Sparrendach

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Sparrendach mit Holzbalkendecke
Kehlbalkendach mit Holzbalkendecke


Das Sparrendach ist eine der traditionellen Dachkonstruktionen zur Herstellung eines geneigten Daches. Jeweils zwei Sparren sind am First zu einem Sparrenpaar (Gespärre) verbunden und stützen sich auf dem Dachbalken ab, mit dem sie das Sparrendreieck bilden. Ein Sparrendach kommt ohne weitere Abstützungen aus.

Das einfache hölzerne Sparrendach wird vorzugsweise bei kleinen Gebäudetiefen von 7 bis 8 Metern und einer Dachneigung von ≥ 30° gebaut.[1]

Ein Sparrendach ist etwas aufwändiger herzustellen und zu errichten, als das Pfettendach.

Das Kehlbalkendach ist eine Sonderform des Sparrendaches. Die beiden Sparren eines Sparrenpaars stützen sich hierbei durch einen horizontal verlaufenden Kehlbalken gegenseitig ab. Dadurch lassen sich größere Spannweiten und stützenfreie Gebäudetiefen realisieren. Ein Kehlbalkendach wird oftmals mit einem Dachstuhl versehen, der aber keine ständigen Lasten zu tragen hat, sondern die Durchbiegung bei Wind- und einseitiger Schneelast begrenzen und die Längsaussteifung herstellen soll.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Sparrendach und das Kehlbalkendach gelten als die ältesten Formen der Dachkonstruktionen in Mittel- und Nordeuropa. Im Verlauf des 19. Jahrhunderts wurden sie in Deutschland durch das Pfettendach verdrängt. Kehlbalkendächer wurden nur noch mit Unterstützung durch einen stehenden Stuhl gebaut. Etwa ab 1940 gab es Bestrebungen, mithilfe von statischen Berechnungen eine einfache und holzsparende Bauweise zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang erlangte das Sparren- und Kehlbalkendach wieder größere Bedeutung. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden in Deutschland viele Einfamilienwohnhäuser mit Kehlbalkendach errichtet.[2]

Konstruktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sparrendach mit Stahlbetondecke

Das hölzerne Sparrendach beziehungsweise Kehlbalkendach besteht aus mehreren hintereinander in Firstrichtung gestaffelten Paaren aus Sparren. Diese Sparrenpaare (Gespärre)[3] bilden zusammen mit einer Konstruktion am Fußpunkt der Sparren einen Dreieckrahmen. Der Abstand der einzelnen Rahmen kann zwischen 70 und 80 cm liegen und sollte nicht größer als 90 cm sein.[4]

Beim hölzernen Sparren- und Kehlbalkendach sind zwei Sparren am Firstpunkt miteinander verbunden, beispielsweise durch einen Scherzapfen, eine Verblattung oder durch beidseitig montierte Laschen. Um die Montage der Sparren zu erleichtern, wird im First häufig ein Richtholz eingebaut, beispielsweise als Richtlatte. Dieses verbindet die Sparrenpaare in Längsrichtung. Für die eigentliche Längsaussteifung der Dachkonstruktion sind aber hölzerne Windrispen, Windrispenbänder aus Metall, eine Aussteifung durch schräg verlaufende Schalbretter oder ein Dachstuhl mit Kopfbändern notwendig. Stehende Dachstühle entwickelten sich aus Arbeitsplatformen, die als Hilfsmittel beim Aufrichten der Sparrenpaare dienten und später die Längsaussteifung der Dachkonstruktion übernahmen.[5]

In traditionellen Konstruktionen wurden die Deckenbalken als waagerechte Verbindung und Zugband der beiden Sparrenfüsse eingesetzt und in dieser Funktion auch als Zerrbalken bezeichnet.[5] In neuerer Zeit dient auch eine Geschossdecke aus Stahlbeton als unterer Bestandteil des Dreieckrahmens.

Bei der traditionellen Bauweise münden die Sparrenfüße in waagerechten Holzbalken, die gleichzeitig die Geschossdecke bilden. Die Horizontalkräfte wurden im frühen Mittelalter durch Blattverbindungen in die Zugbalken eingeleitet, die später durch Zapfenverbindungen ersetzt wurden, die schließlich durch einen Versatz (mit oder ohne Zapfen) abgelöst wurden.[5] Während bei der Verbindung mit abgestirntem Zapfen ohne Versatz auch ein bündiger Anschluß ausgeführt wurde, ragte der Deckenbalken bei Zapfenverbindungen mit Versatz gewöhnlich über den Sparren hinaus. Dieser Überstand wird als Vorholz bezeichnet und hat in der Regel eine Länge von über 20 cm.[4] Um die Dachdeckung über dem Vorholz fortführen zu können, wird darauf ein Aufschiebling montiert, der eine geringere Neigung als der Sparren aufweist. Dadurch ergibt sich der charakteristische Knick in der Dachdeckung über dem Traufbereich der meisten traditionellen Sparrendächer. Gelegentlich wurden die Sparren aber auch über den Kontaktpunkt mit den Zugbalken hinaus fortgeführt, so dass die Dachneigung wie beim Pfettendach kontinuierlich bis zur Traufe durchlief.

