Dienstag, 19. November 2019
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.

Erfahrungen mit landwirtschaftlichen Nutzgebäuden in Holzmastenbauart -

Ohne vorbeugenden chemischen Holzschutz geht es nicht

Dipl. Ing. Architekt Jochen Simon, LfL - ILT 4c und Dr. Martin Müller, ALB-Bayern e.V.
Freising/ Grub im November 2012

Holz ist einer der ältesten von Menschen eingesetzten Baustoffe und für vielfältige Konstruktionen und Gebäudenutzungen einsetzbar. Auch im landwirtschaftlichen Bauwesen ist Holz, neben Stahlbeton, für Tragwerke, Wand-, Decken- und Dachbekleidungen sowie für Stalleinrichtungen der Baustoff mit der größten Bedeutung. Es wird von der einfachen Unterstellhalle in Rundholzbauweise bis hin zum Ingenieurholzbau mit weitspannenden Tragwerken für Maschinen-, Lager-, Reithallen oder Stallgebäude eingesetzt. Als Werkstoff ist es sehr leistungsfähig, besitzt hohe Biege- und Zugfestigkeiten sowie auch für das landwirtschaftliche Bauen wichtige bauphysikalische Eigenschaften. Wie andere Baumaterialien auch, muss Holz durch konstruktive Maßnahmen vor schädigenden Umwelteinflüssen geschützt werden.

Eigenschaften des Baustoffs Holz

Grundsätzlich ist bei der baulichen Verwendung von Holz zu beachten, dass es sich um einen organischen Baustoff handelt, dessen Bestandteile Pilzen und Insekten als Nahrungsgrundlage dienen. Voraussetzung für einen möglichen Befall ist eine Holzfeuchte von mehr als 20% über einen längeren Zeitraum. Um diese Schadmechanismen auszuschließen, müssen Maßnahmen getroffen werden, damit das Holz unter Bedingungen eingebaut wird, die einen Befall mit holzzerstörenden Organismen verhindern:

Eine notwendige Maßnahme ist, die Feuchtigkeit von ca. 60% nach dem Einschlag durch Trocknung auf unter 20% zu reduzieren. Dies entspricht den bauaufsichtlich eingeführten normativen Regeln, wie z.B. DIN 1052 (Entwurf, Berechnung und

Bemessung von Holzbauwerken - Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Holzbau).

Feuchtigkeit in der unmittelbaren Umgebung wird zum einen durch konstruktive Maßnahmen wie Dachüberstände, Entwässerungen, Bekleidungen bzw. Abdeckungen, Sperrschichten oder Abständen zur Gelände- bzw. Bodenplattenoberkante (>= 30cm gem. DIN 68800-2 Holzschutz: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau) abgehalten.

Reichen konstruktive Holzschutzmaßnahmen nicht aus, dann muss das Holz mit vorbeugenden chemischen Holzschutzmitteln nach DIN 68800 behandelt werden.



Sollten Sie ein Gebäude in Holzmastenbauart auf Ihrem Betrieb haben, dann steht Ihnen für die Erstinformation die ALB Bayern zur Verfügung.

Kontakt zur Geschäftsstelle der ALB Bayern Info-Telefon: 0 81 61 / 71 41 26

Entwicklung der Holzmastenbauart in den 80er Jahren

Da der Kostendruck auf die landwirtschaftlichen Betriebe sehr hoch ist, wird nach wie vor in verschiedenen Einrichtungen danach geforscht, das Bauen zu vereinfachen, um den Investitionsbedarf zu senken. In dem Sinne wurde Mitte der 1980er Jahre die DIN-Norm 18900, Holzmastenbauart für Tragkonstruktionen im landwirtschaftlichen Bauen mit eingespannten Rundholzstützen erarbeitet. Diese Norm hat nach wie vor ihre Gültigkeit. Kennzeichen dieser Bauweise ist die direkte Einspannung der tragenden Stützen in gebohrte und mit Beton vergossene Punktfundamente (Abb. 1).

Durch diese Gründung wird nach dem Einbringen und Aushärten des Betons eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Stütze und gewachsenem Erdreich hergestellt. Über die Einspannung in die Fundamente hinaus sind bei dieser Bauweise keine weiteren konstruktiven Bauteile für die Aussteifung der Tragkonstruktion vorgesehen.

Abb. 1: Schematische Darstellung eines gebohrten Punktfundaments zur Einspannung von Rundholzstützen nach DIN 18900, Holzmastenbauart
Abb. 1: Schematische Darstellung eines gebohrten Punktfundaments zur Einspannung von Rundholzstützen nach DIN 18900, Holzmastenbauart

Welche Holzschutzmaßnahmen sieht die DIN 18900 vor?

