Holzer- Statische beurteilung historischer Bauwerke Bd1

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978 3 433 02959 6, Mauerwerkskonstruktionen,

Text of Holzer- Statische beurteilung historischer Bauwerke Bd1

  • Vorwort

    Der Verfasser hlt seit etlichen Jahren an der Universitt der Bundeswehr Mnchen imVertiefungsstudium (Masterstudium) eine Wahlpflichtvorlesung Beurteilung und Er-tchtigung historischer Tragwerke, die getreu dem Leibnizschen Motto Theoria cumPraxi den Bogen von der In-situ-Untersuchung eines Bauwerks bis zu seiner rechneri-schen Analyse schlgt und sich nicht zuletzt deswegen groer Beliebtheit erfreut. DieseVorlesung ist etwa hlftig dem Tragverhalten historischer Wlbkonstruktionen und derAnalyse historischer Holztragwerke gewidmet. Sie ist unmittelbarer Ausdruck der aktu-ellen Forschungsschwerpunkte und Praxisttigkeiten des Autors. Besonderes Gewichthat die Gewlbestatik in den Lehr- und Forschungsarbeiten des Verfassers gewonnen,seit es die 2011 erstmals durchgefhrte Erste Europische Sommerschule zur Bautech-nikgeschichte vorzubereiten galt, die damals in Cambridge ebenfalls zum Thema derGewlbe abgehalten worden ist. Hinzu kamen Kurse zum Thema Gewlbe fr Trag-werksplaner in der Fortbildungseinrichtung Propstei Johannesberg bei Fulda. In allendiesen Lehrveranstaltungen und in Gutachten zu realen Objekten konnte eine Flle vonInformationen und Erkenntnissen gesammelt werden, die hier verarbeitet sind.

    In letzter Zeit ist ausgelst nicht zuletzt durch die Richtlinie fr die ber-wachung der Verkehrssicherheit von baulichen Anlagen des Bundes (2008) eineverstrkte Aktivitt bei der Beurteilung und Ertchtigung historischer Tragwerke zubeobachten. Der Aufgabe, eine historische Konstruktion aus zimmermannsmigemHolztragwerk und gemauerter, ggf. gewlbter Unterkonstruktion zu analysieren, hatdie Lehre der letzten Jahrzehnte im Bauingenieurwesen nicht viel gegenberzustel-len; entsprechend unsicher ist sich manch ein Tragwerksplaner und im schlimmstenFall sind unangemessene Ertchtigungsmanahmen die Folge. Ein aktuelles Lehr-buch zu historischen Tragwerken existiert in deutscher Sprache nicht und auch dieLehrbcher aus dem benachbarten Ausland helfen zum Teil nur wenig weiter. Dafrexistiert eine im Verlauf von mehr als zweihundert Jahren angewachsene, unber-schaubare Flle an Spezial-Fachliteratur vor allem zur Gewlbestatik. Im vorliegen-den Buch ist der Versuch unternommen worden, diese Spezialliteratur in englischer,italienischer, franzsischer und deutscher Sprache zusammenzufassen, weiterzuent-wickeln und wieder fr die praktische Anwendung zu erschlieen.

    Beurteilung und Ertchtigung historischer Tragwerke folgen dem Prinzip Erst ge-nau hinschauen und verstehen, dann rechnen, dann erst ertchtigen. BesonderesGewicht wird hier den ersten beiden Schritten zugemessen. In der heutigen Praxissteht allzu oft die durchzufhrende Manahme schon fest, ehe auch nur eine brauch-bare Bau- und Zustandsaufnahme stattgefunden hat. So wird man einem historischenBauwerk aber nicht gerecht. Manch eine Beobachtung, die zunchst bersehen wor-den ist, hilft spter, die Bau-, Schadens- und Reparaturgeschichte aufzuklren undmacht andere, ins Auge fallende Schden verstndlich oder relativiert sie gar vl-lig. Kein historisches Gewlbe ist ungerissen. Dem heutigen Bauingenieur ist diesaber viel weniger bewusst als die Tatsache, dass auch beim modernen StahlbetonRisse zwingend zum Tragverhalten dazugehren. Manche Abweichungen histori-

  • scher Gewlbe von der erwarteten Form sind schon Jahrhunderte alt, andere akut.Hier richtig zu urteilen, ist essentiell. Ein richtiges Urteil kann aber nur abgeben,wer ber entsprechendes Hintergrundwissen verfgt. Dieses Hintergrundwissen zuvermitteln, ist Ziel des Buches. Es will kein Handbuch zum Nachweis nach Normsein, sondern eine Anleitung zum Hinsehen, Denken, Verstehen.

