Das gut belüftet zweischalige Kaltdach ist in bauphysikalischer Hinsicht die beste Lösung für Steil- und Flachdächer, da auch bei hoher Raumfeuchtigkeit und hohen Temperaturunterschieden anteilig weniger Schäden als bei wärme gedämmten Dächern auftreten. Das muss jedoch differenziert betrachtet werden. [4] Es muss der Schutz vor Tauwasser, die möglichen Wärmebrücken und die Lage sowie Ausführung der Dampfbremse berücksichtigt werden. Die Krankheit des Kaltdaches ist schlicht eine stagnierende Luft im Dachraum (siehe Bild 2.2.2.d). Stagniert sie, wird sie warm. Bei der unvermeidlichen Berührung mit kälteren Oberflächen muss es dann zur Kondenswasserbildung kommen. [5] Die Berliner Dächer der älteren Mehrfamilienhäuser sind im oberen Teil als Flachdach ausgebildet (Bild 2.2.1). Diese können sowohl als nicht oder durchlüftetes Flachdach ausgebildet sein. Ersteres ist ein Warmdach, welches meistens als Wäscheboden genutzt wurde. Wurden bei diesen Dächern Dachwohnungen eingebaut, so befindet sich bei einigen Objekten über der Decke noch ein belüfteter Dachraum (Kaltdach) und darüber die Holzschalung mit der Dachabdichtung. Die obere Schalung übernimmt den Witterungsschutz, der Hohlraum wird durch die Außenluft durchströmt. Der Aufbau der Innenschale mit Dampfbremse und Dämmung erfolgt analog wie bei der Dachschräge.
Die Dachdecke bildet die oberste Geschossdecke und trägt unmittelbar die Dachhaut. Bei solchen Dächern kann sich unter der Dachhaut Tauwasser bilden und Schäden an der Dachkonstruktion auslösen. [4]
Diese Flachdächer sind eigentlich Kaltdächer. Charakteristisch ist ein belüfteter Raum zwischen der oberen Schale (Wetterschutz/Niederschlag) und der unteren Schale mit Wärmedämmung. Unter diese Schale muss eine Dampfsperre angeordnet werden, damit zwischen Innenraum und dem Dachraum kein Luftaustausch erfolgen kann. Neben der Dachneigung von mindestens 5 %, günstiger 10 %, sollte der Luftraum mindestens 10 cm hoch und mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten Zugluft- bzw. Abluftöffnungen (gleichmäßig verteilt) mit einem freien Lüftungsquerschnitt von 2°/°°vorliegen, das entspricht 1/500 der Dachfläche. Weitere ergänzende Hinweise sind unter [6] zu finden.
Vor einem geplanten Dachausbau sollten generell alle Holzteile gründlich auf einen möglichen Befall durch Holz zerstörende Insekten und Pilze untersucht werden. Befallene Holzteile sind entsprechend der DIN 68800 (Holzschutz) zu sanieren bzw. zu ersetzen. Auf die Problematik Holzschutz wird im Punkt 8.3 ausführlicher eingegangen. Besonders gefährdete Bereiche sind im Bild 2.2.2 benannt. Im Einzelnen bedeutet:
Das belüfte Dach, ist mit einem durchgehenden Lüftungshohlraum von mindestens 2 cm und einer raumseitigen Dampfbremse mit einem Mindest - sd- Wert (siehe Anlage Fachbegriffe) zwischen 2 m und 10 m je nach Sparrenlänge und festgelegten Be- und Entlüftungsöffnungen zu versehen. (Bild 2.2.3). Wobei je nach Wasserdampfbelastung wegen der Wasserdampfdiffusion (vergleiche Pkt. 4.3.2.) der größere Wert günstiger ist. Eine exakte Fugendichtheit der Dampfbremse ist herzustellen (vergleiche Pkt. 4.3.4). Durch das Verrutschen der Dämmstoffe und aufplustern wird der Hohlraum zwischen Dämmung und Unterspannbahn sehr schnell verschlossen, daher sollten Abstände von 3 bis 5 cm gewählt werden. Ist mit einem „verstopfen“ der Hinterlüftung zu rechnen, so können auch entsprechende Abstandhalter (siehe Anlage 5) eingebaut werden.
