Beurteilung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen

Beurteilung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen

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Beurteilung der Tragfähigkeit

von Holzkonstruktionen

Dipl.Ing. Thomas Dudek

03.07.2008

Beurteilung der Tragfähigkeit 2


Einleitung

Bestandsaufnahme – Bauzustandserfassung

- Methodik- Überblick Nachweisverfahren

Beurteilung von Altholz

Zusammenfassung / Ausblick


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Einleitung

- Schwerpunkt „Bauen im Bestand“

- großer Anteil lastabtragender Bauteile wie:


von Holzkonstruktionen Einleitung

Dächer

Deckenkonstruktionen oder Fachwerkbauten


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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung


von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung

Bestandaufnahme

- erfordert hohes Fachwissen

- sehr sorgfältig vornehmen

- Grundlage für alle weiteren Untersuchungen, Maßnahmen

Ziel:

Erstellung eines möglichst realitätsnahen statischen Modells, das Grundlage für weitere Tragfähigkeitsnachweise darstellt


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Methodik:

Beurteilung in 4 Schritten:

1. Erfassen des Bauzustandes

2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen

3. Bewertung des Bauzustandes

4. Festlegung von Maßnahmen


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• Erkennen des wirksamen Tragsystems

• Erkennen und Beurteilen der Holzart (möglichst Sortierklasse DIN 4074-1)

• Exakte geometrische Erfassung (Achsen, Lage, Querschnitte, Spannweiten, Auswechselungen, Verformungen,...)

• Schadenserscheinungen / Kartierung

• Umweltbedingungen (Baugrund, Hanglage, Wasser, Setzungen, Schiefstellungen, Belastungsgeschichte, bauliche Veränderungen, ....)

• Weitere Einflüsse..


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Methodik:







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• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen

I. Mechanische Ursachen

II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung

III. Chemische Ursachen

IV. Biotische Ursachen

V. Materialspezifische, sonstige Ursachen

• statische Überbeanspruchung

• Dynamische Überbeanspruchung

• Lastumlagerungen

• Sonstigen nutzungsbedingte Einflüsse

� Formänderungen

� Risse, Querschnittsänderungen

� Brüche


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• Wasser von aussen

• Wasser durch Nutz- und Abwässer

• Mangelhafte Wärmedämmung, Lüftung, Wärmebrücken

� Schadorganismusbefall

� Festigkeitsabfall


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• Einflüsse aus Atmosphäre

• Aggressive Medien

• Korrosionsschäden an Verbindungen

� Strukturauflösung der Oberfläche

� Braunfärbung

� Einlagerung von Salzen


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• Tierische Schädlinge (Hausbock, Nagekäfer,...)

• Pflanzliche Schädlinge (Pilze, Hausschwamm, Porenschwamm,...)

� Schwächung des Querschnittes und Abnahme der Festigkeit


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• Wuchsfehler, Äste

• Querschnittsschwächungen

• Feuer, Explosionen

• Mangelnde Unterhaltung

• Sanierungsfehler


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I. Materialspezifische, sonstige Ursachen – Sanierungsfehler (Beispiel I):


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I. Materialspezifische, sonstige Ursachen – Sanierungsfehler (Beispiel II):


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Methodik:







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• Ermittlung der vorhandenen Tragsicherheit

• Ermittlung der vorhandenen Funktionssicherheit

• Ermittlung von Gefahren

• Prüfung der Gewährleistung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1052

• Sanierungs- Instandsetzungsdringlichkeit festlegen

• (Variantenuntersuchung – Aufwand / Kosten)


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Methodik:







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• Bautechnisch (Sanierung von Bauteilen, Teilabbrüche, bauphysikalische Verbesserungen, Statische Ertüchtigung,...)

• Nutzungsart (Belastungen, Feuchteanfall, Heizung,... )

• Sanierung, Instandsetzung, Rekonstruktion, Modernisierung planen


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Arbeitsschritt Ergebnis

Erfassung des BauaufnahmeBauzustandes Baugeschichte

BestandsuntersuchungenSchadensindikatorenSchadenslokalisierungSchadensbildSchadensklassifizierungArt und Umfang der Schäden

UrsachenermittlungErmittlung der Auswirkung der Schäden auf Schadensursache Standsicherheit und

SicherheitsniveauFunktions- und Nutzungsfähigkeit

Bewertung des Sanierungs- / Bauzustandes Instandsetzungsdringlichkeit

Sanierung und InstandsetzungVariantenuntersuchungAufwand / Kosten

Festlegung bautechnischer GenehmigungsplanungMaßnahmen - Sanierung

- Instandsetzung - Rekonstruktion - Modernisierung

Bauzstandsanalyse, Instandsetzung und Verstärkungvon Holzkonstruktionen

Methodik der Bauzustandsanalyse

(aus [2], Seite 95)


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Einleitung






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Untersuchungsverfahren für Bauzustands-untersuchungen an historischem Holz, Holzbauteilen und Verbindungen

(aus [2], Seite 170)

