Beim Abriss gibt es keine schwierige Frage. Alles weg, fertig.

Beim Rückbau in Hannover begegnen uns Skelettbauten aus den Sechzigern und Siebzigern regelmäßig, vor allem in Gewerbe- und Verwaltungslagen. Diese Bauart bringt beim Rückbau ein Problem mit, das an Massivbauten nicht auftritt: Die Aussteifung hängt an Bauteilen, die im Zuge der Arbeiten planmäßig verschwinden.

Warum die Decke tragendes Element der Aussteifung ist

Ein Skelettbau besteht aus Stützen, Unterzügen und Decken. Vertikallasten wandern über die Decken in die Unterzüge, von dort in die Stützen und weiter in die Gründung. So weit ist der Lastfluss unstrittig.

Horizontallasten aus Wind verhalten sich anders. Sie greifen flächig an der Fassade an, werden geschossweise in die Deckenebene eingeleitet und müssen von dort zu den aussteifenden Bauteilen geführt werden. Die Decke wirkt dabei als Scheibe, also als in ihrer Ebene sehr steifer Träger, der die Horizontallast auf die vertikalen Aussteifungselemente verteilt. Ohne diese Scheibenwirkung stünde jede Stütze mit ihrem Anteil an der Windlast allein da.

In Gebäuden mit Treppenhaus- oder Aufzugskernen übernehmen diese Kerne die Aussteifung. Der Rückbau ist dann vergleichsweise unproblematisch, weil die Kerne bis zuletzt stehen bleiben.

Anders liegt der Fall bei reiner Rahmenaussteifung. Hier gibt es keine Wandscheiben. Die Horizontalsteifigkeit entsteht ausschließlich aus der biegesteifen Verbindung von Stütze und Riegel. Fällt die Decke, verliert das System sowohl die Lastverteilung in der Ebene als auch einen Teil der Rahmenwirkung, weil der Riegel häufig als Verbundbauteil mit der Deckenplatte wirkt.

Physik der Rahmenaussteifung

Die Horizontalsteifigkeit eines Rahmens ergibt sich aus der Biegesteifigkeit seiner Stäbe. Für einen einfachen, beidseitig eingespannten Rahmenstiel gilt die Steifigkeit näherungsweise

k = 12 · E · I / h³

mit E als Elastizitätsmodul, I als Flächenträgheitsmoment der Stütze und h als Geschosshöhe. Bei gelenkigem Anschluss oben reduziert sich der Wert auf

k = 3 · E · I / h³

also auf ein Viertel. Der Unterschied zeigt, wie stark die Einspannwirkung ins Gewicht fällt, und erklärt, warum ein Riegel, dessen Verbund zur Decke verloren geht, die Steifigkeit spürbar verringert.

Die Kubik im Nenner ist der eigentliche Knackpunkt. Wird beim Rückbau ein Zwischenriegel entfernt, verdoppelt sich die freie Stützenlänge, und die Steifigkeit fällt auf ein Achtel. Gleichzeitig sinkt die Knicklast nach Euler

N_ki = π² · E · I / L_ki²

quadratisch mit der Knicklänge, also auf ein Viertel. Beides zusammen kann eine Stütze, die im Bestand unauffällig war, im Rückbauzustand kritisch werden lassen.

Der Bauzustand als eigenes System

Beim geschossweisen Rückbau entsteht nach jedem Abtragsschritt ein neues statisches System. Die verbleibenden Geschosse tragen weniger Vertikallast, was günstig wirkt, weil die Normalkraft in den Stützen sinkt. Gleichzeitig verändert sich die Horizontalsteifigkeit, häufig zum Nachteil.

Kritisch wird es, wenn Riegel oder Deckenfelder abschnittsweise entfernt werden und dabei über mehrere Geschosse hinweg eine Lücke entsteht. Dann bilden sich Stützen ohne Zwischenhalterung über die doppelte oder dreifache Geschosshöhe. Für die Beurteilung ist dann die Schlankheit

λ = L_ki / i

heranzuziehen, mit i als Trägheitsradius des Querschnitts. Überschreitet λ die Grenzschlankheit, ist der Nachweis nach Theorie zweiter Ordnung zu führen, bei dem die Verformung des Systems auf die Schnittgrößen zurückwirkt.

Ein weiterer Punkt betrifft die Windlast selbst. Nach dem Entfernen der Fassade sinkt die Angriffsfläche, was zunächst entlastend wirkt. Bleibt die Fassade dagegen stehen, während die Decken bereits abgetragen sind, tritt der ungünstigste Fall ein: volle Angriffsfläche bei reduzierter Aussteifung. Diese Konstellation ist in der Rückbaureihenfolge zu vermeiden.

Temporärer Aussteifungsersatz

Wo der Nachweis im Bauzustand nicht aufgeht, wird ersetzt. In der Praxis kommen drei Prinzipien zum Einsatz.

Diagonalverbände. Stahlprofile oder Rundstähle werden diagonal zwischen die Stützen gespannt und bilden zusammen mit Riegel und Stiel ein Fachwerk. Die Horizontallast wandert dann als Normalkraft durch die Diagonale statt als Biegung durch die Stütze, was um Größenordnungen steifer ist.

Rahmenkonstruktionen aus Stahl. Werden dort eingesetzt, wo eine Diagonale den Arbeitsraum blockieren würde.

Abspannungen nach außen. Seile oder Zugstangen, verankert im Baugrund oder an Ballastkörpern. Nur bei ausreichend Platz auf dem Grundstück praktikabel.

Bemessung des Verbands

Die Bemessung folgt der Kette Einwirkung, Aufteilung, Nachweis.

