Unsicherheit
Von Sokrates kennen wir die Aussage: »Ich weiß, dass ich nichts weiß« (Zusatz: »und das kaum...«), was nicht gerade zur Orientierung im alltäglichen Leben beiträgt, höchstens einen kritischen Blick auf unseren Umgang mit Erkenntnissen werfen lässt. Jeder von uns kennt Alltagssituationen, in denen es um Entscheidungen geht, die wir aufgrund von Wissen, Fakten oder Einschätzungen zu treffen haben. Unsicherheit macht sich dabei breit und hindert uns, entsprechende Klarheit zu finden. Die Folge ist dann oft eine Entscheidung »aus dem Bauch heraus«, aus einer Mischung von Rationalität und Intuition. Unsicherheit wollen wir nicht! Wir ertragen sie nicht, denn sie schafft Angst, Verwirrung, Blockade, Lähmung. Droht der Rückfall in vorsokratische Mystik mit Vogelzugdeutung, wie etwa der nächste Tag verlaufen könnte? Nehmen wir unsere Gefühle doch als Anlass zu skeptischem und selbstkritischem Betrachten und als Instrument, das gut geeignet ist, den Restbereich, also Sicherheit, abzugrenzen und die Trennlinien zur Unsicherheit klarer zu erkennen.
Sicherheitsempfindung und Gewissheit
Unsere Sicherheitsempfindungen sind stark von sozialen und gesellschaftlichen Einflüssen geprägt. Sie begleiten uns bei den täglichen »Überlebensfragen« und finden Ausdruck in Begriffen wie »Arbeitsplatzsicherung«. Das Erfordernis nach sicherer Infrastruktur wird definitiv kaum ausgedrückt und besonders bei technischen Systemen vorausgesetzt (»einsteigen und losfahren«). Wir wissen auch, dass unser Sicherheitsempfinden je nach persönlicher Abhängigkeit und Bedeutung schwanken kann. Gefahr besteht dann, wenn unser Sicherheitsgefühl größer ist, als es sein dürfte. Gewissheit, d.h. jedenfalls die von Fall zu Fall hinreichende Sicherheit als praktische Grundlage unserer Lebensplanung, ist uns wichtig. Wesentliche Instrumente zur Erlangung höherer Gewissheit sind, zumindest seit Aristoteles, Berechenbarkeit und Vorhersagbarkeit von Alltagsdingen, Prozessen und Phänomenen.
Technische Systeme und ihre Zuverlässigkeit
Ein wesentliches Merkmal aller technischen Systeme liegt wohl in ihrer Berechenbarkeit. Je nach Komplexität und Wissensstand können mehr oder weniger sichere Aussagen über das Verhalten von Maschinen, Tragstrukturen usw. bei Einsatz und Belastung gemacht werden. Eine große Rolle spielt dabei die Erfahrung. Im Rahmen von Systemerprobungen müssen wir uns immer auf ein vertretbares (Rest)Risiko beschränken. Die Auseinandersetzung mit Risiko und Sicherheit technischer Anlagen verlangt nach einer Bewertung von Sicherheit. Diese an sich schwierige Quantifizierung wird als System-Zuverlässigkeit gesehen, mit der dann (in verschiedenen Komplexitätsstufen) weiteroperiert werden kann. Volle Sicherheit ist dann gegeben, wenn bei einer »Störung« keine Gefährdung auftritt. Die Industrienorm iec 61508 definiert Sicherheit in technischen Systemen als »Freiheit von unvertretbaren Risiken«.
