8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 167 Gerüstbau im Denkmalschutz Vom Arbeitsgerüst über Einhausungen und Schutzdächer bis hin zu komplexen Fassadensicherungen Dipl.-Ing. (FH) Dieter Gescher Teupe & Söhne Gerüstbau GmbH, Stadtlohn Zusammenfassung Die Sanierung und der Erhalt von Denkmälern erfordert in der Regel Arbeits- und Schutzgerüste sowie Sonderkonstruktionen, um die Zugänglichkeit und den Schutz nach innen und außen zu gewährleisten. Seit mehr als 5 Jahrzehnten ist die Teupe Gerüstbau GmbH mit der Stellung von Gerüsten jeder Art an Denkmalen befasst. Dabei sind Denkmale durchaus vielfältig. In der Vergangenheit zählten dazu Sakralbauten, Industrieanlagen, Ingenieurbauwerke wie Brücken, Felsformationen, Bauwerke des täglichen Lebens vom Mittelalter bis heute und museale Bauten. Wie auch moderne Bauwerke benötigen „alte“ Denkmäler Instandhaltungsmaßnahmen zum Erhalt der Bauwerksstruktur, den zu schützenden Kunstwerken oder zum Erhalt der Nutzung. Diese Instandhaltungsmaßnahmen werden durch den Gerüstbau unterstützt. 1. Einführung: Beispiele aus der Praxis Wir versuchen die Gerüste im Folgenden zu gliedern, obschon sehr viele Aufgaben in den unterschiedlichen Gerüstkonstruktionen kombiniert vorgefunden werden. Aufgaben: • Erhalt der Fassade und der Struktur des Denkmals • Sanierung der Fassaden und Dachteile an Bauwerken • Sanierung der Struktur des Tragwerkes und dessen Korrosionsschutz • Schutz der Umwelt durch Einhausungen, Schutz vor Gefahrstoffen • Absturzsicherungen • Schaffung von Arbeitsplätzen in Höhen, die regulär nicht erreichbar sind • Abstützung von Bauwerksteilen während der Sanierung • Einhausung als Witterungsschutz während der Sanierung und der durchzuführenden Arbeiten • Sicherung von Arbeitsebenen zur Sanierung • Gerüste zur Erstellung von Hangsicherungen • Abstützung und Sicherung von denkmalgeschützten Fassaden • Und vieles mehr ist möglich Abbildung 1: Schacht Konrad 168 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 Gerüstbau im Denkmalschutz Abbildung 2: Müngstener Brücke Aus der Auflistung lässt sich erahnen, welche komplexen und vielfältigen Aufgaben der Gerüstbau erfüllen kann. Seit mehreren hundert Jahren werden Gerüste erstellt, um Bauwerke zu errichten und zu unterhalten. Die heutigen Denkmäler wurden bereits mittels Arbeitsgerüsten gebaut und für viele Bauwerke sind Gerüste eine lebenslange Einheit, von der Erstellung über die Unterhaltung bis hin zum jeweiligen Rückbau. Dabei dominierten bis in die 60er Jahre Gerüste aus dem Werkstoff Holz. Dieser wird durch Stahl und Aluminium immer mehr zurückgedrängt. Holz hat heute eine untergeordnete Bedeutung im Gerüstbau. Die Bekleidung oder Einhausung der Gerüste erfolgt im Wesentlichen mit PVC Planen oder Netze. Dem Einsatzzweck folgend werden diese mehr oder weniger dicht eingesetzt. Zum Schutz der Umwelt und gegen herabfallende Teile werden Netze eingesetzt, für den Witterungsschutz oder bei Gefahrstoffen werden dichte Planen eingesetzt, diese werden teilweise mit Kunststoffschweißverfahren abgedichtet oder in Schienen eingezogen. Darüber hinaus werden feste Einhausungen mittels Systemmaterialien oder individuell aus Stahl / Holz hergestellt, um größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten. Des Weiteren dient dies auch der optischen Aufwertung von Gerüsten. Für die Abstützung von Bauwerksteilen werden in der Regel Stahlbaukonstruktionen errichtet, die über eine hohe Tragfähigkeit verfügen. Die hohe Verformungsfähigkeit steht diesem nachteilig gegenüber und muss über höheren Materialeinsatz auf die zulässigen Maße der Verformungsfähigkeit der Fassade berechnet werden. So werden z.B. bei abzustützenden