Zunächst wird die Windlast im Bauzustand ermittelt:

w = c_p · q_p

mit c_p als aerodynamischem Beiwert und q_p als Böengeschwindigkeitsdruck. Die Gesamtkraft je Geschoss folgt aus der Multiplikation mit der Einflussfläche.

Zu ergänzen sind die Ersatzlasten aus Imperfektionen. Bauteile stehen nie exakt lotrecht, und diese Schiefstellung erzeugt unter Vertikallast eine Horizontalkomponente:

H_i = φ · N

mit φ als anzusetzender Schiefstellung, die sich nach Höhe und Anzahl der beteiligten Bauteile richtet. Bei Bestandsbauten liegt die tatsächliche Schiefstellung häufig über den Neubauwerten, was durch Vermessung zu prüfen ist.

Die Diagonalkraft ergibt sich aus der Geometrie. Bei einem Verbandsfeld der Breite b und der Höhe h beträgt der Neigungswinkel

α = arctan(h/b)

und die Kraft in der Diagonale

D = H / cos α

Bei H = 60 kN, b = 6,0 m und h = 3,5 m folgt α = 30,3 Grad und damit D = 60 / 0,863 = 69,5 kN.

Für Zugdiagonalen ist der Querschnitt über

A_erf = D / f_yd

zu bestimmen. Bei Druckdiagonalen tritt der Stabilitätsnachweis hinzu, mit Abminderung über den Knickbeiwert. Deswegen werden Verbände in der Praxis häufig als Zugkreuze ausgeführt, bei denen jeweils nur die eine Diagonale zieht und die andere ausfällt.

Der entscheidende Nachweis ist regelmäßig nicht der Stab, sondern der Anschluss. Die Diagonale muss ihre Kraft in den Bestandsbeton einleiten, meist über Ankerplatten mit Injektions- oder Verbundankern. Nachzuweisen sind Stahlversagen, Herausziehen, Betonkantenbruch und Spalten. Bei Bestandsbeton mit unbekannter Festigkeit sind vorab Auszugsversuche durchzuführen, weil die Herstellerangaben auf definierte Betongüten abgestimmt sind.

Ebenso zu betrachten ist die Weiterleitung nach unten. Ein Verband, der im vierten Obergeschoss endet, verlagert die Last lediglich. Verbände werden deshalb durchgehend bis auf die Gründung geführt, wo die Horizontalkraft über Reibung und Erdwiderstand abzutragen ist.

Verformungsbegrenzung

Ein Verband, der zwar die Kraft aufnimmt, sich dabei aber stark verformt, hilft nur bedingt. Die Steifigkeit der Diagonale beträgt

k_D = E · A · cos²α / L_D

Aus der geforderten Begrenzung der Horizontalverschiebung folgt eine Mindeststeifigkeit, die häufig größer ist als der Querschnitt, der sich aus der Festigkeit ergibt. Bei Zugstangen mit Spannschlössern kommt hinzu, dass diese vorgespannt werden müssen, weil ein schlaffes Seil erst nach erheblicher Verformung trägt.

Umsetzung auf der Baustelle

Für den Rückbau ergibt sich daraus eine Reihenfolge, die in der Abbruchanweisung festzuhalten ist: Verband einbauen, Vorspannung aufbringen, Freigabe durch die Bauleitung, erst dann die Deckenscheibe im betreffenden Abschnitt entfernen. Der Verband wandert geschossweise mit, wobei die untere Ebene erst gelöst wird, wenn die darüberliegende abgetragen ist.

Überwacht wird über Lotmessungen und Verformungskontrollen an definierten Punkten. Zunehmende Schiefstellung, Rissbildung an Rahmenecken oder Bewegung an den Ankerplatten führen zur Unterbrechung.

Wer beim Rückbau eines Skelettbaus die Deckenscheibe entfernt, ohne den Aussteifungsersatz vorher stehen zu haben, arbeitet an einem System, das nur noch die Windstille trägt.

Beim Teilrückbau in Hannover ist die Frage nach der Schnittfuge die anspruchsvollste Planungsaufgabe überhaupt. Sie entscheidet darüber, ob das verbleibende Bauwerk nach den Arbeiten noch trägt, ob der Anschluss für den späteren Aufbau brauchbar ist und ob die Arbeiten überhaupt sicher ausführbar sind. Erschwerend kommt hinzu, dass mehrere Kriterien gleichzeitig gelten und selten dieselbe Stelle empfehlen.

Die konkurrierenden Kriterien

Die Momentendeckungslinie. Bewehrung wird nicht über die gesamte Länge in voller Menge geführt, sondern nach dem Bedarf gestaffelt. Eisen werden dort abgestuft, wo sie rechnerisch nicht mehr benötigt werden, zuzüglich Versatzmaß und Verankerungslänge. Aus der Zugkraftdeckungslinie ergibt sich, wo im verbleibenden Bauteil noch ausreichend Bewehrung vorhanden ist. Diese Linie legt die Schnittfuge tendenziell weiter vom Auflager weg.

Die Anschlussbewehrung. Soll später wieder angebaut werden, muss Bewehrung überstehen. Die erforderliche Übergreifungslänge folgt aus

l₀ = α₁ · α₂ · α₃ · α₅ · α₆ · l_b,rqd ≥ l₀,min

mit der Grundwert-Verankerungslänge

l_b,rqd = (Ø/4) · (σ_sd / f_bd)

Darin ist Ø der Stabdurchmesser, σ_sd die Stahlspannung im betrachteten Schnitt und f_bd der Bemessungswert der Verbundspannung. Bei Ø16, einer Stahlspannung von 435 N/mm² und f_bd = 2,7 N/mm² für C25/30 unter guten Verbundbedingungen ergibt sich

l_b,rqd = (16/4) · (435/2,7) = 4 · 161 = 644 mm

Mit den Beiwerten für Übergreifung liegt l₀ häufig bei 700 bis 900 Millimetern. Diese Länge muss über die Schnittfuge hinausragen, was den Schnitt näher an das verbleibende Bauteil zwingt, weil dort noch genug Bewehrungslänge vorhanden sein muss.