Um keinen zusätzlichen baulichen Aufwand oberhalb des Erdreichs zu haben, sieht die DIN 18900 vor, dass allein das anstehende Erdreich des Bohrlochs als Schalung genutzt und der Beton bis zur Geländeoberkante aufgefüllt wird. Damit entfällt der für den konstruktiven Holzschutz an sich notwendige Abstand zwischen Stützenfuß und Bodenplatte bzw. Geländeoberkante, um diesen vor einer dauerhaften Durchfeuchtung z.B. durch Niederschlagswasser zu schützen. Zusätzlich kann durch das tiefe Einbinden in den Beton Feuchtigkeit über den Fundament-Körper oder aber von oben über die Fuge
zwischen Holzstütze und Beton eindringen.

Um das Holz vor Schadorganismen zu schützen, wird in der DIN 18900 auf den vorbeugenden chemischen Holzschutz, wie z.B. die Kesseldruckimprägnierung nach DIN 68800-3, verwiesen. Allerdings ist die Wirksamkeit dieser Maßnahme von eingeschränkter Dauer. So weist die Norm bei kesseldruckimprägnierten Holzmasten auf die Notwendigkeit einer ersten Kontrolle nach 20 Jahren hin.


Weshalb wurde jetzt untersucht?

Auf Grund eines konkreten Schadensfalls bei einem Stallgebäude in dieser Bauweise unter Schneelast im Winter 2011 hat das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft,
Institut für Landtechnik und Tierhaltung beauftragt, den Zustand landwirtschaftlicher Gebäude mit Fundamenten in Holzmastenbauart zu erfassen und die Gebäude hinsichtlich ihrer Standsicherheit zu beurteilen.

Wie wurde die Bauweise in der Praxis umgesetzt?

Im Rahmen der Untersuchungen wurden bisher 49 Objekte in Bayern, Baden-Württemberg, Hessen, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen, Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein untersucht.

Die Nutzung umfasst die gesamte Bandbreite bei Wirtschaftsgebäuden von einfachen Unterstellhallen über die Heu- und Strohbergung bis hin zu Maschinenhallen und Stallanlagen für die Rinder-, Schweine-, Pferde-, Damwild- und Schafhaltung.

Der bauliche Aufwand der Gebäude ist sehr unterschiedlich. Zum Teil handelt es sich um große,

für die Lagerung von Schüttgütern, Heu oder Stroh errichtete Gebäude, die als reine Schutzdächer ohne verschalte Wände errichtet wurden. Unter diesem Gesichtspunkt fiel die Wahl der Gründung auf die kostengünstige Variante mit den Bohrfundamenten. Es wurden aber auch Hallen in hochwertiger Ausführung (z.B. als Pferdestall) realisiert.

Beim Bau wurde meistens Fichte, aber auch Douglasie oder Kiefer verwendet. Mit Ausnahme von drei Gebäuden wurden bei den untersuchten Anlagen keine vorbeugenden chemischen Holzschutz-maßnahmen durchgeführt.

Wie wurde vor Ort begutachtet?

Vor Ort wurde zunächst die Holzfeuchte am Stützenfußpunkt gemessen. Um sich darüber hinaus einen Eindruck über den Zustand des Holzes im Innern der Stütze zu verschaffen, wurde mit einem Zuwachsbohrer, gleichfalls am Stützenfußpunkt, schräg von oben in das Holz eingebohrt. Mittels des entnommenen Bohrkerns erhält man einen Einblick in den statisch hoch beanspruchten Bereich am Schnittpunkt der Stütze mit dem Fundament.
Teilweise haben Landwirte als Anprallschutz bzw. vermeintlichen Schutz vor Nässe den Stützenfuß oberhalb der Fundamente zusätzlich mit Beton ummantelt. Um auch für diesen Fall Zugang zu den Fußpunkten zu erhalten, wurden diese Schäfte mit entsprechenden Gerätschaften aufgebohrt bzw. aufgestemmt. Ebenso wurden Ummantelungen mit Folien, Blechen oder Bitumen-Dachpappe entfernt.

Welche vorläufigen Ergebnisse zeigen die Untersuchungen?

