic timber structures due to vulnerability,
misuse and the loss of skills and knowledge of traditional design and construction
technology;
x
take into account the great variety of actions and treatments required for the
preservation and conservation of these heritage resources;
x
note the Venice Charter, the Burra Charter and related UNESCO and ICOMOS
doctrine, and seek to apply these general principles to the protection and
preservation of historic timber structures;
3 Fachgremium ICOMOS (Quelle: www.icomos.at | www.international.icomos.org)
And make the following recommendations:
INSPECTION, RECORDING AND DOCUMENTATION
1. The condition of the structure and its components should be carefully recorded
before any intervention, as well as all materials used in treatments, in accordance with
Article 16 of the Venice Charter and the ICOMOS Principles for the Recording of Monuments,
Groups of Buildings and Sites. All pertinent documentation, including characteristic samples
of redundant materials or members removed from the structure, and information about
relevant traditional skills and technologies, should be collected, catalogued, securely stored
and made accessible as appropriate. The documentation should also include the specific
reasons given for choice of materials and methods in the preservation work.
2. A thorough and accurate diagnosis of the condition and the causes of decay and
structural failure of the timber structure should precede any intervention. The diagnosis
should be based on documentary evidence, physical inspection and analysis, and, if
necessary, measurements of physical conditions and non-destructive testing methods. This
should not prevent necessary minor interventions and emergency measures.
MONITORING AND MAINTENANCE
3. A coherent strategy of regular monitoring and maintenance is crucial for the
protection of historic timber structures and their cultural significance.
INTERVENTIONS
4. The primary aim of preservation and conservation is to maintain the historical
authenticity and integrity of the cultural heritage. Each intervention should therefore be
based on proper studies and assessments. Problems should be solved according to relevant
conditions and needs with due respect for the aesthetic and historical values, and the
physical integrity of the historic structure or site.
5. Any proposed intervention should for preference:
a) follow traditional means;
b) be reversible, if technically possible; or
c) at least not prejudice or impede future preservation work whenever this may
become necessary; and
d) not hinder the possibility of later access to evidence incorporated in the
structure.
6. The minimum intervention in the fabric of a historic timber structure is an ideal. In
certain circumstances, minimum intervention can mean that their preservation and
conservation may require the complete or partial dismantling and subsequent reassembly in
order to allow for the repair of timber structures.
7. In the case of interventions, the historic structure should be considered as a whole;
all material, including structural members, in-fill panels, weather-boarding, roofs, floors,
doors and windows, etc., should be given equal attention. In principle, as much as possible
of the existing material should be retained. The protection should also include surface
finishes such as plaster, paint, coating, wall-paper, etc. If it is necessary to renew or replace
surface finishes, the original materials, techniques and textures should be duplicated as far
as possible.
8. The aim of restoration is to conserve the historic structure and its loadbearing
function and to reveal its cultural values by improving the legibility of its historical integrity,
its earlier state and design within the limits of existing historic material evidence, as
indicated in articles 9 - 13 of the Venice Charter. Removed members and other components
of the historic structure should be catalogued, and characteristic samples kept in permanent
storage as part of the documentation.
A-4
REPAIR AND REPLACEMENT
9. In the repair of a historic structure, replacement timber can be used with due
respect to relevant historical and aesthetical values, and where it is an appropriate response
to the need to replace decayed or damaged members or their parts, or to the requirements
of restoration.
New members or parts of members should be made of the same species of wood with the
same, or, if appropriate, with better, grading as in the members being replaced. Where
possible, this should also include similar natural characteristics. The moisture content and
other physical characteristics of the replacement timber should be compatible with the
existing structure.
Craftsmanship and construction technology, including the use of dressing tools or
machinery, should, where possible, correspond with those used originally. Nails and other
secondary materials should, where appropriate, duplicate the originals.
If a part of a member is replaced, traditional woodwork joints should, if appropriate and
compatible with structural requirements, be used to splice the new and the existing part.
10. It should be accepted that new members or parts of members will be
distinguishable from the existing ones. To copy the natural decay or deformation of the
replaced members or parts is not desirable. Appropriate traditional or well-tested modern
methods may be used to match the colouring of the old and the new with due regard that
this will not harm or degrade the surface of the wooden member.
11. New members or parts of members should be discretely marked, by carving, by
marks burnt into the wood or by other methods, so that they can be identified later.
HISTORIC FOREST RESERVES
12. The establishment and protection of forest or woodland reserves where appropriate
timber can be obtained for the preservation and repair of historic timber structures should
be encouraged.
Institutions responsible for the preservation and conservation of historic structures and sites
should establish or encourage the establishment of stores of timber appropriate for such
work.
CONTEMPORARY MATERIALS AND TECHNOLOGIES
13. Contemporary materials, such as epoxy resins, and techniques, such as structural
steel reinforcement, should be chosen and used with the greatest caution, and only in cases
where the durability and structural behaviour of the materials and construction techniques
have been satisfactorily proven over a sufficiently long period of time. Utilities, such as
heating, and fire detection and prevention systems, should be installed with due recognition
of the historic and aesthetic significance of the structure or site.
14. The use of chemical preservatives should be carefully controlled and monitored,
and should be used only where there is an assured benefit, where public and environmental
safety will not be affected and where the likelihood of success over the long term is
significant.
EDUCATION AND TRAINING
15. Regeneration of values related to the cultural significance of historic timber
structures through educational programmes is an essential requisite of a sustainable
preservation and development policy. The establishment and further development of
training programmes on the protection, preservation and conservation of historic timber
structures are encouraged. Such training should be based on a comprehensive strategy
integrated within the needs of sustainable production and consumption, and include
programmes at the local, national, regional and international levels. The programmes
should address all relevant professions and trades involved in such work, and, in particular,
architects, conservators, engineers, craftspersons and site managers.
Für die deutsche Übersetzung siehe http://www.icomos.org/iiwc/principles/principlesgerman.pdf
A-5
4 Weltkulturerbe ‚Stadt Graz – Historisches Zentrum‘ – Zustandsbild
4
Weltkulturerbe ‚Stadt Graz – Historisches Zentrum‘ – Zustandsbild
Blickt man vom Schlossberg auf die Dachlandschaft der Grazer Altstadt (Zone I nach dem
Altstadterhaltungsgesetz), so zeigt sich ein (noch) weitgehend eindrückliches und schützenswertes
Ensemble. Es gilt jedoch zu bedenken, dass die heute gegebene ‚lebendige' Dachflächenansicht in
dieser Form nur in Verbindung mit der darunter befindlichen ebenfalls historisch wertvollen
Dachtragstruktur wirken kann.
Abb. 4.1:
Blick vom Schlossberg auf die Dachlandschaft der Grazer Altstadt.
Auf den ersten Blick scheint alles in Ordnung zu sein, der Bestand dem Welterbe entsprechend. Bei
genauerem Hinsehen erkennt man jedoch neue Dachlösungen, welche eher als Fremdkörper im
Altstadt-Ensemble wirken. Beispiele dafür sind Bauwerke in der Sackstraße und in der Sporgasse.
Abb. 4.2:
Vollständiger Ersatz der historischen Dachkonstruktion zwecks Dachraumnutzung an Bauwerken in
der Sackstraße am Fuße des Schlossbergs (links: Aufnahme von 10|2010; rechts: Aufnahme von
03|2011).
A-6
Abb. 4.3:
Vollständiger Ersatz der historischen Dachkonstruktion zwecks Dachraumnutzung an einem Bauwerk in der Sporgasse am Fuße des Schlossbergs (links: Vergleich ‚alt' | ‚neu'; rechts: Blick vom
Schlossberg auf die neue Dachfläche inkl. moderner Lichteinlassöffnungen).
Angesichts dieser Ersatzlösungen auf Grund exzessiver Dachraumnutzung in der Kernzone der
‚Historischen Altstadt Graz‘ muss zur Kenntnis genommen werden, dass damit historisch wertvolle
Substanz verloren geht.
5
Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘ – Überblick
(Quelle: Forschungsantrag Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘)
5.1
Projektbeschreibung (Auszug aus dem Forschungsantrag)
5.1.1 Zusammenfassung
Aufgrund der exponierten Lage des Daches sind seine Bestandteile – auch das Tragwerk – hohen
Beanspruchungen und Beanspruchungswechseln ausgesetzt. Dachstühle aus Holz erfordern aufgrund
der Empfindlichkeit des Materials auf dauerhafte Durchfeuchtung laufende Bauwerksunterhaltung
(wie in EC 0 1.3 gefordert) um die Jahrhunderte schadfrei überdauern zu können.
Die UNESCO-geschützte Dachlandschaft der Altstadt von Graz ist nicht nur von hohem ideellhistorischen Wert, sondern auch ein Garant für den florierenden Städtetourismus. Aus diesem Grund
wird die Erhaltung der historischen Dächer im Grazer Altstadterhaltungsgesetz 2008 und seinen
Ergänzungen angedacht. Die Umsetzung des Projekts „D(N)achhaltigkeit Graz“ ist aber auch
deswegen von enormer Bedeutung, weil durch regelmäßige Inspektion, Wartung und Instandsetzung
schwerwiegende Schäden im Bereich der historischen Bausubstanz vermieden und dadurch enorme
finanzielle Mittel eingespart werden können. Hinzu kommt die Verantwortung der
Liegenschaftseigentümer gemäß ABGB, für die Sicherheit ihrer baulichen Anlagen zu sorgen.
Unglücksfälle wie jene von Bad Reichenhall sollten nicht erst der Anlass für Bauwerksinspektionen
sein.
Im Rahmen des Projekts werden, aufbauend auf den Erkenntnissen der Begehung und ersten Erfassung
einer repräsentativen Anzahl von Dachräumen, Konzepte für die Erfassung des Bestandes und
Bauzustandes historischer Dachstühle erstellt. Es werden allgemein gültige Inspektions- und
Wartungspläne für diese Tragwerke ausgearbeitet mit deren Hilfe es möglich ist Schwachstellen,
A-7
5 Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘ – Überblick (Quelle: Forschungsantrag Projekt ‚D(N)achhaltigkeit‘)
Mängel und Schäden frühzeitig zu erkennen und ökonomisch wie ökologisch aufwendige
Instandsetzungsmaßnahmen zu vermeiden. Für das Inspektionspersonal werden Schulungsunterlagen
zur Verfügung gestellt. Für den wahrscheinlichen Fall, dass in zahlreichen Objekten bereits Schäden
vorliegen, werden allgemein gültige Sanierungskonzepte und Ausführungsdetails vorgeschlagen.
Die im Rahmen des Projekts „D(N)achhaltigkeit Graz“ erstellten Dokumentationen und Konzepte
stellen die wesentliche Grundlage für zahlreiche übergeordnete und weiterführende Zielsetzungen dar.
Hier ist insbesondere die Untersuchung des Potentials der Wohnraumschaffung in den bestehenden
Dachräumen, aber auch der effiziente Umgang mit Energie zu nennen. Historische Objekte zeichnen
sich häufig durch einen hohen Heizwärmebedarf aus, welcher häufig aufgrund von Kriterien des
Denkmalschutzes nur durch die thermische Optimierung der obersten Geschoßdecke verbessert werden
kann. Weiters könnten einzelne Dachflächen für die Nutzung von Solarenergie, konkret vorallem
Solarthermie genutzt werden. Weiters verbessern saubere, regelmäßig gewartete Dachräume auch die
hygienischen Randbedingungen einer Stadt.
Zusammenfassend soll mit dem Projekt „D(N)achhaltigkeit Graz“ Bewußtsein für die Notwendigkeit
der Durchführung von Bauwerksunterhaltungsmaßnahmen geschaffen werden und den Ausführenden
alle hierzu erforderlichen Werkzeuge in die Hand gegeben werden, um das einzigartige kulturelle Erbe
von Graz nachhaltig zu erhalten.
5.1.2 Beschreiben Sie die Inhalte und Ziele des Vorhabens
Arbeitsschritte
Erkenntnisse im Hinblick auf:
(Zukunft)
Wissenstransfer
Stufe 6
(Wiederherstellung)
Stufe 5
Zusammenstellung von Instandsetzungskonzepten
(Dokumentation)
Stufe 4
Anforderungskatalog Bauzustandserfassung
(Erhaltungskonzepte)
Stufe 3
Inspektions- und Wartungspläne
(Status quo – praktisch)
Stufe 2
Begehung der Objekte
(Status quo – theoretisch)
Stufe 1
Abb. 5.1:
- die
Nutzung
einzelner
Dachräume als hochwertigen Wohnraum (Entscheidungsgrundlage, Erhebung
des Potentials)
Literaturrecherche
- die Möglichkeiten, einzelne
Dachflächen solarthermisch
zu nutzen
- die thermische Qualität der
bestehenden Objekte durch
Dämmung der obersten Geschoßdecke deutlich zu verbessern
Geplante Inhalte und Vorgehensweise.
Stufe 1: Literaturrecherche
Zu Beginn des Projekts wird die vorhandene Literatur erhoben und die konkrete weitere
Vorgehensweise sachlich und zeitlich mit dem Projektpartner und den Liegenschaftseigentümern
abgestimmt. Anhand einer Liste der besonders schützenswürdigen Objekte in der Altstadt von Graz
wird eine möglichst repräsentative Anzahl historischer Dachtragwerke ausgewählt und deren
Zugänglichkeit sichergestellt.
A-8
Als mögliche Projektpartner für den Zugang zu schützenswürdigen Objekten kommen folgende in
Betracht:
-
Bau- und Anlagenamt der Stadt Graz
Grazer Bau- und Grünlandsicherungsges.m.b.H. (GBG)
Landesimmobilien-Gesellschaft Steiermark (LIG)
Private Liegenschaftseigentümer: Gemäß Grazer Altstadterhaltungsgesetz (§ 3 (2)) haben
diese den Organen der Stadt Graz den Zutritt zu den Dachräumen zu ermöglichen.
Stufe 2: Begehung der Objekte
Für die im ersten Arbeitsschritt ausgewählten Dachtragwerke (voraussichtlich rund 15 Objekte
mittlerer Größe) wird eine Begehung durchgeführt. Diese dient dazu, einen ersten Eindruck zu erhalten
und abzuschätzen, ob das konkrete Objekt prioritär zu behandeln ist. Liegt in einzelnen Bereichen
augenfällig „Gefahr im Verzug“ vor, wird darauf hingewiesen. Folgende weitere Tätigkeiten werden
im Rahmen der ersten Begehung durchgeführt:
-
Welche Sofortmaßnahmen sind zu treffen: z.B.: Reinigung des Dachraums
Welches Tragsystem liegt vor: verbale Beschreibung und Skizze eines typischen Hauptund Leergespärres
Welche Schwachpunkte liegen im konkreten Fall vor: baulich (z.B.: innenliegene Rinnen)/
statisch-konstruktiv (z.B.: mangelhafte Aussteifung)
Welche Schäden sind visuell sichtbar: Fäulnis/Insektenbefall/mechanische Brüche usw.
Stufe 3: Inspektions- und Wartungspläne
Aufbauend auf den Erfahrungen und Erkenntnissen der Stufe 2 werden Inspektions- und
Wartungspläne erstellt. In diesen wird zuerst festgelegt, welche Grundvoraussetzungen wie
beispielsweise Reinigung, Zugänglichkeit herstellen, Laufstege einbauen, eventuell
Notunterstellungen etc. gegeben sein müssen.
Im Rahmen der Inspektions- und Wartungspläne werden die Intervalle der Überprüfungen, von wem
diese durchzuführen sind und worauf (Schwachstellen) besonders zu achten ist, systematisch dargelegt.
Ziel ist es, ein Muster-Objekttagebuch zu erstellen. Dieses könnte wie folgt aufgebaut werden:
-
Allgemeine Objektdaten (Lage usw.)
Spezifische Objektdaten (Erkenntnisse der ersten Begehung)
Inspektions- und Wartungseinträge (wer hat wann, welche Arbeiten durchgeführt)
Stufe 4: Anforderungskatalog Bauzustandserfassung
Werden im Rahmen der ersten Begehung oder den späteren Bauwerksüberprüfungen statisch relevante
Schäden festgestellt, so ist eine Bestandserfassung und Schadensaufnahme durchzuführen, um die
Grundlage für Instandsetzungsmaßnahmen zu schaffen. Hierzu wird ein Anforderungskatalog mit
Mindestkriterien für die Aufnahmen erarbeitet.
A-9
Stufe 5: Zusammenstellung von Instandsetzungskonzepten
Als Arbeitsgrundlage für die Planer von allfälligen Instandsetzungsmaßnahmen als auch für die
ausführenden Zimmerer werden in Abstimmung mit dem Denkmalschutz Instandsetzungskonzepte und
Standard-Detaillösungen vorgeschlagen.
Stufe 6: Wissenstransfer
Parallel zu den anderen Stufen werden alle Erkenntnisse und daraus abgeleitete Maßnahmen in Form
von Präsentationen und Diskussionen dem Projektpartnern und den Liegenschafteigentümern zur
Verfügung gestellt.
Für jene Personen, welche von den Liegenschaftseigentümern mit den regelmäßigen Inspektionen
betraut werden, werden zusätzlich zum Muster-Objekttagebuch kompakte Schulungsunterlagen für die
auszuführenden Arbeiten zur Verfügung gestellt.
Ziele
Das oberste Projektziel ist die nachhaltige, langfristige und ökonomisch vertretbare Erhaltung der
Ressource „UNESCO–Weltkulturerbe“ der Grazer Altstadt, wie auch im Grazer Altstadterhaltungsgesetz angedacht.
FRITZEN führte beispielsweise angesichts der Katastrophe von Bad Reichenhall aus, dass auch die
Bauwerksunterhaltung historischer Bauten dringend anzuraten ist.
„Die Bau-Denkmalpflege hat sich zur Aufgabe gemacht, Folgen von Fehlverhalten aus der
Vergangenheit, für das niemand mehr haftet, soweit zu beseitigen, dass als erhaltenswert Erkanntes
erhalten werden kann. Erstaunlich ist, wie lange gewartet wird, bis Maßnahmen zur Vermeidung von
Schlimmerem getroffen werden. Es scheint grundsätzlich gebräuchlich, Wasser an der Traufe von
hölzernen Dachkonstruktionen so lange eindringen zu lassen, bis die Fußpunkte der Gespärre ziemlich
vollkommen erneuert werden müssen. Das liegt nicht am Holz, und das Wasser ist auch nicht Schuld
(sondern mangelhafte bis fehlende Inspektion und Wartung. Anmerkung der Autoren). Wider bekanntes
Wissen wird zugewartet, bis die Denkmäler so mangelhaft werden, dass die Wiederherstellung eines
ordentlichen Zustandes richtig teuer wird.“
5.1.3 Beschreiben Sie die innovativen sowie zukunftsweisenden Aspekte, welches Ihr Projekt für
die Steiermark bringen soll (§ 1 (1) Zukunftsfondsgesetz)
Trotz der Tatsachen, dass Dächer großen Beanspruchungen und Beanspruchungswechseln ausgesetzt
sind und der Baustoff Holz sehr sensibel auf dauerhafte Durchfeuchtung reagiert, existiert derzeit im
Gegensatz zu anderen Bereichen der Technik (zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen) keine konkreten
Bestimmungen, die statisch relevanten Tragwerksglieder in regelmäßigen Abständen einer Inspektion
und Wartung zu unterziehen. Häufig wird so lange zugewartet, bis sich schwerwiegende Schäden von
außen abzeichnen (Risse, Gesimseabsturz etc.), welche nur durch enorm aufwendige Instandsetzungsmaßnahmen wieder behoben werden können. Das Projekt „D(N)achhaltigkeit Graz“ zielt darauf ab, die
historischen Dachtragwerke und damit die Dachlandschaft von Graz langfristig zu erhalten. Schwachstellen und Schäden sollen frühzeitig erkannt und durch vergleichweise günstige Wartungs- und
einfache Instandsetzungsmaßnahmen behoben werden.
A - 10
Zugleich werden die Grundlagen im Hinblick auf mögliche Umnutzungen der Dachräume und
Verbesserungen der Energieeffizienz der Objekte erhoben.
5.1.4 Beschreiben Sie die Wertschöpfung des Vorhabens für die Steiermark (Angaben zu Kosten/Nutzen-Darstellung bzw. sozialer Auswirkungen; Multiplikatorwirkung; mögliche
Auswirkungen auf den Markt usw.)
Die Zuerkennung des Titels UNESCO–Weltkulturerbe im Jahr 1999 inkludiert auch die Verpflichtung,
die Dachlandschaft der Altstadt von Graz, zu erhalten. Die Auszeichnung UNESCO–Weltkulturerbe
ist jedoch nicht nur von ideellem Wert, sondern auch ein wesentlicher, kaum quantifizierbarer Impuls
für den Städtetourismus in Graz.
Das Projekt „D(N)achhaltigkeit Graz“ beabsichtigt, einmalige wirtschaftlich kaum vertretbare
Instandsetzungskosten zu vermeiden. Für die Durchführung der im Rahmen des Projektes
erforderlichen
Bestandsund
Schadenerfassungen,
regelmäßigen
Inspektionen
und
Wartungsmaßnahmen ist eine laufende Finanzierung erforderlich.
Gleichzeitig wird im Rahmen der Bestands- und Schadenerfassungen, regelmäßigen Inspektionen und
Wartungsmaßnahmen auf Grundlage der im Projekt erarbeiteten Leitfäden, Kompetenz und Erfahrung
auf Seiten der Ausführenden aufgebaut (Umwegrentabilität). Diese Kompetenzen lassen sich auch auf
andere Städte mit einem ähnlichen historischen Stadtkern anwenden.
Es ist zu erwarten, dass zu Projektbeginn zahlreiche Schäden diagnostiziert werden, welche so rasch
wie möglich zu beheben sind. Diese Aufträge haben eine große Wertschöpfung für die Zimmermeister,
da der Anteil der Handarbeit überwiegt.
Zusätzlich werden mit dem Projekt die Grundlagen für folgende übergeordnete und weiterführende
Zielsetzungen erarbeitet:
-
-
-
A - 11
Mustervorlage für weiterführende Dokumentationen der historischen Grazer Dachstühle
zur Gewährleistung eines einheitlichen Niveaus
Bereitstellung der Unterlagen für einen Wissenstransfer, beispielsweise in Form von
Schulungen des Inspektionspersonals der Dachräume
Effizienter Umgang mit Energie: themische Verbesserung der obersten Geschoßdecken
zwecks deutlicher Reduktion der Heizkosten und Energieverbräuche, eventuell mögliche
Nutzung einzelner Dachflächen für solarthermische Energiegewinnung
Entscheidungshilfe bei Bauverfahren betreffend den Ausbau sprich Nutzungsänderung
bestehender Dachräume.
Schaffung von hochwertigem Wohnraum im Bereich bester urbaner Infrastruktur. Die
höhere Bevölkerungsdichte in der Innenstadt führt auch zu sozialen und ökologischen
(Vermeidung von Pendlerverkehr und damit Staus) Profiten.
Verbesserung der Stadthygiene (z.B. Taubenleichen) infolge Reinigung und Wartung der
Dachräume
5.2
Abgleich der Projektinhalte mit den ICOMOS-Prinzipien für die Erhaltung von
historischen Holzbauten
In den Prinzipien 1 und 2 werden eine sorgfältige und präzise Bauzustandserfassung und umfassende
Dokumentation gefordert, wobei insbesondere auch auf damit verbundenes traditionelles Wissen und
Technologien hingewiesen wird.
Mit dem Projekt ‚D(N)achhaltigkeit' wurde den Prinzipien 1 und 2 Folge geleistet und der
Prozess einer umfassenden Bestandserfassung für die Dachwerke der ‚Historischen Altstadt
Graz‘ begonnen. Eine Weiterführung wäre nicht nur wünschenswert, sondern schlichtweg
notwendig.
Im Prinzip 3 wird auf eine regelmäßige Überwachung und Instandhaltung hingewiesen und als
grundlegend für den Schutz historischer Holzkonstruktionen angesehen.
Ein regelmäßige Überwachung und Instandhaltung wird als Grundvorsetzung für einen
nachhaltigen Schutz historischer Holzkonstruktionen angesehen. Hier ist ein entsprechender
Handlungsbedarf von den Hütern des Welterbes gegeben. Im Rahmen des Projektes
‚D(N)achhaltigkeit' wurde ein Konzept zur Zuverlässigkeitsbeurteilung erstellt, welches als
Grundlage für eine Überwachung und Instandhaltung historischer Holzkonstruktionen gelten
könnte.
Eingriffe haben gemäß Prinzip 4 so zu erfolgen, dass die Authentizität und Integrität historischer
Holzkonstruktionen bewahrt bleiben; gemäß Prinzip 5 sollten traditionelle und reversible Maßnahmen
gemäß Prinzip 6 bei kleinstmöglichem Eingriff gesetzt werden.
Im Rahmen des Projektes ‚D(N)achhaltigkeit' wurde nicht nur eine Schadenserfassung
respektive eine Schadensanalyse durchgeführt, sondern es wurde im Rahmen von 6 ‚Runden
Tischen' mit interessierten Zimmermeistern an Lösungen gearbeitet, welche mustergültig – siehe
Alte Universität – umgesetzt wurden.
Im Prinzip 8 wird das Ziel der Restaurierung darin gesehen, das historische Bauwerk und seine
Tragkonstruktion erhalten zu können.
Die im Rahmen des Projektes ‚D(N)achhaltigkeit' erstellten und diskutierten Musterlösungen
zielen auf eine, auf die erfassten Schadensbereiche eingegrenzte, bestandsschonende
Instandsetzung ab.
In den Prinzipien 9, 10 und 11 wird auf das Thema ‚Reparatur und Ersatz' eingegangen. Es wird
hingewiesen, dass für die Reparatur historischer Bauten Ersatzholz gleicher Holzart sowie traditionelle
Holzverbindungen unter Beachtung ursprünglicher Techniken und Methoden verwendet werden
sollten. In den Prinzipien 13 und 14 wird der Einsatz heutiger Materialien – Epoxydharz,
Stahlbewehrung, mechanische Verbindungstechnik, etc – unter bestimmten Voraussetzungen erlaubt.
Im Zuge der Umsetzung der erarbeiteten Musterlösungen im Rahmen des Projektes
‚D(N)achhaltigkeit' wurden sowohl Ersatzholz gleicher Holzart und soweit möglich, traditionelle Holzverbindungen gewählt; allerdings wurde zur Verbindung mit dem Bestand auf heute
bekannte mechanische Verbindungssysteme zurückgegriffen. Es wird damit der Unterschied –
sinngemäß dem Prinzip 10 – zwischen ‚alt' und ‚neu' akzeptiert und bewusst hervorgehoben.
A - 12
6
Literatur
Ein Quellenverweis efolgt an den entsprechenden Stellen im vorliegenden Beitrag.
A - 13
6 Literatur
A - 14
B UNESCO Weltkulturerbe Graz – Managementplan 2007
B. Werle
DI Mag. Bertram Werle
B-1
1994
Diplom Raumplanung und Raumordnung | TU Wien
1995
Diplom Biologie - Ökologie | Universität Wien
1995
Abt. Raumplanung und Verkehr, Bereich Stadtentwicklung |
Stadt Salzburg
1997
Leiter der Abt. Stadt- und Verkehrsplanung | Stadt Bregenz
2001
Leiter der Stadtbaudirektion und Welterbebeauftragter | Stadt Graz
1 UNESCO Weltkulturerbestätte „Stadt Graz – Historisches Zentrum und Schloss Eggenberg“
Foto: © Stadt Graz | Bildflug 2010
1
UNESCO Weltkulturerbestätte „Stadt Graz – Historisches Zentrum
und Schloss Eggenberg“
Das historische Zentrum von Graz gehört seit 1. Dezember 1999 zu den mittlerweile 911 von der
UNESCO ausgezeichneten Welterbestätten und gesellt sich damit zu den Pyramiden von Giseh in
Ägypten, dem Tadsch Mahal in Indien, der Chinesischen Mauer und dem Schloss und Park Versailles
in Frankreich. Das städtebauliche Ensemble der historischen Altstadt stellt ein außergewöhnliches
Beispiel für das harmonische Zusammenspiel von Baustilen aus aufeinanderfolgenden Epochen dar.
Jedes Zeitalter ist durch typische Bauten vertreten, einige reihen sich in den Rang universeller
Meisterwerke ein. Im Jahr 2010 wurde schließlich die Grazer Welterbestätte um Schloss Eggenberg
erweitert.
2
Verbindlich – Transparent – Planungssicher
Die Auszeichnung als Weltkulturerbe beinhaltet jedoch auch die Verpflichtung, mit diesem wertvollen
Kulturgut verantwortungsvoll umzugehen. Da der urbane Zeitgeist eine fortlaufend lebendige
Umgestaltung erfordert, wird der Schutz dessen, was Jahrhunderte überdauert hat, umso wichtiger.
Daher wurde es im Jahr 2006 nach sieben Jahren Weltkulturerbestatus notwendig, die städtischen
Veränderungen in der Grazer Altstadt zu evaluieren und ein Regelwerk für den Umgang mit dem
Weltkulturerbe zu schaffen. Hintergrund dazu waren die Richtlinien der UNESCO, die ein verfeinertes
Monitoringsystem für jede Welterbestätte fordern.
Im Rahmen der 30. Sitzung des Welterbekomitees in Vilnius wurde im Sommer 2006 die Übermittlung
dieses Monitoringsystems in Form eines Managementplanes gefordert, der für die neuerliche
Antragstellung zur Erweiterung der bestehenden Welterbestätte „Stadt Graz – Historisches Zentrum“
um das „Schloss Eggenberg“ notwendig war. Dieser Plan wurde von der Stadt Graz im Jänner 2007 an
das World Heritage Center in Paris übermittelt und „mit Zufriedenheit“ vom Komitee zur Kenntnis
genommen.
Mit dem vorliegenden Weltkulturerbe Graz – Managementplan 2007 (inkl. Masterplan) wurde
erstmals eine parzellenscharfe, objektivierte, fachliche Planungsgrundlage für das Weltkulturerbe
„Stadt Graz – Historisches Zentrum“ und die Erweiterung „Schloss Eggenberg“ erarbeitet. Da jede
Welterbestätte einzigartig ist, war ein maßgeschneiderter Managementplan für die Stadt Graz zu
erarbeiten, der am 18. Jänner 2007 im Grazer Gemeinderat einstimmig beschlossen wurde.
B-2
Kapitel B: UNESCO Weltkulturerbe Graz – Managementplan 2007
Abb. 2.1:
3
WKE-Masterplan Gesamtansicht per August 2010; Verfasser: Arch. DI Christian Andexer, Dr. Wiltraud Resch.
Vertrauensbildende Basis für alle Anspruchsgruppen
Dieser umfassende Managementplan wurde unter Mitwirkung der wesentlichen Fachabteilungen und
Institutionen sowie unter Einbeziehung aller betroffenen Interessensgruppen federführend von der für
Weltkulturerbeangelegenheiten zuständigen Stadtbaudirektion Graz erarbeitet. Damit wurde die Basis
für eine breite Identifikation der relevanten AkteurInnen mit den vorliegenden Instrumenten gelegt.
Der so entwickelte Plan dient seither als Orientierungshilfe für Planungsinteressen zwischen
BauwerberInnen, GutachterInnen und der Behörde dazu, Kontroversen zu vermeiden und klare
Regelungen für ein positives Konfliktmanagement zu bieten.
Der Managementplan sichert auch eine gewisse Eigenständigkeit in der städtischen Entscheidungsfindung und unterstützt die Kooperation der Stadt Graz mit der UNESCO. Als vertrauensbildende
Grundlage bietet der Managementplan für bedeutsame Planungsinteressen eine optimale Berücksichtigung und legt durch städtisches Service bereits im Vorfeld von Bauverfahren spezifische
Planungsinteressen objektiviert und transparent dar.
4
Verantwortung im Spannungsfeld zwischen Geschichte und Moderne
Generelle von der UNESCO erstellte Empfehlungen (guidelines) dienen als Richtlinien und Basis zur
Erstellung eines solchen Managementplanes. In Graz war es vorrangiges Ziel, Regelungen der für das
Kulturgut relevanten Verfahren und Verwaltungsstrukturen zu schaffen. Zusätzlich dazu galt es
Maßnahmen zu entwickeln, welche die Erhaltung des Kulturgutes selbst sowie die Zugänglichkeit für
die Öffentlichkeit sichern. Nach Vorgaben der UNESCO müssen dabei im Managementplan u.a. auch
die politischen und finanziellen Rahmenbedingungen zur Erhaltung des Kulturgutes geregelt sein.
Im dynamischen Entwicklungsprozess einer Stadt sind daher die Begriffsbestimmungen in den
„Operational Guidelines (OG)“ der UNESCO von besonderer Bedeutung, in denen insbesondere
festgehalten wird, dass es „historische Städte gibt, die noch bewohnt sind und sich gerade wegen ihrer
Art unter dem Einfluss sozioökonomischen und kulturellen Wandels entwickelt haben und weiter
entwickeln werden – eine Lage, welche die Beurteilung ihrer Echtheit schwieriger und jede
Erhaltungspolitik problematischer macht“. Daraus ergibt sich, dass die Vielfalt der Kulturen und des
B-3
5 Weltkulturerbe „Stadt Graz – Historisches Zentrum und Schloss Eggenberg“
Erbes unserer Welt als wesentlicher Aspekt der menschlichen Entwicklung aktiv geschützt und
gefördert werden soll.
Die sinnvolle harmonische Ergänzung neuer Architektur
in einem lebendigen Stadtorganismus bedarf daher
höchster Achtsamkeit, wobei der Erfolg aller Bemühungen die gesamtheitliche Sicht eines gewachsenen Stadtdenkmals wie Graz ohne kompromittierende Einfügungen
darstellt. Vor dem Hintergrund des Bekenntnisses zu einer
zukunftsorientierten Stadtentwicklung wird jedoch der
Schutz des wertvollen kulturellen Erbes als vorrangig
angesehen. Eine Stadt darf aber auch kein Museum sein.
Foto: © Graztourismus
Der Balanceakt zur dynamischen Erhaltung des Stadtbildes (die Pflege und die Revitalisierung der historischen Bausubstanz), verbunden mit innovativen
Nutzungsinteressen (wie die wirtschaftliche Notwendigkeit von neuer Architektur), ist ein
gemeinsamer Lernprozess, der auch viele Chancen birgt.
5
Weltkulturerbe „Stadt Graz – Historisches Zentrum und
Schloss Eggenberg“
Die Weltkulturerbestätte „Stadt Graz – Historisches Zentrum und Schloss Eggenberg“ definiert sich
durch die Geschlossenheit und Authentizität der historischen Ensembles. Jede Stilepoche ist durch
hervorragende Baudenkmäler vertreten, von der Gotik (Dom, Doppelwendeltreppe der Burg) über
Renaissance (Landhaus, Arkadenhöfe), Manierismus (Mausoleum), Barock (Stadtpalais, Schloss
Eggenberg) bis zum Historismus und Jugendstil der Gründerzeitbauten. Aufgrund der hervorragend
erhaltenen Bausubstanz zählt die Grazer Altstadt zu den bedeutenden Stadtdenkmälern Europas. Das
historische Zentrum von Graz und Schloss Eggenberg bilden zwei städtebauliche Pole. Daher war es
naheliegend, das Weltkulturerbe um die bedeutendste Schlossanlage der Steiermark zu erweitern. Die
jahrelangen Bemühungen wurden schließlich am 1. August 2010 mit Erfolg gekrönt und das Schloss
Eggenberg als Erweiterung der bestehenden Welterbestätte „Stadt Graz – Historisches Zentrum“
aufgenommen. Mit dieser Erweiterung wurde schlussendlich das bisherige „Missing Link“ eingefügt,
wodurch sich das Grazer Weltkulturerbe somit als vollständiges Ganzes präsentiert.
Abb. 5.1:
Schloss Eggenberg_Vorplatz; rechts: Schloss Eggenberg_Seitenansicht_Parapluie; © Universalmuseum Joanneum/zepp®cam.at 2010/Graz, Austria
B-4
Die Weltkulturerbe-Kernzone „Historisches Zentrum
von Graz“ umfasst den Bereich, der großteils vom
ehemaligen Renaissance-Befestigungsgürtel umschlossen wird und der Schutzzone I des Grazer
Altstadterhaltungsgesetzes (GAEG 2008) entspricht.
Die Maßnahmen des Managementplanes für das
Weltkulturerbe gelten somit für die Schutzzone I des
GAEG (Altstadt) und erweitert auch für die
Schutzzone VI des GAEG, die Schloss Eggenberg mit
Umgebung erfasst.
Abb. 5.2: Schutzzonen I und II des GAEG 2008,
[Quelle: LGBl 115/2008].
5.1
Der Managementplan im Detail
Der Managementplan festigt den Schutz des historischen Erbes innerhalb der Weltkulturerbezone,
gemäß den internationalen Richtlinien der UNESCO und den Empfehlungen der Denkmalpflege. Der
Weltkulturerbe Graz – Managementplan 2007 (WKE-MP) definiert einen generellen Handlungsleitfaden mit empfehlendem Charakter und dient darüber hinaus zur Festigung der politischen
Rahmenbedingungen im Umgang mit dem Status „Weltkulturerbe“ und in modifizierter Form auch zur
Sicherung der Pufferzonen.
Der WKE-MP stellt einen strukturellen Rahmen dar, der als „living document“ und Prozesslandkarte
aller urbanen Veränderungen im WKE aufgefasst wird. Eine Weiterentwicklung des WKE-MP ist
durch ständigen Lernprozess aller Beteiligten gewährleistet. Der Plan setzt sich aus drei Kernelementen
zusammen, und zwar dem Managementplan selbst, dem Masterplan als kartographische Darstellung
und Befundung sowie der Dokumentation des Informations- und Kommunikationsprozesses.
5.1.1 Leitbild für den Umgang mit dem Weltkulturerbe
Der Managementplan hat grundsätzlich empfehlenden Charakter. Er
spielt jedoch eine strategisch wichtige Rolle mittels neuer Methodik im
Umgang mit dem WKE. Die in der städtischen Verwaltungsebene
verankerten Verfahren und der Masterplan bilden die Instrumente, welche
den Fachämtern bzw. den weiteren mit dem Welterbe betroffenen Stellen
– im Rahmen der (Bau-)Projekte – zur Beurteilung und Entscheidungsfindung zur Verfügung stehen.
Der WKE-MP ist somit ein Leitbild für den künftigen Umgang mit dem
Weltkulturerbe sowie ein genereller Handlungsleitfaden mit Maßnahmen,
die eine Weiterentwicklung der Welterbestätte Graz im Sinne der WKEInteressen gewährleisten. Indem der WKE-MP klare Regelungen für ein
positives Konfliktmanagement bietet, dient er als effektive
Orientierungshilfe für Planungsinteressen zwischen BauwerberInnen,
GutachterInnen und Behörde bereits in der Projektentwicklungsphase.
B-5
Foto: © Stadt Graz | Probst
Der WKE-MP wurde für die Stadt Graz bindend verankert und als Querschnittsmaterie positioniert.
Die Realisierung des WKE-MP ist damit vor allem eine strukturelle Aufgabe, die sich durch die
Verfeinerung des Monitoring-Systems innerhalb der städtischen Verwaltungsebene manifestiert.
Mit der Implementierung des WKE-MP bekennt sich die Stadt Graz grundsätzlich dazu, dass speziell
in der Weltkulturerbe-Kernzone des „historischen Zentrums“ qualitätsvolle, identitätsstiftende und
historische Bausubstanz originär erhalten bleibt. Für jene Objekte und Bereiche in den Schutzzonen,
auf die dieses Faktum nicht zutrifft, wird im Falle von Um- und Neubauten in einer hochwertigen,
zeitgemäßen Architektursprache unter dem Aspekt einer harmonischen Einfügung weitergedacht. Nur
so bleibt Graz eine aktive, lebendige Stadt.
5.1.2 Weltkulturerbe – Koordinationsstelle (WKE-Stelle)
Um Weltkulturerbe-Interessen möglichst effizient zu berücksichtigen, ist es
erforderlich, sie im Vorfeld eines Ermittlungsverfahrens innerhalb städtischer
Verwaltungsstrukturen entsprechend wahrzunehmen. Diesem Faktum wird mit
Hilfe einer eigenen WKE-Koordinationsstelle als Vorab-Servicestelle sowie
durch aktives Monitoring Rechnung getragen.
Die Stadtbaudirektion Graz fungiert bereits seit der Antragstellung zum
Weltkulturerbe als übergeordnete, verantwortliche Stelle. Daher wurde auch
die WKE-Stelle in die bestehende Struktur der Stadtbaudirektion integriert. Die
Tätigkeiten dieser Koordinationsstelle umfassen die Bearbeitung aller
anfallenden WKE-Aktivitäten, aber vor allem die Betreuung und Beratung von Foto: © Stadt Graz | Fischer
ProjektwerberInnen und InvestorInnen bereits in der Projektentwicklungsphase. Dadurch werden bedenkliche Entwicklungen bereits frühzeitig aufgezeigt, und vielfach gelingt
es der Koordinationsstelle, bereits im Vorfeld der Einreichung des Projekts durch Information und
Hilfestellung etwaige Problemfelder auszuräumen. In ihrer Sonderfunktion als Mediationsschnittstelle
koordiniert sie die gemeinsame Abstimmung aller relevanten Fachabteilungen und Beteiligten.
Beispiele dafür sind: Kastner & Öhler Dachausbau, Wettbewerb Pfauengarten, Karmeliterplatz,
Solardach Franziskanerkloster.
5.1.3 Meldepflicht nach Stufenplan
Sollte die zuständige WKE-Stelle im Rahmen ihrer Tätigkeit jedoch feststellen, dass Bauvorhaben im
Widerspruch zum Masterplan stehen und/oder maßgebliche WKE-Interessen verletzt werden, dann ist
sie verpflichtet, im Rahmen eines Stufenplans übergeordnete Institutionen über die jeweilige
Problematik zu informieren. Das Ziel dieses Stufenplans, eine einvernehmliche Einigung zu erreichen,
wurde in der Praxis meist bereits in der 1. Stufe erzielt, womit die ProjektwerberInnen langwierigen
öffentlichen Debatten (Medien) und einem Schaden für das Projekt ausweichen.
Bei der Behandlung der WKE-relevanten Sachverhalte muss zwischen dem Regelfall und dem
Sonderfall unterschieden werden, wobei sich im Regelfall das jeweilige Bauprojekt noch in der
Entwicklungsphase befindet und kein Bauverfahren bei der Baubehörde anhängig ist. In diesem Fall
informiert die WKE-Stelle die zuständigen Fachabteilungen über etwaige Widersprüche zum
Masterplan, um auf freiwilliger Basis mit dem Projektwerber eine gemeinsame Lösung zu finden.
Diesem Regelfall gegenüber steht der Sonderfall, bei dem bereits ein Bauantrag gestellt und somit ein
Bauverfahren ohne Voranfrage an die WKE-Stelle eingeleitet wurde. Bei Widersprüchlichkeiten muss
B-6
die WKE-Stelle in diesem Fall in einem ersten Schritt den zuständigen Referenten des Stadtsenats
informieren. Kommt es diesbezüglich zu keiner Einigung, so informiert die WKE-Stelle in einem
weiteren Schritt den zuständigen politischen Ausschuss (Bauausschuss). Vorausgesetzt, dass es nach
wie vor zu keiner einvernehmlichen Lösung mit der/dem ProjektwerberIn kommt, muss die WKEStelle – in Abstimmung mit der/dem AntragstellerIn – das zuständige Bundesministerium sowie das
World Heritage Center der UNESCO (WHC) über die Unstimmigkeiten informieren. Dieser letzte
Schritt erfolgt allerdings ausschließlich in Fällen, in welchen ein erheblicher WKE-Interessenskonflikt
besteht (siehe Infokasten).
Infokasten:
BeiWKEInteressenskonfliktenistzwischengeringerundhoherProblematikzuunterscheiden,woraussicheine
differenzierteVorgangsweisebeiderMeldepflichtergibt:
A.BauvorhabenmitgeringenWKEInteressenskonflikten:
1. Schritt:
WKEStelle/Koordination:DiskussionderProblematikzwischenBehördeSachverständigen
AntragstellerInnenmitdemZieleinerLösungsfindung(Vertragbzw.Verpflichtungserklärung).
2. Schritt:
WurdekeineLösunggefunden,werdendiezuständigenStadtsenatReferentInnenbefasst.
3. Schritt:
IstnachwievorkeineLösungerzielbar,sohatumgehendeinschriftlicherInformationsberichtanden
zuständigenpolitischenAusschusszuerfolgen.
B.BauvorhabenmiterheblichenWKEInteressenskonflikten:
1. Schrittbis3.SchrittsieheA.
4. Schritt(sofernesderRechtsgrundlageentspricht):
ZusätzlichergehteineInformationan:
x
Bundesministeriumfür
Kultur(BMK)
x
WorldHeritageCenter(WHC)UNESCO/Paris.
5.2
Masterplan – die kartografische Darstellung
5.2.1 Struktur und System
Der vorliegende Masterplan ist ein Bestandteil des Weltkulturerbe Graz – Managementplanes 2007
und stellt eine Befundung der Kernzonen „Historisches Zentrum“ und „Schloss Eggenberg“ und seiner
Pufferzonen dar, in der die Altstadt nach historischen Vierteln, die durch ihre Entstehungsgeschichte
und ihre Bedeutung definiert sind, eingeteilt wird. Als Basis und Quelle der Befundung dient die
Kunsttopographie der Profanbauten des I. Bezirkes der Grazer Altstadt.
Das Weltkulturerbe wird in 13 Vierteln in Form von Befunden beschrieben, wobei die Viertel I-X die
Kernzone der Altstadt, das Viertel XI die Pufferzone, das Viertel XII Schloss Eggenberg und das
Viertel XIII die Verbindungsachse der beiden Kernzonen beschreibt. Die Darstellung in Planform
weist Bereiche mit unterschiedlicher Bewertung aus und schlägt unterschiedliche Vorgehensweisen
vor, die zum Einen der Entwicklungsdynamik des sozioökonomischen Gebildes Stadt bezüglich
Gestaltung Rechnung tragen und andererseits Maßnahmen definieren, wie die historische Substanz
restauriert und für eine breite Öffentlichkeit ins Bewusstsein gerückt werden kann.
B-7
Abb. 5.3:
WKE-Masterplan für das Historische Zentrum
B-8
5.2.2 Handlungsempfehlungen und Veränderungsmöglichkeiten
Anhand der Klassifizierung dieser Vorgehenszonen ergeben sich somit drei Schwerpunkte
(Ampelprinzip rot-gelb-grün), die in Beziehung zum „Räumlichen Leitbild“ der Stadt Graz stehen und
auf wissenschaftlicher Grundlage Zonen nach dem Grad der Veränderungsmöglichkeiten definieren:
Erhalten:
„intakte Situation“:
Festlegung historischer Charakteristika, Verstärkung der historischen Merkmale.
Pflegen/Sanieren: „Vorsicht: wertvolle Elemente“:
Revitalisieren, Defizite beheben, Zonen verbessern.
Entwickeln:
„Weg frei für neue hochwertige Architektur“:
Gestalten im Rahmen des Grazer Altstadterhaltungsgesetzes/Denkmalschutzgesetzes mit hohem qualitativem Anspruch unter Berücksichtigung der Aspekte
von Integrität und Authentizität des historischen Stadtgefüges.
Der Masterplan grenzt sich durch seine historische Definition von anderen Instrumenten der
Stadtplanung, Stadtentwicklung und Flächenwidmung sowie Bestimmungen des Baugesetzes und des
Naturschutzes ab.
Wesentliche Grundlagen des Masterplanes stellen weiters die Bestimmungen des Grazer
Altstadterhaltungsgesetzes 2008 (GAEG) und seiner Verordnungen sowie das Denkmalschutzgesetz
(DMSG) dar. Der Masterplan wurde unter Berücksichtigung der Tatsache erstellt, dass diese beiden
Regulative auch weiterhin den gesetzlichen Rahmen für bauliche Veränderungen im Sinne des
Altstadt- und Denkmalschutzes bilden.
Der Masterplan ist ausgerichtet auf eine in Städten innewohnende Entwicklungsdynamik und zeigt
Zonen des Bewahrens und der Revitalisierung, der Verbesserung der Stadtlandschaft und ihrer
Gestaltungspotentiale sowie Störungen im Erscheinungsbild auf. Diese unterschiedlich bewerteten
Zonen unterliegen über die Plangrundlage einem Monitoring durch die WKE-Stelle der Stadt Graz, die
in Form von fachlicher Beratung und Empfehlungen bei Veränderungen im Welterbegebiet tätig ist.
Die Maßnahmen des Managementplanes und Masterplanes helfen mit, das Welterbe von Graz zu
bewahren, zu pflegen und zu verbessern, aber auch im Einklang mit dem Welterbe stehende
Entwicklungszonen zu definieren.
B-9
6 Ausblick
6
Ausblick
Der WKE-MP fungiert als transparentes „living document“ und ermöglicht eine ständige
Weiterentwicklung in Affinität zur Prozesslandkarte aller urbanen Veränderungen im Welterbegebiet
und seiner Pufferzonen. Bereits in der Projektentwicklung wird durch Service und nachvollziehbare
Prozesse Planungssicherheit für die ProjektwerberInnen erzeugt. Darüber hinaus dient der WKE-MP
zur Festigung der politischen Rahmenbedingungen im Umgang mit dem Status Weltkulturerbe, gemäß
dem grundlegenden Prinzip der UNESCO Konvention:
„Das kulturelle Erbe des Einzelnen ist das kulturelle Erbe aller!“
Kontakt:
KoordinationWeltkulturerbeStelle
Mag.DanielaFreitag
StadtGrazA10Stadtbaudirektion
[email protected]
www.graz.at
DerMasterplanwurdeimAuftragderStadtGrazverfasstvon:
ArchitektDIChristianAndexerundKunsthistorikerinDr.WiltraudResch.
B - 10
C UNESCO WKE Puebla – Bestandserfassung und
-analyse mit besonderem Augenmerk auf historische
Holzkonstruktionen
D. Bühler
Dr.-Ing. Dirk Bühler
C-1
1990
Promotion an der RWTH Aachen
seit 1993
Leiter der Abteilung Bauwesen im Deutschen Museum, München
1 Puebla – Lage und Bedeutung
Zusammenfassung
Die Stadt Puebla, im zentralen Hochland Mexikos gelegen, wurde 1987 in die Liste des UNESCOWeltkulturerbes aufgenommen. Sie bietet dank ihrer homogenen Stadt- und Gebäudestruktur und deren
Erhaltungszustand gute Voraussetzungen für das Studium der zivilen Architektur der Kolonialzeit
(1531-1821) in Mexiko. Eine Bestandsaufnahme der Bauformen und Baumaterialien, die vom Autor
zwischen 1982 und 1985 durchgeführt wurde, war die Grundlage einer umfassenden Analyse und
Bewertung dieser historischen Bausubstanz. Bestandsaufnahme und Auswertung der Daten wurden
aufgrund des unterschiedlichen Erhaltungszustandes der Gebäude auf zwei unterschiedlichen, sich
gegenseitig ergänzenden Ebenen vorgenommen: nämlich als Bauteilanalyse oder als Gebäudemonografie.
Dem Baustoff Holz kommt bei der Untersuchung und beim Schutz der Gebäude eine grundlegende
Bedeutung zu, denn Holz fand als tragendes Bauteil in Geschoßdecken und Flachdächern Verwendung.
Die Bauweise dieser Decken und der Flachdächer ist zwar einfach, doch der Aufwand für eine
nachhaltige Wartung der Dachflächen ist erheblich, denn die Erhaltung der Funktionsfähigkeit ist an
die schnelle Entwässerung nach den heftigen tropischen Regenfällen geknüpft. Über diesen Bericht
hinaus wird außerdem ein hervorragender historischer Holzdachstuhl für ein Satteldach aus dem
Kirchenbau in der Umgebung von Puebla beispielhaft vorgestellt, der bisher nicht in die Welterbeliste
aufgenommen worden ist.
1
Puebla – Lage und Bedeutung
Puebla liegt im mexikanischen Hochland auf 2162 Meter Höhe und ist durch die markante Bergkette
aus Popocatépetl und Itztaccihuatl von der 120 Kilometer entfernten mexikanischen Hauptstadt
getrennt. Die 1531 gegründete Stadt ist seit 1987 in die Liste des Kultur- und Naturerbes der Welt der
UNESCO als "Baudenkmal der Menschheit" eingetragen. Die Stadt, viertgrößte des Landes und von
überregionaler wirtschaftlicher Bedeutung, ist trotz allen Wachstums ein wirkliches Kleinod unter den
Städten Lateinamerikas geblieben.
Für die historische Bedeutung der Stadt stehen die Besonderheiten der Stadtgründung und
-entwicklung als Vorbilder spanischer Siedlungsmuster für Amerika sowie die hier verwendeten,
traditionellen Bautechniken und die von regionalen Eigenheiten geprägte Architektur, die der Stadt
ihren ganz besonderen Charme verleihen (siehe [4], [13], [21]). Beeindruckend ist die besonders
vielschichtige und vergleichsweise umfangreiche erhaltene Bausubstanz, die immer wieder auch durch
Naturereignisse, wie etwa das Erdbeben von 1999, bedroht ist. So kann Puebla neben der allein schon
schützenswerten, rasterförmigen Stadtanlage insgesamt 850 Baudenkmale aus der Kolonialzeit zu
seinem historischen Erbe zählen: Darunter so bekannte wie die Kathedrale am Zócalo oder die Capilla
del Rosario bei der Kirche des Dominikanerklosters oder die berühmte Bibliothek des Bischofs Palafox
y Mendoza aus dem 17. Jh.. Zusätzlich weisen andere bedeutende, meist barocke Kirchen, Klöster,
Stifte und Hospize (siehe [21]) sowie eine ungeheure Vielzahl an Profanbauten auf ein bedeutendes
bauliches Vermächtnis hin. Dazu kommen zusätzlich etwa 1800 Bauwerke aus dem 19. Jh., die den
Charakter der heutigen Stadt entscheidend mitprägen.
C-2
Kapitel C: UNESCO WKE Puebla – Bestandserfassung und -analyse mit besonderem Augenmerk auf historische Holzkonstruktionen
2
Stadtentwicklung
Die Gründung der Stadt geht auf einen Erlass von Kaiser Karl V. aus dem Jahre 1531 zurück, der eine
großzügig geplante, spanische Stadt auf "der grünen Wiese" entstehen lassen will, um die indianische
von der europäischen Bevölkerung zu trennen. Hautfarbe, ethnische Zugehörigkeit, Stand und Beruf
entschieden daher, in welchem Stadtteil man wohnte. Der Standort war für ein prosperierendes
Gemeinwesen ideal gewählt: an einem Flusslauf gelegen, umgeben von Fundorten für Baustoffe, die
Lehm und Kalk lieferten, eingebettet in Kieferwälder, die das Holz zum Bauen bereit hielten. Bald
schon konnte eine städtische Infrastruktur mit Wasserversorgung, Brückenbauten und öffentlichen
Einrichtungen entstehen, gefördert durch immer weiter gehende Steuererleichterungen und Privilegien
der Krone für die -spanischen- Bewohner. Auch der Klerus, bereits bei der Gründung mit von der
Partie, beteiligte sich mit dem Bau von Kirchen und Klöstern an der Gestaltung der Stadt und ihrer
Bauwerke. Erstaunlich ist, dass das Straßenraster bereits bei der Stadtgründung so großzügig angelegt
war, dass es erst um 1910 mit damals 100.000 Bewohnern gerade vollständig bebaut und bewohnt war.
Den wirtschaftlichen Höhepunkt erlebte die Stadt im 17. Jh., als Handel und Gewerbe, bedingt durch
die bevorzugte Lage am Weg zwischen Atlantik und Pazifik, in voller Blüte standen. Ihren hohen
Stellenwert verlor die Stadt erst gegen Ende des 18. Jh. mit dem Aufstieg der Minenstädte im
mexikanischen Bajío. Mit dem Ende der Kolonialzeit um 1810 beginnt eine neue wirtschaftliche und
damit auch bauliche Ära, deren Protagonisten sich mehr als zuvor an Vorbildern aus Europa
orientieren.
Abb. 2.1:
C-3
Gesamtplan des historischen Stadtkerns von Puebla mit Eintrag der Baudenkmale aus der Kolonialzeit nach Baualter.