Die Verbundfuge. Wird später betoniert, ist die Fugentragfähigkeit nachzuweisen. Es gilt

v_Rdi = c · f_ctd + μ · σ_n + ρ · f_yd · (μ · sin α + cos α) ≤ 0,5 · ν · f_cd

mit c und μ als Beiwerten für die Rauigkeit, σ_n als Normalspannung rechtwinklig zur Fuge und ρ als Bewehrungsgrad der die Fuge kreuzenden Bewehrung. Für glatte Fugen liegen c und μ deutlich niedriger als für raue oder verzahnte. Ein gesägter Schnitt erzeugt eine glatte Fläche, was ungünstig ist. Ein gestemmter Bereich ist rau, aber ungenau in der Geometrie.

Die Ausführbarkeit. Eine Schnittfuge dicht am Auflager lässt sich mit der Säge kaum erreichen, weil das Sägeblatt Platz braucht und die Führungsschiene montiert werden muss. Ein Schnitt mitten im Feld ist zugänglich, liegt aber statisch ungünstig.

Vorgehen bei der Abwägung

In der Praxis hat sich eine Reihenfolge bewährt, in der die Kriterien nacheinander eingegrenzt werden.

Zuerst wird der statisch zulässige Bereich bestimmt. Aus der Nachrechnung des verbleibenden Systems ergibt sich der Momentenverlauf im Endzustand. Daraus folgt, an welchen Stellen die vorhandene Bewehrung zum künftigen Beanspruchungsbild passt. Der Bereich um den Momentennullpunkt ist dabei rechnerisch günstig, weil dort die Zugkraft gering ist. Zu beachten bleibt, dass auch am Nullpunkt Querkraft vorhanden ist, häufig sogar in maximaler Größe.

Anschließend wird geprüft, ob innerhalb dieses Bereichs die erforderliche Anschlussbewehrung freilegbar ist. Das setzt voraus, dass die Bewehrung dort noch in voller Menge vorhanden und nicht bereits gestaffelt beendet ist. Die Lage der Stabenden lässt sich über Bewehrungsortung feststellen, bei Radarverfahren allerdings nur eingeschränkt, weshalb ergänzende Bauteilöffnungen erforderlich werden.

Zuletzt wird die Zugänglichkeit geprüft und das Trennverfahren festgelegt.

Ausbildung der Fuge

Für die konstruktive Ausbildung gibt es drei gebräuchliche Varianten.

Der reine Sägeschnitt. Sauber, erschütterungsarm, geometrisch exakt. Die Bewehrung wird dabei mit durchtrennt, was einen späteren Anschluss über Bewehrungsanschlussdübel oder eingeklebte Stäbe erfordert. Für den reinen Rückbau ohne Wiederaufbau ist das die einfachste Lösung.

Der Sägeschnitt mit Bewehrungserhalt. Der Beton wird beidseitig der geplanten Fuge aufgetrennt, der Zwischenbereich anschließend gestemmt oder mit Höchstdruckwasserstrahl abgetragen, sodass die Bewehrung freiliegt und erhalten bleibt. Aufwendig, aber die hochwertigste Lösung, weil die Anschlussbewehrung durchläuft und die freigelegte Fläche rau ist.

Das Abtragen von Hand mit Bewehrungserhalt. Bei kleineren Querschnitten und Mauerwerk gebräuchlich, mit Abbruchhammer und anschließender Nachbearbeitung.

Der Höchstdruckwasserstrahl verdient dabei besondere Erwähnung. Er trägt Beton ab, ohne die Bewehrung zu schädigen, und erzeugt eine ausgeprägt raue Oberfläche mit hoher Fugentragfähigkeit. Der Nachteil liegt im Wasseranfall, der gefasst und behandelt werden muss, sowie in den Kosten.

Sicherung während des Trennvorgangs

Der Moment des Durchtrennens ist der kritische. Bis dahin hängt das abzutragende Bauteil am verbleibenden. Danach ist es ein freier Körper.

Daraus folgt zwingend: Das abzutragende Segment wird angeschlagen und gesichert, bevor der letzte Schnitt geführt wird. Die Lastermittlung erfolgt über das Volumen und die Rohdichte, für Stahlbeton mit rund 25 kN/m³. Ein Deckensegment von 3,0 mal 2,5 Metern bei 0,20 Meter Dicke wiegt

G = 3,0 · 2,5 · 0,20 · 25 = 37,5 kN

also knapp vier Tonnen. Die Anschlagpunkte werden vorab gebohrt, die Traglast des Hebezeugs im Traglastdiagramm bei der tatsächlichen Ausladung geprüft.

Ebenso ist das verbleibende Bauteil zu betrachten. Der Wegfall des Segments verändert dessen Beanspruchung, teilweise entlastend, teilweise nicht. Bei einer Decke, die zuvor über die Trennlinie hinweg spannte, entsteht ein neuer freier Rand, dessen Randbewehrung nicht für diese Situation vorgesehen war.

Bauphysik der Restflanke

Nach dem Trennen ist die freigelegte Flanke offen. Das betrifft nicht nur den Wetterschutz, sondern die Dauerhaftigkeit. Freigelegte Bewehrung korrodiert, sobald Feuchte und Sauerstoff zutreten, und der Karbonatisierungsfortschritt beschleunigt sich an der frischen Schnittfläche.