Für ein belüftetes Dach sprechen folgende Situationen:
Bei einer Vollsparrendämmung entfällt dieser Luftspalt, das heißt, die Dämmstoffstärke entspricht der Sparrenhöhe. Durch eine diffusionsoffene Unterspannbahn kann dies ausgeglichen werden. Die Entlüftung erfolgt dann wie im Bild 2.2.6 Luftführung Pkt. b). Zur Verbesserung wird statt der üblichen Dampfbremse eine feuchteadaptive Dampfbremse eingebaut, die zusätzlich eine Abtrocknung einer möglichen Durchfeuchtung nach innen ermöglicht. Ein rechnerischer Nachweis ist nicht erforderlich.
Beim nicht belüfteten Dach ist raumseitig eine Dampfbremse mit einem sd-Wert von mindestens 100 m anzubringen. Auf der Außenseite befindet sich direkt die Dachdichtung (z. B. Sparschalung und Kunststoffbahn). Bei dieser Konstruktion ist eine besondere sorgfältige Planung und Ausführung bei der Herstellung der Fugendichtheit vorzunehmen, da sonst die Holzkonstruktion dauerhaft gefährdet wird. Aus nachfolgenden Punkten zu den Schäden im Dachgeschossausbau lässt sich erkennen, dass diese Konstruktionsausführung erhöht schadensanfällig ist, da eingedrungene Feuchtigkeit nur sehr langsam wieder entweichen kann. In einem 1998 errichteten Wohngebäude brach nach 5 Jahren die Sparschalung unter der Dachhaut durch. Es lag eine Weißfäule durch den Nassfäulepilz, Ausgebreiteter Hausporling(Donkioporia expansa), vor. Die Holzfeuchtigkeit lag über 100 %. Im vorliegenden Fall war eine Vollsparrendämmung geplant aber nicht ausgeführt worden, sodass ein unbelüfteter Zwischenraum (Dämmung/Schalbretter) von 2-5 cm vorlag. Aber die wesentliche Ursache war die mangelhafte Dampfbremsenanbindung an das Mauerwerk.
Bei der Vollsparrendämmung (Bild 2.2.7) entfällt die zweite Lüftungsebene. Die Unterspannbahn muss in diesem Fall unbedingt diffusionsoffen sein. Die Vollsparrendämmung erfolgt dann, wenn die Sparrenhöhe für die vorgesehene Dämmstoffstärke zuzüglich Lüftungsspalt nicht ausreicht. Durch Aufdopplung, an die Unterseite des Sparrens wird eine Leiste angebracht, oder durch entsprechende Abhänger für die Befestigung der Tragkonstruktion der Innenverkleidung kann dieser Abstand vergrößert werden. Für die Vollsparrendämmung wurde eine feuchteadaptive Dampfbremse entwickelt (siehe Sperrschicht und Dampfbremse), die günstiger auf den Feuchtehaushalt einwirkt. Aus den bisherigen Erfahrungen gibt es immer große Probleme mit der Vermeidung der Dampfkonvektion, wo Wasserdampf über Fugen in die Konstruktion transportiert wird. Eine gute Hinterlüftung vermeidet nicht die Schadensgefahr, reduziert diese aber beträchtlich.