3 Denkmalschutzgesetzgebung in Mexiko und Puebla
Heute ist Puebla von einem dichten Industriegürtel umgeben, der sich nicht nur entlang der nördlich
der Stadt verlaufenden Autobahn, sondern im Laufe der vergangenen Jahre auch hufeisenförmig um
die Stadt herum und linear entlang der Straßen in Richtung der benachbarten Städte Tlaxcala und
Cholula ausgedehnt hat. Die Einwohnerzahl der Stadt hatte sich seit Beginn des 20. Jh. bei rund
100.000 Einwohnern stabilisiert, bis sich in den 1950er Jahren das Bevölkerungswachstum immer
mehr beschleunigte. So konnte die Bevölkerung der Stadt schließlich in der Zeit von 1990 bis 1995 von
1.057.000 auf 1.230.000 Einwohner, also um fast ein Viertel ansteigen.
3
Denkmalschutzgesetzgebung in Mexiko und Puebla
Ein Interesse am Studium und der Erhaltung des kolonialzeitlichen Erbes erwacht in den 1820er Jahren
nach den Unabhängigkeitskriegen und findet etwa 80 Jahre später im Jahre 1902 seine ersten
rechtlichen Grundlagen in der Regierungszeit des Diktators Porfirio Diaz. Das erste bundesweit
geltende Denkmalschutzgesetz erscheint 1914, dem weitere in den Jahren 1916, 1930 und 1934 folgen
sollen. Auch die ersten historischen Stadtkerne werden in diesen Jahren als "Ensemble" unter
Denkmalschutz gestellt (z.B. Taxco, Guerrero im Jahre 1928). Das erste regional geltende
Denkmalschutzgesetz wird in Puebla im Jahre 1932 (siehe [18]) erlassen und im Jahre 1938 durch die
Ernennung der Stadt Puebla zur "Zona típica" (siehe [2], S. 80) also zum regionalen Baudenkmal
ergänzt. Bis heute folgen neue Gesetze auf regionaler und Bundesebene. Eine Besonderheit in Mexiko
ist, daß die kirchlichen Güter 1860 mit den Reformgesetzen „Leyes de Reforma“ des Präsidenten
Benito Juárez enteignet wurden und daher bis heute der Bundesregierung unterstehen und von einer
eigenen staatlichen Behörde verwaltet und unterhalten werden.
4
Erste Bestandserfassungen in Puebla
Das bereits erwähnte Gesetz von 1932 ordnet in Puebla unter anderem nun auch die Katalogisierung
der zu schützenden Bauwerke an. Ein Inventar der Baudenkmäler aus der Kolonialzeit in Puebla lässt
jedoch noch bis 1937 auf sich warten, als endlich die erste Denkmalliste schützenswerter Bauten in der
Stadt Puebla im "Periodico Oficial" erscheint (siehe [19]). Dieses Inventar weist insgesamt 255
Adressen von sowohl religiösen, als auch zivilen Bauten auf. Doch seine Interpretation bereitet enorme
Schwierigkeiten, denn eine Vielzahl von Adressen ist zweideutig oder falsch geschrieben, auch die
Auswahlkriterien nicht immer eindeutig auszumachen. Unter den erfaßten Gebäuden sind 18 Kirchen
oder Klöster, der Rest bezieht sich auf Profanbauten.
Eine zweite, wichtige Inventarisierungsinitiative wird ab 1966 unternommen. Diese Arbeit, die
lediglich die Baudenkmäler der Kolonialzeit in Puebla erfasst, ist im Jahre 1970 abgeschlossen und
bleibt zunächst für viele Jahre unveröffentlicht, bis sie 1977 durch einen Präsidentenerlaß in
Verbindung mit einer neuen Gesetzgebung (siehe [20]) Rechtsverbindlichkeit erlangt.
Dieses Inventar besteht nun aus einer Liste von 812 Adressen, die durchgehend nach den langen
Strassen geordnet wurden, die umständlich und ohne Rücksicht auf ungerade und gerade
Straßenbezeichnungen nur numerisch und nicht nach ihrer tatsächlichen Lage aufgeführt und. Die
Aufteilung des historischen Stadtzentrums in vier Zonen wird zum Standard. Die Hausnummern sind
progressiv geordnet, das heißt, es kann nicht unterschieden werden, auf welcher Straßenseite ein
Gebäude liegt.
C-4
Die erste Fassung dieses Inventars aus dem Jahre 1970 schließt 72 religiöse (Klöster, Hospitäler und
Stifte) und 740 zivile Bauwerke aus der Kolonialzeit, sowie "einige besonders bedeutende Gebäude aus
dem 19. und 20. Jahrhundert" ein. Kirchen sind hierin nicht verzeichnet. Die Neuausgabe dieses
Inventars aus dem Jahre 1985 listet die Kirchen und landes- bzw. staatseigene Bauwerke, da sie einer
anderen Gesetzgebung unterliegen, getrennt auf.
Die Adressen im Inventar sind mit dreierlei Information versehen: einer groben Einschätzung ihres
Zustands (A, B, C und durch Unterstreichung hervorgehobene, "repräsentative" Gebäude), ihrem
Baualter (nach dem geschätzten Jahrhundert der Erstellung) und mit Daten zu den Besitzverhältnissen.
Die Klassifikationen und Baualter dieser 812 Gebäude sind im Inventar wie folgt verteilt:
Tab. 4.1:
Inventarisierte Gebäude nach Klassifikation und Baualter.
16. Jh.
16.-17. Jh.
17. Jh.
17.-18. Jh.
18. Jh.
18.-19. Jh.
1
11
39
88
99
62
300
B
3
5
105
48
153
314
C
3
9
43
52
91
198
17
53
236
199
306
812
A
Summe
1
Summe
Diese Tabelle zeigt, daß fast die Hälfte der inventarisierten Gebäude Veränderungen aus dem 19.
Jahrhundert aufweist, was auch durch die eigenen, späteren Untersuchungen bestätigt werden konnte,
und zwar nicht nur für die Gebäude des 18., sondern auch für die des 16. und 17. Jahrhunderts. Im
Auswertungsteil wird gezeigt, welche Bauteile überwiegend verändert wurden und in welcher Weise
das geschehen ist. Die Zahl der Gebäude, die vor dem 18. Jahrhundert erbaut wurden, und noch ganz
oder teilweise erhalten sind, ist erfreulich hoch und erscheint daher schon zahlenmäßig der Architektur
des 19. Jahrhundert ebenbürtig.
5
Katalogisierung der Bürgerhäuser von Puebla 1982 – 1985
Weil diese Quellen für das beabsichtigte Studium der Eigenschaften und der Entwicklung des
Bürgerhauses in Puebla unzureichend waren, wurde die Erstellung eines neuen, vollständigen
Kataloges erforderlich, der den Denkmalbestand systematisch erfaßte und eine Bewertung zuließ.
Diese Katalogisierungsarbeiten wurden 1982 bis 1985 vom Autor dieses Artikels durchgeführt.
Nachdem in einer ersten Bestandsaufnahme aller 812 Gebäude (siehe Abb. 5.1) die zu erfassenden
Elemente definiert werden konnten, wurde ein Fragebogen entwickelt, der praktisch alle wesentlichen
Bauteile und deren mögliche Beschaffenheit enthält. Weil es jedoch einerseits Gebäude aus der
Kolonialzeit gab, die vollständig erhalten waren und wiederum andere, die nur noch Teile aus dieser
Epoche aufwiesen, mußte für die ersten ein ausführlicher, für die zweiten ein abgekürzter Fragebogen
entworfen werden. Im Zuge einer zweiten Begehung wurden Daten in Fragebögen, sowie zeichnerisch
und fotografisch erfaßt. Von den bedeutendsten Gebäuden wurden Bauaufnahmen angefertigt.
Die Daten aus den abgekürzten Fragebögen, die nur die historischen Bauteile der teilweise erhaltenen
Gebäude erfassen, sind in der Auswertung als "Anatomie des Bürgerhauses" dargestellt. Die
Ergebnisse aus der Erfassung der "ausführlichen Fragebögen" gingen als "Monographien" in den
Schlußbericht ein. Aufbau und Organisation der Fragebögen ist in den Abbildungen ablesbar.
C-5
5 Katalogisierung der Bürgerhäuser von Puebla 1982 – 1985
Auf diese Weise wurden insgesamt 348 Gebäude untersucht, von denen 108 als vollständig aus der
Kolonialzeit stammende Bauwerke mit dem ausführlichen Fragebogen erfaßt wurden, davon 40 mit
genauen Bauaufnahmen. Bei 240 weiteren Gebäuden wurden mit dem kleineren Fragebogen die
erkennbar aus der Kolonialzeit stammenden Gebäudeteile erfaßt.
Abb. 5.1:
5.1
Links: Beispiel für einen Erhebungsbogen aus dem ersten Rundgang bei dem 812 Gebäude erfasst
wurden.
Rechts: Eine Seite aus dem Gesamtverzeichnis, das nach dem ersten Rundgang vollständig überarbeitet wurde.
Inhalt der Fragebögen
Die Grundstruktur beider Erhebungsbögen [dazu ausführlich [4], S. 74-97] folgt einem gemeinsamen
System (siehe Abb. 5.2). Auf beiden Bögen sind vermerkt: Baualter/Klassifikation, Adresse/ Nutzung,
die technischen und historischen Erhebungsdaten in mehr oder weniger ausführlicher Form, der
Lageplan auf der Grundlage des Katasterplans; dazu kommen jeweils Zeichnungen und
Grundrißskizzen nach dem Katasterplan im Maßstab 1:500 oder Bauaufnahmen, dazu die fotografische
Dokumentation (beim umfangreichen Bogen ein neues, nämlich das 3. Blatt und beim Detailbogen auf
ein- und demselben Blatt). Abschließend auf beiden Bögen: Daten zu Literatur und Archiven, also
Orientierung für eine weiterführende Materialsuche.
C-6
Abb. 5.2:
C-7
Beispiel für die drei Seiten des Bogens zur Erhebung eines Gesamtbauwerkes aus dem zweiten Rundgang bei dem 108 Gebäude erfasst, sowie Beispiel für einen Bogen zur Erhebung baulicher Details
aus dem zweiten Rundgang bei dem 240 Gebäude erfasst wurden (Bild rechts unten).
5 Katalogisierung der Bürgerhäuser von Puebla 1982 – 1985
Die bei den Begehungen gewonnen Daten wurden statistisch ausgewertet, in Tabellen übertragen und
einander gegenüber gestellt. Wichtige Gebäudemerkmale wurden auch im Stadtplan kartiert, um ihre
Verteilung im Stadtganzen feststellen zu können. Aus der Interpretation und Auswertung der Daten
entstand schließlich ein vollständiges Bild der erhaltenen kolonialzeitlichen Bausubstanz Pueblas.
Hier sind einige der Punkte des Fragebogens, darunter diejenigen, die sich insbesondere auf die
Verwendung von Holz in der Kolonialarchitektur Pueblas beziehen. Ein für die Holzdächer
entscheidender Punkt dreht sich, wie wir sehen werden, um die Dachentwässerung, die zur Straßenseite
des Gebäudes oder zum Patio hin erfolgen kann. Dabei sind neben Wasserspeiern vor allem die aus
Ziegeln aufgemauerten und im Mauerwerk eingelassenen Abläufe zu verstehen, die ihren Ausguss an
der Unterkante des Gebäudes direkt auf die Strasse haben. Sie sind meist am aus Werkstein gefertigten
Ausguss oder bei Verstopfung des Fallrohres an den dadurch hervor gerufenen Bauschäden zu
erkennen.
In einem anderen Fragenkomplex werden Konstruktion, Form, Ausstattung und Materialien der
Maueröffnungen, sowohl der Fassade zur Straße hin als auch der Innenfassaden zu den Patios hin
erfaßt. Hier finden wir alle vorkommenden Arten von Maueröffnungen: das sind im Erdgeschoß: das
Eingansportal, das zweite, am anderen Ende des Hauseingangs liegende und zum Patio hinführende
Eingangstor, die Ladeneingänge und eventuell vorkommende Fenster.
Zur Erfassung der Größenordnungen wurde nach der Grundstücksgröße, der Patiogröße (beide
gemessen nach Katasterplan oder Bauaufnahme) und nach dem Verhältnis in dem beide zueinander
stehen, gefragt. Bei der Berechnung des Verhältnisses, in welchem beide Flächen zueinander stehen,
wurde der Vergleichbarkeit wegen oft nur der erste (ursprüngliche) Patio und entsprechend auch nur
die ihn umfassende bebaute Fläche berücksichtigt.
Das Baumaterial des Mauerwerkes, das eingesehen werden konnte (was meist nur an den Stellen, an
denen der Putz abgebröckelt war, möglich gewesen ist) und des Bodenbelags im Innenhof wurden
ebenso aufgenommen wie die bei Geschossendecken und Dachaufbau verwendeten Baustoffe.
Besonders an diesen Bauteilen kam Holz in großen Mengen zum Einsatz und es sind gerade diese,
deren Pflege besondere Anforderungen stellen. Der Vorschlag, die Tiefe der Hauptachse der Gebäude
(gemessen in kastilischen Ellen = 0,8359 Meter) in den Fragebogen aufzunehmen stammt vom
Architekten Pavón in Puebla. Denn dadurch konnte geprüft werden, ob und in welcher Weise die
Bauwerksabmessungen den in der Kolonialzeit üblichen Balkenlängen entsprechen.
Der umfangreiche Fragebogen wurde so angelegt, dass er für die Feldarbeit optimale Bedingungen
bietet. Die oberen (Kästchen 1 und 2) und unteren (Kästchen 29 und 30) Teile sind zum Ausfüllen vor
der Begehung gedacht; diese Daten wurden während der Literatur und Archivarbeit eingetragen. Die
im Feld auszufüllenden Teile sind zwar nach Möglichkeit nach den betreffenden Bauteilen geordnet,
gehorchen aber in erster Linie der Vorgehensweise bei der Begehung. So folgt der Fragebogen der
Regel: zuerst wird die Fassade betrachtet, dann der Haupteingang, die Hauseinfahrt, dann der Patio.
Danach: der Bauzustand und die baulichen Veränderungen. Diese Aufteilung wurde vor allem deshalb
gewählt, weil dadurch eine fehlerlose, und dennoch relativ zügige Arbeitsweise erreicht werden
konnte. Dass die Beurteilung der Bausubstanz einheitlichen Kriterien unterlag, wurde auch dadurch
gewährleistet, dass alle Fragebogen vom Autor selbst ausgefüllt worden sind.
Dass trotz aller angestrebten Vollständigkeit des Fragebogens auch Bauteile und -formen
unberücksichtigt geblieben sind, sollte anbetrachts der Vielfalt der Ausdrucksformen poblaner
Architektur allerdings nicht Wunder nehmen.
C-8
So macht der Fragebogen etwa keine Aussage zu den Dachformen, denn diese sind, im Gegensatz zum
Vorhergesagten, in der Tat immer gleich: es sind Flachdächer, die auf einer Balkenlage ruhen. Eine
genaue Beschreibung dieser Überdachung wird im nächsten Abschnitt gezeigt.
Auf die Erhebung vieler dekorativer Details musste zu Gunsten einer übersichtlichen und auf anderem
Gebiet spezialisierten Arbeit verzichtet werden. Um nur einige zu nennen: Geländer an Balkonen und
Treppenaufgängen, Kachelstruktur und -formen an den Fassaden und manchmal auch in den Patios,
Wandmalereien (sind immer registriert, aber nicht genauer beschrieben). Bei der Fassadendekoration
wurde vor allem die Erfassung von Details der überaus reichhaltigen Formensprache des 18.
Jahrhunderts in Puebla auf ein Minimum reduziert. Ebenfalls verzichtet wurde auf die ausschließlich
für die Verwaltung wichtigen Daten: Grundstücksnummer, aktueller, privater, Hausbesitzer etc..
6
Neuere Untersuchungen
Die Datensammlung aus dieser 1982-1985 durchgeführten Katalogisierung wurde in fotokopierter
Form mit 50 Exemplaren veröffentlicht und an wenige Bibliotheken und Behörden abgegeben; heute
gibt es auch eine digitalisierte Version im pdf-Format. Die Originale (4.000 s/w Negative, die
Originalzeichnungen und alle ausgefüllten Erhebungsbögen) sind im Archiv des Deutschen Museums
in München einsehbar. Diese Datensammlung wurde systematisch ausgewertet und in einer ersten
Arbeit 1990 in Deutscher (siehe [3]) und schließlich 2001 auch in Spanischer Sprache, dann jedoch als
vollständige Text- und Katalogfassung (siehe [4]) veröffentlicht.
Natürlich hat das Denkmalamt des Bundes, das Bauamt der Stadt Puebla und die Bauverwaltung des
Staates Puebla bis heute weitere Inventare angefertigt. Diese neuen Inventare führten bisher zwar nicht
zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen, sind aber für die alltägliche Arbeit des Denkmalpflegers
unerläßlich.
Hervorzuheben sind aber zwei Arbeiten, die am Forschungsinstitut der staatlichen "Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla" über die Baudenkmäler des 19. Jhs. und die Architekten und
Ingenieure des 20. Jhs. in Puebla (siehe [15]) erschienen sind.
7
Auswertung der erhobenen Daten
Einleitend sollen hier – bevor wir über Baustoffe und -weisen sprechen – die wichtigsten formalen
Merkmale der poblaner Kolonialarchitektur als Ergebnis der Katalogauswertung ([4], S. 126-237)
aufgezeigt werden. Schon die Haus- und Kirchenfassaden des 16. Jh. offenbaren mit ihrer Dekoration,
vor allem mit der ihrer Portale, noch die Machtgebärden der Eroberer. Stilistisch sind die "Casa de las
Cabecitas", als Wohnhaus der ersten Jahre nach der Stadtgründung, und die besonders filigrane
Dekoration des Portals der "Casa del que mató al animal" dem "Plateresco"-Stil zugeschrieben, wobei
an Details auch indianische Motive durchschimmern. Die "Casa del Deán de la Plaza" (siehe Abb. 7.1
links) gilt dagegen – wegen ihrer Fassadengestaltung und der Wandmalereien im Inneren – als
besondere, künstlerische Schöpfung aus dem Geist der Renaissance.
"Schlichte Eleganz und eine stille Größe" vermitteln die Fassaden und Patios der Gebäude aus dem 17
Jh.. In dieser Zeit wurden auch die niedrigeren Zwischengeschosse – zwischen Erd- und Obergeschoss
– in die poblaner Architektur eingeführt, die in der Lage sind, das gesamte Raumangebot des Hauses
ohne Verkleinerung des Patios geschickt zu vergrößern (Abb. 7.1 rechts). Als besonders imposantes
Beispiel dafür gilt das alte Zollhaus mit seinem gediegenen Repräsentationsstil des 17. Jh., das, lange
C-9
7 Auswertung der erhobenen Daten
der Zerstörung preisgegeben, heute im Besitz der Universität ist und wieder zu einem Schmuckstück
restauriert wurde. Eine liebenswerte Besonderheit im Stadtbild Pueblas aus dieser Epoche sind die
Gebäude mit Eckbalkon. Ein wirklicher Barockpalast aus dem 17. Jh. ist schließlich die "Casa de las
Bóvedas", lange Zeit als Kunstakademie genutzt, beherbergt das Gebäude heute die Pinakothek der
Universität (siehe [10]).
Abb. 7.1:
Links: Die Fassade der "Casa del Déan de la Plaza" aus dem 16. Jh.
Rechts: Ansicht eines typischen Gebäudes mit Zwischengeschoss aus dem 17. Jh.
Im 18. Jh. gewinnt die Kachel als Gestaltungselement an der Außenhaut von Gebäuden an Bedeutung:
Die "Talavera de Puebla" wird nicht nur zur begehrten Gebrauchskeramik in Küche und Esszimmer,
sondern schließlich zum Inbegriff poblaner Architektur schlechthin. Die Muster kommen zunächst aus
dem spanischen Talavera la Reina, wo bereits arabische Vorbilder Spuren hinterlassen haben. In Puebla
verschmelzen zudem indianische Elemente und -bedingt durch den Pazifikhandel- auch chinesische zu
einer einzigartigen Formensprache. Aus bunten Kacheln, kombiniert mit Ziegeln und Stuck entstanden
Fassaden mit überschwänglichen Dekorationen, die die Barockarchitektur in Puebla krönen. Die gelb
leuchtenden Kuppeln über Kirchenschiffen und auf Türmen geben der Stadt ihren einzigartigen
Charakter. Die "Casa de Alfeñique" (Abb. 7.2) – heute das Stadtmuseum – ist Inbegriff dieses Baustils.
Die nicht weniger berühmte "Casa de los Muñecos", auf deren Fassade scheinbar "tanzende", etwas
skurrile Figuren aus Kacheln dargestellt sind, die zu allerhand volkstümlichen Spekulationen führen,
dokumentiert hingegen bereits den Aufbruch der Architektur in das 19. Jh..
Abb. 7.2:
Links: Ansicht der "Casa de Alfeñique" aus dem 18. Jh.
Rechts: Blick in den Innenhof der "Casa de Alfeñique".
C - 10
7.1
Baumaterial
Von den ersten Gebäuden, die den Stadtchroniken zufolge aus Holz mit Stroh gedeckten Faltdächern
im Laufe einer Woche gebaut wurden, gibt es heute keine Spuren mehr. Adobe ([9], Bd. 1, S. 278)
schien nur in der ersten Zeit nach der Stadtgründung eine gewisse Rolle gespielt zu haben und wurde
offenbar schnell zugunsten des "cal y canto", also des Mauerwerksbaues aus Bruchstein aufgegeben.
Nur in den "barrios", die auch heute noch von einem mehr ländlichen Charakter geprägt sind, finden
sich hin und wieder Gebäude, auch Begrenzungsmauern aus Adobe. Der Adobeziegel passte offenbar
schon seit den ersten Jahren nach der Gründung nicht mehr in die Vorstellung der Bewohner von einer
erfolgreichen Bürgerstadt. Auch von den Chronisten wurde auffallend oft und mit Stolz betont, dass die
Gebäude aus "cal y canto" gefertigt wurden.
Kalk, in der Hauptstadt während der gesamten Kolonialzeit eins der knappsten, somit am meisten
gefragten und teuersten Baumaterialien, war in Puebla im Überfluss vorhanden. Die wichtigsten Lager
befanden sich im Norden der Stadt ([9], Bd. 1, S. 288), und förderten so den Bau von Kalkbrennöfen
in dieser Gegend. Kalk aus Puebla wurde nicht nur in den Bauten der Stadt selbst verwendet, sondern
im gesamten Umland verarbeitet, was, wie Echeverria y Veytia ([9], Bd. 1, S. 289] betont, nicht daran
lag, dass es in anderen Orten an Kalk gefehlt hätte, sondern dass es einfach keine Brennöfen dafür gab.
Die Stadt Puebla muss hier entweder über die Zunftordnungen oder durch die für den Abbau von Kalk
notwendige und käufliche Lizenz einen Einfluss ausgeübt haben; eine Handlungsweise, die durchaus
ihren wirtschaftlichen Interessen entsprochen haben könnte.
Ebenso wie die Kalklager, waren auch die Steinbrüche städtisches Eigentum und der Abbau
genehmigungspflichtig. Diese Abbauerlaubnis wurde zeitlich begrenzt vergeben und war gebührenpflichtig. Bemerkenswert ist dabei, dass diese Regelung sich nicht nur auf die offiziellen Steinbrüche
bezog, sondern auch auf die auf dem Baugrundstück vorgefundenen Baumaterialien. Bruchstein findet
sich unter den erwähnten Kalklagern: ein weißes, festes Schichtgestein, das für Fundamente und
Mauerwerk sowie als Bodenbelag der Patios verwendet wurde. Es wurden daumendicke Platten daraus
abgebaut, die zu zwanzig Stück eine Wagenladung ausmachten und so verkauft wurden.
Bedeutend waren die Steinbrüche der im Norden der Stadt liegenden Hänge von Loreto und Guadalupe,
die teils auch heute noch ausgebeutet werden, ebenfalls der Steinbruch am Hügel von San Juan. Hier
wurde der für die zu betrachtende Architektur bedeutendste Stein, der graue und widerstandsfähige
Basalt abgebaut, der nicht allein die Werksteinfassadenteile der Gebäude und deren Balkone, sondern
auch den Bodenbelag in Patios und Strassen ausmacht. Am Bau fanden zunächst wenig oder völlig
unbearbeitete Bruchsteine Verwendung, die im Mauerwerk verarbeitet wurden, daneben Werkstein für
Portale, Säulen, Brunnen und bestimmte Teile an Fassaden. Für Bodenbelag und Balkone wurde dieser
Stein in zweifingerdicke Platten von einer kastilischen Elle Länge auf eine halbe Elle Breite geschnitten
(ca.: 84 x 42 cm) und, eine Frage des Preises und der gewünschten Verwendung, ein oder beidseitig
glattgeschliffen und poliert.
Ein Sandsteinlager gab einem ganzen "barrio" seinen Namen. In Xanenetla wurde der "xalnene"
abgebaut, ein fester, feuerbeständiger Stein, der vorzugsweise für den Bau von Brennöfen für Kalk,
Ziegel und Glas Verwendung fand, da er hohe Temperaturen auch über längere Zeitspannen ohne
Schaden übersteht. Er ist aber auch, in große Blocks geschnitten, in nicht tragendem Mauerwerk einiger
Gebäude ab und zu anzutreffen.
Kies wurde überwiegend an den Hängen des Tepoxuchitl abgebaut, der durch seine Vielfarbigkeit
auffiel. Das kann man auch heute noch im historischen Mauerwerk an unverputzten Stellen beobachten.
Sand zum Bauen wurde überwiegend aus dem San Francisco Fluss gewonnen, wo dieser im Überfluss
C - 11
angetrieben wurde.
Ebenfalls an den Hängen der Hügel von Loreto und Guadalupe, im Barrio de Xanenetla und im Barrio
de San Francisco, wurde außerdem Lehm abgebaut, der zu Ziegelsteinen weiterverarbeitet wurde. Sie
wurden in verschiedenen Größen gefertigt und tausendstückweise, wie auch heute noch, ausgeliefert.
Verwendung fanden die quadratischen, flachen Ziegel (25 x 25 x 3 cm) in den Bodenbelägen der
Gebäude, die durchweg mit diesem Baustoff abgedeckt waren. Fassadenverkleidungen aus Ziegeln der
unterschiedlichsten Formen kamen dann vor allem im 18. Jahrhundert in Mode. Die eigentlichen Ziegel
für Mauerwerksbau waren 28 x 14 x 7 cm groß, massiv und brachen der relativ niedrigen Brenntemperatur wegen leicht auseinander. Mithin fanden sie ausschließlich in stark druckbelasteten
Bauteilen, wie Bögen, Tür- und Fensterstürzen Verwendung. Mauerwerk nur aus gebrannten Ziegeln
war im kolonialzeitlichen Wohnungsbau nicht festzustellen, lediglich zerbrochene oder schlechter
gebrannte Ziegel, wurden im üblichen Mauerwerk mitverarbeitet.
Holz war in den die Stadt damals noch umgebenden Nadelwäldern und Berghängen einfach, schnell,
billig und im Überfluß verfügbar. Es wurde auf 5, 6.5, 7.5 und 9 kastilische Ellen für Balken
zurechtgesägt und für die Deckenkonstruktion verwendet ([3], S. 148). Ebenfalls in die Deckenkonstruktion gingen Holzscheite "tejamanil" ein. Die Rahmen von Türen und Fenstern, sowie die
Eingangstüren der Gebäude waren ebenfalls aus Holz, und bis in das ausgehende 19. Jahrhundert hinein
fand man neben den heute üblichen Schmiedeeisengeländern und -gittern auch viele Holzgeländer an
Balkonen und Holzgitter an den Fenstern. Abgesehen von dieser direkten Verwendung von Holz am
Bau wurde Holz in Kalk und Ziegelöfen verheizt.
Eisen wurde am Bau nur sehr sparsam eingesetzt. Es war zu Beginn der Kolonialzeit äußerst knapp und
musste aus Spanien eingeführt werden, bis in Mexiko die ersten Minen in Betrieb genommen waren.
7.2
Bauweise
Die bauliche Struktur des Bürgerhauses in Puebla ist streng und überschaubar und weist sich durch
einfache und klare konstruktive Lösungen aus. Im Grundriss handelt es sich um ein Gebäude, dessen
rechteckiger Patio von vier langgestreckten Zimmerfluchten umgeben und geformt ist. Der Patio ist in
der Regel auf ein bis drei Seiten von einem Säulengang umstanden, der im Obergeschoss als Gang zur
Erschließung der Räume dient. In der Regel wird ein Gebäude von zwei hintereinander liegenden und
durch einen Gang verbundenen Patios gebildet. Der Zugang zum Gebäude von der Strasse erfolgt über
eine Hofeinfahrt, die "zaguán" genannt wird. Eine in der Regel zweiläufige Treppe erschließt das
Obergeschoss. Im Aufriss variieren die Geschosszahlen zwischen einem und zwei Geschossen, wobei
gesondert auf die Gebäude mit zwei Geschossen und einem, relativ niedrigeren, Zwischengeschoss
hingewiesen werden muss.
Die vier Zimmerfluchten um den Patio herum bestehen aus Mauerwerk, das für die Geschoß hohen
Fenster/Türen entsprechende Öffnungen aufweist. Alle Räume im Erd- und Obergeschoss werden
einzeln und von außen, also vom Patio her erschlossen; oft wird daher sogar auf eine interne
Verbindung zwischen den Räumen verzichtet. Auf der Patioseite schließt sich dieser Zimmerflucht der
Säulengang an, der von Rundsäulen meist toskanischer Ordnung, welche die darüberliegenden Bögen
tragen, gebildet wird. Darüber befinden sich die Geschossdecken und/oder das Dach, welche
konstruktiv gleich behandelt wurden. An den Patioseiten, die keinen Säulengang aufweisen, werden die
Räume im Obergeschoss über einen auskragenden Gang, der aus Gewölben, die seitlich wiederum auf
Steinkonsolen aufliegen, erschlossen.
C - 12
Das Mauerwerk der Zimmerfluchten ruht auf einem Streifenfundament, das, nur wenige Zentimeter
breiter als die darüberliegende Mauer, zwischen 80 und 120 cm tief in die Erde eingelassen ist. Das
eigentliche Mauerwerk im Erdgeschoss ist in nahezu allen Fällen genau eine kastilische Elle, also
84 cm, stark. Das Mauerwerk im Obergeschoss ist in vielen Fällen, das zeigen die Bauaufnahmen,
ebenso stark wie das im Erdgeschoss, nur in wenigen Fällen ist eine Abnahme der Mauerstärke zu
beobachten. Das Mauerwerk selbst setzt sich aus einer Mischung verschiedenster Bausteine
zusammen, in welcher der schon erwähnte Bruchstein die bedeutendste Rolle spielt. Die fast durchweg
Geschoß hohen Fenster und Türen (es gibt fast gar keine Fenster mit "Fensterbank") werden in Puebla
durch Stürze mit "Muscheltympanon" abgeschlossen. Dieses Muscheltympanon, eigentlich ein
Kuppelsegment, das im Mauerwerksbau errichtet die anfallenden Lasten auf das seitlich liegende
Mauerwerk abführt, ist immer mit seiner Öffnung zur Raumseite hin gerichtet, in den meisten Fällen
glatt verputzt und nach außen, also zur Strassen- oder Patioseite hin, als scheitrechter Sturz ausgeführt.
In einigen Gebäuden (vorwiegend im 17. und 18. Jahrhundert) wird diese konkave Form des Türsturzes
durch ein Muschelornament verziert, das den Fenstern einen besonderen Reiz verleiht. Fenster- und
Türstürze aus Holzbalken, wie sie in der Hauptstadt und in vielen anderen Städten Mexikos üblich sind,
können in Puebla nur in zwei Fällen beobachtet werden.
Die Säulen der Arkadenreihen ruhen auf gestuften Punktfundamenten von 40-80 cm Tiefe und einer
höchsten Breite von 100 cm. Diese Säulen sind aus Werkstein gefertigt und bestehen meistens aus
mehreren Steinstücken, die normalerweise nur aufeinandergesetzt und mit etwas Mörtel verbunden, in
einigen Fällen aber auch regelrecht ineinander verzapft ([4], S. 320-327) sind. Die die Säulen
verbindenden Bögen wurden nur im 16. Jahrhundert aus Werkstein geformt. Die folgenden
Jahrhunderte verwendeten dafür – weil billiger – Ziegel im Mauerwerksbau. Die Ausfachung der
Zwischenräume erfolgte durch das schon beschriebene Mauerwerk aus vermischten Materialien.
Ebenfalls aus Ziegeln und im Mauerwerksbau erstellt sind die Gewölbe, die an den nicht von
Säulengängen bestückten Patioseiten als Umgänge zur Erschließung der Obergeschossräume dienen.
Es handelt sich dabei um Korbbogen, deren Spannweite enorm variieren kann und die auf ins
Mauerwerk eingelassenen Steinkonsolen ruhen. Diese Bauweise erhielt sich nicht nur während der
Kolonialzeit, sondern wirkte bis ins 19. Jahrhundert hinein, bis diese Umgänge durch in das Mauerwerk
eingelassene Steinplatten ersetzt wurden.
Geschossdecken und Dächer (siehe Abb. 7.3 links oben) weisen dieselben konstruktiven Eigenschaften
auf. Eine untere Balkenlage trägt zunächst Ziegel oder Holzscheite "tejamanil", auf denen eine
Schüttung aus grobem Sand und Kies aufgebracht ist. Darüber liegt in einem Mörtelbett eine weitere
Lage flacher Ziegel, die als Bodenbelag dient. Die Balkenlage ist in Querrichtung zur Zimmerflucht
angebracht, lässt also in Bezug auf leichte Trennwände maximale Gestaltungsfreiheit. Hierbei sind
zwei Auflagertypen (siehe Abb. 7.3 links unten) zu unterscheiden, die zahlenmäßig fast gleich
verbreitet sind. Einmal sind die Balken ca. 15-20 cm in die Wand eingelassen und die Auflager im
Bruchsteinmauerwerk durch Ziegelsteine stabilisiert. Die andere Form lässt die Balkenköpfe nur
wenige Zentimeter in die Wand ragen, unterstützt sie jedoch mittels eines längs der Wand verlaufenden
Holzträgers, der wiederum auf in größeren Abständen angebrachten Steinkonsolen ruht. Die Balken
liegen unverhältnismäßig dicht beieinander: sie sind nach einer in Mexiko geltenden Faustregel verlegt,
die aussagt, dass der Abstand zwischen zwei Balken die Breite eines Balkens ausmachen soll: "Entre
viga y viga: viga". Eine zweite, augenscheinlich seltener angewandte Regel besagte, dass der Abstand
zwischen den Balken die Höhe eines Balken sein solle: "Viga parada - viga acostada". Bei einer
normalen Balkenbreite von 12-18 cm ergibt sich ein recht geringer Abstand von einem Balken zum
anderen, gerade genug, um den Zwischenraum mit einem Ziegel oder einer Holzschindel zu
C - 13
überwinden (siehe Abb. 7.3 rechts). Diese Bauweise ist offenbar bis ins 19. Jahrhundert hinein
ökonomisch vertretbar: wer dachte damals schon an die ökologischen Schäden des Kahlschlages ohne
Wiederaufforstung , denn erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts wird diese Norm wegen des inzwischen
hohen Preises durchbrochen und der Balkenabstand verändert oder die Holzdecken werden durch
flache, aus Ziegeln gemauerte Gewölbe ersetzt. Die Balkenlänge bestimmt die Tiefe der Zimmerflucht
und da diese in genormten Größen angeliefert werden, finden sich auch überwiegend Bautiefen von 9
(7,52 m), 7.5 (6,26 m), 6 (5,01 m.) und 5 (4,18 m) kastilischen Ellen.
Abb. 7.3:
Links: Skizze des Dachaufbaus (oben) und der Auflager für die Balken (unten).
Rechts: Blick in einen Hauseingang "zaguán" mit der typischen Holzdecke.
Gewölbe treten während der Kolonialzeit vor allem als Überdachung von Treppenhäusern auf. Seltener
sind sie als Überdachung von Umgängen im Patio oder in geschlossenen Räumen vorzufinden. Es kann
sich dabei um Tonnen , Kreuz- oder Klostergewölbe, manchmal auch um Flachkuppeln handeln, die
im Mauerwerksbau ausgeführt sind.
Der Dachaufbau ist grundsätzlich derselbe wie der der Geschossdecken, jedoch wird das Dach
zusätzlich durch mehrere abwechselnd angewandte Seifenlaugen und Alaunbäder oder später auch
durch eine Beimischung von Asphalt "chapopote" zur Zementschlämme abgedichtet. Die Dächer sind
meist leicht geneigt, damit das anfallende Regenwasser schnell über Rohre und Wasserspeier abfließen
kann.
Die Dachentwässerung (Abb. 7.4) erfolgt in den meisten Fällen über viereckige, aus Ziegelsteinen
geformte und in die Wand eingelassene Rohre, die an der Straßenoberfläche in ein aus Werkstein
gefertigtes Formstück (Knie) enden, welches das Wasser auf die Strasse auswirft. Eine andere, etwas
später auftretende Form der Wasserabführung sind die Wasserspeier, die teils zur Patioseite hin, teils
C - 14
zur Straßenseite hin das Dach entwässern und welche ebenfalls aus Formsteinen hergestellt sind.
Abb. 7.4:
Skizze einer Dachentwässerung.
Die einfache Bauweise, die Verfügbarkeit von Baumaterial und die regelmäßig geformten Grundstücke
lassen eine nüchterne, gleichzeitig majestätische und homogene Architektur entstehen, die auch noch
dem heutigen Stadtbild Pueblas seine charakteristische Einheitlichkeit verleiht. Die baulichen
Entwicklungstendenzen durch die drei Jahrhunderte kolonialer Herrschaft äußern sich also nicht so
sehr in konstruktiven Neuerungen, sondern eher in der Raumauffassung und Dekoration der Bauwerke,
die an anderer Stelle dargestellt ist (siehe [4], S. 126-226).
8
Holzdecken und Holzdächer
Die beschriebenen Holzdecken und -dächer haben sich während der Kolonialzeit sehr gut bewährt und
werden ab dem 19. Jh. bis in die 1920er Jahre hinein in dieser Machart, dann aber mit größeren
Balkenabständen, so lange verwendet bis die traditionelle Holzkonstruktion zunächst durch
Ziegelgewölbe, später durch Betondecken ersetzt wird.
Diese Decken und Dächer sind recht wartungsfreundlich und einfach zu handhaben, bedürfen
allerdings ständiger Kontrolle. So dürfen die Balkenköpfe der Geschoßdecken weder faulen noch von
Schwämmen befallen sein und Verschiebungen durch die häufig auftretenden Erdbeben müssen
schnell ausgeglichen werden; vor allen dürfen die Dächer keine Feuchtigkeit aufnehmen können: die
tropischen Regenfälle sind in der Regenzeit meist heftig, aber kurz, sodass bei funktionierenden
Abwasserleitungen der nachfolgende Sonnenschein die Dachfläche schnell getrocknet hat. Ist die
Dachentwässerung und/oder die Dachabdichtung jedoch beschädigt, kann Wasser in die Sandschicht
eindringen. Bis die Ziegel- und die Sandschicht mit Wasser gesättigt ist, wird die Decke zunächst
C - 15
8 Holzdecken und Holzdächer
natürlich immer schwerer. Ist der höchste Sättigungsgrad im Dachaufbau erreicht, dringt das anfallende
Wasser durch die Decke und schwächt die -bereits zuvor zusätzlich belasteten- Holzbalken durch
direkte Wassereinwirkung weiter.
Das Zusammenspiel dieser Effekte führt vor allem bei vernachlässigter Bausubstanz innerhalb weniger
Jahre zum Einsturz der Dachabdeckung und in der Folge natürlich auch zum Einsturz der darunter
liegenden Geschossdecken. Daher sind für den Schutz der Dachhaut eine funktionierende
Dachentwässerung und eine geeignete Abdichtung unabdingbar. Weil die bereits beschriebenen
Dachentwässerungsrohre nach erfolgter Verstopfung schwer zu reinigen sind, findet man heute häufig
nachträglich auf Putz angebrachte Entwässerungsrohre oder zusätzliche Wasserspeier. Die Abdichtung
der Dachflächen muss jährlich vor Beginn der Regenzeit im Mai kontrolliert (siehe Abb. 8.1 links) und
wie oben beschrieben mit Seifenlaugen und Alaunbädern, aber auch mit Asphaltanstrich "chapopote"
versehen werden.
Nur aus den historischen Quellen wissen wir, dass Holzkonstruktionen für Kirchendächer zu Beginn
der Kolonialzeit durchaus die Regel waren. Ab dem 17. Jahrhundert werden praktisch alle Kirchen in
den Städten und in den umliegenden Dörfern im Raum Puebla und Tlaxcala nach und nach mit
gemauerten Kuppeln [21] überdacht, wie wir sie heute mit ihrer Abdichtung aus bunten Fliesen kennen
(Abb. 8.1 rechts).
Abb. 8.1:
Links: Abdichtungsarbeiten an einem typischen Flachdach aus dem 19. Jh.
Rechts: Luftaufnahme der aus Flachdächern und Kuppeln zusammengesetzten Dachlandschaft von
Puebla. [Foto: Bureau Charbonneau, Montréal, 1992]
Allein die Kirche des Franziskanerklosters "Nuestra Señora de la Asunción" in Tlaxcala verfügt im
Raum Puebla und Tlaxcala noch heute über einen wunderbaren Dachstuhl im Mudéjarstil, dem
arabisch-spanischen Baustil aus der Zeit der maurischen Herrschaft auf der iberischen Halbinsel. Aus
dem zwischen 1581 und 1584 entstandenen Bericht von Diego Muñoz Camargo über die Provinz
Tlaxcala geht hervor, dass dieses Kloster zum Zeitpunkt des Berichtes bereits so bestand wie wir es
heute kennen: mit einem Dachstuhl aus kunstvoll durch Überblattung oder Kämmung
zusammengefügten Balken aus Zedernholz [12]. Beim Entwurf spielte nicht nur die Statik, sondern
auch Symbolik und Ästhetik eine wesentliche Rolle: die Untersicht des Dachstuhls ist ein
sternenbedeckter Himmel (siehe Abb. 8.2 links).
C - 16
Der Karmelitermönch Fray Andrés de San Miguel (1577-um 1644) lebte ab 1597 in Puebla, seine heute
noch bekannten Bauwerke stehen jedoch vor allem in San Angel (México D.F.) und im Bajío. Neben
reinen Ingenieurbauwerken errichtete er Holzdecken "alfarje" in spanisch-muslimischer Tradition, wie
sie aus dem ehedem maurisch besetzten Spanien bekannt sind und auch im spanischen Kolonialreich
des 16. und 17. Jh. meist für Kirchen, hin und wieder auch in der Zivilarchitektur verwendet wurden.
Er hielt sein Wissen in einem Manuskript fest, das heute in der Latin American Collection der
University of Texas in Austin aufbewahrt wird und 1965 erstmals vollständig veröffentlicht wurde [1].
Seine Zeichnungen und technischen und geometrischen Beschreibungen sind heute wertvolle Zeitzeugen, die aufzeigen, wie diese komplizierten Deckenkonstruktionen entworfen und gebaut wurden
(siehe Abb. 8.2 rechts).
Abb. 8.2:
Links: Ein Blick in den Dachstuhl der Klosterkirche "Nuestra Señora de la Asunción" in Tlaxcala.
Rechts: Zeichnung einer "alfarje" aus dem Manuskript von Fray Andrés de San Miguel [1].
Weiterführende Studien zu dieser Art von Dachstühlen im Raume Puebla und Tlaxcala wären durchaus
sinnvoll und könnten einen Beitrag zu ihrer Erhaltung leisten.
C - 17
9 Literatur
9
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Arequipa) en: Kingman Garcés, Eduardo (Compilador): Historia social urbana - Espacios y
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C - 18
D UNESCO-WKE Bamberg – Bauforschung an
historischen Dachwerken
M. Schuller
Prof. Dr.-Ing. Manfred Schuller
D-1
1981
Promotion an der TU München
seit 2006
Lehrstuhl für Baugeschichte, historische Bauforschung und
Denkmalpflege an der TU München
1 Zusammenfassung – Die Dachwerke Bambergs 1180-1800
1
Zusammenfassung – Die Dachwerke Bambergs 1180-1800
In der im 2. Weltkrieg von Zerstörungen nur gering betroffenen Weltkulturerbestadt Bamberg hat sich
lange unerkannt ein besonderer Schatz erhalten: Historische Dachwerke vom ausgehenden 12. Jahrhundert bis in die Barockzeit. Im Vortrag werden die Ergebnisse von 20 Jahren Forschung und Lehre
an der Universität Bamberg der Professur für Bauforschung und Baugeschichte vorgestellt.
Das älteste komplett erhaltene Dachwerk über der Kirche St. Gangolf ist dendrochronologisch auf 1184
datiert. Es handelt sich um ein für die romanischen Dachwerke im deutschen Sprachgebiet typisches
Sparrendach mit Sparrenstreben (siehe Abb. 1.2). Ähnliche Konstruktionen waren nach erhaltenen
Resten auch in den Profandächern Bambergs des 13. Jahrhunderts üblich. Im 14. Jahrhundert werden
die Dachwerke deutlich steiler und erhalten Kehlbalkenlagen. Über der Oberen Pfarre liegt ein
Kehlbalkendach mit einer zusätzlichen Scherenkonstruktion, an der eine Holztonne befestigt war.
Ab 1400 endet die Zeit der binderlosen, nur durch schräge Windrispen längs ausgesteiften Dächer, der
stehende Stuhl wird eingeführt, mit dem auch sehr große Räume wie die der Dominikanerkirche mit 22
Meter Basisbreite überspannt werden können. Diese Stühle werden zur Standardkonstruktion auch über
der Vielzahl der erhaltenen Bürgerhausdächer des 15. Jahrhunderts. Mitte des 15. Jahrhunderts setzen
die liegenden Stühle sowohl über Sakral- wie über Profanbauten ein, zugleich sind Hängewerke
nachweisbar, die von den Bindern der Stühle streng getrennt sind. Kombinationen von stehendem und
liegendem Stuhl ermöglichen im ausgehenden 15. und gesamten 16. Jahrhundert die Überspannung
großer Gebäudetiefen, die auch bei Profanbauten bis zu 18 Meter betragen.
Das 17. und 18. Jahrhundert greift die im Mittelalter entwickelten Hauptkonstruktionen liegender Stuhl
und Hängewerk und kombiniert sie insbesondere bei anspruchsvollen Gebäuden wie den
Kirchenbauten. Die Hängewerke werden jetzt in die Ebene des liegenden Stuhls versetzt, was zu
äußerst komplizierten Knotenpunkten und Holzverbindungen führt. Einige Kirchendachwerke wie das
größte barocke Dachwerk Bambergs über der ehemaligen Jesuitenkirche weisen doppelte Hängewerke,
das Ausnahmedach von Schloss Weißenstein bei Pommersfelden in der näheren Umgebung besitzt gar
ein vierfaches Hängewerk mit einer freien Spannweite von 24 Metern. Zudem besitzt es 1716 eines der
ersten Mansarddächer Frankens. Im Bürgerhausbau Bambergs wird der liegende Stuhl bis ins 19. Jahrhundert die Standardkonstruktion, er eignet sich für alle erdenklichen Formen: unterschiedlichste
Gebäudegrößen, verschiedene Dachneigungen, Sattel-, Walm und modische Mansarddächer. Selbst bei
den extrem steilen Turmhelmen bildet er die Grundkonstruktion.
Das Besondere der Bamberger Dachwerke ist nicht nur die Fülle der erhaltenen Beispiele von der
Großkirche bis zum kleinen Feldhütergebäude vom 12. bis zum 18. Jahrhundert, sondern auch die
konsequente konstruktive Entwicklung von binderlosen Sparrendächern bis zu hochkomplizierten
Kombinationen von liegenden Stühlen mit Hängewerken durch sieben Jahrhunderte. Sie ist in dieser
Quantität und Qualität in keiner anderen deutschen Stadt mehr nachweisbar.
D-2
Kapitel D: UNESCO-WKE Bamberg – Bauforschung an historischen Dachwerken
Abb. 1.1:
Blick über die Bamberger Dachlandschaft.
Abb. 1.2:
Isometrie des ältesten Bamberger Dachwerkes von 1284 (St. Gangolf).
D-3
1 Zusammenfassung – Die Dachwerke Bambergs 1180-1800
Abb. 1.3:
Tafel mit Dachwerken des 18. Jahrhunderts.
D-4
E Historische Dachwerke – Entwicklungsgeschichte,
Typologie und Tragwirkung
J. Zehetgruber
DI Johann Zehetgruber
E-1
seit 1998
selbständiger Ziviltechniker mit Bürositz in Zwettl, NÖ
seit 1999
Lehrer an der HTBL Krems für konstruktive Fächer
Zusammenfassung
Historische Dachwerke gehören zweifellos zu den faszinierendsten Tragwerken, mit denen ein
Baustatiker zu tun hat. Sie existieren in einer großen Zahl und erfüllen bis heute ihre Funktionen zur
Stützung der Dachhaut und damit zum Schutz der darunter liegenden Gebäudeteile vor Witterung. Die
in Mitteleuropa noch erhaltenen Exemplare reichen bis in das 12. Jhdt zurück und sind in manchen
Fällen fast unverändert erhalten.
Für die Bearbeitung solcher Tragwerke sind folgende drei Punkte von Bedeutung:
•
•
•
Die Geschichte des Tragwerkes (Genese, Bauphasen, durchgeführte Sanierungen) und dessen
baulicher Zustand
Die Zuordnung des Tragwerkes zu einer Konstruktionsform (Typologie)
Die möglichst realitätsnahe Erfassung der Tragwirkung als Voraussetzung der weiteren
theoretischen Bearbeitung
Die Konstruktionsform hängt eng mit dem Errichtungszeitpunkt und auch mit der Region zusammen.
Die Einteilung kann aber grundsätzlich in zwei Hauptgruppen erfolgen: Die der SparrenKehlbalkendächer und die der Pfettendächer. Diese beiden Typen lassen sich durch die Funktion und
Lagerung der Sparren sauber voneinander trennen. Mischformen sind jedoch vereinzelt vorhanden.
Zeitlich gesehen dominieren in Mitteleuropa über viele Jahrhunderte die verschiedensten Formen der
Sparren- und Kehlbalkendächer. Dabei haben sich hochkomplexe Konstruktionen entwickelt, mit
denen große Spannweiten überbrückt wurden. Die Dächer waren steil mit Neigungen von 45 ° bis 60 °.
Die Pfettendächer bildeten daneben eher die Ausnahme. Erst im 19. Jhdt kam es dann zur Ablöse des
letzten großen Vertreters der Kehlbalkendachstühle mit liegendem Stuhl durch die Pfettendachstühle.
Mit diesen Konstruktionen ließen sich kompliziertere Grundrissformen einfacher beherrschen.
Mit der Unterscheidung in Sparren- und Pfettendächer ergibt sich auch bereits eine Unterscheidung der
Tragwirkung. Bei Sparrendächern erfolgt die Lastableitung direkt auf kürzestem Weg über das
Dreieck, also die Querebene. Bei den Pfettendächern erfolgt die Ableitung der Lasten dominant über
die Längstragwerke und damit indirekt und über einen längeren Lastpfad. Aufgrund der komplexen
Verbindungstechnik und des hohen Grades an statischer Unbestimmtheit handelt es sich in aller Regel
um Hybridtragwerke, bei denen die beiden Systeme in einem gewissen Verhältnis zueinander wirksam
werden.
Die theoretische Bearbeitung erfordert in jedem Fall eine intensive Analyse der Konstruktion. Der
befasste Ingenieur muss daher einen wesentlichen Teil seiner Zeit vor Ort verbringen, um sein Modell
möglichst nahe an die Realität heranführen zu können. Mehr als bei allen anderen Tragwerken sind
ausreichend Plausibilitätskontrollen einzubauen. Auch die Kalibrierung mit Hilfe von in-situMessungen kann bei wertvollen Bausubstanzen angebracht sein.
E-2
Kapitel E: Historische Dachwerke – Entwicklungsgeschichte, Typologie und Tragwirkung
1
Einführung
Die tägliche Arbeit des konstruktiven Ingenieurs bringt bisweilen auch die Befassung mit alten
Dachtragwerken mit sich. Meist scheitert er dann schon an einer korrekten und klaren Bezeichnung der
tragenden Struktur und seiner Teile. Beginnt er dann mit der Erhebung des Ist-Zustandes, so kommt er
nicht um eine genauerer Befassung mit der Historie umhin. Oftmals ist das vorhandene Gebilde eine
Summe aus mehreren Bauetappen bzw. wurden schon Sanierungen und Verstärkungen durchgeführt.
Das Wissen um typische Ausführungsformen mit Konnex zur Bauzeit ist dafür sehr hilfreich.
Schließlich stellt sich dann noch die Frage nach der möglichst realitätsnahen Erfassung der
Tragwirkung. Davon ist schließlich die zentrale Frage der Tragfähigkeit / der Resttragfähigkeit und
damit der Zuverlässigkeit eines Tragsystems abhängig. Dabei zeigt sich, dass historische Dachwerke
zu den Strukturen zählen, deren Tragverhalten am schwierigsten zu modellieren ist bzw. deren
Schnittgrößen und Spannungen nur mit einer verbleibenden Unschärfe zu erfassen sind.
Der Begriff der historischen Dachwerke soll hier auf zimmermannsmäßig errichtete, hölzerne
Tragwerke, welche vor 1900 gebaut wurden, eingeschränkt werden.
Im Folgenden sollen vor allem die Aspekte der geschichtlichen Entwicklung und der damit eng
verbundenen Typologie im mitteleuropäischen Raum behandelt werden. Danach wird auf die
Tragwirkung und eine möglichst realitätsnahe Modellierung derartiger Konstruktionen eingegangen
bzw. sollen die Probleme, die dabei auftauchen können, aufgezeigt werden.
2
Typologie
Das erste Problem stellt vielfach die korrekte Bezeichnung der Konstruktion dar. Hier hilft die
grundsätzliche Unterscheidung in Sparrendächer und Pfettendächer.
Der Unterschied liegt in der Funktion der Sparren hinsichtlich der Lastableitung und in der
unterschiedlichen Ausführung des Anschlussknotens Sparren – Dachstuhl (siehe Abb. 2.1).
re
ar
Sp
n
re
ar
Sp
n
Pfette
Kehlbalken
Rähm
Stuhlsäule
Stuhlsäule
Abb. 2.1:
Vergleich Detail Kehlbalkendach links, Pfettendach rechts [5].
In der folgenden Abbildung (Abb. 2.2) sollen anhand einfacher Vertreter die Unterschiede in der
Lastableitung dargestellt werden.
E-3
2 Typologie
Symbol
Sparrendach
FIR
ST
ev. Kehlbalken
Symbol
Pfette oder
Stuhlwand
Symbol
Stuhl
Sparren
Stu
wahlnd
FIR
ST
Biegung
Firstpfette
Sparren
Druck
e4
Gespärr
e3
Gespärr
ä
Vollgesp
e2
Gespärr
e1
e
G spärr
Abb. 2.2:
2.1
Zug
Bundtram
Mauerbank
rre 2
ärre 1.2
Leergesp
ärre 1.1
Leergesp
ärre 1
Vollgesp
Stuhlsäule
Fußpfette
Lastabtragung beim klassischen Sparrendach links und am Beispiel eines einfach stehenden Pfettendachstuhls rechts [5].
Sparrendach (Gespärredach)
Beim Sparrendach handelt es sich um mehrfach hintereinander angeordnete Dreigelenkrahmen ohne
bzw. mit weiteren Unterstützungen (z. B. Kehlbalken) der Sparren. Die Sparren nehmen Biegemomente, Normalkräfte und Querkräfte auf. Der Horizontalschub aus den Sparren wird durch den als
Zugband wirkenden Bundtram aufgenommen. Der Grundtyp weist keinen eigentlichen Stuhl auf,
weswegen hier der allgemeine Begriff des Dachtragwerkes oder einfacher des Dachwerkes angebracht
erscheint. Konstruktiv sind die Sparren wesentlicher Bestandteil des Tragwerks.
