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Beschreibung
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Verfahren zum Restaurieren von Holzbalken Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Restaur ren eines z.B. durch Schädlinge oder Fäulnis angegriffenen
Holzbalkens mit Hilfe einer aushärtenden Kunststoffmasse und mindestens einer Bewehrung,
die mit Hilfe der Kunststoffmasse mit mindestens einem tragfähigen Teil des Holzbalkens
verbunden wird.
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Holzbalken unterliegen insbesondere im Bereich ihrer Auf-und/oder
Zwischenlager in einem Mauerwerk oder einer ähnlichen Abstützkonstruktion einem
erhöhten Risiko, durch Fäulnis oder Schädlinge zerstört zu werden.
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Üblicherweise werden diese Balken vollständig erneuert. Es kann jedoch
die Notwendigkeit bestehen, den ursprünglichen Balken zu erhalten und nur den beschädigten
Bereich so zu restaurieren, daß dieser wieder tragfähig ist. Dies gilt insbesondere
für historische Gebäude, deren Balken Schnit zereien oderBemalungen aufweisen und
daher denkmalschutzfähig sind. Auch gilt dies für alte Holzbalken, die aus anderen
Gründen nicht erneuert werden können. Denkbar sind beispielsweise Fälle, wo ein
hölzerner Deckenbalken nicht erneuert werden kann, ohne eine historische Stuckdecke
zu zerstören oder zu gefährden.
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Bei alten Bauten sind Balkenkonstruktionen häufig stark überdimensioniert.
Dies hat zur Folge, daß die noch verbliebene Resttragfähigkeit eines beschädigten
Holzbalkens geeignet ist, die erforderlichen Tragkräfte aufzunehmen.
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Allerdings sind auch solche Fälle anzutreffen, wo der Holzbalken insbesondere
im Bereich seines Auf-oderzwischenlaaers infolae Zerstörung keine rechnerische Tragfähigkeit
mehr besitzt oder bereits voll abgeschert ist. Die in diesem Bereich auftretenden
Belastungen werden dann über die Bretter einer Decke oder über andere Teile der
Balkenkonstruktion auf die benachbarten Holzbalken übertragen. Diese Holzbalken,
die unter Umständen auch selber bereits angegriffen sind, erhalten hierdurch eine
erhöhte Belastung.
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Bei allen diesen Fällen besteht eine latente Einsturzgefahr. In derartigen
Fällen, wo eine totale Erneuerung nicht möglich oder unerwünscht ist, ist eine Restaurierung
vordringlich erforderlich. Bisher geschah dies, indem die schadhaften Bereiche des
Holzbalkens zimmermannsgemäß durch neue Holzteile ersetzt wurden. Dies erfolgte
durch überlappungs- oder ähnliche in der Holztechnik bekannte Verbindungsmethoden.
Hierbei wird der zu ersetzende Bereich des Holzbalkens so entfernt, daß der Anschluß
ausschließlich an gesundes Holz erfolgt. Hierzu sind zeitraubende und im Zusammenhang
mit der Ausführung der Anschluß arbeiten des Ersatz stückes komplizierte Unterstützungen
und Bearbeitungen am erhaltenen Teil des Holzbalkens erforderlich.
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Die Überlappungs- oder ähnliche Verbindungsmethoden hien ferner den
Nachteil, daß das Ersatz stück sich über eine verhältnismäßig große Länge im Auf-
oder Zwischenlagerbereich des Balkens erstreckt. Hierdurch wird nicht nur für den
Beobachter offensichtlich, daß der Holzbalken teilweise erneuert wurde, dieser erneuerte
Teil kann vielmehr auch in die o.g. Schnitzereien oder Malereien hineinreichen.
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Letzteres ist jedoch aus naheliegenden Gründen nicht vertretbar.
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Ferner ist es bekannt, geschädigte und geschwächte Holz-
balken
durch seitlich angebrachte Holzbretter oder Metallprofile zu unterstützen. Dies
führt jedoch zu ähnlichen unerwünschten Ergebnissen.
