Historische Holzgerüstbauweise

Unter Dach und Fach

Erfolgreiche Sanierungen erfordern Kenntnisse historischer Baumethoden. So auch beim Fachwerk: Was ist z.B. der Unterschied zwischen Stockwerks- und Geschossbauweise? Wie steht es um die Statik? Wie lassen sich typische Schäden effizient beheben?


Text und Fotos: Christian Kayser

Fachwerk – was heute, etwa bei der neuen Frankfurter Altstadt, als dekorative Stadtbildbelebung geschätzt wird, war in früheren Jahrhunderten vor allem eine effizient-ökonomische Bauweise, die geschickt vorhandene Ressourcen nutzte.

Konstruktion und Gefüge

Fachwerkbau wird auch, präzisierend nach seinem wesentlichen Charakteristikum, als Holzgerüstbau bezeichnet: Aus den Balken wird zunächst ein offenes Traggerüst gefügt, dessen Öffnungen, die »Gefache«, in einem zweiten Schritt mit Füllungen versehen werden. Damit unterscheidet sich die Holzkonstruktion des Fachwerkbaus grundsätzlich von der des Blockbaus, bei dem alle Wände aus aufeinander gestapelten Balken bestehen.

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Das aus stabförmigen Elementen zusammengesetzte Skelett übernimmt beim Holzgerüstbau mehrere Aufgaben. Neben dem Abtragen vertikaler und horizontaler Lasten dienen die einzelnen Elemente des Fachwerks auch als Rahmung für die raumabschließende und dämmende Füllung.

Das Fachwerk setzt sich konstruktiv aus einzelnen Flächenelementen, also Wänden, teils auch im Verbund mit der Dachkonstruktion, zusammen. Diese wurden jeweils als Einheiten auf dem »Abbundplatz« von den Zimmerern vorbereitet (Abb. 2): Beim Abbund wurden alle Elemente eines Wandabschnittes passgenau zusammen vorgefertigt und als zusammengehörig markiert; dann wurde das probeweise zusammengesetzte Wandgefüge wieder auseinandergenommen, auf die Baustelle transportiert, und dort, den Markierungen (»Abbundzeichen«) folgend, abschließend montiert. Nach diesem effizienten und ökonomisch sinnvollen Verfahren werden die zusammengehörigen Einheiten auch als »Bünde« bezeichnet.

Im entwickelten Holzgerüstbau bestehen die Wandbünde aus einer charakteristischen Folge von Elementen (Abb. 3). Zunächst wird am Fuß die horizontale Schwelle gesetzt. Auf dieser stehen die Ständer, die wesentliche Anteile der Vertikallasten aufnehmen. Die Wandeinheit wird oben von einem weiteren horizontalen Balken, dem »Rähm«, abgeschlossen. Zwischen den Ständern sind als Aussteifung schräg laufende Balken eingefügt. Je nach Ausbildung der Anschlussdetails werden sie als Streben (mit Zapfenanschlüssen) oder Bänder (mit Blattanschlüssen) bezeichnet. Die von diesen statisch wirksamen Elementen gebildeten Felder wären meist noch zu groß, um sie mit stabilen Füllungen zu versehen. Daher werden zwischen den genannten Hauptelementen weitere, die Wandabschnitte untergliedernde Hölzer eingesetzt, z. B. horizontale Riegel. Damit ist das Gerüst so weit vorbereitet, dass die Öffnungen zwischen den Hölzern, die »Gefache«, gefüllt werden können. Für die »Ausfachungen« gibt es, je nach Region und verfügbaren Baumaterialien, unterschiedliche Varianten. Die Gefache können z. B. ebenso mit Ziegelmauerwerk gefüllt werden wie mit lehmüberstrichenem Flechtwerk oder Bohlen. An Stelle einer geschlossenen Füllung können auch Fenster in die Gefache eingesetzt werden – Fachwerk ist flexibel.

Das Grundsystem mit seinem reich gegliederten Wechsel aus Balken und Füllungen bot natürlich vielfältige Möglichkeiten zur weiteren künstlerischen Ausgestaltung. Holzoberflächen konnten mit Schnitzereien verziert werden, Gefache ließen sich mit Malereien überfassen – in den vom Fachwerkbau geprägten Städten entstand mit der Zeit das so geliebte, kleinteilige Straßenbild.