2.2
Pfettendach (Rofen-/Rafendach)
Die Sparren (historisch auch Rofen bzw. Rafen) des Pfettendachs sind geneigte Biegeträger, welche
ein- oder mehrere Felder, mit oder ohne Auskragung überspannen und auf Pfetten aufgelagert sind. Die
Sparren nehmen von Normalkräften aus der Schräglage abgesehen, nur Biegemomente und Querkräfte
auf. Die Pfetten wiederum lagern entweder direkt auf Wänden oder auf Stühlen auf. Die Pfetten tragen
die Lasten im Wesentlichen über Biegung in Firstrichtung ab.
Konstruktiv sind die Sparren Bestandteil der Dachhaut.
Sowohl das Sparren- als auch das Pfettendach weisen eine Vielzahl von Untergruppen auf, wobei hier
mit den Jahrhunderten Veränderungen eintraten und grundsätzlich die Komplexität der Tragwerke
zunahm (siehe auch Kapitel 3).
Neben den beiden Grundtypen kann man in der Neuzeit auch noch einige Sonderformen erkennen. Als
Beispiel seien hier die Bogenbinder nach de L´Orme oder nach Emy sowie das Zollingerdach erwähnt.
Abb. 2.3 zeigt eine Übersicht der wesentlichen Typen von Dachtragwerken in Mitteleuropa.
Selbstverständlich bleibt jeder Versuch der Erfassung der Vielfalt unvollständig. Die Tafel kann aber
für übliche Fälle wertvolle Hilfe zur Bezeichnung eines Tragwerkes bieten.
E-4
Sparrendächer (SD)
(einfache) Sparrendächer
Sparrendächer mit Zusatzstäben
Kehlbalkendächer (KD)
(einfache) Kehlbalkendächer
KD mit Zusatzstäben
KD mit Hängesäulen*
KD mit Kreuzstreben**
KD mit stehenden Stühlen
KD mit abgestrebten Stühlen
KD mit liegenden Stühlen
KD mit Kombinationen
(z. B. KD mit liegendem Stuhl u. Hängesäule)
Pfettendächer (PD)
Palladianische Pfettendächer
PD mit stehenden Stühlen
PD ohne Abstrebungen
PD mit Abstrebungen
***
PD mit Hängewerken
PD mit liegenden Stühlen
PD mit Bockpfettenstühlen
Sonderformen
Querschnitt:
stehende Bohlen
De LOrmescher Bogenbinder
Querschnitt:
liegende Bohlen
Seitenansicht
Zollingerdach
Bezeichnungen
Abb. 2.3:
Symbolskizzen (links: Tragwirkung, rechts: Vollgespärre)
S
Bogenbinder nach Emy
Schnitt
S
Beispiele (vgl.[4], [20], [26], [50])
Klassifizierung hölzerner, historischer Dachwerke [5].
An der globalen Lastabtragung historischer Dachwerke sind häufig firstparallele Tragglieder als auch
normal zum First verlaufende Tragglieder beteiligt. Es entsteht damit ein Hybridtragwerk, welches sich
aus den genannten Systemen zusammensetzt. Die Lastableitung erfolgt dann sowohl direkt über die
Sparren, als auch über die Längselemente, welche je nach System als Rähm (Sparrendächer) oder als
Pfetten (Pfettendächer) bezeichnet werden. (Siehe Kapitel 4).
E-5
3 Entwicklungsgeschichte
3
Entwicklungsgeschichte
Den Ursprung aller Dachformen bilden einfache Hütten zum Schutz vor Witterung in der Steinzeit.
Hier können bereits zwei verschiedene Konstruktionsformen unterschieden werden. Das Grubenhaus
und das Zelthaus (vgl. [1]) .
Abb. 3.1:
Steinzeitliche Ursprünge der Dächer: links Grubenhaus (Pfettendach), rechts Zeltdach (Sparrendach) [5].
Für den mitteleuropäischen Raum können zwei Einflüsse festgemacht werden. Zum einen bildet das
palladianische Pfettendach die Grundlage für die weitere Entwicklung. Zum anderen ist das Sparrenbzw. Kehlbalkendach bestimmend für die Dachwerksformen in diesem Kulturraum.
War die Dachneigung beim romanischen Dach gering, so weisen die Dächer germanischen Ursprungs
Neigungen deutlich über 45 °, zum Teil über 60 ° auf.
Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass im Süden das palladianische Pfettendach über
Jahrhunderte praktisch unverändert angewandt wurde. An den Bundträmen war häufig die Deckenkonstruktion befestigt. Das führte bei großen Stützweiten zwangsweise zu beachtlichen Dimensionen.
Bei dem Dachtragwerk der Kathedrale von Messina wurden Bundträme mit 48 x 80 cm eingesetzt
(siehe Abb. 3.2).
Abb. 3.2:
Kathedrale von Messina, Stützweite 14 m, Binderabstand 2,5 m [3].
Betrachtet man die Entwicklung in Mittel- und Nordeuropa, erkennt man ganz anders als im Süden eine
Vielfalt von Systemen und Detailausformungen. Dabei stand ganz wesentlich das Ziel im Mittelpunkt,
mit kleineren Dimensionen und mehr Stäben immer wieder auf das Dreieck zurück zu führende
Konstruktionen zu schaffen. Die Ursache für diese Vielfalt ist vermutlich in der Heterogenität der
Herrschaftsbereiche aber auch in den unterschiedlichen klimatischen Anforderungen zu suchen
(Dachdeckungen, Schneelasten- und Windlasten).
E-6
1132
Sparrendächer und SD mit Zusatzstäben
1173
Kehlbalkendächer und KD mit Zusatzstäben
1180
1330
KD mit Hängesäulen
13. Jh.
1305
KD mit Kreuzstreben
1284
1473
KD mit stehenden Stühlen mit/ohne Abstrebung
1400
1473
KD mit liegenden Stühlen
Palladianische Pfettendächer*
Pfettendächer mit stehenden
Stühlen mit/ohne Abstrebung
1687
1485
PD mit Hängewerken
14. Jh.
PD mit liegenden Stühlen
PD mit Bockpfettenstühlen
De LOmersche Bogenbinder
Bogenbinder nach Emy
...
... kaum
verlässliche
Quellen
Abb. 3.3:
E-7
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1000
1100
Zollingerdach
19.
20.
Zeit [Jh.]
Romanik
Gotik
Renaissance
Barock
Klassizismus
Historismus, Gründerzeit
Moderne
Zeittafel der Entwicklung historischer Dachtragwerke mit Beispielen [5].
3 Entwicklungsgeschichte
Nach eingehender Literaturrecherche wurde in der Zeittafel in Abb. 3.3 der Versuch unternommen, die
wichtigsten Stuhlformen einer entsprechenden Epoche bzw. einem Zeitbereich zuzuordnen. Da sich im
Regelfall keine exakte Abgrenzung definieren lässt, sind die Balken an den Enden auslaufend
dargestellt.
Vereinfacht zusammengefasst, lassen sich folgende Aussagen über die wichtigsten Entwicklungsstufen treffen:
Die wenigen, in unseren Breiten noch erhaltenen, Dachwerke aus der Romanik zeigen Ähnlichkeiten
mit dem palladianischen Pfettendach. Es erfolgte aber bereits der Übergang zum steilen Sparren- und
Kehlbalkendach. Hier gibt es erste Vertreter schon am Beginn des 12. Jahrhunderts. In der Zeit der
Gotik folgte die Entwicklung zu immer komplizierteren und ausgereifteren Formen der
Kehlbalkendächer mit eingebauten Stühlen. Diese Stühle waren allesamt zuerst stehend ausgebildet,
wobei schon früh zusätzliche Hängesäulen und Verstrebungen eingebaut wurden (Kreuzstreben,
Orchideenbund). Den Höhepunkt erreichte diese Entwicklung in den großen Kirchendachstühlen des
15. und 16. Jhdts. Mit einer Basisbreite von 32 m und einer Gesamthöhe von 36 m war der, der im 2.
Weltkrieg zerstörte, Dachstuhl auf dem Wiener Stephansdom der größte Vertreter im deutschsprachigen Raum (Abb. 3.5). Der artgleich ausgeführte Dachstuhl über dem Münster von Mürzzuschlag in
der Steiermark ist nur unwesentlich kleiner und noch in ausgezeichnetem Zustand zu besichtigen.
Bereits in der Renaissance begann dann die Entwicklung eines weiterentwickelten Kehlbalkendachwerkes mit liegendem Stuhl. Diese Form kann als der Typus des Barock schlechthin bezeichnet
werden. Viele Stifte und Klöster erlebten in der Zeit des Barock einen wirtschaftlichen Höhepunkt und
wurden massiv umgebaut oder in einigen Fällen praktisch neu gebaut. Dabei wurden sämtliche
Dachwerke mit liegendem Stuhl ausgeführt. Als Beispiel sei das Stift Göttweig in Niederösterreich
angeführt, das mit 2 Hektar Dachfläche ausschließlich diesen Stuhltyp aufweist. Das Kehlbalkendach
mit liegendem Stuhl stellt aber gleichzeitig den letzten großen Vertreter seiner Gattung dar. Ab dem
19. Jhdt bis heute werden Sparren- und Kehlbalkendächer nur mehr für einfache und kleinere
Grundrisse eingesetzt.
Ganz anders verhält es sich mit den Pfettendachstühlen. Mit Ausnahme des heutigen Frankreich gibt es
im Mittelalter nur einzelne Vertreter dieses Stuhltyps. Erst ab dem 19. Jhdt. wurde dieser, gänzlich
anders wirkende, Stuhl zur vorwiegend eingesetzten Konstruktion. Von wesentlicher Bedeutung dafür
war wohl der Umstand, dass sich damit komplizierte und vom Rechteck abweichende Grundrisse
einfach beherrschen ließen. Auch ist überliefert, dass der davor vorherrschende liegende Stuhl einen
höheren Holzverbrauch aufwies und das Aufrichten genau so wie der spätere Austausch von Teilen
kompliziert war. Schließlich stellt der Pfettendachstuhl bis heute die vorherrschende Stuhlform dar
(neben ingenieurmäßig gefertigten Tragwerken).
Stuhlwand
(liegend)
Stuhlwände nachträglich
e1
Eben
e2
Eben
Abb. 3.4:
Stuhlwand
(stehend)
Schematische Darstellung der Entwicklung von Kehlbalkendächern im Hinblick auf deren Montagetechnologie [5].
E-8
Interessant ist auch die Entwicklungsgeschichte vom einfachen Sparrendach zum Kehlbalkendach mit
liegendem Stuhl. Eine zentrale Rolle spielen hier die Stuhlwände. Diese werden als solches bezeichnet,
da sie in ihrer Gesamtheit (Schwelle, Stuhlsäulen, Rähm und Streben) wie eine Wandscheibe wirken.
An zahlreichen Beispielen kann gezeigt werden, dass diese Wände zuerst als Aufstellhilfe dienten. Die
Ursache dafür waren immer größere Spannweiten, bei denen eine Stabilisierung im Montagezustand
erforderliche wurde. Darüber hinaus dienten sie zur Längsaussteifung des Tragwerkes. Daraus
entwickelte sich dann ein integraler Bestandteil des Dachstuhls. Schließlich wurden die stehenden
Elemente beim liegenden Stuhl in die Dachneigung gelegt (siehe Abb. 3.4).
Waren am Anfang noch die einzelnen Gespärre mit den Kehlbalken in einem Stück aufgedreht worden,
so konnte man jetzt zuerst den Stuhl etagenweise aufschlagen (platform framing), bevor dann am Ende
die Sparren hochgezogen und auf die Kehlbalkenköpfe aufgesetzt wurden. Bei großen Kirchen wurden
auf diese Art bis zu 4 übereinander liegende Kehlbalkenebenen geschaffen, der Hahnenbalken nicht
mitgezählt. Nach Auskunft von erfahrenen Zimmermännern dienten diese Ebenen im Bauzustand als
Arbeitsbühne zum exakten Abbinden der weiteren Stuhlteile, quasi in-situ.
1
2
3
4
5
6 usw.
Abb. 3.5:
Dachstuhl des Stephansdomes in Wien mit den Bauphasen, fertiggestellt 1430 [5].
Exkurs Altersbestimmung
Für das Verstehen eines alten Dachstuhls ist es unerlässlich, seine Genese zu kennen. So kann es
vorkommen, dass im Zuge eines späteren Umbaues ältere Stuhlteile wieder verwendet und auf jüngere
aufgesetzt wurden (Beispiel Chorherrenstift Dürnstein in der Wachau).
Eine erste Hilfe bieten immer entsprechende Daten zur Geschichte eines Bauwerkes. Hierbei können
Chroniken oder bauhistorische Bücher helfen (z.B. DEHIO in Österreich für denkmalgeschützte
Objekte). Weiters lassen sich durch genaueres Befassen mit der Struktur auch entsprechende
Erkenntnisse über die Abfolge der Errichtung gewinnen. Für eine gesicherte Datierung bietet sich heute
die Dendrochronologie an, die immer öfter zur Datierung historischer Dachstühle eingesetzt wird.
E-9
4 Tragwirkung
Abb. 3.6:
Dendrochronologischen Datierung des Dachstuhls am Beispiel des Augustiner Chorherrnstiftes
Dürnstein in der Wachau (blau = Tanne, grün = Fichte, braun = Eiche, Sterne bedeuten Waldkante
vorhanden) [4].
Die entsprechenden Datenreihen werden laufend erweitert und verdichtet. Damit wird die Wahrscheinlichkeit zur sicheren Datierung laufend erhöht. Im Regelfall reichen die Reihen heute schon bis
in die Romanik, womit in unseren Breiten die ältesten noch vorhandenen Dachstühle im wesentlichen
erfasst werden können. Eine Ausnahme bildet das Gebiet Dachstein Hallstatt, wo die Reihe bis zum
Jahr 1524 vor Christus zurückreicht. Dafür sind die gute Konservierung in Hochgebirgsseen und in
Salzbergwerken verantwortlich.
Abb. 3.7:
4
An der BOKU Wien erstellte Datenreihen für verschiedene Holzarten [2].
Tragwirkung
In meiner Praxis als Tragwerksplaner ist mir noch kaum eine Konstruktion untergekommen, deren
statische Modellbildung so kompliziert ist wie die eines historischen Dachstuhls. Trotz der heute zur
Verfügung stehenden Hilfsmittel (3D-Stabwerksprogramme mit nichtlinearen Federn, Reibungsauflagern etc.) bleibt die realitätsnahe Modellierung schwierig.
Nun kommen wir aber nicht umhin, mit einem ausreichenden Maß an Sicherheit die Zuverlässigkeit
einer bestehenden Konstruktion nach zu weisen. Dies nicht nur aus dem Anlass einer Veränderung
(Umnutzung, Ausbau), sondern vor allem auch bei offensichtlichen Mängeln an der Konstruktion.
Keinesfalls dürfen bei derartigen Konstruktionen, die oft viele Jahrhunderte ihre Funktion erfüllt
haben, ausschließlich die derzeit gültigen Methoden der normgemäßen (Eurocode) Nachweisführung
angewandt werden. Das Ergebnis kann dann nämlich sein, dass die bestehende Konstruktion nicht mehr
E - 10
bestehen dürfte. Überschreitungen um den Faktor 2 oder gar 3 sind keine Seltenheit. Man kann – um
einen Begriff aus der Praxis zu verwenden – derartige Tragwerke "zu Tode rechnen".
Nun kann man aber gerade bei den historischen Dachstühlen von 1:1-Versuchen mit langer Versuchsdauer sprechen. Und es ist anzunehmen bzw. aus klimatologischen Aufzeichnungen sogar beweisbar,
dass die normgemäßen Extremereignisse (Schnee, Wind, Erdbeben) in dieser Zeit aufgetreten sind oder
gar überschritten wurden. Wir haben also eine Konstruktion vor uns, von der wir wissen, dass sie
funktioniert, wir aber nur bedingt die rechnerischen Beweise führen können. Und so kehrt sich die
Aufgabe des Statikers eigentlich um. Im Normalfall wird vom Statiker eine abgesicherte Prognose für
ein Bauwerk verlangt, das es noch gar nicht gibt. Eine interessante Aufgabe also.
Wie immer in der Baustatik besteht die Herausforderung darin, mit möglichst einfachen,
nachvollziehbaren (robusten) Modellen die Wirklichkeit abzubilden. Bei historischen Tragwerken
bietet sich dafür eine schrittweise Annäherung an das Tragwerk an. Grundlage bildet eine möglichst
genaue Aufnahme der Struktur. Dabei stellt sich schon die erste Frage, ob die ideale (ursprüngliche)
Geometrie erfasst werden soll, oder die tatsächlich vorhandene, bereits deformierte. Empfehlenswert
ist zuerst die Aufnahme der Hauptgespärre und der Längstragwerke in einer idealen Lage. Erst für eine
vertiefte Analyse sollen dann markante Deformationen miteinbezogen werden.
Mit den geometrischen Daten kann dann ein Stabwerk generiert werden. Folgende Möglichkeiten der
Modellbildung bieten sich an:
•
Ebene Modellierung der Gespärre (2D)
Sie stellt die einfachste Form dar, kann aber nur bei vollkommen geregelten Grundrissen (Satteldach,
Pultdach) sinnvoll angewendet werden. Für eine Erstabschätzung leistet diese Methode aber nach wie
vor wertvolle Dienste. Auch ist damit eine Plausibilitätskontrolle von 3D-Modellen möglich.
•
Räumliche Modellierung der gesamten Konstruktion (3D)
Diese Methode ist grundsätzlich anzuwenden. Entsprechende Stabwerksprogramme sind heute
verfügbar und mit vertretbarem Aufwand anzuwenden – immer eine gute Aufbereitung der Geometrie
vorausgesetzt.
In vielen Fällen kann eine ebene Modellierung mit virtuellen Querschnitten hilfreich sein. Dabei
werden alle Querschnittsbreiten (mehrere Sparren und Bundträme) innerhalb eines
Hauptgespärreabstandes zu einem virtuellen Querschnitt "zusammengeschoben". Die Lasteinflußbreite
auf das resultierende, ebene System ist der Gespärreabstand. Indirekt werden dabei starre Stuhlwände
vorausgesetzt. Diese Methode kann nur bei geregelten Abschnitten eines Dachstuhls eingesetzt
werden. Sie stellt eine schnelle Näherung dar und kann auch zur Kontrolle komplexer Modelle dienen.
Stabachsen
Betrachtet man nun die einzelnen Balken und Stäbe eines Dachstuhls, so stellt sich die Frage nach der
Idealisierung. In Abb. 4.2 wird gezeigt, dass eine genaue Verfolgung der Stabachse in vielen Fällen
kompliziert sein kann und wohl nicht zu einem sinnvollen Modell führt.
E - 11
4 Tragwirkung
Abb. 4.1:
Stuhlsäule im Dom zu Regensburg mit exakter Stabachse (rot) [6].
Hier ist bei der Modellierung in aller Regel eine gerade Stabachse vernünftig. Bei großen
Durchbiegungen kann in einem zweiten Durchgang die Vorkrümmung eingegeben werden.
Materialkenngrößen
Zahlreiche prüfungsbasierte Untersuchungen belegen, dass kein signifikanter Festigkeitsverlust infolge
der Alterung zu erwarten ist. In einer Arbeit von Joachim Nier [8] wurden Hölzer, vorallem Kiefern,
mit einem Alter von bis zu 550 Jahren untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Festigkeitswerte
unwesentlich von denen neuer Proben abwichen.
Für eine erste Berechnung kann bei Weichholz C24 angenommen werden. Mit vertiefter Untersuchung
(visuelle Kriterien, Probenentnahme) können mitunter deutlich höhere Werte bewiesen werden.
Zimmermannsmäßige Verbindungen
Die Fülle an verschiedenartigen Verbindungen ist beinahe unendlich und stark von lokalen Gebräuchen
abhängig. Die weitaus überwiegende Zahl lässt sich aber zu einer der 5 Hauptgruppen zuordnen:
-
Blatt und Kamm
Zapfen
Versatz
Klaue
Hals
E - 12
Die genaue Darstellung würde den Rahmen dieses Beitrages sprengen und soll hier nicht näher verfolgt
werden. Vielmehr interessieren die statischen Eigenschaften, also Nachgiebigkeiten, aufnehmbare
Kräfte, im Idealfall Arbeitslinien. Bei einer Nachweisführung gemäß EUROCODE 5 sind die
Steifigkeiten der Bauteile und Anschlüsse bei der Modellbildung zu berücksichtigen. Im Gegensatz zu
ingenieurmäßigen Verbindungsmitteln fehlen bis dato allerdings für historische Verbindungen vielfach
taugliche Ansätze. Es gibt zwar für einige Anschlüsse theoretische Federansätze, vielfach sind aber
auch diese (noch) nicht vorhanden. Und selbst wenn, so weisen die tatsächlich in den Tragwerken
vorhandenen Verbindungsteile große Unterschiede und auch oft Ungenauigkeiten auf. Ihre
Arbeitslinien weichen daher mitunter deutlich von denen einer mit heutigen Mitteln exakt gefertigten
Verbindung ab. Man kann also bestenfalls Größenordnungen für die Federn angeben, eventuell einen
oberen und einen unteren Grenzwert. Die Arbeit mit solchen Schranken kann bei der Kalibrierung des
Modells wertvoll sein.
Unabhängig von einer genaueren Betrachtung der Anschlüsse sollte ein Modell mit ausfallenden
Zugstäben für Verbindungen aufgestellt werden, deren Zugsicherung nur mit Holznägeln oder lediglich
Klammern erfolgt.
Jedenfalls zeigt die praktische Arbeit, dass erst mit einer sinnvollen Einbeziehung von Federn an
Verbindungen mit Querholzpressungsanteil sinnvolle und realitätsnahe Ergebnisse erzielt werden. Als
Beispiel soll hier nur ein Bundtram mit Doppelkopfbändern dargestellt werden.
–
–
+
Abb. 4.2:
–
Bundtramauflager eines zweifach hängenden Pfettendachstuhls mit Doppelkopfbändern, Normalkraftlinien ohne (links) und mit Federn (rechts).
Für die Ermittlung von Federsteifigkeiten sei exemplarisch nur ein Detail für einen
Querdruckanschluss dargestellt.
Kontaktfläche
Am (Mittelfläche)
Lastausbreitung
α
h1
E 90, mean ⋅ A m
K mean = -----------------------------h1 ⁄ 2
Stabachse
Träger
Abb. 4.3:
Ingenieurmäßiges Lastausbreitungsmodell (vgl. [6]).
Neben der Frage der Nachgiebigkeiten stellt sich auch noch die Frage der Berücksichtigung von
Exzentrizitäten. Diese sind nach EUROCODE 5 ebenso zu berücksichtigen. Tatsache ist, dass beinahe
alle zimmermannsmäßigen Verbindungen mehr oder weniger große Exzentrizitäten aufweisen. Die
Lasteinleitung erfolgt dabei mitunter über mehrere Flächen, wobei es sich immer um Druck unter
E - 13
4 Tragwirkung
einem Winkel zur Faser handelt. Gesichert werden die Verbindungen häufig durch Hölznägel.
Za
pfe
n
n
hls
äu
le
Stu
Sp
ar
re
fb
an
d
Za
pf
en
Ko
p
Stuhlsäule
Fuge klafft z. T.
Kontaktflächen
Kontaktflächen
Mauerbank
Abb. 4.4:
Bundtram
Anordnung der Exzenter bei zwei Kontaktflächen (vgl. [6]).
Macht die Erfassung der Exzenter im Detail schon einige Schwierigkeiten (unterschiedliche Modelle
für Zug- und Druck), so ergibt sich bei konsequenter Berücksichtigung im Stabwerksmodell dadurch
auch ein hochkompliziertes Konstrukt. Dabei schafft abgesehen vom beinahe explodierenden Aufwand
bei der Eingabe vorallem die Unübersichtlichkeit des so entstandenen Stabwerkes für den kritischen
Konstrukteur eher Probleme.
Ich empfehle daher, nur die großen Exzentrizitäten und da im Regelfall nur bei den Stabnachweisen
anzuwenden. Für lokale Untersuchungen kann auch das Stabmodell mit den Exzentern verfeinert
werden.
In einer am Institut für Holzbau und Holztechnologie der TU Graz eingereichten Diplomarbeit (vgl.
[7]) wurde exemplarisch ein Bereich des Dachstuhls am Zisterzienserstift Zwettl in NÖ genau
aufgenommen und dann in verschiedenen Schwierigkeitsgraden modelliert, unter anderem auch mit
Berücksichtigung von Exzentrizitäten und Nachgiebigkeiten der Verbindungsmittel. Obwohl es sich
bei dem untersuchten Abschnitt um einen absolut geregelten Bereich handelte, war der Aufwand für
die Berechnung enorm und ist für den Gebrauch in der Praxis nur bedingt empfehlenswert.
Abb. 4.5:
Stift Zwettl (NÖ) 3D-Modellierung eines liegenden Stuhls, daneben ein Knoten mit Exzentrizitäten
[7].
Die Abb. 4.6 zeigt exemplarisch die Ergebnisse für die Normalkräfte im Sparren beim Hauptgespärre,
dem so genannten Bindersparren. Je nach Modellbildung ergeben sich im unteren Bereich deutlich
verschiedene Werte. Das ist mit der Interaktion des Stuhls mit dem Sparrendreieck erklärbar. Dabei
spielen die Nachgiebigkeiten eine große Rolle. Jedenfalls ist an diesem Beispiel die Tatsache
abzulesen, dass es sich bei fast allen historischen Tragwerken um Hybridtragwerke handelt. Die
Lastabtragung erfolgt über verschiedene Lastpfade.
E - 14
Ergebnisse und deren Interpretation
Vergleiche der Modelle M0 - M4
3
M
8,0
6,0
Generieren des statischen Modells
Bereich XI - Aufnahme und Modellbildung
5,0
3
4,0
3,0
M
0
M
1
M
2
4
7,0
M
4
[m
X
]
9,0
10
,0
1,0
2,0
2
StatischLinear:
Modellierung ohne Exzenter und ohne Federn (= M0)
[kN
]
N
Ͳ2,
0
Ͳ6,
0
StatischNichtlinear:
Ͳ10
,0
Ͳ18
,0
Ͳ14
,0
0,0

Abb. 4.6:
1

Modellierung ohne Exzenter und ohne Federn (= M1)
Modellierung mit Exzenter ohne Federn (= M2)
Modellierung ohne Exzenter und mit Federn (= M3)
Modellierung mit Exzenter und mit Federn (= M4)
Stift Zwettl, Normalkräfte im Bindersparren bei einem liegenden Stuhl nach 5 verschiedenen Modellen [7].
Kalibrierung der Modelle und Überprüfung von Rechenergebnissen
Im Folgenden einige Empfehlungen für die Überprüfung der Ergebnisse einer Berechnung.
•
•
•
Übereinstimmung der Deformationen aus der Berechnung mit den tatsächlich vorliegenden
Verformungen (kinematische Kontrolle)
Qualitativ nachvollziehbare Schnittkräfte und Verformungen (Plausibilität)
keine unrealistisch hohen Ausnutzungsgrade (deutlich über 3) von Stäben und/oder Verbindungen,
welche im Bestand nicht ablesbar sind.
In besonderen Fällen kann auch die Verifizierung mit Hilfe von in-situ-Messungen erfolgen. Dabei
können in erster Linie Druckkräfte in einzelnen Stabanschlüssen gemessen werden. Zur Simulierung
von über das Eigengewicht hinausgehenden Lastfällen können Probebelastungen aufgebracht werden.
Die Kräfte können mit hydraulischen Pressen oder mit Zugwinden erzeugt werden. Die Messung
erfolgt mit einfachen Druck- oder Zugmessdosen.
Die folgenden Abbildungen zeigen entsprechende Versuchsanordnungen.
E - 15
4 Tragwirkung
Abb. 4.7:
in-situ-Kraftmessungen an einem liegenden Stuhl im Stift Zwettl (NÖ).
Diese in-situ-Messungen liefern die besten und sichersten Werte für eine Verifizierung bzw.
Kalibrierung der Modellrechnungen. Aufgrund des Aufwandes für die Durchführung bleibt diese
Methode wohl besonders wertvollen Tragwerken vorbehalten.
E - 16
5
Zusammenfassung
Der Nachweis der Tragfähigkeit alter Dachtragwerke muss als eigene Disziplin innerhalb der
Tätigkeiten eines Baustatikers angesehen werden. Die Tragwerkserfasssung und anschließende
Modellbildung muss als mehrstufiger Prozess begriffen werden. Dabei ist ein schrittweises Herantasten
an die Realität erforderlich. Der oftmalige Besuch vor Ort ist dabei unumgänglich und gehört quasi zum
Berechnungsvorgang. Nach einer genauen Erhebung der Historie und der Zuordnung zu einem Typus
wird folgender Arbeitskanon vorgeschlagen:
•
•
•
•
•
•
Aufnahme der Geometrie mit Erfassung der wesentlichen Schwachstellen
Erste Modellierung ohne Exzentrizitäten, ohne Federn, eventuell bereits mit ausfallenden
Zugstäben. Für Regelbereiche auch 2-dimensional möglich
Erkennen der problematischen Bereiche und danach vertiefte Aufnahmen (Deformationen,
Verbindungen etc). Erste Abstimmung der Berechnungsergebnisse am Tragwerk können bei dieser
Gelegenheit erfolgen.
Einarbeitung der zusätzlichen Informationen in ein 3D-Modell. Anordnung von Federn in den
Anschlussbereichen, eventuell Variation dieser Werte (Variieren der Federsteifigkeiten).
Querschnittsnachweise und Nachweis an den wesentlichen Verbindungen. Darstellung allfälliger
Problemzonen (Ausnutzungen deutlich größer 100%).
Falls sinnvoll / wirtschaftlich vertretbar noch genauere Untersuchung lokaler Bereiche (Holzgüte,
Anschlussgeometrie, Risse etc.). Eventuell auch in-situ-Messungen zur Kontrolle
Mit derart abgesicherten und entsprechend dargestellten Ergebnissen kann dann die weitere
Vorgangsweise abgeleitet werden. Schließlich steht am Ende des Prozesses ein Sanierungsprojekt,
allenfalls mit Verstärkungsmaßnahmen, welches dem verantwortlichen Eigentümer übergeben werden
kann.
E - 17
6 Literatur
6
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Literatur
CANESASCA Ettore: Die Geschichte des Hauses. Leipzig: E.A. Seemann Verlag (Reprint Verlag
Leipzig), 1986. – ISBN: 3363001037
Vorlesungsskriptum zur Dendrochronologie 2010, BOKU Wien, Dr. Michael Grabner
OSTENDORF, F.,: 'Die Geschichte des Dachwerks', B.G. Teubner, Leipzig 1908, 1982 – Reprint
Verlag Leipzig. – ISBN-3-88746-022-7
Dendrochronologische Altersbestimmung der Hölzer am Augustiner Chorherrenstift
Dürnstein, Universität für Bodenkultur, Institut für Holzforschung
MEISEL, A. et altera: Historische Dachtragwerke aus Holz – Klassifizierung und Entwicklung
aus statischer Sicht, TEIL 1, Fachartikel, unveröffentlicht 2011. Erzherzog-Johann-Universität
Graz, Fakultät für Bauingenieurwesen, Institut für Holzbau und Holztechnologie
MEISEL, A. et altera: Historische, mittelalterliche Dachtragwerke aus Holz – Statische Analyse
und Tragwirkung, TEIL 2, Fachartikel, unveröffentlicht 2011. Erzherzog-Johann-Universität
Graz, Fakultät für Bauingenieurwesen, Institut für Holzbau und Holztechnologie
BUCHHÄUSL B.: Bestandserfassung, Modellbildung und Tragverhalten historischer Dachstühle
am Beispiel des Stiftes Zwettl. Graz, Erzherzog-Johann-Universität Graz, Fakultät für
Bauingenieurwesen, Diplomarbeit., 2010.-Institut für Holzbau und Holztechnologie
NIER J.: Experimentelle Festigkeitsuntersuchungen an alten Bauhölzern. TH Leipzig,
Dissertation 1994
E - 18
F Erste, semi-visuelle Zuverlässigkeitsbeurteilung
historischer Dachtragwerke aus Holz
A. Meisel
DDI Andreas Meisel
F-1
2009
Diplome | Bauingenieurwesen – Konstruktiver Ingenieurbau und
Wirtschaftsingenieurwesen - Bauingenieurwissenschaften
Institut für Holzbau und Holztechnologie | TU Graz
seit 2009
Wissenschaftlicher Projektmitarbeiter am Institut für Holzbau
an der TU Graz
1 Motivation, Zielsetzung und Begriffe
Zusammenfassung
Dieser Beitrag behandelt die semi-visuelle Schadenserfassung, Schadensanalyse und die daraus
abgeleitete, erste Zuverlässigkeitsbeurteilung eines historischen Dachtragwerks aus Holz. Hierzu wird
erstmals ein einfach nachvollzieh- und dokumentierbares Beurteilungsschema inklusive Beispielen
dargestellt.
1
Motivation, Zielsetzung und Begriffe
Zahlreiche historische Dachtragwerke werden derzeit nicht regelmäßig von fachkundigen Personen
inspiziert und gewartet (vgl. [4], [16]). Dies wird von etlichen Liegenschaftseigentümern mit der
großen Bestandsdauer („Das trägt schon xxx Jahre, warum soll es nicht noch einmal so lange
funktionieren?“) begründet. Solange ein Tragwerk zum Zeitpunkt seiner Errichtung dem geltenden
Baurecht entsprach gilt Bestandsschutz. Allerdings entbindet dieser die Liegenschaftseigentümer nicht
von ihrer Obliegenheit, die Bauwerke instand zu halten, da sie für sämtliche, von ihren baulichen
Anlagen ausgehenden, Gefahren verantwortlich sind.
In der Praxis bedarf es daher häufig eines konkreten Anlasses – beispielsweise augenfällige Schäden
oder Nutzungsänderungsabsichten – damit ein erster Befund/Analyse und eine erste Beurteilung
beauftragt wird (siehe Abb. 1.1). Selbst bei Ingenieurholzbauten ist die Entscheidung, ob und wann
Instandsetzungsmaßnahmen oder gar Anpassungen an das heutige Baurecht erforderlich sind (weil der
Bestandsschutz gefallen ist), nur schwierig zu treffen. Historische Dachtragwerke (darunter werden
hier vor 1900 zimmermannsmäßig errichtete Dachtragwerke verstanden) wurden weitgehend nach der
Erfahrung, dem Traditionsbewußtsein, dem intuitiven statischen Verständnis und dem Mut der
Ausführenden, allerdings ohne baustatische Berechnung, erstellt. Das Wissen über das tatsächliche
mechanische Verhalten dieser Tragwerke ist daher vergleichsweise gering.
Ziel dieses Beitrages ist es, die erste Einschätzung der Zuverlässigkeit eines historischen
Dachtragwerks zu erleichtern. Die hierzu verwendete Systematik ist an die Beurteilung der
Zuverlässigkeit im Rahmen von Brückenprüfungen (vgl. [28] Merkblatt, in Deutschland: vgl. [21],
[26]) angelehnt. Viele einzelne, für die Tragwerkszuverlässigkeit wichtige, Aspekte, werden zu einer
Gesamtpunktezahl aufaddiert. Die Punktezahl entspricht der Zuverlässigkeitsnote und diese gibt die
weitere Vorgehensweise vor. Darüber hinaus wird dem ausführenden Ingenieur mit diesem Schema ein
Werkzeug in die Hand gegeben, mit dem er nachvollziehbar dokumentieren kann, dass er seine
Beurteilung unter Wahrung der gebotenen Sorgfaltspflichten vorgenommen hat.
Im Folgenden werden zwei wesentliche Begriffe definiert:
Bestandsschutz (in Österreich: rechtmäßiger Bestand, vgl. z. B. [13]): Eine bauliche Anlage,
welche zum Entstehungszeitpunkt dem geltenden Baurecht entsprach, bedarf keiner Anpassung an das
heutige Recht. Der Bestandsschutz geht erst verloren, wenn wesentliche Eingriffe am Bestand geplant
und die Änderungen nach der Bauordnung genehmigungspflichtig sind oder eine Nutzungsänderung
vorliegt (vgl. [3] S. 213, [9], [18]).
Zuverlässigkeit ist die Eigenschaft eines Tragwerks, die Tragsicherheit bzw. Standsicherheit während
der weiteren geplanten Nutzungsdauer zu erfüllen (in Anlehnung an [22], [29]).
F-2
Kapitel F: Erste, semi-visuelle Zuverlässigkeitsbeurteilung historischer Dachtragwerke aus Holz
Anlaß
1. Befund
& Analyse
1. Beurteilung
der Zuverlässigkeit

Handlungsbedarf
Sofortmaßnahmen
weitere Untersuchungen
und/oder Maßnahmen
(z. B. baulich)
regelmäßige Inspektion
und Wartung
Abb. 1.1:
2
Entscheidungsprozess (Beispiel siehe Abschnitt 5.3).
Zuverlässigkeitsverlauf über die Zeit
Die Zuverlässigkeit eines Tragwerks ist – vereinfacht ausgedrückt – vom Abstand zwischen dem
Tragwerkswiderstand und den zu erwartenden Einwirkungen abhängig. Je kleiner dieser Abstand,
desto geringer ist die Zuverlässigkeit des Tragwerks. Die Tragwerkswiderstände hängen von der Zeit
ab. Dies soll der folgende schematische Verlauf der Einwirkungen und Widerstände eines historischen
Dachtragwerks (siehe Abb. 2.1) verdeutlichen.
[-] Einwirkungen E
Widerstände W
I
II
III
IV
V
VI
= II
VII
= III
Phasen
Widerstand
des
Tragwerks
Einwirkungen
auf das
Tragwerk
0
Abb. 2.1:
F-3
0 5
jetzt
t [Jahre]
Schematischer Zuverlässigkeitsverlauf über die Zeit.
2 Zuverlässigkeitsverlauf über die Zeit
2.1
Phase I: Austrocknen und „Initialsetzen“
Historische Holzbauten wurden in der Regel „saftfrisch“ verzimmert (vgl. [5], [8], [14]). Das heißt, die
im Winter gefällten Bäume wurden im Frühjahr behauen, abgebunden und anschließend montiert.
Durch das Austrocknen der Bauhölzer in den ersten Jahren des Gebäudebestands kann von einer
Steigerung der Tragfähigkeit des Tragwerks ausgegangen werden.
Hinzu kommt, dass Holz mit hoher Feuchtigkeit ein ausgeprägtes Kriechverhalten aufweist (vgl. [17],
[22], [23]). Das wiederum führt dazu, dass sich besonders hoch beanspruchte Bauteile den Kräften zu
entziehen versuchen. In hochgradig statisch unbestimmten Tragwerken – und hierzu zählen viele
historische Dachwerke – können Lasten auf andere Bauteile umgelagert werden. Man kann daher
annehmen, dass sich historische Dachstühle in den ersten Bestandsjahren „initialsetzen“ und
Spannungsspitzen umgelagert wurden. Demnach kann in dieser Phase von einer Steigerung der
Tragfähigkeit ausgegangen werden.
Dem Entgegen steht die aufgrund der Anatomie von Holz bedingte Bildung von Schwindrissen. Diese
Risse können die Tragfähigkeit lokal (z. B. im Bereich eines Vorholzes) als auch global (z. B. für die
Übertragung von Schubkräften in einem Bauteil) verringern. Zudem können Schwindvorgänge zu
Verbindungsklaffungen und damit zu einer Erhöhung der Nachgiebigkeiten führen.
2.2
Phase II: Konstanz
Die Bauhölzer haben die Ausgleichsfeuchte erreicht (unter der Annahme einer guten Durchlüftung)
und die Dachdeckung samt Anschlüssen ist dicht. Sofern das Tragwerk allen Einwirkungen zu
widerstehen imstande ist, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Zuverlässigkeit des
Tragwerks nicht verändert. In den bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen (vgl. [2], [19], [27])
konnte kein Festigkeitsverlust infolge der Alterung von Holz nachgewiesen werden. Der Befall durch
Insekten kann die Tragfähigkeit verringern, ist jedoch bei geringen Holzfeuchten unwahrscheinlich.
2.3
Phase III: 1. Schäden
Die meisten Schäden in historischen Dachtragwerken können in zwei Gruppen zusammengefasst
werden:
Substanzverlust
-
dauerhaft zu hohe Holzfeuchtigkeit (siehe folgende Absätze)
Insektenbefall
mechanische und/oder chemische Beschädigungen/Abnutzung im Betrieb (vgl. [10], [18])
konstruktive Mängel
-
nicht fachgerechte Instandsetzungen und/oder Tragwerksveränderungen
mangelhafte bis fehlende Aussteifungsverbände
Überbeanspruchung von Verbindungen und/oder Stäben
fehlende konstruktive Lagesicherung
Folgeschäden, beispielsweise aus ungleichmäßigen Fundamentsetzungen (siehe Abb. 2.2)
etc.
F-4
Für eine erhöhte Holzfeuchtigkeit können beispielhaft folgende Ursachen genannt werden:
-
mangelhafte Regensicherheit der Dachdeckung (aufgrund des unregelmäßigen Formates alter
Dachziegel, fehlender Dachziegel und der teilweise mangelhaften Dichtigkeit historischer
Deckungsmaterialien)
undichte Verblechungen (im Bereich von Ichsen, Kamindurchführungen, Traufen, innenliegenden
Dachrinnen, etc.)
Kondensatbildung (z. B. an Metalloberflächen, infolge von bauphysikalisch mangelhaften
Dachausbauten)
Nutzung des Dachraums als Wäschetrockenraum
aufsteigende Mauerwerksfeuchtigkeit
leckende Wasserinstallationen (in Dachräumen eher selten)
unzureichende Belüftung (z. B. infolge Verschmutzung)
Rückstau
konvektive Einträge
Die Folgen von zu hoher Holzfeuchtigkeit sind:
-
Förderung von Insektenbefall
Pilzbefall, näheres siehe beispielsweise [10],
Je nach Holzfeuchtigkeit und der Möglichkeit der Wiederaustrocknung werden die Holzbauteile mehr
oder minder rasch abgebaut und verlieren dadurch ihre Tragfähigkeit (vgl. [7], [10]). Werden die
Ursachen für den erhöhten Feuchtezutritt behoben, können die Bauhölzer (sofern nicht durch Schmutz
und Bauschutt behindert) wieder austrocknen. Die Tätigkeit der holzschädigenden Organismen sinkt
oder kommt ganz zum Erliegen („Trockenstarre“). Bei einer neuerlichen Durchfeuchtung erfolgt der
Holzabbau jedoch schneller als beim Erstbefall.
Ha
hne
Abb. 2.2:
F-5
nba
lke
n
Biegebruch der Hahnenbalken.
3 Erster Befund (semi-visuell) und Analyse
2.4
Phase IV: Teilversagen
Aufgrund der zunehmenden Schäden aus Phase III versagen die ersten Verbindungen und/oder
Tragglieder. Das Systemversagen tritt aufgrund der hochgradigen statischen Unbestimmtheit vieler
historischer Dachstühle (Lastumlagerungen im Tragwerk) meist nicht ein.
2.5
Phase V – a: Instandsetzung
Je nach Qualität der Arbeiten wird der Tragwerkswiderstand mehr oder minder verbessert, eventuell
aber auch verschlechtert.
2.6
Phase V – b: Schadenszunahme und Systemversagen
Wenn einzelne Verbindungen und/oder Tragglieder versagen, kommt es häufig auch zu großen
Verformungen in der Dachdeckungsebene. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Dichtheit der
Dachdeckung aus und der Grad der Schädigung nimmt immer rascher zu. Schlussendlich kann es zum
Systemversagen kommen.
3
Erster Befund (semi-visuell) und Analyse
Für jede Zuverlässigkeitsbeurteilung ist eine zuvor durchgeführte Schadensanalyse unabdingbar. Diese
erfordert wiederum einen ersten Befund, welcher die Bestands- und Schadenserfassung einschließt.
Eine erste Bestandserfassung ist erforderlich, um beispielsweise die Art und Lage von Schäden
zuordnen und beschreiben zu können.
Weder die Konstruktion historischer Dachwerke, noch die überwiegende Zahl der Schäden, erschließt
sich dem versierten Betrachter auf erstem Blick. Daher wird empfohlen für Befund und Analyse
ausreichend Zeit vor Ort einzuplanen.
3.1
Bestandserfassung
Im Rahmen einer ersten Begehung wird ein allgemeiner visueller Überblick über das Tragwerk und
dessen Zustand gewonnen und folgende Fragestellungen werden beantwortet:
-
Liegt augenscheinlich Gefahr im Verzug vor? (In diesem Fall sind auch Maßnahmen für die eigene
Sicherheit zu treffen.)
Muss die Zugänglichkeit hergestellt werden?
Sind alle Bauteile zugänglich, das bedeutet, dass beispielsweise alle Bauhölzer von Bauschutt befreit
und gereinigt, sowie Leitern und Laufstege eingebaut wurden, so erfolgt eine erste Bestandserfassung.
Dabei wird folgendes erhoben:
-
allgemeine Liegenschaftsinformationen
mindestens ein Aufmaß eines typischen Voll- und Leergespärres inkl. Querschnittsabmessungen,
Bezeichnung der Bauteile, Verbindungen und statisch relevante Verformungen/Schiefstellungen
F-6
-
Achsen der tragenden Bauteile im Grundriss inkl. Bezeichnung der Gespärre (z.B. VG 1, LG 1.1
usw.) und Lage der tragenden Bauteile des Geschoßes darunter
Fotodokumentation
Für weiterführende Literatur zu Bestandserfassungen siehe beispielsweise [6], [18], [25].
3.2
Schadenserfassung
Die eigentliche Schadensanalyse wird sinnvollerweise erst dann durchgeführt, wenn entsprechende
Pläne zur Eintragung von Art, Ort und Umfang aller Schäden erstellt wurden.
Erfahrungsgemäß (vgl. [16]) treten die in Abschnitt 2.3 genannten Schäden an folgenden Orten stark
gehäuft auf:
-
Traufpunkten (Sparren- und Stuhlsäulenfußpunkten)
Graten/Ichsen, Kaminanschlüssen
Dachverschneidungen
Materialwechseln (Mauerwerk – Holz)
Bei der Schadensaufnahme ist eine gute Beleuchtung unabdingbar.
3.3
Schadensanalyse
Ermittlung der Ursachen und deren Auswirkungen und Folgen auf das Tragwerk.
3.3.1 empfohlene Vorgehensweise
- allg. Liegenschaftsinformationen
- Aufmaß im Grund- und Aufriss
- Fotodokumentation
Bestandserfassung
Schadenserfassung
visuell erkennbare Schäden & Mängel
- Art, Lage, Umfang
versteckte Schäden & Mängel
- Stichprobenprüfung
Schadensanalyse
Abb. 3.1:
Ursachen und Auswirkungen
Vorgehensweise bei Befund und Analyse.
Alle Stäbe und Verbindungen sind zuerst systematisch visuell und mittels Klopfprobe zu untersuchen.
Bei der Klopfprobe werden die statisch wirksamen Hölzer mit einem Zimmermannshammer
(idealerweise mit glatter Bahn) angeschlagen. Nichttragende Stäbe oder Verbindungen sowie
oberflächliche Schäden können damit rasch eruiert werden. Im unmittelbaren Bereich von
Verbindungen, insbesonders an den typischen Schwachstellen, wird auch vereinzelt die Spitze des
Zimmermannshammers eingesetzt. Lokale Holzzerstörungen können damit detektiert und durch
Bearbeitung mit der Hammerspitze ihr Umfang ermittelt werden (siehe Abb. 3.2).
F-7
3 Erster Befund (semi-visuell) und Analyse
Abb. 3.2:
Links: Ansicht vor der Klopfprobe, Rechts: danach.
An typischen Schwachstellen und schlecht einsehbaren Bereichen (z. B. Zwischenraum DachziegelSparren) muss zumindest stichprobenartig untersucht werden, ob in den Holzbauteilen zerstörte
Bereiche existieren. Diese Untersuchungen können mittels Bohrungen und Bohrmehlanalysen,
Auszieh- oder Bohrwiderstandsmessungen durchgeführt werden (siehe Abb. 3.3). (vgl. [12])
Riss
zerstörter Bereich
(Innenfäule)
Abb. 3.3:
Protokolle von Bohrwiderstandsmessungen, Oben: Bohrung durch einen schadfreien Sparren, Unten: Bohrung durch einen Sparren mit Innenfäule.
Sämtliche Erkenntnisse sind untersuchungsbegleitend und nachvollziehbar zu dokumentieren.
F-8
4
Zuverlässigkeitsbeurteilung
Am Ende des ersten Befunds und der darauf aufbauenden Schadensanalyse wird eine erste Beurteilung
der Zuverlässigkeit des Tragwerks durchgeführt.
Bei großen Objekten ist für jeden Trakt oder sich voneinander unterscheidenden Bereichen eine
separate Beurteilung vorzunehmen.
4.1
Beurteilungsstufen
Die Beurteilungsstufen und weitere Vorgehenweise sind in Abb. 4.1 erläutert. Die Beurteilungsstufen
sind in enger Anlehnung an die RVS 13.11.03 (vgl. [28]), dem Österreichischen Pendant zur DIN 1076
[21] und der RI-EBW-PRÜF [26] entwickelt worden.
Die Beurteilung der (differenzierten) Zuverlässigkeit eines Tragwerks hängt von
-
der Schadensfolgeklasse, in Anlehnung an den Eurocode 0, Tabelle B.1 [22], von
der Versagenswahrscheinlichkeit und von
eventuellen Funktionsprüfungen – sprich Probebelastungen ab.
Die Versagenswahrscheinlichkeit wird von der Tragwerksbeanpruchung und seinen Schäden, Mängeln
etc. bestimmt.
Für die praktische Durchführung der Beurteilung wird die Vorgehensweisen gemäß Abschnitt 4.1
empfohlen. Die Tragwerksbeanspruchung wird im Beurteilungsschema nicht berücksichtigt, da
angenommen wird, dass das Tragwerk angepasst an die Einwirkungen an seinem Standort errichtet
wurde.
1. Beurteilung der Zuverlässigkeit
lokal keine Beurteilung möglich
ausreichend
gering
Zuverlässigkeit des Tragwerks
(z. B. bei mangelhafter Zugänglichkeit)
Abb. 4.1:
I & W*
1
weiterführende Untersuchungen***
Handlungsbedarf ...
2
... bei der nächsten Erneuerung der Dachdeckung
3
... innerhalb der nächsten fünf Jahre
4
... innerhalb weniger Monate
5
... unmittelbar (GEFAHR IM VERZUG**)
weiteren
Schadensfortschritt
stoppen
Sofortmaßnahmen***
weiterführende Untersuchungen****
und/oder Maßnahmen
(Instandsetzung und/oder
Nutzungseinschränkung)
I & W*
Illustration der Beurteilungsstufen und weiteren Vorgehensweise.
*...
I & W: regelmäßige Inspektion und Wartung
**... Definition: Von einer baulichen Anlage ist mit hinreichender Wahrscheinlichkeit eine Gefährdung von
Menschen in absehbarer Zeit zu erwarten.
***... z. B. Evakuierung etc.
****...unter „weiterführende Untersuchungen“ werden hier z. B. umfassende Schadenskartierungen und
Analysen sowie statische Analysen (bestehend aus Modellbildung, Berechnung und Bemessung) verstanden.
F-9
4 Zuverlässigkeitsbeurteilung
4.2
Beurteilungsschema
Semi-Visuelle Zuverlässigkeitsbeurteilung eines historischen Dachtragwerks aus Holz
Schadensfolgeklasse
(maximal 1 Punkt)
&
Versagenswahrscheinlichkeit
0,5
... für gewöhnliche Bauten
1
... für Bauten mit Menschenansammlungen und Bauten an stark begangenen Straßen
(insgesamt maximal 4 Punkte)
Grad der statischen
Unbestimmtheit
[K1]
0,5
... für statisch bestimmte oder nahezu statisch bestimmte Tragwerke
Umbauten und
Instandsetzungen
[K2]
0,5
... für Tragwerke, welche in den letzten Jahrzehnten (rund 50 Jahre) nicht fachgerecht
verändert wurden
1
... für Tragwerke, welche in den letzten Jahrzehnten an statisch besonders wesentlichen
Stäben und/oder Verbindungen offensichtlich nicht fachgerecht verändert wurden
0,5
... für Tragwerke, welche mäßige Schäden ohne fachgerechte Instandsetzung aufweisen.
Diese Schäden gehen über oberflächige Beeinträchtigungen hinaus
und betreffen auch statisch wesentliche Bauteile.
[K3]
Holzzerstörung
(Pilz- oder Insektenbefall)
Verbindungs- und/oder [K4]
Stabversagen
konstruktive
Mängel
[K5]
große Verformungen
und/oder Klaffungen
Verschlechterungstendenz
1
... für Tragwerke, welche schwere Schäden ohne fachgerechte Instandsetzung aufweisen
1,5
... für Tragwerke, welche schwere Schäden an statisch besonders wesentlichen Stäben
oder Verbindungen aufweisen
0,5
... wenn einzelne, statisch wesentliche Verbindungen und/oder Stäbe infolge von
Überbelastung oder Holzzerstörung versagt haben
1
... wenn mehrere, statisch wesentliche Verbindungen und/oder Stäbe infolge von
Überbelastung oder Holzzerstörung versagt haben und dies besondere Auswirkungen
auf das Gesamttragverhalten hat
0,5
... wenn die Dimensionen der statisch wesentlichen Bauteile außergewöhnlich schlank sind
1
... wenn es sich beim Tragwerk offensichtlich um eine Fehlkonstruktion handelt
und/oder statisch unbedingt erforderliche Stäbe oder Verbindungen fehlen
[K6]
0,5
... wenn statisch wesentliche Stäbe und/oder das gesamte Tragwerk deutlich sichtbar
verformt sind und/oder zahlreiche Verbindungen klaffen.
Die Verformungen (oder Klaffungen) können nicht mehr durch die Anatomie des
Holzes erklärt werden.
[K7]
0,5
... wenn die Dachdeckung, -anschlüsse und -entwässerung mangelhaft sind und/oder das
angrenzende Mauerwerk durchfeuchtet ist und/oder die Bauhölzer stark verschmutzt
sind und/oder aus anderen Gründen eine Verschlechterung des Zustandes
zu erwarten ist.
1
... wenn ein Befall durch den Echten Hausschwamm vorliegt.
- 0,5
... wenn in den letzten drei Jahren eine außergewöhnlich große Einwirkung auftrat
und infolgedessen keine Schäden eintraten.
-1
... detto wie zuvor, jedoch für gezielt aufgebrachte Probebelastungen
&
In-Situ-Probebelastungen
SUMME der Punkte
weitere Kriterien
[K8]
Die Summe der Punkte dient als erste Entscheidungsgrundlage für die Beurteilung.
Im Rahmen der weiteren Kriterien erfolgt eine kritische Evaluierung der bisher vorliegenden
Summe der Punkte als auch die Berücksichtigung aller bisher nicht beachteter Kriterien bzw. Aspekte.
Für die Vergabe dieser Punkte (positiv/negativ) wird die Erfahrung des Ingenieurs benötigt.
BEURTEILUNG der Tragwerkszuverlässigkeit (1 bis 5, Beurteilungsstufen siehe Bild 7)
Abb. 4.2:
Zuverlässigkeitsbeurteilungsschema für historische Dachtragwerke aus Holz.
F - 10
4.3
Erläuterung der Beurteilungskriterien von Abschnitt 4.1
4.3.1 Vergabe von „0“ Punkten
In jenen Fällen, in denen der Grad der statischen Unbestimmtheit hoch ist oder keine Umbauten und
Instandsetzungen vorliegen oder keine Holzzerstörung existiert usw., werden jeweils null Punkte
vergeben.
4.3.2 Grad der statischen Unbestimmtheit [K1]
Mit dem Grad der statischen Unbestimmtheit wird die äußere als auch innere Unbestimmtheit eines
Tragwerks verstanden. Zahlreiche historische Dachtragwerke sind hochgradig statisch unbestimmt
(siehe Abb. 4.3) und tragen ausgeprägt räumlich ab. Einzelne Schäden bzw. Mängel führen daher
i. d. R. nicht zum Globalversagen. Statisch bestimmte oder nahezu bestimmte Tragwerke (z. B.
einfache Sparren- und Kehlbalkendächer, zahlreiche Pfettendächer) haben diese Fähigkeit der
Lastumlagerung nicht bzw. nur aufgrund des Tragvermögens der Dachlattung (vgl. [15]).
Abb. 4.3:
Statisch hochgradig unbestimmtes Dachwerk über der Apsis des Doms in Graz.