Bleibt die Flanke über Wochen oder Monate offen, was bei unterbrochenen Bauabläufen die Regel ist, sind Schutzmaßnahmen erforderlich. Üblich sind Korrosionsschutzbeschichtung der freigelegten Stäbe, provisorische Abdeckung und die Ableitung von Niederschlagswasser, damit es nicht in die Fuge läuft.

Bei Mauerwerk kommt die Frage der Feuchteaufnahme hinzu, bei Holzkonstruktionen die des Pilzbefalls an der offenen Hirnfläche.

Festlegung im Plan

Die Schnittfuge gehört maßstäblich in die Rückbauplanung. Darzustellen sind Lage in Grundriss und Schnitt, Art der Trennung, Umgang mit der Bewehrung, Sicherung des abzutragenden Segments, Sicherung des verbleibenden Bauteils, Ausbildung der Flanke und die Reihenfolge der Schnitte.

Die letzte Angabe ist keine Formalie. Bei mehreren Schnitten in einem Bauteil entscheidet die Reihenfolge darüber, ob das Segment während des Vorgangs geführt bleibt oder sich vorzeitig löst. Der Schnitt, der das Bauteil endgültig trennt, ist immer der letzte und wird erst nach vollständiger Sicherung geführt.

Beim Rückbau denkt man an alles Mögliche, selten aber an den Boden unter dem Gebäude. Dabei reagiert er auf jede Laständerung. Wird ein Gebäude teilweise abgetragen, verringert sich die Sohlspannung, und der entlastete Untergrund hebt sich. Wird anschließend neu gebaut, setzt er sich wieder. Beides in unterschiedlichem Maß und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, was bei Teilrückbau mit weiter genutztem Bestand zu Rissbildung führen kann.

Physik des Vorgangs

Boden verhält sich nicht elastisch. Belastet man ihn erstmals, verformt er sich sowohl elastisch als auch plastisch. Entlastet man ihn, geht nur der elastische Anteil zurück. Belastet man ihn erneut, verläuft die Verformung entlang der deutlich steileren Wiederbelastungslinie, bis die frühere Höchstbelastung überschritten wird.

Beschrieben wird das im Druck-Porenzahl-Diagramm. Die Erstbelastung folgt der Kompressionslinie mit dem Kompressionsbeiwert C_c, Ent- und Wiederbelastung folgen der Schwellinie mit dem Schwellbeiwert C_s. Für viele Böden gilt

C_s ≈ C_c / 5 bis C_c / 10

Die Setzung bei Erstbelastung berechnet sich nach

s = (C_c / (1 + e₀)) · H · log(σ’₁ / σ’₀)

und die Hebung bei Entlastung entsprechend mit C_s. Aus dem Verhältnis der Beiwerte folgt unmittelbar: Ein Boden hebt sich bei Entlastung nur um einen Bruchteil dessen, worum er sich bei Erstbelastung gesetzt hat. Bei einem Verhältnis von 1 zu 7 entspricht eine ursprüngliche Setzung von 35 Millimetern einer Hebung von rund 5 Millimetern.

Für die Beurteilung ist der Überkonsolidierungsgrad maßgebend:

OCR = σ’_v,max / σ’_v,0

Ein normalkonsolidierter Boden mit OCR = 1 hat noch nie eine höhere Belastung erfahren und setzt sich bei Belastung stark. Ein überkonsolidierter Boden mit OCR deutlich über 1 verhält sich wesentlich steifer. Nach dem Rückbau eines Gebäudes ist der Untergrund im Bereich der ehemaligen Gründung überkonsolidiert, während der Boden daneben es nicht ist.

Zeitverhalten

Bei nichtbindigen Böden, also Sanden und Kiesen, läuft die Verformung praktisch sofort ab. Wasser kann ungehindert entweichen, die Verformung ist nach wenigen Tagen abgeschlossen.

Bei bindigen Böden, also Tonen und Schluffen, ist das anders. Die Verformung setzt eine Änderung des Porenwasserdrucks voraus, und Wasser braucht Zeit, um aus dem Porenraum zu entweichen. Der Vorgang wird über die Konsolidierungstheorie beschrieben, mit dem Zeitfaktor

T_v = c_v · t / H²

wobei c_v der Konsolidierungsbeiwert und H der längste Entwässerungsweg ist. Da H quadratisch eingeht, dauert die Konsolidierung einer mächtigen Tonschicht ein Vielfaches der Zeit einer dünnen.

Bei Entlastung gilt dasselbe Prinzip: Der Boden saugt Wasser wieder auf und quillt, ebenfalls zeitverzögert. Bei ausgeprägt bindigen Schichten können Hebungen über Monate anhalten. Hinzu kommt bei quellfähigen Tonmineralien eine chemisch bedingte Volumenzunahme, die den mechanischen Effekt überlagert.

Warum Ungleichmäßigkeit entsteht

Gleichmäßige Hebung oder Setzung ist für ein Bauwerk unproblematisch. Schäden entstehen aus Differenzen.

Beim Teilrückbau ist Ungleichmäßigkeit fast zwangsläufig. Die entlastete Gebäudehälfte hebt sich, die weiterhin belastete nicht. Zwischen beiden entsteht eine Verdrehung, die als Winkelverdrehung beschrieben wird:

β = Δs / L

mit Δs als Setzungsdifferenz und L als Abstand der betrachteten Punkte. Für Mauerwerksbauten werden in der Literatur Grenzwerte für β genannt, ab denen Rissbildung zu erwarten ist. Sie liegen in Größenordnungen von etwa 1/500 bis 1/300, wobei rissempfindliche Konstruktionen niedriger anzusetzen sind als verformungsfähige.