Kenngröße Verfahren Hinweise

Bauzustand • Schadensart • Schadensort • Schadensumfang • Strukturveränderung • Verbindungen • Allgemeinzustand • Verdeckte Bauteile

Zapfenverbindungen)

Visuelle Untersuchung Bebeilen Schädlingsidentifizierung Endoskopie Mikroskopie Ultraschall Bohrwiderstand Fotodokumentation Röntgenuntersuchung

zf in situ zf in situ zf in situ / Labor za in situ z im Labor zf in situ za in situ zf in situ zf in situ

Umfeld / Mauerwerk u.a. Randbedingungen

• Festigkeit • Risse, Struktur • Feuchtegehalt • Feuchteaufnahme • Salzgehalt, Ausblühungen • pH-Wert

Bohrkern Schlagbolzen, Betonhammer visuell, Meßlupe analog Holz ( + CM-Gerät) Karstensche Röhrchen Salzdetektor, spezielle Reagenzien Indikatorpapier, elektr. Meßgeräte

z im Labor zf in situ zf in situ za in situ zf in situ zf in situ / Labor zf in situ / Labor

Feuchte (Holz)

Elektrischer Widerstand Schall-Impuls-Messung Darrmethode, gravimetrisch DIN 52183

zf in situ zf in situ zf im Labor


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Untersuchungsverfahren für Bauzustands-untersuchungen an historischem Holz, Holzbauteilen und Verbindungen

(aus [2], Seite 170)

Kenngröße Verfahren Hinweise

Holzschutzmittelgehalt Kontamination Aktiver Schwammbefall

Spez. Nachweise, Extraktion DIN 52151 Spez. Gehalt in Luft u. Staub GefStoffV pH-Wert (Oxalsäure) Chromatographie

za in situ / Labor zf in situ / Labor za in situ za in situ / Labor

Holzart Holzalter

visuell, Vergleichsanalyse Mikroskopie Dendrochronologie Radiokarbonmethode

zf in situ / Labor za Labor z Labor za Labor

Rohdichte Prismenprüfung DIN EN 323, DIN 52182 Bohrwiderstandsmessung Eindringwiderstandsmessung Durchstrahlungsverfahren

z Labor za in situ za in situ zf in situ

E-Modul Ultraschall Biegeelastizitätsmodul Belastungsversuch DIN 52186

zf in situ z Labor z/zf in situ

Festigkeit Druckfestigkeit DIN EN 408, DIN 52185 Biegefestigkeit DIN EN 384, DIN 52186 Dynstat (TGL 25106 Blatt 9) Scherfestigkeit DIN 52187 Zugfestigkeit DIN 52188 Ultraschall (Biegefestigkeit)

z Labor z Labor z Labor z Labor z Labor zf in situ

zf zerstörungsfrei, za zerstörungsarm, z zerstörend (erkennbare Eingriffe) in situ = vor Ort


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Einleitung






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- Einflüsse und Auswirkungen

- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse

- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung

- Verformungen


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

- Einflüsse und Schadensarten gemäß vorhergehendem Kapitel

- Im Folgenden aufgrund langfristiger Nutzung (Schwerpunkt Minderung der Tragfähigkeit)


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

-Dauerhaftigkeitsklassen nach DIN EN 350-2

- Entscheidend für die Dauerhaftigkeit: Holzfeuchte

- Generell: Fichte, Tanne, Kiefer weniger Dauerhaft als Eiche ggü. Schadorganismen

(dennoch am häufigsten eingesetzt, bei konstruktiv und holzschutztechnisch richtigem Einbau kein Problem)


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

-entscheidend ist die Tiefe der Risse

- Tiefe Risse sind Schwachstellen, da die Tragfähigkeit (wenn auch nur geringfügig)gemindert wird, Schadorganismen eindringen können und der Feuerwiderstand gemindert wird

- kritisch im Bereich von Verbindungen

- Kriterien Neuholz DIN 4074, Teil 1

- für Altholz keine Vorschriften o.ä. für die Minderung der Tragfähigkeit durch Schwindrisse


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

Zulässige Risstiefen t bei Bauhölzern ohne relevante Minderung der Tragfähigkeit nach WTA [10]


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

- zahlreiche Untersuchungen und Publikationen belegen, dass verbaute Bauteile aus Holz (unter „normalen“ Bedingungen) vergleichbare Festigkeiten wie das entsprechende Neuholz aufweisen

Alterungserscheinungen sind somit nicht feststellbar


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

- nahezu jede Holzkonstruktion weist, aufgrund materialbedingter „Weichheit“ Verformungen auf

- es entstehen Lastumlagerungen �Veränderung des Kräfteverlaufes

Verformungen werden dann als Bauschaden angesehen, wenn die Funktionsfähigkeit bzw. die Standsicherheit gemindert oder nicht mehr gewährleistet ist.