4.3.3 Umbauten und Instandsetzungen [K2]
Gemäß DIN 1052 - 4. Bautechnische Unterlagen (3) gilt: „Für Bauteile und Verbindungen die
offensichtlich ausreichend bemessen sind, darf auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden.
(...)“ [20]. Hat ein Tragwerk einige Jahrzehnte lang alle auftretenden Lasten schadfrei abgetragen, so
kann davon ausgegangen werden, dass die Konstruktion „offensichtlich ausreichend“ bemessen ist.
Somit kommt der Frage, wann die letzten Veränderungen am Tragwerk durchgeführt wurden, große
Bedeutung zu. Mangels Dokumentation kann der Zeitpunkt der letzten Veränderung oft nur noch
anhand von Indizien (verwendete Baustoffe und Verbindungsmittel, Oberflächenbeschaffenheit der
Bauhölzer usw.) abgeschätzt werden. Sollten die Veränderungen fachgerecht sein, allerdings den Grad
der statischen Unbestimmtheit verringert haben, wird im Zweifelsfall ein halber Punkt vergeben.
F - 11
Stuh
lsä
ule
Bund
tram
Bund
Sparren
tram
Abb. 4.4:
Nicht fachgerechte Instandsetzungen.
Nicht fachgerechte Veränderungen sind daran zu erkennen, dass die neuen Bauteile oder Verbindungen
offensichtlich unterdimensioniert sind und/oder bestimmte existierende Beanspruchungen von der
Instandsetzung nicht aufgenommen werden können und/oder statisch wesentliche Bauteile ohne
adäquaten Ersatz entfernt wurden (siehe Abb. 4.4).
4.3.4 Holzzerstörung (zufolge Pilz- und Insektenbefall, chemischer Korrosion, mechanischem
Abrieb) [K3]
Unter „mäßigen Schäden“ wird die Zerstörung des tragenden Querschnittes oder einer Verbindung um
mindestens 30 % verstanden. Oberflächliche Schäden oder einzelne Fraßgänge von Insekten
beeinträchtigen die Zuverlässigkeit eines historischen Dachtragwerks dagegen in der Regel kaum.
Unter „schweren Schäden“ wird die totale Zerstörung eines tragenden Querschnittes oder einer
Verbindung verstanden (siehe Abb. 4.5). Diese beeinträchtigen die Zuverlässigkeit insbesondere dann,
wenn statisch wesentliche Bauteile oder Verbindungen betroffen sind und keine Instandsetzungsmaßnahmen durchgeführt wurden.
Statisch wesentliche Stäbe sind jene, ohne deren Vorhandensein die Tragfähigkeit eines Tragwerks
nicht möglich erscheint. Bei Kehlbalkendächern mit liegendem Stuhl sind das beispielsweise die in den
Vollgespärren angeordneten Bundträme.
Stu
le
äu
hls
Abb. 4.5:
m
tra
nd
Bu
Links: Zerstörter Bundtram, Rechts: Innenfäule einer Mauerbank.
F - 12
4.3.5 Verbindungs- und/oder Stabversagen [K4]
Infolge von mechanischer Überbelastung (siehe Abb. 2.2 und Abb. 4.6 rechts) oder durch
Holzzerstörung (siehe Abb. 4.6 links) versagte Verbindungen und/oder Stäbe sind in der Regel ein
Indiz für eine geringe Tragwerkszuverlässigkeit. Es muss festgestellt werden, ob die geschädigten
Stäbe und/oder Verbindungen auf das Gesamttragverhalten eine wesentliche Auswirkung haben. Dies
hängt von den betroffenen Bauteilen und vom Grad der statischen Unbestimmtheit des Tragwerks ab.
ule
lsä
h
Stu
e
ul
sä
hl
Stu
Bundtram
Abb. 4.6:
Bundtram
Links: Versagter Stuhlsäulenfußpunkt, Rechts: Querzugversagen des Bundtrams.
4.3.6 konstruktive Mängel [K5]
Sind die Querschnitte der Stäbe durchwegs zu schlank dimensioniert, so ist dies zu berücksichtigen.
Stu
hls
äu
le
In Einzelfällen liegen auch Fehlkonstruktionen vor, oder es fehlen statisch wesentliche Bauteile oder
Verbindungen (siehe Abb. 4.7). Fehlkonstruktionen sind beispielsweise Kehlbalkendächer mit
liegendem Stuhl, welche im Walmbereich „um die Ecke gedacht“ wurden, sowie Kehlbalkendächer mit
unvollständigen (weil z. B. halben) liegenden Stühlen, wie sie in Pultdächern manchmal anzutreffen
sind. Die Beurteilung ob eine Fehlkonstruktion vorliegt sollte nur dann getroffen werden, wenn es
infolge dessen bereits zu großen Verformungen und/oder Versagen gekommen ist bzw. wenn bereits
Notabstützungen (keine fachgerechte Instandsetzung) vorliegen (siehe Abb. 4.7).
Bundtra
m
Abb. 4.7:
F - 13
Links: Firstbereich ohne Aussteifung in Firstrichtung, Rechts: Kehlbalkendach mit einfach liegendem Stuhl (mit nicht fachgerechter Instandsetzung).
4.3.7 große Verformungen und/oder Klaffungen [K6]
Kehlbalken
Diese liegen vor, wenn statisch wesentliche Stäbe und/oder das gesamte Tragwerk deutlich sichtbar
verformt sind (siehe Abb. 4.8) und/oder zahlreiche Anschlüsse klaffen. Die Verformungen (oder
Klaffungen) können nicht mehr durch die Anatomie des Holzes (z. B. Quell- und Schwindvorgänge in
Kombination mit Schrägfasrigkeiten) erklärt werden (siehe Abb. 4.8 rechts). Wenn sich die
Verbindungen statisch wesentlicher Stäbe infolge der Anatomie des Holzes gelöst haben, ist ebenfalls
ein halber Punkt zu vergeben.
en
arr
Sp
Rähm
Abb. 4.8:
Links: Verformung des Sparrens infolge eines asymmetrischen Stuhls, Rechts: Verdrehung eines
Kehlbalkens infolge von Schrägfasrigkeit in Kombination mit Schwindvorgängen.
4.3.8 Verschlechterungstendenz [K7]
Verschlechterungstendenz liegt vor, wenn trotz des möglichst raschen Stops des Schadensfortschrittes
(z. B. Notabdeckung, siehe Abb. 4.1) weiterhin von einer Verschlechterung der Tragwerkszuverlässigkeit ausgegangen werden muss. Dies ist der Fall, wenn
-
weiterhin mit einem erhöhten Feuchtezutritt zu den tragenden Hölzern zu rechnen ist und/oder
die Bauhölzer stark verschmutzt sind (siehe Abb. 4.9 rechts) und/oder
aus anderen Gründen eine Verschlechterung des Zustandes zu erwarten ist.
Diese anderen Gründe können z. B. aktiver Pilz- und/oder Insektenbefall, oder die laufende Zunahme
von Verformungen und Rissen (in den Holzbauteilen oder im Mauerwerk) sein. Der Befall der
Holzbauteile durch den „Echten Hausschwamm“ wird als besonders gefährlich erachtet, da sich dieser
mit Hilfe seines Pilzmycels selbst mit Feuchtigkeit versorgen kann. Bei guten Lebensbedingungen wird
die Holzsubstanz binnen weniger Monate auf ein unbrauchbares Festigkeitsniveau zerstört. (vgl. [10],
[27])
F - 14
ren
ar
Sp
Sparren
Maue
rbank
ken
bal
l
Keh
Rä
hm
Abb. 4.9:
Links: Flugschnee im Traufbereich (vgl. [1]). Rechts: Verschmutzung der Bauhölzer.
4.3.9 weitere Kriterien [K8]
Weitere Kriterien, welche den Tragwiderstand eines Dachwerks (und damit auch die Tragsicherheit)
positiv oder negativ beeinflussen, können hier durch die Vergabe weiterer Punkte (mit positivem oder
negativem Vorzeichen) berücksichtigt werden.
Beispielsweise sind Dachverschneidungen (Ichsen, Grate, Walme) häufig Problembereiche in
historischen Dachstühlen, da hier konstruktive Mängel und Schäden oftmals gleichzeitig und gehäuft
auftreten (siehe Abb. 4.10). Die, in diesen Bereichen ebenfalls ganz wesentlich zur tatsächlichen
Lastabtragung beitragende, Dachlattung kann ebenfalls im Punkteschema berücksichtigt werden (vgl.
[15]).
Weiters könnten hier z. B. geringe Spannweiten oder Gesamtabmessungen eines zu beurteilenden
Dachwerks berücksichtigt werden.
Abb. 4.10: „Abgesoffener“ First im Bereich einer Dachverschneidung (vgl. [1]).
F - 15
4.4
In-Situ-Probebelastungen
Wenn in den letzten drei Jahren mindestens eine nachweisbar außergewöhnlich große Einwirkung
aufgetreten ist und infolge dessen keine Schäden eintraten, können daraus Rückschlüsse auf die
Zuverlässigkeit des Tragwerks gezogen werden.
Alternativ kann auch eine definierte Probebelastung aufgebracht werden. Die Art und Größenordnung
muss dabei den realen, äußeren Einwirkungen möglichst gut entsprechen. Die Auswirkungen auf das
Tragwerk sind zu messen und zu bewerten.
4.5
Vorgehensweise bei Unsicherheiten in der Beurteilung
In diesen Fällen sind (siehe auch Abb. 4.1) weiterführende Untersuchungen erforderlich. Diese sind
z. B.:
-
4.6
eine erste statische Analyse des Tragwerks erstellen
weitere Fachmeinungen hinzuziehen
Bauwerksmonitoring
Beurteilung des Tragwerks nach dem Instandsetzungsaufwand
Instandsetzungskosten
(in % der Neubaukosten)
Die Zuverlässigkeitsbeurteilung korrespondiert nicht unbedingt mit dem zu erwartenden
Instandsetzungsaufwand und den damit verbundenen Kosten. Eine mögliche Einteilung, welche sich
gut mit den Zuverlässigkeitsbeurteilungsstufen kombinieren lässt, zeigt Abb. 4.11.
A
0 – 25 %
B
25 – 50 %
C
50 – 75 %
D
75 – 100 %
E
100 % und mehr
Abb. 4.11: Illustration der Beurteilung, basierend auf der Größenordnung der Instandsetzungskosten im Verhältnis mit den zu erwartenden Neubaukosten.
F - 16
5
Beurteilungsbeispiele
5.1
Nordtrakt von Schloss Eggenberg
Bezeichnung: Kehlbalkendach mit zweifach liegendem und asymmetrisch einfach stehendem Stuhl
sowie Hahnenbalken
um 1655
Hahnenbalken
8,6 m
Kehlbalken
SÜDEN
stehende Stuhlwand
Bundtram
28
cm
12,6 m
Abb. 5.1:
Voll- und Leergespärre sowie Detailpunkte.
Beurteilung
1...
Schadensfolgeklasse: Museum
Ereigniseintrittswahrscheinlichkeit
0... [K1] hoch
0... [K2] nur vereinzelte Teilgewindeschrauben, sonst seit mindestens 50 Jahren unverändert
0... [K3] nicht vorhanden oder sichtbar
0... [K5] keine
0,5... [K6] Aufgrund der stehenden Stuhlwand tragen die liegenden Stuhlsäulen auch bei
symmetrischer Einwirkung deutlich unterschiedlich große Normalkräfte ab. Dies führte zu einer
erheblichen asymmetrischen Verformung des gesamten Tragwerks Richtung Süden.
0... [K7] keine
0,5... [K8] Viele Sparren- und Stuhlsäulenfußpunkte mussten in der Vergangenheit (älter 50 Jahre)
instandgesetzt werden. So bestehen von Stuhl zu Stuhl unterschiedliche Ausbildungen, teils mit
Sattelhölzern, Laschen und/oder schmiedeeisernen Klammern. Viele dieser Maßnahmen sind aus
heutiger Sicht nicht fachgerecht. Klaffende Fugen und verbogene Klammern lassen Zweifel über die
Zuverlässigkeit dieser Instandsetzungen gerechtfertigt erscheinen.
0... In-Situ-Probebelastungen: keine
2...
Summe
Es liegt Handlungsbedarf bei der nächsten Erneuerung der Dachdeckung vor.
F - 17
5 Beurteilungsbeispiele
5.2
Hofgasse 10A
Bezeichnung: Kehlbalkendach mit asymmetrisch zweifach liegendem Stuhl und Fehlsparren
18. Jh.
Fehlsparren
OSTEN
Kehlbalken
6,4 m
Brust=
riegel
liegende Stuhlsäule
8,7 m
Abb. 5.2:
Beurteilung
0,5... Schadensfolgeklasse: Wohnbau
0... [K1] hoch
1... [K2] Auf der westlichen Dachseite wurden vor wenigen Jahren zahlreiche Fußpunkte nicht
fachgerecht instand gesetzt. Seither fehlen in diesen Bereichen die Sparrenfußpunkte, durchgehende
Mauerbänke und Wechselbalken. Ein Bundtramkopf wurde infolge des Einbaues einer neuen
Mauerbank deutlich geschwächt.
1... [K3] Das nordseitige Vollgespärre ist dreiseitig in die Feuermauer eingemauert. Ein
Stuhlsäulenfußpunkt war durch Pilzbefall nicht mehr tragfähig und ist mit einer einseitigen Klammer
nicht fachgerecht instandgesetzt worden. Zu einem Versagen kam es nicht, da die vom Rähm
eingeleiteten Kräfte direkt ins Mauerwerk weitergeleitet werden.
0... [K5] keine
0... [K6] keine
0... [K7] keine
0... [K8] keine
2,5... Summe
Es liegt Handlungsbedarf innerhalb der nächsten fünf Jahre vor. (Die Instandsetzung ist
angedacht.)
F - 18
5.3
Langhaus der Franziskanerkirche
Bezeichnung: Kehlbalkendach mit drei Kehlbalkenebenen, Streben, Hängesäule, Hängewand und
Hängestreben, 1257 (vgl. [30]).
Von 1515 bis 1519 wurden die Gewölbe eingebaut und zu diesem Zweck alle Bundträme und
Hängesäulen gekappt (siehe Abb. 5.3, rot dargestellt). Als Ersatz wurden die Hängesäulen auf das
Gewölbe abgestellt und drei stehende Stuhlwände (grün) eingebaut.
errichtet 1257
umgebaut 1519
Hahnenbalken
Strebe
2. Kehlbalken
Hängesäule
Hängewand
14,1 m
1. Kehl=
balken
Hänge=
strebe
Stuhlwand
Bundtram
16,7 m
Abb. 5.3:
Beurteilung
1...
Schadensfolgeklasse: Kirche
0... [K1] hoch
0... [K2] nicht in den letzten 50 Jahren
1,5... [K3] Rund die Hälfte der Streben- und Sparrenfußpunkte sind entweder infolge von Pilzbefall
schwer geschädigt oder nicht fachgerecht instand gesetzt worden. Zahlreiche Sparren sind schwer
geschädigt und/oder nicht fachgerecht instand gesetzt worden.
0,5... [K4] Zahlreiche Verbindungen haben versagt.
0... [K5] Da der Einbau der Gewölbe vor langer Zeit stattfand und ursprünglich keine Schäden
auftraten, wird angenommen, dass kein konstruktiver Mangel vorliegt.
0,5... [K6] Zahlreiche Verbindungen klaffen.
0,5... [K7] Starke Verschmutzung des gesamten Tragwerks.
0... [K8] keine
4...
Summe
Es liegt Handlungsbedarf innerhalb der nächsten Monate vor. (Die Instandsetzung ist angedacht.)
F - 19
5 Beurteilungsbeispiele
5.4
Alte Universität
Bezeichnung: Kehlbalkendach mit zweistöckigem, zweifach liegendem Stuhl mit mittiger,
hängewerksartig abgestrebter Hängesäule und Hahnenbalken.
Die Hängesäulen wurden nachträglich auf die mittlere Pfeilerwand des obersten Geschoßes aufgekeilt.
1609
Hahnenbalken
Strebe
2. Kehlbalken
Hängesäule
1. Kehl=
balken
10,3 m
2. Stuhlsäule
1. Rähm
NORDEN
1. Brustriegel
Gewölbeanker
1. Fußschwelle
19,2 m
Abb. 5.4:
Beurteilung
1...
Schadensfolgeklasse: Veranstaltungsbau
0... [K1] hoch
1,5... [K3] An der nordseitigen Dachfläche trat an einem dem Kamin angrenzenden, Vollgespärre
schwerwiegende Holzzerstörung infolge Pilzbefall auf. Dieser Schaden betrifft die statisch wichtigen
Bauteile Bundtram (als Zugband wirkend) und die liegende Stuhlsäule. Weitere Schäden – jedoch mit
geringerem Ausmaß – existieren an mehreren Fußpunkten.
1... [K4] Infolge der Substanzzerstörung (siehe [K3]) versagten die betroffenen Verbindungen.
0... [K5] Aufgrund der hier möglichen Lastumlagerungen (ausgeprägte Stuhlwände, als Druckstütze
wirksame Hängesäule) sind einzelne Bundträme für das Gesamttragfähigkeit nicht unbedingt
erforderlich.
0,5... [K6] Die Kopfbandanschlüsse jener Vollgespärre, deren Fußpunkte geschädigt sind, weisen zum
Teil erhebliche Klaffungen auf. Die Druckriegel dieser Gespärre sind deutlich sichtbar verformt.
0... [K7] keine
0... [K8] keine
4...
Summe
Es liegt Handlungsbedarf innerhalb der nächsten Monate vor. (wurde bereits instand gesetzt.)
F - 20
5.5
Osttrakt von Palais Herberstein
Bezeichnung: Kehlbalkendach mit asymmetrisch zweifach liegendem Stuhl und einseitigem
Dachvorstand
SÜDEN
5,1 m
Kehlbalken
9m
Abb. 5.5:
Nachbarhaus (angedeutet)
17. Jh.
Bundträme in die
Dippelbaumdecke integriert
Voll- und Leergespärre sowie Detailpunkte (nach Entfernung der Beschüttung).
Beurteilung
1...
Schadensfolgeklasse: Museum
0... [K1] hoch
1,5... [K3] In einem Bereich von rund 10 m Länge sind acht von neun Sparrenfußpunkte infolge von
Pilzbefall zerstört. Die eingebauten Sparrenknechte sind nicht fachgerecht, da sie keine
Horizontalkräfte in die ebenfalls schwer geschädigten Bundträme übertragen können. Die auftretenden
Horizonalkräfte am Fußpunkt müssen von Mauerwerk und Dachwerk des Nachbarhauses abgeleitet
werden.
1... [K4] siehe [K3]
1... [K5] Das Kehlbalkendreieck ist mangels Zugband auf großer Länge nicht kraftschlüssig
geschlossen.
0,5... [K6] zahlreiche Gespärre sind deutlich sichtbar Richtung Süden verdreht/verkippt
0,5... [K7] ursprünglich starke Verschmutzung des Tragwerks
0... [K8] keine
5...
Summe
Es liegt Gefahr im Verzug vor. (Die Instandsetzung wird derzeit durchgeführt.)
F - 21
6 Resümee
6
Resümee
Im Falle von Schäden, Nutzungsänderungsabsichten oder Zweifeln an der Tragsicherheit eines
historischen Dachtragwerks ist eine erste Beurteilung der Tragwerkszuverlässigkeit empfehlenswert.
Nur auf Grundlage dieser kann die weitere Vorgehensweise effizient geplant werden.
Die tatsächliche Zuverlässigkeit eines Tragwerks ist auch zeitabhängig und nur im Versagenspunkt
bekannt. Im vorliegenden Beitrag wird daher eine einfache Systematik vorgestellt, mit welcher die
Einschätzung der Tragwerkszuverlässigkeit erleichtert wird. Viele Aspekte, welche historische
Dachtragwerke von Ingenieurholzbauten unterscheiden werden darin berücksichtigt. Beispielsweise
führen geschädigte oder versagte Bauteile i. d. R. nicht zum Systemversagen historischer Dachwerke.
Stattdessen bleibt die Tragfähigkeit infolge von Lastumlagerungen lange Zeit erhalten.
Darüber hinaus wird dem ausführenden Ingenieur mit diesem Schema ein Werkzeug in die Hand
gegeben, mit dem er nachvollziehbar dokumentieren kann, dass er seine Beurteilung unter Wahrung
der gebotenen Sorgfaltspflichten vorgenommen hat. Voraussetzung für die Beurteilung ist ein erster
Befund, bestehend aus Bestands- und Schadenserfassung sowie eine Schadensanalyse. Hierzu werden
einzelne typische Schwachpunkte und Schadensursachen aufgezeigt und eine systematische
Vorgehensweise vorgeschlagen.
Wenn keine Nutzungsänderungsabsichten vorliegen und die Beurteilung nicht Gefahr im Verzug ergibt,
kann die Bemessung der Instandsetzung so erfolgen, dass die angenommene, ursprüngliche
Tragfähigkeit (zum Zeitpunkt der Errichtung) und Steifigkeit wiederhergestellt wird. In allen anderen
Fällen ist eine vollständige statische Analyse durchzuführen.
F - 22
7
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F - 24
G Bestandserfassung und Zustandsbericht von
Dachwerken im UNESCO-WKE Graz
G. Silly
DI Gregor Silly
G-1
2010
Abschluss des Bauingenieurstudiums an der TU Graz
seit 2010
Wissenschaftlicher Projektmitarbeiter in der
holz.bau forschungs gmbh, Graz
1 Bauzustandserfassung und -analyse
Zusammenfassung
UNESCO Weltkulturerbe „Stadt Graz – Historisches Zentrum und Schloss Eggenberg“. Eine
Auszeichnung welche nicht nur Ehre, sondern auch Verpflichtungen mit sich bringt.
Im Falle der Dachwerke des „Historischen Zentrums“ (Zone 1) erfordert die langfristige Erhaltung der
Dachlandschaft auch die Kenntnis über den baulichen Zustand der Dachtragwerke. Hierzu sind
Begehungen und erste Zuverlässigkeitsbeurteilungen unbedingt erforderlich.
Dieser Beitrag beinhaltet den allgemeinen Ablauf einer solchen Bauszustandserfassung- und analyse
von Dachwerken und dokumentiert die Vorgehensweise am Beispiel der Franziskanerkirche in Graz.
Zum Abschluss erfolgt ein Zustandsbericht über die, im Zuge des Forschungsprojekts
D(N)ACHHALTIGKEIT Graz besichtigten, 35 Objekte der historischen Altstadt von Graz.
1
Bauzustandserfassung und -analyse
1.1
Einleitung
Graz weist einen hervoragend erhaltenen, über die Jahrhunderte gewachsenen Stadtkern auf. Diese
Tatsache wurde 1999 mit der die Erklärung zum UNESCO-Weltkulturerbe ausgezeichnet. Der hiermit
beschlossene Schutz betrifft insbesondere auch die einmalige Dachlandschaft von Graz. Im August
2010 wurde zudem das Schloss Eggenberg zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt. Die Auszeichnung
„Weltkulturerbe“ inkludiert aber auch die Verpflichtung das historische Erbe zu erhalten.
Im Zuge des Forschungsprojektes D(N)ACHHALTIGKEIT Graz wurden an 35 historischen Dachwerken der Grazer Altstadt (Zone 1) Begehungen durchgeführt. Aufgrund des teilweise schlechten
Zustands der Tragkonstruktionen wird in den nächsten Jahren vermehrt mit Instandsetzungen zu
rechnen sein. Diese baulichen Maßnahmen, aber auch der steigende Wunsch nach Nutzungsänderung
(Schaffung von Wohnraum) machen Bestands- und Schadenserfassungen erforderlich. Ein möglicher
Ablauf eines solchen Instandsetzungs bzw. Umnutzungsprojektes ist in Abb. 1.1 dargestellt.
Nach einer ersten Begehung des Objekts ist es wichtig die späteren Ziele so genau wie möglich
festzulegen. Dadurch kann ein systematisches Vorgehen, ohne größere „Überraschungen“ während der
Projektphase, gewährleistet werden. Die erste Begehung des Bauwerks (insbesondere des Dachtragwerks) liefert bereits Erkenntnisse über das zu erwartende Ausmaß der Schäden. Im nächsten Schritt
folgt die Bestands- und Schadenserfassung mit anschließender Bestands- und Schadensanalyse. Bei
einer Erfassung sollte zuerst der Zustand der Holzbauteile und Verbindungen und dann der Zustand des
Gesamttragwerks beurteilt werden (siehe MEISEL et al. [5]).
Obwohl diese Schritte mit einem hohen zeitlichen und materiellen Aufwand verbunden sind, dürfen sie
nicht vernachlässigt werden. Erst eine gründliche Bauzustandsanalyse minimiert das Planungsrisiko
(z. B. Erhöhung der Kosten, Bauzeitverlängerung) und vermeidet unfachgerechte bzw. unwirksame
Instandsetzungen.
Definition Bestandsschutz
Bestandsschutz (in Österreich: rechtmäßiger Bestand, vgl. z. B. [4]): Eine bauliche Anlage, welche
zum Entstehungszeitpunkt dem geltenden Baurecht entsprach, bedarf keiner Anpassung an das heutige
Recht. Der Bestandsschutz geht erst verloren, wenn wesentliche Eingriffe am Bestand geplant und die
G-2
Kapitel G: Bestandserfassung und Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz
Änderungen nach der Bauordnung genehmigungspflichtig sind oder eine Nutzungsänderung vorliegt
(vgl. [2] S. 213, [3], [9]).
- Klärung und Konkretisierung der Aufgabenstellung
- Bestimmung von Sollzustand und Nutzungszielen
- Forderungen der Baubehörde/Denkmalschutz
- Kosten- und Terminrahmen
- Detaillierungsgrad der folgenden Schritte
1.
ZIELANALYSE
2.
BESTANDSERFASSUNG
= Dokumentation des Bauwerks, bestehend aus
Bestandsuntersuchung
- allgemeine Eckdaten: Lage, Bauweise, Baujahr
- Historie: Nutzung(en), Veränderungen, etc.
- statisches System
- Materialien und deren Kennwerte
- bauphysikalische Gebäudeeigenschaften
Bestandsaufnahme
3.
SCHADENSANALYSE
- Fotodokumentation
- Maße, Abmessungen der Querschnitte
- Verbindungen
Schadensaufnahme
- Art der Schäden
- Lage und Umfang
Schadensursachen
4.
- Feuchtigkeit
- mangelhafte Umbauarbeiten/Sanierungen
BAUZUSTANDSANALYSE
Tragsicherheit/Gebrauchstauglichkeit
- Modellierung zutreffender statischer Systeme
- Berechnung
- Nachweisführung
Zustandsbeurteilung
5.
Entscheidung und Prioritäten
- Sanierung versus Abbruch
- Sanierungsablauf, Sanierungsart
BAULICHE MASSNAHMEN
Konzeption
- Praxistauglichkeit
- Wirtschaftlichkeit
- Denkmalschutz
- Ökologie, Dauerhaftigkeit, Gestaltung etc.
Berechnung und Nachweisführung
Ausschreibung und Beauftragung
6.
AUSFÜHRUNG
sach- und fachgerechte Ausführung
Überwachung und Beurteilung
7.
Abb. 1.1:
G-3
INSTANDHALTUNG
- regelmäßige Inspektion und Wartung
Schritte im Rahmen eines Instandsetzungs- oder Umnutzungsprojektes ([6] S. 56).
1.2
Begehung
Im Rahmen einer Bauzustandserfassung und -analyse erfolgt im ersten Schritt eine Begehung des
Bauobjekts. Dadurch ist es möglich einen Überblick über das Tragwerk und dessen Zustand zu
erhalten. Aufgrund der Schäden und deren Analyse kann eingeschätzt werden, ob Gefahr im Verzug
besteht. Ist dies der Fall, so sind Sofortmaßnahmen wie z. B. die Evakuierung des Gebäudes zu treffen.
Für den Begriff Gefahr im Verzug gibt es in der Literatur verschiedene Definitionen, allerdings ist keine
in den österreichischen Gesetzestexten verankert. Gefahr im Verzug liegt vor, wenn von einer
baulichen Anlage mit hinreichender Wahrscheinlichkeit in absehbarer Zeit eine Gefährdung von
Menschen zu erwarten ist. Um die hinreichende Wahrscheinlichkeit abschätzen zu können ist eine
Beurteilung aufgrund eigener Fachkompetenz, Erfahrung, Beobachtungen und mittels Messungen
erforderlich. Eine leichter zu verstehende Definition erklärt Gefahr im Verzug mit dem Vorliegen einer
Sachlage, bei der ein Schaden eintreten würde, wenn nicht sofort gehandelt wird. (vgl. [8] Merkblatt
„Gefahr im Verzug“).
Bei der Beurteilung sollte einerseits zwischen global und lokal, andererseits ob es sich um
zimmermannsmäßig oder ingenieurmäßig errichtete Tragwerke handelt, unterschieden werden. Bei
ingenieurmäßig errichteten Tragwerken ist in der Regel das Sicherheitsniveau eindeutig definierbar,
was im Falle von zimmermannsmäßig errichteten Tragwerken aufgrund der hohen statischen
Unbestimmtheit nicht der Fall ist. Jedem Ingenieur sollte bewusst sein, dass (unabhängig von der
Realisierung eines Vertragsverhältnisses) er durch seine Stellung und Befugnis die Pflicht hat, im Falle
von Gefahr im Verzug zu warnen. Wird dieser Warnpflicht weder in mündlicher noch schriftlicher
Form nachgekommen, kann dies zu einer Mithaftung bei Folgeschäden führen.
Liegt keine unmittelbare Gefahr vor, so kann man sich der eigentlichen Bestands- und
Schadenserfassung widmen. Meistens ist jedoch vor dem Beginn eine gründliche Reinigung des
Dachbodens notwendig. Über die Jahre haben sich Bauschutt und alte Dachziegel angesammelt, die
den Zugang und somit eine Beurteilund des tatsächlichen Zustandes verhindern. Die heutzutage
technische Standardmethode zur Reinigung ist das Absaugen mithilfe von Saugwagen. Dadurch ist es
möglich einen Dachboden binnen weniger Stunden komplett zu säubern. Mit diesem Gerät können fast
alle trockenen und nassen Materialien bis zu einem Durchmesser von 250 mm abgesaugt werden.
Weitere Vorteile dieser Methode sind die geringe Staubentwicklung und die wegfallende
Zwischenlagerung im Bauschuttcontainer.
Abb. 1.2:
Links: Saugwagen, Rechts: Absaugtechnik – Absaugen von Bauschutt.
G-4
1.3
Bestands- und Schadenserfassung bzw. Schadensanalyse
1.3.1 Allgemein
Nach dem ersten visuellen Überblick durch die Begehung kann nun mit der der Bestands- und
Schadenserfassung begonnen werden. Zu Beginn sind alle Eckdaten wie z. B. das Baujahr, die bereits
in der Vergangengheit getätigten Instandsetzungen bzw. Veränderungen sowie das statische System zu
erfassen. Um auch schwer zugängliche Stellen im Dachraum zu erreichen ist meist eine Montage von
Stegen und Leitern erforderlich (siehe Abb. 1.3). Weiters ist für eine ausreichende Beleuchtung
sämtlicher Dachbereiche zu sorgen.
Abb. 1.3:
Kehlbalkendach mit eingerichteten Stegen und Leitern im Schloss Eggenberg (Graz).
Erforderliche und empfehlenswerte Arbeitsmittel ([6] S. 59)
Für eine gründliche Bestandserfassung und Schadensanalyse sind eine Reihe von Arbeitsmitteln
erforderlich, die wesentlichen werden hier angeführt.
•
für die ausführende Person:
-
•
persönliche Schutzausrüstung (festes Schuhwerk und Handschuhe, eventuell Helm,
Sicherheitsgurt etc.)
Steigeinrichtung je nach Bedarf (zum Beispiel Leiter, Hubsteiger, etc.)
Taschenlampe oder besser Stirnlampe (die meisten Dachböden sind nicht beleuchtet)
zur Dokumentation:
-
-
G-5
Schreibplatte, leere Protokollseiten, Kreide, Klebezettel (um beispielsweise die Fotos
später zuordnen zu können)
Kamera: Gewöhnliche Digitalkameras haben sich für die Aufnahme von Dachstühlen nicht
bewährt. Empfehlenswert sind analoge Kameras oder Spiegelreflex-Digitalkameras mit
zusätzlichem Blitz, Stativ und Weitwinkelobjektiv.
Gefäße für Proben, Lupe (Holzartenbestimmung, Holzschädlingsbestimmung)
Besen oder Handfeger zum Reinigen der Holzoberflächen
starke Taschenlampe oder besser Halogenstrahler: Für aussagekräftige Fotos ist viel Licht
erforderlich.
•
zum Messen:
-
Rollmeter, Zollstock (als Maßstab in den Fotos), Messlatte
elektronisches Distanzmessgerät oder Stahlmaßband
Hammer (akustische Materialprüfung), Nägel, Schnur (um Verformungen messen zu
können)
Fühlerlehre (Rissbreitenbestimmung), Draht (um beispielsweise die Tiefe von
Zapfenlöchern messen zu können)
Brechstange (Zugänglichkeit zu Bauteilen und/oder Verbindungen herstellen)
Lot (für Schiefstellungen)
Holzfeuchtemessgerät
Bohrwiderstandsmessgerät
weitere Messgeräte wie: Theodolith, Totalstation (ideal für verformungsgerechte
Aufmaße), Endoskop
1.3.2 Bestimmung des Dachwerktyps – Tragwerksbeschreibung
Grundsätzlich lassen sich alle Dachwerke in zwei Grundtypen gliedern, nämlich in das Sparren- und
Pfettendach. Jedoch gibt es im mitteleuropäischen Raum eine Vielzahl an verschiedenen Typen und
Bezeichnungen für historische Dachtragwerke. Für nähere Informationen zur Bezeichnung der Dächer,
Konstruktionsglieder sowie Verbindungen siehe [7].
1.3.3 Erstellen von Bestandsplänen
Dieser Schritt der Bestandserfassung ist mit hohem Aufwand verbunden, aber für die Vorbereitung
einer reibungslosen und vor allem fachgerechten Instandsetzung unerlässlich. Falls Pläne vorliegen
sind diese auf Richtigkeit und Vollständigkeit zu überprüfen und falls notwendig zu ergänzen. In der
Regel sind bei historischen Dachtragwerken keine Bestandspläne vorhanden. In diesem Fall wird die
in den nächsten Punkten erläuterte Vorgehensweise empfohlen.
Das Erstellen von Bestandsplänen umfasst das Aufmessen der System- sowie der Querschnittsabmessungen, die Aufnahme der verschiedenen Verbindungsarten und eine Bezeichnung aller
vorhandenen Bauteile. Folgende Darstellungen sollten angefertigt werden:
Grundriss
Im Grundriss sind die Systemachsen der einzelnen Gespärre sowie ihre Abstände untereinander und zu
den massiven Gebäudeteilen (z. B. Giebelwand) einzuzeichnen. Um spätere Arbeiten zu erleichtern
und eventuell vorhandene Schäden besser dokumentieren zu können, ist eine logische Achsennummerierung vorzunehmen (siehe Abb. 1.4). Die einzelnen Gespärre sind im Zuge der Aufmessarbeiten an
einer geeigneten Stelle (Stuhlsäule oder Sparren) mit Kreide zu beschriften.
G-6
Strasse B
6
7
Strasse A
9
8
Vollgespärre
5
10
4.d
1.a
4.c
1.b
Leergespärre
Abb. 1.4:
3
2.2
2.1
2
1.d
1.c
1
N
4
Beispiel zur Nummerierung der Gespärreachsen.
Schnitte
Es ist erforderlich mindestens einen Schnitt eines Voll- und Leergespärres zu erstellen. In diese Pläne
sind sämtliche Querschnittsabmessungen, Bauteilbezeichnungen und Verbindungsarten einzutragen.
Um die teilweise großen Verformungen (Deformationen und Schiefstellungen) besser aufnehmen zu
können, hat es sich bewährt am Firstpunkt ein Lot zu montieren. Für die Zustandserfassung und auch
für die Modellbildung im Rahmen der statischen Analyse reicht es im Allgemeinen die System- und
Querschnittsabmessungen auf Zentimeter gerundet anzugeben.
3-D Laserscanner
Heutzutage ist auch eine dreidimensionale Vermessung mittels 3D-Laserscanner von spezialisierten
Fachleuten für Gebäudevermessung möglich. Dieses Verfahren liefert eine originalgetreue Aufnahme
von komplexen Objekten, sofern sich nicht zuviele Störkörper im Dachraum befinden. Die hohe
Genauigkeit dieser Methode ist bei der Bestandsaufnahme von historischen Dachtragwerken meist
nicht erforderlich.
Abb. 1.5:
G-7
Links: 3D-Punktwolke, Rechts: 2D-Darstellung eines Stuhls ([6] S. 57).
1.3.4 Methoden zur Schadenserfassung
Grundlagen und Schwachpunkte (vgl. [5])
Die eigentliche Schadenserfassung wird sinnvollerweise erst dann durchgeführt, wenn entsprechende
Pläne zur Eintragung von Art, Ort und Umfang aller Schäden erstellt wurden.
Erfahrungsgemäß treten Schäden durch Pilz- oder Insektenbefall sowie durch konstruktive Mängel an
folgenden Orten stark gehäuft auf:
-
Traufpunkten (Sparren- und Stuhlsäulenfußpunkten)
Graten/Ichsen, Kaminanschlüssen
Dachverschneidungen
Materialwechseln (Mauerwerk – Holz)
Klopfprobe (vgl. [5], [11])
Dieses Verfahren wird zur Lokalisierung nicht sichtbarer Bauteilschäden verwendet. Dazu werden alle
statisch wirksamen Hölzer mit einem Zimmermannshammer (idealerweise mit glatter Bahn)
angeschlagen. Die Klanghöhe (dumpf oder hell) gibt Aufschluss über den Zustand des Bauteils.
Nichttragende Stäbe oder Verbindungen sowie oberflächliche Schäden können damit rasch eruiert
werden. Im unmittelbaren Bereich von Verbindungen, insbesonders an den typischen Schwachstellen,
wird auch vereinzelt die Spitze des Zimmermannshammers eingesetzt. Lokale Holzzerstörungen
können damit detektiert und durch Bearbeitung mit der Hammerspitze das Ausmaß ermittelt werden
(siehe Abb. 1.6).
Abb. 1.6:
Links: Ansicht vor der Klopfprobe, Rechts: danach.
G-8
Bohrwiderstandsmessung (vgl. [10], [11])
Bei dieser Untersuchungsmethode wird eine dünne Bohrnadel (Durchmesser 1,5 mm, Länge bis zu
40 cm) mit konstantem Vorschub vorgetrieben. Damit der Bohrwiderstand hauptsächlich an der Spitze
der Bohrnadel anfällt ist diese doppelt so stark wie der Schaft. Dabei wird die Leistungsaufnahme des
Bohrmotors gemessen und über den Bohrweg aufgezeichnet. Bei den Ergebnissen handelt es sich nicht
um eindeutige Messwerte. Der erfahrene Anwender kann damit jedoch z. B. beschädigte Bereiche oder
die Bauteilgeometrie ermitteln. Falls das Holz intakt ist, schwankt die vom Gerät ausgegebene Kurve
abhängig von den Früh- und Spätholzbereichen. Durch Pilze oder Insekten beschädigte Bereiche
können am deutlichen Abfall des Bohrwiderstandes erkannt werden (siehe Abb. 1.8).
Abb. 1.7:
Bohrwiderstandsmessgerät.
Riss
zerstörter Bereich
(Innenfäule)
Abb. 1.8:
G-9
Protokolle von Bohrwiderstandsmessungen, Oben: Bohrung durch einen schadfreien Sparren, Unten: Bohrung durch einen Sparren mit Innenfäule ([5]).
1.3.5 Schadensanalyse – Schadensarten (vgl. [2], [6] S. 60-62)
In diesem Teil der Bauzustandsanalyse liegt das Hauptaugenmerk auf der Bestimmung der Schadensursachen. Außerdem sind bei der Schadensanalyse folgende Punkte zu beachten:
-
Auswirkungen auf das Tragwerk abschätzen
den Umfang der Schäden bestimmen und weitere Auswirkungen einschränken
künftige Bauschäden verhindern oder zumindest einschränken. (vgl. [9] S. 13)
Im Vergleich zu anderen Baustoffen sind bei Holz auch Schäden durch biologische Einwirkungen
(Insekten, Pilze) von großer Bedeutung. Als häufigste Schadensursache in historischen Dachtragwerken ist der Pilzbefall infolge Feuchtigkeitseinwirkung zu nennen. Eine zu hohe Holzfeuchtigkeit
kann aus verschiedenen Gründen auftreten, z. B.:
-
undichte Dachdeckung oder Anschlussverblechung
aufsteigende Feuchtigkeit und mangelhafte Durchlüftung
...
Eine Holzfeuchtigkeit von über 30 % fördert den Insekten- und Pilzbefall und kann zu einem völligen
Festigkeitsverlust führen. Liegt Insektenbefall (Hausbock, Nagekäfer) vor, muss geprüft werden, ob
dieser noch aktiv oder aber bereits abgeklungen ist. Bei einem Pilzbefall ist abzuklären ob es sich um
den echten Hausschwamm handelt, da dieser auch ohne Feuchtigkeit überleben kann.
Abb. 1.9:
Links: infolge Pilzbefall geschädigter Stuhlsäulenfußpunkt, Rechts: Hausbockbefall.
oberste Geschoßdecke
Bei einer Bestandserfassung eines Dachtragwerks sollte auch die oberste Geschoßdecke zumindest
punktuell untersucht werden. Handelt es sich um eine Dippelbaumdecke mit integrierten Bundträmen,
so hat diese unmittelbaren Einfluss auf die Tragsicherheit des gesamten Dachwerks. Besonders im
Auflagerbereich sammelt sich eintretende Feuchtigkeit und führt zum Pilzbefall der Holzbauteile. Da
auf die oberste Geschoßdecke meist eine Beschüttung samt Ziegelbelag aufgebracht ist, sind Schäden
an der darunterliegenden Konstruktion nicht zu erkennen. Die folgenden Abbildungen sollen die
Problematik (Abb. 1.10) und die davon ausgehende Gefährdung für Menschen (Abb. 1.11)
veranschaulichen.
G - 10
Abb. 1.10: Links: oberste Geschoßdecke mit Beschüttung und Ziegelbelag, Rechts: Schaden durch Pilzbefall
nach Freilegung der obersten Geschoßdecke.
Abb. 1.11: Deckeneinsturz in der Grazer Innenstadt am 4. Juli 2010. Der Bewohner kam glücklicherweise nicht
zu Schaden [Fotos: Feuerwehr Graz]
1.3.6 Fotodokumentation
Unerlässlich bei einer Bauzustandserfassung ist das Durchführen einer ausführlichen Fotodokumentation. Diese kann entweder während des Aufmessens und der Schadenserfassung (falls ein
Zweier- oder Dreierteam die Arbeiten durchführt) oder als eigenständiger Schritt erfolgen. Die
Lichtverhälnisse in Dachräumen reichen meist nicht aus um qualitativ hochwertige Fotos zu erstellen.
Als künstliche Lichtquelle haben sich Halogenstrahler bewährt. Um Schattenbildungen zu vermeiden
wird empfohlen, mindestens zwei Strahler zu verwenden. Die Fotos sollten, aufgrund ihrer erweiterten
Einstellmöglichkeiten, mit einer Spiegelreflexkamera geschossen werden. Eine vollständige
Fotodokumentation beinhaltet Bilder vom gesamten Dachraum, der einzelnen Dachwerksstockwerke
sowie sämtlicher Verbindungen, Schäden und Instandsetzungen. Ein systematisches Vorgehen
erleichtert die spätere Zuordnung der Fotos zu den einzelnen Bauteilen.
1.4
Bauzustandsanalyse – Zustandsbeurteilung
Am Ende der Bestands- und Schadenserfassung bzw. Schadensanalyse kann eine Gesamtbeurteilung
nach dem Handlungsbedarf erfolgen. Hierzu ist eine zuvor durchgeführte genaue statische Analyse
nicht erforderlich. Für detaillierte Informationen siehe MEISEL et al. [5].
G - 11
2 Bestands- und Schadenserfassung am Beispiel der Franziskanerkirche in Graz
2
Bestands- und Schadenserfassung am Beispiel der
Franziskanerkirche in Graz
2.1
Historie des Objekts
Beim Franziskanerkloster samt Kirche handelt es sich um die früheste Klosterniederlassung in Graz mit
Lage am linken Murufer. Ehemals stieß die Westseite an die mittelalterliche Stadtmauer, nördlich
schloss eine Staffelhallenkirche an das Kloster an und im Norden und Osten war es von einem Friedhof
umgeben. Das Kloster wird 1239 von den Minoriten gegründet und ca. 1257 der erste Kirchenbau an
der Stelle des heutigen Langhauses vollendet. Im 14. Jahrhundert wird der erhöhte Langchor mit WestTurmreiter und zwei Spitzbogenfenstern nach Westen (heute im Dachraum eingemauert) angebaut. Im
Jahre 1515 wird das Kloster und die Kirche den Franziskanern übergeben und kurz darauf der Westbau
in eine dreischiffige Hallenkirche umgebaut. Am rechten Triumphbogen im Dachwerk gibt eine
Einzeichnung mit 1519 das Vollendungsjahr wieder.
Zwischen den Jahren 1861 und 1886 findet eine Regotisierung der Inneneinrichtung statt. Nachdem das
Bauwerk während des zweiten Weltkrieges beschädigt wird, stellt man in den Jahren 1947 bis 1949 den
Chorbereich wieder her. In den Jahren 1954/1955 erfolgt eine Innenrestaurierung.
Im Vergleich zur übrigen, parallel zum Murufer ausgerichteten Bebauung, herrscht eine auffällige
Schrägstellung des Baukörpers nach Südosten. Als Grund dafür wird ein früherer Seitenarm der Mur
vermutet. Weiters wurde der Westturm äußerst massiv ausgeführt. Auch hier lässt sich nur die
Vermutung als Begründung finden, dass der Turm eventuell für die Befestigung einer ehemaligen
Brücke verwendet wurde. Der 1959 restaurierte Turm ist mit einer Zwiebelhaube bedeckt. 1970 fand
eine Neueindeckung mit Kupfer und eine Fassadierung statt. Die Kirche wurde von 1982 bis 1988 einer
umfassenden Renovierung unterzogen (vgl. [1] S. 33-39). Das Dachwerk des westlichen Langhauses
dürfte aus dem 13. Jahrhundert stammen.
Abb. 2.1:
Franziskanerkirche Graz – v. l. n. r.: Presbyterium, Langhaus, ursprünglicher Wehrturm, heute
Kirchturm (Aufnahmen vom Okt. 2010).
G - 12
2.2
Tragwerksbeschreibung
Die Franziskanerkirche in Graz besitzt zwei unterschiedliche Dachtragwerke (siehe Abb. 2.1). Das
Dach des Presbyteriums wurde als Kehlbalkendach mit zweistöckigem, liegendem Stuhl und
Hahnenbalken ausgeführt. Bei der Überdachung des Langhauses handelt es sich um ein noch deutlich
älteres Kehlbalkendach. Für das Dachwerk des Presbyteriums wurde nur eine kurze, visuelle Bestandsund Schadenserfassung durchgeführt. Auf das Dachwerk des Langhauses wird nachfolgend detailliert
eingegangen.
2.2.1 Dachtragwerk des Langhauses
Tragsystem
Das Dachwerk des Langhauses kann in seiner ersten Ausformung als Kehlbalkendach mit drei
Kehlbalkenebenen, Streben, Hängesäulen und Hängestreben bezeichnet werden (siehe Abb. 2.2). Jedes
zweite Gespärre ist als Vollgespärre ausgebildet. In den dazwischen liegenden Leergespärren kommt
die Konstruktion ohne Streben, Hängestreben und Hängesäulen aus. Das Tragwerk wurde gemäß
DEHIO Graz [1] im Jahre 1257 vollendet. Ursprünglich hatte das Langhaus eine Flachdecke, wovon
auch noch Malereien in einem Bereich des Dachwerks zeugen (siehe Abb. 2.3 rechts). Im Jahre 1515
wurde das Kloster und die Kirche den Franziskanern übergeben, welche kurz darauf den Westbau in
eine dreischiffige Hallenkirche umgestalteten. Im Zuge dieser, bis 1519 dauernden, Arbeiten wurde das
mittlere Gewölbe in das Dachwerk eingebaut, was umfangreiche Tragwerksveränderungen erforderlich
machte. So mussten alle Bundträme, Hängesäulen und Hängestreben gekappt werden (siehe Abb. 2.3
links). Die beiden nordseitig stehenden Stuhlwände, sowie die südseitige Stuhlwand wurden aller
Wahrscheinlichkeit nach erst zu diesem Zeitpunkt eingefügt. Die mittigen Hängesäulen wurden zudem
mittels Ziegelstücken auf das Gewölbe abgestellt.
Abb. 2.2:
G - 13
Übersicht des Dachraumes – Links: 3. Kehlbalkenebene, Rechts: 2. Kehlbalkenebene.
Abb. 2.3:
Links: Gewölbe – 1. Kehlbalkenebene, Rechts: Malerei aus dem 13. Jahrhundert.
Verbindungen
An den Streben- und Sparrenfußpunkten der Vollgespärre wurden die Hölzer durch Stirnversatzzapfen
mit den Bundträmen verbunden (siehe Abb. 2.4 links). In den Leergespärren wurden die Sparren
unmittelbar auf die Mauerbänke gestellt. Außer einer geringfügigen Ausnehmung in der Mauerbank
konnte hier KEINE Verbindung festgestellt werden (Abb. 2.4 rechts). Nahezu alle weiteren Verbindungen wurden als Überblattung bzw. als Weißschwanz ausgeführt (siehe Abb. 2.5). Einen
Überblick aller Verbindungen gibt Tab. 2.1.
Abb. 2.4:
Links: Verbindung (VB) Bundtram – Strebe: Stirnversatzzapfen, Rechts: VB Sparren – Mauerbank.
Abb. 2.5:
Links: VB Strebe – Kehlbalken: Überblattung mit Holznagel, Rechts: VB Sparren – Kehlbalken:
Weißschwanz mit Holznagel.
G - 14
Abb. 2.6:
Links: VB Längsbalken – Hängesäule, Kehlbalken – Hängesäule und Strebe – Kehlbalken: Überblattung mit Holznagel, Rechts: VB Mauerbank – Bundtram: Kamm.
Tab. 2.1:
Übersischt
Knoten
Verbindung
Art
Mauerbank – Mauerbank
Mauerbank – Bundtram
Bundtram – Sparren
Bundtram – Strebe
Sparren – Kehlbalken
Sparren – Hahnenbalken
Sparren – Hängestrebe
Strebe – Kehlbalken
Hängestrebe – Kehlbalken
Hängestrebe – Strebe
Kehlbalken – Hängesäule
Hahnenbalken – Hängesäule
Hängestrebe – Hängesäule
Längsbalken – Hängesäule
Steigband – Hängesäule
Kamm
Zapfen
Zapfen
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Blatt
Steigband – Längsbalken
Blatt
Bundtram – Schwelle
Schwelle – Stuhlsäule
Stuhlsäule – Rähm
Steigband – Stuhlsäule
Steigband – Schwelle
Steigband – Rähm
Rähm – Kehlbalken
Strebe – Hängesäule
Sparren – Hängesäule
Sparren – Sparren
Zapfen
Zapfen
Blatt
Blatt
Blatt
Zapfen
Zapfen
Zapfen
G - 15
Lagesicherung
Detail
Mittel
nicht einsehbar
nicht erfasst
–
Fersenversatzzapfen
–
Fersenversatzzapfen
–
Weißschwanz
Holznagel
Weißschwanz
Holznagel
Weißschwanz
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Weißschwanz
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Überblattung/
Holznagel
Weißschwanz
nicht einsehbar
einfacher Zapfen
–
einfacher Zapfen
Holznagel
Überblattung
Holznagel
Weißschwanz
Holznagel
Weißschwanz
Holznagel
liegen „frei“ auf
–
Fersenversatzzapfen
–
Fersenversatzzapfen
–
Scherzapfen
Holznagel
Holzart
–
–
–
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
–
Hartholz
Hartholz
Hartholz
Hartholz
–
–
–
Hartholz
2.3
Erstellen von Bestandsplänen
G - 16
G - 17
G - 18
2.4
Schadenserfassung und Schadensanalyse (Auszug)
Das gesamte Tragwerk ist stark verschmutzt (siehe Abb. 2.7). Dies behindert die Austrocknung von
eventuell eingedrungener Feuchtigkeit und fördert somit die Schädigung der Holzbauteile.
Abb. 2.7:
Links: verschmutzter Sparren-/Strebenfußpunkt, Rechts: grob gereinigter Sparren-/Strebenfußpunkt.
Zahlreiche Verbindungen klaffen oder haben versagt (siehe Abb. 2.8 und Abb. 2.9).
Abb. 2.8:
Links: klaffende Weißschwanzverbindung, Rechts: versagte Weißschwanzverbindung.
Abb. 2.9:
Klaffende Weißschwänze und Überblattungen.
G - 19
Einzelne Stäbe und Verbindungen fehlen komplett (siehe Abb. 2.10).
Abb. 2.10: Links: gekappte Strebe, Rechts: fehlendes Blatt eines Weißschwanzes.
Zahlreiche Sparren sind schwer geschädigt und/oder nicht fachgemäß instandgesetzt worden (siehe
Abb. 2.11 und Abb. 2.12).
Abb. 2.11: Links: geschädigter Sparren mit Einstückelung, Rechts: Sparrenstoß mit liegendem Blatt (keine
Tragfähigkeit für Biegemomente).
Abb. 2.12: Links: Sparrenstoß mit liegendem, schrägen Blatt, Rechts: Überlappung mit einem Bolzen (keine
Tragfähigkeit für Biegemomente).
Rund die Hälfte aller Streben- und Sparrenfußpunkte sind entweder infolge von Pilzbefall geschädigt
oder nicht fachgemäß instandgesetzt worden (siehe Abb. 2.13 bis Abb. 2.18).
G - 20
Abb. 2.13: Geschädigte Sparrenfußpunkte verschiedener Leergespärre.
Abb. 2.14: Geschädigte Fußpunkte in unterschiedlichen Vollgespärren.
G - 21
Abb. 2.15: Links: nicht fachgemäß instandgesetzter Fußpunkt eines Vollgespärres, Rechts: geschädigter Sparrenfußpunkt eines Leergespärres.
Abb. 2.16: Keine Verbindung zwischen Strebe und Bundtram bzw. Sparren und Bundtram (von der Klammer
einmal abgesehen).
Abb. 2.17: Links: Bohrwiderstandsmessung durch den Sparren. Ergebnis: der Sparren ist weitgehend zerstört,
Rechts: geschädigte Streben- und Sparrenfußpunkte im angrenzenden Vollgespärre.
G - 22
Abb. 2.18: Links: Fruchtköper des „Weißen Porenschwammes“ an der Mauerbank, Rechts: die Mauerbank ist
infolge von Innenfäule zerstört (siehe Eindringtiefe des Lattenhammers).
2.5
Zustandsbeurteilung (vgl. [5])
Beurteilung
1...
Schadensfolgeklasse: Kirche
0... [K1] hoch
1,5... [K3] Rund die Hälfte der Streben- und Sparrenfußpunkte sind entweder infolge von Pilzbefall
schwer geschädigt oder nicht fachgerecht instand gesetzt worden. Zahlreiche Sparren sind schwer
geschädigt und/oder nicht fachgerecht instand gesetzt worden.
0,5... [K4] Zahlreiche Verbindungen haben versagt.
0... [K5] Da der Einbau der Gewölbe vor langer Zeit stattfand und ursprünglich keine Schäden
auftraten, wird angenommen, dass kein konstruktiver Mangel vorliegt.
0,5... [K6] Zahlreiche Verbindungen klaffen.
0,5... [K7] Starke Verschmutzung des gesamten Tragwerks.
0... [K8] keine
4...
Summe
Es liegt Handlungsbedarf innerhalb der nächsten Monate vor. (Die Instandsetzung ist angedacht.)
G - 23
3 Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz
3
Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz
3.1
Übersicht
Um für das Forschungsprojekt D(N)ACHHALTIGKEIT Graz eine möglichst repräsentative Auswahl an
Objekten im Grazer Altstadtkern (Schutzzone 1) zu erhalten, wurden insgesamt 35 Dachtragwerke
besichtigt (erste Begehung, siehe Kap. 1.2). An 10 dieser 35 Objekte wurde eine Bestands- und
Schadenserfassung samt Zustandsbeurteilung durchgeführt (siehe Kap. 1.3 und Kap. 1.4).