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Aus der DE-PS 22 61 820 ist ferner ein Verfahren zur Restaurierung
von Holzbalken bekannt. Rei diesem Verfahren wird das durch Fäulnis zerstorle ijolz
im Bel-eicll des Auflagers entfernt. Unter einem fA>lchen Winkel wird in den
Holzbalken, in dessen noch nicht beschädigten Teil, mindestens eines Bohrung angebracht,
die in den Hohlraum des Auflagers führt. In diese Bohrung wird ein Bewehrungsstab
eingelegt. Der von zerstörtem Holz befreite Hohlraum des Auflagers und die vorgenannte
Bohrung wird durch eine aushärtende Kunststoffmasse mit stark haftenden Eigenschaften,
vorzugsweise Epoxidharz, ausgefüllt. Hierdurch X zd im Bereich des Auflagers wieder
eine gewisse Stabilität des holzbalkens erzielt.
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Dieses Verfahren ist jedoch nur dann anwendbar, wenn noch tragfähige
Balkenreste in dem Hohlraum des Auflagers sich befinden. Ist die Zerstörung des
Holzbalkens so weit fortgeschritten, daß sich im Hohlraum des Auflagers keine rechnerisch
tragfähige Holzsubstanz mehr befindet, oder sollte der Holzbalken bereits voll abgeschert
sein1 so ist dieses Verfahren nicht mehr anwendbar, da es nicht geeignet isttQuerspannungen,
insbesondere Querzuqspannungen, die z.B. durch eine Biegebelastung des Holzbalkens
auftreten, aufzunehmen.
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Dies ergibt sich aus einer zweifachen Überlegung: a) Jeder Biegebalken
kann als Netzfachwerk aufgefaßt werden Dieses Neztfachwerk besteht aus waagrechten
Zug- und Druckstreben an der Unter- bzw. Oberfläche des Biegebalkens und aus Zug-
und Druckstreben unter ca. 450im Zwischenbereich, wobei insbesondere bei Holz der
Neigungswinkel abweichen kann.
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Ein nach diesem Verfahren restaurierter Holzbalken besteht
im
wesentlichen aus zwei Teilen. Der eine Teil, wo ursprünglich sich das zerstörte
Holz befunden hat, ist durch die aushärtende Kunststoffmasse ersetzt (Kunststoffteil).
Der andere Teil des Holzes besteht aus dem Rest des ursprünglichen Holzbalkens (Holzteil).
Die Masse aus aushärtendem Kunststoff dringt etwas in die neue Stirnflächer die
durch die Entfernung des zerstörten Holzes geschaffen wurde, des Holzteils ein.
Hierdurch entsteht ein gewisser Übergangsbereich zwischen den beiden obengenannten
Teilen. Trotz dieses Ubergangsbereiches hat der restaurierte Holzbalken an der Berührungsfläche
der beiden obengenannten Teile bezüglich der Biegebelastung weder die Festigkeit
des Holzteils noch die Festigkeit des Kunststoffteils. Während außerhalb dieser
Berührungsfläche die beiden Werkstoffe Holz bzw. Kunststoff in ihren jeweiligen
Teilen die obengenanntenca.450- Zug- und Druckstreben ausbilden können, fallen diese
bei der Berührungsfläche aus, da diesem Bereich rechnerisch keine Zugkräfte zugerechnet
werden können.
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Durch den Ausfall dieser "Schrägzugstreben" müssen die ihnen entsprechenden
Kräfte durch andere Streben übertragen werden.
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Die Schrägzugkräfte werden in horizontale und vertikale Kräfte zerlegt.
Die Horizontalkräfte können hierbei durch die o.g. Bewehrung aufgenommen werden.
Die Vertikalkräfte (Querzugkräfte) müssen durch das Holz bzw. die Kunststoffmasse
aufgenommen werden. Wenn bereits Holz nur in geringem Umfang Querzugkräfte aufnehmen
kann und nach anerkannten Regeln der Technik nicht aufnehmen darf (die Zugbelastung
von Nadelholz senkrecht zur Faser beträgt beispielsweise nur ca. 15 der Zugbelastung
in Faserrichtung), so ist dies bei der o.g. Berührungsfläche noch problematischer,
d.h. die nach der bekannten Methode restaurierten Holzbalken können Querzugkräfte
nur in einem unzureichenden Maße aufnehmen.
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b) Die Schubfestigkeit des Vollholzes wird bekanntermaßen stark durch
Schwindrisse verringert, die bevorzugt im
Bereich der Stirnenden
auftreten; während die Werte für rissefreies Holz um ca. 60 kn/cm2 liegen, ergaben
sich bei Fichtenholz mit klaffenden Schwindrissen nur Werte von 16 bis 24 kp/cm2.