Das Baujahr der 49 untersuchten Gebäude liegt zwischen 1987 und 2006 (Abb. 2). Bei 24 Gebäuden war der Anteil der defekten Stützen so hoch, dass diese sofort gesperrt werden mussten, so dass die Anlagen von unbeteiligten Außenstehenden nicht mehr betreten werden können. Bis zur Sanierung oder dem Rückbau muss bei diesen Anlagen zusätzlich über Schilder auf die Gefahr hingewiesen werden. Bei 12 Gebäuden besteht Sanierungsbedarf mit unterschiedlicher Dringlichkeit - wobei sich
auch hier einzelne Stützen in einem Zustand befinden, der einen sofortigen Austausch erfordert. Lediglich bei zwei der drei Gebäude mit kesseldruck- bzw. teerölimprägnierten Stützen wurden keine Schäden festgestellt, weshalb eine wiederkehrende fachliche Begleitung durch einen Sachverständigen für Holzbau empfohlen werden konnte. Bei den restlichen 11 Gebäuden wurde die Einspannung der Stützen anderweitig ausgeführt.

Abb. 2: Baulicher Zustand im Hinblick auf die eingespannten Stützen bei den untersuchten Gebäuden (nach Alter und Nutzung)
Abb. 2: Baulicher Zustand im Hinblick auf die eingespannten Stützen bei den untersuchten Gebäuden (nach Alter und Nutzung)

Bei intakter Holzstruktur lassen sich zum Teil vollständige Bohrkerne mit einer z.B. für die Fichte charakteristischen hellen Färbung ziehen, wie man sie auch von frisch geschnittenem Holz her kennt. Anzeichen eines ersten Befalls mit holzzerstörenden Pilzen sind Verfärbungen der Bohrkerne. Im fortgeschrittenen Stadium wurden nur mehr bröselige bis mehlige Kerne gezogen, die bereits auf dem Entnahme-Löffel zerfallen. Häufig war das Holz
spürbar feucht. Am Ende verbleibt von der Stütze nur mehr eine Restwandstärke. Nach dem Durchbohren dieses Restholzes konnte der Bohrer häufig ohne weiteren Kraftaufwand auf seine gesamte Länge eingeschoben werden. Das bedeutet, dass in diesem Bereich die tragfähige Holzsubstanz nicht nur beschädigt, sondern überhaupt nicht mehr vorhanden ist.

Vor allem das Verbleiben einer Restwandstärke und der Erhalt des äußeren Erscheinungsbilds der Stützen sind besonders heimtückisch bei diesen Schäden, da man in den meisten Fällen die von innen heraus fortschreitende Zerstörung nicht erkennt.

Ein Indikator für eine fortgeschrittene Zerstörung im Fußpunkt können Insektenausfluglöcher sein. Nach dem Entfernen der besagten zusätzlichen Betonummantelung oberhalb der Bodenplatte wurde häufig das Phänomen festgestellt, dass in diesem Bereich die Zerstörung viel weiter fortgeschritten war als nur knapp darüber. Offensichtlich wurde durch die Umhüllung mit Beton ein Milieu geschaffen, in dem sich die Feuchtigkeit besser hält.

Ist im Stützenfußpunkt das Holz in seiner Festigkeit beeinträchtigt bzw. überhaupt keine Substanz mehr vorhanden, werden auftretende Lasten aus dem Tragwerk nicht mehr über die Fundamente auf das umgebende Erdreich abgeleitet. Es kann vor allem bei zusätzlicher Lasteinwirkung (z.B. Wind oder Schnee) zum Versagen der eingespannten Stützen und damit der gesamten Konstruktion kommen.

Betroffen sind dabei nicht nur die Stützen entlang der Außenwände, die je nach Ausrichtung und Ausführung des Gebäudes der direkten Bewitterung ausgesetzt sein können. Da die DIN 18900 u.a. den Einsatz dieser Bauweise bei Stallgebäuden zulässt, kann es vor allem im Tierbereich durch Kot und Harn, aber auch Tränkwasser zu einer ständigen Be- bzw. Durchfeuchtung des Stützenfußes kommen.

In diesem Zusammenhang ist eine wesentliche Erkenntnis dieser Untersuchungen, dass selbst bei Lager- und Maschinenhallen ohne vermeintlichen Feuchtigkeitsanfall im Gebäudeinnern die innenliegenden Stützen akut sanierungsbedürftig sein können (Abb. 2).

In welchem Zeitrahmen bewegt sich der Fortschritt der Schäden?