Unbelüftete Dächer bieten sich an:
Das Warmdach (Bild 2.2.9) hat gegenüber dem Kaltdach den Vorteil, nur eine Schale aufzuweisen. Sie ist in der Regel oberseitig wärme gedämmt und trennt den beheizten Raum von der Außenluft. Durchlüftungsprobleme gibt es nicht, aber dafür bei der Entfeuchtung. Das einfachste und älteste Warmdach ist eine dichte Schale aus dicken Nadelholzbohlen (50 mm) (Bild 2.2.8) auf Holzsparren mit konventioneller Blechabdeckung (z. B. Kupferfalzdach) oder oberer Abdichtung wie beim Kaltdach. [13] Das bereits im Bild 2.2.7 genannte unbelüftete Dach mit Vollsparrendämmung wird dem Warmdach zu geordnet. Die Ausbildung des Warmdaches hängt von der Nutzung des überdachten Innenraums und der damit verbundenen physikalischen Beanspruchung ab.
Die physikalische Beanspruchung des Warmdachs erfolgt durch:
Die Kondenswasserbildung innerhalb des Dachsystems muss durch richtige Schichtanordnung ausgeschlossen werden. [14]
Eine interessante konstruktive Ausführung des Warmdaches findet man in Tunesien bei den neueren Häusern. Die Hochlochziegel werden bei der Montage auf die Schalung aufgelegt und auf die Oberseite ein etwa 10 cm dicker Stahlbetonschicht aufgeschüttet. Bei einem normalen Einfamilienhaus gibt es keine Sperrschichten. Bei größeren Häusern gibt es eine Blechabdeckung als Regenschutz. Von der Ausführung handelt es sich hierbei um eine Innendämmung, da sich die Hohlziegelsteine auf der Innenseite befinden (Bild 2.2.10 und 2.2.11).
In dem Bild 2.3.1 werden die wichtigsten Bezeichnungen eines Daches dargestellt. Natürlich gibt es noch viele andere Dachformen und Gauben in den jeweiligen Regionen. Die jeweilige Dachform hat aber auch eine energetische Bedeutung für das Gebäude und die Bewohner.
Die Bautradition der Dachkonstruktionen in Mitteleuropa basieren auf zwei Grundformen aus dem germanischen Sparrendach und dem römischen Pfettendach. Da bei Dachkonstruktionen im Laufe der Jahrzehnte oder Jahrhunderte häufig leichtfertig einzelne Holzteile herausgenommen und keine oder ungenügende konstruktive Ersatzmaßnahme durchgeführt wurden, sind Dachstühle zunächst auf ihr ursprüngliches statisches System und anschließend auf Mängel in diesem zu untersuchen.
Pfettendächer: Sie weisen einen statisch einfachen Aufbau aus unabhängigen Tragwerkselementen auf und können daher bei beliebigen Dachformen, Z. B. bei abgewinkelten Grundrissen und bei Dächern mit Abwalmungen, Gauben oder Auswechslungen, vorteilhaft eingesetzt werden. Auch Pultdächer aus geneigten Balken- oder Sparrenlagen können als einfachste Form des Pfettendaches angesehen werden. Strebenlose Pfettendächer werden bevorzugt bei Dachneigungen bis etwa 35° angewandt. Bei steileren Dächern mit Neigungen von etwa 25 bis 45° empfehlen sich abgestrebte Pfettendächer. Im Bild 2.4.1 wird ein Beispiel eines strebenlosen Pfettendaches gezeigt. [15] In dieser Literatur, geeignet für die konstruktive Planung, sind weitere Beispiele, Detailzeichnungen, Bemessungstabellen für Stützweiten, Anschlüsse u. a. enthalten.
Sparren- und Kehlbalkendächer: Sie sind für Steildächer mit Dachneigungen von ca. 30 bis 60° gebräuchlich. Das Sparrendach ist statisch bestimmt. Die einzelnen Gesparren sind Dreigelenk-Stabzüge, bestehend aus je einem Sparrenpaar mit Zugband (Deckenbalken oder Stahlbetondecken).
Ihre Vorteile liegen in:
Ihre Nachteile bestehen darin:
Im Bild 2.4.2. wird ein einfaches Sparrendach gezeigt. [16] In dieser Literatur, geeignet für die konstruktive Planung, sind weitere Beispiele, Detailzeichnungen, Bemessungstabellen für Stützweiten, Anschlüsse u. a. enthalten.