Sämtliche Besichtigungen im Rahmen des Projektes sind in Tab. 3.1 chronologisch angeführt. Bis auf
das Schloss Eggenberg, die Andräschule und das Objekt Brockmanngasse 119 befinden sich alle hier
angeführten Bauwerke in der historischen Altstadt von Graz (siehe Abb. 3.1). Im Durchschnitt wurden
für jede Liegenschaft rund 40 Fotos gemacht und ein Kurzbericht verfasst. Aufgrund des zeitlich engen
Rahmens für die Besichtigungen kann nicht ausgeschlossen werden, dass einzelne – unter Umständen
schwerwiegende – Schäden übersehen wurden. Festgestellte Mängel wurden auf Wunsch den
jeweiligen Liegenschaftseigentümern auch schriftlich mitgeteilt.
30
1
12
11
4
14
28
6
9
Abb. 3.1:
Luftaufnahme der Stadt Graz mit Schutzzone 1 und den Positionen der aufgenommen Objekte (Punkte). Bei den Kreisen handelt es sich um die besichtigten (nicht im Detail aufgenommenen) Objekte.
G - 24
3.2
Zustand
Die in Tab. 3.1 angeführten Objekte befinden sich fast ausschließlich im Besitz bzw. der Verwaltung
der LIG, BIG, dem Land Steiermark und der Stadt Graz. Mit Ausnahme von drei Liegenschaftseigentümern zeigten alle anderen privaten Besitzer der betroffenen Objekte kein Interesse an einer
Zusammenarbeit, bzw. verwiesen auf die Tatsache, dass die Dachräume bereits ausgebaut und somit
unzugänglich seien.
Tab. 3.1:
Objektübersicht und Instandsetzungsbedarf (fett = detaillierte Erfassung, vgl. Abb. 3.1).
Nr.
Datum
Adresse
Instandsetzungsbedarf /
Verschmutzung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
25.02.10 u. 30.06.10
01.03.10
01.03.10
01.03.10 u. 26.03.10
02.03.10
10.03.10 u. 28.07.10
11.03.10 u. 02.06.10
19.03.10
19.03.10 u. 12.04.10
19.03.10
24.03.10 u. 16.06.10
24.03.10 u. 15.06.10
25.03.10
30.03.10 u. 29.06.10
08.04.10
08.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
09.04.10
05.07.10
05.07.10
05.07.10
07.07.10 u. 08.07.10
26.07.10
26.07.10 u. diverse
13.10.10
14.10.10
14.10.10
14.10.10
21.10.10
Sporgasse 16
Kernstockgasse 1, Andräschule
Brockmanngasse 119
Färbergasse 11, Ferdinandeum
Burggase 3, Dom
Franziskanerplatz 14, Franziskanerkloster
Eggenberg Allee 90 Schloss Eggenberg
Herrengasse 16 Landhaus
Herrengasse 16 Zeughaus
Hofgasse 15 Grazer Burg
Hofgasse 10a
Hofgasse 10, Musikuniversität
Sackstraße 17, Palais Attems
Hofgasse 14, Alte Universität
Hauptplatz 1, Rathaus
Schmidgasse 26, Amtshaus
Bürgergasse 15, Akademisches Gymnasium
Marburger Kai, Oberlandesgericht
Parkring 10, Sicherheitsdirektion
Paulustorgasse 8, Bundespolizeidirektion
Paulustorgasse 10
Paulustorgasse 12
Paulustorgasse 19
Paulustorgasse, Stöcklhaus
Neutorgasse 45, Joanneumsviertel
Raubergasse 10, Joanneumsviertel
Stempfergasse 4
Franziskanerkirche
Sporgasse 15
Sackstraße 16, Palais Herberstein
Hofgasse 11, Schauspielhaus
Karmeliterplatz 1
Paulustorgasse 4
Sporgasse 9
Burggasse 2
ja, konstruktiv / ja
nein / ja
ja, vereinzelt / nein
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
nein / ja
nein / ja
ja, vereinzelt / ja
nein / ja
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
ja, vereinzelt / ja
nein / nein
nein / nein
nein / nein
Schadenserfassung empfohlen / ja
nein / nein
ja, zahlreich / ja, extrem
nein / ja
nein / nein
nein / ja
ja, einzelne / ja
ja, zahlreich / ja, extrem
ja, zahlreich / nein
ja, zahlreich / ja
nein / nein
Schadenserfassung empfohlen / ja
ja / ja
ja / ja
ja / ja
G - 25
3 Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz
3.2.1 Beurteilung nach dem Handlungsbedarf
Im Rahmen einer Begehung kann nur entschieden werden, ob Instandsetzungsbedarf besteht oder nicht,
bzw. dass keine Bewertung möglich ist. Instandsetzungsbedarf besteht immer dann, wenn offensichtliche Schäden vorliegen (z. B. zerstörte bzw. versagte Holzbauteile und/oder Verbindungen etc.)
und/oder das Tragwerk stark verschmutzt ist. In einzelnen Fällen liegen Indizien für Schäden vor (z. B.
nachträgliche Sparrenknechte), allerdings sind keine Schäden visuell erkennbar. In diesen Fällen wurde
keine Bewertung durchgeführt.
Für jene zehn Objekte an denen eine Bestands- und Schadenserfassung erfolgte, wurde eine
Beurteilung nach dem Handlungsbedarf durchgeführt. Folgende Bewertungen sind möglich:
-
keine (Aufgrund mangelhafter Zugänglichkeit war keine Beurteilung möglich. Sind Teile
des Tragwerks/der Dachhaut etc. nicht zugänglich, wird dies vermerkt.)
1 (Augenscheinlich ist alles in Ordnung, somit besteht kein Handlungsbedarf.)
-
Abb. 3.2:
ausreichend
gering
Zuverlässigkeit des Tragwerks
Liegt Handlungsbedarf vor kann das in Abb. 3.2 gezeigte Bewertungsschema (beruhend auf einem
Notensystem) angewandt werden. Für nähere Informationen siehe [5].
1
Handlungsbedarf ...
2
... bei der nächsten Erneuerung der Dachdeckung
3
... innerhalb der nächsten fünf Jahre
4
... innerhalb weniger Monate
5
... unmittelbar (GEFAHR IM VERZUG)
Notensystem zur Beurteilung nach dem Handlungsbedarf (vgl. [5]).
... für alle Bestands- und Schadenserfassungen (#10)
... für alle Begehungen (#35)
[%]
(2# ohne Bewertung)
[%]
Eggenberg Allee 90
Sporgasse 16, Franziskanerplatz 14
Hofgasse 10, Hofgasse 10a
Färbergasse 11, Herrengasse 16
Hofgasse 14, Franziskanerkirche
40
70
1#
4#
4#
60
30
50
40
20
30
20
10
10
25#
8#
JA
NEIN
Instandsetzungsbedarf ...
Abb. 3.3:
3
4
2
1
Beurteilung nach dem Handlungsbedarf ...
Sackstraße 16
80
1#
5
Ergebnisse der Beurteilungen, Links: der Begehungen, Rechts: der Bestandserfassungen.
G - 26
Resümee
Jeder der untersuchten Dachstühle ist als erhaltungsfähig einzustufen. Der Erhaltungsaufwand reicht
von punktuellen Instandsetzungsmaßnahmen bis zu neu einzubauenden Konstruktionen. Die Mehrzahl
der erforderlichen Instandsetzungmaßnahmen beinhalten Reparaturen der durch Feuchte geschädigten
Bauteile und Anschlüsse. Bei nahezu allen Kehlbalkendächern sind immer die Traufknotenpunkte
geschädigt. Die Tragfähigkeit der Verbindungen zwischen den Sparren und Bundträmen kann durch
handwerkliche Instandsetzung in ihrer bisherigen Konstruktionsart meist vollständig wiederhergestellt
werden.
Wie aus Tab. 3.1 hervorgeht weisen beinahe 80 % aller begangenen Dachwerke Instandsetzungsbedarf
auf (vgl. Abb. 3.3 links).
Bei den zehn detailliert aufgenommen Objekten, welche im Durchschnitt rund 400 Jahre alt sind, zeigt
sich folgendes Bild: Die Hälfte der erfassten Dachwerke wurden mit den Noten 4 und 5 beurteilt. Das
bedeutet, dass hier Handlungsbedarf innerhalb der nächsten Monate vorliegt. Die Note 1 konnte nicht
vergeben werden (vgl. Abb. 3.3 rechts).
Um eine umfassende Aussage über die Tragwerkszuverlässigkeit der Grazer Dachtragwerke in der
Kernzone 1 treffen zu können, sind zahlreiche weitere Begehungen sowie Bestandserfassungen,
Schadenserfassungen und Beurteilungen notwendig. Da sich jedoch viele Objekte in Privatbesitz
befinden, ist der Zugang zu den Objekten größtwahrscheinlich nur mittels behördlicher
Vorschreibungen vollständig zu erreichen.
G - 27
4 Literatur
4
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
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Literatur
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ERLER K.: Alte Holzbauwerke: Beurteilen und Sanieren. 3. Auflage Neufassung. Berlin:
Huss-Medien GmbH Verlag Bauwesen, 2004. -ISBN 3-345-00864-5
IBOLD S.: Sanieren im Dach- und Holzbau : Grundlagen - Anforderungen - Beispiele. Köln :
Verlagsgesellschaft Rudolf Müller GmbH & Co. KG, 2010. - ISBN 978-3-481-02680-6
LAND STEIERMARK (Hrsg.) ; Landesgesetzblatt : Steiermärkisches Baugesetz, Juni 2008
MEISEL A., SILLY G., MOOSBRUGGER T., FERK H., SCHICKHOFER G.: Erste semivisuelle Zuverlässigkeitsbeurteilung historischer Dachtragwerke aus Holz, Fachartikel,
unveröffentlicht. Institut für Holzbau und Holztechnologie, Technische Universität Graz, 2011.
MEISEL A.: Historische Dachstühle - Diplomarbeit. Institut für Holzbau und Holztechnologie,
Technische Universität Graz, 2009.
MEISEL A., ZEHETGRUBER J., SCHICKHOFER G.: Historische Dachtragwerke aus Holz
– Klassifizierung und Entwicklung aus statischer Sicht, TEIL 1, Fachartikel, unveröffentlicht.
Institut für Holzbau und Holztechnologie, Technische Universität Graz, 2011.
MEISEL A.: Vorlesungsfolien Bestandsanalyse und Instandhaltung von Holzkonstruktionen.
Institut für Holzbau und Holztechnologie, Technische Universität Graz, SS 2010.
MÖNCK W.: Schäden an Holzkonstruktionen. 3. Auflage Berlin: Huss-Medien GmbH Verlag
Bauwesen, 1999. - ISBN 3-345- 00668-5
RINN F.: Konzept für Zustandsanalysen von Holzkonstruktionen. Bauen mit Holz 10/2006.
Bruderverlag, Karlsruhe
SEIM W.: Historische Holztragwerke-Zustandserfassung, Vorlesungsfolien Universität
Kassel.
G - 28
H Alterung und (Rest)Tragfähigkeit von Bauholz
G. Schickhofer, R. Brandner
Univ.-Prof. DI Dr. techn. Gerhard Schickhofer
1990
Diplom | TU Graz
1994
Doktorat | TU Graz
1999
Habilitation | TU Graz | venia docendi 'Holzbau und
Holztechnologie'
2002
Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter der holz.bau
forschungs gmbh | Kompetenzzentrum für Holzbau und
Holztechnologie
2004
Professor für Holzbau und Holztechnologie | TU Graz
2008
stellvertr. Dekan der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften
Mitgliedschaften und Mitwirkungen in Gremien
seit 2010 bei ICOMOS
DI (FH) Reinhard Brandner
H-1
2006
Abschluss des Studiums Holztechnik und Holzwirtschaft an der
Fachhochschule Salzburg/Kuchl
seit 2009
Wissenschaftlicher Assistent am Institut für Holzbau und
Holztechnologie der TU Graz
1 Einleitung
1
Einleitung
Bevor im folgenden Kapitel auf die Tragfähigkeit von Altholz an Hand eines konkreten Beispiels
(Messehalle 11 | Graz) eingegangen wird, ist es angebracht, einige grundlegende und allgemeingültige
Anmerkungen zu diesem Thema darzulegen. In den zusammenfassenden Schlussbemerkungen seiner
Dissertation schreibt Nier [5]: "Allen Werkstoffen sind Alterungserscheinungen mehr oder weniger
eigen. Alterungserscheinungen sind deshalb nicht als Mangel, sondern als eine natürliche Erscheinung
aufzufassen, der mehr oder weniger alle Baustoffe unterliegen". Im Rahmen der Bestandsanalyse von
Holzkonstruktionen und der darauf folgenden Bewertung der Tragfähigkeit drängt sich stets die Frage
der Festigkeit und Steifigkeit alter Bauhölzer sowie der dort primär verwendeten Holz-HolzVerbindungstechnik auf.
2
Stand des Wissens und der Forschung
Recherchiert man zur Thematik "Alterung und Resttragfähigkeit von Bauholz" in der Fachliteratur so
lässt sich nicht allzu viel finden. Rug und Seemann [7] befassen sich in ihrer Arbeit mit der Bestimmung
der Druckfestigkeit parallel zur Faser von Altholz an kleinteiligen merkmalsfreien (frei von Ästen,
Rissen, etc.) Bohrkernen mit 15 mm Durchmesser und einer Länge zwischen 25 und 40 mm sowie von
Neuholz an prismatischen Proben. Die Prüfungen wurden mit Neuholz (Eiche, Buche, Fichte und
Kiefer) begonnen und mit jenen an Altholz mit einem Alter zwischen 60 und 200 Jahren abgeschlossen.
Trotz unterschiedlicher Prüfkörperform und Dimension (ein diesbezüglicher Einfluss kann nicht
ausgeschlossen werden), welcher zwischen Neu- und Altholzproben gegeben war, wurden von Rug und
Seemann für Altholz die gleichen Druckfestigkeiten wie für Neuholz festgestellt. Es konnte somit kein
(erwarteter) Abfall der Druckfestigkeit von langjährig beanspruchtem merkmalsfreiem Holz
beobachtet werden. Ehlbeck und Görlacher [1] stellen bei Untersuchungen von Werkstoffeigenschaften an 100 bis 500 Jahre altem Konstruktionsholz, ebenfalls durchgeführt an kleinen
merkmalsfreien Proben, fest, dass die Druck-, Biege- und Scherfestigkeiten von altem Holz jenen für
neues Holz entsprechen. Beispielsweise lag die mittlere Scherfestigkeit für Fichte / Tanne, durchgeführt an 70 Scherproben in Anlehnung an die Prüfkonfiguration der DIN 52187 [17], bei 9,6 N/mm2
(Variationskoeffizient: 9,5 %, Holzfeuchte: 12 bis 13 %). Dieser Wert liegt in der Größenordnung von
neuem Holz. Zu ähnlichen Ergebnissen kommt auch Nier [5]. Er stellt fest, dass bezogen auf einen
Zeitraum von 100 Jahren mit einer Druckfestigkeitsminderung basierend auf kleinformatigen
Normproben in der Höhe von lediglich 0,84 bis 0,94 % – also weniger als ein Prozent – zu rechnen ist.
Resümierend kann – basierend auf den oben erwähnten drei Arbeiten – der Schluss gezogen werden,
dass die Druck-, Biege- und Schubfestigkeiten, ermittelt an fehlerfreien kleinformatigen Normproben
aus Alt- und Neuholz für die Holzarten Fichte, Kiefer, Buche und Eiche, keine signifikanten
Unterschiede zeigen. Biotische Schäden durch Pilze und Insekten, welche mit einem unzureichenden
Holzschutz respektive mit einer mangelhaften Holz- und Bauwerkspflege in Verbindung gebracht
werden können, sind bei der obigen Betrachtung ausgeschlossen, d. h. man ging bei allen oben
erwähnten Untersuchungen von diesbezüglich nicht geschädigten Hölzern aus.
Es stellt sich nun die Frage, ob diese für merkmalsfreie Kleinproben getroffenen Aussagen auch für
Konstruktionsholz in Bauteilgröße ihre Gültigkeit haben. Ehlbeck und Görlacher [1] ermittelten die
Biegefestigkeit an 57 Prüfkörpern, welche aus 13 Gebäuden stammten. Das Alter dieser Bauteile lag
zwischen 100 und 500 Jahre. Es wurde festgestellt, dass die Biegefestigkeiten teilweise deutlich unter
den Werten, die für neues Bauholz gefordert werden, lagen. Dies wurde auf die Reduzierung des
tragenden Querschnittes infolge Pilz- und Insektenbefall, anderen Unregelmäßigkeiten, wie
H-2
Kapitel H: Alterung und (Rest)Tragfähigkeit von Bauholz
Aussparungen und größeren Baumkanten, zurückgeführt. Im Beitrag wird festgehalten, dass bezüglich
der Werkstoffeigenschaften, trotz der ungünstigen Probenauswahl primär aus Gebäuden mit Mängeln
welche einen Abriss bedingen, kein signifikanter Unterschied zwischen altem und neuem Holz besteht.
Nier [5] spricht in seiner Dissertation von deutlicheren Festigkeitsverlusten im Vergleich zu merkmalsfreien Kleinproben. Es wird von einer Minderung von 5 % bis 14 % für die Druckfestigkeit gesprochen.
Für die Biegefestigkeit wird ein Alterungseinfluss über einen Zeitraum von 100 Jahren von rund 7 %
ermittelt. Resümierend kann festgehalten werden, dass für Prüfkörper in Bauteilgröße einerseits darauf
zu achten ist, dass biotisch nicht geschädigtes Material mit nachvollziehbaren Querschnitten untersucht
wird. Andererseits ist davon auszugehen, dass mit einer geringfügig altersbedingten Minderung der
Werkstoffkenngrößen zu rechnen sein wird, wobei festgehalten werden muss, dass der Umfang an
vorliegenden Untersuchungen als gering zu bezeichnen ist.
3
Festigkeits- und Steifigkeitsuntersuchungen an der
Messehalle 11 | Graz
3.1
Allgemeines
Im Zuge der Neustrukturierung der Messe Graz wurde die denkmalgeschützte so genannte
Messehalle 11 (siehe Abb. 3.1) – errichtet im Jahre 1939 – abgebaut, auf geeignete Weise
zwischengelagert und im Anschluss an den Neubau der Messehalle auf reduzierter Grundrissfläche
wieder aufgebaut. Im Rahmen der statisch-konstruktiven Bearbeitung der alten Messehalle 11 durch
ein Grazer Ingenieurbüro wurde die Frage nach dem Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten der
eingesetzten Bauhölzer gestellt. Dieser Fragestellung wurde im Rahmen einer nicht zerstörenden und
einer zerstörenden Ermittlung der mechanischen Eigenschaften anhand einer aus einem Randträger des
Haupttragwerkes der Messehalle 11 entnommenen Stichprobe nachgegangen. Diesbezüglich wurde
ein Forschungsprojekt an das Institut für Holzbau und Holztechnologie der Technischen Universität
Graz beauftragt.
Abb. 3.1:
Messehalle 11: (links) um 1940; (rechts) Innenansicht vor Abriss (Pirker [6]).
Der Schwerpunkt dieses Projektes lag in der Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von aus
einem Fachwerkbinder entnommenen Tragwerksteilen. Diese Stichprobe wurde sowohl zerstörungsfreien als auch zerstörenden Prüfungsprozederen unterzogen. Die zerstörungsfreie ("Non-DestructiveTesting", kurz NDT) Prüfung wurde mittels einer Ultraschalllaufzeitmessung, die zerstörende Prüfung
H-3
3 Festigkeits- und Steifigkeitsuntersuchungen an der Messehalle 11 | Graz
in Anlehnung an die ÖNORM EN 408 "Holzbauwerke – Bauholz für tragende Zwecke und Brettschichtholz – Bestimmung einiger physikalischer und mechanischer Eigenschaften" [11] durchgeführt.
Das Ziel dieser Untersuchungen war es, mittels der Ergebnisse aus den Festigkeits- und
Steifigkeitsuntersuchungen Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften der verbliebenen
Tragwerkselemente der Messehalle 11 zu tätigen. Eine normative Einordnung der untersuchten
Stichprobe in die Festigkeitsklassen der ÖNORM EN 338 [10] ist nicht möglich, da weder der
Versuchsumfang noch die Prüflängen aufgrund verschiedener Randbedingungen den Anforderungen
vollinhaltlich entsprechen.
3.2
Material und Methoden
3.2.1 Material | Stichprobe
Die zu untersuchende Stichprobe mit einem Umfang von 62 Prüfkörpern wurde einem als
Fachwerkträger konzipierten Randträger des Haupttragwerkes der Messehalle 11 entnommen. Es
handelt sich dabei um Probekörper der Holzart Fichte (lat. Picea abies), im Allgemeinen einstielig
eingeschnitten, sodass sowohl juvenile als auch adulte Zonen im Querschnitt vorhanden sind. In der
folgenden planlichen Darstellung (Abb. 3.2) sind die entnommenen Einzelstäbe abgebildet und
gekennzeichnet.
Abb. 3.2:
(links) Ansicht bzw. statisches System des Randträgers (entnommene Einzelstäbe gekennzeichnet);
(rechts) Probenentnahme an einem Randträger der Messehalle 11 (Jeitler und Schickhofer [3]).
Aufgrund der Situierung und Größe der Knoten konnten nicht alle Einzelstäbe des Randträgers in für
die Festigkeits- respektive Steifigkeitsprüfung geeigneter Länge entnommen werden. Das oben
abgebildete statische System des Randträgers zeigt die entnommenen und der Prüfung zugeführten
Einzelstäbe (diese sind 2- bzw. 3-teilig als gespreizte Stäbe ausgeführt; siehe Abb. 3.3).
H-4
Abb. 3.3:
Entnahme des Stabes O1 (Obergurt), gespreizte Ausführung, bestehend aus drei Einzelstäben
O1_01, O1_02, O1_03 (Jeitler und Schickhofer [3]).
Bei der Entnahme war augenscheinlich, dass aufgrund des einstieligen Einschnittes und der damit
verbundenen Lage der Markröhre im Querschnitt, die entnommenen Probekörper erhebliche
Schwindrisse aufwiesen (siehe Abb. 3.4). Dieser Umstand hatte in weiterer Folge Auswirkungen auf
die nachfolgend beschriebene Biegeprüfung nach ÖNORM EN 408 [11]. Im Rahmen dieser wird der
jeweilige Querschnitt auch auf Schub belastet, welcher von der verbliebenen schubtragfähigen
Restfläche übernommen werden muss. Zudem ist im Rahmen der Biegeprüfungen auch aufgrund der
teilweise nicht normenkonformen Prüflänge damit zu rechnen, dass einige Probekörper nicht wie
gewünscht auf Biegung, sondern auf Schub versagen werden.
Abb. 3.4:
Beispiele von gerissenen Querschnitten: Einschnitt einstielig, Kern im Querschnitt.
Im Allgemeinen ist die Form und Ausprägung der einschnittabhängigen (einstielig, mehrstielig) und im
Querschnitt in radialer Richtung zum Kern hin verlaufenden Risse mit Fortsetzung an den
Seitenflächen eines Vollholzquerschnittes neben der Holzqualität und des Trocknungsprozesses auch
von der Querschnittsgröße abhängig. Für die Nachweisführung gerissener Querschnitte stellt sich die
Frage des ansetzbaren Restquerschnittes. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die
Rissabmessungen – Tiefe, Breite, Länge – möglichst genau zu erfassen. Von prioritärer Bedeutung ist
hierbei weniger die Rissbreite, sondern vielmehr die Risstiefe (siehe Abb. 3.4).
H-5
3.2.2 Ermittlung physikalischer Kenngrößen | Holzfeuchtigkeit und Rohdichte
Die 62 Probekörper wurden dem Randträger des Haupttragwerkes der Messehalle 11 am 19. und am
23. Oktober 2006 durch die Firma Graf Holztechnik entnommen. Im selben Schritt wurden jedem
Probekörper auch Kleinproben zur Ermittlung der Holzfeuchtigkeit nach der Darrmethode (in
Anlehnung an ÖNORM EN 13183 [12]) entnommen, sofort danach verwogen und in einem Darrschrank bei einer Temperatur von 103 ± 2 °C bis zur Massenkonstanz getrocknet. Nach einer Abkühlphase in einem Exsikkator auf rund 20 °C wurden die Kleinproben abermals verwogen und die
jeweilige Holzfeuchte bestimmt.
An allen Probekörpern wurden die Querschnittsabmessungen h, b (Mittelwert aus jeweils 3 Messungen
verteilt über die Länge des Probekörpers) und der Länge l ermittelt und die Bestimmung der Masse
vorgenommen. Daraus konnte die jeweilige Rohdichte 12 bei Referenzholzfeuchte uref = 12 %
ermittelt werden.
3.2.3 Ermittlung mechanischer Kenngrößen | Biegung und Schub
Im Rahmen der Festigkeits- respektive Steifigkeitsprüfung wurde die Stichprobe von 62 Stück geteilt
und einer Zugprüfung (alle im Fachwerkträger zugbeanspruchten Holzbauteile, Umfang: 24 Stück)
bzw. einer 4-Punkt-Biegeprüfung (alle anderen Holzbauteile, Umfang: 38 Stück) in Anlehnung an die
ÖNORM EN 408 [11] zugeordnet. Die Zugprüfungen wurden bis dato aufgrund technischer Hindernisse (fehlende Kapazität der Zugprüfeinrichtungen) nicht durchgeführt.
Im Rahmen der Biegeprüfung wurden die Probekörper einer Beanspruchung über einen 4-PunktBiegeversuch in Anlehnung an die ÖNORM EN 408 [11] ausgesetzt (siehe Abb. 3.5). Die Spannweiten der Biegeprüfung entsprachen teilweise nicht den in der entsprechenden Norm geforderten
Werten (15 · hNennwert  l1  21 · hNennwert).
Abb. 3.5:
Biegeprüfung am Probekörper D1_03: Versagen auf Schub (Jeitler und Schickhofer [3]).
Anhand der Prüfergebnisse und Prüfprotokolle wurde der lokale statische Biege-E-Modul, die Biegebzw. Schubfestigkeit respektive Schub- und Biegespannung zum Zeitpunkt des Versagens bestimmt,
sowie eine Zuordnung in die Versagenskategorien Biegung (B) und Schub (S) durchgeführt. Die
angegebenen Kenngrößen der E-Module, Rohdichte und Schubfestigkeit wurden zudem auf die
Referenzholzfeuchte von uref = 12 % transformiert. Bei 12 # Proben konnte aufgrund ausreichender
H-6
Länge eine Standardbiegeprüfung gemäß ÖNORM EN 408 [11], mit Krafteinleitung in den Drittelpunkten und einem Abstand zwischen Auflager und Krafteinleitung von a = 6 · h, durchgeführt
werden. Die verbleibenden 26 # Biegeprüfungen wurden mit verkürzter Spannweite und einem
Verhältnis a / h im Bereich von [3,0 ÷ 4,5] bewerkstelligt. Hierbei versagten 10 # (38 %) auf Biegung,
bei 16 # (62 %) kam es vorzeitig zu einem Schubversagen. In Folge dessen wird für die Auswertung
der Biegekenngrößen und Diskussion der Zuordnung der Proben zu einer Festigkeitsklasse gemäß
ÖNORM EN 338 [10] alleinig auf die 12 # Biegeproben mit a / h = 6,0 zurückgegriffen. Dies gilt
insofern rechtfertigbar, als die zerstörungsfrei ermittelbaren Kenngrößen wie Rohdichte und E-Modul
aller Proben und Sub-Gruppen im Mittel wie auch in der Streuung (z. B. Variationskoeffizient, CoV)
vergleichbar sind. Einen Überblick hierzu bietet die Tab. 3.1. Eine Ausnahme gilt bei Vergleich der
CoV-Werte beim lokalen Biege-E-Modul. Hier zeigt sich bei der Sub-Gruppe a / h = [3,0 ÷ 4,5] ein
unerwartet hoher Variationskoeffizient welcher sich jedoch in den dynamischen E-Modulen nicht
bestätigen lässt. Die Ursache für die hohe Variabilität in dieser Kenngröße konnte bis dato nicht geklärt
werden.
Tab. 3.1:
a/h
< 6,0
6,0
[–]
Statistiken zum Vergleich der Sub-Gruppen; gruppiert nach dem Geometrieverhältnis a / h.
Statistiken
[–]
Anzahl
Mittelwert
CoV [%]
Anzahl
Mittelwert
CoV [%]
Edyn,US,12
[N/mm²]
16.240
9,4 %
16.270
13,0 %
Em,l,12
[N/mm²]
12 #
13.430
10,6 %
26 #
13.590
28,4 %
ρ12
[kg/m³]
456
7,1 %
449
7,2 %
Tab. 3.2 beinhaltet die Statistiken der 12 # Biegeproben. Zudem ist eine kenngrößenspezifische
Zuordnung von Festigkeitsklassen gemäß ÖNORM EN 338 [10] enthalten. ÖNORM EN 338 [10]
beinhaltet die Festigkeitsklassen für Vollholz. Die Zuordnung einer Stichprobe zu einer
Festigkeitsklasse dieser Norm bedingt die Einhaltung aller drei Kenngrößen, der charakteristischen
Biegefestigkeit (5 %-Niveau), des charakteristischen Biege-E-Moduls (Mittelwert) und der
charakteristischen Rohdichte (5 %-Niveau). Zur Ermittlung der Kenngrößen sind Prüfverfahren u. a.
nach der ÖNORM EN 408 [11] zu verwenden bzw. ist die Auswertung der Daten nach
ÖNORM EN 384 [9] durchzuführen. Bezüglich der Prüfverfahren gelten die Anforderungen als erfüllt.
Bezüglich der Auswertung der Kenngrößen des Biege-E-Moduls und der Rohdichte wurden ebenfalls
die Anforderungen gemäß ÖNORM EN 384 [9] eingehalten. Der Mindestumfang von 40 # Proben
konnte jedoch nicht erfüllt werden. In Anbetracht einer fehlenden, schlüssigen statistischen Methodik
zur Bestimmung der charakteristischen Biegefestigkeit in ÖNORM EN 384 [9] wurde das Verfahren
zur Ermittlung charakteristischer Festigkeitswerte für Holzwerkstoffe in ÖNORM EN 14358 [13]
herangezogen. Hierbei liegen die Annahmen eines statistischen Verteilungsmodells der
logarithmischen Normalverteilung in Verbindung mit einem Konfidenzintervall von (1 - ) = 75 % zur
Ermittlung der unteren Grenze des Konfidenzintervalls zu Grunde.
Die Auswertung der 12 # Biegeproben ergibt eine Zuordnung in die Festigkeitsklasse C30 gemäß
ÖNORM EN 338 [10]. Auffällig ist hierbei der unerwartet geringe Variationskoeffizient der Biegefestigkeit welcher im Allgemeinen im Bereich von [20 ÷ 30] % erwartet werden kann. Aufgrund der
vergleichbaren Statistiken betreffend E-Module und Rohdichte ist ebenfalls für die verbleibenden
H-7
Proben und somit für das im Fachwerk eingesetzte Baumaterial eine vergleichbare Einstufung
betreffend der Festigkeitsklasse mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erwarten.
Tab. 3.2:
Statistiken der Biegekenngrößen: 12 # Proben, entnommen aus den Diagonalstäben.
Statistiken
[–]
Anzahl
Mittelwert
CoV [%]
5 %-Quantil (empD)
5 %-Quantil (ND) gemäß [9]
5 %-Quantil (2pLND)
charakt. 5 %-Quantil (2pLND) gemäß [13]
Festigkeitsklasse gemäß [10]
fm
[N/mm²]
Em,l,12
[N/mm²]
ρ12
[kg/m³]
12 #
41,6
14,3 %
32,9
–
32,6
30,9
C30
12 #
13.430
10,6 %
–
–
–
–
C35
12 #
456
7,1 %
421
403
–
–
C30 (C35)
Zur Beurteilung der Kenngrößen der verbleibenden 26 # Proben, insbesondere im Hinblick auf die
Schubtragfähigkeit, wurde die Information der erreichten Schubspannungen zum Zeitpunkt eines
Biegeversagens in die statistische Auswertung miteinbezogen. Dies insofern, da eine Nichtberücksichtigung dieser Daten zu einer Unterschätzung bzw. Allgemein zu einer Verzerrung der ermittelten
Statistiken führen würde. Das angewendete Verfahren ist die Maximum-Likelihood-Schätzung (MLE)
unter Berücksichtigung rechts-zensorierter Daten. Hierbei wurde zur Modellierung der Schubfestigkeit
eine logarithmische Normalverteilung als repräsentativ angenommen.
Als eine weitere Annahme wurde aufgrund der gegebenen, ausgeprägten Trocknungsrisse eine im
Mittel zur Verfügung stehende Restbreite von 40 % vorausgesetzt (b40%  fv,korr,40 %,12). Dies
entspricht einer im Mittel angenommenen beidseitigen Risstiefe von 30 %. Diese Annahme fußt zum
einen auf den abgeschätzten Risstiefen wie sie an den bildlich erfassten Enden der geprüften und auf
Schub versagten Proben ermittelt werden konnten (im Mittel rund 60 %; maximal rund 75 %), und zum
anderen auf Literaturangaben (siehe u. a. Frech [2]). Des Weiteren wurde, basierend auf der Arbeit von
Lackner [4] eine Korrektur der Schubfestigkeit bei von der Referenz abweichender Holzfeuchte von
3 % je % Abweichung vorgenommen. Die Statistiken, ermittelt anhand der durchgeführten MaximumLikelihood-Schätzung (MLE) für rechts-zensorierte Daten, sind Tab. 3.3 zu entnehmen. Hierbei
ergaben sich die Mittelwertschätzung mit fv,12,mean = 6,5 N/mm² und das 5 %-Quantil mit
fv,12,05 = 4,7 N/mm². Diese Statistiken beschreiben erwartete Schubfestigkeiten unter der Annahme
eines ungerissenen Restquerschnittes.
Tab. 3.3:
Statistiken der Schubkenngrößen: 26 # Proben; Auswertung mittels Maximum-Likelihood (MLE)
unter Berücksichtigung rechts-zensorierter Daten.
Statistiken
[–]
Anzahl Proben (Schubbrüche / Biegebrüche)
Mittelwert (MLE)
CoV [%] (MLE)
5 %-Quantil (2pLND) (MLE)
charakt. 5 %-Quantil (2pLND; MLE) gemäß [13]
fv,korr,40%,12
[N/mm²]
26 # (16 # / 10 #)
6,5
18,4 %
4,7
4,5
H-8
Wie in der Literatur zahlreich beschrieben weist die Schubfestigkeit von Voll- aber auch
Brettschichtholz eine ausgeprägte Abhängigkeit vom schubbeanspruchten Volumen bzw. der
schubbeanspruchten Fläche im Bereich der maximalen Schubspannungen im Querschnitt auf. Lackner
[4] analysierte dahingehend umfangreiche international recherchierte Datensätze an Schubfestigkeiten,
ermittelt auf Basis von Biegeprüfkonfigurationen. Insbesondere wurde dabei der Zusammenhang
zwischen der schubbeanspruchten Fläche As und der Schubfestigkeit analysiert. Da ein Prüfkörper
initial auf einer Trägerhälfte bzw. Trägerseite (der Seite mit dem geringsten Widerstand  "weakest
link") versagt wurde die Schubfläche As beispielsweise im Falle der durchgeführten 4-PunktBiegeversuche als jene Fläche definiert, welche sich aus der Probenbreite (b40 %) multipliziert mit dem
Abstand zwischen Auflager und Krafteinleitung (a) abzüglich der querdruckbeeinflussten Zonen
(Bereiche halbe Auflager- sowie Krafteinleitungsplatte sowie Bereiche unter Querdruck aufgrund der
Lastausbreitung unter Annahme eines Lastausbreitungswinkels von 30 °) resultiert (siehe [4]).
Aufgrund der unterschiedlichen a / h Verhältnisse und der unterschiedlichen Querschnittsdimensionen
ergeben sich Schubflächen im Bereich von [43.320 ÷ 76.811] mm², im Mittel rund As,mean =
63.210 mm².
Zur Einordnung der ermittelten Statistiken der Schubfestigkeiten in die von Lackner [4] recherchierten
Daten wurde der Mittelwert sowie die 5 %-Quantile der Schubfestigkeit gemeinsam mit der mittleren
Schubfläche As,mean in Abb. 3.6 eingetragen. Zudem ist den Statistiken die Bandbreite der untersuchten
Schubflächen angefügt.
Gemäß dieser Gegenüberstellung zeigt sich, dass die Schubdaten der Messehalle 11 einerseits die
Bandbreite der bisher recherchierten Daten bezüglich der geprüften Schubfläche deutlich nach oben
erweitern. Andererseits kann festgehalten werden, dass auch wenn die Statistiken der Schubfestigkeiten der Messehalle 11 im Vergleich zum erwarteten Verlauf von fv,mean und fv,05 relativ hohe Werte
aufweisen sie dennoch innerhalb der erwartbaren Bandbreite der Variabilität zwischen Prüfserien
liegen und somit den Verlauf der Funktion zur Beschreibung der Abhängigkeit fv vs. As durchaus
bestätigen.
Geht es nach den Regelungen der ÖNORM EN 338 [10] ist für die Festigkeitsklassen C24 bis C50 ein
konstanter charakteristischer Schubfestigkeitswert von fv,k = 4,0 N/mm² vorgesehen. Ein Vergleich
mit den recherchierten 5 %-Quantile der Prüfserien zeigt, dass dieser Ansatz zumindest bis
As = 30.000 mm² als konservativ und ohne Berücksichtigung des Größeneinflusses auf die
Schubfestigkeit als auf der sicheren Seite liegend betrachtet werden kann. Unter Beachtung der
vielseitigen verschiedenen baupraktischen Konfigurationen in denen nachzuweisende
Schubspannungen auftreten können und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass zwischen den
Schubfestigkeitspotentialen verschiedener Nadelhölzer zumindest in den europäischen Normenwerken
nicht unterschieden wird, gilt der Ansatz eines konstanten, konservativen Kennwertes durchaus
nachvollziehbar. Zur Erklärung und Modellierung von Systemprodukten wie BSH, BSP, etc. sowie zur
Verifizierung des Schubfestigkeitspotentials einzelner Prüfserien bedarf es jedoch der bestmöglichen
Berücksichtung von signifikanten Einflussparametern wie den Größeneffekt um Kenngrößen in ihrer
quantitativen Ausprägung adäquat darstellen und berücksichtigen bzw. zuordnen zu können.
H-9
4 Zusammenfassung und Schlussbetrachtung
Abb. 3.6:
4
Schubfestigkeit vs. Schubfläche: Statistiken auf dem Niveau des Mittelwertes, der 5 %- und der
95 %-Quantile international recherchierter Prüfserien aus Lackner [4] im Vergleich mit den Daten
der Messehalle 11 und den Regelungen der ÖNORM EN 338 [10]; logarithmische Skalierung.
Zusammenfassung und Schlussbetrachtung
Bezüglich Alterung und Resttragfähigkeit kann zusammenfassend festgehalten werden, dass sowohl
die zitierten wissenschaftlichen Arbeiten als auch die eigene Arbeit darauf hindeuten, dass mit keinem
(bei merkmalfreiem Holz) respektive nicht signifikantem bis geringfügigem (bei Holz in Bauteilgröße)
Abfall der Festigkeits- und Steifigkeitskenngrößen über die Zeit und bei üblicher Bemessung,
Einwirkungszyklen und Lastspitzen im Hochbau gerechnet werden kann. Wie lässt sich allerdings eine
Resttragfähigkeit nach 70 und mehr Jahren auf dem Niveau der Tragfähigkeit der Bauteile zum
Errichtungszeitpunkt – insbesondere im Hinblick auf die gegenwärtigen Bemessungsregeln nach EC5
wie z. B. dem Beiwert kmod – erklären? Ein wesentlicher Bestandteil des Modifikationsbeiwertes kmod
wird durch das Langzeitverhalten von Holz ("Duration of Load", DOL) bestimmt. Die gegenwärtigen
Festlegungen hierzu basieren primär auf Ergebnissen aus Dauerstandversuchen an Holzquerschnitten
unter Biegebeanspruchung, der "Madison-Curve" (Wood [8]). Demnach und gemäß den Regelungen
des EC5 ist bei Bauteilen unter Dauerbeanspruchung über 50 Jahre bei Nutzungsklasse 1 mit einer
Minderung der Tragfähigkeit von 40 % zu rechnen. Im Vergleich zu den oben getroffenen Aussagen
zur Resttragfähigkeit wird hierbei ein Widerspruch suggeriert. Es ist festzuhalten, dass es sich beim
Modifikationsbeiwert kmod um einen statistischen Beiwert handelt. Um Aussagen zum kmod auf Basis
von Resttragfähigkeitsuntersuchungen tätigen zu können sind jedoch die Informationen unzureichend
bzw. zu vage. Folgende Punkte können hier genannt werden:
•
•
Es fehlt die Kenntnis des Verhältnisses der "überlebenden" Bauteile zu jenen der "versagten"
Bauteile. Es ist anzumerken, dass die Untersuchungen zur Resttragfähigkeit nur an "überlebenden"
Bauteilen und somit nur an einem zensurierten Probenkollektiv durchgeführt werden (konnten).
Zudem wären in diesem Zusammenhang eingehende Erkenntnisse zur Ursache des Versagens
notwendig um geeignete Statistiken aus den Daten ermitteln zu können.
Es fehlt die Kenntnis der Ausnutzungsgrade wie sie sich aus der Bemessung der Bauteile aber
insbesondere wie sie sich wirklich im Laufe der Nutzungszeit dargestellt haben. Dies betrifft zum
einen die Lasthöhe, zum anderen aber auch die Einwirkungsdauer und die Anzahl der
Einwirkungen.
H - 10
•
•
•
In der gegenwärtigen Bemessung werden Bauteile sehr konservativ über Gegenüberstellung der
"maximal" erwartbaren Einwirkungen zu "minimalen" Widerständen nachgewiesen. Die deutlich
reduzierte Wahrscheinlichkeit, dass die maximale Schnittgröße im Querschnitt mit dem geringsten
Widerstand zusammentrifft wird nicht berücksichtigt bzw. kann im gegenwärtigen
Bemessungskonzept nicht bzw. nur mit sehr hohem Aufwand Berücksichtigung finden.
Zudem ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Bemessungslasten zu ihrer vollen Größe innerhalb des
Nutzungszeitraumes auftreten sehr gering.
Die gegenwärtige Bemessung der Bauteile bzw. ihrer Querschnitte bedingt auch, dass mögliche
Lastumlagerungen innerhalb der gesamten Tragstruktur aber auch innerhalb der Bauteile nur
ansatzweise oder gar nicht Eingang finden.
Während also die Bemessung von Bauteilen konservative Ansätze zur Abdeckung aller notwendig
erscheinenden zukünftig erwartbaren Einwirkungen und Widerstände bedarf, gilt die Ermittlung der
Resttragfähigkeit und die Beurteilung dieser im Kontext zur angenommenen Tragfähigkeit zum
Errichtungszeitpunkt als Momentaufnahme des Widerstandes von Bauteilen nach einer bestimmten,
individuellen Lasthistorie.
Die Untersuchungen an den zur Verfügung gestellten Bauteilen eines Fachwerkbinders der alten
Messehalle 11 zeigen einerseits das nach 70 Jahren vorhandene Potenzial des damals gewählten Holzes
und andererseits den sehr guten Bestandszustand – die Holzfeuchten nach der Entnahme der Bauteile
liegen zwischen 12,1 und 13,7 % – nach diesem Nutzungszeitraum. Es zeigen sich eine mittlere
Biegefestigkeit von 41,6 N/mm2 und ein charakteristischer Wert von 30,9 N/mm2; der mittlere BiegeE-Modul liegt bei 13.430 N/mm2 und die Rohdichte bei 456 kg/m3 (Mittelwert) respektive 403 kg/m3
(charakteristischer Wert). Auch der, unter Beachtung der am Querschnitt gemessenen Risstiefen,
ermittelte Schubfestigkeitswert von 4,5 N/mm2 liegt über den Anforderungen der Festigkeitsklassen
C24 bis C50 gemäß ÖNORM EN 338 [10]. Trotz unterschiedlicher Sortierregelungen kann von einer
heute noch verfügbaren Festigkeitsklasse von zumindest C30 (bis C35!) ausgegangen werden. Dies
bestätigt den geringen bis nicht signifikanten Abfall von Werkstoffeigenschaften auf Grund von
Alterung bei Holz in Bauteilgröße, vorausgesetzt es handelt sich um vor Feuchtigkeit geschützte und
biotisch nicht angegriffene Holzbauteile und unter Beachtung der im vorherigen Abschnitt angeführten
offenen Fragestellungen.
In der Abb. 3.6 wird der Zusammenhang der Schubfestigkeit mit der Schubfläche gezeigt. Daraus ist
ersichtlich, dass mit zunehmender Schubfläche der Schubfestigkeitswert abnimmt, womit der
vorhandene Größeneinfluss zum Ausdruck gebracht werden kann. In der gegenwärtig gültigen Fassung
der ÖNORM EN 338 [10] wird von einer konstanten, von der Größe respektive Schubfläche
unabhängigen, charakteristischen Schubfestigkeit des Materials Vollholz mit fv,k = 4,0 N/mm2 für den
nicht gerissenen Querschnitt ausgegangen. Diesem durchaus konservativen Ansatz kann gefolgt
werden, da damit ein einfacher Zugang für den Anwender von Vollholz gegeben scheint. Folgt man
dem Ansatz des Grunddokumentes wie z.B. ÖNORM EN 1995-1-1 [14] so ist der Querschnitt zur
Übertragung der Schubspannungen im Nachweis, insbesondere die Querschnittsbreite b, durch einen
Beiwert kcr zu bef = kcr · b zu reduzieren. Beachtet man die nationalen Festlegungen zum Beiwert kcr,
wie etwa ÖNORM B 1995-1-1 [15] oder DIN EN 1995-1-1/NA [16], so gewinnt man den Eindruck,
dass es sich hierbei weniger um einen dem Namen zu entnehmenden "Rissefaktor" zur
Berücksichtigung erwartbarer Risstiefen wie sie im Laufe des Verwendungszeitraumes auftreten
können, sondern vielmehr um einen "nationalen Anpassungsfaktor" zur Wahrung der nationalen
Festlegungen zur Schubfestigkeit handelt. Zur weiteren Diskussion bzgl. der Festlegung von
H - 11
4 Zusammenfassung und Schlussbetrachtung
Schubfestigkeiten für Voll- aber auch Brettschichtholz wird das Anliegen ausgesprochen, den Beiwert
kcr ersatzlos zu streichen, sich international auf charakteristische Schubfestigkeitskenngrößen für die
Materialien Voll- und Brettschichtholz zu einigen und darauf aufbauend und aus der Erfahrung heraus
Festigkeitskenngrößen für die Nachweisführung festzulegen. Dies ermöglicht zum einen die normative
Regelung von über Prüfungen an ungerissenen Querschnitten nachweisbaren Kennwerten für die
Materialien ( Produktnormen) und zum anderen die Berücksichtigung von erwartbaren Rissen wie
sie innerhalb eines Verwendungszeitraumes auftreten können (Bemessungsnormen).
H - 12
5
Literatur
5.1
Wissenschaftliche Beiträge
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5.2
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H - 13
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Kompetenzzentrum holz.bau forschungs gmbh, Institut für Holzbau und Holztechnologie,
Technische Universität Graz, 49 S.
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Normen
ÖNORM EN 384:2004 Bauholz für tragende Zwecke – Bestimmung charakteristischer Werte
für mechanische Eigenschaften und Rohdichte
ÖNORM EN 338:2009 Bauholz für tragende Zwecke – Festigkeitsklassen
ÖNORM EN 408:2005 Holzbauwerke – Bauholz für tragende Zwecke und Brettschichtholz –
Bestimmung einiger physikalischer und mechanischer Eigenschaften
ÖNORM EN 13183:2002 Feuchtegehalt eines Stückes Schnittholz – Teil 1: Bestimmung durch
Darrverfahren
ÖNORM EN 14358:2007 Holzbauwerke – Berechnung der 5 %-Quantile für charakteristische
Werte und Annahmekriterien für Proben
ÖNORM EN 1995-1-1:2009 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil
1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau
ÖNORM B EN 1995-1-1:2009 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten –
Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau: Nationale
Festlegungen, nationale Erläuterungen und nationale Ergänzungen zur ÖNORM EN 1995-1-1
DIN EN 1995-1-1/NA:2010 Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode
5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln
und Regeln für den Hochbau
DIN 52187:1979 Prüfung von Holz: Bestimmung der Scherfestigkeit in Faserrichtung
5 Literatur
H - 14
I
Sind historische Dachwerke berechenbar?
R. Görlacher
Dr.-Ing. Rainer Görlacher
1990
Promotion an der Universität Karlsruhe
Akademischer Direktor am Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) - Holzbau und Baukonstruktionen
I-1
1 Was bedeutet berechenbar?
Zusammenfassung
Die Frage, ob historische Dachtragwerke berechenbar sind, kann sicherlich bejaht werden. Unter der
Annahme von zutreffenden Belastungen, durch die Wahl richtiger statischer Systeme und
Berechnungsverfahren und mit Hilfe sorgfältiger Untersuchung des Holzes kann es gelingen, die
Standsicherheit und Zuverlässigkeit alter Dachkonstruktionen nachzuweisen. Sollte dies im Einzelfall
nicht gelingen und ist man sich sicher, dass keine zusätzlichen Lasten auf die Dachkonstruktion wirken,
kann auch argumentiert werden, dass die Dachkonstruktion ihre Zuverlässigkeit über viele hundert
Jahre bereits erbracht hat, und es somit keines weiteren Nachweises bedarf. Als Ingenieur sollte uns
dies aber auch zu denken geben und uns anspornen, unsere Nachweisverfahren zu verbessern.
1
Was bedeutet berechenbar?
Geht man von der übertragenen Bedeutung des Wortes "berechenbar" aus, ist festzustellen, dass alte
Holzkonstruktionen äußerst berechenbar sind, es kommt so gut wie nie zu einem unberechenbaren,
unvorhersehbaren Versagen einer Holzkonstruktion. Bevor ein Versagen eintritt, kündigt es sich in der
Regel vorher durch das Auftreten großer Verformungen an.
Als Ingenieure wollen wir diese "Berechenbarkeit" messen, also in Zahlen ausdrücken. Obwohl wir
wissen, dass dieses "Berechnen" nie die Realität exakt erfassen kann, versuchen wir, der Realität
möglichst nahe zu kommen.
Die Berechnung einer Konstruktion lässt sich auf eine einfache Formel reduzieren: Die Beanspruchung
in allen Bauteilen und Verbindungen muss kleiner sein als die Beanspruchbarkeit. Wenn die
Beanspruchung an einer Stelle in der Konstruktion größer ist als die Beanspruchbarkeit, kommt es zum
Versagen. Dies soll verhindert werden.
Da aber weder die realen Beanspruchungen noch die vorhandenen Beanspruchbarkeiten bekannt sind,
behilft man sich damit, aus den Rechenwerten der Belastungen mit Hilfe baustatischer Methoden die
rechnerische Beanspruchung in den Bauteilen und in den Verbindungen zwischen den einzelnen
Bauteilen zu berechnen. Diese Beanspruchung wird einer als zulässig angenommenen Beanspruchbarkeit (charakteristischen Festigkeit), die in der Regel in Normen festgelegt ist, gegenübergestellt. Um
diesen Nachweis durchführen zu können sind zunächst im Wesentlichen drei Annahmen zu treffen:
-
Annahme einer Belastung.
Annahme eines baustatischen Berechnungsverfahren mit der zugehörigen Systemwahl.
Annahme einer zulässigen Beanspruchung.
Die Berechnung hängt somit von der richtigen Annahme der o.a. Punkte ab, wobei sich die Genauigkeit
der einzelnen Annahmen unterschiedlich auf die Genauigkeit des Nachweises auswirken kann.
Gegenüber Konstruktionen, die neu errichtet werden, hat man bei bereits bestehenden Konstruktionen
die Möglichkeit, die o.a. Annahmen vor Ort möglichst zutreffend zu ermitteln bzw. zu überprüfen.
Um welche Annahmen es sich dabei im Einzelnen handelt und wie man diese Annahmen vor Ort
ermittelt oder überprüft, soll im Folgenden gezeigt werden.
I-2
Kapitel I: Sind historische Dachwerke berechenbar?
2
Ermittlung der Beanspruchung
2.1
Lastannahmen
Die Beanspruchung der Bauteile ergibt sich aus den Eigenlasten und den von außen auf die Konstruktion wirkenden Lasten. Die entsprechenden Rechenwerte für diese Belastungen sind im wesentlichen in den Normen für Lastannahmen festgelegt. Im Folgenden werden diese Belastungen kurz
erläutert und vor allem ihre Bedeutung für den Standsicherheitsnachweis alter Holzkonstruktionen
beschrieben.
Eigenlasten
Die in der Norm angegebenen Eigenlasten stellen in der Regel Mittelwerte im Geltungsbereich dar. Die
Baustoffe und Bauteile sind so klassifiziert, dass die Streuung der Eigenlasten klein ist. Bei größeren
Streuungen werden obere und untere Fraktilewerte angegeben, wobei jeweils der Wert zu verwenden
ist, der zum ungünstigeren Bemessungsergebnis führt.
Die Eigenlasten nach Norm müssen auch für alte Holzkonstruktionen Anwendung finden. Um einer
alten Holzkonstruktion wirklich gerecht zu werden, sollte mit den Belastungsannahmen ohne 'Sicherheitszuschlag' der aktuelle bzw. der nach der Instandsetzung oder Umnutzung vorliegende Zustand
beschrieben werden. Dies bedeutet insbesondere, dass eine möglichst exakte Ermittlung des Volumens der Baustoffe z. B. in vorhandenen und zu erhaltenden Deckenfüllungen vorzunehmen ist, wobei
auch die richtige Annahme der Dichte erforderlich ist.
Es besteht auch die Möglichkeit von der Norm abweichende Rechenwerte zu verwenden, wenn sie von
einer Materialprüfanstalt anerkannt sind. Dies wäre zum Beispiel denkbar bei Dachdeckungen oder
Deckenfüllungen, die nicht exakt in der Norm enthalten sind. Ob sich der Mehraufwand einer solchen
Untersuchung lohnt, hängt vom Einzelfall und von der historischen Bedeutung des Bauwerkes ab.
Verkehrslasten
Verkehrslasten innerhalb eines Gebäudes hängen von der Nutzung ab, während die Verkehrslasten, die
von außen auf das Gebäude wirken, wie z. B. Schnee und Wind, von der Nutzung unabhängig sind.
Obwohl die Verkehrslasten innerhalb eines Gebäudes (z. B. gleichmäßig verteilte lotrechte Verkehrslasten für Dächer, Decken und Treppen) nach der Nutzung abgestuft sind, ist trotzdem mit einer
großen Streuung dieser Lasten zu rechnen. Daher handelt es sich bei den Rechenwerten nicht um
Mittelwerte sondern um obere Fraktilewerte. Dies erklärt auch, warum bei Messungen der Belastung
von Decken in Wohnräumen lediglich Mittelwerte von 0,9 kN/m2 ermittelt wurden ([15], [16]), was
keinen Widerspruch zu dem in der Norm angegebenen Rechenwert von 1,50 kN/m2 darstellt. Die für
Holzbalkendecken um 0,5 kN/m2 höher anzunehmende Verkehrslast resultiert aus der in der Regel
nicht ausreichenden Querverteilung der Lasten und stellt somit nur einen Rechenwert dar, der nicht mit
der tatsächlich vorhanden Verkehrslast verglichen werden kann. Im Übrigen ist diese um 0,5 kN/m2
erhöhte Verkehrslast für die Weiterleitung der Kräfte nicht mehr anzusetzen, was sich z. B. auf die
rechnerischen Kräfte in Unterzügen bemerkbar machen kann. Die Schlussfolgerung, dass die
Verkehrslasten nach Norm 'zusätzliche Sicherheiten' beinhalten, ist somit nicht gerechtfertigt.
Um für alte und neue Holzkonstruktionen die gleiche Zuverlässigkeit zu gewährleisten, sind die
Rechenwerte für die Verkehrslasten nach den technischen Baubestimmungen zu verwenden.
