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Kapitel 9. Bauphysik


9.1 Tragwerkslehre und Rißkunde (Teil 1)
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 Tragwerkslehre und Rißkunde
 Krafteinwirkung und Gleichgewicht der Kräfte
 Tragwerk und Standsicherheit eines Bauwerkes
 Krafteinwirkungen
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Tragwerkslehre und Rißkunde

Die Lehre der Kräfte hat sich im Laufe der Jahrhunderte ständig weiterentwickelt. Dank Computer, verbesserter mathematischer Berechnungsmethoden und genormter Bauteile ist die Statik ein nicht mehr wegzudenkendendes Grundelement des Bauens. Die tragenden Konstruktionen stehen in einer Einheit mit der Funktion, Bauform, Gestaltung und Art des Gebäudes. Jede Bauform hat andere Ansprüche an das Tragwerk. Tragende Bauteile haben den Sinn, Lasten aufzunehmen und diese bis in den Baugrund abzuleiten. Nach DIN 1080 wird die Benennung "Last" für eine Kraft verwendet, die von Außen auf ein Gebäude einwirkt. Lasten entstehen aufgrund natürlicher oder physikalischer Einwirkung.

Der Begriff Kraft leitet sich aus Bewegungen ab, Kräfte entstehen beim Bremsen von Autos auf einer Brücke und aus thermischen Längenänderungen von Bauteilen. Lasten und Kräfte werden nach Dauer, Verteilung und Richtung unterteilt. Ständige Lasten sind die Eigengewichte der Bauteile. Nichtständige Lasten sind Verkehrslasten, die aus der Nutzung entstehen, Wind- und Schneelasten, der Erddruck und die schon erwähnten Kräfte aus Längenänderungen der Bauteile. Schwingungen durch Maschinen, Wind oder vorbeifahrenden LKWs können zur Gefahr für ein Bauwerk werden, wenn Resonanzschwingungen auftreten. Nach der Richtung der Lasten wird zwischen horizontal zur Gebäudelängs- oder Gebäudequerseite sowie den vertikalen Lasten unterschieden. Die Lasten können entweder als Flächenlast, Streckenlasten oder Einzellast auftreten. Flächen- und Streckenlasten sind gleichmäßig verteilte Lasten z. B. der Estrich auf der Decke. Die Lastverteilung kann jedoch verschieden hoch sein. Einzellasten wirken z. B. an einer Stelle punktuell auf die Decke ein wie eine Stütze.


Windlast (Flächenlast) durch Windruck oder Windsog, der auf ein Bauwerk einwirkt


Flächenlast durch Estrich auf der Betondecke

Einzellast aus einer Stütze der darüberliegenden Decke

 

Krafteinwirkung und Gleichgewicht der Kräfte

Ursachen für Setzungsrisse sind nicht richtig abgeleitete Kräfte; hier herrscht kein Gleichgewicht der Kräfte. Ein Bauwerk wiegt 800 Tonnen, diese 800 Tonnen müssen vom Erdboden aufgenommen werden. Die Kräfte und Lasten werden geplant, gleichmäßig über die Fundamente in den Untergrund geleitet. Gibt der Untergrund an einer Stelle jedoch nach, so gibt es Setzungsprobleme. Die Kräfte werden nicht ordnungsgemäß abgeleitet und Schäden am Bauwerk sind die Folge. Demzufolge ist die Kraft die Ursache der Bewegungsänderung. Der Kraft wirken keine ausreichenden Gegenkräfte gegenüber, es herrscht ein Ungleichgewicht der Kräfte. Aktion und Reaktion sind die Grundlage der Standfestigkeit.

Anhand der ermittelten Kräfte werden die Baustoffe und die Baukonstruktion gewählt. Materialen müssen Druck-, Zug- und Biegekräfte aufnehmen, eine Klassifizierung anhand dieser Eigenschaften ist möglich, um die gewünschte Konstruktion realisieren zu können.

 

Tragwerk und Standsicherheit eines Bauwerkes

Der Zustand "Eins" bedeutet, das Bauwerk steht, alle darüber hinaus gehenden Maßnahmen erhöhen die Standsicherheit. Die entstehenden Lasten wie Verkehrs-, Wind- oder Eigenlast und die daraus resultierenden Kräfte wie Druck- oder Zugkräfte dürfen innerhalb eines Bauwerkes nur in den vorgeschriebenen Toleranzen Reaktionen hervorrufen wie Knicken, Beulen, Durchbiegen.

Ein Tragwerkssystem kann aus Platten oder scheibenartigen, stabartigen Bauteilen oder Rahmen bestehen. Alle Tragwerkssysteme ab einer bestimmten Größen oder eines bestimmten Volumens benötigen eine Aussteifung. Als Wandbauten konzipierte Gebrauchtimmobilen verwenden zur Aussteifung die Wände und Decken. Decken bilden aussteifende Scheiben. Wände werden gegen Kippen ab einer bestimmten Wandlänge durch zusätzliche Maßnahmen wie Stützen oder Wandvorlagen abgesichert.

 

Krafteinwirkungen


Krafteinwirkung mit aussteifender, mittiger Wand

Verformung bei Krafteinwirkung ohne aussteifende, mittige Wand

Krafteinwirkung bei einer Wand mit Wandvorlage

Krafteinwirkung bei einer Wand 2-seitig gehalten durch Wandvorlagen

Krafteinwirkung des Daches als aussteifende Scheibe

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