Demanega

Die Konstruktion des Gebäudes beginnt beim Baugrund, setzt sich mit dem Schichten von Stein oder der Anordnung von Holzbalken fort und findet beim Dach ihre bauliche Vollendung.

Ob das Gebäude nun seinen ureigentümlichen Funktion nach Schutz vor äußerlichen Einflüssen dauerhaft nachkommen kann, zeigt sich letztlich an der Dachkonstruktion. Klaus Zwerger meint zur Dachkonstruktion: „Das Dach als komplexester Teil des Hauses hat sich zum Prüfstein des Zimmermanns entwickelt“ [1]. Folglich ist die Dachform mehr als eine willkürliche Entscheidung, sondern entspringt dem Vertrauen, das wir seit jeher in Materialität und Konstruktion und in die Dauerhaftigkeit setzen.

Die Dachform prägt als Ensemble von Dächern, mit einer bestimmten Ausrichtung, Steilheit, Beschaffenheit, Farbstruktur und Materialität das Bild gebauter menschlicher Strukturen.

Kristian Sotriffer unterstreicht, dass das Dach die eigentliche umgebungsschaffende Seite des Gebauten sei: „Das Dach akzentuiert ein Haus und damit eine Landschaft in besonderem Maß. Es setzt einen Rhythmus fort, der vom Zusammenspiel und Zusammentreffen von Horizonten, Lehnen, Waldkuppen, Wegkreuzungen, Feldabgrenzungen, Mulden oder Erhebungen bestimmt wird (…) Zum Dach gehört auch die Art seines Alterns, seine Patina, das Moos und die Flechten, die sich auf ihm ansetzen und es so auch von der Färbung her der Natur integrieren. Der Strukturreichtum von Dächern wird aus der Nähe wahrnehmbar; ihre Form, ihre Anpassung an die gedeckten Teile anderer, benachbarter Bauwerke, alle Arten einer Überleitung und Ensemblebildung, lässt der abstandnehmende Blick erkennen“ [2].

Während Wände vertikale Elemente sind, ordnet sich das Dach irgendwo zwischen dem Vertikalen und dem Horizontalen ein. Die Variation der Dachneigung wirkt auf den bewussten Betrachter ganz entscheidend und prägt das Bild.

Die Dachneigung hängt im bodenständigen Bauen weniger mit dem Klima und vielmehr mit den zur Verfügung stehenden Materialien zusammen. Da der Mensch grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes geht, ist das zur Verfügung stehende Material die eigentliche Ursache für die Art und Weise der Konstruktion. Erst, wenn mehrere technische Möglichkeiten zur Verfügung standen, war eine bewusste ästhetische Auswahl möglich.

Das Dach ist folglich dort, wo vorwiegend Laubbäume vorherrschen, in der Regel viel steiler. Es ist nicht als Pfettendach oder „hängendes“ Dach, sondern als Sparrendach oder „stehendes“ Dach ausgeführt. Die Sparren sind bei der Dachkonstruktion jene Struktur, die die Dachhaut trägt. Synonym könnte man auch von Dachschräghölzern sprechen. Bei Sparrendächern bilden die Sparren selbst die primäre Konstruktion, während bei Pfettendächern die Sparren auf senkrecht verlaufenden Pfetten aufliegen, die Sparren folglich eine sekundäre Struktur darstellen.

Aus der Präsenz von Nadelbäumen und ihrer Charakteristik – Nadelholz ist geradliniger, regelmäßiger und leichter – ergibt sich die direkte Möglichkeit, Pfetten durch lange und gerade Hölzer auszuführen. Die Pfetten sind folglich die langen, massiven Hölzer, die von Wand zu Wand, von Stütze zu Stütze oder von Dachstuhl zu Dachstuhl gespannt sind, währen die Sparren als Schräghölzer darauf aufliegen. Bei Sparren liegen auf Firstpfette, Mittelpfette und Fußpfette auf. Aus diesem Dreieck ergibt sich die Dachform.