I-3
2 Ermittlung der Beanspruchung
Müssen die Verkehrslasten zur Erhaltung einer alten Holzkonstruktion reduziert werden, so kann dies
nur über eine Einschränkung der Nutzung geschehen. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass überzogene Nutzungswünsche, die z. B. eine volle Nutzung des gesamten Dachraumes vorsehen, reduziert
werden. Es ist denkbar, dass Rechenwerte der Verkehrslasten zum Beispiel für Archive oder
Büchereien reduziert werden können, wenn durch geeignete Maßnahmen eine geringere Verkehrslast
zuverlässig zu erwarten ist. Hier wäre eine spezielle Anordnung und Anzahl von Regalen denkbar,
wobei solche Maßnahmen im Einzelfall mit der Baurechtsbehörde und dem Nutzer abgesprochen
werden müssen. Dazu gehören auch Vorkehrungen, die eine zukünftige Nutzung über die festgelegten
Lasten hinaus, verhindern. Diese Vorgehensweise wird somit nur in Ausnahmefällen praktikabel sein.
2.2
Systemwahl
Aus der Belastung eines Bauwerkes kann nach baustatischen Methoden der Kraftfluss und damit die
Kräfte in den Verbindungen und die Beanspruchung (Spannung) in einem Bauteil ermittelt werden.
Hierbei besteht das Problem der Wahl eines statisch sinnvollen und möglichen Systems.
Zur richtigen Systemwahl gehört selbstverständlich zunächst eine genaue Kenntnis der geometrischen
Verhältnisse. Hierzu eignen sich besonders verformungsgetreue Aufmaße, wie sie aufgrund
baugeschichtlicher Untersuchungen vorliegen können. Neben der Geometrie können aufgrund der in
diesen Plänen aufgezeigten Verformungen und Schäden Problemstellen erkannt werden und erste
Eindrücke über einen möglichen Kraftfluss gewonnen werden. Trotzdem wird es für den Ingenieur vor
Aufstellung eines statischen Systems unumgänglich sein, die Konstruktion anhand dieser Pläne selbst
zu untersuchen, um Ergänzungen aus statischer Sicht vorzunehmen. Es ist nicht in jedem Fall gewährleistet, dass baugeschichtliche Interpretationen in allen Bereichen baustatisch richtig sind. Liegen keine
entsprechenden Pläne vor, so müssen diese vom Ingenieur angefertigt werden [13].
Zur richtigen Systemwahl gehört auch die Wahl realistischer Steifigkeiten des Holzes und insbesondere der Verbindungen einzelner Bauteile. Nur dadurch ist es möglich, den Kraftfluss in einer Konstruktion richtig abzuschätzen.
Auf die Bedeutung der Wahl realistischer Steifigkeiten am Beispiel der Nachgiebigkeit von Auflagern
wurde wiederholt hingewiesen ([1], [15] und [16]). Berechnet man Deckenbalken, die durch Unterzüge
abgestützt sind, als Mehrfeldträger mit starren, unnachgiebigen Zwischenauflagern, so ergeben sich
oftmals in den Deckenbalken geringe Spannungen, die weit unterhalb der Bemessungswerte liegen,
während die Spannungen in den Unterzügen deutlich über den Bemessungswerten liegen.
Berücksichtigt man jedoch das Gesamtsystem, d. h. berechnet man die gesamte Decke als Trägerrost,
so erkennt man eine deutliche Umlagerung der Kräfte von den Unterzügen in die Deckenbalken, so
dass schließlich ein Deckensystem vorliegt, das auch den heute gültigen Vorschriften genügt.
Dieses Beispiel soll auch verdeutlichen, dass die immer wieder laut werdende Behauptung, die Norm
sei nicht auf alte Holzkonstruktionen übertragbar, da die Tragsicherheit alter Konstruktionen nicht
nachweisbar ist, in vielen Fällen nicht haltbar ist. Oftmals verbirgt sich hier nur ein nicht richtig
erkanntes Tragsystem.
Der Einfluss der Steifigkeit von Verbindungen auf den Kräfteverlauf in einer Konstruktion soll anhand
des Dachtragwerks der Klosterkirche in Kirchheim gezeigt werden. Es handelt sich um ein sehr
einfaches System aus Sparren, Kehlbalken, Kopfband und Sparrenknecht.
I-4
Verbindungen
(nachgiebig oder starr)
Wind
Kehlbalken
Kopfband
Sparrenfuß
Abb. 2.1:
Sparrenknecht
Statisches System.
Dieses System stellt kein Problem für eine statische Berechnung dar. Für die Verbindungen sind jedoch
realistische Steifigkeiten (also Verschiebungsmoduln) anzunehmen (starre oder nachgiebige
Verbindung). Dass diese Frage entscheidend ist, zeigen die Berechnungen. So erhält man bei einer
starren Annahme der Anschlüsse im Sparrenknecht eine rechnerisch zu übertragende Kraft von
13.3 kN, die auf 7.7 kN zurückgeht, wenn man nachgiebige Anschlüsse ansetzt. Gleichzeitig erhöht
sich die Kraft im Sparrenfuß von 3 kN auf 4.9 kN.
Wie man sich die Verschiebungsmoduln der Verbindungen ermittelt und wie groß die empfohlenen
Belastungen für diese Verbindungen sind, wird z. B. in [11] gezeigt.
2.3
Statische Berechnung
Bei der statischen Berechnung wird der Kraftfluss in der Konstruktion ermittelt, d. h. aus der
Einwirkung werden die daraus resultierenden Kräfte und Momente in den Bauteilen und Verbindungen
ermittelt. Gleichzeitig werden die Verformungen der Konstruktion berechnet.
Die statische Berechnung bereitet nach der Annahme von Belastung und System zunächst keine
Probleme. Hierzu stehen entsprechende Computerprogramme zur Verfügung, die es ermöglichen, den
Kraftfluss in beliebig komplizierten Systemen in kürzester Zeit zu berechnen. Bei genauerem Hinsehen
zeigt sich jedoch, dass die Ergebnisse solcher Berechnungen von Wahl der Steifigkeit der Bauteile und
vor allem der Verbindungen dieser Bauteile abhängen. Da aber gerade die Steifigkeit von Verbindungen oftmals nur grob abgeschätzt werden kann, ist es in den meisten Fällen notwendig, bei
komplizierten statischen Systemen die statische Berechnung mit unterschiedlichen Steifigkeiten
mehrmals durchzuführen. Ergeben sich dabei große Unterschiede im Kraftfluss, muss versucht werden, die Streubreite der Steifigkeit einzugrenzen (z. B. durch genaue Untersuchungen des Holzes und
der Verbindungen). Ist dies nicht möglich, muss die Standsicherheit für die theoretisch möglichen
Kraftverläufe nachgewiesen werden.
Anhand des Dachstuhles über der katholischen Kirche in Kirchdorf bei Villingen am Rande des
Schwarzwaldes soll gezeigt werden, wie wirklichkeitsnahe Kraftverläufe in Dachstühlen ermittelt
werden können und wie man sich diese wirklichkeitsnahen Kräfte auch ohne aufwendige räumliche
Berechnungen ermitteln kann.
I-5
2 Ermittlung der Beanspruchung
Abb. 2.2:
Auschnitt aus dem Dachstuhl der katholischen Kirche in Kirchdorf bei Villingen.
Die übliche Vorgehensweise zur vereinfachten Berechnung räumlicher Systeme ist das Betrachten
ebener Systeme, die aus dem Gesamtsystem herausgeschnitten werden. Man wird das System
Leergespärre und das System Bindergespärre herausschneiden und einer statischen Berechnung
unterziehen. Das Leergespärre, das zwischen den Bindergespärren zweimal vorkommt, liegt auf dem
Stuhlrähm eines liegenden Stuhles auf.
Leergespärre
Wind
Abb. 2.3:
Bindergespärre
Rechnerische
Tragfähigkeit
überschritten
Wind
Links: Leergespärre (ohne Auflagerung auf dem Stuhlrähm). Rechts: Bindergespärre.
Das Leergespärre wird zunächst ohne Berücksichtigung einer Lastabtragung in Längsrichtung des
Daches untersucht, also ohne Auflagerung auf das sog. Stuhlrähm. Bei Berechnung dieses Systems
ergibt sich eine rechnerische Überschreitung der Tragfähigkeit im Sparren im Bereich des Kehlbalkens.
(Normalkräfte und Moment). Das Bindergespärre, rechts dargestellt, erhält bei diesen Annahmen für
das Leergespärre keine Kräfte aus dem Leergespärre und ist unter dieser Beanspruchung ausreichend
tragfähig.
Als nächsten Schritt kann das Leergespärres mit einer Auflagerung auf den vorhandenen Stuhlrähm
untersucht werden.
I-6
Leergespärre
Wind
Abb. 2.4:
Bindergespärre
Ffest
Wind
n·F
Links: Leergespärre (mit starrer Auflagerung auf dem Stuhlrähm).
Rechts: Bindergespärre (mit Belastung aus dem Leergespärre).
Durch diese Auflagerungsart entsteht eine Auflagerreaktion Ffest. Diese Kraft muss auf den Binder im
Bindergespärre weitergegeben werden. Da zwischen den Bindern mehrere Leergespärre vorhanden
sind, muss eine Kraft n · F angesetzt werden. Unter dieser Beanspruchung ergeben sich im eingekreisten Bereich (siehe Abb. 2.4 rechts) sehr hohe Beanspruchungen und große Verformungen, die
vom System (rechnerisch) nicht aufgenommen werden können. Die Forderung daraus wäre eine
Verstärkung des Bindergespärres, und dies wird auch in der Praxis der Fall sein.
Der nächste Schritt, wäre ein System für das Leergespärre zu finden, das zwischen diesen beiden
gezeigten Extremen: feste, starre Auflagerung und fehlende Auflagerung liegt, denn dadurch könnte
sich eine ausreichende Tragfähigkeit sowohl des Binder- als auch des Leergespärres ergeben.
Leergespärre
Bindergespärre
Federsteifigkeit so wählen, dass
Verformungen im Leer-und
Bindergespärre gleich sind
Wind
Wind
n · FFeder
FFeder < Ffest
Abb. 2.5:
Links: Leergespärre (mit nachgiebiger Auflagerung auf dem Stuhlrähm).
Rechts: Bindergespärre (mit Belastung aus dem Leergespärre).
In Abb. 2.5 links ist ein solches System gezeigt. Das starre Auflager wird durch ein federndes Auflager
ersetzt. Die Federsteifigkeit ist so zu wählen, dass die Verformungen im Leergespärre am Auflagerungspunkt annähernd gleich groß sind, wie die Verformungen an der entsprechenden Stelle im
Bindergespärre.
Berechnet man dieses System, so erhält man Auflagerkräfte, die sehr viel kleiner sind, als die Kräfte
bei einer starren Auflagerung. Gleichzeitig erhält man aber ein Leergespärre, das ausreichend
dimensioniert ist. Das Bindergespärre wird durch die Kräfte n · FFeder beansprucht, wobei unter dieser
I-7
3 Ermittlung der Beanspruchbarkeit
Beanspruchung die Tragfähigkeit des Systems nachweisbar bleibt. Es ergibt sich also keine
Notwendigkeit einer Verstärkung des Dachstuhles.
In besonderen Fällen kann es notwendig werden, den Kraftfluss vor Ort zu ermitteln, um die statischen
Berechnungen, deren Ergebnisse oftmals von nicht exakt ermittelbaren Randbedingungen abhängen,
zu überprüfen und eventuell zu korrigieren. Mit einem von GÖRLACHER und KROMER (siehe [10])
vorgestellten Verfahren ist es möglich, Spannungen in einem Bauteil vor Ort abzuschätzen, um daraus
Rückschlüsse auf den Kraftfluss zu ziehen. Dazu werden in einer Holzkonstruktion an ausgewählten
Stellen, an denen an der Holzoberfläche Zug- oder Druckspannungen erwartet werden, Dehnungsmessstreifen appliziert. Nach der Nullablesung werden auf beiden Seiten des Messstreifens Schnitte
angebracht, wodurch sich das Holz zwischen diesen Schnitten entspannt. Aus den daraus resultierenden
gemessenen Dehnungen lassen sich unter Annahme eines Elastizitätsmoduls die dort vorhandenen
Spannungen ermitteln und Rückschlüsse auf den tatsächlichen Kraftfluss in der Konstruktion ziehen.
Anhand einer konkreten Anwendung an einer bestehenden Holzkonstruktion konnte die Brauchbarkeit
des Verfahrens gezeigt werden. Dieses Verfahren wird jedoch nur praktikabel sein, wenn andere
Möglichkeiten der Überprüfung der statischen Berechnung ausscheiden.
3
Ermittlung der Beanspruchbarkeit
Um nachzuweisen, dass Holzkonstruktionen mit angemessener Zuverlässigkeit die auftretenden
Beanspruchungen ertragen können, können die charakteristischen Festigkeiten aus den
Bemessungsnormen (z. B. EC 5) herangezogen werden. Dazu muss der Nachweis erbracht werden,
dass das Holz auch den angenommenen Festigkeitsklassen, die wiederum durch entsprechende
Sortiernormen nachzuweisen sind, entspricht.
Treten Spannungen auf, die über den Festigkeitsklassen C24 oder C30 liegen, sind weitergehende
Untersuchungen notwendig. Hierbei wird es nicht mehr ausreichen, das Holz lediglich visuell zu
untersuchen, da einerseits die visuell erkennbaren Eigenschaften für die Feststellung der Tragfähigkeit
nicht ausreichend zuverlässig sind, und andererseits eine visuelle Untersuchung in gewissem Umfang
subjektiv bleibt. Für die Klassifizierung von hochwertigem Holz sind daher, ähnlich wie bei einer
maschinellen Holzsortierung, Messgeräte und Messverfahren erforderlich, die reproduzierbare und
überprüfbare Ergebnisse liefern.
Für den Nachweis von Verbindungen wird man zunächst auch auf die Bestimmungen der
Bemessungsnorm zurückgreifen. Dabei stellt man aber fest, dass die meisten in alten
Holzkonstruktionen verwendeten zimmermannsmäßigen Verbindungen in dieser Norm nicht
behandelt sind. Hier bleibt nur die Möglichkeit, auf Bemessungsvorschläge aufgrund von
Forschungsarbeiten zurückzugreifen (siehe [3], [7], [8], [14]). Dabei sind die angegebenen Randbedingungen wie Geometrie und Holzqualität genau zu beachten, damit die Bemessungsvorschläge eine
ausreichend zuverlässige Bemessung gewährleisten.
3.1
Visuelle Untersuchung des Holzes und der Verbindungen
Die visuelle Untersuchung des Holzes dient zur Gütesortierung (Sortierung nach der Tragfähigkeit) des
in der Konstruktion verbleibenden Holzes. Die Schadensfeststellung ist der erste Schritt einer
Gütesortierung, indem Hölzer mit nicht mehr ausreichender Qualität aussortiert werden. Dabei muss
aber darauf hingewiesen werden, dass die Ermittlung der Schäden für die Beurteilung einer alten
Holzkonstruktion wohl zwingend notwendig ist, aber nicht generell als ausreichend angesehen werden
I-8
kann. Erst durch weitere Untersuchungen der in der Konstruktion verbleibenden Hölzer kann eine
Aussage über die Standsicherheit einer Konstruktion gemacht werden. Der Umfang dieser weiteren
Untersuchungen kann sich bei geringen Anforderungen an das Holz auf visuelle Beobachtungen
beschränken, muss sich aber bei höheren Anforderungen auch auf visuell nicht mehr ermittelbare
Eigenschaften ausdehnen. Im Folgenden wird lediglich ein kurzer Überblick gegeben, ohne auf Details
eingehen zu können. Es wird aber darauf hingewiesen, dass diese Untersuchungen für die zutreffende
Berechnung von Holzkonstruktionen äußerst wichtig sind und auch einen erheblichen Zeit- und
Kostenaufwand bedeuten.
3.1.1 Ermittlung der unmittelbar sichtbaren Schädigungen
Unter dem Begriff "unmittelbar sichtbare Schädigungen" sind die Schädigungen zusammengefasst, die
ohne Eingriffe in die Konstruktion für das Auge erreichbar und sichtbar sind. Dieser Untersuchungsschritt sollte allen weiteren Untersuchungen vorangehen. Erst danach kann über weitere
Schritte, die dann einen mehr oder weniger großen Eingriff in die Substanz bedeuten, entschieden
werden.
3.1.2 Ermittlung der nicht unmittelbar sichtbaren Schädigungen
Nachdem alle unmittelbar sichtbare Schädigungen erfasst worden sind, müssen auch nicht sichtbare
Schädigungen erfasst werden. Diese Schädigungen können an verdeckt liegenden Bauteilen oder
Anschlüssen auftreten oder es handelt sich um Schäden im Innern eines Bauteiles. Während verdeckt
liegende Bauteile durch weiteres Freilegen einer visuellen Kontrolle zugänglich gemacht werden
können, müssen für eine Beurteilung des inneren Zustandes eines Holzbalkens geeignete
Messverfahren angewendet werden.
3.1.3 Klassifizierung nach DIN 4074 des nicht oder kaum geschädigten Holzes
Werden die charakteristischen Festigkeiten nach einer Bemessungsnorm bei einem Tragfähigkeitsnachweis verwendet, müssen die Hölzer den Anforderungen nach DIN 4074 genügen. Andernfalls ist
eine ausreichende Zuverlässigkeit der Holzkonstruktion nicht gewährleistet. Dabei stößt man
zwangsläufig auf Schwierigkeiten, da nicht alle Sortierregeln auf Holz im eingebauten Zustand
anwendbar sind, da das Holz nicht von allen Seiten zugänglich ist. Andererseits hat man aber den
Vorteil, dass man die Sortierung auf die Stellen hoher Beanspruchung konzentrieren kann, wodurch
sich der Arbeitsaufwand erheblich reduziert.
Nicht alle Sortiermerkmale nach DIN 4074 beeinflussen gleichermaßen die Tragfähigkeit, so dass es
gerechtfertigt erscheint, die einzelnen Kriterien für eine Anwendung auf altes, eingebautes Konstruktionsholz zu modifizieren. Durch diese Modifizierung bewegt man sich außerhalb einer bauaufsichtlich eingeführten Norm, was nur durch entsprechend sorgfältige Vorgehensweise gerechtfertigt
sein kann.
Alle Sortiermerkmale und Sortierkriterien sind in DIN 4074 ausführlich beschrieben und sollten dem
Ingenieur, der für die Standsicherheit einer alten Holzkonstruktion verantwortlich ist, bekannt sein. Im
Folgenden werden diese Kriterien kurz aufgeführt und vor allem auf ihre Anwendung in Bezug auf
altes Konstruktionsholz untersucht.
I-9
Baumkante
Baumkanten reduzieren nicht die eigentliche Festigkeit sondern den statischen Querschnitt, mit dem
die Spannungen berechnet werden. Altes Konstruktionsholz weist oftmals, bedingt durch die
Herstellung, sehr ausgeprägte Baumkanten auf und erfüllt somit die Anforderungen an bestimmte
Festigkeitsklassen nicht. Trotzdem können für dieses Holz die entsprechenden Festigkeitswerte z. B.
nach DIN 1052 verwendet werden, wobei natürlich die Querschnittsschwächungen infolge der Baumkanten zu berücksichtigen sind.
Es ist im Einzelfall denkbar, die Biege- und Druckfestigkeiten um 20 % zu erhöhen, wenn Querschnitte
vorliegen, die in der Zug- bzw. Druckzone nicht bearbeitet sind, die Fasern ungeschädigt durchgehen
und somit der Querschnitt näherungsweise als Rundholz betrachtet werden kann.
Äste
Maßgebend bei Ästen in Kanthölzern ist der kleinste sichtbare Durchmesser des größten Astes. Teilt
man diesen Durchmesser durch die zugehörige Querschnittsbreite erhält man die Ästigkeit. Die
Ästigkeit hat einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit, so dass diese Kriterien uneingeschränkt
auch auf altes Konstruktionsholz übertragen werden müssen, um bei Anwendung der
charakteristischen Festigkeitskennwerte ausreichende Zuverlässigkeit zu garantieren.
Der Aufwand für diese Untersuchung lässt sich jedoch erheblich reduzieren, wenn man sich auf die
Bauteile mit hochbeanspruchten Bereichen beschränkt, also jene Bereiche, in denen die rechnerischen
Spannungen die Bemessungsspannungen erreichen.
Es wird nicht in allen Fällen möglich sein, alle Bauteile entsprechend zu untersuchen, da sie vielmals
durch Wand-, Decken- oder Fußbodenbekleidungen nicht zugänglich sind. Hier bedarf es einer
Extrapolation der sichtbaren Holzqualität (Äste) auf nicht sichtbare Bereiche. Diese Extrapolation ist
denkbar, da innerhalb eines Holzbauteils, bedingt durch den natürlichen Baumwuchs, gewisse
Regelmäßigkeiten vorhanden sind, und man bei alten Konstruktionen in der Regel davon ausgehen
kann, dass die verwendeten Hölzer die gleiche Herkunft haben und somit annähernd vergleichbare
Eigenschaften aufweisen. Es wird jedoch empfohlen, solche Extrapolationen auf Hölzer der
Festigkeitsklasse C24 und darunter zu beschränken. Sollen Hölzer der Festigkeitsklasse C30
zugeordnet werden, sind diese im gesamten maßgebenden Bereich zu untersuchen, wobei zumindest
teilweise Freilegungen der Hölzer unerlässlich sind.
Jahrringbreite
Jahrringbreiten dürfen bei einer Sortierung nach DN 4074 nicht größer als 6 mm sein, bei S 13 (C30)
müssen sie unter 4 mm liegen.
Jahrringbreiten über 6 mm sind in alten Holzkonstruktionen aus Fichte oder Tanne eher selten,
insbesondere in den weiter von der Markröhre entfernten Bereichen. Somit erscheint eine Überprüfung
dieser Anforderungen für S 10 (C24) nicht unbedingt erforderlich, zumal bei altem Konstruktionsholz,
bedingt durch den Einschnitt, die engeren Jahrringe in den Randbereichen liegen, die z. B. bei
Biegeträgern am höchsten beansprucht sind. Soll Holz der Sortierklasse S 13 (C30) zugeordnet werden,
ist die entsprechende Jahrringbreite nachzuweisen, wenn nicht ein geeigneter Nachweis über
entsprechend hohe Rohdichte vorliegt.
Da der Nachweis der Jahrringbreite in der Regel nicht über das Hirnholz des Balkens erfolgen kann, da
dieses nicht zugänglich ist, muss die Jahrringbreite entweder anhand eines Bohrkernes oder mit Hilfe
I - 10
der Bohrwiderstandsmessung [6] ermittelt werden.
Faserneigung
Die Faserneigung wird berechnet aus der Abweichung der Fasern von der Bauteillängsachse auf 1 m
Länge. Dabei bleiben örtliche Faserabweichungen z. B. infolge von Ästen unberücksichtigt.
Faserneigungen dürfen gewisse Grenzwerte nicht überschreiten. Diese Bedingungen können bei altem
Konstruktionsholz, das vielfach mit dem Breitbeil aus dem Stamm herausgearbeitet wurde, wodurch
die Bauteillängsachse im Wesentlichen mit der Faserrichtung identisch ist, in der Regel vorausgesetzt
werden. Trotzdem wäre es auch hier empfehlenswert, die Anforderungen, falls höhere Festigkeitsklassen angenommen werden, zumindest stichprobenartig nachzuweisen.
Risse
Schwindrisse beeinflussen die Schubtragfähigkeit, da sie die Schubfläche reduzieren können. Daher
sind bei Anwendung der Festigkeitskennwerte die Schwindrisse zu ermitteln und die Grenzwerte
einzuhalten. Sind in einem Bauteil größere (tiefere) Schwindrisse vorhanden, so kann
selbstverständlich das Bauteil weiterverwendet werden, wenn nachgewiesen wird, dass der
verbleibende Restquerschnitt ausreichend ist, um die Kräfte zu übertragen. Vorteil bei einer alten
Holzkonstruktion ist es, dass das Holz sein Ausgleichsfeuchte erreicht hat und keine zusätzlichen
Schwindrisse zu erwarten sind.
Krümmung
Krümmungen (Längskrümmung, Verdrehung, Querkrümmung) sind an neuem Bauholz zu ermitteln
und stellen ein Kriterium für die Einordnung in Festigkeitsklassen dar. Da sich Krümmungen eher auf
die Gebrauchstauglichkeit der Hölzer als auf deren Tragfähigkeit auswirken, ist es nicht notwendig,
dieses Kriterium auf bereits eingebautes Holz zu übertragen. Hierbei kann im Einzelfall für die
entsprechenden Bauteile entschieden werden, ob sie trotz Krümmungen ihre Gebrauchstauglichkeit
erfüllen. Sollten kippgefährdete Bauteile (Stützen, Pfosten oder Obergurte von Biegeträgern)
übermäßige Krümmungen aufweisen, ist dies bei der statischen Berechnung, gegebenenfalls nach
Theorie II. Ordnung, zu berücksichtigen.
Verfärbungen
Verfärbungen (Veränderung der natürlichen Holzfarbe) kann auf Pilzbefall hindeuten. Hierbei ist zu
unterscheiden zwischen Pilzbefall ohne Einfluss auf die Tragfähigkeit (Bläuepilze) und Befall durch
holzzerstörende Pilze, der im Untersuchungsschritt 'Schadensfeststellung' zu lokalisieren ist.
Druckholz
Druckholz, als Reaktion im lebenden Baum auf äußere Beanspruchung gebildet, hat in mäßigem
Umfang kaum Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften. Da Druckholz wegen des ausgeprägten
Längsschwindverhaltens jedoch bei Trocknung erhebliche Krümmungen des Schnittholzes verursachen kann, sind für Bauholz Sortierkriterien in DIN 4074 festgelegt. Es erscheint jedoch nicht notwendig, diese Kriterien für eingebautes Holz zu fordern, da es bereits seine Ausgleichsfeuchte erreicht
hat und somit keine Quell- oder Schwindverformungen mehr zu erwarten sind, sofern gewährleistet ist,
dass das vorhandene Umgebungsklima auch in Zukunft erhalten bleibt.
I - 11
Insektenfraß
Während die DIN 4074 lediglich auf Fraßgänge von Frischholzinsekten hinweist und hierfür für alle
Sortierklassen Fraßgänge bis 2 mm zulässt, weist altes Konstruktionsholz oftmals Befall durch Larven
des Hausbockkäfers oder durch Anobien auf. Dieser Befall schwächt den Querschnitt, so dass die
Ausdehnung des Befalls im Untersuchungsschritt 'Schadensfeststellung' ermittelt werden muss. Für
den nicht befallenen Restquerschnitt sind dann die hier zusammengestellten Sortiermerkmale
einzuhalten. Bei nachweislich abgestorbenem Befall kann auf ein Entfernen der befallenen Bereiche in
der Regel verzichtet werden, wenn der tragende Restquerschnitt ausreichend zuverlässig bezüglich
seiner Tragfähigkeit beurteilt werden kann.
Mistelbefall
Sollte im Einzelfall Mistelbefall vorliegen (dicht beieinander liegende Löcher von etwa 5 mm Durchmesser, die von den Senkerwurzeln der Misteln am lebenden Baum hervorgerufen wurden), so muss
auch hier, analog zum Insektenbefall, die Ausdehnung ermittelt und der tragende Restquerschnitt
beurteilt werden. Solche Fälle wurden bei den eigenen Untersuchungen bisher nicht beobachtet,
trotzdem seien sie an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt.
Markröhre
Die Markröhre ist für Kanthölzer mit Breiten über 120 mm kein Sortierkriterium und muss lediglich
bei Bohlen und Brettern beachtet werden.
3.2
Weitergehende Untersuchungen
3.2.1 Ermittlung der Holzfeuchte
Um eine alte Holzkonstruktion hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit beurteilen
zu können, ist die Ermittlung der Holzfeuchte an ausgewählten Stellen unerlässlich. Dies hat mehrere
Gründe, von denen die wichtigsten kurz dargestellt werden:
•
•
Fast alle Festigkeitseigenschaften des Holzes hängen von der Holzfeuchte ab. Damit verbunden
können auch festigkeitsrelevante Parameter, die zur Abschätzung der Tragfähigkeit herangezogen
werden, von der Holzfeuchte abhängen. Dies bedeutet, dass bei allen Eindringverfahren, bei der
Ermittlung der Rohdichte oder des Elastizitätsmoduls zumindest stichprobenartig die Holzfeuchte
zu ermitteln ist.
Durch Feuchteänderungen im Holz entstehen Quell- bzw. Schwindverformungen, die sich
ungünstig auf das Trag- und insbesondere auf das Verformungsverhalten einer Holzkonstruktion
auswirken können. So können z. B. durch Schwindverformungen in Anschlüssen, die passgenau
ausgeführt sind, Klaffungen, oder durch Quellverformungen Zwängungen entstehen. Weiterhin ist
beim Austrocknen des Holzes bedingt durch unterschiedliche Quell- und Schwindmaße radial und
tangential zu den Jahrringen mit Schwindrissen zu rechnen. Um also realistische Abschätzungen
der feuchtebedingten Verformungen vornehmen zu können, ist eine Ermittlung der aktuellen
Holzfeuchte wichtig. Dies trifft insbesondere auch auf neu eingebaute Hölzer zu, die in der Regel
eine andere Holzfeuchte als die bereits eingebauten Hölzer aufweisen.
I - 12
•
•
Der Widerstand des Holzes gegen Pilzbefall und in gewissem Rahmen auch gegen Insektenbefall
hängt ebenfalls von der Holzfeuchte ab.
Da die Holzfeuchte von dem das Holz umgebenden Klima (Temperatur, relative Luftfeuchte)
abhängt, ergibt sich die Möglichkeit, aus einem Vergleich der aktuellen Holzfeuchte mit der Temperatur und der relativen Luftfeuchte, Rückschlüsse auf Unregelmäßigkeiten im Bauwerk zu
schließen: liegt die Holzfeuchte deutlich über der aus dem Umgebungsklima zu erwartenden Ausgleichsholzfeuchte, so ist damit zu rechnen, dass Wasser Zugang zum Holz gefunden hat. Hierbei
sind die Ursachen unbedingt zu bestimmen und zu beseitigen. Es kann sich dabei um freies Wasser
(undichte Dächer oder Wasserrohre, schlecht abgedichtete Nasszellen) oder aber um indirekt aus
Mauern („aufsteigende Feuchte“) eingedrungenes Wasser handeln. Kondensation von
Wasserdampf infolge fehlender bzw. falsch angeordneter Dampfsperren kann ebenfalls der Grund
für hohe Holzfeuchten sein.
Die Holzfeuchte kann mit den seit vielen Jahren bewährten Holzfeuchtemessgeräten, die in der Regel
auf dem Prinzip der Messung des elektrischen Widerstandes arbeiten, ausreichend genau für die oben
beschriebenen Anwendungen ermittelt werden. Dabei sind die Bedienungsanweisungen für die
einzelnen Geräte (Einstellung der Holzarten, Temperaturkompensation) zu beachten.
Zur Bestimmung der Holzfeuchte an eingebautem Konstruktionsholz sind Elektroden, die mehrere
Zentimeter ins Holz eingerammt werden können, besonders geeignet, da man dadurch auch Aufschluss auf die Feuchteverteilung im Inneren der Holzquerschnitte erhält. Dies ist wichtig, um zu entscheiden, ob eine hohe Holzfeuchte nur oberflächlich vorliegt, was auf einen einmaligen, kurzen
Wasserzutritt hindeutet und im wesentlichen ohne Bedeutung ist, oder ob sich die hohe Holzfeuchte
auch ins Innere fortsetzt und somit bei der weiteren Planung zu beachten ist.
3.2.2 Ermittlung der Rohdichte
Mit der Rohdichte lässt sich die Holzstruktur des sog. fehlerfreien Holzes beschreiben, sie ist also eine
wichtige Kenngröße zur Beurteilung der Holzgüte. Die Rohdichte allein kann jedoch nicht zur
Festigkeitsvorhersage herangezogen werden, sondern sie muss stets im Zusammenhang mit den sog.
Holzfehlern, insbesondere der Ästigkeit gesehen werden: so kann die Biegefestigkeit von Kanthölzern
nach einer Untersuchung von GLOS [4] bei einer Darr-Rohdichte von 0,5 g/cm3 nahezu doppelt so groß
sein, wie bei 0,35 g/cm3, wenn gleichzeitig keine Äste im Kantholz auftreten. Liegen jedoch Äste mit
Astdurchmessern von 50 % der Querschnittsbreite vor, so beträgt die Erhöhung der Biegefestigkeit bei
gleicher Rohdichteänderung lediglich etwa 15 %. Daraus ist abzuleiten, dass sich eine Rohdichtebestimmung zur Beurteilung von altem Konstruktionsholz erst dann lohnt, wenn das Kantholz nur
wenige kleine Äste aufweist.
Obwohl die Ästigkeit zusammen mit der Rohdichte bei der maschinellen Sortierung als Kriterien
eingesetzt werden, gibt es keine allgemeinen Sortiernormen, nach denen eine Einordnung in bestimmte
Festigkeitsklassen aufgrund Ästigkeit und Rohdichte möglich ist. Trotzdem kann die Kenntnis der
Rohdichte eine wichtige Hilfe sein, um im Einzelfall entscheiden zu können, ob ein Holz eine höhere
Qualität aufweist, als bei Erfüllung allein der Ästigkeitsanforderungen zu erwarten wäre. Eine solche
Einschätzung sollte jedoch nur durch erfahrene Fachleute in Absprache mit den Baubehörden erfolgen.
Die Rohdichte von eingebautem Holz kann in der Regel nur zerstörend ermittelt werden, da zur
Bestimmung der Masse entsprechende Proben entnommen werden müssen. Da aber gerade die
Eigenschaften von hochbeanspruchten Bauteilen, die nicht geschädigt werden dürfen, interessieren,
I - 13
muss man hier vorsichtig vorgehen.
An Bohrkernen, die mit geeigneten Hohlbohrern gezogen werden, kann die Rohdichte punktuell exakt
ermittelt werden. Diese Methode der Rohdichtebestimmung bietet sich immer dann an, wenn aus
anderen Gründen (z. B. dendrochronologische Analysen, Beurteilung des inneren Zustandes eines
Bauteils) Bohrkerne ohnehin entnommen werden müssen. Ansonsten ist sorgfältig abzuschätzen, ob
der bei der Entnahme entstehende Schaden nicht größer ist als der zu erwartende Nutzen.
Ein weitgehend zerstörungsfreies Verfahren zur Abschätzung der Rohdichte von eingebautem Holz ist
die Eindringwiderstandsmessung z. B. mit dem Holzprüfgerät Pilodyn. Ein Schlagstift wird durch
Freisetzen einer definierten Energie, die durch Spannen einer Feder gespeichert wird, in das zu
untersuchende Holz eingetrieben. Die Eindringtiefe des Stiftes, die auf einer Skala am Messgerät direkt
abgelesen werden kann, ist ein Maß für die Rohdichte [5]. Auch Bohrwiderstandsmessungen erlauben
eine Abschätzung der Rohdichte [6].
3.2.3 Bestimmung des Elastizitätsmoduls
Muss in einer alten Holzkonstruktion für einzelne Hölzer eine besonders hohe Tragfähigkeit nachgewiesen werden, d. h. liegen die rechnerischen Beanspruchungen über den Festigkeitskennwerten, die
bei einer rein visuellen Untersuchung erreichbar sind, bedarf es zum Beispiel der Ermittlung des
Elastizitätsmoduls. Die Kenntnis des Elastizitätsmoduls hat gleichzeitig den Vorteil, dass ein
realistischer Kennwert für die Beurteilung der Steifigkeit, also für den Durchbiegungsnachweis, zur
Verfügung steht.
Für den Zusammenhang zwischen Elastizitätsmodul und Biege-, Zug- bzw. Druckfestigkeit sind
Korrelationskoeffizienten zwischen 0,7 und 0,8 zu erwarten, wodurch sich der Elastizitätsmodul als ein
Sortierkriterium erweist, das für die Festigkeitsvorhersage gut geeignet ist. Alle diesbezüglichen
Untersuchungen aus dem In- und Ausland wurden an neuem, noch nicht verbautem Bauholz
durchgeführt. Da systematische Untersuchungen im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 315
"Erhalten historisch bedeutsamer Bauwerke" ergaben, dass zwischen altem und neuem Holz bezüglich
der Werkstoffeigenschaften, ermittelt an fehlerfreien Normproben, kein signifikanter Unterschied
besteht [2], kann man davon ausgehen, dass auch für altes Holz die Abhängigkeiten der Festigkeit von
Bauholz in Gebrauchsabmessungen von festigkeitsrelevanten Parametern wie zum Beispiel vom
Elastizitätsmodul, zutreffen. Dies konnte auch durch einen Vergleich von Versuchsergebnissen an
neuem Bauholz (Nadelholz und Eiche) und Holz, das aus alten Gebäuden aus unterschiedlichen
Regionen in Baden - Württemberg stammten, gezeigt werden [9].
Der Elastizitätsmodul lässt sich prinzipiell aus einer statischen oder einer dynamischen Beanspruchung ermitteln. Bei der statischen Methode wird das Holz verformt und aus Verformung, Belastung
und Geometrie mit Hilfe der Elastizitätstheorie der Elastizitätsmodul berechnet. Dabei wird das Holz
meist einer Biegebeanspruchung unterworfen, da hierbei die Verformungen (Durchbiegungen) relativ
einfach zu messen sind. Ein solches Verfahren ist auch "in-situ" durchführbar.
Bei der dynamischen Methode ist es möglich, aus der Laufzeit einer Welle, die durchs Holz wandert,
den dynamischen Elastizitätsmodul zu ermitteln. Eine solche Welle kann zum Beispiel durch einen
Ultraschallimpuls erzeugt werden (Ultraschallverfahren) oder auch durch einmaliges Anschlagen mit
einem Hammer. Beide Verfahren eignen sich für eine Anwendung vor Ort, geeignete Messgeräte
hierfür sind auf dem Markt erhältlich.
I - 14
Eine Beschreibung des statischen und dynamischen Verfahrens mit Hinweisen für die praktische
Anwendung und ersten Versuchsergebnissen sind z. B. in [9] und [20] gegeben.
3.3
Berechnung der Verbindungen
Eine historische Holzkonstruktion, die in der Regel aus stabförmigen, aus dem Baumstamm gewonnenen Elementen besteht, ist nur dann leistungsfähig, wenn die Einzelbauteile sinnvoll zu einem
Ganzen zusammengefügt werden. Die Aufgabe der Übertragung der durch äußere Lasteinwirkung
entstehenden inneren Kräfte von Element zu Element übernehmen die Verbindungen. Zwei oder mehr
Einzelelemente werden in den Knotenpunkten der Konstruktion zusammengeführt. Um die
Zuverlässigkeit einer alten Holzkonstruktion nachzuweisen, die bereits Jahrzehnte oder Jahrhunderte
überlebt hat, ist es nicht allein ausreichend, das alte Holz hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften zu beurteilen. Es ist gleichermaßen wichtig, die Wirkungsweise der Knotenpunkte bzw. der
Verbindungen, das bedeutet ihr Trag- und Verformungsverhalten, zu kennen. Die einschlägigen
technischen Baubestimmungen, die auf moderne Ingenieurbauwerke ausgerichtet sind, erfassen die
Vielzahl der historischen zimmermannsmäßigen Holzverbindungen nicht. Der Kraftfluss in solchen
Verbindungen ist kompliziert und rechnerisch nach den Methoden der Baustatik kaum erfassbar.
Somit wurde das Trag- und Verformungsverhalten von zimmermannsmäßigen Holzverbindungen
durch Versuche ermittelt. Daraus wurden Empfehlungen für die Bemessung solcher Verbindungen
erarbeitet und veröffentlicht [14]. Es handelt sich hierbei um folgende Holzverbindungen:
-
Versätze mit verschiedenen Einschnittformen,
Zapfenverbindungen zur Übertragung von Querkräften in Decken,- Wand und
Dachkonstruktionen,
Blattlängsverbindungen wie Hakenblatt mit und ohne Verstärkung, gerades Blatt mit
Nägeln und Dübeln als Verstärkung,
Schwalbenschwanzverbindungen.
Diese Empfehlungen zur Bemessung zimmermannsmäßiger Holzverbindungen stellen eine wertvolle
Hilfe bei der Berechnung historischer Holzkonstruktionen dar. Es ist jedoch zu beachten, dass die
Empfehlungen, die in Anlehnung an die Bestimmungen der DIN 1052 entstanden sind, nicht die Möglichkeit bieten, die Bemessung von Holzverbindungen in Abhängigkeit von Holzeigenschaften und
Ausführungsqualitäten durchzuführen. Die Holzeigenschaften und Ausführungsqualitäten können insitu für jeden Knoten im Einzelfall durch geeignete Untersuchungsmethoden festgestellt werden. Man
muss sich nicht wie bei der Errichtung neuer Konstruktionen am ungünstigen Fall orientieren. Dies ist
für die wirklichkeitsnahe Beurteilung der Zuverlässigkeit einer alten Holzkonstruktion von Bedeutung.
Daher werden weitere Lösungsmöglichkeiten zur Beurteilung von häufig vorkommenden zimmermannsmäßigen Holzverbindungen, die beim Nachweis der Standsicherheit einer Konstruktion immer
wieder Probleme bereiten, aufgezeigt. Diese Lösungen setzen eine äußerst sorgfältige Untersuchung
der Anschlüsse im Einzelfall voraus und sind dann sinnvoll anzuwenden, wenn mit den einschlägigen
bauaufsichtlich eingeführten Bestimmungen bzw. Empfehlungen kein für die alte Holzkonstruktion
befriedigendes Ergebnis erzielt werden kann.
I - 15
Versätze
Einen auch im modernen Ingenieurholzbau häufig verwendeten Anschluss eines Druckstabes, der unter
einem spitzen Winkel auf einen zweiten Stab trifft, stellt der Versatz dar. Die Ermittlung der zulässigen
Beanspruchung eines Versatzes kann nach bauaufsichtlich anerkannten Regeln erfolgen. Bei der
Überprüfung der rechnerischen Tragfähigkeit von Versatzverbindungen in historischen Holzkonstruktionen wird jedoch oft festgestellt, dass diese Versätze "rechnerisch" nicht ausreichend
tragfähig sind. Dies erstaunt umso mehr, da in vielen Fällen die Versätze mehrere hundert Jahre
überlebt haben, ohne Schäden durch Überlastung zu zeigen.
Aufgrund systematischer Untersuchungen von Versatzanschlüssen mit Variationen verschiedener
Einflussparameter wurde ein Vorschlag für die Beurteilung von Versätzen in bestehenden alten
Holzkonstruktionen erarbeitet. Unter der Voraussetzung einer sorgfältigen visuellen Untersuchung des
Holzes im Anschlussbereich (Risse, Ästigkeit und bei Bedarf Rohdichte) ist es dabei im Einzelfall
möglich, die Zuverlässigkeit von Versatzanschlüssen nachzuweisen, die bei Anwendung der
Forderungen nach DIN 1052 scheinbar nicht ausreichend dimensioniert sind. Eine ausführliche
Beschreibung dieser Vorgehensweise ist in [7] gegeben.
Blattverbindungen (als Schwalbenschwanz und mit Haken)
Aufgrund umfangreicher Versuche und mit Hilfe theoretischer Betrachtungen wurde eine Bemessungsformel zur Ermittlung der zulässigen Zugbeanspruchung von Blattverbindungen vorgeschlagen [8]. Da
dieser Bemessungsvorschlag die wichtigsten Einflussgrößen erfasst, kann er auf einen Großteil der in
historischen Holzbauwerken verwendeten Blattverbindungen übertragen werden. Dabei ist jedoch zu
beachten, dass bei Blattverbindungen in Form von Schwalbenschwänzen mit relativ großen
Verformungen zu rechnen ist, die von der Konstruktion ohne Schaden aufgenommen werden müssen.
Weiterhin wird empfohlen, diese Verbindungen planmäßig nur kurzzeitig zu belasten, da sich
Feuchteänderungen unter Dauerbeanspruchung ungünstig auswirken können. Blattverbindungen mit
unterschiedlich ausgebildeten Haken weisen ein deutlich günstigeres Tragverhalten auf. Ihr
Verschiebungsmodul lässt sich mit dem von Verbindungen des modernen Ingenieurholzbaus
vergleichen. Es bestehen keine Bedenken, solche Blattverbindungen auch durch ständige Lasten zu
beanspruchen.
I - 16
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[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
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[9]
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Literatur
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bauen mit holz 87 (1985), S. 842-846
EHLBECK, J.; GÖRLACHER, R. (1988): Erste Ergebnisse von Festigkeitsuntersuchungen an
altem Konstruktionsholz. In: Wenzel, F. (Hrsg.): Erhalten historisch bedeutsamer Bauwerke,
Jahrbuch 1987. Berlin: Ernst und Sohn, 1988, S. 235-247
EHLBECK, J.; HÄTTICH, R. (1989): Tragfähigkeit und Verformungsverhalten von ein- und
zweischnittig beanspruchten Holznägeln. In: Wenzel, F. (Hrsg.): Erhalten historisch
bedeutsamer Bauwerke - Jahrbuch 1988, S. 281 - 298, Ernst und Sohn, Berlin
GLOS, P. (1989): Festigkeit von Fichten-Bauholz mit Insekten- und Pilzbefall (Biegefestigkeit).
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I - 18
J
Modellbildung historischer Dachtragwerke
H. Koch, W. Seim
Dr.-Ing. Heiko Koch
2010
Promotion an der Universität Kassel
seit 2010
Tragwerksplaner bei der HAZ Beratende Ingenieure für das
Bauwesen GmbH in Kassel
Prof. Dr.-Ing. Werner Seim
J-1
1994
Promotion an der Universität Karlsruhe
seit 1999
Universitätsprofessor für Holzbau und Bauwerkserhaltung an der
Universität Kassel
1 Einleitung
Zusammenfassung
Historische Holzkonstruktionen sind noch heute in großer Zahl und Formenvielfalt vorhanden. Bei
Schäden oder Umnutzungen wird ein rechnerischer Nachweis der Standsicherheit benötigt, der als
Grundlage ein Modell des Tragwerkes voraussetzt. Es werden grundlegende Vorgehensweisen zur
Bildung solcher Modelle – Gliederung des Tragwerkes, Modellierung der Stäbe und Knoten –
dargestellt. Weiterhin wird über experimentelle und theoretische Untersuchungen an Verbindungen mit
abgestirnten Zapfen berichtet. Abschließend werden Beispiele aus der Praxis der Sanierung
historischer Dachtragwerke vorgestellt.
1
Einleitung
Historische Holzkonstruktionen finden sich noch heute in großer Zahl und Formenvielfalt. Im Zuge
nachhaltigen Denkmalschutzes müssen Schäden an diesen Bauwerken repariert werden, durch
Änderungen der Nutzungen werden neue Anforderungen an die Bauwerke gestellt. In diesen Fällen
wird ein rechnerischer Nachweis der Standsicherheit erforderlich.
Zur Erstellung dieser Nachweise sind Kenntnisse über die Konstruktionsweisen und zum Trag- und
Verfomungsverhalten historischer Holzkonstruktionen erforderlich. Dies betrifft sowohl die Bauteile
als auch die Verbindungen der Bauteile untereinander. Die Konstruktionsweisen sind in zahlreichen
Untersuchungen behandelt und gut dokumentiert (z. B. [1] bis [5]). Die Praxis zeigt, dass jedes
Bauwerk mehr oder minder große Abweichungen von einem Konstruktionstyp aufweist und stets als
Einzelfall betrachtet werden muss.
Die Abbildung bestehender Tragwerke durch mit baustatischen Methoden auswertbare Modelle kann
als Stand der Technik bezeichnet werden, was die Modellierung der Bauteile betrifft. Die Methoden
unterscheiden sich nur wenig von denen die bei Neubauten Anwendung finden. Das LastVerformungsverhalten der zum Fügen der Bauteile verwendeten historischen Holzverbindungen ist
weniger gut untersucht. Einzelne Verbindungstechniken wie Versätze, Holznägel, Schwalbenschwanzverbindungen waren bereits Gegenstand der Forschung und es liegen Regelungen zur
Modellierung und zum rechnerischen Nachweis vor ([6] bis [15]). Andere Verbindungsformen, zum
Beispiel der abgestirnte Zapfen als Verbindung druckbeanspruchter Bauteile (Abb. 3.1), ist bisher nur
in begrenztem Umfang untersucht worden. Was einigermaßen erstaunt, wenn man weiß, dass
Verbindungen mit abgestirnten Zapfen häufig zum Fügen druckbeanspruchter Bauteile wie Sparren,
Streben, Kopfbändern und anderen verwendet wurden.
Zunächst werden die grundlegende Methoden zur Modellbildung von historischen Holztragwerken
dargestellt. Ausgehend von den Möglichkeiten zur Gliederung der Tragwerke werden Methoden zur
Abbildung der Bauteile (Stäbe) und der Verbindungen (Knoten) dargestellt. Über Verbindungen mit
abgestirnten Zapfen wird in einem Abschnitt ausführlicher berichtet. Abschließend werden einige
Beispiele aus der Praxis exemplarisch vorgestellt.
J-2
Kapitel J: Modellbildung historischer Dachtragwerke
2
Modellbildung
2.1
Allgemeines
Holztragwerke bestehen aufgrund der natürlichen Wuchsform der Bäume in der Regel aus
stabförmigen Bauteilen (Kanthölzer, Balken), die durch Anschlüsse (z. B. traditionelle
Holzverbindungen) gekoppelt werden. Der Übergang des Holztragwerkes zu lastabtragenden Bauteilen
(massive Wände, Fundamente) erfolgt an besonderen Verbindungsspunkten (Auflager). Zur
Untersuchung eines realen Tragwerkes muss dieses durch ein Modell abgebildet werden, das mit den
Methoden der Baustatik ausgewertet werden kann. In diesen Modellen werden Bauteile (Balken), deren
Kopplungen untereinander (Holzverbindungen) sowie die Kopplungen zu lastabtragenden Bauteilen
(Auflager) abgebildet. Die Balken werden als Stäbe abgebildet, die Kopplung der Stäbe erfolgt an den
Knoten, die Übergänge zu lastabtragenden Bauteilen werden durch Auflager repräsentiert. Das so
gegliederte Modell wird im Folgenden als Strukturmodell bezeichnet. Die einzelnen Elemente des
Strukturmodells (Stäbe, Knoten, Auflager) enthalten Informationen über die geometrischen
Eigenschaften, die Beziehungen einzelner Bauteile untereinander und mit ihrer Umgebung sowie
materialspezifische Informationen zu Bauteilen, Verbindungselementen und Auflagern. Zur
Auswertung dieser Strukturmodelle sind leistungsfähige Computer-Programme (Stabwerkprogramme)
vorhanden.
2.2
Gliederung der Tragwerke
Komplexe Tragwerke können als Ganzes oder in Teilsysteme gegliedert betrachtet und durch einzelne
(Teil-) Strukturmodelle abgebildet werden. Bei der Gliederung von Tragwerken ist besonderes
Augenmerk auf die Schnittstellen zwischen den einzelnen Teilsystemen zu legen.
Betrachtung einzelner Tragelemente
Einzelne Tragelemente (ein oder wenige Stäbe) können aus dem Gesamtsystem herausgeschnitten und
isoliert betrachtet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Aufteilung eines Pfettendaches in die Bauteile
Sparren, Pfetten und Pfosten. Die Schnittstellen zwischen den Einzelbauteilen werden an den jeweils
betrachteten Bauteilen durch (starre) Auflager abgebildet. Die dort auftretenden Auflagerkräfte werden
an den nachfolgenden Bauteilen als Einwirkungen aufgebracht.
Durch diese Vorgehensweise entstehen einfache Strukturmodelle, die der Handrechnung zugänglich
sein können. Das Zusammenwirken der unterschiedlichen Bauteile wird über das Gleichgewicht der
Kräfte berücksichtigt. Geometrische Verträglichkeitsbedingungen können verletzt werden. Das
Ergebnis der Untersuchung ist als Grenzlast zu sehen, die oft auf der sicheren Seite liegt. Dieses
Verfahren findet beispielsweise bei einfachen Neubauten Anwendung, die Verwendung bei der
Untersuchung historischer Holztragwerke dürfte von untergeordneter Bedeutung sein
Aufteilung in ebene Teilsysteme
Zur Untersuchung eines komplexen räumlichen Tragwerkes kann dies in ebene Teilsysteme aufgeteilt
werden, die dann getrennt voneinander betrachtet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Aufteilung eines
historischen Dachtragwerkes in Leer- und Bindergespärren, die über Pfetten und Rähme miteinander
gekoppelt sind. Leer- und Bindergespärre sowie Rähme und Pfetten werden aus dem räumlichen
Gesamtsystem herausgeschnitten und getrennt voneinander als ebene Systeme betrachtet. Besondere
J-3
2 Modellbildung
Aufmerksamkeit ist den Kopplungspunkten der Teilsysteme zu widmen. In den Strukturmodellen der
Teilsysteme stellen diese Kopplungspunkte Auflager (Leergespärre) beziehungsweise Lasteinleitungspunkte (Bindergespärre) dar. Modelliert man die Auflager unverschieblich oder verschieblich, so erhält
man Grenzwerte des Tragverhaltens für die Teilsysteme, die häufig das Tragverhalten des Gesamtsystems nicht realitätsnah wiedergeben.
Bessere Ergebnisse werden erreicht, wenn das Last-Verformungsverhalten an den Kopplungspunkten
in den Strukturmodellen der Teilsysteme erfasst wird. Dies kann durch die Verwendung von Federelementen zur Modellierung der Auflager erfolgen (Abb. 2.1). Die Eigenschaften dieser Federelemente
(Federsteifigkeit) erhält man aus der Forderung, dass benachbarte Bereiche des Tragwerkes
Verformungen ähnlicher Größe aufweisen sollen (Erfüllung der Verträglichkeitsbedingung).
Ausgehend von einem Startwert werden die Federsteifigkeiten der Federelemente im Strukturmodell
des Teilsystems (z. B. Leergespärre) in einer iterativen Rechnung solange verändert, bis diese
Forderung erfüllt ist, vergleiche auch Abbildung 2.2. Dieses Vorgehen wird im Fachschrifttum (z. B.
[6]) als Verfahren mit iterativer Verformungsangleichung bezeichnet.
Abb. 2.1:
Ebenes Teilsystem eines Leergespärres mit Auflagerfedern an den Kopplungsstellen, aus [6].
Nach Görlacher [6] liefert die Untersuchung von Teilsystemen mit iterativ verbesserten Federelementen bei deutlich reduziertem Bearbeitungsaufwand ähnliche Ergebnisse wie eine Untersuchung
des räumlichen Strukturmodells des Gesamttragwerkes. Die Ergebnisse hängen stark von den
Eigenschaften der Federelemente der Teilsysteme ab.
Räumliche Stabwerksmodelle
Bei dieser Art der Modellierung werden sämtliche Stäbe des räumlichen Tragwerkes in einem
Strukturmodell abgebildet (Abb. 2.3). Dadurch werden die gegenseitigen Beeinflussungen der Bauteile
sowie der Auflagerung berücksichtigt. Die Untersuchung liefert nach Görlacher [6] bei sorgfältiger
Modellierung realitätsnahe Ergebnisse, ist für Handrechnungen aber nicht mehr zugänglich, auch der
Eingabeaufwand für eine computergestützte Berechnung ist enorm. Die Darstellung der umfangreichen
Ergebnisse kann schwierig und zeitaufwendig sein. Ob mit einer vollständigen räumlichen Berechnung
plausible Ergebnisse erzielt werden, hängt vor allem von der Modellierung der Kopplungspunkte ab.
J-4
Abb. 2.2:
Verformungsfiguren der Leer- und Bindergespärre eines Dachtragwerkes im Lastfall Seitenwind.
(1), (2) rechnerische Verformungen der Leer- und Bindergespärre bei voneinander unabhängiger
Betrachtung, (3), (4) rechnerische Verformungen der Leer- und Bindergespärre bei Beachtung der
Interaktionsbeziehungen zwischen Leer- und Bindergespärren, aus [8].
Abb. 2.3:
Räumliches Strukturmodell eines historischen Dachtragwerkes, aus [6].