    Nunmehr liegt endlich der von vielen lange erwartete erste Band zum Mauerwerkvor. Schwerpunktmig behandelt der Band gewlbte Strukturen. Wnde, Strebe-pfeiler und Fundamente werden gewissermaen nur als Unterbau der gewlbtenRaumdecke behandelt. Die Krze des entsprechenden Kapitels resultiert aus derschmalen Informationsbasis, auf die man bei Wnden und Fundamenten beim realenObjekt blicherweise zurckgreifen kann. Auch gibt es zur Theorie des Tragverhal-tens mehrschaliger Wnde nur wenige Vorarbeiten.

    Im vorliegenden Buch ist soweit wie irgend mglich originales, neues Bildmaterialverwendet worden. Diagramme, Zeichnungen und Fotos wurden fast ausnahmslosentweder selbst angefertigt oder aus originalen, bauzeitlichen Quellen entnommen.Grafiken aus zweiter Hand wurden vermieden. Einem aussagekrftigen Foto einesBefundes wurde der Vorzug vor einer Skizze gegeben, um dem Leser die Chance zugeben, sich selbst ein Bild zu machen. Risse wurden daher in Fotos nicht von Handnachgezeichnet. Angesichts der Schwierigkeit, von Rissen und hnlichen Befundenaussagekrftige Fotos anzufertigen, wurde manchmal auch auf etwas entlegene Bau-werke zurckgegriffen.

    Dieselbe Bemhung um originale, neue Informationen, die die Auswahl des Bild-materials des vorliegenden Buches kennzeichnet, ist auch den vorgestellten Anstzender Analyse zuteil geworden. Keine Formel oder Aussage aus der Literatur ist einfachungeprft bernommen worden. Manches Neue hat dem Wissensstand wohl hinzuge-fgt werden knnen. Zu hoffen ist, dass das reiche Material, das hier prsentiert wird,einer mglichst groen Zahl von Lesern zu einem schonenden und verstndnisvollenUmgang mit historischen Tragwerken verhelfen wird. Sollten Fehler gefunden wer-den oder Korrekturen ntig sein, sind entsprechende Hinweise sehr willkommen.

    Gedankt sei den knftigen Lesern, vor allem aber auch dem Verlag Ernst & Sohnund in besonderer Weise Frau Claudia Ozimek fr die fast unendliche Geduld, mitder man auf das Werk gewartet und auch dessen Anwachsen zu einem zweibndigenOpus toleriert, wenn nicht gar untersttzt hat. Auch Ermunterung zwischendurchwar ntig und ist gewhrt worden.

    Unendliche Geduld hat auch meine Familie aufbringen mssen, die selbst auf denUrlaubsreisen stets noch meine Jagd auf Risse, Schden an Gewlberippen oder in-teressante Beobachtungen in Dachrumen historischer Grobauten erduldet hat. Rei-serouten wurden gezielt an solchen Punkten orientiert und der Groteil der gemein-samen Freizeit zuhause und unterwegs ist in den vergangenen Jahren der das ganzeBerufs- und Privatleben ergreifenden Leidenschaft fr die historische Konstruktionzum Opfer gefallen. Meiner Frau und meinen Tchtern sowie allen Mitarbeitern,Kollegen und Freunden, die zum Entstehen des Werkes passiv und aktiv ihren Bei-trag geleistet haben, danke ich an dieser Stelle ganz herzlich.

    Mnchen, im Mai 2013 Stefan M. Holzer

    VorwortVIII

  • tere Konfigurationen, in denen der Stichkappenanschluss bis in die Zone der Bruch-fugen der Haupttonne reicht, hat Krausz nicht betrachtet.