Der statisch konstruktive Aufbau der einzelnen Dachkonstruktionen wird in den nachfolgenden Bildern 2.4.3 vereinfacht dargestellt:
Bild 2.4.3: Sparrendächer, bei denen die Sparren zur Dachkonstruktion zählen. Zu diesen gehören:
Bei den statisch-konstruktiven Überlegungen zu historischen Dachstühlen sind evtl. Veränderungen der auftretenden Lasten bei Neueindeckung mit schwereren Materialien und die Eigenschaften des Baustoffes Holz zu berücksichtigen, daneben die frühere und heutige Nutzung des Daches und die Ansätze, wie der Zimmermeister seine Holzdimensionen ermittelt hat. So fällt bei der Nachrechnung von Holzkonstruktionen auf, dass bei Berechnungen mit festen Auflagern fast immer Sparren und Balken zu stark dimensioniert sind, während Pfetten und Unterzüge zu schwach ausgeführt scheinen.
Rechnet man die gleichen Beanspruchungen mit beweglichen Auflagern - was den tatsächlichen Belastungen durch das Zusammenpressen von Holzauflagern, mehr noch den großen Durchbiegungen gerecht wird - so werden die Sparren und Balken stärker und die Pfetten sowie die Unterzüge schwächer, so wie wir die Ausführungen auch vorfinden.
Allein dieser eine Hinweis macht deutlich, dass die Zimmermeister über große empirische Erfahrungen verfügten, und dass Holzkonstruktionen nicht mit den im Massivbau üblichen Methoden behandelt werden sollten. Darüber hinaus ist festzustellen, dass alle komplizierten und großen Dachstühle spätestens seit dem 18. Jahrhunderte bereits gerechnet wurden.
Die Methoden dieser statisch konstruktiven Rechnungen sind zwar anders als die heutigen, die Ergebnisse aber oft verblüffend ähnlich. [17, 18]
Beim nachträglichen Dachausbau ist zu beachten, dass neben den Kräften, Winddruck, Windsog, Schneelast und der ursprünglichen Eigenlast zusätzlich die nachträglich eingebauten Baustoffe, wie Dämmung, Unterkonstruktion für die Innenverkleidung und die Gipskartonplatten bzw. Paneele hinzukommen. Bei unsachgemäßer Ausführung der Dampfbremse kann sich zusätzlich eine beträchtliche Menge an Kondenswasser in der mineralischen Dämmung ansammeln, welche bei einer großen Dämmstoffstärke und fehlender Hinterlüftung besonders große werden kann.
Nachfolgend die Flächengewichte für
Biberschwanz; 36 Stück/ m2 x Gewicht: 2,05 kg/Stück = 73,8 kg/m2
Betondachstein; 9,8-10,7 Stück/m2 Gewicht: ca. 5,5 kg/Stück = 53,9 bis 58,9 kg/m2
Gipskartonplatte; 12,5 cm = 8,5 kg/m2
Steinwolle: 22-200 kg/m3 100 mm dick = 2,2 bis 20 kg/m2, 180 mm 4 bis 36 kg/m2
Glaswolle: 20-153 kg/m3 100 mm dick = 2 bis 15,3 kg/m2, 180 mm 3,6 bis 27,5 kg/m2
Erfolgt bei einer Neueindecken statt der bisherigen Biberschwänze die Verwendung von Betondachsteine, so gleicht sich die Gewichtseinsparung mit der nachträglichen Innenverkleidung und dem Klemmfilz im unteren Gewichtsbereich etwa aus.
Mineralwolle mit großer Rohdichte hat den Vorteil, dass diese ein etwas besseres Wärmespeichervermögen hat, was sich günstig auf das Raumklima auswirkt. Das höhere Eigengewicht dieser Mineralwolle oder anderer schwerer Baustoffe, welche zusätzlich in den Dachstuhl eingebaut werden, erfordert eine Bewertung durch einen Statiker und gegebenenfalls die Verstärkung des Dachstuhls.
