Bei den älteren Wohngebäuden bestehen die Decken aus Holzkonstruktionen. Eigene Untersuchungen an massiven Gebäuden mit Holzbalkendecken zeigen nach einer Standzeit von circa 80 bis 90 Jahren einen durchschnittlichen Schädigungsgrad von 23,9 %. Es wurden 4481 Auflagebereiche untersucht, davon zeigten 1070 Deckenbalkenköpfe durch Holz zerstörende Insekten und Pilze Schäden, die saniert werden mussten. Die Höhe der Feuchte in der Außenwandkonstruktion beeinflusst den Umfang biologischer Schäden an der Holzkonstruktion. Ebenso wird die Tragfähigkeit der Holzbalken verändert. In diesem Beitrag werden ausgewählte Schäden beurteilt und ein Lösungsansatz für kritische Wandabschnitte aufgezeigt.
Nach der DIN 1055-100 Abschnitt 4.1. ist die Tragwerkskonstruktion so auszuführen, dass die Gebrauchseigenschaften über die geplante Nutzungszeit gesichert sind. Holzkonstruktionen dürfen somit keiner ständigen Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Einmal verringert die Feuchtigkeit die Tragfähigkeit der Deckenbalken und bei längerer Feuchtebelastung erfolgen zusätzlich biologische Schädigungen, welche die Standsicherheit beeinträchtigen oder gar die Konstruktion zum Einsturz bringt.
Die Holzbalkendecken wurden aus Vollquerschnitten ganzer Baumstämme ausgeführt. Die Spannweiten betrugen in der Regel zwischen 5,0 bis 7,0 m, die auf Vertikaltragglieder oder Unterzüge aufgelegt wurden. Die Bemessung erfolgte auf der Basis überlieferter Zimmermannsregeln. Seit 1900 verlangen die deutschen Bauordnungen einen statischen Nachweis für die Tragbalken. [1]
Einer der wesentlichen Nachteile der Holzbalkendecken ist das Fehlen einer lastverteilenden Druckplatte. Einzellasten werden nicht über mehrere Balkenfelder verteilt, sodass die Decke leicht in Schwingung gerät. Ebenso trägt diese Deckenform nur wenig zur Aussteifung des Baugefüges bei. [2]
Die Beurteilung der Festigkeitseigenschaften, wie Druckfestigkeit, Längst- und Querdruck, Biegezugfestigkeit, Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, dynamische Biegebeanspruchung sowie Schlagbiegefestigkeit, des Werkstoffs Holz werden in den entsprechenden Normen geregelt.
Basierte die DIN 1052:1988-04 in den Teilen 1 bis 3 auf dem Konzept der zulässigen Spannung, so flossen in die Überarbeitung dieser Holzbaunorm, wie bereits in den Normen der Baustoffe Stahl (DIN 18800) und Beton (DIN 1045), Bemessungsprinzipien mit Sicherheitsbeiwerten ein. [3] Der Geltungsbereich dieser Norm "umfasst den Entwurf, die Berechnung und die Bemessung von Holzbauwerken für den Hochbau". Sie ist ein Schritt in Richtung der europäischen Normung Euronorm 5. [4]
Die dynamischen Eigenschaften des Holzes werden neben dem Faserverlauf, den Anteil an Ästen und Holzfehlern auch durch die Holzfeuchtigkeit und Schädigung durch Holz zerstörende Pilze und Insekten bestimmt.
Die Kohäsion des Holzes basiert in Faserrichtung auf chemische Bindungen, die etwa 10-Fach größer sind als die zwischenmolekulare Bindung (Wasserstoffbrücken) quer zur Faser. Daher ist die Festigkeit in axialer Richtung bedeutend größer. Mit der Feuchtezunahme des Holzes und gleichzeitigem Quellen erfolgt eine Lockerung der Wasserstoffbrückenbindung, was zur Verringerung der Festigkeit führt. [5]
Schwindrisse mindern die Tragfähigkeit nur geringfügig, erst bei Risstiefen über die Hälfte des Querschnittes ist eine Minderung zu berücksichtigen. [6] Sind Hölzer zur Verbesserung der Eigenresistenz mit einem chemischen Holzschutz versehen, so ist das Holz in diesen Rissen ungeschützt. Dies ist gerade bei möglichem Feuchteeinfluss zu beachten, da von hieraus eine mögliche Schädigung erfolgt, zum Beispiel bei Holzbrücken, Balkone und tauwassergefährdete Holzkonstruktionen. Gerade im Bereich der Altbausanierung wird nicht beachtet, dass die früher verbauten Hölzer noch während der "Kleinen Eiszeit" gewachsen sind und gegenüber heute eine andere dichtere Zellstruktur ausweisen. Dies wirkt sich sowohl auf die mechanischen Eigenschaften als auch auf die Resistenz der Hölzer aus. Die Qualität der heute auf dem Markt angebotenen Hölzer ist geringer, als die Hölzer, welche vor circa 100 Jahren verbaut wurden. Dies kann sich gerade bei Feuchteeinflüssen auf die Standzeitverkürzung auswirken.
