Pfettenverstärkung durch Aufdoppelung

Die Notwendigkeit für eine statische Ertüchtigungsmaßnahme entsteht vorwiegend durch die geänderte Nutzung eines Gebäudes. Dies kann der Ausbau eines Dachgeschosses sein, eine neue Dachdeckung oder Aufsparrendämmung sowie die Installation einer Solaranlage. In vielen Fällen führt die Nutzungsänderung zu einer Lastenerhöhung, so dass die bestehenden tragenden Bauteile überlastet sind. Im Bestand sind zur Anpassung an aktuelle, statische Anforderungen besonders solche Lösungen gefragt, die kostengünstig, technisch sicher und ohne radikalen Eingriff in die vorhandene Bausubstanz umgesetzt werden können. Eine solche Lösung ist die Aufdoppelung.

Im folgenden Beispiel wird die traditionelle Holzbalkenverstärkung mit Doppelgewindeschrauben ausgeführt. Die dargestellte statische Ertüchtigung war in einem Wohnhaus aufgrund einer Dachneueindeckung mit erhöhter Eigenlast sowie dem Ausbau des Dachgeschosses zu Wohnzwecken erforderlich. Sowohl die Mittelpfetten als auch das Gebälk mussten verstärkt werden.

Lastenermittlung

Zu Beginn des Sanierungsprojekts wurde die Belastung aufgrund der erhöhten Dach- und Deckenlasten vom Statiker ermittelt. Hierfür war die Aufnahme des bestehenden Tragwerks und der einzelnen Belastungswerte notwendig. Letztere richten sich nach der Nutzung des Gebäudes und sind von der DIN 1055-3 Lastannahmen für Bauten geregelt.

Planung und Bemessung

Um die spätere Ausführung auf der Baustelle zu erleichtern und unter technischen wie wirtschaftlichen Gesichtspunkten möglichst präzise vorzubereiten, wurde das Detail mittels einer Bemessungssoftware berechnet. Bei der Aufdoppelung spielen folgende Parameter eine Rolle: Maße des bestehenden und neuen Trägers, die Geometrie des Umfeldes mit lichtem Maß und Durchbiegung sowie die Belastung mit ständiger und veränderlicher Streckenlast, Nutzungsklasse und Lasteinwirkungsdauer. Im Hinblick auf die Einzelschraube sind bei der Planung der Gewindedurchmesser, der Einschraubwinkel zur Faserrichtung, die Ausziehparameter, die Einschraubtiefe sowie die Beanspruchungsart (Zug, Druck, Knicken) zu berücksichtigen. Weiter hängt die Tragfähigkeit der Aufdoppelung von der Anzahl der Schrauben sowie von den Rand- und Schraubenabständen ab.

Anhand der Gegebenheiten vor Ort hatte sich der ausführende Zimmerermeister für die Verschraubung der Aufdoppelung über die Unterseite des Balkens entschieden. Das Programm HCS 3.0 von Heco empfahl die Verwendung von 22 Schrauben der 8,5 x 350 Heco-TOPIX-CombiConnect, einer Schraube mit zwei Gewinden unterschiedlicher Steigung. Dank dieser zwei Gewinde zieht sie die Bauteile bei der Verschraubung zusammen. Ihre ausgefeilte Geometrie ermöglicht die Übertragung hoher Zug- und Druckkräfte, so dass die TOPIX-CC die Aussteifung des neuen Querschnitts übernimmt. Die Doppelgewindeschraube ist bauaufsichtlich zugelassen und hat einen Zylinderkopf. Dadurch erlaubt sie randnahes Arbeiten unter Ausnutzung minimaler Abstände sowie ein spaltfreies Versenken der Schraube.

Einbringung und Abstützung der neuen Pfette

Anhand der ermittelten Maße wurde ein neuer Vollholzbalken mit 140 x 140 mm und der Festigkeitsklasse C24 für Nadelholz geschnitten und unter der Pfette (140 x 140 mm) beziehungsweise des Dachbalkens passgenau eingebracht. Mittels zweier Stahlstützen fixierte der Zimmermann den neuen Balken. Danach begann er die Verschraubung wie in der Berechnungsvorlage der HCS 3.0 dargestellt.

Verschraubung Schritt für Schritt

Die Verschraubung des neuen Querbalkens auf die Mittelpfette erfolgte von der Unterseite einreihig und parallel. Der Randabstand zum Hirnholz lag bei 180 mm, der Schraubenabstand bei 190 mm und das Versenkmaß bei 19 mm.

Grundsätzlich ist bei der Verschraubung wichtig, dass diese in einem Winkel von 45° gemäß der Einbauvorgabe aus der Bemessung erfolgt. Über die Versenkung der Schrauben anhand der vorab berechneten Tiefe von 19 mm kann die Schraubenmitte der Doppelgewindeschraube genau in der Fuge zwischen dem neuen und dem vorhandenen Balken platziert werden. Dadurch entsteht ein Zusammenzieheffekt mit einer kraftschlüssigen Verbindung der Bauteile und das Vorspannen mit Schraubzwingen, welches je nach Einbausituation nicht unproblematisch sein kann, erübrigt sich.

Auf diese Weise konnte der zu gering dimensionierte Balken in wenigen Montageschritten auf den notwendigen Querschnitt gebracht werden.

Das Beispiel zeigt, dass die Aufdoppelung mit Doppelgewindeschrauben wie der TOPIX-CC eine einfache und schnell durchführbare Lösung zur Holzbalkenverstärkung ist. Je nach statischen Anforderungen oder bautechnischen Gegebenheiten lässt sie sich über die Ober- oder Unterseite umsetzen. Sie bietet stets den Vorteil, dass die vorhandene Bausubstanz erhalten bleibt und keine zeitaufwändigen Ausbau- und Freilegungsarbeiten von Balken oder Decken erforderlich sind. Bestehendes Gebälk, das gut erhalten aber zu schwach dimensioniert ist, kann weiter genutzt werden. Mit der Aufdoppelung wird ein neuer Querschnitt aus Holz- oder Holzwerkstoff über Doppelgewindeschrauben fest mit dem vorhandenen Balken verbunden – die Verbindungsmittel sind nicht sichtbar und stellen damit auch keinen radikalen Eingriff in das Erscheinungsbild dar. Mit der TOPIX-CC ist ein hoher Lastübertrag möglich, so dass eine sichere und effiziente Querschnittverstärkung gewährleistet wird. Ebenso sind bei dieser vorgestellten Vorgehensweise keine weiteren Stützbalken notwendig, die gegebenenfalls den darunter liegenden Wohnbereich beeinträchtigen könnten. Die Schraube lässt sich dank ihres Zylinderkopfes tief und unsichtbar im Holz versenken, damit lässt sich zusätzlich ein hoher Feuerwiderstand erzielen. Die Schraube ist bauaufsichtlich zugelassen und erfüllt neuerdings zudem die Europäische Technische Zulassung (ETA).

Autoren

Michael Schröter ist Anwendungsberater bei Heco-Schrauben, Monika Andreasch arbeitet als PR-Beraterin bei der PR- und Eventagentur Ansel & Möllers in Stuttgart.