Das Pfettendach bedarf tragender Wände oder zumindest Stützen. Ausgehend vom Blockbau ist die Ausführung des Pfettendaches konstruktiv am naheliegendsten und als Fortsetzung der Wand zu erachten. Daraus folgt, dass in Regionen, in denen ursprünglich der Blockbau Verwendung findet – im inneren Alpenraum sowie in den nordeuropäischen Gegenden – das Pfettendach räumlich zu Hause ist. Darüber hinaus findet das Pfettendach seit jeher im mediterranen Raum Verwendung und entwickelte sich aus dem Pfettendach heraus, das in seiner einfachsten Variante dem Steinbau aufgesetzt ist. Immer sind die festen Auflager in Form massiver Wände aus Holz oder Stein die konstruktive Bedingung.

Das verstärkte Aufkommen des Sparrendaches hängt nach Klaus Zwerger nicht nur mit der lokalen und regionalen Verfügbarkeit von Nadel- oder Laubholz zusammen, sondern vor allem auch mit den ökonomischen Erfordernissen des mittelalterlichen Städtebaues.

Durch den Umstand, dass die Sparren unverschiebliche Dreiecke bilden, die als statische Systeme wirken, kann der Dachraum bei einer möglichen Spannweite von 8 bis 10 Metern stützenfrei ausgeführt werden, was die Bauausführung entscheidend erleichtert hatte. Dieses Sparrenpaar wird als „Dachgebinde“ bezeichnet und wirkt statisch als Dreigelenkrahmen. Die Dreiecke stellen unabhängige Tragsysteme dar und werden mechanisch mittels Normalkraft, Biegemoment und Querkraft belastet. Die Lasten werden ausschließlich über die Außenwände, die so genannte Mauerbank, abgetragen.

Am Sparrenfuß entstehen nach außen gerichtete Horizontalkräfte, die durch Zugverankerungen aufgenommen werden müssen. „Je nach Entstehungszeit sind die Sparren mit den Dachbalken verblattet (Romanik und Gotik), verzapft oder versatzt (ab Renaissance)“ [3].

Durch diese konstruktive Konstellation konnte der zur Verfügung stehende Grundriss durch die steile und stützenfreie Dachausführung möglichst effizient genutzt werden.

Beim Pfettendach sind demgegenüber tragende Innenwände oder Stützen notwendig, wodurch die Flexibilität im Grundriss negativ beeinflusst wird. Die Pfetten bilden die Auflager für die Sparren und verlaufen parallel zur Traufe. Die Sparren sind beim Pfettendach als biegebeanspruchte Träger zu erachten, die mehr oder weniger frei aufliegen und in der Regel als Durchlaufträger wirken, während die Normalkräfte untergeordnet sind.

Durch den Umstand, dass die Sparren als Durchlaufträger wirken, entstehen an den Pfetten Biegemomente und Verdrehungen. Durch Einkerbungen – die so genannten Sparrenklauen – erfolgt eine kraftschlüssige Verbindung der Sparren zu den Pfetten, über welche die horizontalen und vertikalen Kräfte an die Pfetten übertragen werden. Außerdem erfolgt eine Lagesicherung über Nägel, um dem Windsog zu widerstehen. In der eigentlichsten Form verfügt das Pfettendach im First über keine Verbindungen zwischen den Sparren [4]. Insofern sich eine Kraftübertragung einstellt, liegt nämlich faktisch durch die Kräfteverteilung ein Sparrendach vor.

Mitunter werden durch die Einkerbungen an den Pfetten Torsionsmomente übertragen. Umso steiler die Sparren, umso weniger ausgeprägt müssen die Einkerbungen sein und umso geringer sind entsprechend die Torsionsbelastungen für die Pfetten. Dadurch ist der Dachneigung eine mechanische Grenze gesetzt, die sich baulich ausformt. 

Aus den unterschiedlichen Konstruktionsarten ergeben sich verschiedene Ausprägungen und Neigungen. Sparrendächer eignen sich für Dächer ab 30 Grad und können auch bis über 60 Grad ausgeführt werden. Unter 30 Grad nimmt der Horizontalschub im Fußpunkt überproportional zu, weshalb die Verbindung nicht mehr ökonomisch ist. Prinzipiell sind für die Aufnahme des Schubes beim Sparrendach am Fußpunkt aufwändigere Holzverbindungen notwendig. Die Verbindung wird in der Regel als Versatz ausgeführt. Dazu ist eine Vorholzlänge notwendig.