Bei L = 12 Metern und β = 1/500 entspricht das einer zulässigen Differenz von

Δs = 12.000 / 500 = 24 mm

Das klingt nach viel, wird bei ungünstiger Schichtung aber erreicht.

Weitere Ursachen für Ungleichmäßigkeit sind unterschiedliche Gründungstiefen innerhalb desselben Bauwerks, wechselnde Bodenschichtung über die Gebäudelänge, unterschiedlicher Konsolidierungsgrad zwischen alt belasteten und nie belasteten Bereichen sowie Änderungen im Grundwasserstand durch eine Wasserhaltung.

Der Sonderfall Wasserhaltung

Wird für eine benachbarte Baugrube abgesenkt, steigt die effektive Spannung im Boden, weil der Auftrieb entfällt. Es gilt

σ‘ = σ − u

Sinkt der Porenwasserdruck u, wächst σ‘ bei gleichbleibender Gesamtspannung. Der Boden wird also zusätzlich belastet, ohne dass eine Auflast hinzugekommen wäre.

Bei einer Absenkung um 3 Meter beträgt die Zunahme der effektiven Spannung rund

Δσ‘ = 3 m · 10 kN/m³ = 30 kN/m²

Diese Zunahme wirkt im gesamten Absenktrichter, dessen Reichweite bei durchlässigen Böden erheblich sein kann. Setzungen an Nachbargebäuden durch Wasserhaltung sind ein häufiger Schadensfall, und sie treten unabhängig davon auf, ob dort abgebrochen wurde.

Wiederbelastung durch den Neubau

Entsteht nach dem Rückbau ein Neubau, wird der Boden erneut belastet. Solange die frühere Höchstbelastung nicht überschritten wird, verläuft die Setzung entlang der steilen Wiederbelastungslinie und fällt gering aus.

Kritisch wird es, wenn der Neubau schwerer wird als der Altbau oder wenn er teilweise außerhalb der alten Gründungsfläche liegt. Dann trifft ein Teil der Last auf überkonsolidierten Boden und ein anderer auf normalkonsolidierten. Die Steifigkeitsunterschiede führen zu unterschiedlichen Setzungen innerhalb desselben Fundaments.

Derselbe Effekt entsteht, wenn alte Fundamente im Boden verbleiben. Ein Neubaufundament, das teilweise auf einem alten Betonblock und teilweise auf gewachsenem Boden aufliegt, setzt sich ungleichmäßig, weil die Steifigkeiten um Größenordnungen differieren. Aus diesem Grund werden Fundamentreste im Bereich der künftigen Gründung vollständig entfernt, oder die Gründung wird bewusst darauf abgestimmt.

Maßnahmen

Für die Praxis ergeben sich mehrere Ansätze.

Bei Teilrückbau mit weiter genutztem Bestand wird die Setzungsentwicklung messtechnisch verfolgt. Üblich sind Höhenbolzen im Bestandsgebäude mit geodätischer Feinnivellierung, ergänzt um Rissmonitore an vorhandenen Rissen. Gemessen wird vor Beginn als Nullmessung, dann in festgelegten Intervallen.

Die Rückbaureihenfolge wird so gewählt, dass die Entlastung möglichst gleichmäßig erfolgt, also geschossweise über die gesamte Fläche statt bereichsweise über die volle Höhe.

Bei bindigem Untergrund und langer Bauunterbrechung zwischen Rückbau und Neubau ist die zeitliche Komponente einzuplanen, weil die Hebung bis zum Baubeginn fortschreitet.

Bei ausgeprägter Empfindlichkeit kommen Kompensationsmaßnahmen in Betracht, etwa das Belassen einer Ersatzauflast auf der entlasteten Fläche oder in Sonderfällen Verpressmaßnahmen zur Steuerung der Verformung.

Der Grundsatz lautet: Wer ein Gebäude teilweise abträgt und den Rest weiternutzen will, verändert nicht nur das Tragwerk, sondern auch die Spannungsverhältnisse im Baugrund. Beides gehört in dieselbe Betrachtung.

Wer im Bestand zurückbaut, arbeitet an Bauteilen, deren Tragfähigkeit nicht mehr der ursprünglichen Bemessung entspricht. Bei Stahlbeton ist die Bewehrungskorrosion dabei der bestimmende Schadensmechanismus. Sie mindert den tragenden Querschnitt, schwächt den Verbund und kann die Betondeckung absprengen. Bleibt ein solches Bauteil nach dem selektiven Rückbau stehen und trägt weiter, muss seine tatsächliche Leistungsfähigkeit bekannt sein.

Physik der Korrosion im Beton

Bewehrungsstahl ist im intakten Beton geschützt. Der hohe pH-Wert der Porenlösung, üblicherweise über 12,5, bildet auf der Stahloberfläche eine Passivschicht, die den Angriff verhindert. Solange diese Schicht besteht, korrodiert der Stahl praktisch nicht.

Zerstört wird sie auf zwei Wegen.

Karbonatisierung. Kohlendioxid aus der Luft dringt in den Beton ein und reagiert mit dem Calciumhydroxid der Porenlösung zu Calciumcarbonat. Der pH-Wert sinkt dabei auf Werte um 9, die Passivschicht wird instabil. Der Fortschritt folgt näherungsweise einem Wurzelgesetz:

x_c = K · √t

mit x_c als Karbonatisierungstiefe, t als Zeit und K als Karbonatisierungskoeffizient, der von Betonqualität, Feuchte und CO₂-Konzentration abhängt. Erreicht x_c die Betondeckung, beginnt die Korrosion.