J-5
3 Der abgestirnte Zapfen
2.3
Modellierung der Stäbe
Die Modellierung der Stäbe erfolgt fast wie bei Neubauten: Bei historischen Dachtragwerken
betrachtet man vorhandene Bauteile deren Abmessungen aufzunehmen sind und deren Holzgüte zu
bestimmen ist (z. B. Zuordnung zu einer Sortierklasse). Schwächungen der Bauteile (z. B. Zapfenlöcher) ist besonderes Augenmerk zu schenken, durch die Verbindungen auftretende Exzentrizitäten
sind zu berücksichtigen.
2.4
Modellierung der Knoten
Die Verbindung der Bauteile (Knoten) historischer Dachtragwerke erfolgt mit traditionellen
Holzverbindungen. Bei der Modellierung dieser Knoten in einem Modell ist das LastVerformungsverhalten (Nachgiebigkeiten, Schlupf) zu berücksichtigen, ggf. ist ein unterschiedliches
Verhalten bei einer Beanspruchung durch Druck- oder Zugkräfte zu beachten. Einflüsse aus Reibung
können bedeutsam sein, wobei der Umgang mit Reibungskräften in bautechnischen Nachweisen
schwierig ist.
Die Bemessungsaufgaben bei traditionellen Holzverbindungen werden sich im Wesentlichen auf zwei
Arten beschränken: Einerseits sind vorhandene Verbindungen hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit zu
beurteilen. In diesem Fall ist die Geometrie der vorhandenen Verbindungen aufzunehmen, die
Holzgüte im Verbindungsbereich ist zu bestimmen, gegebenenfalls sind tragfähigkeitsmindernde
Einflüsse wie Risse, Äste oder Klaffungen zu berücksichtigen. Andererseits werden neu herzustellende
Verbindungen zu betrachten sein, beispielsweise bei Reparaturmaßnahmen als Ersatz für geschädigte
Bauteile. Hier wird eine sorgfältige Auswahl der Hölzer empfohlen, die Wahl der Abmessungen der
Verbindungen sollte mit Rücksicht auf die Regelungen zum Nachweis der jeweiligen Verbindungen
erfolgen.
Die Tragfähigkeiten von Versätzen, Holznägeln und Zapfenverbindungen können nach DIN 1052
ermittelt werden. Bei vielen Holzverbindungen erfolgt die Kraftübertragung durch die Spannungen in
den Kontaktflächen, so dass die Tragfähigkeit über einen Spannungsnachweis ermittelt werden kann.
Weitere Angaben über traditionelle Holzverbindungen enthalten z. B. Görlacher [6] oder Heimeshoff
et al. [7].
Angaben zu Ermittlung der Nachgiebigkeit traditioneller Holzverbindungen können z. B. Görlacher
[6] und Huber und Reim [11] entnommen werden.
Oft verwendet zum Fügen druckbeanspruchter Bauteile, die in einem schrägen Winkel aufeinander
treffen, wurden Verbindungen mit abgestirnten Zapfen. Da zum Last-Verformungsverhalten nur eine
begrenzte Anzahl von Untersuchungen vorliegt wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen durchgeführt, die im folgenden Abschnitt beschrieben werden.
3
Der abgestirnte Zapfen
Um eine bessere Kenntnis über das Last-Verformungsverhalten von Verbindungen mit abgestirnten
Zapfen zu erhalten wurden experimentelle Untersuchungen an Verbindungen mit abgestirnten Zapfen
durchgeführt. Ausgehend von den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen wurde ein Modell
zur Beschreibung des Tragverhaltens von solchen Verbindungen entwickelt. Eine vollständige
Darstellung findet sich bei Koch [1].
J-6
3.1
Experimentelle Untersuchungen
Die experimentellen Untersuchungen an Holzverbindungen mit abgestirnten Zapfen sollten Aufschluss
über die Bruchmechanismen und das grundlegende Last-Verformungsverhalten dieser Verbindungen
geben. Abbildung 3.1 zeigt die Bezeichnungen und die Abmessungen der Prüfkörper, in Abbildung 3.2
ist ein im Versuchsrahmen eingebauter Prüfkörper dargestellt. Außerdem sollte der Einfluss der
Reibung in den Kontaktflächen der Verbindungen untersucht werden. Dazu wurden mit Teflonplatten
besetzte Bleche in die Kontaktflächen eingelegt, wodurch Reibungskräfte in den betreffenden
Kontaktflächen nahezu ausgeschlossen werden konnten. Die Anordnung der mit Teflonplatten
besetzten Bleche erfolgte in den Versuchsserien 2 bis 4 jeweils in der Stirn- und/oder Grundfläche der
Verbindungen. Um den Einfluss des Anschlusswinkels zu erfassen wurden Prüfkörper mit variierten
Anschlusswinkeln  = (45°; 30°; 60°) untersucht (Serien 1, 5 und 6). Je Serie wurden drei bis vier
Einzelversuche durchgeführt. Tabelle 3.1 enthält eine Übersicht über das Versuchsprogramm und die
Versuchsergebnisse.
Abb. 3.1:
Prüfkörper – Abmessungen und Bezeichnungen.
Tab. 3.1:
Experimentelle Untersuchungen an abgestirnten Zapfen – Übersicht.
1)
2)
Serie
n

Stirnfläche
Grundfläche
Fk,DIN1052,C24
FII,exp
[kN]
Bruchmechanismus1)
1
2
3
4
5
6
4
3
3
3
3
3
45°
45°
45°
45°
30°
60°
Reibung
Teflon
Teflon
Reibung
Reibung
Reibung
Reibung
Teflon
Reibung
Teflon
Reibung
Reibung
26,7
26,7
26,7
26,7
27,4
33,0
90-138
53-59
66-102
52-63
73-95
74-105
LAM2)
LAM2)
LAM2)
LAM2)
SF
GF
[kN]
LAM: Abscheren der Lamellen, SF: Stirnfläche, GF: Grundfläche
Teilweise auch Schädigungen der Stirn- und/oder Grundfläche
J-7
Abb. 3.2:
Im Versuchsrahmen eingebauter Prüfkörper.
Last-Verformungsverhalten
Das typische Last-Verformungsverhalten jeder Serie ist beispielhaft an je einem Prüfkörper jeder Serie
in Abbildung 3.3 dargestellt.
Das Last-Verformungsverhalten der untersuchten Verbindungen lässt sich anhand der LastVerformungsdiagramme in drei bis vier Phasen einteilen (Abb. 3.4). Zunächst verhalten sich die
Prüfkörper in der Phase I linear-elastisch, danach folgt Phase II in der die Kurven abflachen
(Proportionalitätsgrenze). Bei den Untersuchungen der Serien 1 bis 4 ( = 45°) wurde die Höchstlast
(bis etwa 140 kN) in dieser Phase erreicht und es folgte ein Lastabfall. Die horizontalen Verformungen
nahmen bei Erreichen der Höchstlast Werte von etwa 3 mm bis 5 mm an, die vertikale Verformungen
erreichten Werte von etwa 1 mm bis 4 mm.
In der Phase III nehmen die horizontalen Verformungen weiter bis etwa 30 mm zu, die Strebenkräfte
bleiben annähernd konstant. Bei den Untersuchungen der Serien 5 und 6 stiegen die Lasten teilweise
noch leicht an, die Höchstlasten wurden in dieser dritten Phase erreicht (bis etwa 170 kN). Bei den
Untersuchungen der Serien 1 bis 5 änderten sich die (im Vergleich zu den horizontalen Verformungen)
geringen vertikalen Verformungen im Verlauf der Phase III nur wenig, bei den Prüfkörpern der Serie
6 verhielten sich die horizontalen und vertikalen Verformungen annähernd gleich, wobei die vertikalen
Verformungen (bis etwa 18 mm) deutlich größer als die horizontalen (bis etwa 5 mm) waren. Das
Verhalten der Prüfkörper der Serien 5 und 6 wies nur die Phasen I bis III auf. Bei den Untersuchungen
der Serien 1 bis 4 wurde Phase III von einem weiteren Lastabfall beendet und es folgte Phase IV mit
annähernd konstanten Lasten bei weiter zunehmenden Verformungen.
Die Verschiebungen infolge von Passungenauigkeiten (Schlupf) konnten bis etwa 2,5 mm in
horizontaler wie in vertikaler Richtung bestimmt werden. Die Steifigkeiten Cv,h,elast der Verbindungen
in horizontaler und vertikaler Richtung lagen im Mittel bei etwa 100 kN/mm.
J-8
Abb. 3.3:
Beispiele typischer Last-Verformungsdiagrammme – Strebenkräfte über den horizontalen Verformungen (Serien 1 bis 6).
Abb. 3.4:
Einteilung des Last-Verformungsverhaltens der Prüfkörper in Phasen am Beispiel des Prüfkörpers
1.2 – Strebenkraft FStrebe über den horizontalen Verschiebungen h.
J-9
Bruchmechanismen
Es ließen sich drei wesentliche Versagensmechanismen beobachten. Bei den Prüfkörpern mit
Anschlusswinkeln  = 45° (Serien 1 bis 4) scherten während der Versuchsdurchführung sukzessive
zwei Teilquerschnitte von der Strebe ab, so dass drei Teilquerschnitte (Lamellen) entstanden
(Abb. 3.5 a). Das Versagen scheint hier durch eine Überschreitung der Festigkeiten (Rollschub) in den
Bruchflächen der Streben erfolgt zu sein. Die Größe der Bruchlasten hing offensichtlich stark von den
auftretenden Reibungsverhältnissen in den Kontaktflächen ab. Die Kontaktflächen wiesen bei diesen
Prüfkörpern teilweise noch weitere Schädigungen (Eindrückungen) in geringem Maße auf. Die
Prüfkörper mit Anschlusswinkeln  = 30° (Serie 5) versagten offensichtlich durch eine Überschreitung
der Holzfestigkeiten (Druck im Winkel zur Faser) in der Stirnfläche (Abb. 3.5 b), die Gurte weisen
keine sichtbaren Schäden auf. Die Prüfkörper mit Anschlusswinkeln  = 60° (Serie 6) versagten durch
eine Überschreitung der Holzfestigkeit (Druck senkrecht zur Faser) der Gurte im Bereich der
Grundflächen (Abb. 3.5 c), hier weisen die Streben keine sichtbaren Schäden auf.
(a)
(b)
Abb. 3.5:
(c)
Typische Bruchbilder an Verbindungen mit abgestirnten Zapfen: (a) Abgescherte Lamellen (Anschlusswinkel  = 45°), (b) Geschädigte Stirnfläche (Anschlusswinkel  = 30°), (c) Eingedrückte
Grundfläche (Anschlusswinkel  = 60°)
J - 10
3.2
Entwicklung eines Modells
Ausgehend von den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen konnte ein Modell zur
Beschreibung des Tragverhaltens von Verbindungen mit abgestirnten Zapfen entwickelt werden. Mit
dem Modell können Tragfähigkeiten von Verbindungen mit abgestirnten Zapfen in Abhängigkeit der
drei Bruchmechanimen ermittelt werden: Für den Bruchmechanismus Abscheren der Lamellen werden
in mitwirkenden Scherflächen im Bereich des Zapfen Schub- und Rollschubspannungen ermittelt, die
Festigkeiten gegenübergestellt werden können (Abb. 3.6). Das Versagen an der Stirn- und Grundfläche
wird durch eine Betrachtung der Spannungen in diesen Flächen berücksichtigt. Weiterhin konnten
mithilfe des Modells Reibungsbeiwerte in der Stirn- und Grundfläche hergeleitet werden. Eine
vollständige Darstellung findet sich bei Koch [1].
Abb. 3.6:
J - 11
Modell zur Beschreibung des Tragverhaltens von Verbindungen mit abgestirnten Zapfen für den
Bruchmechanismus ‚Abscheren der Lamellen‘.
4 Beispiele aus der Praxis
4
Beispiele aus der Praxis
Im Folgenden wird über zwei Beispiele aus der täglichen Büropraxis berichtet. Dieser Abschnitt
entstand unter der freundlichen Mitwirkung von Peter Hegewaldt und Dr. Ulrich Huster (beide Büro
HAZ, Kassel). Ausführliche Darstellungen finden sich bei Hegewaldt [16] (Schloss Horst) und Huster
et al. [17] (Kirche St. Marien).
4.1
Schloss Horst
Das Dachtragwerk des aus dem 16. Jahrhundert stammenden Schlosses Horst in Gelsenkirchen wies
einige Schädigungen auf: Schäden an den Fußpunkten der Hölzer, Brüche einiger Bauteile, große
Verformungen der Dachflächen in Verbindung mit wiederkehrenden Undichtigkeiten des mit Schiefer
gedeckten Daches.
Das Tragsystem besteht aus Bindergespärren mit drei liegenden Stühlen im Abstand von etwa 3,50 m.
Diese Gespärre sind über Pfetten in Höhe der Spannriegel miteinander gekoppelt (Abb. 4.1). Die
Sparren sind lose gegen diese Pfetten gelehnt, so dass nur Kräfte senkrecht zur Dachfläche aus den
Sparren in die Pfetten eingetragen werden können. Lasten die in Ebene der Dachfläche wirken werden
durch die Sparren direkt in die Mauerkrone eingeleitet. Verbindungen von Sparren und Pfetten mit
Eisennägeln waren nur sehr vereinzelt vorhanden. Aufgrund der geringen Biegesteifigkeit der Sparren
und dem mäßigen Kraftschluss zwischen Pfetten und Sparren tragen die Sparren Lasten nur für ihren
Lasteinzugsbereich in die Mauerkronen und die Pfetten ein, beteiligen sich sonst nicht am Lastabtrag
des Gesamtsystems. Die Berechnung konnte somit an einem ebenen Modell des Bindergespärres mit
anteiligen Lasten aus den Sparren erfolgen.
Abb. 4.1:
Schloss Horst – Übersicht, aus [16]/Büro HAZ.
J - 12
Es war insbesondere die Ertüchtigung der liegenden Stühle an den Eckpunkten zwischen Spannriegel
und Stuhlsäule erforderlich. Die Ertüchtigung erfolgte durch eine Wiederherstellung des Kraftschlusses der Holzteile sowie der Ergänzung von Stahlbolzen zur Aufnahme der Zugkräfte (Abb. 4.2).
Beispiele weiterer Reparaturen und Ertüchtigungsmaßnahmen zeigen die Abbildungen 4.3 und 4.4.
(a)
Abb. 4.2:
(a)
Abb. 4.3:
J - 13
(b)
Schloss Horst – Ertüchtigung der Eckpunkte Spannriegel/Stuhlsäule (a) vorher mit klaffenden Fugen, (b) Ertüchtigung mit Stahlstangen und durch Herstellung des Kraftschlusses in den Kontaktflächen, aus [16]/Büro HAZ.
(b)
Schloss Horst – Reparatur eines Riegels (a) gebrochener Riegel, (b) Reparatur mit eingelassenen
Laschen, aus [16]/Büro HAZ.
4 Beispiele aus der Praxis
(a)
(b)
Abb. 4.4:
4.2
Schloss Horst – Ertüchtigung der Verbindung Sparren/Pfette mit einer Kette, aus [16]/Büro HAZ.
Kirche St. Marien
Die Stadtkirche St. Marien in Homberg/Efze wurde in der 2. Hälfte des 14. Jahrhunderts erbaut. Das
etwa 20 m breite und 14 m hohe Dachtragwerk mit drei Kehlbalkenlagen und liegenden und stehenden
Stühlen in den Bindergespärren (Abb. 4.5 a) wies, neben den üblichen Schädigungen durch
Feuchteeinwirkungen, eine mangelnde Queraussteifung auf. Es waren Verformungen infolge einer
seitlichen Windeinwirkung von bis zu etwa 30 cm aufgetreten.
Zur Ertüchtigung wurden kreuzweise gespannte Bänder aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK)
verwendet, die an den Fußpunkten des Daches und dem Verbindungspunkt von 2. Kehlbalkenlage und
Sparren befestigt wurden (Abb. 4.5 b). Diese CFK-Bänder bestehen aus einer CFK-Lamelle (Breite x
Dicke = 12 mm x 0,13 mm) die mehrfach lose um zwei Metallbolzen gewickelt wurde, lediglich das
Ende der äußeren Wicklung wurde durch Aufschmelzen mit der darunterliegenden Wicklung
verbunden (Abb. 4.6). Gegenüber Stahlzugbändern vergleichbarer Abmessungen weisen die CFKBänder folgende Vorteile auf: Die Dehnsteifigkeit ist deutlich geringer was zu einer besseren
Verträglichkeit mit der historischen Holzkonstruktion führt. Durch die geringen Längenänderungen
infolge von Temperaturänderungen wird die Beanspruchung der Konstruktion vermindert. Durch die
kleinen Abmessungen wird der optische Eindruck des Dachraumes (Abb. 4.7) nur geringfügig
beeinflusst, durch das geringe Gewicht und die Biegsamkeit der Bänder wird der Einbau erleichtert.
Nach dem Einbau der Bänder wurden Sensoren zur Messung der Längenänderung der Bänder, der
Windgeschwindigkeit und der Temperatur installiert und die Messwerte über einen Zeitraum von zwei
Jahren aufgezeichnet. Durch die Ergebnisse dieser Messungen kann eine gute Wirksamkeit der
Verstärkungen sowie ein geringer Einfluss von Temperaturänderungen nachgewiesen werden.
J - 14
(b)
(a)
Abb. 4.5:
Kirche St. Marien (a) Ansicht, (b) Querschnitt mit CFK-Bändern, aus [17]/Büro HAZ.
Abb. 4.6:
CFK-Band (schematisch), aus [17].
(a)
Abb. 4.7:
J - 15
(b)
Kirche St. Marien (a) Innenansicht, (b) Detail Fußpunkt mit CFK-Bändern, aus [17]/Büro HAZ.
5 Zusammenfassung
5
Zusammenfassung
Es wurden grundlegende Vorgehensweisen zur Modellbildung historischer Dachtragwerke dargestellt
und erläutert: Die Möglichkeiten zur Gliederung des Tragwerkes, die Modellierung der Stäbe und
Knoten wurden behandelt und Hinweise zum rechnerischen Nachweis gegeben.
Es wurde über experimentelle Untersuchungen an traditionellen Holzverbindungen mit abgestirnten
Zapfen berichtet. Das Last-Verformungsverhalten dieser Verbindungen ist deutlich nichtlinear, sie
zeigen drei mögliche Versagensarten – Abscheren der Lamellen, Versagen der Stirnfläche und
Versagen der Grundfläche, die in Abhängigkeit vom Anschlusswinkel auftreten. Für Verbindungen mit
Anschlusswinkeln im Bereich um 45° wird das Versagen durch Abscheren der Lamellen zum
maßgeblichen Bruchmechanismus. Eine Berücksichtigung dieses Bruchmechanismus wurde bisher bei
Tragfähigkeitsnachweisen nach DIN 1052 nicht explizit gefordert. Ein Modell zur Beschreibung des
Tragverhaltens von Verbindungen mit abgestirnten Zapfen wurde von Koch [1] entwickelt.
Abschließend wurden einige Beispiele aus der Praxis der Sanierung historischer Dachtragwerke
vorgestellt.
J - 16
6
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6 Literatur
J - 18
Kapitel K: Musterdetails und Instandsetzungsbeispiele
K Musterdetails und Instandsetzungsbeispiele
A. Meisel
DDI Andreas Meisel
2009
Diplome | Bauingenieurwesen – Konstruktiver Ingenieurbau und
Wirtschaftsingenieurwesen - Bauingenieurwissenschaften
Institut für Holzbau und Holztechnologie | TU Graz
seit 2009
Wissenschaftlicher Projektmitarbeiter am Institut für Holzbau
an der TU Graz
Die hier vorgestellten Fallbeispiele (siehe Abschnitt 6) werden auf der Tagung von den ausführenden
Zimmermeistern selbst vorgestellt.
Landesinnungsmeister DI Oskar Beer
1992
Abschluss des Studiums an der TU Graz
- Geschäftsführer Holzbau Hirschböck (www.hhh.at)
- Landesinnungsmeister Holzbau Steiermark
- Sachverständiger (www.beer-sv.at)
Zimmermeister Ing. Josef König
1987
Abschluss der Zimmermeisterprüfung
seit 1988 selbständig, König & Gruber Zimmermeister
K-1
1 Einführung und Motivation
Zusammenfassung
Dieser Beitrag behandelt die Instandsetzung historischer Dachtragwerke. Hierzu werden
Voraussetzungen und Anforderungen an eine Instandsetzung erläutert, auf unterschiedliche
Instandsetzungskonzepte und die Möglichkeiten der statischen Berechnung eingegangen. Eine Reihe
von nicht fachgerechten Instandsetzungslösungen – inklusive Verbesserungsvorschlägen – werden zur
Sensibilisierung vorgestellt. Zuletzt werden einzelne Musterdetaillösungen und deren Vor- und
Nachteile anhand konkreter Beispiele dargestellt und in die Praxis umgesetzte Lösungen gezeigt.
1
Einführung und Motivation
Im Rahmen des Forschungsprojektes D(N)achhaltigkeit Graz wurden 35 Objekte mit rund 60
unterschiedlichen Dachwerken begangen und daraus 10 Objekte für die detaillierte Erfassung und
Zuverlässigkeitsbeurteilung ausgewählt. Wie der Beitrag „Bestandserfassungen und Zustandsbericht
von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz“ zeigt, sind die Ergebnisse ernüchternd. Da sich dies bereits
früh abzeichnete, wurden sechs „Runde Tische“ mit interessierten Zimmermeistern an der TU Graz
abgehalten. Im Rahmen dieser Gesprächsrunden wurden Schäden diskutiert sowie Instandsetzungskonzepte und Musterdetails ausgearbeitet. Diese werden im folgenden Beitrag erörtert.
Erfreulicherweise wurden zwei der hier vorgestellten Details bereits erfolgreich realisiert (siehe
Abschnitt 6).
Bedauerlicherweise bedarf es in der Praxis in der Regel eines konkreten Anlasses – z. B. Risse in der
Decke und im Mauerwerk, Wasserflecken, abstürzende Gesimse etc. – damit eine erste Bestands- und
Schadenserfassung sowie Zuverlässigkeitsbeurteilung durchgeführt wird. Wurde die Dachdeckung und
das Tragwerk zuvor jahrzehntelang vernachlässigt, stellt sich der Zustand oft wie in Abb. 1.1 dar. Der
Instandsetzungbedarf und damit auch die Kosten sind in diesen Fällen groß und überfordern zum Teil
die finanzielle Leistungsfähigkeit der Eigentümer.
Durch regelmäßige Inspektionen und Wartungsmaßnahmen können Schäden in solchem Umfang
zuverlässig vermieden werden. Grundvoraussetzung hierzu sind zugängliche, saubere Bauhölzer und
eine erste Zuverlässigkeitsbeurteilung. Sobald alle allfälligen Schäden behoben sind und durch
regelmäßige Inspektion und Wartung garantiert wird, dass keine erhöhten Holzfeuchten auftreten
können, ist der Bestand des Dachwerks gesichert. Zahlreiche, bis zu rund 850 Jahre alte, tragfähige
Dachwerke belegen die große Dauerhaftigkeit von Holz als tragender Baustoff für Dächer.
Abb. 1.1:
Links: stark verformte Dachfläche, Rechts: zerstörter Stuhlsäulenfußpunkt.
K-2
2
Voraussetzungen und Anforderungen
In diesem Abschnitt wird auf die im Rahmen des Projektablaufes zu erfüllenden Voraussetzungen für
die Instandsetzung eingegangen. Anschließend werden Anforderungen und Empfehlungen für die
Konzeption erläutert.
2.1
Projektablauf
Nachdem die wesentlichen Ziele des Bauherrn bekannt sind, erfolgt eine erste Begehung des
Dachwerks. Im Rahmen dieser wird beurteilt, ob Gefahr im Verzug vorliegt, eine Reinigung
erforderlich ist, oder ob gleich mit der ersten Bestands- und Schadenserfassung sowie
Zuverlässigkeitsbeurteilung begonnen werden kann. Für letzteres siehe „Erste, semi-visuelle
Zuverlässigkeitsbeurteilung historischer Dachtragwerke aus Holz“ [39].
Auf die unbedingt erforderliche Zugänglichkeit und Reinigung der tragenden Konstruktionsglieder soll
Abb. 2.1 nochmals hinweisen. Erst nach dem Herstellen der Zugänglichkeit kann der Bestand mit
großer Zuverlässigkeit beurteilt werden.
Abb. 2.1:
K-3
Oben: vor der Entfernung der Beschüttung und Reinigung, Unten: danach (Palais Herberstein).
2 Voraussetzungen und Anforderungen
2.2
typische Schäden und Schwachpunkte
Die meisten Schäden an historischen Dachtragwerken können in zwei Gruppen zusammengefasst
werden:
Substanzverlust
- dauerhaft zu hohe Holzfeuchtigkeit, die zu Pilzbefall führt
- Insektenbefall
- mechanische und/oder chemische Beschädigungen/Abnutzung im Betrieb
konstruktive Mängel
- nicht fachgerechte Instandsetzungen und/oder Tragwerksveränderungen
- mangelhafte bis fehlende Aussteifungsverbände
- Überbeanspruchung von Verbindungen und/oder Stäben
- fehlende konstruktive Lagesicherung
- Folgeschäden, beispielsweise aus ungleichmäßigen Fundamentsetzungen
Näheres siehe [10], [26], [29], [42].
Anhand von Abb. 2.2 kann der typische Schwachpunkt eines historischen Dachwerks anschaulich
erläutert werden. Es handelt sich um einen Stuhlsäulenfußpunkt, analoges gilt auch für
Sparrenfußpunkte. Diese liegen einerseits im besonders schadenssensiblen und -anfälligen
Traufbereich, andererseits ist die Durchlüftung infolge von Verschmutzung und Bauschutt meist
erheblich eingeschränkt. Eintretende Feuchtigkeit wird hier meist erst spät erkannt. Zudem kann
Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk in die Mauerbank gelangen. Im vorliegenden Beispiel ist das
Vollgespärre zusätzlich dreiseitig ins Mauerwerk eingebunden. Weiters wurde für eine inzwischen
abgebrochene Kamindurchführung die Schwelle und die Strebe der Stuhlwand ersatzlos gekappt. Die
Anschlussverblechungen von Kamindurchführungen sind typische Eintrittsmöglichkeiten für
Feuchtigkeit. Die überwiegende Zahl der Schäden liegt in jenen Bereichen vor, in denen die Erfassung
als auch Instandsetzung geometriebedingt erschwert ist.
n
ule
re
B un d
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ä
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Stu
tram
Bu
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l
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Abb. 2.2:
Stuhlsäulenfußpunkt im Bereich einer Giebelmauer und eines abgebrochenen Kamins.
K-4
2.3
-
-
Allgemeingültige Anforderungen (in Anlehnung an EN 1991-1)
Tragsicherheit (ULS)
Gebrauchstauglichkeit (SLS): Im Falle von historischen, nicht ausgebauten Dachtragwerken meist
nur im Bereich von Dachdurchdringungen/Anschlüssen ans Mauerwerk (Dauerhaftigkeit von
Verblechungen) von Belang.
Dauerhaftigkeit: Hier gilt es sowohl die Belüftung aller Konstruktionsglieder zu gewährleisten als
auch Kondensat z. B. infolge von großflächigen Stahlteilen zu vermeiden.
weitere Funktionen: Unter diesem Punkt sind die Anforderungen, die aus der jeweiligen Nutzung
entstehen (z. B. Bauphysik) zusammengefasst.
2.4
-
-
-
Spezifische Anforderungen
Reinigung: Alle Holzteile von Verschmutzungen, Verkleidungen etc. befreien.
einfache Konstruktionslösungen bevorzugen
Fügung zwischen „alt“ und „neu“: Die Querschnitte historischer Holzbauteile sind meist
unregelmäßig und auch im Verbindungsbereich nicht gleich breit. Instandsetzungslösungen sollten
so konstruiert werden, dass aufwendige Anpassarbeiten vor Ort soweit wie möglich vermieden
werden. Stabergänzungen sind mit an den Bestand angepassten, querschnittsgleichen Holzteilen
auszuführen.
Vermeiden von Querschnittsschwächungen: Die vorhandenen Hölzer sind durch neu einzubauende
Holzteile und Verbindungen bzw. Verbindungsmittel möglichst wenig zu schwächen.
Vermeiden von Exzentrizitäten: Alle Verbindungen sind so zu konstruieren, dass zusätzliche
Exzentrizitäten weitestmöglich vermieden werden. Auf die Passgenauigkeit aller
kräfteübertragender Verbindungsflächen ist zu achten.
große Verformungen: Soweit möglich sind die bestehenden Hölzer in ihrer verformten Lage zu
belassen und zu sichern.
Einbaufeuchte: Neue Holzteile sind mit der dem Bestand entsprechenden Gleichgewichtsfeuchte
einzubauen.
Holzschädigungen: Durch Pilzbefall geschädigtes Holz ist „gesundzuschneiden“ und je nach
Erfordernis zu ersetzen. Aktiver Insektenbefall ist zu bekämpfen.
2.5
-
Empfehlungen
alle Instandsetzungsbauteile sollten reversibel sein
bestandsschonend vorgehen: nur unbedingt erforderliche Eingriffe in die vorhandene Bausubstanz
durchführen
so konstruieren, dass die Möglichkeit des Vorspannens der Verbindungen besteht
Holznägel nachschlagen oder bei Bedarf ersetzen
vorgefundene „Flickwerke“ entfernen
Stabdübel und Schraubenbolzen zum Brand- und Korrosionsschutz abdecken
Anschlüsse von Kopfbändern oder Streben zugfest ausbilden
gleiche Holzarten mit gleicher Oberflächenbeschaffenheit wie die bestehenden Hölzer einbauen
Für weitere empfohlene Kriterien bei der Entwicklung und Ausführung von
Instandsetzungskonzepten wird auf vertiefende Literatur verwiesen (vgl. [10], [16], [21], [42]).
K-5
3 Instandsetzungskonzepte
3
Instandsetzungskonzepte
3.1
Gliederung
Bei der Instandsetzung historischer Holzbauten können zwei grundlegende Vorgehensweisen
unterschieden werden: die „Reparatur“ und die „statische Sicherung“ (siehe Abb. 3.1). Bei ersterem
wird das statische System beibehalten, bei der zweiten Variante verändert. Die „Reparatur“ kann weiter
untergliedert werden in die Instandsetzung bzw. Verstärkung von Verbindungen und Querschnitten,
sowie den Austausch von Konstruktionsgliedern. Bei der „statischen Sicherung“ können additive und
substitutive Instandsetzungslösungen unterschieden werden.
Vorgehensweise ...
„Reparatur“
„statische Sicherung“
Das statische System wird
I. beibehalten
I.a Verbindungen
instandsetzen und/oder
verstärken
I.b Querschnitte
instandsetzen und/oder
verstärken
II. verändert
II.a Addition
neue Konstruktionsglieder
hinzufügen
II.b Substitution
neue Tragwerke hinzufügen
(Stellvertreter-Konstruktion)
I.c Austausch
neue Konstruktionsglieder
anstelle der Alten
Mischlösungen
Abb. 3.1:
Gliederung von möglichen Instandsetzungsmassnahmen (symbolhafte Skizzen).
K-6
3.2
Gegenüberstellung der Varianten aus Sicht des Denkmalschutzes
Aus der Sicht des Denkmalschutzes können bei der Reparatur der Ersatz von Teilen (siehe Abb. 3.2
links oben) und die Hinzufügung einzelner Teile (z. B. Laschen, Knaggen, etc., siehe Abb. 3.2 links
unten) unterschieden werden. Bei der reinen Reparatur (Ersatz der zerstörten Substanz) bleibt das
Erscheinungsbild weitgehend erhalten. Allerdings geht das Geschichtszeugnis und damit der
bauhistorische Wert bei der Reparatur weitgehend verloren. (vgl. [21] S. 107ff)
Ganz anders bei der statischen Sicherung. Hier bleibt das Geschichtszeugnis weitgehend erhalten,
Störungen des Erscheinungsbildes können durch geschickte Konstruktion und Materialwahl gering
gehalten werden. Manchmal können im Zuge solcher Lösungen auch Kosten gespart werden, allerdings
ist der Planungs- und Berechnungsaufwand vorab höher.
„Reparatur“
Abb. 3.2:
„statische Sicherung“
Beispiele: links oben [54], links unten [55], rechts [7].
Wichtig bei der Konzeption von statischen Sicherungen ist die Vermeidung von Biegebeanspruchungen
(Biegeträger, Rahmen usw.), da sie große Querschnitte erfordern. Diese stören das Erscheinungsbild
und sind zudem nur mit großem Aufwand in das Tragwerk einzubringen und somit teuer. Wesentlich
effizienter ist die weitgehende Verwendung von normalkraftbeanspruchten Bauteilen, insbesondere
von Stahlzuggliedern.
In der Praxis oftmals angedacht wird der Einbau neuer Pfettenstränge in Kehlbalkendächer. Es hat sich
gezeigt, dass diese meist nur mit großem Aufwand einzubringen und zum Teil statisch kaum wirksam
sind. (vgl. [17])
K-7
3 Instandsetzungskonzepte
3.3
Beispiele aus der Literatur
Exemplarisch werden hier einzelne Beispiele aus der Literatur gezeigt und somit der Stand der Technik
dokumentiert.
Für die Instandsetzung von Sparrenfußpunkten sind zimmermannsmäßige Anstückelungen, Holz–
Holz–Prothesen (BETA-Verfahren) und eher selten ein Ersatz durch Polymerbeton üblich (siehe
Abb. 3.3).
Abb. 3.3:
Links: Anstückelung mit stehendem Blatt und Passbolzen,
Mitte: „Holzprothese“ (Anschluss mittels BETA-Verfahren),
Rechts: Ersatz durch Polymerbeton (vgl. [10]).
Abb. 3.4 links zeigt ein Musterdetail für die Reparatur eines Sparrenfußpunktes, mittig und rechts sind
aufwendige Reparaturarbeiten an einem japanischen Tempel dargestellt.
Abb. 3.4:
Links: Reparatur eines Sparrenfußpunktes ([21] S. 34),
Mitte und Rechts: Reparaturen in japanischen Tempeln ([22] S. 29 und S. 91).
K-8
Beim Dachwerk der St. Nikolai-Kirche in Berlin-Spandau handelt es sich um ein 1369 errichtetes
aufgeständertes Kehlbalkendach. Das bedeutet, dass auf den Mittelarkaden ein zweifach stehender
Stuhl errichtet und darauf ein Kehlbalkendach mit Zusatzstäben aufgesetzt wurde (siehe Abb. 3.5).
Bei starken Stürmen kam es infolge der großen Nachgiebigkeit des Gesamtsystems regelmäßig zu
Abdeckungen. Zudem wiesen einige Sparrenfußpunkte Substanzverlust auf. Das additive
Instandsetzungskonzept sah vor, dass jedes vierte Gespärre mit Stahlzuggliedern ausgesteift wird. Um
die Horizontallasten aus den nicht versteiften Gespärren einzuleiten, wurden die Gespärre auf der Höhe
der Rähme mit horizontalen Trägern verbunden. Nur wenige Sparrenfußpunkte mussten geringfügig
verstärkt werden. Das Ziel von Bauforschern und Denkmalpflegern „..., dass die materielle
Geschichtsquelle höhere Bedeutung hat als die zimmermannsmäßig perfekte Reparatur, die nur alles
wieder ganz schön macht, ...“ ([21] S. 108) konnte damit – neben der Herstellung eines statisch
einwandfreien Zustandes – genüge getan werden. (vgl. [21] S. 107ff)
Grundriss
Verstärkung Sparrenfußpunkt
vor der Instandsetzung
Abb. 3.5:
K-9
nach der Instandsetzung
Additive Instandsetzung in der St. Nikolai-Kirche in Berlin-Spandau.
4 Berechnung
4
Berechnung
4.1
Motivation
Solange sich ein Tragwerk in einem schadfreien Zustand befindet und keine Nutzungsänderungen
vorgesehen sind, gilt Bestandsschutz. Eine Anpassung an die derzeitigen baurechtlichen Vorschriften
ist nur im Falle von Umnutzungen oder bei Gefahr im Verzug erforderlich. (vgl. [10], [28])
In der Praxis wird die Instandsetzung oder Sanierung oft vollständig einem erfahrenen Zimmermeister
übertragen. Die in diesen Fällen erreichte Sicherheitsmarge kann in der Regel nicht quantifiziert
werden. Daher wird sich der Auftragnehmer im Schadensfall im größeren Ausmaß Gewährleistungsund Schadensersatzansprüchen ausgesetzt sehen.
Wenn hingegen ein Ingenieur mit der Planung der Instandsetzung beauftragt wird, kann es infolge von
Modellvereinfachungen zu einer groben Unter- oder Überschätzung des Tragvermögens des Bestandes
kommen. Die daraus abgeleiteten Baumaßnahmen widersprechen nicht selten den Kriterien einer
ökonomischen und bestandsschonenden Instandsetzung.
Im Falle von einzelnen Schäden wird daher die Vorgehensweise nach Abschnitt 4.3 empfohlen.
4.2
Statische Analyse eines Dachwerks
Für eine vollständige statische Analyse wird auf umfangreiche Literatur (vgl. insbesondere [16], aber
auch [3], [5], [15], [19], [24], [27], [27], [31], [36], [37], [38], [40]) verwiesen. Für die realitätsnahe
Modellbildung sind in der Regel räumliche Modelle unter Berücksichtigung der nichtlinearen
Auflagerbedingungen und des mechanischen Verhaltens der Verbindungen erforderlich.
4.3
Analysen und Nachweis am Knoten
Wenn ein Tragwerk alle aufgetretenen Einwirkungen über einen langen Zeitraum ohne Schäden
abgetragen hat, und kein aktiver Pilz- und/oder Insektenbefall vorliegt, kann davon ausgegangen
werden, dass die Tragsicherheit auch in Zukunft „aus Erfahrung“ gewährleistet ist. Die DIN 1052 - 4.
(siehe Bautechnische Unterlagen (3)) schreibt hierzu: „Für Bauteile und Verbindungen die
offensichtlich ausreichend bemessen sind, darf auf einen rechnerischen Nachweis verzichtet werden.
(...)“
Liegen nur einzelne, aufgrund von Pilz- und/oder Insektenbefall geschädigte Verbindungen oder Stäbe
vor, kann die Instandsetzung so erfolgen, dass die „ursprüngliche“ Tragfähigkeit wiederhergestellt
wird. Unter „urspünglicher“ Tragfähigkeit wird hier jene – angenommene – Tragfähigkeit verstanden,
welche die Verbindung bzw. der Stab nach dem heutigen Normenkonzept im neuen Zustand übertragen
könnte. Das bedeutet, dass zuerst die ursprünglich übertragbaren Kräfte errechnet werden, und in einem
zweiten Schritt mit diesen Kräften die Instandsetzung selbst bemessen wird. Eine vollständige statische
Analyse des Tragwerks ist hierzu nicht erforderlich.
Die Voraussetzungen für die Anwendung dieses Konzepts sind zusammengefasst:
- vergleichsweise geringfügige Schäden an einzelnen Knotenpunkten
- keine Hinweise auf Schäden infolge von Überbeanspruchung
- keine Hinweise auf das Vorliegen einer Fehlkonstruktion (z. B. stark asymmetrische Stühle)
K - 10
-
die Tragfähigkeit UND Steifigkeit der Verbindung bzw. der Stäbe muss bestmöglich
wiederhergestellt werden
die neuen Stäbe sind so einzubauen, dass keine neuerlichen Systemverformungen eintreten
-
Anhand eines typischen Sparrenfußpunktes wird die Vorgehensweise bei Analyse und Nachweis
gezeigt. Bei historischen Kehlbalkendächern sind die Sparren in der Regel mit den Bundträmen oder
Stichbalken mit oder ohne Vorholz verzapft (siehe Abb. 4.1). Im Folgenden wird die
Bemessungstragfähigkeit eines exemplarischen Sparrenfußpunktes mit Stirnversatzzapfen und Vorholz
ermittelt (siehe Abb. 4.2).
Abb. 4.1:
Links: intakter Sparrenfußpunkt, Rechts: zerstörter Sparrenfußpunkt, an den Holzresten ist ein Zapfen zu erkennen.
4.3.1 Ermittlung der Bemessungstragfähigkeit im Knotenbereich
NR,d
Lv =15
Fv,R,d
Sparren
18/14 cm
 = 45°
(3)
7 cm
(1)
(2)
Fh,R,d
16
15
Abb. 4.2:
K - 11
(4)
Zapfen,
b = 5 cm
Bundtram
24/20 cm
Mauerbank
Beispiel Sparrenfußpunkt, Links: Angaben zur Geometrie des Knotens (Aufschiebling fehlt),
Rechts: Beispiel eines Stuhlsäulenfußpunktes.
4 Berechnung
Annahmen: Auf der sicheren Seite liegend wird angenommen, dass lokal der Ansatz einer
Festigkeitsklasse von C30 gerechtfertigt ist. Um die übertragbaren Kräfte nicht zu unterschätzen, wird
auch die Reibung berücksichtigt. Die hier anzusetzenden Reibbeiwerte schwanken in der Literatur um
etwa 0,35 (vgl. [2]). Hier wird ein Reibbeiwert von 0,35 berücksichtigt. Für kmod wird 0,9 angesetzt.
-
Bemessungs–Materialkenngrößen
f m d = 2 08 kN  cm
-
2
f v d = 0 19 kN  cm
2
f c 0 d = 1 59 kN  cm
f c 90 d = 0 19 kN  cm
2
Tragfähigkeit NR, d (Druck):
N R d
 F v R d Querdruck  1  
 88 23 




 F v R d  2 
 F h R d Kontaktdruck  2  
 16 80 
= 1 35  m in 
 = 1 35  2  m in 
 = 1 35  2  m in 

 F h R d  2 
 F h R d Schub Vorholz  3  
 37 91 


 20 67 
 F h R d Schub Zapfen  4  


1 35 ... Erhöhung aufgrund der Reibung
N R d = 1 35  2  16 80 = 32 07 kN
-
2
Fv,R,d, Querdruck (1):
A ef =  18 – 6    14  2 + 2  3  = 309 59 cm
F V R d Querdruck = A ef  k c 90  f c 90 d = 88 23 kN
2
mit k c 90 = 1 5
k c 90 ... Annahme in Analogie zu 6.1.5 von EC 5
-
Fh,R,d, Kontaktdruck (2):
A ef = 5  7 = 35 00 cm
f c  d = 0 48 kN  cm
2
2
mit  = 45und k c 90 = 1 5
F H d Kontaktdruck = A ef  f c  d = 16 80 kN
-
Fh,R,d, Schub Vorholz (3):
A V = 15   7 + 5 + 7  = 285 0 cm
F H d Schub
-
k c 90 ... Annahme in Analogie zu 6.1.5 von EC 5
Vorholz
2
= 0 7  f v d  A V = 37 91 kN
0 7 ... Analog Abscheren lt. EC 5
Fh,R,d, Schub Zapfen (4):
L z = 16 0 cm
b ef = k cr  b = 0 67  5 = 3 4 cm
F H d Schub
Zapfen
f v d  b ef  L z
- = 20 67 kN
= k s  ---------------------------1 0
k cr = 0 67 ... Rissfaktor lt. EC 5
k s  2 ... Erhöhung Schub und Querdruck lt. SIA 265
K - 12
4.3.2 angenommener Zustand bzw. Schadensumfang
Es wird angenommen, dass Befall durch Moderfäule vorliegt und eine Entfernung des geschädigten
Holzes über den sichtbaren Befall hinaus ausreicht. Die geschädigten Bereiche sind in Abb. 4.3
eingezeichnet.
Sparren
18/14 cm
zerstörter
Bereich
Zapfen,
b = 5 cm
Bundtram
24/20 cm
Mauerbank
Abb. 4.3:
Links: Annahme der Schädigung, Rechts: praktisches Beispiel.
4.3.3 Instandsetzung
Mit Hilfe der in Abschnitt 4.3.1 ermittelten übertragbaren Normalkraft NR,d wird nun die
Instandsetzung bemessen. Hier wird gezeigt, wie der vorgestellte, geschädigte Knoten durch eine
zimmermannsmäßige Reparatur instandgesetzt werden kann (siehe Abb. 4.4). Auf die Berechnung
selbst wird nicht eingegangen.
Sparren
18/14 cm
Passbolzen
DN 14 mm
Lagesicherung:
Teilgewindeschrauben
2 Stk
stehendes
Blatt
 = 45°
4 cm
Fersenversatz
Passbolzen
DN 14 mm
stehendes
Blatt
Bundtram
24/20 cm
Mauerbank
Abb. 4.4:
K - 13
Vorschlag für die Instandsetzung des Sparrenfußpunktes.
4 Berechnung
Annahmen: Es wird angenommen, dass die Sortierklasse des eingebauten Bauholzes S10, die
Festigkeitsklasse somit C24 entspricht. Die Reibung wird für die Übertragung von Kräften
vernachlässigt. Der Vorschlag (siehe Abb. 4.4) sieht folgendes vor.
-
-
-
Der zerstörte Mauerbanksbereich wird durch eine neue, eventuell auch zweiteilige Mauerbank
ersetzt, welche großzügig mit dem Bestand überblattet und mehrfach verbolzt wird.
Die Stirnversatzzapfenverbindung zwischen Sparren und Bundtram kann durch einen leichter
herzustellenden Fersenversatz ersetzt werden. Letzterer ermöglicht im Unterschied zu einem
Stirnversatz die Einhaltung der normgemäßen Mindestvorholzlänge von 20 cm (vgl. [47]). Die
konstruktive Lagesicherung erfolgt mit zwei selbstbohrenden Schrauben.
Der neue Bundtramkopf wird mit einem stehenden Blatt und Passbolzen an den Bestand
angeschlossen. Die hier bemessungsrelevante Zugkraft entspricht der Horizontalkomponente von
NR,d. Zusätzlich wird die Verbindung auf geringe Momentenbeanspruchungen ausgelegt, da diese
z. B. aufgrund von exzentrischen Krafteinleitungen nicht ausgeschlossen werden können.
Der neue Sparrenfuß wird mit einem stehenden Blatt und Passbolzen an den Bestand
angeschlossen. Die Drucknormalkräfte werden über Kontaktdruck an den Stirnholzflächen
übertragen. Um die hier immer auftretenden Biegemomente aufnehmen zu können, ist eine
ausreichende Blattlänge zu wählen. Die Berechnung des zu übertragenden Biegemomentes kann
auf der sichern Seite liegend an einem statisch bestimmten, schräg liegenden Einfeldträger
erfolgen. Für diese Berechnung ist vorab eine Lastaufstellung (Eigengewicht, Schnee, Wind)
erforderlich.
K - 14
5
Nicht fachgerechte Instandsetzungen
Im Rahmen dieses Abschnittes werden nicht fachgerechte Instandsetzungen aus der Altstadt von Graz
(mind. 2/3 aller gezeigten Beispiele) und aus Schloss Hainfeld zwecks Sensibilisierung gezeigt. Auf
die konkreten Mängel wird jeweils eingegangen.
5.1
Definition
Eine nicht fachgerechte Instandsetzung liegt vor, wenn mind. eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:
- neue Bauteile oder Verbindungen/Verbindungsmittel sind offensichtlich unterdimensioniert
- bestimmte existierende Beanspruchungen können von der Instandsetzung nicht aufgenommen
werden
- statisch wesentliche Bauteile wurden ohne adäquaten Ersatz entfernt
5.2
Exkurs: Tragverhalten von Kehlbalkendächern
Kehlbalkendächer mit Stühlen werden seit mindestens 100 Jahren nur noch ein Einzelfällen errichtet
(siehe [40]). In der Ausbildung angehender Zimmermeister spielen diese Tragwerke daher praktisch
keine Rolle mehr. Allerdings sind diese Tragwerke in Kombination mit Hängesäulen die
vorherrschenden Dachwerke im Barock. Mindestens 2/3 aller Dachtragwerke in der Altstadt von Graz
gehören zu dieser Gruppe. Daher wird hier kurz auf das prinzipielle Tragverhalten von
Kehlbalkendächern mit Stühlen eingegangen. Näheres siehe [41].
Vo
ll
ge
spä
rr
e
Ab etwa 1300 wurde damit begonnen, die Montage von Kehlbalkendächern durch Arbeitsplattformen
auf Kehlbalkenhöhe, sogenannten Stühlen zu erleichtern. Diese wurden entwicklungsgeschichtlich zu
einem Bestandteil des Dachwerks (siehe Abb. 5.1). Allerdings basiert auch die Tragwirkung eines
Kehlbalkendaches mit liegendem Stuhl und ausgewechselter Bundtramlage auf dem Prinzip des
unverschieblichen Dreiecks in jedem Gespärre. Somit werden im Unterschied zu einem Pfettendach an
jedem Sparrenfußpunkt auch horizontale Kräfte in die Stichbalken oder Bundträme übertragen. (vgl.
[41]) Existieren in den Leergespärren keine Bundträme, werden die Horizontalkräfte über die
Biegetragwirkung der Mauerbänke und Wechselbalken in die Bundträme der Vollgespärre übertragen.
Dieses, sich von der Tragwirkung eines Pfettendaches grundlegend unterscheidende Verhalten muss
bei der Konzeption von Instandsetzungen unbedingt berücksichtigt werden.
Kehlbalkendach
liegender Stuhl
Stuhlwand
Bundtram
Bundtramwechsel
Leergespärre
Abb. 5.1:
K - 15
Links: schematische Darstellung eines Kehlbalkendaches mit stehendem Stuhl,
Rechts: realitätsnahe Darstellung eines KD mit liegendem Stuhl.
5 Nicht fachgerechte Instandsetzungen
5.3
Zugänglichkeit und Reinigung
Voraussetzung für die Schadenserfassung und alle Instandsetzungsarbeiten ist ein von Bauschutt und
Verkleidungen etc. befreiter Dachraum und besenreine Konstruktionsglieder.
SO NICHT!
Abb. 5.2:
Links: verschmutzte Bauhölzer, Rechts: verschmutzte Dippelbaumdecke.
Um die Belüftung und Zugänglichkeit für Inspektionen im besonders schadensgefährdeten
Fußpunktsbereich sicherzustellen, wird unbedingt empfohlen, auf schräge Verbretterungen wie in
Abb. 5.3 zu verzichten.
NICHT EMPFOHLEN!
Abb. 5.3:
Instandsetzung mit schrägen Verbretterungen und Hängestäben.
K - 16
5.4
Bundträme
Die Bundträme von Kehlbalkendächern wirken unter anderem als ein die Gespärre schließendes
Zugband und dürfen daher nicht ersatzlos gekappt werden (siehe Abb. 5.4).
Die Biegetragwirkung des Bundtrams sollte insbesondere im Falle von Dachvorständen unbedingt
erhalten werden (siehe Abb. 5.5). Damit die Horizonalkräfte an den Sparrenfußpunkten ohne
neuerliche Verformungen aufgenommen werden können, sind spannbare Verbindungen
empfehlenswert.
SO NICHT!
Abb. 5.4:
Ersatzlos gekappte Bundträme in einem Kehlbalkendach.
SO NICHT!
Abb. 5.5:
K - 17
Instandsetzung der Bundträme mit an Stahllaschen angeschlossenen, neuen Konstruktionsgliedern.
5.5
Sparren- (und Stuhlsäulen)fußpunkte
An den Sparrenfußpunkten von Kehlbalkendächern werden – im Gegensatz zu Pfettendächern – auch
Horizontalkräfte übertragen. Fehlen die entsprechenden Konstruktionsglieder und/oder Verbindungen
für deren Aufnahme, werden die Horizontalkräfte über Reibung vom Mauerwerk aufgenommen, oder
es treten Verschiebungen auf, bis das Tragwerk durch Lastumlagerungen einen neuen
Gleichgewichtszustand erreicht hat. Beide Effekte können zu Schäden im Mauerwerk (Risse) und zu
Folgeschäden im Dachwerk führen.
SO NICHT!
SO NICHT!
Abb. 5.6:
5.6
Nicht fachgerechte Sparrenfußpunkte (rechts vgl. [10] S. 202).
Mauerbänke und Wechselbalken
Mauerbänke und Wechselbalken von Kehlbalkendächern erhalten aus dem Horizontalschub der
Sparren auch bedeutsame horizontale transversale Querkräfte und Biegemomente. Das
Biegetragvermögen dieser Stäbe ist daher im Rahmen einer Instandsetzung wiederherzustellen.
SO NICHT!
Abb. 5.7:
Der Wechselbalken wurde ersatzlos entfernt und die Mauerbank mehrfach gestückelt.
K - 18
5.7
Querschnittsverstärkungen
Zumindest der ursprüngliche tragende Querschnitt sollte wiederhergestellt werden.
SO NICHT!
SO NICHT!
Abb. 5.8:
5.8
Nicht fachgerechte Querschnittsverstärkungen mit seitlichen Laschen, Links: ohne Kommentar, Mitte: Laschen in Feldmitte stumpf gestoßen, Rechts: Sparren gebrochen und mit (viel zu) dünnen Laschen verstärkt.
Exzentrizitäten
Zusätzliche Exzentrizitäten können zu Zusatzbeanspruchungen und Verdrehungen von
Konstruktionsgliedern führen. Beides kann Folgeschäden wie mechanische Brüche oder sich lösende
Verbindungen („Herausdrehen“) zur Folge haben.
SO NICHT!
Abb. 5.9:
K - 19
Links: Sparrenfußpunkt an den Aufschiebling „hochgehängt“, Rechts: Sparren einseitig angelascht.
5.9
Passgenauigkeit von Verbindungen
Um eine einwandfreie Kraftübertragung zu gewährleisten, sind sämtliche, kräfteübertragende
Kontaktflächen passgenau auszuführen.
SO NICHT!
Abb. 5.10: Nicht ausreichend passgenaue Verbindungen (rechts vgl. [10] S. 153).
5.10 Verbindungsmittel
Beim Einsatz mechanischer Verbindungsmittel sind die norm- und zulassungsgemäßen Randabstände,
Eindrehwinkel, Abmessungen und Verankerungslängen zu berücksichtigen. Vollgewindeschrauben
sind Teilgewindeschrauben vorzuziehen.
SO NICHT!
SO NICHT!
Abb. 5.11: Links und Mitte: statisch unwirksame Teilgewindeschrauben (Eindrehrichtung falsch und Verankerungslänge unzureichend), Links: zu geringer Unterlagsscheibendurchmesser.
5.11 pilzgeschädigte Bauhölzer
Infolge von Pilzbefall (Braunfäule, Weißfäule, Moderfäule) geschädigte Bauhölzer sind über den
sichtbaren Befall hinaus gesund zu schneiden. Erfolgt dies nicht, besteht die Gefahr, dass es bei einer
neuerlichen Durchfeuchtung zu einer umso schnelleren Zerstörung der Bauhölzer (auch der neu
eingebauten) kommt.
K - 20
SO NICHT!
Abb. 5.12: Links: im Bestand verbliebener, pilzgeschädigter Bundtram, Rechts: im Bestand verbliebene pilzgeschädigte Hölzer im Knotenbereich, fehlende Wiederherstellung der Kraftübertragung.
5.12 biegesteife Verbindungen
Wenn auf Biegung beanspruchte Konstruktionsglieder – z. B. Sparren und Stuhlsäulen – mehr als nur
im unmittelbaren Knotenbereich Substanzverlust aufweisen, sind biegesteife Stöße anzuordnen. In der
Regel sind liegende Blätter aufgrund ihrer Querschnittsschwächung und der Gefahr des Aufspaltens
der Hölzer infolge Querzug zu vermeiden.
SO NICHT!
Abb. 5.13: Links: liegendes Blatt an einem Sparren, Rechts: liegendes Blatt an einer Stuhlsäule.
K - 21
5.13 Schwächungen
Instandsetzungsmaßnahmen sollten nicht dazu führen, dass Stäbe oder Verbindungen unzulässig stark
geschwächt werden.
SO NICHT!
Abb. 5.14: Links: Ausklinlung des Bundtrams (Gefährdung durch Querzugversagen),
Rechts: Vorholz des Zapfens zwischen Sparren und Bundtram gekappt.
5.14 Belastung der Decken
Die Belastung der obersten Geschoßdecke durch Abstützungen des Dachwerks ist zu vermeiden.
SO NICHT!
Abb. 5.15: Nachträgliche Abstützung des Dachwerks auf die Dippelbaumdecke.