Die häufig gestellte Frage nach dem zeitlichen Verlauf der Schäden kann derzeit auch von den Experten am Lehrstuhl für Holzforschung an der Technischen Universität München nicht beantwortet werden. Dafür sind die Abhängigkeiten im Hinblick auf die natürliche Inhomogenität des Baustoffes bzw. Vorschäden, der Holzfeuchte beim Einbau sowie den Bedingungen am Einbauort zu groß. Bisher wurden zu dieser Fragestellung auch noch keine Langzeituntersuchungen durchgeführt. Die Anzahl der bisher untersuchten Gebäude lässt auch keine weiteren Aussagen zu.

Auffallend ist, dass es keine Häufung von Schadensfällen mit zunehmendem Alter der Gebäude gibt (Abb. 2). Das jüngste Gebäude, bei dem bei einzelnen Stützen im Fußpunkt bereits keine Holzsubstanz mehr vorhanden war, war gerade sechs Jahre alt. Andererseits wurden Gebäude mit einem Alter von 12 Jahren untersucht, bei denen alle Stadien vom intakten Bohrkern über erste Anzeichen eines Befalls bis hin zur vollkommenen Zerstörung nachgewiesen werden konnten. Aus diesem Grund wurde bei der Untersuchung in der Regel der Zustand aller Stützen erfasst, weil pauschale Aussagen nicht möglich sind.

Wie können die Schäden am konkreten Objekt aussehen?

Abb. 3a: Untersuchte Maschinenhalle - äusseres Erscheinungsbild (Fotos u. Zeichnung: Simon)
Abb. 3a: Untersuchte Maschinenhalle - äusseres Erscheinungsbild (Fotos u. Zeichnung: Simon)

Am Beispiel einer Maschinenhalle aus dem Jahr 1999 soll dies noch einmal veranschaulicht werden (Abb. 3a). Die Satteldach-Konstruktion besteht aus drei Stützenreihen á 6 Stützen, die über Pfetten und Sparren einen Dachaufbau mit Unterdach und Ziegeleindeckung abtragen. Das Gebäude ist allseitig umschlossen. Dabei sind die Giebelwände nach Ost und West verschalt, die Traufen über die gesamte Länge mit Schiebetoren ausgestattet. Der Gesamteindruck war zunächst auf Grund des gepflegten Umfelds, des ansonsten guten Allgemeinzustands der Halle und der sauber gehaltenen Bodenplatte sehr positiv. Nach Aussage des Landwirts wurde das Gebäude ausschließlich zum Unterstellen von Maschinen und Geräten genutzt. Daraus lässt sich ableiten, dass über die Nutzung keine erhöhte Feuchtigkeit eingetragen wurde.
Eine Stütze wurde bereits wegen Fäulnis ausgetauscht. Das Einspannprofil wurde durch einen örtlichen Statiker gerechnet. Nach Angabe des Landwirtes war geplant, jedes Jahr ein bis zwei Stützen zu ersetzen. Die Untersuchungen haben aber ergeben, dass sich von den verbleibenden 17 Stützen nur noch zwei in einem Zustand befinden, der eine mittelfristige Sanierung zulässt. Bei allen weiteren ist der Befund wie in Abb. 3b zu sehen, d.h. es wurde keine tragfähige Holzstruktur mehr vorgefunden - und das auch bei den innenliegenden Firststützen.

In Folge ergab sich für das Gebäude eine Einstufung als akut einsturzgefährdet. Woher die Feuchtigkeit vor allem im Gebäudeinnern und hier wiederum unter der Bodenplatte kommt, konnte noch nicht geklärt werden.

Abb. 3b: Tatsächlicher Zustand der untersuchten Maschinenhalle, Detail Stützenfuß und schadhafter Bohrkern
Abb. 3b: Tatsächlicher Zustand der untersuchten Maschinenhalle, Detail Stützenfuß und schadhafter Bohrkern

Welche Schlussfolgerungen ergeben sich?

Im Ergebnis zeigt sich, dass diese Bauweise ohne vorbeugenden chemischen Holzschutz keine dauerhafte Konstruktion darstellt, wobei auch beim Einsatz von vorbeugenden chemischen Holzschutzmaßnahmen der Zustand der Gebäude nach den festgelegten Zeiträumen der DIN 18900 zu prüfen ist. Ein nachträglich wiederkehrender Anstrich mit Holzschutzmitteln, wie er bei anderen bewitterten Außenbauteilen durchgeführt werden kann, ist für den Teil der Stützen, der direkt im Beton steckt, nicht möglich.