Chloride. Aus Tausalz, Meerwasser oder chloridhaltigen Zusatzmitteln älterer Bauarten. Chloridionen zerstören die Passivschicht örtlich, auch bei hohem pH-Wert. Das Ergebnis ist Lochfraß, also ein tiefer, örtlich begrenzter Angriff, der weit gefährlicher ist als flächige Korrosion, weil er den Querschnitt punktuell stark schwächt, ohne sich außen anzukündigen.

Die Korrosionsprodukte beanspruchen ein Mehrfaches des Volumens des Ausgangsstahls, je nach Oxidationsstufe das Zwei- bis Sechsfache. Daraus entsteht Sprengdruck, der die Betondeckung abplatzen lässt. Sichtbare Abplatzungen sind daher ein spätes Symptom, nicht der Beginn.

Erfassung des Schadensbildes

Vor jeder Bewertung steht die Untersuchung. Eingesetzt werden mehrere Verfahren nebeneinander.

Betondeckungsmessung mit elektromagnetischen Geräten liefert Lage und Überdeckung der Bewehrung. Geringe Deckung ist der wichtigste Einzelfaktor für Korrosionsgefahr.

Karbonatisierungstiefe wird an frischen Bruchflächen mit Phenolphthalein bestimmt. Karbonatisierter Beton bleibt farblos, intakter färbt sich violett.

Chloridprofil über Bohrmehlproben in gestaffelter Tiefe, laborchemisch ausgewertet. Maßgebend ist der Chloridgehalt in Höhe der Bewehrung, bezogen auf den Zementgehalt.

Potentialfeldmessung erfasst die elektrochemische Aktivität an der Stahloberfläche und zeigt Korrosionsherde, bevor sie sichtbar werden. Besonders wertvoll bei Chloridbelastung, weil Lochfraß außen unauffällig bleibt.

Freilegung an ausgewählten Stellen ist unverzichtbar. Erst am freigelegten Stab lässt sich der tatsächliche Restquerschnitt messen, üblicherweise über Messschieber an mehreren Stellen oder über Wägung eines herausgetrennten Abschnitts.

Die Auswahl der Freilegungsstellen erfolgt gezielt an den Punkten mit höchster Aktivität aus der Potentialmessung und an statisch maßgebenden Stellen, also im Bereich maximaler Zugkraft.

Bewertung des Restquerschnitts

Der verbleibende Querschnitt wird über den Abtrag beschrieben. Bei gleichmäßiger Korrosion mit einer Abtragstiefe Δ gilt für den Reststabdurchmesser

Ø_rest = Ø₀ − 2 · Δ

und für die Restfläche

A_s,rest = π · (Ø₀ − 2Δ)² / 4

Der Zusammenhang ist quadratisch, was den Effekt verstärkt. Bei Ø16 und einem gleichmäßigen Abtrag von 1,5 Millimetern folgt

Ø_rest = 16 − 3 = 13 mm
A_s,rest = π · 169 / 4 = 132,7 mm²

gegenüber ursprünglich 201,1 mm². Der Verlust beträgt also rund 34 Prozent, obwohl der Abtrag nur knapp zehn Prozent des Durchmessers ausmacht.

Bei Lochfraß ist der Ansatz anders. Dort wird der minimale Restquerschnitt an der schwächsten Stelle maßgebend, nicht ein Mittelwert. Ein Stab mit örtlich fünfzig Prozent Querschnittsverlust versagt an dieser Stelle, unabhängig davon, wie intakt er einen Zentimeter daneben ist.

Weitere Auswirkungen

Der Querschnittsverlust ist nicht der einzige Effekt.

Duktilität. Korrodierter Bewehrungsstahl verliert Dehnfähigkeit, besonders bei Lochfraß, weil sich die Verformung auf die Fehlstelle konzentriert. Das Versagen wird spröder, die Vorankündigung geringer. Für Bauteile, deren Tragverhalten auf plastische Umlagerung baut, ist das erheblich.

Verbund. Solange die Rippen intakt sind und die Betondeckung anliegt, wirkt beginnende Korrosion sogar verbundverbessernd, weil die Rostschicht den Reibschluss erhöht. Sobald jedoch Längsrisse entstehen oder die Deckung abplatzt, bricht der Verbund ein. Die Verankerungslänge, die rechnerisch angesetzt war, steht dann nicht mehr zur Verfügung.

Betondeckung. Abgeplatzte Bereiche haben keinen Korrosionsschutz mehr, der Fortschritt beschleunigt sich. Beim Rückbau kommt hinzu, dass Erschütterungen aus Abbrucharbeiten lose Deckung zusätzlich lösen.

Vertretbare Reduktionsansätze

Die Bewertung erfolgt im Rahmen einer Nachrechnung des Bestands. Ein pauschaler Reduktionsfaktor ist dabei nicht vertretbar, weil die Streuung zu groß ist. Stattdessen ist folgendermaßen vorzugehen.

Der Restquerschnitt wird aus der Messung am freigelegten Stab bestimmt, nicht geschätzt. Bei mehreren Messstellen wird nicht der Mittelwert angesetzt, sondern ein Quantilwert, der die Streuung berücksichtigt. Bei geringer Stichprobenzahl ist konservativ zu wählen.

Für die Stahlfestigkeit gilt: Die Streckgrenze des verbleibenden Materials bleibt in der Regel unverändert, sofern kein Wasserstoffeinfluss oder Spannungsrisskorrosion vorliegt. Reduziert wird also die Fläche, nicht die Festigkeit. Bei älteren Stählen ist allerdings die ursprüngliche Güte zu klären, weil Bezeichnungen und Kennwerte sich mehrfach geändert haben.