Dieser Bereich, wo sich Schwindrisse bilden können, ist mindestens 1,50 m, vom Stirnende
des Holzes an gerechnet, lang. Wenn man davon ausgeht, daß die übliche Tiefe eines
Auflagers ca. die Hälfte der Balkenhöhe ist, so übertrifft der Bereich, wo sich
Schwindrisse bilden können, die Tiefe des Auflagers um ein Vielfaches.
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Selbst wenn der Holzbalken im Bereich des Auflagers voll zerstört
ist, reichen die von der ursprünglichen Stirnfläche ausgehenden Schwindrisse noch
weit in den ansonsten gesunden Holzbalken hinein.
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Da rechtwinklig oder schräg zur Faserrichtung d, Holzes wirkende Zugspannurenvor
allem bei Hölzern, die Schwindrisse oder Ringschäle aufweisen, zum Aufreißen des
Holzes führen können, müssen derartige Beanspruchungen vermieden oder durch besondere
Vorkehrungen aufgenommen werden. Zu beachten ist ferner, daß bei einem hölzernen
Biegebalken die theoretische Linearität von Zug- und Druckspannung ab einer gewissen
Belastung nicht mehr gegeben ist (sogenannte Verzerrung). Die Zugspannungen wachsen
somit stärker als die Druckspannungen Das theoretische Spannungsbild von zwei mit
ihren Spitzen auf der neutralen Faser des Biegebalkens aufeinanderstehenden Dreiecken
wird abgeändert in zwei Flächen, die anstelle der Hypothenose jeweils eine Kurve
besitzen, wobei der Wendepunkt der Steigung dieser Kurven in der neutralen Faser
liegt Eine Vermeidung ist bei hölzernen Biegebalken (im Gegensatz z.B. zu Spannbetonträgern)
nicht möglich. Solange der Holzbalken noch voll in seinem Auf- oder Zwischenlager
liegt, wird durch die Auf- oder Zwischenlagerfläche verhindert, daß das Holz nach
unten aufreißt. Wenn der Holzbalken jedoch in diesem Bereich voll oder teilweise
zerstört ist, kann das Auf- oder Zwischellager diese Funktion nicht mehr erfüllen.
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Dies gilt insbesondere auch für das obengenannte Restaurierungsverfahren
gemäß der DE-PS 22 61 820. Wird die Bewehrung, wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben,
von oben flach in den Holzbalken eingeführt, so berührt sie den kritischen Bereich
der unteren Schwindrisse überhaupt nicht und kann somit hier auch nicht wirken.
Würde man diese Bewehrung in gleicher Weise von der Unterseite des Holzbalkens einführen,
so wäre nur eine geringe Verbesserung feststellbar. Eine in einem flachen Winkel
eingebrachte Bewehrung ist fast ausschließlich nur zur Aufnahme von Zug- bzw. Druckkräften
geeignet, nicht jedoch für Querkräfte. Bezüglich der Querzugkräfte hat sie also
keine nennenswerte Bedeutung.
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Aus diesen Gründen ist das Verfahren gemäß der DE-PS 22 61 820 für
die Restaurierung von Holzbalken, die im Bereich des Auf- und/oder Zwischenlagers
voll abgeschert sind oder zumindestens im wesentlichen keine rechnerische Tragfähigkeit
mehr besitzen, nicht verwendbar. Holzbalken, die in einem Bereich außerhalb eines
Auflagers angegriffen sind, können mit dieser bekannten Methode überhaupt nicht
restauriert, d.h. in einen Zustand ausreichender Belastungsfähigkeit gebracht werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Restaurierungsverfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem bei einem angegriffenen Holzbalken
wieder eine ausreichende Tragfähigkeit für Zug-, Druck-, Biege- und/oder Scherkraftbeanspruchungen
erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Bewehrungen eingebracht werden,
von denen mindestens eine erste Bewehrung parallel oder unter einem flachen Winkel
zur Achse des Holzbalkens eingebracht wird und von denen mindestens eine zweite
Bewehrung im wesentlichen quer zur Achse des Holzbalkens im tragfähigen Teil des
Holzbalkens
im Bereich der ersdten Bewebrung eingebracht wrd. Mit den min(lvstens zwci i3üwehrunyen
gemäß der Erfindung, deren Achsen im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen,
können sämtliche obengenannten Beanspruchungsarten zuverlässig aufgenommen werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn für die erste horizontale Bewehrung
mindestens zwei Bewehrungsstäbe in der Druckzone und mindestens zwei Bewehrungsstäbe
in der Zugzone des Holzbalkens verwendet werden und wenn die vertikale zweite Bewehrung
nicht nur im nicht angegriffenen Teil des Holzbalkens, sondern auch im restaurierten
Teil des Holzbalkens eingebracht wird.