Vorteilhaft ist beim Pfettendach der Umstand, dass die Dachschrägen selbst keine unabhängigen Tragsysteme darstellen und es folglich relativ einfach ist, das Dach an den Grundriss anzupassen sowie Dachgauben über Auswechslungen auszuführen.

Hinzu kommt, dass Dachüberstände effizient herzustellen sind und folglich in der Praxis auch ausgeführt werden – die Sparren werden einfach mit Überstand aufgelagert.

Wenn wir im Wiener Raum im historischen Kontext beobachten, dass die Dächer viel steiler und ohne Dachvorsprung ausgeführt sind und sich damit vom alpinen Bauen wesentlich unterscheiden, dann folgt diese Tendenz der Konstruktionsart als Sparrendach, die eine Konsequenz der Materialverfügbarkeit ist.

Grundsätzlich sind Pfettendächer für größere Spannweiten geeignet. Bei Sparrendächern sind die ausgeprägten Dachneigungen irgendwann einmal nicht mehr wirtschaftlich.

Fügt man dem Sparrendach ein horizontales Tragelement, den Kehlbalken, ein, um das Tragsystem zusätzlich auszusteifen und um die Durchbiegungen folglich zu vermindern, ist von Kehlbalkendach die Rede. Der Kehlbalken wird mittels Zapfen, Versatzzapfen, externe Laschen und Zangen oder durch Blattung und Nagel – oft auch durch kombinierte Verbindungen, etwa Versatzzapfen und Laschen – angeschlossen.

Der Fußpunkt im Bereich der Traufe kann als Versatz ausgeführt sein und über eine Knagge, welche auf die Mauerbank oder den Bundtram drückt, verstärkt werden. Zusätzlich sind auch Verstärkungen durch Laschen möglich.

Im Firstbereich sind Scherzapfen, Überblattung oder Lasche denkbar. Zusätzlich kann der Fist über eine horizontale Firstlatte ausgesteift werden.

Wird die Außenwand, auf welche die Sparren aufliegen, höher als die Decke gezogen, ist von einem Kniestock die Rede. Da es sich dabei nicht mehr um ein unverschiebliches Dreieck handelt, bei welchem der Dachbalken ursprünglich als horizontales Glied wirkt, sind Zugstreben oder Druckstreben notwendig, welche ihrerseits den Horizontalschub in die Decke als horizontales Aussteifungselement leiten. Die Konstruktion wird aufwändiger.

Die Konstruktion, die die Dachhaut trägt, wird als „Dachstuhl“ bezeichnet. Der Dachstuhl kann ohne Mitwirkung der Sparren stehen. Es handelt sich sozusagen um das tragende Gerüst der Dachkonstruktion. Beim Sparrendach bilden die unverschieblichen Dreiecke den Dachstuhl. Mit zunehmender Spannweite kann mittels Kehlbalken die Verformung reduziert und folglich die Stabilität erhöht werden. Beim Pfettendach ist bei einfachen Konstruktionen, bei denen die Pfetten auf Wänden aufliegen und die Sparren auf Biegung wirken, der Dachstuhl hinfällig.

Bei größeren Spannweiten ist hingegen eine eigene Konstruktion notwendig, die die Unterkonstruktion bildet und auf welcher in der Folge die Sparren aufliegen. Nicht immer ist die Zuordnung zu Pfetten- oder Sparrendach ohne weiteres möglich.

Der Dachstuhl bildet ein längs zum First verlaufendes Tragwerk – die Stuhlwand –, und ein quer zum First verlaufenden Tragwerk – den Binder. Dort, wo die Binder – in der Regel Fachwerkträger – voll ausgeführt sind, ist von Vollgespärre die Rede. Dazwischen besteht der Dachquerschnitt aus so genannten Leergespärren, die sich aus Pfetten und Sparren bilden.

Grundsätzlich ist zwischen zwei Formen des Dachstuhls zu unterscheiden: Beim stehenden Dachstuhl erfolgt die vertikale Lastabtragung durch vertikal verlaufende Stiele, die in der Regel über Kopfbänder ausgesteift sind. Die Binder werden eigentlich nur bei asymmetrischen Lastverteilungen, etwa Wind, relevant. Durch die stehende Dachstuhlkonstruktion ergeben sich Einschränkungen in der Dachraumnutzung. Der stehende Dachstuhl ist typisch für die süddeutschen Gegenden und für den Alpenraum. Dieser Umstand hängt mit der massiven Ausführung der darunter liegenden Wände zusammen, die die Dachlasten abzutragen haben.