Mauerwerken die Verformungen auf bis zu 1/ 1000 der Höhe eingestellt, um Risse im Mauerwerk oder dessen Fugen zu verhindern. Abbildung 3: Stadthöfe Hamburg Parallel können Hydrauliksysteme zum Einsatz kommen. Diese steuern dann über Messsensoren auftretenden Verformungen und wirken dem durch Einsatz von Hydraulikpressen entgegen. Im Brückenbau wird dieses Verfahren bei Gewölbebrücken bereits angewendet. Der notwendige Witterungsschutz, insbesondere gegen Regen, wird durch Dachkonstruktionen hergestellt. Eintretendes Wasser ist für Baukonstruktionen, die während der Sanierung geöffnet werden in vielfältiger Weise schädlich. Daher werden diese durch temporäre Dächer geschützt, um die darunterliegenden Bauteile zu erhalten. Hierbei werden verschiedene Dächer eingesetzt, welche dem Einsatzzweck anzupassen sind. Dachkonstruktionen mit sogenannten Kassetten (ca. 2 x 2,5 m großes Dachelement) dienen der Öffnung während der Bauzeit, um mit einem Kran von oben Baustoffe einbringen zu können. Diese Kassettendächer wurden in den 80er Jahren entwickelt und vom Staat gefördert, um die Beschäftigung im Winter zu sichern. Darüber hinaus werden Kederplanendächer errichtet. In Schienen aus Aluminium werden Planen mit einem Keder eingezogen (wulstartige Randverstärkung in einer Schiene). Diese sehr leichten Konstruktionen sind geeignet, auch ohne Unterstützung von Mobilkränen errichtet zu werden. Abbildung 4: Poppelsdorfer Schloss 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 169 Gerüstbau im Denkmalschutz Beide zuvor genannten Dacharten können auch fahrbar errichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass große Öffnungen im Dach realisiert werden können, durch die der Einhub von komplett vorgefertigten Modulen mittels Kran möglich ist. Durch Fahrschienen auf den Gerüsten an den Traufseiten werden die Lasten abgetragen und die Fahrstrecke erzeugt. 2. Standsicherheitsnachweis Temporär- / Dauerbauwerk Gerüste und Hilfseinrichtungen sind in den meisten Bundesländern als bauliche Anlage definiert. Für diese baulichen Anlagen müssen mindestens prüffähige statische Berechnungen und Ausführungszeichnungen erstellt werden. Die Anforderungen an diese Unterlagen regelt die Norm für Gerüste, DIN EN 12811, nicht umfänglich. In der Regel werden die Gerüstbauteile rückstandslos wieder entfernt und sind damit temporäre oder vorübergehende Bauzustände. Jedoch ist dies in den Landesbauordnungen nicht weiter ausgeführt und daher werden temporäre Bauwerke den Dauerbauwerken gleichgestellt. Verschiedene Normen sprechen von vorübergehenden Zuständen, von Wiederkehrperioden oder temporären Bauwerken. Eine exakte Definition ist nicht vollständig vorhanden. Art Hilfseinrichtung / Temporäres Bauwerk Dauerbauwerk Dauer der Last Wenige Stunden bis mehrere Jahre 5-500 Jahre Hauptnorm DIN EN 12811 und 12812 Technische Baubestimmungen Windlast Lasten für Wiederkehr- Periode 50 Jahre Lasten nach DIN EN 1991 (außer 1991-1-6) Somit werden diese unterschiedlich interpretiert und über die Standzeiten der Gerüste wird versucht die Eindeutigkeit herzuleiten. An einem größeren Objekt differieren die Zeiten erheblich aufgrund der Höhe und des erst mit der Inspektion vorgefundenen Erhaltungszustandes. Viele Bauzeitenpläne werden dann neu terminiert und würden dann eventuell zu anderen Faktoren in der Berechnung führen. Um dies zu verhindern, gibt die Gerüstnorm eindeutige Faktoren ohne Angabe der Standzeit ab. Hilfseinrichtung / Temporäres Bauwerk [Lastform] Normung Imperfektion DIN EN 12812/ DIN EN 1993-1 Ersatzlast Arbeitsbetrieb DIN EN 12811/ DIN EN 12812 Wasser, Anprall, Erdbeben, Temperatur, Setzung, Vorspannung Nach DIN EN 12811/ 12812 und Liste der technischen