Bei neueren Konstruktionen dient eine Geschossdecke aus Stahlbeton als Zugband des Dreieckrahmens (sowie als Ringanker). Die hölzernen Sparrenfüße münden auf einer Aufkantung der Betondecke bzw. auf der in der Decke verankerten Fußschwelle oder Mauerlatte. Teilweise wird der Sparren bzw. ein Teilquerschnitt des Sparrens über die Aufkantung und Gebäudeaußenwand hinaus geführt und bildet den Dachüberstand. Wird der gesamte Sparrenquerschnitt über den Auflagerpunkt hinausgeführt, dann erfolgt die Krafteinleitung in die Schwelle oder in die Aufkantung meist über unterseitig an den Sparren befestigte Knaggen.

Tragsystem[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Statisches System eines Dreieckrahmens und Verformungslinie unter vertikaler Last
Statisches System eines Dreieckrahmens mit einem zusätzlichen verschieblichen Kehlbalken und die veränderte Verformungslinie unter vertikaler Last

Sparrendach[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Sparrendach werden die Lasten ausschließlich von den Sparren aufgenommen. Diese Lasten werden dann zu den Traufen hin abgeleitet. Die dortigen Auflager der Sparren müssen fest und unverschieblich ausgeführt sein. An den Traufen entsteht ein Horizontalschub, der von der obersten Geschossdecke (Holzbalkenlage oder Stahlbetondecke) aufgenommen wird. Die Höhe der entstehenden Zugkraft ist abhängig von der Dachneigung. Für Dachneigungen unter 30° kommt ein Sparrendach daher kaum zum Einsatz.

Für die statische Funktion beziehungsweise für den Lastabtrag eines Sparrendaches ist die geschlossene Dreieckform Voraussetzung. Damit sind Unterbrechung der Sparren, zum Beispiel als Folge von Fensteröffnungen nur mit erhöhtem konstruktivem Aufwand in Form sogenannter Auswechselungen möglich. Durch einen Wechsel werden die dem unterbrochenen Sparren benachbarten Sparren (Wechselsparren) für den Lastabtrag herangezogen.

Kehlbalkendach[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Kehlbalkendach ist eine Sonderform des Sparrendaches. Dabei werden die einzelnen Sparrenpaare jeweils durch einen waagerechten Kehlbalken verbunden. Diese Konstruktion reduziert die Durchbiegung der Sparren unter Last. Es können größere Spannweiten beziehungsweise Gebäudetiefen realisiert werden, als sie mit dem einfachen Sparrendach möglich sind.

Durch die Kehlbalkenlage ergibt sich eine zusätzliche Ebene im Dach, die die nutzbare Fläche des Dachbodens erhöht. Beim Ausbau des Dachs kann die Kehlbalkenlage als oberer Abschluss des Dachgeschosses dienen. Bei der Festlegung der Höhenlage der Kehlbalken muss daher die Raumhöhe des entstehenden Nutzflächen berücksichtigt werden.

Kehlbalken wurden traditionell über Zapfenverbindungen oder Weißschwanzblatt[6] mit den Sparren verbunden. Heute werden sie überwiegend mit Laschen oder Nagelblechen verbunden oder als Zange aufgeführt.

Nach dem Tragverhalten wird unterschieden zwischen:

  • Kehlbalkendach mit verschieblichem Kehlbalken
  • Kehlbalkendach mit unverschieblichem Kehlbalken

Unverschiebliche Kehlbalken entstehen durch einen Verbund der Kehlbalken untereinander. So kann beispielsweise durch Bretter oder Platten auf der Kehlbalkenlage eine steife Scheibe (Kehlscheibe) gebildet werden. Um Unverschieblichkeit zu gewährleisten, muss diese Scheibe dann wiederum in den Giebel- oder Querwänden oder durch ein Sprengwerk rückverankert werden. Jedes Sparrenpaar wird durch die Scheibenwirkung der Kehlbalkenlage horizontal gestützt, sodass die Sparren Zweifeldträger bilden. Das Kehlbalkendach mit unverschieblichem Kehlbalken gilt als eine wirtschaftliche Konstruktionsvariante.[7]