K - 22
5.15 „Flickwerk“
Aufgrund von Schäden und nicht fachgerechten Instandsetzungen in der Vergangenheit kommt es in
manchen Fällen zu „Flickwerk“ (Abb. 5.16). Wenn die Instandsetzungsversuche das in Abb. 5.16
gezeigte Ausmaß erreichen, wird anstatt der Instandsetzung die Neuerrichtung der betroffenen
Bereiche empfohlen.
SO NICHT!
Abb. 5.16: „Flickwerk“ in einem Ichsen-Turm-Anschlussbereich.
5.16 Neudeckung ohne Instandsetzung
In der Praxis kommen immer wieder Neudeckungen vor, ohne dass offensichtliche Schäden und
Mängel behoben werden. Die ausführenden Handwerker sollten jedoch – um sich selbst abzusichern –
unbedingt von der normgemäßen Prüf- und Warnpflicht schriftlich gebrauch machen.
SO NICHT!
Abb. 5.17: Neue Lattung und Deckung, ohne dass Schäden oder Mängel des Tragwerks behoben wurden.
K - 23
5.17 Dachbodenausbauten
Wenn der Ausbau eines Dachraumes die weitgehende Zerstörung des Bestands erfordert, stellt sich die
Frage, ob die verbleibenden „Tragwerksfragmente“ nicht gänzlich entfernt werden sollten (siehe
Abb. 5.18 und Abb. 5.19).
SO NICHT!
Abb. 5.18: Tragwerksveränderungen im Zuge eines Dachbodenausbaues, Links: Stuhlsäule und Rähm entfernt,
Sparren gekappt, Rechts: Rähm, Brustriegel und Streben entfernt, Sparren gekappt.
SO NICHT!
Abb. 5.19: Tragwerksveränderungen im Zuge eines Dachbodenausbaues, Links: Stuhlwand entfernt, Rechts:
Kopfbänder entfernt.
K - 24
6
Musterdetails und Fallbeispiele
6.1
Motivation und Einschränkungen
Ziel der sechs „Runden Tische“ der Zimmermeister an der TU Graz war die Diskussion von
Instandsetzungslösungen aus der Literatur (siehe Abschnitt 3) und der Praxis (siehe Abschnitt 6.2)
sowie die Entwicklung neuer Musterdetails. Letztere werden hier exemplarisch vorgestellt.
Die vorgestellte Details sollen helfen, die Qualität von Instandsetzungslösungen zu verbessern. Es wird
jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jedes der hier vorgestellten Details nur an den Bestand
angepasst angewandt werden kann. Die Geometrie des Bestands und der Schadensumfang sind immer
unterschiedlich, sodass eine Instandsetzung nur auf Grundlage eines konkreten Objektes geplant
werden kann. Daher wird den folgenden Details jeweils die konkrete Aufgabenstellung vorangestellt.
In Ergänzung zu den in Abschnitt 2 angegebenen Empfehlungen wird hier anhand eines Beispiels
nochmals auf die Konzeption von Instandsetzungslösungen eingegangen. Als Beispiel wird die
Aufhängung eines Bundtrams an eine Hängesäule gewählt. Für diese Verbindungen wurden bereits
sehr früh (etwa ab dem 15. Jh.) schmiedeeiserne Bänder verwendet, welche aus heutiger statischer Sicht
oftmals deutlich unterdimensioniert sind. Abb. 6.1 Links zeigt die Lösung mit Blechformteilen und
Schraubbolzen. Wesentlich bestandsschonender ist die in Abb. 6.1 Mitte und Rechts gezeigte Lösung
mit Einpressdübeln, angeschweißten Gewindestangen und Gegenplatte. Letzteres Detail vermeidet
elegant Fügungsprobleme mit dem Bestand. Da nicht zu erwarten ist, dass alle Bundträme und
Hängesäulen gleich breit sind, sind bei der Blechformteillösung entweder Einzelanfertigungen
notwendig oder unterschiedliche Klaffungen zwischen Blech und Holz zu erwarten. Zudem kann der
Bundtram nicht durch Spannen der Gewindestangen an die Hängesäule gezogen werden. Die Lösung
von Abb. 6.1 Mitte und Rechts sollte daher unbedingt bevorzugt werden.
Sind auf der Unterkante der Bundträme Decken aufgehängt ist die Zugänglichkeit der
Bundtramunterseite nicht gegeben. In diesen Fällen kann das in Abb. 6.1 Mitte und Rechts gezeigte
Detail so modifiziert werden, dass anstatt der Gewindestangen und der Gegenplatte selbstbohrende
Teilgewindeschrauben zur Anwendung kommen.
Abb. 6.1:
K - 25
Aufhängung des Bundtrams, Links: mit Blechformteil ([10] S. 56), Mitte und Rechts: mit Einpressdübel, Gewindestangen und Gegenplatte [54].
6 Musterdetails und Fallbeispiele
6.2
schräge Verbretterungen
In der Praxis sind in Graz häufig schräge Verbretterungen für die Instandsetzung von Sparren- und
Stuhlsäulenfußpunkten anzutreffen (siehe Abb. 6.2). Diese werden ausdrücklich aufgrund folgender
Gründe nicht empfohlen:
- Die Inspektion und Wartung der Fußpunkte wird erheblich erschwert bis unmöglich gemacht.
- Die Belüftung der tragenden Konstruktionsglieder wird verschlechtert.
- Normalkräfte in den schrägen Verbretterungen führen zu zusätzlichen Biegebeanspruchungen in
den Sparren bzw. Stuhlsäulen.
- Die Verbindung ist deutlich nachgiebiger als der ursprüngliche Zustand.
- Die Abtragung vertikaler Kräfte muss entweder von den ursprünglichen Bauteilen oder von
zusätzlichen Sattelhölzern gewährleistet werden.
- Im Falle von nicht gleich breiten Hölzern (häufig ist z. B. der Bundtram deutlich breiter als die
Sparren) sind zusätzliche Futterhölzer anzuordnen, welche die Nachgiebigkeit der
Gesamtverbindung weiter erhöhen.
- An Stuhlsäulenfußpunkten kann es zur räumlichen Kollision von Verbretterung und
Stabanschlüssen der Stuhlwand kommen.
NICHT EMPFOHLEN!
Abb. 6.2:
6.3
Instandsetzungen mit seitlich aufgebrachten, schrägen Verbretterungen.
Musterdetails für Sparren- und Stuhlsäulenfußpunkte
6.3.1 Verstärkung im Nordtrakt von Schloss Eggenberg
In den Dachwerken (Kehlbalkendächer mit liegenden und stehenden Stühlen) von Schloss Eggenberg
werden seit dem Hofburgbrand in Wien regelmäßig Inspektionen und Wartungsmaßnahmen
durchgeführt. Brandabschnitte wurden eingefügt und mit der systematischen Reinigung und
Instandsetzung der Tragwerke wurde begonnen (Dachraum siehe Abb. 6.3).
Im Rahmen des Forschungsprojekts D(N)achhaltigkeit Graz wurde im Nordtrakt des Objekts erstmals
eine gründliche Bestands- und Schadenserfassung durchgeführt. Es zeigte sich, dass bereits zahlreiche
Fußpunkte in der Vergangenheit instandgesetzt wurden (siehe Abb. 6.3). Deren Tragsicherheit wird
aufgrund von zum Teil erheblichen Klaffungen angezweifelt. Daher wurde ein Vorschlag für die
Verstärkung der betroffenen Knoten ausgearbeitet (siehe Abb. 6.4).
K - 26
Abb. 6.3:
Links: Ansicht aus dem Dachraum,
Rechts: in der Vergangenheit instandgesetzter Stuhlsäulenfußpunkt.
Aufschiebling
Sparren
Stuhlsäule
50°
Klammern
(schematisch)
Mauerbank
Vollgewindeschrauben
3-4 Stk. nebeneinader
Stahlwinkel
Schraubbolzen
Knagge
Bundtram
3 Stk. Einlassdübel
Mauerwerk
Abb. 6.4:
Instandsetzungsvorschlag Schloss Eggenberg.
Der Vorschlag (siehe Abb. 6.4) sieht vor, auf den Bundträmen Knaggen mit Stahlwinkeln schubsteif
mittels z. B. Einlassdübeln anzubringen. Von diesen, aus dicken Stahlblechen gekanteten, Winkeln
werden selbstbohrende Schrauben in den Stuhlsäulen- und Sparrenfußpunkt eingedreht. Diese sind
statisch so ausgelegt, dass bei Erreichen der Traglast zuerst der Stahlwinkel ins Fließen gerät und erst
danach die Schrauben versagen. Durch die Biegung der Stahlwinkel kann abgeschätzt werden, ob die
Verstärkung hoch belastet wird.
K - 27
6.3.2 (Additive) Instandsetzung der Fußpunkte im Zeughaus
Auch beim Dachtragwerk des Zeughauses handelt es sich um ein Kehlbalkendach mit liegendem Stuhl
(siehe Abb. 6.5). Die Bundträme wurden im Unterschied zu Schloss Eggenberg in die
Dippelbaumdecke integriert. Sämtliche nordseitigen Sparren- und Stuhlsäulenfußpunkte wurden in der
Vergangenheit instand gesetzt. In jedem Vollgespärre unterscheiden sich die Ausbildungen (siehe
Abb. 6.6). In einem Stuhl existiert keine horizontalkräfte–übertragende Verbindung mit der Decke,
sodass Horizontalverschiebungen auftraten infolge dessen sich das Rähm um rund 20 cm absenkte.
Abb. 6.5:
Ansichten aus dem Dachraum.
Abb. 6.6:
In der Vergangenheit instandgesetzter Stuhlsäulenfußpunkt.
K - 28
Aufschiebling
Sparren
Stuhlsäule
Vollgewindeschrauben
Distanzholz (konstruktiv)
U-Profil
Zugstange
Mauerbank
Sattelholz
Bundtram/Dippelbaumdecke
Mauerwerk
Abb. 6.7:
Instandsetzungsvorschlag Zeughaus.
Eine zimmermannsmäßige „Reparatur“ der Knoten ist zwar möglich, aber aufgrund der in die
Dippelbaumdecke integrierten Bundträme besonders aufwendig. Daher wird hier eine „statische
Sicherung“ vorgeschlagen.
An die Stuhlsäulenfußpunkte werden dickwandige Stahl-U-Profile mit selbstbohrenden
Vollgewindeschrauben angeschlossen (siehe Abb. 6.7). An diese mit Steifen ausgesteiften U-Profile
wird jeweils eine Langmutter angeschweißt, in welche die Stahlzugglieder eingedreht werden. Die
Stahlzugglieder werden mit einem vorspannbaren Koppelungsstück in Feldmitte gestoßen.
Da der Dachraum nicht genutzt wird, stellen die in etwa 20 cm über dem Boden verlaufenden
Stahlzugglieder keine Behinderung dar. Sollte eine Nutzung vorgesehen sein, ist eine Verhängung der
Stuhlsäulenfußpunkte in die Dippelbaumdecke vorzusehen.
K - 29
6.4
Musterdetails additiver Instandsetzungen
6.4.1 Stift Zwettl – Bibliothek
Kehlbalkendächer mit asymmetrischen liegenden Stühlen sind keine Seltenheit. Solche Tragwerke
wurden immer dann errichtet, wenn z. B. asymmetrische Mittelmauern zur Lastabtragung genutzt
werden sollten, einseitige Dachvorstände und/oder Dachneigungen oder Walmdachflächen ausgebildet
werden sollten. In allen Fällen entspricht der Stuhl keiner Stützlinie für symmetrische Belastungen.
Verbunden mit der großen Nachgiebigkeit und dem geringen Zugtragvermögen der meisten
Verbindungen kam es daher in zahlreichen dieser Tragwerke zu großen Verformungen. Als Beispiel
hierfür kann beispielsweise der Bibliothekstrakt von Stift Zwettl genannt werden (siehe Fig. 6.8).
Analoge Phenomäne treten allerdings auch in Schloss Hainfeld und Schloss Eggenberg auf.
Sparren
Rähm
Abb. 6.8:
Sp
verformte
Figur
Stahlz
ugglie
der
Stuh
lsäu
le
Rähm
Kehlbalken
n
re
r
a
Vollgespärre
Kehlbalkendach mit asymmetrischem liegendem Stuhl.
Für die Instandsetzung wird hier vorgeschlagen, vorspannbare Stahlzugglieder (ein Paar je
Vollgespärre) zwischen dem rechten Stuhlsäulenfußpunkt und dem linken Stuhlsäulenkopf
anzuordnen. Diese Stahlzugglieder können links mittels einer mittigen Bohrung durch das Rähm und
Gegendruckplatte angeschlossen werden, rechts können die Zugglieder mit einseitigen Einlassdübeln
und Passbolzen angeschlossen werden.
Ziel der Stahlzugglieder ist es, den bestehenden, verformten Zustand zu sichern und weitere
Verformungen zu vermeiden. Die Zugstangen werden daher nur soweit gespannt, sodass der gesamte
Anfangschlupf der Verbindungen abgebaut ist und sie nennenswert Kräfte übertragen. Die vollständige
Rücknahme der Verformungen wäre nur dann denkbar, wenn die gesamte Dachdeckung entfernt wird.
K - 30
6.4.2 Franziskanerkirche – Langhaus
Im Beitrag „Bestandserfassungen und Zustandsbericht von Dachwerken im UNESCO-WKE Graz“
wird auf die Geschichte, Bestandsaufnahme und einzelne Schäden des Dachwerks der
Franziskanerkirche eingegangen. Im Rahmen der von 1515–1519 dauernden Umbauarbeiten wurden
sämtliche Hängesäulen auf die Gewölbe abgestellt. Inzwischen liegen zahlreiche Schäden an den
Sparrenfußpunkten vor. Im Zuge derer Instandsetzung sind bedeutende Lastumlagerungen – auch eine
deutliche Erhöhung der Hängesäulenlasten auf die Gewölbe – nicht auszuschließen. Um Folgeschäden
vorab zu vermeiden, das Tragwerk „berechenbar“ zu machen und horizontal zu versteifen, wird das in
Abb. 6.9 dargestellte additive Instandsetzungskonzept (blau) vorgeschlagen.
GespärreAchsabstand: 88 cm
(Mittelwert)
Sparren 18/24–16/19 cm
Hahnenbalken 11/17
(3. Kehlbalken)
Hängesäule 19/22–18/15
2. Kehlbalken
12/18
Stuhlsäule
17/22
Rähm
15/17
1. Kehl=
balken
12/18
14,1 m
Strebe 18/22–13/18
Hängestrebe13/17
Rähm 15/17
Hängewand
Stuhlwand
Rähm
11/15
Rähm
13/16
Bundtram
20/29
16,7 m
Abb. 6.9:
Mauerbank 26/16
Kehlbalkendach mit Hängesäule und Hängestreben.
Das Konzept sieht vor, in jedem Vollgespärre (= jedes zweite Gespärre) zwei neue Stützen auf die
Mittelauflager aufzustellen und diese mit Schraubbolzen mit dem Bestand zu verbinden. Die beiden
Stützen werden mit horizontalen Druckriegeln verbunden. Fachwerksartig angeordnete
Stahlzugglieder führen einerseits zu einer deutlichen Versteifung des Tragwerks für asymmetrische
Belastungen, andererseits können damit die Hängesäulen entlastet werden. Ein vollständige Entlastung
der Gewölbe wäre möglich, wird jedoch nicht empfohlen da mit Rissbildung im Gewölbe zu rechnen
ist.
Nach dem Einbau des erläuterten Fachwerksystems werden sämliche Schäden an den
Sparrenfußpunkten repariert. Der gesamte Instandsetzungsvorschlag kann daher als Mischform aus
Reparatur und statischer Sicherung bezeichnet werden.
K - 31
6.5
Fallbeispiel Palais Herberstein
6.5.1 Einführung
Das Bauwerk wird im Jahre 1602 durch Zusammenlegung zweier Bürgerhäuser aus dem 16.
Jahrhundert als Stadtpalais der Fürsten von Eggenberg erbaut. Nachdem die männliche Linie der
Eggenberger erloschen ist, kommt es 1742 in den Besitz der Grafen von Herberstein. Zwischen den
Jahren 1754 und 1761 findet ein Umbau und eine Innengestaltung nach Plänen von Joseph Hueber statt.
Dabei werden die Zimmer im zweiten Obergeschoss erhöht. Als Folge dieser Maßnahmen kann man
im Dachboden einen deutlichen Niveauunterschied und verbliebene, niedrigere Sparren an den beiden
Giebelseiten erkennen. Seit 1939 ist das Palais im Besitz des Landes Steiermark, welches 1941 die
Nobeletage im 2. Obergeschoss zur Neuen Galerie des Landesmuseums Joanneum umgestaltet. In den
Jahren 1977/1978 findet eine Außenrestaurierung des gesamten Bauwerks statt. (vgl. [53]) Im letzten
Jahr wurde das gesamte im Eigentum der Stadtgemeinde Graz befindliche Objekt umfangreichen
Sanierungs- und Restaurierungsarbeiten unterzogen. Ein Großteil der Räumlichkeiten ist der „Neuen
Galerie“ gewidmet.
Bei diesem Bauobjekt handelt es sich um eine dreigeschossige, dreiflügelige Anlage mit zwei
Innenhöfen (siehe Abb. 6.10). Das Dachwerk des Haupttraktes ist ein Kehlbalkendach mit
zweistöckigem, liegendem und zweifach stehendem Stuhl und Hahnenbalken. Der nördliche
Dachwerkabschnitt ist weitgehend mit Zapfenverbindungen ausgeführt, der südliche überwiegend mit
Hakenblättern. Die Dachtragwerke der Nebentrakte können als Kehlbalkendächer mit asymmetrisch
liegenden Stühlen und ein - oder zweiseitigen Dachvorständen bezeichnet werden. Im hier in weiterer
Folge behandelten Südtrakt wurden die Bundträme in die Dippelbaumdecke integriert (siehe
Abb. 6.10).
17. Jh.
HAUPTTRAKT
Mittelmauer
5,1 m
Kehlbalken
Bundträme in die
Dippelbaumdecke integriert
9m
Nachbarhaus (angedeutet)
SÜDEN
SÜDTRAKT
NORDTRAKT
MITTELTRAKT
Abb. 6.10: Links: Dachwerk des Südtraktes, Rechts: Übersicht der Trakte.
6.5.2 Schadensbild (im Südtrakt)
Bereits bei der Erfassung der Geometrie des Tragwerks fiel auf, dass das gesamte Tragwerk auf einer
Länge von über 10 m deutlich nach Süden verkippt ist. Der Abstand zwischen Kehlbalken und
Dippelbaumdecke beträgt südseitig um rund 10 cm weniger, als nordseitig. Die Sparren- und
Stuhlsäulenfußpunkte waren aufgrund der Integration der Bundträme in die Dippelbaumdecke
K - 32
durchwegs nicht sichtbar. Im Rahmen der Schadenserfassung wurde ein Sparrenfußpunkt nach dem
anderen geöffnet und zum Großteil ein kompletter Verlust der Holzsubstanz festgestellt. Die im
Sparrenfußpunktsbereich nachträglich eingebauten (nicht fachgerechten) Sparrenknechte sind typische
Indizien für Schäden in diesem Bereich. Im konkreten Fall waren auch die Auflager der
Dippelbaumdecke massiv geschädigt (siehe Abb. 6.12 rechts) und zum Teil bereits in der
Vergangenheit instand gesetzt worden. Der Einsturz der Decke wurde nur durch die ursprünglich
nichttragende Mittelmauer verhindert, auf welche sich die Decke absenkte. Da das Kehlbalkendreieck
mangels Zugband auf großer Länge nicht mehr kraftschlüssig geschlossen war, ergab die erste
Beurteilung der Zuverlässigkeit „Gefahr im Verzug“.
In einem Bereich von rund 10 m Länge sind acht von neun Sparrenfußpunkte infolge von Pilzbefall
zerstört (siehe Abb. 6.11). Die eingebauten Sparrenknechte sind nicht fachgerecht, da sie keine
Horizontalkräfte in die ebenfalls schwer geschädigten Bundträme übertragen können. Die auftretenden
Horizonalkräfte am Fußpunkt müssen von Mauerwerk und Dachwerk des Nachbarhauses abgeleitet
werden.
Abb. 6.11: Links: Dachraum, Sparrenfußpunkte geöffnet, Rechts: schwer geschädigter Stuhlsäulenfußpunkt.
6.5.3 Instandsetzungsvorschlag
Die Instandsetzung sieht eine getrennte Instandsetzung von Decke und Dachwerk vor (siehe
Abb. 6.12). Die Dippelbaumdecke wird mittels eines auf den tragenden Quermauern aufgelagerten
Überzugs „hochgehängt“. Als Verbindungsmittel eignen sich hierzu Vollgewindeschrauben oder
Schraubbolzen mit großen Unterlagsscheiben.
Die Instandsetzung des Dachwerks sieht vor, die komplett zerstörte, eingemauerte Mauerbank zu
entfernen und den verbleibenden Hohlraum auszumauern. Auf einem neuen Mörtelglattstrich werden
Brettsperrholzblöcke in rund 1 m Abstand aufgelegt. Dazwischen kann Wärmedämmung eingebracht
werden. Dies vermindert bauphysikalische Probleme im Zug der nachträglichen thermischen
Sanierung der Geschoßdecke. Auf den BSP-Blöcken wird ein Kantholz aufgelegt, auf welchem die
Sparren abgestellt werden. Je nach Schädigung der Sparren können zusätzliche Anlaschungen
derselben erforderlich sein. Die am Sparrenfußpunkt auftretenden Horizontalkräfte werden mittels
Stahlzugglieder mit der gegenüberliegenden Dachseite verschlossen. Damit kann auf einfache und
effiziente Weise die Tragwirkung des unverschieblichen Kehlbalkendreiecks wiederhergestellt werden.
K - 33
Aufschiebling
Sparren
beidseitige Laschen
Zugstangen
U-Profil
Passbolzen
geschädigter Dippelbaumkopf
BSH-Träger
BSP-Sockel
Überzug
Schraubbolzen
Bundtram /
Dippelbaumdecke
Mörtelglattstrich
Mauerbank
Mittelmauer
Abb. 6.12: Instandsetzungsvorschlag und geschädigter Dippelbaumkopf, Palais Herberstein.
6.5.4 Umsetzung
Die Umsetzung der im Rahmen der „Runden Tische“ der Zimmermeister an der TU Graz erarbeiteten
Instandsetzungslösung erfolgte durch Landsinnungsmeister DI Oskar Beer. Dieser wird das Projekt und
die Instandsetzungsarbeiten im Rahmen seines Vortrages auf der Tagung vorstellen.
6.6
Fallbeispiel Alte Universität
6.6.1 Einführung
Das Gebäude der Alten Universität in Graz wurde 1607-1609 von den Jesuiten als Priesterseminar
errichtet. Dieser Orden prägte bis zu seiner Auflösung 1773 das geistige, religiöse und kulturelle Leben
in Graz. Die Grundsteinlegung für das Gebäude erfolgte durch den Landesfürsten Erzherzog
Ferdinand II. Die Grundzüge des Universitätsgebäudes blieben bis heute erhalten. Nach dem Umzug
der Universität dienten die Räume von 1905 – 2000 schließlich als Landesarchiv. Seit 2005 erstrahlt
die Alte Universität in neuem Glanz und dient Repräsentationszwecken. (vgl. [1], siehe Abb. 6.13)
Beim Dachwerk handelt es sich um ein Kehlbalkendach mit zweistöckigem, liegendem Stuhl,
Hängesäule und Hahnenbalken (siehe Abb. 6.13). Die liegenden Stuhlwände bestehen aus
Fußschwelle, Brustriegel, Streben und Rähm. Die Verbindungen an den Streben, Kopfbändern und
Kehlbalken sind ausnahmslos gezapft. Das Tragwerk wurde zwischen 1607 und 1609 errichtet (vgl.
[53]) und überspannt rund 19 m.
Im Rahmen eines späteren Umbaus wurden die Hängesäulen unterkeilt, sodass sie sich jetzt auf der
mittigen Pfeilerwand des Gebäudes abstützen. Wie klaffende Streben-Hängesäulenverbindungen
zeigen, hat dies die globale Lastabtragung deutlich verändert. Positive Auswirkungen hatte diese
K - 34
Veränderung auf den Grad der statischen Unbestimmtheit und damit auf die Fähigkeit der Tragwerks,
Kräfte umzulagern. In Folge von wiederholtem Feuchteeintritt an der Traufe und damit verbundener
Holzzerstörung versagte ein Stuhlsäulenfußpunkt (siehe Bild 15). Dank der Unterkeilung der
Hängesäule wirkte diese als Druckstütze und die Kräfte konnten über die Biegetragwirkung der
Hahnenbalken, Kehlbalken und Spannriegel sowie über die Tragwirkung der Stuhlwände
(pfettendachartige Lastabtragung) umgelagert werden.
GespärreAchsabstand: 106 cm
(Mittelwert)
Sparren 22/18–17/14
Hahnenbalken
13/16 cm
2. Kehlbalken 17/15
SÜDEN
Strebe 16/18
Hängesäule 2* 17/16
2. Spannriegel 18/23
2. Kopfband13/19
19/27–30
26/18
1. Spannriegel
19/30
1. Rähm 15/24
1. Kopfband 15/20
(max.
Abmessungen)
1. Stuhlsäule 20/29–34
1. Schwelle 31/23
Bundtram 23/27
15/21
Gewölbeanker
Mauerbank 24/18
10,3 m
2. Brustriegel
15/15
1. Kehlbalken
19/16
16/15
19,2 m
Abb. 6.13: Dachwerk des Haupttraktes (vgl. [40]), Rechts: Ansicht der stirnseitigen Fassade.
6.6.2 Schadensbild
Im Nahbereich an einem Kamin trat aufgrund einer undichten Anschlussverblechung wiederholt
Feuchte ein. Der direkt an den Kamin grenzende Stuhlsäulenfußpunkt (siehe roter Kreis in Abb. 6.13)
des Kehlbalkendaches mit zweigeschoßigem, zweifach liegendem Stuhl wurde in weiterer Folge von
Braunfäule weitgehend zerstört (siehe Abb. 6.14).
Abb. 6.14: Links: Stuhlsäulenfußpunkt nahe dem Kamin, Rechts: zerstörter Knotenpunkt.
K - 35
6.6.3 Instandsetzungsvorschlag
Abb. 6.15 zeigt den ausgearbeiteten Instandsetzungsvorschlag, der nun erläutert wird.
Stuhlsäule b/h = 20/29 cm
stehendes Blatt
Kamin
Sparren b/h = 22/18
Vollgewindeschraube
je zwei Schraubbolzen
Aufschiebling
schräges Blatt
stehendes Blatt
Bolzen
=ca 45°
Schwelle
Passbolzen
stehendes Blatt
Bundtram b/h = 25/23 cm
zweiteilige, neue Mauerbank (18/18 cm)
(mit dem Bestand überlappt und verbolzt)
Mauerwerk
Abb. 6.15: Instandsetzungsvorschlag Alte Universität.
Der Instandsetzungsvorschlag beruht auf der möglichst zimmermannsmäßigen Wiederherstellung des
ursprünglichen Zustandes. Hierzu müssen die ursprüngliche Tragfähigkeit und möglichst auch
Steifigkeit aller Stäbe und Verbindungen wiederhergestellt werden.
Die Biegetragfähigkeit der Mauerbank wird durch die Anordnung von zwei neuen Mauerbänken
ersetzt. Diese Übergreifen mit der bestehenden Mauerbank und werden mehrfach miteinander verbolzt.
Auf die neue Mauerbank wird der neue Bundtramkopf aufgekämmt. Der Anschluss an den bestehenden
Bundtram erfolgt mit einem stehenden Blatt und Passbolzen. Die Länge des stehenden Blattes und der
Passbolzenabstände wird so gewählt, dass zumindest auch geringe Biegemomente übertragen werden
können. Die neue Schwelle wird mit stehenden Blättern und Bolzen mit dem Bestand verbunden.
Darauf wird ein neuer Stuhlsäulenfuß aufgesetzt, welcher mit einem schrägen, liegenden Blatt und
Schraubbolzen mit dem Bestand verbunden wird. Um mindestens die ursprüngliche Tragfähigkeit und
Steifigkeit der Stuhlsäule zu erzielen, wird der neue Sparren zusätzlich mit der Stuhlsäule verschraubt.
Zuletzt wird der neue Sparren mit einem stehenden Blatt an den Bestand angeschlossen und ein neuer
Aufschiebling angebracht.
6.6.4 Umsetzung
Die Umsetzung der im Rahmen der runden Tische der Zimmermeister an der TU Graz erarbeiteten
Instandsetzungslösung erfolgte durch Zimmermeister Josef König. Dieser wird das Projekt und die
Instandsetzungsarbeiten im Rahmen seines Vortrages auf der Tagung vorstellen.
K - 36
Die grobe Abfolge der Arbeiten zeigt Abb. 6.16. Für die Instandsetzungsarbeiten musste ein Teil der
Dachdeckung entfernt werden. Mit Hilfe eines Notdaches wurde sichergestellt, dass während der
Arbeiten kein Niederschlag ins Gebäude gelangen konnte. Besonderes Augenmerk wurde auf die
Unterstellung der Stuhlsäule gelegt. Um die Gewölbe nicht zu belasten, wurden die Hilfsabstützungen
auf Konsolen, die mit Klebeankern im Mauerwerk verankert wurden, abgestützt.
Alle Arbeiten wurden mit einer Zeitrafferkamera aufgenommen. Der – aufs Wesentliche verkürzte –
Film wird im Rahmen der Tagung gezeigt.
01 Schadensbild
02 lokales Entfernen der Dachdeckung
04 neue Mauerbank und Bundtramkopf
03 Hilfsunterstellung einbauen, pilzgeschädigte
Hölzer gesundschneiden
05 neue Schwelle mit stehendem Blatt
06 die fertige Instandsetzung
Abb. 6.16: Ablauf der Instandsetzungsarbeiten.
K - 37
7 Resümee
7
Resümee
Im vorliegenden Beitrag wurde mehrfach darauf hingewiesen, dass umfassende, bestandsschonende
und ökonomische Instandsetzungen umfangreiche Vorarbeiten benötigen. So ist die Zugänglichkeit zu
allen Traggliedern herzustellen und alle Hölzer sind zu reinigen. Sodann hat die Bestands- und
Schadenserfassung sowie eine erste Zuverlässigkeitsbeurteilung zu erfolgen. Erst danach sollten
Instandsetzungsmaßnahmen konstruiert und berechnet werden.
Für die Berechnung von Instandsetzungsmaßnahmen wurde ein auf der Wiederherstellung der
Tragfähigkeit beruhende Vorgehensweise vorgestellt: Hierzu wird die Bemessungstragfähigkeit des
geschädigten Knotens ermittelt und mit diesen Kräften die neuen Bauteile und Verbindungen
bemessen. Eine komplette statische Analyse des Tragwerks, welche im Falle von historischen
Dachwerken mit großen Unsicherheit verbunden wäre, ist hierzu nicht erforderlich.
Weiters wurde eine große Zahl nicht fachgerechter Instandsetzungen in Dachwerken aus der Altstadt
von Graz und aus Schloss Hainfeld gezeigt. Bedauerlicherweise überwiegen in Graz derzeit diese
Lösungen. Einzelne vorbildliche Lösungen konnten im Rahmen der „Runden Tische“ der
Zimmermeister an der TU Graz entwickelt und in die Praxis umgesetzt werden. Diese wurden in
Abschnitt 6 vorgestellt.
Letztlich zeigt der Beitrag, dass in der Aus- und Weiterbildung von Zimmermeistern, Denkmalpflegern
und Ingenieuren vermehrt Wissen und Kenntnisse im Umgang mit historischen Dachwerken gelehrt
werden sollten, um schwerwiegende Fehler zu vermeiden und die Dachlandschaft von Graz dauerhaft
zu erhalten.
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K - 42
L Instandsetzung der Johanniskirche in Göttingen
J. Götz
DI Jürgen Götz
L-1
1972
Abschluß des Bauingenieurstudiums an der TU Dresden
seit 1990
Selbstständig mit dem Ingenieurbüro Dipl.-Ing. Götz & Ilsemann
1 Geschichte
Zusammenfassung
Die doppeltürmige Johanniskirche ist in ihrer Mächtigkeit stadtbestimmend für Göttingen. Beide
Türme zeigten im Jahr 2000 gravierende Standsicherheitsschäden an den hölzernen Turmhelmen und
dem oktogonalen Natursteinmauerwerk. Nach abgeschlossener Sanierung 2005 zerstörte eine
Brandstiftung den Nordturm. Im selben Jahr erfolgte die Rekonstruktion mit 250 Jahre altem
Eichenholz.
Das Kirchenschiffdach, eine fünfgeschossige Kehlriegelkonstruktion aus Eichenholz aus dem 14. Jhd.,
ist zum großen Teil erhalten, jedoch durch Kriegseinwirkungen 1945 geschädigt. Vor der Wiedereindeckung in den 1950-er Jahren wurde die Urkonstruktion verändert. Mangelhafte Längsaussteifung
sorgte für permanente Schäden an der Ziegeleindeckung.
In Vorbereitung der Instandsetzung, 2006, erfolgte ein verformungsgerechtes Aufmaß. Der Dachstuhl
wurde als eine Kehlriegelkonstruktion mit 26 Gebinden, jeweils in Bundbalkenachse, B/H = 18 m/
15 m, DN = 60 Grad, zurückgeführt. Für die Windbelastung wurde das Prinzip der Nachbarschaftshilfe
mit betrachtet. Denkmalpflegerisch war der weitgehende Bestand der ca. 650 Jahre alten
Konstruktionsglieder vorrangig. Abgängige Konstruktionsglieder wurden mittels Stoßausbildung an
die historische Substanz angeschlossen. Gesunde Kehlriegel erhielten, teilweise gekoppelt, neue
Balken. Die Dachschalung bildet den größten Längsstabilitätsanteil. Der Abbund erfolgte auf einer
Arbeitsebene in Traufhöhe vor der Kirche und auf der Bundbalkenebene.
Aufmaß, Technisch-Konstruktive,- und Ausführungsplanung, Ausschreibung, sowie Bauleitung und
Abrechnung lagen in der Verantwortung vom Hildesheimer Büro Götz & Ilsemann.
1
Geschichte
Göttingen, ehemals Gutingi, die Universitätsstadt im Norden Deutschlands, berühmt geworden durch
Professoren wie G.C. Lichtenberg, Gauß, Weber und vielen anderen, hat eine bewegende
Gesellschafts- und Baugeschichte (Abb. 1.1 links). Mitten in der alten Marktsiedlung und frühen Stadt
sind drei Kirchen prägend: St. Johannis, St. Jakobi mit dem höchsten Turm und St. Nikolai (Abb. 1.1
rechts) [1].
St. Johannis hat mindestens zwei Vorgängerbauten. Von der romanischen Grundsubstanz ist noch das
Rundbogenportal aus 1245 erhalten. Als Baumaterial diente Muschelkalkstein (Wellenkalk vom nahe
gelegenen Hainberg) und Buntsandstein aus Eddigehausen, Reinhausen sowie Gartetal. Der heutige
Baukörper begann 1290 im Westen mit der doppeltürmigen Anlage und endete 1400 mit dem Einzug
der Stadtwächter im städtischen Nordturm. Beide Türme waren mit einer Brücke verbunden, die
verfiel. Im 18. Jhd. erfolgte deren Abriss (Abb. 1.1 rechts).
Mitte des 14. Jhd. konnte das Mittelschiff eingewölbt werden [3]. Das ist der technisch-optische Beleg
[2] neben dem dedrochronologischen Nachweis für das Alter des nachfolgend zu beschreibenden
fünfgeschossigen Kehlriegeldachstuhls. Auf spätere Änderungen, u.a. im ausgehenden 18. und die im
19. Jhd. durch C. W. Hase, wird hier nicht weiter eingegangen.
Im Zweiten Weltkrieg deckten Luftminen die Dachflächen des Mittelschiffes weitgehend ab (siehe
Abb. 1.2). Ca. acht Jahre schützte eine vorgenommene Noteindeckung nur unzureichend gegen das
Wetter. In den 1950er Jahren sicherte man die Dachkonstruktion durch konstruktive Änderung zum
Pfettendach ohne hinreichende Längsaussteifung. Die Ziegeleindeckung nahm jährlichen Schaden.
L-2
Kapitel L: Instandsetzung der Johanniskirche in Göttingen
Abb. 1.1:
Links: Stadtplan der mittelalterlichen Stadt Göttingen [Schütte, Jahre, 1984, S.22].
Rechts: Süd- und Nordturm des Westwerkes im Jahr 2000.
Abb. 1.2:
St. Johanniskirche Süddach; Kriegseinwirkungen mit Brandschäden [Stadtarchiv Göttingen].
2
Türme und Westwerk
Beide Turmhelme sind in den 1970-er Jahren instandgesetzt worden. Beton hielt man nach wie vor für
ein überall anzuwendendes, geeignetes Material zur Sicherung der Turmköpfe. Sparrenfüße nebst
Aufschieblingen und Schwellen verschwanden in Beton (siehe Abb. 2.1).
L-3
2 Türme und Westwerk
Abb. 2.1:
Einbetonierte Schwellen und Sparrenfüße des barocken Turmhelms.
Im Jahr 2000 begann die ca. 10 Mio € umfassende Sanierung der St.Johanniskirche (Abb. 2.2).
Abb. 2.2:
v. l. n. r.: Muschelkalk im Westwerk, Buntsandstein für die Oktogonaltürme [7]; die eingerüsteten
Türme – der Südturm mit Dunkelstrahlheizung als Winterbaumaßnahme [8]; der Nordturm mit
schadhafter Schiefereindeckung; Südturmlaterne mit schadhafter Schieferdeckung.
14 Tage vor Übergabe der restaurierten Türme, in der Nacht vom 22. zum 23. Januar 2005, setzten zwei
Jugendliche den Nordturm in Brand. Ein Schaden von 3 Mio. € war die Folge (Abb. 2.3). Das
Mauerwerk, bis 6 m unter dem Turmkopf in seinem Gefüge thermisch gestört, musste abgetragen
werden. Einen enormen Aufwand stellten der Abriss- und die Entsorgungskosten des kontaminierten
Bauschuttes dar. Der Turmhelm mit Laterne wurde aus zweitverwendetem 250 Jahre altem Eichenholz
vom Abriss eines Loireschlosses 2005 wieder neu errichtet. Für die Rekonstruktion mussten die derzeit
geltenden Normen angewandt werden. Aus der Zusammenarbeit mit einem sehr diskussionsoffenen
Prüfingenieur konnten die historischen Abmessungen, mit neuartigen Verbindungsmitteln, weitgehend
erhalten bleiben.
Der Brand verursachte für die Kirche eine Bauzeitverlängerung von einem Jahr, bei 3 Mio. €
Mehrkosten.
L-4
Abb. 2.3:
v. l. n. r.: Brand des Nordturms am 23.01.2005 bei -6°C. Der Sturm verursacht Funkenflug zum Kirchenschiff [9]; Der völlig zerstörte Nordturm nach der Brandnacht [10]; Beim Abnehmen der Turmspitze lodert das Feuer erneut auf [11].
3
Kirchenschiff
3.1
Konstruktionsbeschreibung
Die fünfgeschossige Kehlriegelkonstruktion hat die äußeren Abmessungen Höhe zur Breite von 15 m
zu 18 m bei einer Dachneigung von  = 60 Grad und einem Gespärreabstand von ca. 1,20 m (siehe
Abb. 3.1 und Abb. 3.2). 26 Gebinde stehen in Nord-Süd-Richtung. Die Achsen 1 bis 18 sind höhenverschieden von denen der Achsen 19 bis 26.
Abb. 3.1:
L-5
Verformungsgerechtes Aufmaß der Bundbalkenebene.
3 Kirchenschiff
Abb. 3.2:
Verformungsgerechtes Aufmaß von Gespärre 8 und 23.
L-6
Die Kurzbeschreibung der Konstruktion ist wie folgt erklärt (Abb. 3.2 unten):
Die Bundbalken überspannen das dreischiffige Kirchenschiff als Vierfeldbalken. In der Firstachse
bilden Hängesäulen ein mittiges Auflager für die Bundbalken. Schrägstreben leiten die Kräfte
auflagernah in die Deckenbalken. Alle Sparren besitzen Aufschieblinge. Die Sparrenstöße ergaben sich
aus verfügbaren Holzlängen der nutzbaren Bundbalkenebene für die Richthöhe der Gespärre im 14.
Jhd. (Abb. 3.3). Beim Richten sorgte das Eigengewicht für eine bleibende Verformung. Die Bundbalkenebene ließ vom 19. Gespärre an nur noch geringere Sparrenlängen zu.
Abb. 3.3:
Verformungsgerechtes Aufmaß der Sparrenebene Süd.
Durch Fäulnis der Balkenköpfe, Schwellen und Sparrenfüße senkte sich der Traufbereich aller Sparren
und damit auch die äußeren Kehlriegelknoten an den Sparren ab (Abb. 3.4). Die Kehlriegelanbindung
an der mittigen Hängesäule gab nicht nach, so dass sich die Kehlriegel zum nach oben gewölbten
Bogen spannten und die Hängesäulen zu Druckgliedern konvertierten. Gebrochene Sparrennägel,
ausgeformte Sassen und dergleichen sind die Folge.
3.2
Aufmass
Der Bedeutung des etwa 650 Jahre alten, geschädigten Tragwerks angemessen, sollte ein
verformungsgerechtes Aufmaß der Klasse 2 bis 3 gefertigt werden [4]. Planunterlagen waren nicht
gegeben, Versuche mit digital gestützten Tachymetergeräten schlugen fehl. Die Sichtschatten
erforderten einen zu häufigen Standortwechsel des Gerätes und die schleifenden, sehr spitzen
Vertikalwinkel ergaben zu ungenaue Abmessungen für die vielfach gerundeten Querschnitte. Zudem
boten die Schwingungen der Bundbalken infolge sich bewegender Personen stark beeinflussende
Störungen. So wählten wir die traditionelle Aufmassmethode [5].
L-7
3 Kirchenschiff
Abb. 3.4:
v. l. n. r.: Gespärre 26; Schwalbenschwanz Kehlriegelebene 5; gebrochener Kehlriegel am Hängestiel, der durch Schäden der Sparrenfüße zum Druckstab wurde; Gespärre 26 – Schwalbenschwanz
Kehlriegelebene 5 mit Holzfehlstellen.
Jedes zweite Feld erhielt in 5 Lagen Rüstebenen, von denen zwei Gespärre sich erfassen ließen. Auf
den winklig zueinander stehenden Giebelwänden setzte der Geodäter jeweils 7 Messnägel. Gespannte
Schnüre, rechtwinklig zur Westwand und parallel zueinander bis zur Ostwand, ermöglichten die
geometrische Erfassung der Achslagen aller Gespärre in den Ebenen. Rechtwinklige Schnüre zu
ersteren zwischen den Gebinden in allen Ebenen erfassten alle 50 cm die Querschnitte und ihre Lage
in drei Achsen. Die Höhenordinaten ergaben sich aus Loten. Eine ungeheure Menge an Daten,
tabellarisch aufgenommen, gestatteten die Anfertigung verformungsgerechter Konstruktionspläne [5].
Zu bemerken ist, dass die Temperatur im Dachraum die Arbeit sehr erschwerte. Drei Fotos von jedem
Knotenpunkt, das 1. von Ost, das 2. von West und ein Perspektivbild mit einstiftigem, in drei Längen
einsetzbarem Abstandsstativ digital aufgenommen, konnten im Büro über einen Rasterbildschirm
maßlich exakt genutzt werden (Abb. 3.5). Das Ergebnis mit dieser traditionellen Methode ergab die
Genauigkeitsklasse 3 bis 4 (Abb. 3.6) [4].
Abb. 3.5:
Links: Gespärre 8 Bundbalken – aufgekämmter Bundbalken auf eingemauerter Schwelle.
Rechts: Wandkopf mit Schwelle, Bundbalken und Sparren.
L-8
Abb. 3.6:
3.3
Verformungsgerechtes Aufmaß von Gespärre 4 mit Knotendokumentation.
Schadensaufnahme und -kartierung
Mit den gefertigten Plänen jeder Achse, sowie den Grundrissebenen erfolgte die Schadensaufnahme
mittels Bohrwiderstandsmessung und Sichtkontrolle (Abb. 3.7).
Abb. 3.7:
L-9
Schadenskartierung von Gespärre 25.
3 Kirchenschiff
Moderfäule, tierischer Befall, einmal Echter Hausschwamm und Holzfehlstellen in Lage und
Ausdehnung erfasst, farblich kartiert, ergaben zweifelsfreie Unterlagen für die Ausschreibung (siehe
Abb. 3.8).
Abb. 3.8:
Links: Tierischer Befall an Schwelle und Bundbalkenkopf.
Rechts: Wandkopf mit eingemauerten geschädigten Schwellen.
Diese Pläne dienten den Zimmerleuten in ihrem späteren Vorgehen. Mit den nachfolgend noch zu
erläuternden statischen Konstruktionsplänen als Einheit war eine Kostenunsicherheit von weniger als
5 % gegeben.
3.4
Statisch-konstruktive Belange
3.4.1 Wind
Die Windbelastung wurde nach alter Deutscher DIN 1055 und der neuen, weitgehend auf zukünftiger
EU-Norm aufgebauten 1055-4 betrachtet. Dabei stellte sich heraus, dass die neue Norm geringere
Größen lieferte. Das Prinzip der Nachbarschaftshilfe (Windböen auf drei Gespärren werden fünf
Achsen zugeordnet analog der Vorgehensweise an der gotischen Salemer Zisterzienser-Klosterkirche)
[6] fand für die Winddruck- und -soglasten Anwendung. Die in Rechnung gestellten Werte sind
nachfolgend dargestellt.
Tab. 3.1:
*)
Windbelastung nach alter und neuer Windnorm.
α 60 °, ν = 0 °
wD/wS alt
wD/wS neu
h < 20 m
h > 20 m
h < 20 m
h > 20 m
0,6*)
0,31
0,36
-0,22
-0,26
[kN/m²]
wD
wD
wS
wS
0,64 x
= 0,38
0,88 x 0,6*) = 0,53
0,40 x 0,6*) = -0,24
0,55 x 0,6*) = -0,33
[kN/m²]
60 % nach dem Prinzip der Nachbarschaftshilfe.
Das Dach mit trockener Ziegeleindeckung ist ein impermeabler Körper. Beidseitige Trauf- und obere
Firstöffnungen sorgen für einen Druckausgleich und wirken günstig auf die Gesamtkonstruktion
(Tab. 3.1).
L - 10
3.4.2 Tragwerksplanung und konstruktive Ausbildungen
Sieben Gedankenmodule zur Konstruktion zeigten bei Änderung der Lagerungen/Knotensteifigkeit
wesentliche Schnittkraftumlagerungen:
Tab. 3.2:
Tabellenüberschrift
Auslastung
System (alle Anschlüsse biegesteif)
Biegesteifes System
Fachwerk, nur First- und Fußgelenke
Fachwerk 1, Gelenke in Sparren
Fachwerk 2, Gelenke in Sparren mit Feder
Sparren
Bundbalken
sonstige Stäbe
< 30 %
1,01 %
162 %
101 %
(M = -3,3 kNm)
Kehlriegel als Balken (alles Angelenke an
den Sparren)
< 34 %
55 %
< 15 %
34 %
< 10 %
76 %
15 %
Hauptstreben als Balken
< 55 %
17 %
Kehlriegel und Hauptstreben biegesteif
(mit Vollgelenk in Sparren)
< 38 %
16 %
4.KRL 152 %
restl. KR < 55 %
übrige Stäbe < 16 %
Hauptstreben 56 %
1. + 2. KRL < 25 %
3. + 4. KRL < 58 %
Hauptstreben < 52 %
Die 4. Kehlriegellage ist die am hochbelasteten. Für die konstruktive Ausbildung musste in der Lage
die größte Sorgfalt aufgebracht werden. Nach Ausbau der Pfetten stellte sich das mittig abgestrebte
fünfgeschossige Kehlriegeldach in seiner Urfassung dar. Für die äußeren Bundbalkenauflager mussten
die innere und äußere Schwelle mit b/h = 14 cm/14 cm ersetzt werden. Teilweise waren die Bundbalken in den Sandsteingewölben eingemauert und belasteten diese. Die Anschlüsse von Streben,
Hängesäulen und Knechten auf den Bundbalken fast aller Gebinde waren abgängig. Das veranlasste zu
folgendem Vorgehen: Der mittlere Teil der Bundbalken wurde um h  36 cm mit Pressen über der
Mittelschiffpfeilerwand (das Eigengewicht des Gebindes beträgt G  40 kN) zur Entlastung der
Gewölbe angehoben. Alle vertikalen Anschlüsse konnten so aus gesundem Holz neu gestaltet werden.
Über den Seitenschiffen bis teilweise über den Mittelschiffwänden wurde der biegesteife Bundbalkenstoß angeordnet (Abb. 3.9 links). Jeweils drei Gespärre wurden zugleich angehoben und auf die
punktförmig gelagerten, allseitig luftumspülten Schwellen abgesetzt (Abb. 3.10 links). Die zugfeste
Verbindung der Schwellen in jedem zweiten Feld sichert ein liegendes Hakenblatt (Abb. 3.10 rechts).
Nach der Schnittkraftermittlung und den sich ergebenden Knotenkräften wurde eine Systematisierung
der Anschlüsse vorgenommen (Abb. 3.11). Daraus ergaben sich fünf wiederkehrende Verbindungsdetails zum Vorteil des vorzunehmenden Abbundes und Minderung der Fehlerquelle beim Einbau:
-
L - 11
Einfache Blattung
Schwalbenschwanz / Hakenblatt
Zapfenverbindungen
Sparrenstoß
Bundbalkenstoß
3 Kirchenschiff
Abb. 3.9:
Links: Sanierter Bundbalken mit biegesteifem Stoß über der Mittelschiffwand.
Rechts: Sanierter Bundbalken mit biegesteifem Stoß über dem Seitenschiffgewölbe. [Hermann Bade
GmbH & CO KG, Bad Bevensen]
Abb. 3.10: Links: Traufdetail mit Hinterlüftung.
Rechts: Hakenblätter der Schwellen [Hermann Bade GmbH & Co KG, Bad Bevensen].
Abb. 3.11: v. l. n. r.: Momentenlinie für Eigenlast, Sog und Druck am Gesamtsystem; Normalkraftlinie am Gesamtsystem; Querkraftlinie am Gesamtsystem.
Die gegebenen Verformungen innerhalb der Gespärre und zueinander erforderten besonders in den
Dachflächenebenen einen Ausgleich von bis zu 28 cm (Abb. 3.12). Mittels verklotzter Obersparren
wurden maximale Differenzmaße für die Dachflächen in der Horizontalen von h  2,5 cm/Feld und
in der Falllinie h  2,5 cm/3 m festgelegt. Das Kriterium sichert die Funktionsfähigkeit der Ziegeleindeckung (Falzziegel mit Gratschnitt) bei gleichzeitig gewollter bewegter Oberfläche.
L - 12
Abb. 3.12: v. l. n. r.: Verformtes Dach durch Kriegsschäden, überhöhte Darstellung der Firstverformung; Horizontale Firstverformung; Horizontalverformung nach Norden.
Die rechnerischen Verformungen ergeben ein max. D  34mm (Wind-Druck) und S  16 mm (WindSog) (Abb. 3.13).
Abb. 3.13: Rechnerische Verformungslinien, Wind von links.
Zur Längsaussteifung dient vorrangig die paarweise über jeweils ein Feld versetzte, d = 40 mm, über
drei Felder reichende Lärchenschalung (Abb. 3.14). In den Dachtragebenen sind konstruktive Längsstreben eingezogen.
L - 13
3 Kirchenschiff
Abb. 3.14: Schalung mit paarweise versetzten Stößen (jeweils über 3 Felder) sowie Aufbringen der Schalung.
3.5
Ausführung und Bauleitung
Die innerstädtische Situation erlaubte nur geringe Stellflächen für die Baustelleneinrichtung (Abb. 3.15
links). Für die Turmsanierung wurde auf H = 54 m eine Arbeitsfläche für alle Gewerke mit Zuwegung
über einen Lastenaufzug (L/B = 1,85/3,50 m und P = 3.500 kg) errichtet (Abb. 3.15 rechts). Bauunterkunft und Toilette auf dieser Ebene ersparten viel Zeit für Auf- und Abstiege (Abb. 3.16). Eine
Dunkelstrahlheizung ermöglichte den Winterbau für Steinmetze. Die Rüstung wurde mit Wärmedämmplatten versehen.
Abb. 3.15: Links: Baustelleneinrichtung für die Dachsanierung.
Rechts: Zimmerleute und Steinmetze zur morgendlichen Auffahrt.
Für das Kirchenschiff wurde analog verfahren. Die Arbeitsebenen in Höhe der Traufe und auf den
Bundbalken sind wirtschaftliche und handwerkliche Zweckmäßigkeiten. Ein H = 1,00 m über der
Dachfläche abgeplantes Schutzdach ließ keine Ausfallzeiten der Handwerker auftreten (Abb. 3.17
rechts). Die Zimmerleute arbeiteten in zwei Gruppen zu je 3 Leuten im Süden und Norden, zwei
Hilfskräfte erledigten den Transport. Im quasi Taktverfahren wurde von West nach Ost gearbeitet. Im
März 2006 begonnen, konnte das Dach im September 2007 fertiggestellt werden.
Die veranschlagten Kosten von 1,6 Mio. € für das Dach wurden um weniger als 5 % überschritten. Ein
Beweis, dass durch intensive, gründliche Vorbereitung auch beim Bauen im Bestand Kostensicherheit
möglich ist. Nach Fertigstellung der Bundbalkenebene in drei Achsen erfolgte die Sanierung bzw.
Erneuerung der aufgehenden Konstruktion (Abb. 3.18).
L - 14
Abb. 3.16: Links: Die obere Arbeitsebene nördlich vor der Johanniskirche.
Rechts: Steinmetzte bei der Arbeit auf der oberen Arbeitsebene.
Abb. 3.17: Links: Arbeitsebene in Traufebene für Zimmerleute und Steinmetze.
Rechts: Errichten des Schutzdaches.
Abb. 3.18: Deutlich zeigt sich die Abweichung der Dachfläche von einer vollkommenen Ebene.
L - 15
4 Literatur
4
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[4]
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[8]
[9]
[10]
[11]
Literatur
Dietrich Denecke, Helga-Maria Kühn, Karl-Heinz Manegold, Ulrich Popplow, Rudolf von
Thadden, Rudolf Vierhaus; Göttingen, Geschichte einer Universitätsstadt (Band 1)
Vandenhoeck & Rupprecht, Göttingen 1987 Die Kirche vor der Reformation, Seite 465 ff.
David Macaulay ; Cathedral: The Story of Its Construction. 1973. Deutsch: Sie bauten eine
Kathedrale. Übersetzung Monika Schoeller. dtv, München 1985.
Dietrich Denecke, Helga-Maria Kühn, Karl-Heinz Manegold, Ulrich Popplow, Rudolf von
Thadden, Rudolf Vierhaus ; Göttingen, Geschichte einer Universitätsstadt (Band 1)
Vandenhoeck & Rupprecht, Göttingen 1987 Architektur des Mittelalters und der frühen
Neuzeit, Seite 530 ff
Günter Eckstein, Landesdenkmalamt Baden-Württemberg (Hrsg.) Empfehlungen für
Baudokumentationen. Arbeitsheft 7. Stuttgart 1999. Zitiert in: BLDAM (Hrsg.):
Anforderungen an eine Bestandsdokumentation in der Baudenkmalpflege. Petersberg 2002, S.
14 f
Unveröffentlichte Unterlagen des Büros Götz & Ilsemann, Hildesheim (2005)
Günter Eckstein, Andreas Stiene, Landesdenkmalamt Baden-Württemberg (Hrsg.) Das
Salemer Münster, Befunddokumentation und Bestandssicherung an Fassaden und Dachwerk,
Arbeitsheft 11, Seite 225/226 Konrad Theiss Verlag, Stuttgart
http://www.omm.de/veranstaltungen/festspiele2001/bilder/GOE-st-johanni.jpg
http://www.geruestbau-goettingen.de/upload/kirchengerueste_neu/bearbeitet_0009.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/St_johannis_fire_goettingen.jpg
http://www.goest.de/bilder05/johanniskirche01.JPG
http://www.feuerwehr.goettingen.de/allgemein/einsaetze/foto2005/johannis7.Jpg
L - 16
ISBN 978-3-85125-155-5
lignum
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Tagungsband

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