Baubestimmungen Im Bereich der Windlasten sind eindeutige Unterscheidungen zwar aus der Norm erkennbar, werden jedoch zum Teil falsch interpretiert. In der DIN EN 12811 werden die Windlasten mit dem Faktor 0,7 angesetzt. In der Windlast Norm sind vorübergehende Zustände von 0,5 -0,7 faktorisiert, jedoch im Absatz 5 des Normteils werden Gerüste explizit ausgeschlossen. Somit kann für die Windlasten nicht angenommen werden, dass die Gerüste nach 2 Jahren Standzeit demontiert werden müssen. Im Bereich von Traggerüsten zur Abstützung von Bauzuständen werden Bemessungsklassen unterschieden. So werden Traggerüste der Klasse B1 wie Dauerbauwerke statisch berechnet und konstruiert. Die Zeichnungen haben als Ausführungszeichnungen und Werkstattpläne exakt die gleichen Anforderungen wie für Dauerbauwerke. Die Widerstände in der Berechnung werden nicht reduziert. Für Traggerüste nach der Bemessungsklasse B2 werden die Widerstände um 15% reduziert. Die Anforderungen an die Bemessungen und Zeichnungen werden dann von der bauüberwachenden oder prüfenden Stelle jeweils unterschiedlich interpretiert. Abbildung 5: Bahrmühlen Viadukt Aus einem Praxisbeispiel können wir folgendes ableiten: Das Gerüst unter der denkmalgeschützten Brücke soll für eine Bauzeit von ca. 1 Jahr errichtet werden. Dementsprechend werden die Gerüste nach DIN EN 12811 berechnet. Die Windlasten werden mit dem Faktor 0,7 als Last eingepflegt. Im Prüf bericht wird dann die Standzeit von 2 Jahren als Grenze festgelegt. Nach 2 Jahren sollte durch Anweisung der Bauüberwachung das Gerüst neu berechnet werden mit Windlasten und dem Faktor 1,0. Die Berechnung kam zu dem Ergebnis, dass die Standsicherheit nicht gewährleistet ist. Dann wurde beschlossen, das Gerüst in Teilen zu demontieren und dann wieder zu montieren. Die Wiedermontage erfolgte auf Grundlage der alten Berechnung. Technisch ist das nicht nachvollziehbar und wirtschaftlich wird daraus ein Schaden abgeleitet. 3. Planung und Ausführung Hilfseinrichtungen Gerüste im Denkmalschutz sind gleichbedeutend mit Gerüsten an alten, nicht modernen Bauwerken. Daher sind die vorliegenden Bestandsunterlagen oft unzureichend. Sie sind aufgrund der frühen Bauzeit teilweise nicht vorhanden, aufgrund von Bränden zerstört, in schlechtem 170 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 Gerüstbau im Denkmalschutz Zustand, unleserlich, oder/ und nicht maßstäblich. Die heutige Form der Digitalisierung ist bei Denkmälern ein Fremdwort, ebenso wie das Thema BIM. Abbildung 6: Laser Scanner Der Prozess der technischen Bearbeitung und das Verlangen seitens der Behörden und Institutionen nach einer umfänglichen Planung vor Baubeginn erfordert daher alternative Methoden. Ein einfaches Aufmaß vor Ort oder Erstellung der statischen Berechnung nach Fertigstellung führen aus unserer Sicht nicht zum Ziel. Wir setzen daher seit einigen Jahren verstärkt auf die 3D Laser Scan Technik und den Einsatz von Drohnen. Abbildung 7: Herz Jesu Kirche Münster Bei großen, komplexen Projekten ist eine 3D-Planung oftmals sinnvoller als eine 2D-Planung. Natürlich ist der Vorteil einer 2D-Planung, dass relativ zeitnah mit der Planung begonnen werden kann. Allerdings ermöglicht eine 3D-Planung die Vermeidung von Kollisionen mit dem Bauwerk und die optimale Planung des Materials durch automatisierte Stücklisten. Des Weiteren ist ein 3D-Modell sehr hilfreich, um dem Kunden und den Gerüstbauern auf der Baustelle mit einer visuellen Darstellung den Auf bau zu erläutern. Eine 3-dimensionale Planung bedeutet also mehr Arbeit in der Planungsphase, dafür aber weniger Arbeit in der weiteren Arbeitsvorbereitung und auf der Baustelle. Bei dem Bauvorhaben MiQua (Museum im