Mit der Veränderung oder dem Wechsel des Feuchtigkeitsgehaltes werden die verschiedenen Festigkeitseigenschaften der Hölzer beeinflusst. In der Grafik (Bild 1) nach KOLLMANN ist gut erkennbar, dass sich die Druckfestigkeit bei einer Feuchtigkeitszunahme auf u = 20% wesentlich reduziert und bei einer Holzfeuchte von ca. 30 % nur noch 50 % beträgt. [7] Die höchsten Festigkeitswerte bei Druck in Faserrichtung hat Fichtenholz bei einer Feuchte u = 10% und die Kiefer bei u = 8%. Die Rechenwerte für die mechanischen Eigenschaften der Bauhölzer beruhen auf eine Holzfeuchte von u = 12%. [8] Unter einem dicht schließenden Fußbodenbelag im Bad oder im Randbereich neben feuchtem Mauerwerk wird schnell eine Holzfeuchtigkeit von 20 % erreicht. Eine höhere Feuchtigkeit tritt in der Regel bei nicht erkannten Leitungswasserschäden oder bei anderen Einflüssen auf.
Ein Problem bei Holzkonstruktionen ist die Volumenänderung bei der Änderung der Feuchtigkeit (Quellen und Schwinden). Oberhalb des Fassersättigungspunktes, etwa bei 30 %, findet keine Volumenänderung statt. Im Gebäude ist trockenes Holz zu verbauen, es sollte möglichst der sich einstellenden Gleichgewichtsfeuchte entsprechen. Nach DIN 4074 wird trockenes Bauholz mit mittlerem Feuchtigkeitsgehalt von maximal 20 % definiert.
Besonders kritisch wirkt sich das Schwinden bei der Blockbauweise aus. Hier können sehr schnell Fugen bei Setzungen entstehen, wo unkontrolliert warme Luft aus dem Innenraum in der Konstruktion kondensiert und so zu Feuchteschäden führt. Ebenso verhält es sich bei Fachwerkbauten, wo durch unelastische Baustoffe Risse entstehen, wo dann von außen durch Schlagregen Feuchtigkeit eindringen kann. Hier sind geeignete elastische Materialien auszuwählen.
Auf Baustellen, wo eine Sanierung durchgeführt wird, ist oft festzustellen, dass die Holzfeuchte der neuen Konstruktionshölzer viel zu hoch ist. Wird zum Beispiel ein Deckenbalken aus Fichte mit dem Abmaß 24,0/16,0 cm und einer Holzfeuchte an der Oberfläche von 20 % eingebaut, so ändert sich nach Einstellung der Gleichgewichtsfeuchte die Feuchte auf circa 9 %. Die mittlere Querschnitts- beziehungsweise Längenänderung des Holzes mit 24 cm verändert sich auf 23,4 cm. Durch die Absenkung entstehen gerade bei gefliesten Fußböden Risse und die Fugen an den Wandanschlüssen reisen ab. Fugen von bis 1 cm sind nach einer Altbausanierung keine Seltenheit.
Von großer Bedeutung ist die Veränderung der dynamischen Eigenschaften des Holzes durch die Zerstörung der Holzzellen durch Holz zerstörende Pilze oder die Querschnittsschwächung durch die Fraßaktivitäten Holz zerstörender Insekten. Erst nach der Freilegung sind Schädigung an den Deckenbalken zu erkennen. Hier ist eine richtige Diagnose wichtig, die in Einzelfällen das komplette Öffnen der Holzbalkendecken erfordert. Handelt es sich zum Beispiel um eindeutig einen Nassfäulepilz, so lässt die DIN 68800 Teil 4 auch eine Entfernung der sichtbar geschädigten Holzoberfläche zu, wenn keine erneute Schädigung durch die Beseitigung der Ursachen zu erwarten ist. Die Querschnittsschwächung ist durch entsprechende Seitenhölzer zu ersetzen.