Bauwerkssicherheit
Bei Bauwerken gibt es keine »Null-Serie«, sie erlauben nach ihrer Errichtung kaum Korrekturen, Verbesserungen oder den Austausch von einzelnen Tragelementen. Wenn überhaupt, dann gibt es Absicherungen bei der Berechnung von Bauteilen durch Belastungstests, was noch nicht die Zuverlässigkeit der Gesamtstruktur garantiert. Die Ingenieursaufgabe liegt nun darin, das Tragwerk in seiner Gesamtheit so zu entwerfen, dass immerwährende Sicherheit in der Berechnung und Ausführung gegeben ist. Ein Einsturz muss als hinreichend unwahrscheinlich postuliert werden, wobei die Grade der Unwahrscheinlichkeit nach gewissen Kriterien festgelegt sind. Im Laufe vieler Jahrzehnte wurden Tragsicherheitskonzepte für Materialien und Konstruktionen entwickelt, die diesen Bedingungen nachkommen. Das lange Jahre gültige, jetzt auslaufende Konzept der zulässigen Spannungen ist ein System determinierter Belastungen und Spannungen in statistischen Mittelwerten, die als Grenzwerte einzuhalten sind. Das neue Sicherheitskonzept (Eurocode) geht von Wahrscheinlichkeiten des Lastauftrittes (Einwirkungen), der Lastkombinationen und der Materialfestigkeiten aus und regelt das Zusammenwirken über stochastische Methoden und Teilsicherheitsbeiwerte. Die Eingangswerte sind nicht mehr Mittelwerte, sondern obere und untere charakteristische Größen, d.h. Fraktilwerte. Bemessen wird nach Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit, weshalb es auch »semiprobabilistisches Konzept« genannt wird. Es ist für alle lastabtragenden Materialien in den Grundannahmen gleich und deshalb für alle (Misch)Konstruktionen durchgängig gültig, bedeutet also eine Gleichbehandlung der Versagenswahrscheinlichkeiten aller Bauteile in einem Objekt. Die statischen Nachweise sind umfangreicher als nach den alten Methoden, erlauben aber eine wirtschaftlichere Auslegung, weil durch die Messbarkeit der Unsicherheiten und Objektivierung der Risikobeurteilung das eventuelle »Versagen« schärfer gefasst wird. Bei Bauwerkssicherheit denken wir aber nicht nur an Berechnung und Ausführung, sondern auch an die Beanspruchungsdauer, das Langzeitverhalten von Material und Verbindung.
Sicherheit
Eine kleine Befragung im Bekanntenkreis hat folgende, auf einen Nenner gebrachte Antwort ergeben: »Sicherheit ist ein Rahmen, in dem ein Leben mit wenig Angst oder minimalem Risiko möglich ist.« Dass Sicherheit nicht absolut denkbar ist, weil es zu jeder noch so guten Sicherheit eine noch bessere geben kann, war jedem der Befragten klar. Ebenso, dass Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit im Spannungsfeld wirtschaftlicher Vorgaben liegen. Die Katastrophen des vergangenen Jahres in Bad Reichenhall und in Kattowitz machen die Verantwortung des Bauingenieurs, des Bauwerkerrichters sowie des Gebäudeerhalters deutlich und sind enorme Rückschläge in unseren Bemühungen um mehr Sicherheit. Wie spielen nun Erkenntnisse, Erfahrung und Ingenieurwissen im dynamischen Prozess der neuen Baumethoden und Materialien, der kürzeren Bauzeiten und des wirtschaftlichen Drucks zusammen?
Sicherheit baut auf Erfahrung, wird durch die Vergangenheit bestätigt, induktiv wahrgenommen. Wenn Ingenieure und Unternehmen Neuland betreten, birgt das Risiko und Unsicherheit in sich. Die Annäherung geschieht meist durch Versuch und Berechnung, wenn auch oft nur durch Extrapolation. Erhöhung der Spannweiten, schärfere Materialkennwerte, Systemwahl mit schwieriger Modellbildung, wenig erprobte Verbindungsmittel, unbekannte Nutzung und Nachnutzung, schwer erfassbare Einwirkungen usw. sind Grenzgänge, die zu besonderer Vorsicht mahnen. Der sprunghafte Übergang von gesichertem Wissen zu neuen Experimenten ist im Ingenieurwesen kaum zu verantworten. Wird in so einem Fall von der Kühnheit einer Konstruktion gesprochen, ist das wie ein Kompliment an nicht ausgeprägtes Verantwortungsbewusstsein. Wenn tatsächlich etwas passiert, muss man das Geschehene analysieren und eine neue Einschätzung der Situation vornehmen. Dabei gibt es, wie bei anderen technischen Prozessen, auch hier immer wieder innere und äußere Warnzeichen, die auf Risikofaktoren aufmerksam machen. Sie fernab von Ignoranz oder Eitelkeit wahrzunehmen und darauf zu reagieren, ist eine Notwendigkeit, damit keine nicht mehr gut zu machenden Fehler passieren. Ein verantwortungsvoller Ingenieur sucht bei außergewöhnlichen Projekten Kritik und Verifizierung (bzw. Falsifizierung) seiner Modellbildung und Berechnungen. Sir Karl Popper, Philosoph und Wissenschaftstheoretiker, meinte dazu sinngemäß, dass es besser sei, Theorien sterben zu lassen als Menschen.