Quartier) handelt es sich um ein Bauvorhaben in Köln am Rathausplatz. Parallel zu den dort erfolgenden Ausgrabungsarbeiten soll bereits das darüber liegende Museum errichtet werden. Hierzu ist ein vollflächiges Arbeitsplateau erforderlich. Der Tatsache geschuldet, dass es sich hier um eine Ausgrabungsstätte handelt, sind viele verwinkelte Ecken und nur begrenzte Abstützmöglichkeiten vorhanden. Um möglichen Kollisionen während der Montage vorzubeugen, wurde vorab im eigenen Hause ein 3D-Scan mit ca. 55 Standpunkten erstellt. Die Anzahl der Standpunkte ergibt sich aufgrund der vielen Wände und Ecken der Ausgrabungsstätte. Herkömmliche Bauwerke können oftmals mit deutlich weniger Standpunkten visualisiert werden. Abbildung 8: Punktwolke MiQua Aus den Punktwolken, Scan Rohdaten und den Bildern der Drohne wird dann ggf. ein Volumenkörpermodell erstellt. Die Verwendung der Punktwolke ist ohne Kollisionsprüfung ebenfalls möglich und bietet ausreichend gute Ergebnisse. Über diese Punktwolke werden dann Gerüst und Hilfskonstruktionen mit ihren Einzelbauteilen konstruiert und per Schnittstelle in ein Stabwerksprogramm überführt. Die durchgehende Planung in 3D erzeugt hohe Datenvolumen, bringt jedoch verschiedene Vorteile an anderer Stelle mit sich. 8. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2023 171 Gerüstbau im Denkmalschutz Abbildung 9: Stabwerksmodell Abbildung 10: Gerüst Zeichnung Abbildung 11: Punktwolke Über die 3D-Zeichnung werden dann entsprechend Ausführungspläne , Werkstatt und Montagezeichnungen sowie Stücklisten erstellt. Darüber hinaus Detailpläne für die numerisch unterstützte Fertigung. 4. Zusammenfassung Im Gegensatz zu Dauerbauwerken werden Gerüste nur temporär für die Dauer der Sanierung errichtet, benötigt und berechnet. Dabei werden verschiedenste Abminderungen für die Lasten verwendet. Unterschiedlichste Interpretationen des Baurechts im föderalen System führen zu verschiedenen Arten der Ausführungszeichnungen. Gerüste an Denkmalen dienen der Erhaltung und Restaurierung historischer Bauten. Die Vorgaben sind vielfältig und je nach Grundsubstanz werden Konstruktionen unterschiedlichster Bauart notwendig. Der Schutz des Bauwerkes steht dabei im Vordergrund. Die Sanierung der Grundsubstanz von Baudenkmälern ist erforderlich, wenn die Erhaltung des Bauwerks gefährdet ist. Typische Sanierungsmaßnahmen bei denkmalgeschützten Bauten sind z.B. Dach- und Deckenbalkensanierungen, Fassadensanierungen bzw. Instandsetzen von Fassaden, Kellerhalssanierungen oder Erneuerung der vertikalen Bauwerksabdichtung unterhalb der Geländeoberkante, Mauerwerkssanierungen zur Ertüchtigung schadhafter oder in ihrer Tragfähigkeit beeinträchtigter Mauerwerksteile sowie Betonsanierungen zur Instandsetzung von Betonbauteilen. Im Bereich des Denkmalschutzes kommen temporäre Stahlbaulösungen zum Einsatz, um während der Sanierungs- oder Neubauphase des Kernbauwerks die denkmalgeschützten Fassaden abzustützen. Diese vielfältigen Aufgaben sind extrem interessant und spannend. In einem konstruktiven Arbeitsumfeld zwischen der Denkmalpflege, der Bauherrenschaft, der Tragwerksplanung des Bauwerkes, den am Bau beteiligten Firmen und dem Gerüstbau wird diese als partnerschaftliche Problemlösung zum Erfolg und Wohle des Denkmals ausgeführt. Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Schacht Konrad 1 Abbildung 2 Müngstener Brücke 1 Abbildung 3 Stadthöfe Hamburg 2 Abbildung 4 Poppelsdorfer Schloss 2 Abbildung 5 Bahrmühlen Viadukt 4 Abbildung 6 Laser Scanner 4 Abbildung 7 Herz Jesu Kirche Münster 4 Abbildung 8 Punktwolke MiQua 5 Abbildung 11 Punktwolke 5 Abbildung 9 Stabwerksmodell 5 Abbildung 10 Gerüst Zeichnung 5 Literatur [1] Teupe Gruppe