Beim liegenden Dachstuhl wird hingegen auf die vertikalen Tragelemente verzichtet, indem die Binder die Lasten über liegende Stiele auf das Mauerwerk weiterleiten. Dadurch ergeben sich Vorteile in der Dachraumnutzung. Durch den Umstand, dass die Lasten in Richtung der Außenwände und nicht vertikal wie beim stehenden Dachstuhl in die Dachkonstruktion eingeleitet werden, ergeben sich statische Vorteile, nämlich geringere Biegemomente. Typisch ist der liegende Dachstuhl für Frankreich und die norddeutschen Gebiete.

Insbesondere im Kathedralenbau war es mehr denn je eine Anforderung an den Zimmermann, effiziente Lösungen zu entwickeln, die den vielfältigen Bedingungen zu entsprechen hatten.

Das Walmdach ordnet sich zwischen Sparren- und Pfettendach ein, weil grundsätzlich beide Konstruktionsarten für ein Walmdach denkbar sind. Walmdächer haben den Vorteil, dass sie durch die geneigten Walme die Dachkonstruktion in Längsrichtung zusätzlich aussteifen. Hinzu kommt ein konstruktiver Schutz der Giebelseite gegenüber Niederschlägen durch die Dachschräge. Nachteilig ist bei Walmdächern der geringere Dachraum. Das Krüppelwalmdach ist eine Zwischenform, welche Vorteile und Nachteile ausgleicht. Der Walm ist dabei nur zum Teil ausgeführt.

Mit der Renaissance wird das Pfettendach, das neben dem Alpenraum in den südlicheren Gegenden Europas zu Hause ist, in Mitteleuropa verstärkt eingesetzt. Insgesamt stellt die Renaissance eine kulturelle Verbreitung des Baustils der klassischen Antike und damit des Mittelmeerraumes dar.

In der Gründerzeit setzt sich schließlich das Pfettendach stärker durch, weil der Grundriss zwar über tragende Elemente verfügen muss, aber insgesamt individueller ausgeführt und Kniestöcke, also gemauerte Außenwände im Dachgeschoss, konzipiert werden können. Durch die Lastabtragung, die beim Pfettendach vorwiegend auf Biegung geschieht, sind die Normalkräfte, die auf den Kniestock wirken, geringer. Hinzu kommt der Umstand, dass Pfettendächer vom Holzverbrauch her ökonomischer sind [5].

Weil mit der Neuzeit das Bauen grundsätzlich von der Materialität entkontextualisiert ist, stimmen Form und Konstruktion immer seltener überein. Dass die Dachform analog zum historischen Kontext auch bei Pfettendächern sehr steil realisiert wird, hat zusätzliche Verstrebungen zur Aufnahme der horizontalen Schubkräfte zur Folge.

Der in Wien in der Gründerzeit häufig ausgeführte „Wiener Dachstuhl“ besteht aus einem Pfettentragwerk mit einem liegenden Stuhl und Hängesäulen, die mit zangenartigen Kopfbändern fixiert sind.

Literatur:

[1] Knesch, Günther: „Das Bundwerk – meisterhafte Bautechnologie des 19. Jahrhunderts“ in „Kultur & Technik“, Deutsches Museum, 9. Jahrgang, Heft 2, München 1985

[2] Sotriffer, Kristian: „Die verlorene Einheit – Haus und Landschaft zwischen Alpen und Adria“, Edition Tusch, Wien 1978

[3] Informationsdienst Holz: „Erneuerung von Fachwerkbauten“, Absatzförderungsfonds der deutschen Forst- und Holzwirtschaft, Ottobrunn 2004

[4] Neuhaus, Helmuth: „Lehrbuch des Ingenieurholzbaus“, Teubner Verlag, Stuttgart 1994

[5] Schickhofer, Gerhard: „D(N)achhaltigkeit Graz – Forschungsbericht“, Technische Universität Graz, Graz 2011