Ohne vorbeugenden chemischen Holzschutz wird das Holz durch das direkte Einbetonieren und den Feuchtigkeitseintrag aus dem Erdreich bzw. von oben durch die Fuge zwischen Fundament und Stütze Bedingungen ausgesetzt, die offensichtlich zu den vorliegenden Schäden geführt haben. Hinzu kommt die Belastung des Holzes durch feucht eingelagertes Material wie Heu oder Hackschnitzel,

das die Stützen ohne weitere konstruktive Schutz-maßnahmen über längere Zeiträume umgibt. Dies gilt besonders für die Stützenfußpunkte, um die sich bei den untersuchten Bergehallen häufig ein dichter Belag aus Fasern, Staub und Schmutz gebildet hat, der Feuchtigkeit aufnehmen kann und damit das Holz zusätzlich feucht hält.

Andere Zusammenhänge lassen sich im Nachhinein nur rekonstruieren. Wurde z.B. nicht in der Kammer nachgetrocknet, kann die Holzfeuchte beim Einbau durchaus mehr als 20% betragen haben. Somit konnte das Holz im Beton nicht mehr nachtrocknen und blieb feucht, was die Fäulnisprozesse mit Sicherheit beschleunigt hat. Jeglicher Versuch, den Stützenfußpunkt konstruktiv durch zusätzliche Maßnahmen (Verblechungen, Folien bzw. Bitumenpappe, Betonschäfte etc.) zu optimieren, hat zu keiner Verbesserung geführt.

Wie kann saniert werden und was muss dabei beachtet werden?

Neben der Frage der Haltbarkeit stellt sich die Frage der Sanierung. Derzeit werden durch ein Ingenieur-Büro Standsicherheitsnachweise für eine Sanierungsstütze mit paarweise angeschraubten Stahlprofilen gerechnet. Zur Einspannung werden letztere an Stelle des Holzes in das entkernte Bohrfundament einbetoniert. Diese Statik wird den untersuchten Betrieben kostenfrei zur Verfügung gestellt. Im Hinblick auf geltendes Baurecht wird dabei keine grundlegende Änderung der Konstruktionsweise vorgenommen. Eine Änderung der Tragwerke mit den ursprünglich eingespannten
Stützen zu verbandsausgesteiften Konstruktionen wäre nach Art. 55 Abs. 1 der Bayerischen Bauordnung (BayBO) genehmigungsbedürftig, weil - da es sich nicht um Wohngebäude handelt - keine Verfahrensfreiheit nach Art. 57 Abs. 1 Nr. 11 Buchst. b BayBO vorliegt.

An Lösungen zur Entfernung des Altholzes aus den Fundamenten wird derzeit am Institut für Landtechnik und Tierhaltung, zusammen mit Herstellern entsprechender Geräte, intensiv gearbeitet.

Für die Betroffenen ist ganz wichtig, dass Gebäude in dieser Bauweise auf keinen Fall ungesichert saniert werden dürfen, da die Aussteifung allein über die eingespannten Stützen erfolgt

Eine Demontage der Dacheindeckung bzw. Entfernung der Wandbekleidungen darf gleichfalls ohne Sicherung der Konstruktion nicht erfolgen. Können die Fußpunkte die Lasten nicht mehr abtragen, dann kann davon ausgegangen werden, dass die Gesamtkonstruktion temporär nur mehr über die Befestigungsmittel für die Eindeckungsmaterialien und Wandbekleidung zusammengehalten wird.
Zum Teil haben die Landwirte, wohl aus Unkenntnis der Konstruktionsweise heraus, morsche Stützen im Fußbereich abgetrennt und mit statisch nicht nachgewiesenen, vollkommen unterdimensionierten Stahlwinkeln wieder direkt mit der Bodenplatte verbunden. Dabei kann keine der vorgefundenen Lösungen die Funktion einer Aussteifung im Sinne einer Einspannung übernehmen.

Was ist notwendig, wenn man ein solches Gebäude auf dem Betrieb hat und wo kann der Landwirt sich informieren?

Auf Grund der Gefahr für Leib und Leben und um weitere Schadensfälle zu vermeiden, wird aus der Erfahrung dieser Untersuchung empfohlen, die Gebäude von fachkundiger Seite überprüfen zu lassen, zumal das Schadenspotenzial bei allen Betroffenen unterschätzt wurde.

Sollten Sie ein Gebäude in dieser Bauweise auf lhrem Betrieb haben, dann steht Ihnen für die Erstinformation die ALB Bayern zur Verfügung.



Freising/ Grub, im November 2012


Kontakt zur Geschäftsstelle der ALB Bayern Info-Telefon: 0 81 61 / 71 41 26