Bei Lochfraß wird der minimale Restquerschnitt angesetzt. Wo dieser nicht flächendeckend ermittelbar ist, ist eine deutliche zusätzliche Abminderung geboten oder das Bauteil ist zu ertüchtigen.

Die Verankerung wird gesondert nachgewiesen. Wo die Deckung fehlt oder Längsrisse entlang der Stäbe verlaufen, ist die Verbundspannung f_bd abzumindern oder die Verankerung als nicht vorhanden anzusetzen.

Bei duktilitätsrelevanten Nachweisen wird auf plastische Umlagerung verzichtet und elastisch gerechnet.

Besondere Vorsicht bei Spannstahl

Vergütete Spannstähle bestimmter Herstellungsperioden gelten als anfällig für Spannungsrisskorrosion. Der Bruch erfolgt dort ohne plastische Verformung und ohne äußere Ankündigung. Bei Verdacht ist die Bewertung nicht über den Restquerschnitt zu führen, sondern über ein Ankündigungsverhalten nach dem Rissbreitenkriterium oder über den Nachweis, dass ein Ausfall einzelner Spannglieder nicht zum Versagen führt. Diese Untersuchung gehört in die Hand eines Sachverständigen mit entsprechender Erfahrung.

Konsequenz für den Rückbauablauf

Für die Baustelle ergeben sich mehrere Punkte.

Verbleibende Bauteile werden vor Beginn untersucht, nicht danach. Eine Bewertung, die erst erfolgt, wenn das Bauteil bereits freigelegt und belastet ist, kommt zu spät.

Erschütterungsarme Verfahren sind zu bevorzugen, weil geschädigter Beton auf Schlagbeanspruchung empfindlich reagiert. Wo im Nahbereich korrosionsgeschädigter Bauteile gearbeitet wird, ist der Hydraulikhammer die falsche Wahl.

Freigelegte Bewehrung an der Schnittfuge wird unverzüglich geschützt, weil der Angriff dort ungehindert einsetzt.

Wo die Resttragfähigkeit nicht ausreicht, wird ertüchtigt, etwa durch Betonersatz mit Korrosionsschutz, durch zusätzliche Bewehrung in aufgestemmten Schlitzen, durch aufgeklebte Lamellen oder durch konstruktive Entlastung über zusätzliche Auflager.

Der Grundsatz: Ein Bauteil, das dreißig Jahre gehalten hat, hält nicht zwangsläufig auch den Rückbau des Nachbarbauteils aus. Die Lasten ändern sich, und die Substanz ist nicht mehr die von damals.

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Der Fall tritt bei fast jedem Rückbau im Bestand auf. Die Querwände sind weg, das Dach ist ab, und übrig bleibt eine Giebelwand, die vorher durch das Gebäude gehalten wurde und nun allein im Wind steht. Solche Wandscheiben gehören zu den häufigsten Unfallursachen auf Abbruchbaustellen, weil ihre Standsicherheit erheblich schlechter ist, als der massive Eindruck vermuten lässt.

Warum Mauerwerk keine Zugfestigkeit hat

Mauerwerk besteht aus Steinen und Mörtel. Die Haftzugfestigkeit in der Lagerfuge ist gering, streut stark und wird durch Alterung, Feuchtewechsel, Frost und Erschütterung weiter reduziert. Bei Bestandsmauerwerk kommt hinzu, dass der Mörtel vielfach ausgewaschen, versandet oder ausgeblüht ist.

Aus diesem Grund wird die Zugfestigkeit senkrecht zur Lagerfuge in der Bemessung nicht angesetzt. Die Konsequenz ist grundlegend: Eine Mauerwerkswand kann kein Biegemoment aufnehmen, das Zug in der Lagerfuge erzeugen würde. Sie hält ausschließlich über ihr Eigengewicht und die daraus resultierende Auflast.

Das Kippkriterium

Der Nachweis reduziert sich damit auf eine Momentenbilanz um die Fußkante. Es gilt

M_stand = G · d/2
M_kipp = W · h_W

mit G als Gewichtskraft der Wand, d als Wanddicke, W als resultierender Windkraft und h_W als deren Angriffshöhe.

Für eine Wand konstanter Dicke mit gleichmäßig verteilter Windlast greift die Resultierende in halber Höhe an, also h_W = h/2.

Die Gewichtskraft je Meter Wandlänge beträgt

G = ρ · g · d · h

Die Windkraft je Meter Wandlänge folgt aus

W = c_f · q_p · h

Setzt man beides in die Bilanz ein und fordert einen Sicherheitsbeiwert η, ergibt sich

η = (ρ · g · d · h · d/2) / (c_f · q_p · h · h/2) = (ρ · g · d²) / (c_f · q_p · h²)

Die Höhe kürzt sich einmal heraus, sodass das Ergebnis vom Verhältnis d²/h² abhängt. Das ist der entscheidende Zusammenhang: Die Kippsicherheit einer freistehenden Wand fällt quadratisch mit der Höhe und steigt quadratisch mit der Dicke.

Zahlenbeispiel

Eine Vollziegelwand mit d = 0,365 m und h = 7,0 m, Rohdichte ρ = 1800 kg/m³.