Erhöhung der Zuverlässigkeit von Holzkonstruktionen
Grundsätzlich gibt es einige einfache Methoden beim Tragwerksentwurf, wie etwa die der Parallelsysteme, wodurch beim Versagen eines Einzelbauteils nicht gleich ein progressiver Kollaps der Gesamtkonstruktion eintritt, sondern durch geschickt angeordnete Substrukturen Lastumlagerungen und Stabilisierung möglich sind. Die Berücksichtigung der Klimabeanspruchung einer Konstruktion trägt zur richtigen Material- und Systemwahl bei, das Nachvollziehen virtueller Durchfeuchtung in sensiblen Bereichen kann Fehler und größere Schäden abwenden. Während der Nutzungszeit sollten größere Hoch- und Hallenbauten ähnlich den Brücken regelmäßig auf Veränderungen in Material und Konstruktion überprüft werden, um ihre Funktionstüchtigkeit festzustellen oder rechtzeitig einen Hinweis auf eventuelle Tragsicherheits-Einbußen zu finden.
Die Bedeutung von Normen
Hersteller und Ingenieure sind sich prinzipiell der Verantwortung bewusst, die in der Produktion und Errichtung von tragenden, verleimten Bauteilen und Holzkonstruktionen liegt. Daher ist der gesamte Prozess durch eine Kette ineinandergreifender, laufend verschärfter Einzelnormen zur Qualitätssicherung bestens geregelt. Von der Holzsortierung und -trocknung, über Leimprüfung, Vorgaben zur Keilzinkung und Verleimung, bis hin zur Delaminierungs- und Zugprüfung wird alles bis auf Holzbaustatik und Konstruktion im Rahmen verpflichtend vorgeschriebener Eigen- und Fremdüberwachung kontrolliert. Besondere technische Herstellungsbedingungen gibt es für Betriebe des Österreichischen Holzleimbauverbands, die das »Gütezeichen Holzleimbau« führen dürfen.
Zurzeit werden die Grundlagen für eine weitere Qualitätssicherungs-Norm im Holzbau erarbeitet (ÖNORM B 4115, Wartungsnorm). Angestrebt wird eine Einteilung zu planender Holzbauten in drei Typen, gekoppelt an Gebäudeklassen nach Eurocode, mit Erfordernissen an Statik, Bauphysik und Planerstellung bis hin zur Nutzung und Wartung. Die darin zu erwartende Konsistenz der Normungsinhalte wird der weiteren Holzbauentwicklung guttun!
Andere Bestrebungen betreffen die Etablierung eines Leitfadens bei komplizierterer Modellbildung in der statischen Berechnung – eine sehr sinnvolle Befassung, wenn man etwa an die Auswirkungen verschiedener Steifigkeiten von Verbindungen auf die Bandbreite der Ergebnisse denkt.
Leicht und weit
Aufgabenstellungen, wie sie der Holzbau in letzter Zeit erfährt, sind gut geeignet, Signalwirkung abzugeben für die Attribute »leicht« und »weitgespannt«. Holz als Material ist leicht und trägt weit. Diese Funktionen sind dem Baustoff von der Natur in den Prozessen des strukturbildenden Heranwachsens gegen Wind- und Schneelasten gleichsam »in Stamm und Geäst« gelegt – vorbildhaft. Die Metapher »leicht und weit« ist und bleibt ein archaischer Wunsch nach der Überwindung von (Schwer)Kraft und freiem Raum mit minimalem Aufwand. Die sich daraus ergebenden Ingenieursaufgaben finden im Holzbau beste Lösungen. Setzen wir auf unsere Erfahrung, unser Können und unser Verantwortungsbewusstsein, dann schaffen wir mit Sicherheit und Freude guten und (weit)spannenden Holzbau.
Text: Helmut Stingl
geboren 1942
1960–62 Bauingenieurstudium an der TU Graz
1962 Übernahme des väterlichen Zimmereibetriebs
seither begeisterter Konstrukteur
1963 Beginn mit Holzleimbau
Holzleimbauunternehmer bis 2000
versch. Funktionen im Österreichischen Holzleimbauverband (ÖLV), Vorsitzender von GLULAM
seit 1989 Univ. Lektor für Holzleimbau an der TU Graz
seit 2005 Büro für Entwicklung und Berechnung von Holzkonstruktionen
Info
Österreichischer Holzleimbauverband
Schwarzenbergplatz 4
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T +43 (0)1/7122601
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www.holzleimbau.at