Das grundlegende Bauprinzip erlaubte auch in der Konstruktion vielfältige Variationen. Bei mehrgeschossigen Bauten, etwa Stadthäusern, bot das Bauen mit Fachwerk zwei Optionen, um die einzelnen Geschosseinheiten (Ebenen) aufeinander zu setzen. So war es etwa möglich, die Geschosse als selbstständige Konstruktionseinheiten zu fügen, und quasi wie Kisten aufeinander zu stapeln; eine Bauweise, die in der älteren Forschung als »Stockwerksbau« bezeichnet wurde. Ebenso bestand die Option, Ständer des Grundgerüstes über mehr als eine Ebene und teils bis in das Dachwerk durchlaufen zu lassen, und die trennenden Balkendecken dazwischen einzuhängen. Diese Bauweise wurde früher üblicherweise als »Geschossbau« bezeichnet. Da sich selbstverständlich beide Konstruktionsweisen auch an einem Bauwerk miteinander kombinieren ließen, ist heute eine differenziertere Ansprache üblich, die sich nach den separat abgebundenen Einheiten, den »Stöcken«, richtet; als »Geschosse« werden dabei die horizontalen Nutzungsebenen bezeichnet.

Letzten Endes führten ökonomische Gründe zu einer gewissen Dominanz des »Stockwerksbaus« mit selbstständigen Konstruktionsebenen: Lange und tragfähige Ständer waren seltener und damit teurer als die nur über die Höhe einer Ebene geführten Balken. Auch bot die Bauweise die Möglichkeit, die oberen Geschosse schrittweise auskragen zu lassen, und damit zusätzlichen Raum zu gewinnen. Wie heute, war in den verdichteten Innenstädten Wohnraum ein knappes Gut! Ein gewichtiger Vorteil des Stockwerksbaus lag schließlich auch darin, dass er reparaturfreundlicher war: Tragende Wände konnten leichter bearbeitet werden.

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Typische Schäden beim Fachwerk

Holz ist ein organisches Material und damit anfällig für organische Zersetzungsprozesse. Besonders betroffen sind naturgemäß die Wetterseiten der Bauten sowie erdberührende Hölzer wie etwa die Schwellen des EGs (Abb 4). Mit der Errichtung einer Holzkonstruktion ging und geht damit eine beständige Verpflichtung zum »Monitoring«, also zur stetigen Überwachung des Zustandes der Konstruktionsglieder einher. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Anschlüsse der Ausfachungen an die Balken zu richten, da der Materialwechsel eine Schwachstelle bildet, durch die Feuchte eindringen kann.

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Die handnahe Kontrolle des Zustandes war allerdings nur möglich, solange das Holzgerüst zugänglich und einsehbar war. Jedoch – architektonische Moden ändern sich, und etwa im Barock galt Bauen mit Fachwerk als altertümlich und wenig repräsentativ. Um wenigstens nach außen hin den Eindruck eines würdigen, massiven Mauerwerksbaus zu erwecken, wurden Fachwerkkonstruktionen häufig überputzt. Aus dem Auge, aus dem Sinn: Schäden, die unter dem Putz entstanden (Abb. 5), wurden oft erst entdeckt, wenn es zu spät war und sich bereits der Putz von dem morschen und nicht mehr tragfähigen Holzgerüst löste.

Dieses Problem wurde mit dem Aufkommen moderner Baumaterialien im 20. Jahrhundert noch verschärft. Wo historische Kalkputze verhältnismäßig diffusionsoffen waren und eingedrungene Feuchte ablüften konnte, sind moderne, zementhaltige Putze weitgehend diffusionsdicht. Witterungsfeuchte, die durch Spalten oder Risse hinter den Putz gelangt, kann nicht ablüften und sammelt sich im offenporigen Holz. Für den Nässeeintrag in das Gefüge bedarf es dabei nicht einmal zwingend äußerer Bewitterung. Eine Verlagerung des Taupunktes in den Wandquerschnitt durch gut gemeinte Modifikationen des Wandaufbaus, etwa das Zufügen ungeeigneter Dämmschichten, kann bereits zur Durchfeuchtung der Wandkonstruktion führen. Diese wiederum ermöglicht die Ansiedlung von holzzersetzenden Mikroorganismen und Pilzen.

Von Feuchteschäden ist häufig auch sichtbares Fachwerk betroffen, das mit neuzeitlichen, diffusionsdichten Anstrichen versehen wurde (Abb. 6). Hinter den überdeckenden, gummiartig-dichten Anstrichen ist die Holzsubstanz dann meist stark geschädigt. Da die deckende Farbschicht aber weiterhin eine intakte Oberfläche vortäuscht, werden die Schäden oft erst zu spät bemerkt.

Schäden an der Holzkonstruktion können zu akuten Gefährdungen der Verkehrssicherheit führen: Ist der hölzerne Rahmen eines Gefaches nicht mehr tragfähig, können sich die Füllungen lösen und herauskippen (Abb. 7). Sind die Ausfachungen etwa als Ziegelmauerwerk ausgeführt, ist das Schadenspotenzial erheblich!

