Beurteilung der Tragfähigkeit von Holzkonstruktionen
Beurteilung der Tragfähigkeit
von Holzkonstruktionen
Dipl.Ing. Thomas Dudek
03.07.2008
Beurteilung der Tragfähigkeit 2
von Holzkonstruktionen
Einleitung
Bestandsaufnahme – Bauzustandserfassung
- Methodik- Überblick Nachweisverfahren
Beurteilung von Altholz
Zusammenfassung / Ausblick
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Einleitung
- Schwerpunkt „Bauen im Bestand“
- großer Anteil lastabtragender Bauteile wie:
Beurteilung der Tragfähigkeit 3
von Holzkonstruktionen Einleitung
Dächer
Deckenkonstruktionen oder Fachwerkbauten
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 4
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Bestandaufnahme
- erfordert hohes Fachwissen
- sehr sorgfältig vornehmen
- Grundlage für alle weiteren Untersuchungen, Maßnahmen
Ziel:
Erstellung eines möglichst realitätsnahen statischen Modells, das Grundlage für weitere Tragfähigkeitsnachweise darstellt
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 5
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Methodik:
Beurteilung in 4 Schritten:
1. Erfassen des Bauzustandes
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
3. Bewertung des Bauzustandes
4. Festlegung von Maßnahmen
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 6
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
1. Erfassen des Bauzustandes
• Erkennen des wirksamen Tragsystems
• Erkennen und Beurteilen der Holzart (möglichst Sortierklasse DIN 4074-1)
• Exakte geometrische Erfassung (Achsen, Lage, Querschnitte, Spannweiten, Auswechselungen, Verformungen,...)
• Schadenserscheinungen / Kartierung
• Umweltbedingungen (Baugrund, Hanglage, Wasser, Setzungen, Schiefstellungen, Belastungsgeschichte, bauliche Veränderungen, ....)
• Weitere Einflüsse..
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 7
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Methodik:
Beurteilung in 4 Schritten:
1. Erfassen des Bauzustandes
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
3. Bewertung des Bauzustandes
4. Festlegung von Maßnahmen
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 8
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen
I. Mechanische Ursachen
II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung
III. Chemische Ursachen
IV. Biotische Ursachen
V. Materialspezifische, sonstige Ursachen
• statische Überbeanspruchung
• Dynamische Überbeanspruchung
• Lastumlagerungen
• Sonstigen nutzungsbedingte Einflüsse
� Formänderungen
� Risse, Querschnittsänderungen
� Brüche
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 9
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen
I. Mechanische Ursachen
II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung
III. Chemische Ursachen
IV. Biotische Ursachen
V. Materialspezifische, sonstige Ursachen
• Wasser von aussen
• Wasser durch Nutz- und Abwässer
• Mangelhafte Wärmedämmung, Lüftung, Wärmebrücken
� Schadorganismusbefall
� Festigkeitsabfall
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 10
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen
I. Mechanische Ursachen
II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung
III. Chemische Ursachen
IV. Biotische Ursachen
V. Materialspezifische, sonstige Ursachen
• Einflüsse aus Atmosphäre
• Aggressive Medien
• Korrosionsschäden an Verbindungen
� Strukturauflösung der Oberfläche
� Braunfärbung
� Einlagerung von Salzen
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 11
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen
I. Mechanische Ursachen
II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung
III. Chemische Ursachen
IV. Biotische Ursachen
V. Materialspezifische, sonstige Ursachen
• Tierische Schädlinge (Hausbock, Nagekäfer,...)
• Pflanzliche Schädlinge (Pilze, Hausschwamm, Porenschwamm,...)
� Schwächung des Querschnittes und Abnahme der Festigkeit
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 12
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
• Schadensklassifizierung in Haupt- und Untergruppen
I. Mechanische Ursachen
II. Bauphysikalische Ursachen und Durchfeuchtung
III. Chemische Ursachen
IV. Biotische Ursachen
V. Materialspezifische, sonstige Ursachen
• Wuchsfehler, Äste
• Querschnittsschwächungen
• Feuer, Explosionen
• Mangelnde Unterhaltung
• Sanierungsfehler
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 13
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
I. Materialspezifische, sonstige Ursachen – Sanierungsfehler (Beispiel I):
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Beurteilung der Tragfähigkeit 14
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
I. Materialspezifische, sonstige Ursachen – Sanierungsfehler (Beispiel II):
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 15
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Methodik:
Beurteilung in 4 Schritten:
1. Erfassen des Bauzustandes
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
3. Bewertung des Bauzustandes
4. Festlegung von Maßnahmen
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Beurteilung der Tragfähigkeit 16
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
3. Bewertung des Bauzustandes
• Ermittlung der vorhandenen Tragsicherheit
• Ermittlung der vorhandenen Funktionssicherheit
• Ermittlung von Gefahren
• Prüfung der Gewährleistung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1052
• Sanierungs- Instandsetzungsdringlichkeit festlegen
• (Variantenuntersuchung – Aufwand / Kosten)
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Beurteilung der Tragfähigkeit 17
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Methodik:
Beurteilung in 4 Schritten:
1. Erfassen des Bauzustandes
2. Ermittlung der Ursache bei Schadensfällen
3. Bewertung des Bauzustandes
4. Festlegung von Maßnahmen
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Beurteilung der Tragfähigkeit 18
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
4. Festlegung von Maßnahmen
• Bautechnisch (Sanierung von Bauteilen, Teilabbrüche, bauphysikalische Verbesserungen, Statische Ertüchtigung,...)