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Durch die erfindungsgemäße Bewehrung ist es möglich, auch solche Holzbalken
einwandfrei zu restaurieren, ueben angegriffener Bereich so groß ist, daß keine
tragfähige Holzsubstanz mehr Kräfte auf das Auf lager übertragen kann bzw.
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daß der betreffende Holzbalken bereits abgeschert ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung, insbesondere
im Hinblick auf die Ersatzmaterialien für den angegriffenen Bereich des Holzbalkens
und die aushärtende Kunststoffmasse zur Verbindung der Bewehrungen mit Holzteilen
ist.in den Unteransprüchen angeführt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch ein Balkenende eines
gemäß der Erfindung restaurierten Holzbalkens, Fig. 2 einen schematischen Horizontalschnitt
durch das Balkenende gemäß Fig. 1, und Fig. 3 einen schematischen VeXtikBlschnitt
eines anderen gemäß der Erfindung restauierten Holzbalkens.
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In Fig. 1 und 2 ist das Ende eines restaurierten Holzbalkens 1 dargestellt.
Der Holzbalken 1 kann ein Biegebalken mit einem Auflager 2 oder ein auf Zug oder
Druck beanspruchter Balken mit einem Auflager 3 oder auch ein Balken mit kombinierten
Belastungsarten sein.
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Im nachfolgenden wird das Restaurierungsverfahren anhand des Ausführungsbeispieles
gemäß Fig. 1 und 2 erläutert. Der Balken 1 erstreckt sich ursprünglich über den
gesamten Bereich 4. Durch Fäulnis, Schädlinge oder anderweitig ist ein Teilbereich
5 angegriffen bzw. zerstört worden. Der Teilbereich 5 kann sich hierbei, wie dargestellt,
über den Auflagebereich hinaus erstrecken. Nach eventuell notwendigen Unterfangungs
und/oder Absprießarbeiten werden die schadhaften, tragunfähigen Teile des Holzes
(Teilbereich 5) entfernt. Durch Abbeilen, Bearbeiten mit dem StemmeisPn oder mit
anderen geeigneten Methoden wird eine möglichst senkrechte Fläche an dem nicht angegriffenen
Bereich des Holzbalkens 1 hergestellt. In diesem nicht angegriffenen Bereich des
Holzbalkens werden Bohrungen 7 bis 10 eingebracht. (Die Bohrung 10 liegt hierbei
unterhalb der Bohrung 9 und ist in keiner der Schnittzeichnungen ersichtlich). Die
Achsen dieser Bohrungen 7 bis 10 verlaufen parallel zur Achse 11 des Holzbalkens
1. Die Bohrungen 7 bis 10 liegen z.B. nahe den Randfasern des Holzbalkens 1. Senkrecht
zur Achse 11 des Holzbalkens 1, zwischen den Bohrungen 7 und 8 bzw. 9 und 10 und
nahe der Fläche 6 wird eine Bohrung 12 eingebracht. Der Teilbereich 5 des Holzbalkens
1, der entfernt worden ist, wird entsprechend den ursprünglichen Abmessungen des
Holzbalkens 1 in geeigneter Weise eingeschalt. In die Bohrungen 7 bis 10 bzw. 12
werden Bewehrungsstäbe 13 bis 16 bzw 17 eingebracht und darin in geeigneter Weise
mittig fixiert. Durch geeignete Füll- oder Belüftungsbohrungen (nicht dargestellt),
die die Bohrungen 7 bis 10 an ihren sackförmigen Enden erschließen, wird ein Reaktionsharzmörtel
eingefüllt. Der Abstand zwischen den Bewehrungsstäben 13 bis 17 und den zugehörigen
Bohrungen 7 bis 10 und 12 ist so zu wählen, daß der Reaktionsharzmörtel
die
Bewehrungsstäbe 13 bis 17 voll umschließt. Der Reaktionsharzmörtel haftet daher
sowohl an den Bewehrungsstäben sowie an den zugehörigen Bohrungswänden und verbindet
daher kraftschlüssig die Bewehrungsstäbe mit dem nicht angegriffenen Teil des Holzbalkens.