Die Leichtbauweise des Fachwerks macht Umbauten im Innern einfach. Schnell ist eine Wand entfernt, an anderer Stelle eine neue eingezogen – durch allzu forsche Umbaumaßnahmen kommt es allerdings gelegentlich zu statischen Problemen am Gefüge. Der Ausbau tragender Wände in den unteren Geschossen oder der Einbau zusätzlicher Wände mitten auf weit spannenden Decken in den oberen Geschossen verändern den vertikalen Lastabtrag und können zur Überlastung der Deckenkonstruktion führen. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass eine ausreichende horizontale Aussteifung erhalten bleibt. Bestehen Schäden an der Aussteifung oder ist sie fehlerhaft konstruiert, können sich die Ständer schräg stellen. In Bezug auf das Verformungsverhalten gibt es hier gewisse Unterschiede zwischen geschossweise abgezimmerten Fachwerkbauten und Gefügen mit über mehrere Geschosse durchlaufenden Ständern. Kam es zu Schrägstellungen, waren beim »Stockwerksbau« lediglich einzelne Geschosse betroffen, bei über mehrere Geschosse durchlaufenden Ständern hing gleich der gesamte Haussegen schief …

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Zur Instandsetzung

Bei Baudenkmalen gilt es als »good practice«, vor Beginn der Maßnahmen eine gründliche Bestands- und Schadensaufnahme durchzuführen. Dies bietet eine qualifizierte Grundlage für die Konzeption der Sicherungs- und Instandsetzungsmaßnahmen: Wo sind die Schadensschwerpunkte, was ist ihre Ursache, wo müssen Bauteile verstärkt werden …?

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Wesentlicher Teil einer Bestandsaufnahme ist ein verformungsgetreues Aufmaß, in das auch, so weit einsehbar, alle Holzverbindungen eingetragen werden sollten. Die präzise Aufnahme ermöglicht, bei Überlagerung der Grundrisse der einzelnen Geschosse, Störungen des vertikalen Lastflusses zu identifizieren, ebenso macht sie Verformungen von Wänden und Decken quantifizierbar. Unbedingt empfehlenswert ist auch, vor Beginn der Maßnahmen eine bauhistorische Untersuchung vorzunehmen. Man möchte ja nicht unwissentlich bei Umbaumaßnahmen eine Fachwerkwand des 13. Jahrhunderts abreißen! Die Aufnahmepläne bilden auch die Grundlage für die Kartierung der Schäden. Bei der Durchführung sollte man versuchen, so nah wie möglich an die Hölzer heranzukommen. Viele Schäden zeigen sich erst bei unmittelbarer, handnaher Erkundung. Bei hohen Fassaden leistet ein Hubsteiger gute Dienste.

Eine besondere Herausforderung bilden beim Fachwerk die Bauzustandssicherungen. Wird etwa an einem tragenden Ständer gearbeitet, müssen die auf ihm ruhenden Lasten zuvor abgefangen werden, um Verformungen an den oberen Partien zu vermeiden. Auch der Umgang mit den Ausfachungen stellt besondere Anforderungen an Planer wie ausführende Handwerker. Die historischen Füllungen der Gefache sind schließlich ein wichtiger Bestandteil des Denkmals; gelegentlich tragen sie auch noch Malereifragmente.

Die eigentlichen Reparaturarbeiten an dem Holzgerüst stellen fachkundige und in der Denkmalpflege erfahrene Planer und Zimmereibetriebe heute nicht mehr vor unüberwindliche Schwierigkeiten. Sind lediglich die Oberflächen geschädigt, bei ausreichendem verbleibenden Restquerschnitt des Balkens, können holzrestauratorisch Passstücke eingesetzt werden
(Abb. 8).

Für die Reparatur tragender Bauteile müssen die Anschlüsse neuer Elemente an den historischen Bestand von einem kundigen Tragwerksplaner vorgegeben werden, als Holzverbindungen können die in der Denkmalpflege üblichen Blattstöße oder Schlitzblechverbindungen dienen. Kommen Stahlelemente an Außenwänden zum Einsatz, sollte mögliche, mittelfristig schädliche Kondensatbildung berücksichtigt werden! In diesem Fall, wie auch bei Eingriffen und Modifikationen am Wandaufbau, etwa bei vorgesehenen Wärmeschutzmaßnahmen, sollte man einen im Denkmalbereich erfahrenen Bauphysiker zu Rate ziehen.

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Ein ganzheitliches Instandsetzungskonzept geht natürlich über die reine Reparatur schadhafter Bauteile hinaus, sondern beinhaltet Maßnahmen zur Schadensprävention. Bei Holzbauten bedeutet dies vornehmlich Maßnahmen zum konstruktiven Feuchteschutz. Auch im Fachwerkbau gilt »Abhalten – Ableiten – Ablüften«.


Christian Kayser

Architekturstudium an der TU München und der University of Bath (GB), Schwerpunkt Bauforschung und historische Baukonstruktionen. Seit 2004 Mitarbeit im Ingenieurbüro Barthel & Maus, seit 2012 als Geschäftsführer. 2008-11 Akad. Rat an der TU München, Dissertation. Lehraufträge an TU und LMU München.

 

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