• Nutzungsart (Belastungen, Feuchteanfall, Heizung,... )
• Sanierung, Instandsetzung, Rekonstruktion, Modernisierung planen
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Beurteilung der Tragfähigkeit 19
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Arbeitsschritt Ergebnis
Erfassung des BauaufnahmeBauzustandes Baugeschichte
BestandsuntersuchungenSchadensindikatorenSchadenslokalisierungSchadensbildSchadensklassifizierungArt und Umfang der Schäden
UrsachenermittlungErmittlung der Auswirkung der Schäden auf Schadensursache Standsicherheit und
SicherheitsniveauFunktions- und Nutzungsfähigkeit
Bewertung des Sanierungs- / Bauzustandes Instandsetzungsdringlichkeit
Sanierung und InstandsetzungVariantenuntersuchungAufwand / Kosten
Festlegung bautechnischer GenehmigungsplanungMaßnahmen - Sanierung
- Instandsetzung - Rekonstruktion - Modernisierung
Bauzstandsanalyse, Instandsetzung und Verstärkungvon Holzkonstruktionen
Methodik der Bauzustandsanalyse
(aus [2], Seite 95)
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Beurteilung der Tragfähigkeit 20
von Holzkonstruktionen
Einleitung
Bestandsaufnahme – Bauzustandserfassung
- Methodik- Überblick Nachweisverfahren
Beurteilung von Altholz
Zusammenfassung / Ausblick
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 21
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Untersuchungsverfahren für Bauzustands-untersuchungen an historischem Holz, Holzbauteilen und Verbindungen
(aus [2], Seite 170)
Kenngröße Verfahren Hinweise
Bauzustand • Schadensart • Schadensort • Schadensumfang • Strukturveränderung • Verbindungen • Allgemeinzustand • Verdeckte Bauteile
Zapfenverbindungen)
Visuelle Untersuchung Bebeilen Schädlingsidentifizierung Endoskopie Mikroskopie Ultraschall Bohrwiderstand Fotodokumentation Röntgenuntersuchung
zf in situ zf in situ zf in situ / Labor za in situ z im Labor zf in situ za in situ zf in situ zf in situ
Umfeld / Mauerwerk u.a. Randbedingungen
• Festigkeit • Risse, Struktur • Feuchtegehalt • Feuchteaufnahme • Salzgehalt, Ausblühungen • pH-Wert
Bohrkern Schlagbolzen, Betonhammer visuell, Meßlupe analog Holz ( + CM-Gerät) Karstensche Röhrchen Salzdetektor, spezielle Reagenzien Indikatorpapier, elektr. Meßgeräte
z im Labor zf in situ zf in situ za in situ zf in situ zf in situ / Labor zf in situ / Labor
Feuchte (Holz)
Elektrischer Widerstand Schall-Impuls-Messung Darrmethode, gravimetrisch DIN 52183
zf in situ zf in situ zf im Labor
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Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Beurteilung der Tragfähigkeit 22
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
Untersuchungsverfahren für Bauzustands-untersuchungen an historischem Holz, Holzbauteilen und Verbindungen
(aus [2], Seite 170)
Kenngröße Verfahren Hinweise
Holzschutzmittelgehalt Kontamination Aktiver Schwammbefall
Spez. Nachweise, Extraktion DIN 52151 Spez. Gehalt in Luft u. Staub GefStoffV pH-Wert (Oxalsäure) Chromatographie
za in situ / Labor zf in situ / Labor za in situ za in situ / Labor
Holzart Holzalter
visuell, Vergleichsanalyse Mikroskopie Dendrochronologie Radiokarbonmethode
zf in situ / Labor za Labor z Labor za Labor
Rohdichte Prismenprüfung DIN EN 323, DIN 52182 Bohrwiderstandsmessung Eindringwiderstandsmessung Durchstrahlungsverfahren
z Labor za in situ za in situ zf in situ
E-Modul Ultraschall Biegeelastizitätsmodul Belastungsversuch DIN 52186
zf in situ z Labor z/zf in situ
Festigkeit Druckfestigkeit DIN EN 408, DIN 52185 Biegefestigkeit DIN EN 384, DIN 52186 Dynstat (TGL 25106 Blatt 9) Scherfestigkeit DIN 52187 Zugfestigkeit DIN 52188 Ultraschall (Biegefestigkeit)
z Labor z Labor z Labor z Labor z Labor zf in situ
zf zerstörungsfrei, za zerstörungsarm, z zerstörend (erkennbare Eingriffe) in situ = vor Ort
