Robustheit historischer Dachkonstruktionen am Fallbeispiel der österreichischen Nationalbibliothek

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Robustheit der Dachkonstruktion über dem Kuppelsaal der österreichischen Nationalbibliothek aus dem 19. Jahrhundert. Die aktuell vorliegende Konstruktion ist eine einzigartige Mischung aus traditioneller Zimmermannsarbeit und für die damalige Zeitechten Innovationen wie zum Beispiel dreiecksförmige Schubkeilverbindungen, vergleichbar mit Dübeln besonderer Bauart. Aufbauend auf einer vorangegangenen Bachelorarbeit, welche eine generelle Charakterisierung sowie Strukturanalyse des Dachtragwerks beinhaltet, soll die Arbeit Interessierten das Thema Tragfähigkeit einer historischen Konstruktion näherbringen. Die Arbeit beginnt mit der Diskussion von Grundproblemen im Kontext historischer Tragwerke. Daran anschließend werden Ergebnisse einer örtlichen Begehung dargelegt, welche die nachfolgenden statischen Berechnungen und Betrachtungen beeinflussen.Im Mittelteil der Arbeit werden thematisch getrennt die Holzkonstruktion und die darunterliegende Mauerwerkskuppel im Detail behandelt. Dies Untersuchungen thematisieren Einflüsse der Begehung auf die Modellbildung, eine Charakterisierung sämtlicher Verbindungen und Anschlüsse und einen Ausblick auf die Tragsicherheit spezifischer Bauteile. In diesem Kontext werden auch Betrachtung der Spannungen innerhalb der Mauerwerkskuppel und eine Analyse der Wirksamkeit des nachträglich eingezogenen Ringankers näher spezifiziert. Anschließend werden Szenarien der Herstellung, nach Bauphasen gegliedert diskutiert.Der Endteil der Arbeit thematisiert die Interaktion von Mauerwerkskuppel und Holzkonstruktionund die Evaluierung von möglichen Versagensszenarien inklusive deren Auswirkungen mit dem Ziel einer fundierten Empfehlung für Monitoring- beziehungsweise Ertüchtigungsmaßnahmen. Abschließend wird der aktuelle Stand der bisherigen bautechnischen Befundung dargelegt.

The objective of this thesis is to analyse the issue of robustness of historical structures, using the roof structure above the dome hall of the Austrian National Library as a case study. This part of the roof structure, which was built in the 19th century, is a quite extraordinary example for the use of traditional carpentry and innovative techniques such as triangular shear block connections,wich are comparable to the typology of modern special dowels.In line with a preceding Bachelor’s thesis, which includes the general characterisation and structural assessment of the roof structure, this Master’s thesis evaluates the load carrying capacity of this historical structure. For this purpose fundamental problems in terms of the stuctural safety of historical buildings are stated. In addition, results of subsequent local inspections of the structure and their impact on updates of the initial structural calculations are shown.The timber structure and the subjacent masonry dome are discussed in detail in the intermediate section of the thesis. This includes updates of the structural models considering results of on-site observations, a specification of all connections and an estimation of load bearing capacity ofspecific structural elements. The section also includes the structural assessment of stresses in the masonry dome and the efficiency of the later installed reinforcments in form of rings made offlat iron tie rods. Subsequently, the conceptual evolution of the cupola is discussed and optional building stages are shown.With the aim of producing sound recommendations for monitoring and strengthening measures the final part of the thesis evaluates the interaction between the timber structure and the masonrydome, related possible modes of failure and their consequences. Finally the current state of research is summarized.