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- Dauerhaftigkeit

- Schwindrisse


- Verformungen

Verformung der Holzbauteile wird beeinflusst durch:

- Die Eigenschaften der Hölzer

- Unterschiedliche Querschnitte (Dimensionsstabilität)

- Die Belastungsdauer (Kurz-Langzeitverhalten)

- Wechselnde Klimabedingungen (Luftfeuchte und Temperatur)


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Einleitung






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von Holzkonstruktionen Zusammenfassung

Zusammenfassung

Gegenstand Klärung von:

Tragwerk / Tragwerkstruktur

- Baujahr - Belastungsgeschichte / Lastannahmen - Statisches System und evtl. Änderungen - Geometrie, Querschnitte, Verbindungen - Verformungen - Lageänderungen

Holz – Kennwerte

- Holzart - Rohdichte - Festigkeiten Festigkeitsklasse - E-Modul nach DIN 4074 T1 - Holzfeuchte - Ästigkeit - Kern- und Splintholzanteil

Schwindrisse

- Tiefe - Lage - statisch unbedenklich / bedenklich

Schadorganismen

- Art - Schädigungsgrad - Sanierung - Bekämpfung - Auswirkung auf Tragfähigkeit

holzschutz- technische Untersuchung


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Korrosion

- Art - Schädigungsgrad des Holzes / der Verbindung - Auswirkung auf Tragfähigkeit / Funktionsfähigkeit

Verformungen

- Größe - Auswirkungen aus Tragfähigkeit - Auswirkung auf Nutzungsfähigkeit

Verbindungen

- Art, Material - Schädigungsgrad - Tragfähigkeit - Auswirkung auf Trag- und Nutzungsfähigkeit

Querschnittsabmessungen

- Größe (Ausgangsquerschnitt) - Schädigungen / Restquerschnitt - Auswirkung auf Tragfähigkeit / Funktionsfähigkeit

Aussteifungen

- ausreichend vorhanden - wirksam einschließlich Verbindungen - Auswirkung auf Standsicherheit

Beurteilung und Nachweis der Standsicherheit


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� Genau arbeiten bei der Bauzustandserfassung (aber Verhältnismäßigkeit wahren)

� Problem z.B.: Nachweise nach DIN 1052 – zul. Spannungen Teil 1, Tabelle F.5bei gleichzeitiger Annahme der Festigkeitsklasse nach DIN 4074

� Genaue Aussage über Tragfähigkeit nur möglich, bei weitergehender visueller Untersuchung (zzgl. zu Schadensbilder, Ästigkeit, Risse, Bohrkerne, Bohrwiderstand, Messung der Holzfeuchte, Ermittlung der Rohdichte und des E-Moduls,... )


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LiteraturverzeichnisBücher / Normen / Informationsschriften

[1] Erler, Klaus (2004) Alte Holzbauwerke, Beurteilen und Sanieren, 3. Auflage, Huss - Medien GmbH, Verlag Bauwesen, 10400 Berlin[2] Lißner Karin; Rug Wolfgang (2000) Holzbausanierung, Grundlagen und Praxis der sicheren Ausführung, Springer – Verlag, Berlin Heidelberg 2000[3] Mönck, Willi (1999) Schäden an Holzkonstruktionen, Huss - Medien GmbH, Verlag Bauwesen, 10400 Berlin[4] Stahr, Michael et al. (2004) Bausanierung, Erkennen und Beheben von Bauschäden, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlag GmbH, Wiesbaden 2004[5] DIN-Institut: DIN 1052: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken – Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau; August 2004, Beuth Verlag, Berlin[6] DIN-Institut: DIN 4074-1: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit, Teil 1: Nadelschnittholz, Juni 2003, Beuth Verlag, Berlin[7] DIN-Institut: DIN EN 350: Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz, Teil 2: Leitfaden für die natürliche Dauerhaftigkeit und Tränkbarkeit von ausgewählten Holzarten von besonderer Bedeutung in Europa, Oktober 1994, Beuth Verlag, Berlin[8] Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. (2001) Informationsdienst Holz; Holzbauhandbuch, Reihe 1: Entwurf und Konstruktion, Teil 14: Umbau und Modernisierung, Folge 1: Modernisierung von Altbauten, Hrsg.: EGH in der DGfH, München 2001[9] Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. (2004) Informationsdienst Holz; Holzbauhandbuch, Reihe 7: Bauwerkserhaltung und Modernisierung, Teil 3: Erhaltung und Modernisierung, Folge 1: Erneuerung von Fachwerkbauten, Hrsg.: EGH in der DGfH, München 2001[10] WTA Merkblatt 8-8-06/D (2007) „Fachwerkinstandsetzung nach WTA VIII: Tragverhalten von Fachwerkgebäuden“, WTA Publications, München

Artikel in Fachzeitschriften

(1) Ehlbeck Jürgen; Görlacher Rainer (1990) Zur Problematik bei der Beurteilung der Tragfähigkeit von altem Konstruktionsholz, in: Bauen mit Holz, Heft 2/90 (Februar) 1990, S. 117-121

Bilder, Photos:

Sämtliche Bilder und Photos (wenn nicht anders gekennzeichnet) Dipl.Ing. Thomas Dudek


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