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Beurteilung der Tragfähigkeit 23
von Holzkonstruktionen
Einleitung
Bestandsaufnahme – Bauzustandserfassung
- Methodik- Überblick Nachweisverfahren
Beurteilung von Altholz
Zusammenfassung / Ausblick
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 24
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 25
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
- Einflüsse und Schadensarten gemäß vorhergehendem Kapitel
- Im Folgenden aufgrund langfristiger Nutzung (Schwerpunkt Minderung der Tragfähigkeit)
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 26
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
-Dauerhaftigkeitsklassen nach DIN EN 350-2
- Entscheidend für die Dauerhaftigkeit: Holzfeuchte
- Generell: Fichte, Tanne, Kiefer weniger Dauerhaft als Eiche ggü. Schadorganismen
(dennoch am häufigsten eingesetzt, bei konstruktiv und holzschutztechnisch richtigem Einbau kein Problem)
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 27
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
-entscheidend ist die Tiefe der Risse
- Tiefe Risse sind Schwachstellen, da die Tragfähigkeit (wenn auch nur geringfügig)gemindert wird, Schadorganismen eindringen können und der Feuerwiderstand gemindert wird
- kritisch im Bereich von Verbindungen
- Kriterien Neuholz DIN 4074, Teil 1
- für Altholz keine Vorschriften o.ä. für die Minderung der Tragfähigkeit durch Schwindrisse
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 28
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
Zulässige Risstiefen t bei Bauhölzern ohne relevante Minderung der Tragfähigkeit nach WTA [10]
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 29
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
- zahlreiche Untersuchungen und Publikationen belegen, dass verbaute Bauteile aus Holz (unter „normalen“ Bedingungen) vergleichbare Festigkeiten wie das entsprechende Neuholz aufweisen
Alterungserscheinungen sind somit nicht feststellbar
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 30
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
- nahezu jede Holzkonstruktion weist, aufgrund materialbedingter „Weichheit“ Verformungen auf
- es entstehen Lastumlagerungen �Veränderung des Kräfteverlaufes
Verformungen werden dann als Bauschaden angesehen, wenn die Funktionsfähigkeit bzw. die Standsicherheit gemindert oder nicht mehr gewährleistet ist.
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Beurteilung von Altholz
Beurteilung der Tragfähigkeit 31
von Holzkonstruktionen Bestandsaufnahme / Bauzustandserfassung
- Einflüsse und Auswirkungen
- Dauerhaftigkeit
- Schwindrisse
- Festigkeit von Altholz nach Langzeitbelastung
- Verformungen
Verformung der Holzbauteile wird beeinflusst durch:
- Die Eigenschaften der Hölzer
- Unterschiedliche Querschnitte (Dimensionsstabilität)
- Die Belastungsdauer (Kurz-Langzeitverhalten)
- Wechselnde Klimabedingungen (Luftfeuchte und Temperatur)
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Beurteilung der Tragfähigkeit 32
von Holzkonstruktionen
Einleitung
Bestandsaufnahme – Bauzustandserfassung
- Methodik- Überblick Nachweisverfahren
Beurteilung von Altholz
Zusammenfassung / Ausblick
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Beurteilung der Tragfähigkeit 33
von Holzkonstruktionen Zusammenfassung
Zusammenfassung
Gegenstand Klärung von:
Tragwerk / Tragwerkstruktur
- Baujahr - Belastungsgeschichte / Lastannahmen - Statisches System und evtl. Änderungen - Geometrie, Querschnitte, Verbindungen - Verformungen - Lageänderungen
Holz – Kennwerte
- Holzart - Rohdichte - Festigkeiten Festigkeitsklasse - E-Modul nach DIN 4074 T1 - Holzfeuchte - Ästigkeit - Kern- und Splintholzanteil
Schwindrisse