Gewichtskraft je Meter:
G = 1800 · 9,81 · 0,365 · 7,0 = 45.130 N/m ≈ 45,1 kN/m

Standmoment:
M_stand = 45,1 · 0,365/2 = 45,1 · 0,1825 = 8,23 kNm/m

Windlast: Bei einem Böengeschwindigkeitsdruck von q_p = 0,65 kN/m² und einem Kraftbeiwert für die freistehende, beidseitig angeströmte Wand von c_f = 1,3 folgt

w = 1,3 · 0,65 = 0,845 kN/m²
W = 0,845 · 7,0 = 5,92 kN/m

Kippmoment:
M_kipp = 5,92 · 3,5 = 20,7 kNm/m

Sicherheit:
η = 8,23 / 20,7 = 0,40

Die Wand ist damit rechnerisch nicht standsicher, und zwar deutlich. Sie kippt bereits bei einem Bruchteil der angesetzten Windlast. Umgestellt lässt sich die Grenzhöhe bestimmen, bei der η = 1 erreicht wird:

h_grenz = √(ρ · g · d² / (c_f · q_p))
h_grenz = √(1800 · 9,81 · 0,133 / 0,845 · 1000)
h_grenz = √(2348 / 845) = √2,78 = 1,67 m

Ohne Sicherheitsbeiwert und ohne Auflast steht diese Wand also nur bis etwa 1,7 Meter Höhe. Bei Forderung eines Beiwerts von 1,5 sinkt der Wert weiter.

Die Rechnung erklärt, warum freistehende Giebelwände nach dem Rückbau der Querwände praktisch immer gesichert werden müssen.

Einfluss der Auflast

Bleibt Auflast auf der Wand, verbessert sich die Bilanz erheblich, weil das Standmoment mit der Normalkraft wächst:

M_stand = (G + N) · d/2

Daraus folgt eine wichtige Konsequenz für die Rückbaureihenfolge. Wird zuerst das Dach entfernt und danach die Querwände, steht die Wand ohne Auflast und ohne seitlichen Halt. Wird dagegen die Auflast so lange wie möglich belassen, bleibt die Wand länger stabil.

Der Ansatz hat allerdings Grenzen. Auflast erhöht zwar die Kippsicherheit, verschärft aber gleichzeitig die Knickgefahr, weil eine schlanke Wand unter Normalkraft ausweichen kann.

Schlankheit und Knicken

Neben dem Kippen ist das Ausknicken zu betrachten. Maßgebend ist die Schlankheit

λ = h_ef / d

mit h_ef als Knicklänge, die von den Randbedingungen abhängt. Bei einer oben und unten gehaltenen Wand ist h_ef kleiner als die tatsächliche Höhe, bei einer freistehenden, unten eingespannten Wand größer, im theoretischen Grenzfall das Doppelte.

Genau hier liegt das Problem beim Rückbau: Die Wand war im Bestand oben durch die Decke und seitlich durch die Querwände gehalten. Nach deren Entfernung entfällt beides, die Knicklänge steigt sprunghaft, und die Traglast fällt nach der Eulerbeziehung quadratisch mit der Knicklänge.

Nachweis mit klaffender Fuge

Da Zug in der Lagerfuge nicht angesetzt werden darf, wird der Nachweis über die Exzentrizität geführt. Die Ausmitte der Resultierenden beträgt

e = M / N

Liegt e innerhalb des Kernbereichs, also bei e ≤ d/6, bleibt die gesamte Fuge überdrückt. Darüber hinaus öffnet sich die Fuge, und die Druckzone reduziert sich auf

c = 3 · (d/2 − e)

Die Randspannung steigt entsprechend an:

σ_max = 2 · N / c

Erreicht e den Wert d/2, ist die Druckzone theoretisch auf null geschrumpft, und die Wand kippt. In der Bemessung wird die zulässige Ausmitte deutlich darunter begrenzt, weil bei stark klaffender Fuge die Spannungen im verbleibenden Randbereich unzulässig ansteigen und das System zunehmend verformungsempfindlich wird.

Sicherungsmaßnahmen

Aus dem Nachweis ergeben sich die praktischen Konsequenzen.

Abspannen. Seile oder Zugstangen, verankert im Baugrund oder an Ballastkörpern. Die erforderliche Kraft folgt aus der Momentenbilanz mit dem Angriffspunkt der Abspannung. Je höher angeschlagen wird, desto geringer die Kraft. Zu beachten ist die zusätzliche Vertikalkomponente, die bei schräg geführten Seilen in die Wand eingeleitet wird.

Absteifen. Schrägstützen aus Stahl oder Gerüstmaterial, beidseitig anzuordnen, weil Wind aus beiden Richtungen angreift.

Verkürzen. Die wirksamste Maßnahme, weil h quadratisch eingeht. Eine Wand um ein Drittel niedriger zu machen, verbessert die Sicherheit um mehr als das Doppelte.

Unverzügliches Abtragen. Der beste Weg ist, den freistehenden Zustand gar nicht erst entstehen zu lassen. Die Rückbauplanung wird so gestaltet, dass Wände gemeinsam mit ihrer Halterung abgetragen werden und nicht über Nacht oder über ein Wochenende ungesichert stehen bleiben.

Punkte, die häufig übersehen werden

Der Kraftbeiwert für eine freistehende Wand liegt höher als für eine Gebäudewand, weil die Wand beidseitig umströmt wird und auf der Rückseite Sog entsteht. Wer mit dem Wert aus dem Nutzungszustand rechnet, unterschätzt die Last.

Öffnungen in der Wand reduzieren das Eigengewicht und damit das Standmoment, während sie die Windangriffsfläche nur teilweise verringern.

Der Fußpunkt ist nachzuweisen. Eine Wand, die auf einem Fundament aufsteht, dessen Sohle beim Rückbau bereits freigelegt wurde, hat keine seitliche Bettung mehr.

Und schließlich: Der Nachweis gilt für die angesetzte Windlast. Nimmt eine Sturmlage auf, ist der Zustand neu zu bewerten, und zwar bevor jemand die Baustelle betritt.