Aus der Sicht der Standsicherheit ist die Schädigung am Deckenbalken nach zwei Kriterien zu unterscheiden. Bei einer Schädigung auf der Oberseite im Auflager (Balkenkopfes) (Bild 2.) wirkt dies ähnlich wie bei einem Sprengwerk-Zugband. Im zweiten Fall erfolgt die Schädigung von der Stirnseite bzw. von der Mauerlatte ausgehend und die Auflage ist zerstört. Letzter Schädigung erfolgt in vielen Fällen durch den Echten Hausschwamm (Serpula lacrimans), die zur Aushöhlung des Deckenbalkens führt (siehe Bild 3.).
Da am Auflager das Biegemoment am Einfeld-System am geringsten ist, siehe Bild 4., ist bei einer Schädigung der Balkenköpfe von der Oberseite (Bild 2.) für die Standsicherheit weniger problematisch. Solange die Unterseite des Balkens am Auflager nicht geschädigt ist, so ist dieser (teilweise) tragfähig. Anders ist es bei dem Beispiel im Bild 3. Hier hat sich zu nächst der Fußboden an der Außenwand abgesenkt und ist nach der Freilegung am Auflagebereich eingebrochen.
Es soll in diesem Zusammenhang darauf verwiesen werden, dass nur die wenigsten Schäden an den Balkenköpfen der Holzbalkendecken bekannt sind. Nicht in jedem Fall werden vor der Sanierung/Modernisierung die Deckenbalken fachmännisch untersucht. Im Regelfall werden nur stichprobenartig Deckenfelder geöffnet.
Bei einem Befall durch Holz zerstörende Pilze liegt eine unbekannte statische Querschnittsschwächung vor. Das Pilzmycel des Braunfäulepilzes befällt die Zellen und baut die Hemicellulose von innen heraus ab. Dabei tritt ein Masseverlust von bis 95% auf. Lignin bleibt übrig. Wie weit der Pilzbefall in den Balkenquerschnitt eingedrungen ist, kann nur aufwendig durch mikroskopische Bestimmungen erfolgen. Bereits ein geringer Befall der Holzzelle führt zu erheblichen Αa Festigkeitsverlusten (Schlagfestigkeit). Ein Festigkeitsverlust von 48% wird bereits ein Masseverlust des Holzes von 2,5 % verursacht.[10] Nach WILCOX 1978 nimmt bei einem Gewichtsverlust von 6 % die Schlagbiegefestigkeit des Holzes um 80 % ab. [11]
Ein weiteres Problem sind die Forderungen zum Wärme-, Brand und Schallschutz. Die ursprünglichen konstruktiven Ausführungen zur Feuchteregulierung an den Holzbalkendecken werden verändert. So erfüllen Holzbalkendecken die heutigen Anforderungen des Schallschutzes nicht mehr. Verbesserungen lassen sich durch abgehängte Decken auf Federschienen und schwimmenden Zement- oder Asphaltestrich auf Trittschalldämmplatten oder entsprechende Ausgleichsschüttung erreichen (Tabelle 1).
Tabelle 1: Beispiele des zusätzlichen Fußbodenaufbaus [12]
| Estrich schwimmend auf Holzbalkendeckeverlegt | Trittschallverbesserung ΔLW,H |
| Zementestrich ca. 115 kg/m3 | 14 - 23 dB |
| Gussasphalt ca. 60 - 75 kg/m3 | bis 16 dB |
| Trockenestrich ca. 10 - 30 kg/m3 | 7 - 11 dB |
Durch diesen zusätzlichen Fußbodenaufbau werden die Lüftungsschlitze an den Wänden und zwischen der Dielung verschlossen. Die ursprünglich konstruktiv vorgesehene Lüftung der Holzbalkendecken wird damit unterbunden. Als Folge ist mit einer Erhöhung der Feuchtigkeit in der Deckenkonstruktion und einer Schädigung an den Auflagebereichen zu rechnen.
MÖNCK [13] hat zur Vereinfachung der Einschätzung der Balkentragfähigkeit Tabellen erstellt. Werden die Werte mit der Praxis verglichen, so wird etwa die Tragfähigkeit erfüllt. Kommt jedoch zum Eigengewicht der Holzbalkendecken und der Verkehrslast die Last des zusätzlichen Fußbodens hinzu, wie der Zementestrich, so wird die Tragfähigkeit überschritten.