In dem Teilbereich 5 wird senkrecht zur Achse 11 des Holzbalkens 1, zwischen den
Bewehrungsstäben 13 und 14 bzw. 15 und 16 und nahe der senkrechten Flache 6, ein
Bewehrungsstab 18 eingebracht.
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Der Teilbereich 5, aus dem, wie oben beschrieben, das zerstörte Holz
entfernt worden ist, wird ein Reaktionsharzbeton eingefüllt.
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Ein so restaurierter Holzbalken kann zuverlässig die in der Praxis
auftretenden Zug-, Druck-, Biege- und/oder Scherkraftbeanspruchungen aufnehmen.
Die Bewehrt ,stäbe 13 bis 18 können glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe, Metallstäbe,
Metallrohre oder andere geeignete Bewehrungsmittel sein.
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Der Reaktionsharzmörtel besteht aus einer Mischung aus Reaktionsharz,
insbesondere Epoxidharz und Zuschlagstoffen.
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Als Zuschlagstoff hat sich insbesondere Quarzmehl mit einer Korngröße
von 0,06 bis 0,2 mm als vorteilhaft erwiesen.
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Bei diesem Quarzmehl hat sich z,B. n ein Mischungsverhältnis von 1
Gewichtsteil Reaktionsharz und 1,2 Gewichtsteilen Quarzmehl als vorteilhaft erwiesen.
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Der Reaktionsharzbeton besteht vorzugsweise aus 1 Gewichtsteil Reaktionsharz,
insbesondere Epoxidharz, und 5 Gewichtsteilen Zuschlagstoffen. Als Zuschlagstoffe
werden z.B. Quarzmehl mit einer Korngröße von 0,06 bis 0,2 mm, Sand mit einer Korngröße
von 0,7 bis 1,2 mm und Kies mit einer Korngröße von 3,0 bis 6,(knrn,zJ3jezu gleichen
Gewichtsteilen verwendet.
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In Fig. 3 ist ein anderen resta-rierter Holzbalken 101 dargestellt.
Er liegt auf den Aiiagern 102 und 1021. Z.B. in der Mitte dieses Holzbalkens 101
im Teilbereich 105 ist die
Holzsubstanz angegriffen bzw. zerstört.
Entsprechend dem oben beschriebenen Restaurierungsverfahren wird auch hier die angegriffene
bzw. zerstörte Holzsubstanz entfernt und durch ein Ersatzmaterial,z.B. in Form eines
Reaktionsharzbetons ersetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel reichen die Bewehrungsstäbe
113 bis 116 jeweils von dem nicht angegriffenen Bereich des Holzbalkens 101 durch
den zerstörten und durch Reaktionsharzbeton ersetzten Teilbereich 105 in den anderen
nicht angegriffenen Bereich des Holzbalkens 101.
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Die übrigen Teile dieses restaurierten Holzbalkens entsprechen den
mit korrespondierenden Bezugszeichen versehenen Teilen des restaurierten Holzbalkens
gemäß den Fig. 1 und 2, wobei diese Bezugszeichen jeweils um 100 erhöht worden sind.
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Die Lage der Bewehrungsstäbe kann in Abhängigkeit von den besonderen
Verhältnissen des zu restaurierenden Holzbalkens entsprechend angepaßt werden. Falls
ausreichend Platz vorhanden ist, kann auch die Zahl der Bewehrungsstäbe erhöht werden.
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Als Ersatzmaterial für den Teilbereich 5 bzw. 105, aus dem die zerstörte
Holz substanz entfernt worden ist, kann auch ein entsprechendes neues Holzbalkenstück
verwendet werden.
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Zwischen dem verbliebenen Bereich des Holzbalkens 1 bzw.
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101 und dem neu eingesetzten Holzbalkenstück wird dann jeweils nur
eine dünne Schicht aus Reaktionsharzmörtel oder Reaktionsharzbeton eingebracht.
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Der Reaktionsharzmörtel und Reaktionsharzbeton kann in allen Anwendungsfällen
durch Beimengung von Farbstoffen dem Holzbalken farblich angeglichen werden.
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