    4.2.2 Baupraktische Verfahren zur Standsicherheitsbeurteilung

    Wie beim gemauerten Bogen, so sind auch bei tonnen- oder kreuzgewlbten Ru-men die Lage des Angriffspunkts und die Gre des Gewlbeschubs die wichtigstenInformationen, die man zur Standsicherheitsbeurteilung bentigt. Die einfachste Ab-schtzung berhaupt ergibt sich aus der von Jacques Heyman herangezogenenMembrantheorie [Heyman 1966, S. 269274]. Membrantheorie bedeutet, dass Bie-getragwirkungen vllig vernachlssigt werden (Die Sttzlinie oder besser Sttz-flche ist dann identisch mit der Schalenmittelflche). Das Flchentragwerk kannnur Spannungen in seiner Tangentialebene aufnehmen. Das Tragverhalten wird aus-schlielich durch die geometrische Form bestimmt. Materialgesetze gehen nicht ein,es handelt sich um eine reine Gleichgewichtsbetrachtung, also um eine statisch be-stimmte Idealisierung des Tragwerks.

    Ist die Wlbung in Lngsrichtung des berdeckten Raumes eine stetig gekrmmteTonne (Halbkreistonne oder elliptische Tonne), deren Scheitel ungebrochen durch-luft, so kann man im Rahmen der Membrantheorie auf ein aus dem Scheitel-bereich herausgeschnittenes Stck der Tonnenschale die Kesselformel anwenden:Der radial auf die Schale wirkende Druck p bewirkt in einer dnnen Zylinderscha-le mit dem Radius R und der kleinen Dicke t die Tangentialspannung t pR=t(tangential zur Leitkurve des Zylinders). Dies ist die Membranlsung eines unend-lich langen Zylinders. Sie ist auf den Scheitelbereich des zylindrischen Tonnenge-wlbes anwendbar, denn im Scheitel der Tonne wirkt das Eigengewicht gt ver-tikal, also radial, die Tangentialspannung t hingegen horizontal. Da derGewlbeschub in jedem Schnitt des Gewlbes gleich gro sein muss, ergibt sichder Horizontalschub des Gewlbes je Meter Lngenerstreckung einfach zu Rgt.Stichkappen, Widerlagerwinkel, vorhandene Hinterfllungen oder dergleichen ge-hen in diese Membran-Berechnung nicht ein, sie haben keinerlei Einfluss auf dasErgebnis! Der einzige magebende Einflussfaktor ist die Krmmung des Gewlbesim Scheitelbereich. Auf spitzbogige Gewlbe ist Heymans Ansatz somit nicht an-wendbar.

    Bei einem dnnen Kreuzgewlbe ber einem Grundrissquadrat mit 2R Seitenlngeergibt sich nach der Membrantheorie fr das ganze Gewlbejoch ein Horizontal-schub von H 2R2gt. Fr ein nicht hinterflltes Kreuzgewlbe mit 0 Widerlager-winkel gibt [Heyman 1966, S. 270] als Gewichtskraft einer Gewlbehlfte den Wert2;28 R2gt an. Diese Kraft wirkt nach Heyman im Abstand von 0;468R von derSchildwand. Daraus ergibt sich dann mit Hilfe von simplen Gleichgewichtsbetrach-tungen (vertikale und horizontale Krfte, Momente) an einer Gewlbehlfte, dassder Schub des Kreuzgewlbes in einer Hhe von 0;466R ber der Widerlagerebeneabzufangen ist [Heyman 1966, S. 271]. Dies ist ohne Zweifel eine garantierte obereSchranke fr den tatschlich auftretenden Gewlbeschub unter Eigengewicht. Im Fol-genden wird anhand verbesserter Traglastabschtzungen ermittelt, ob die Genauigkeitdieser Abschtzung fr die Praxis ausreichend ist.

    4.2 Grenzzustandsbetrachtungen an gerissenen Schiffswlbungen 207

  • Zunchst soll aber noch das in dem bei Tragwerksplanern bis heute beliebten Buchvon Klaus Pieper [Pieper 1983, S. 5253] beschriebene Vorgehen zur Analyse desKreuz