Bei Zementestrich ist die die mögliche Mitwirkung durch Verbanddübel zu den Deckenbalken zu prüfen. Hierzu wurden umfangreiche Versuche durch die HTWK Leipzig (Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur) durchgeführt. Des Weiteren erfolgt hierdurch eine bessere Verteilung von Punklasten. In der Regel erfordert ein nachträglich angelegter schwerer Fußbodenaufbau eine zusätzliche Verstärkung der Deckenbalken oder ein Einbau von Unterzügen.
Aus feuchtetechnischer Sicht wurden die Streichbalken 1 bis 2 cm neben dem Mauerwerk verlegt. An den Deckenbalken, wo dieser Luftschlitz durchgängig vorhanden ist, sind kaum Schäden feststellbar. Schallschutztechnisch werden diese Luftschlitze mit Dämmwolle zur Reduzierung der Schallübertragung verschlossen. Damit wird ein Kontakt zum Mauerwerk hergestellt, wo die Feuchte aus dem Mauerwerk auf die Holzoberfläche übertragen wird. Es ist langfristig mit einer vergleichbaren höheren Schädigung zu rechnen, wie sie bei Streichbalken mit direktem Kontakt zum Mauerwerk auftreten.
Besonders kritische ist eine nachträgliche Innendämmung in Bezug auf möglichen Tauwasseranfall in der Konstruktion. Dies trifft für Fachwerkbauten oder Gebäude mit Holzbalkendecken zu. Welchen Einfluss die durchschnittliche Holzfeuchte auf den Umfang an biologische Schäden an den Deckenbalken hat, zeigt die nachfolgende Tabelle 2. Die Untersuchungen zeigen, dass das dickere Mauerwerk in den unteren Etagen durchschnittlich eine höhere Feuchte hat. Die Feuchteabnahme um 1,4 % von der I. zur III. Etage entspricht einer Abnahme der Schäden an den Deckenbalken von 4,5 %. Bei der Sanierung der älteren Gebäude mit Holzbalkendecken werden die ursprünglichen feuchteregulierenden konstruktiven Ausführungen verändert. Gerade bei dicht schließenden Fußbodenbelägen oder bei Räumen mit höheren Feuchtebelastungen, wie Bäder mit Duschen, kommt es zwangsläufig zu einer Zunahme der Holzfeuchte an den Deckenbalken, was zu einer Standzeitverkürzung führt.
Tabelle 2: Gegenüberstellung der Schadenshäufigkeit durch Holz zerstörende Insekten und Pilze (ohne Echten Hausschwamm) in den einzelnen Etagen, der durchschnittlichen Holzfeuchte und des Mauerwerkquerschnitts
| Etagen | Schäden durch Anobien und Nassfäulepilze an Holzbalken in [Stück] | Durchschnittliche Holzfeuchte in [%] | Mindestdicken Mauerwerk 1897 Berlin |
| Erdgeschoss | - | 17,2 | 640 mm |
| I. Obergeschoss | 254 | 11,1 | 510 mm |
| II. Obergeschoss | 242 | 10,8 | 510 mm |
| III. Obergeschoss | 180 | 9,7 | 380 mm |
| Dachgeschoss | 175 | 12,4 | 250 mm |
Für kritische Wandabschnitte, besonders an den Balkenköpfen, bietet sich der Einsatz der Heizfolie an. Hier werden Heizfolien in der Größe von etwa 15 x 20 cm lose in den Luftschlitz zwischen dem Balkenkopf und Mauerwerk eingelegt. Im Beispiel (Bild 5.) bei einer Klinkerfassade mit nachträglich angebrachter Innenschale aus Gasbeton wird die Feuchte am Balkenkopf durch die Temperierung reduziert. Es ist nur eine geringe Leistungsaufnahme erforderlich. Die Temperatur im Luftschlitz braucht nur 1 bis 2 K höher als im angrenzenden Mauerwerk sein. Bereits bei dieser Temperaturdifferenz erfolgt ein Feuchtetransport vom Holz weg. Unterliegt das Mauerwerk selbst einem hohen Feuchteeinfluss, so sind höhere Temperaturdifferenzen erforderlich, da wegen des Feuchtegleichgewichtes zwischen Mauerwerk und Holz, das Holz nicht ausreichend abtrocknen würde.