Die Kehlbalken können auch durch Stühle unterstützt sein. Geschieht dies mittig, entsteht ein einfach stehender Stuhl unterhalb der Kehlbalkenlage.[8] Der horizontale Balken unter den Kehlbalken wird Stuhlpfette[8] oder auch Stuhlwandpfette[9] genannt. Wenn jedes Ende der Kehlbalken durch eine Stuhlpfette abgestützt wird, ergibt sich ein doppelt stehender Stuhl.[8] Dachstühle dienen nicht in erster Linie dazu, die Dachlast aus den Kehlbalken abzutragen. Sie sorgen für die Quer- und Längsaussteifung des Daches und stützen das Dach dementsprechend insbesondere gegen Wind- oder einseitigen Schneelasten ab.[8]

Vorteile und Nachteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gegenüber dem Pfettendach haben Sparren- und Kehlbalkendächer folgende Vorteile:[10]

  • Es sind keine Pfetten erforderlich.
  • Sofern auf einen Dachstuhl verzichtet wird, ergibt sich ein stützenfreier Dachraum ohne Stiele, die sich auf der darunterliegenden Decke abstützen. Beim Geschossgrundriss muss somit keine Rücksicht auf die von der Dachkonstruktion eingeleiteten Lasten genommen werden.
  • Die Kehlbalken eines Kehlbalkendaches können beim Dachausbau genutzt werden. (Beim Pfettendach müssten zusätzliche Riegel eingebaut werden, um die Decke zu bilden oder eine zusätzliche höherliegende Dachebene zu schaffen.)
  • Bei größeren Dachneigungen ergibt sich ein vergleichsweise geringerer Holzverbrauch.

Nachteile sind:[10]

  • Die am Sparrenfuss abzustützenden Horizontalkräfte lassen die Ausbildung eines Drempels nur zu, wenn aufwändige Stützkonstruktionen im Traufbereich vorgesehen werden.
  • Die aufzunehmenden Horizontalkräfte machen winkelförmige Gebäudegrundrisse sowie größere Dachausschnitte schwierig. Auch bei Walmdächern sind die Horizontalkräfte zu berücksichtigen.
  • Die Errichtung großer Dachgauben ist problematisch, mehr als zwei Sparrenfelder sollten sie nicht einnehmen.
  • Der Abbund ist aufwändiger.

Einzelnachweise und Fußnoten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Satz nach Hagen Prehl: Hölzerne Dachkonstruktionen. 2. Auflage, Düsseldorf 2001, Werner Verlag, S. 19.
  2. Absatz nach Hagen Prehl: Hölzerne Dachkonstruktionen. 2. Auflage, Werner Verlag, Düsseldorf 2001, S. 18, 19.
  3. Der Begriff Gespärre wird in der Fachliteratur traditionell nicht einheitlich verwendet. So bezieht Tanja Brotrück: Basics Dachkonstruktion. 2007, Birkhäuser, S. 19 in diesem Zusammenhang Gespärre auf den gesamten Dreieckrahmen.
  4. a b Satz nach Tanja Brotrück: Basics Dachkonstruktion. 2007, Birkhäuser, S. 19.
  5. a b c Stefan Holzer: Statische Beurteilung historischer Tragwerke: Band 2 - Holzkonstruktionen, S. 133ff, John Wiley & Sons, 26. Mai 2015
  6. Theodor Böhm: Handbuch der Holzkonstruktionen. Verlag Julius Springer, Berlin 1911. (6. Reprintauflage der Originalausgabe von 1911, Reprint-Verlag-Leipzig), S. 309
  7. Absatz nach Hagen Prehl: Hölzerne Dachkonstruktionen. 2. Auflage, Düsseldorf 2001, Werner Verlag, S. 24, 25.
  8. a b c d Satz nach Hagen Prehl: Hölzerne Dachkonstruktionen. 2. Auflage, Düsseldorf 2001, Werner Verlag, S. 45.
  9. Satz nach Günther Wasmuth (Hrsg.): Wasmuths Lexikon der Baukunst. Berlin, 1929–1932 (4 Bände), Lemma Stuhlwandpfette. „… die 16/18 bis 18/20 starken Pfetten, die zur Unterstützung von über 3,5 bis 4 m langen Kehlbalken dienen …“
  10. a b Aufzählung nach Hagen Prehl: Hölzerne Dachkonstruktionen. 2. Auflage, Düsseldorf 2001, Werner Verlag, S. 17.