- Tiefe - Lage - statisch unbedenklich / bedenklich
Schadorganismen
- Art - Schädigungsgrad - Sanierung - Bekämpfung - Auswirkung auf Tragfähigkeit
holzschutz- technische Untersuchung
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Beurteilung der Tragfähigkeit 34
von Holzkonstruktionen Zusammenfassung
Korrosion
- Art - Schädigungsgrad des Holzes / der Verbindung - Auswirkung auf Tragfähigkeit / Funktionsfähigkeit
Verformungen
- Größe - Auswirkungen aus Tragfähigkeit - Auswirkung auf Nutzungsfähigkeit
Verbindungen
- Art, Material - Schädigungsgrad - Tragfähigkeit - Auswirkung auf Trag- und Nutzungsfähigkeit
Querschnittsabmessungen
- Größe (Ausgangsquerschnitt) - Schädigungen / Restquerschnitt - Auswirkung auf Tragfähigkeit / Funktionsfähigkeit
Aussteifungen
- ausreichend vorhanden - wirksam einschließlich Verbindungen - Auswirkung auf Standsicherheit
Beurteilung und Nachweis der Standsicherheit
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Beurteilung der Tragfähigkeit 35
von Holzkonstruktionen Zusammenfassung
� Genau arbeiten bei der Bauzustandserfassung (aber Verhältnismäßigkeit wahren)
� Problem z.B.: Nachweise nach DIN 1052 – zul. Spannungen Teil 1, Tabelle F.5bei gleichzeitiger Annahme der Festigkeitsklasse nach DIN 4074
� Genaue Aussage über Tragfähigkeit nur möglich, bei weitergehender visueller Untersuchung (zzgl. zu Schadensbilder, Ästigkeit, Risse, Bohrkerne, Bohrwiderstand, Messung der Holzfeuchte, Ermittlung der Rohdichte und des E-Moduls,... )
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Beurteilung der Tragfähigkeit 36
von Holzkonstruktionen
LiteraturverzeichnisBücher / Normen / Informationsschriften
[1] Erler, Klaus (2004) Alte Holzbauwerke, Beurteilen und Sanieren, 3. Auflage, Huss - Medien GmbH, Verlag Bauwesen, 10400 Berlin[2] Lißner Karin; Rug Wolfgang (2000) Holzbausanierung, Grundlagen und Praxis der sicheren Ausführung, Springer – Verlag, Berlin Heidelberg 2000[3] Mönck, Willi (1999) Schäden an Holzkonstruktionen, Huss - Medien GmbH, Verlag Bauwesen, 10400 Berlin[4] Stahr, Michael et al. (2004) Bausanierung, Erkennen und Beheben von Bauschäden, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlag GmbH, Wiesbaden 2004[5] DIN-Institut: DIN 1052: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken – Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau; August 2004, Beuth Verlag, Berlin[6] DIN-Institut: DIN 4074-1: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit, Teil 1: Nadelschnittholz, Juni 2003, Beuth Verlag, Berlin[7] DIN-Institut: DIN EN 350: Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz, Teil 2: Leitfaden für die natürliche Dauerhaftigkeit und Tränkbarkeit von ausgewählten Holzarten von besonderer Bedeutung in Europa, Oktober 1994, Beuth Verlag, Berlin[8] Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. (2001) Informationsdienst Holz; Holzbauhandbuch, Reihe 1: Entwurf und Konstruktion, Teil 14: Umbau und Modernisierung, Folge 1: Modernisierung von Altbauten, Hrsg.: EGH in der DGfH, München 2001[9] Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. (2004) Informationsdienst Holz; Holzbauhandbuch, Reihe 7: Bauwerkserhaltung und Modernisierung, Teil 3: Erhaltung und Modernisierung, Folge 1: Erneuerung von Fachwerkbauten, Hrsg.: EGH in der DGfH, München 2001[10] WTA Merkblatt 8-8-06/D (2007) „Fachwerkinstandsetzung nach WTA VIII: Tragverhalten von Fachwerkgebäuden“, WTA Publications, München
Artikel in Fachzeitschriften
(1) Ehlbeck Jürgen; Görlacher Rainer (1990) Zur Problematik bei der Beurteilung der Tragfähigkeit von altem Konstruktionsholz, in: Bauen mit Holz, Heft 2/90 (Februar) 1990, S. 117-121
Bilder, Photos:
Sämtliche Bilder und Photos (wenn nicht anders gekennzeichnet) Dipl.Ing. Thomas Dudek
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