Die historischen Dächer wurden in der Regel mit Biberschwanz eingedeckt. Die Betondachsteine sind etwas leichter, sodass sicher das zusätzliche Gewicht der Dämmung und Innenverkleidung etwa aufhebt. Vor dem Dachausbau sollten alle vorhanden Holzbauteile auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Durch Insektenbefall kann sich der Querschnitt verringern, ebenso konnte öfter festgestellt werden, dass tragende Konstruktionshölzer entfernt wurden, weil diese "gestört" hatten.
Im Klassiker Schreier [162] "Praktische Baustatik" S. 154 ff werden Beispiele für die Berechnung für ein nicht und einem ausgebauten Dachstuhl aufgeführt. Auf der Seite 191 erfolgt eine Berechnung für ein Hängesprengwerk. Sehr zu empfehlen ist das Buch von Mönck [4] "Grundlagen für Bemessung und Konstruktion", hier sind zahlreiche Beispiele unterschiedlicher Dachstühle aufgeführt. Ebenso wird die fachgerechte Sanierung schadhafter Holzkonstruktionen beschrieben. Wenn größere Veränderung im Dachbereich und vor allem bei komplizierteren Dächern mit Gauben, Kehlen usw. oder wenn direkt am Dachstuhl Veränderungen (z. B. versetzen eines Stils, Kopfbänder, Zange usw.) vorgenommen werden sollen, so ist ein Statiker hinzuziehen. Das Dach ist das wichtigste Bauteil zum Schutz vor Witterungseinflüssen, speziell vor Wasser. Bereits kleine Schäden am Dach können innerhalb kurzer Zeit das Gebäude unbewohnbar machen. Daher ist bei den Ausführungsarbeiten im Dachgeschoss besondere Sorgfalt erforderlich, da der überwiegende Teil der tragenden Holzkonstruktion wegen der geschlossenen Verkleidung nicht mehr kontrollierbar ist.
Im Bild 2.3.3 eine vereinfachte Ansicht der tragenden Konstruktionshölzer im Dachstuhl. Im Bild 3.2.4. wird eine große Schleppgaube dargestellt.
Die Dachbinder bestehen aus verschiedenen Konstruktionselementen, z. B. aus Stielen (Stützen oder Stuhlsäulen), Streben, Zangen, Kopfbänder, Sparren. Sie sind so anzuordnen und miteinander zu verbinden, dass unverschiebbare Dreiecke entstehen und sie unverrückbar feststehen. Die Dachbinder bilden den Querverband der Dachkonstruktion.
Der Längsverband soll die Verschiebung der Dachkonstruktion in Längsrichtung verhindern (Standsicherheit). Dazu werden Windrispen, Andreaskreuze, Kopfbänder (siehe Bild 5.2.2), Streben, Windböcke u. a. eingebaut, die zug- und druckfest angeschlossen werden. [19] Im Bild 2.3.5. Dachstuhl eines Satteldaches mit zwei großen Schleppgauben. Gut sichtbar ist der Längsverband.
Beim Dachausbau können also nicht einfach Elemente, wie z. B. Kopfbänder, ausgebaut werden, weil sie stören. Es müssen entsprechende Ersatzkonstruktionen oder Verstärkungen bzw. andere Verbände eingebaut werden. Ebenso ist zu beachten, dass der Dachstuhl neben der konstruktiv vorgesehenen Last durch den Winddruck und die Dachhaut noch zusätzlich den Innenausbau (unter Umständen feuchte Dämmung, Unterkonstruktion und Verkleidung) aufnehmen muss. Vor den Umbaumaßnahmen sollte ein ortsansässiger Statiker befragt werden. Das Honorar fällt im Verhältnis zu einer ungewollten Nachsanierung sicherlich gering aus.
Sind konstruktive Änderungen erforderlich, so bieten die Literatur von Willi Mönck [4] und die Informationsschrift Informationsdienst Holz [15] viele Hilfestellungen.
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