Bei einer Innendämmung ist der Ausbau der Mauerlatte erforderlich. Damit werden die Balken freigelegt und eventuell gleich saniert. Während dieser Gelegenheit wird die Folie an die Stirnfläche des Deckenbalkens eingelegt. Es wird der Balkenkopf, der Luftraum und die angrenzende Maueroberfläche erwärmt und somit der Feuchtetransport auch innerhalb des Mauerwerkes nach außen begünstigt. Bei den Wärmestäben [14] (Forschungsvorhaben zur "Heizungstechnisch gestützte kapillaraktive Innendämmung bei Holzbalkendecken") erfolgt vorwiegend nur eine Temperierung des Balkenkopfes. Da bei der Heizfolie kein Metall vorhanden ist, besteht auch keine Tauwassergefährdung, wie es an der Oberfläche bei zu großen Wärmestäben vorkommen kann.
An ausgewählten Balkenköpfen werden Temperatur- oder Feuchtefühler eingesetzt. Damit kann energiesparend je nach Bedarf die Heizung angeschaltet werden. Durch den Betrieb mit Niederspannung sind keine gesundheitlichen Gefährdungen im Havariefall zu erwarten ebenso kommt es wegen der niedrigen Temperatur bis 30 °C zu keine Schäden an den Baustoffen.
Für den langzeitlichen Einsatz der Heizfolien in der Praxis zur Temperierung des Balkenkopfes mit dem Ziel, der Reduzierung der Feuchte und Schädigung durch Holz zerstörende Insekten und Pilze sind noch entsprechende Untersuchungen durchzuführen.
Prof. RNDr. Jaroslav Rímal Dr.Sc. und Dipl.-Ing.oec., Ing. Peter RauchQuelle:
[1] Schrepfer, Thomas; Gescheidle, Harald; Schäden beim Bauen in Bestand, in Schadensfreies Bauen Bd. 41 von Zimmermann, 2007 Fraunhofer IRB Verlag, S. 98
[2] Schmitt, Heinrich; Heene, Andreas; Hochbaukonstruktion, 14. Aufl. Friedrich Vieweg Sohn Verlagsgesellschaft mbH, 1998, S. 284
[3] Schopach, Holger; Das neue Sicherheitskonzept der DIN 1052, Holzbau 1/2005 S. 13
[4] Rug, Wolfgang; Mönck, Willi; Holzbau 15. Aufl. Huss-Medien GmbH 2008, S. 35
[5] Birkmann, Tania; Bauen im Bestand, Schäden, Maßnahmen und Bauteilkatalog für Altbauerneuerung, Bundesarbeitskreis Altbauerneuerung e.V. 2006, Verlag Rudolf Müller, S. 321
[6] Erler, Klaus; Holz im Außenbereich, Birkhäuser Verlag Basel Bosten Berlin 2002, S. 29
[7] Erler, Klaus; Mängel im Holzbau , Vortrag Holzschutzfachtagung des FHH in Quedlinburg am 17.3.2000, S. 4
[8] Härig, Siegfried; Klausen, Dietmar; Hoscheid, Rudolf; Technologie der Baustoffe, 14. Aufl. C.F. Müller Verlag. 2003, S. 432
[9] Rauch, Peter; Bedenkliche Sanierung einer Holzbalkendecke nach einem Leitungswasserschaden Teil II, Der Bausachverständige 4/2009 S.2f
[10] Dr. C. Richter TU Dresden, Rannewitzer Str. 31, Möglichkeiten des Einsatzes des (lichtoptischen) Mikroskopes bei holzschutztechnischen Aufgaben, Seminar 14.12.1996 am Institut für Aus- und Weiterbildung Holzschutz Quedlinburg
[11] Schwarze, F.W.M.R.; Mattheck, C.; Breloer, H.; Der spröde Baumbruch - verursacht durch den Brandkrustenpilz, Die Ursachen und Konsequenzen für die Verkehrssicherungspflicht aus Sicht der angewandten Mykologie und der Biomechanik bei Baumbruch nach Befall durch den Brandkrustenpilz behandeln Neue Landschaft 10/93 737
[12] Schulz, Peter; Handbuch für Innenausbau, Schall-, Wärme-, Feuchte- und Brandschutz, 7. Aufl. 2002, Deut. Verlagsanstalt Stuttgart München, S.135-136
[13] Mönck, Willi; Schäden an Holzkonstruktionen, 2. Aufl. Verlag für das Bauwesen 1995, S. 169
[14] Gnoth, Steffen; Hansel, Frank; Jurk, Kasten; Toepel, Torsten; Strangfeld, Peter; Hygrothermische Untersuchung der Balkenköpfe von Einschubdecken bei innengedämmten Außenwänden unter Einbeziehung der Heizungstechnik, Heizungstechnisch gestützte kapillaraktive Innendämmung bei Holzbalkendecken, 2003, Fraunhofer IRB Verlag S. 45, 259
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