Startseite/Schnellfinder 

	Kapitel 9. Bauphysik 9.1 Tragwerkslehre und Rißkunde (Teil 1)
	Tragwerkslehre und Rißkunde  Krafteinwirkung und Gleichgewicht der Kräfte  Tragwerk und Standsicherheit eines Bauwerkes  Krafteinwirkungen  Seitennavigation

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.

Bauwerke und dessen Bauteile sind folgenden Beanspruchungen ausgesetzt:
• dem Eigengewicht der Bauteile des Bauwerkes
• den thermischen Beanspruchungen, infolge von Temperaturschwankungen und des unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens von Baustoffen
• den Schnee- und Eislasten, die nach Standort unterschiedlich stark ausfallen können
• den Winddruck und Windsog, die nach Standort ebenfalls unterschiedlich stark ausfallen können
• den Verkehrslasten wie Möblierung, Klavier oder Aquarium
• den Setzungen, durch Spannungen innerhalb einzelner Bauteile oder durch Veränderung der Baugrundverhältnisse
• den dynamischen Belastungen, durch Erschütterungen vom Schwerlastverkehr oder der schleudernden Waschmaschine

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.

Die Kräfte, die auf ein Bauteil einwirken können, werden wie folgt unterschieden:
• Druckkräfte bewirken Druckspannungen im betroffenem Bauteil. Druckkräfte können von der Stauchung bis hin zum Knicken des betreffenden Bauteiles führen. Druckkräfte entstehen z. B. an einem Auflager von Bauteilen.
• Scherspannungen entstehen innerhalb eines belasteten Bauteiles. Bei einem am Auflagerpunkt eingespannten Kragarm (z. B. Balkon) wirken die Kräfte in derselben Querschnittsfläche, nämlich am Auflagerpunkt (z. B. Balkonplatte). Die Kraft wirkt dabei wie eine Schere aus beiden Richtungen (Last und Gegendruck).
• Schubspannungen entstehen in einem Bauteil, wenn Last und Gegendruck nicht in derselben Querschnittsfläche wirken. Die Schere wirkt hier in Längsrichtung. Bremst ein Staplerfahrer in einer Halle mit einem Estrichboden, so entstehen Schubspannungen, die Bremskraft verteilt sich längs im Estrich, die so entstandene Kraft "reibt" sich dann mit der Bodenplatte in Längsrichtung.
• Torsionskräfte entstehen aus Drillungen und Verdrehungen innerhalb eines Bauteiles. Eine am Auflagerpunkt eingespannte Befestigungsmöglichkeit wie ein horizontal eingemauerter Stahlträger, an dem ein Kragarm (eine Balkonplatte) befestigt wird, bewirkt Torsionskräfte. Der Stahlträger will sich aufgrund der angehängten Last verdrehen.
• Zugkräfte innerhalb eines Bauteiles bewirken Zugspannungen. Ein Oberzug muß Zugspannungen aufnehmen, an ihn werden die Deckenbalken gehängt.

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.

Unter dem Einfluß von Kräften stehende Bauteile weisen spezifische Verhaltensformen auf:
• Durchbiegen eines Bauteiles unter einer Belastung durch punktuell aufgelagerte Bauteile (Brücken)
• elastisches Verhalten zwischen Krafteinwirkung und der Entfernung der Krafteinwirkung sowie der dadurch bedingten Entspannung (Zurücksetzung des Bauteiles in den ursprünglichen Zustand)
Fließen oder Kriechen bei Einwirkung unterschiedlicher Temperaturen auf ein Bauteil (dauerhafte Formenänderung ist, wie bei Stahl oder bei bestimmten Kunststoffen)
• Gleiten eines Bauteiles bei ungenügend gesichertem Sockelpunkt ("Verrutschen" einer Mauer bei horizontaler Lasteinwirkung und ungenügender Standfestigkeit)
Kippen infolge einer Krafteinwirkung (zu lange/hohe und ungestützte Mauer infolge des Eigengewichtes oder durch Krafteinwirkung)
• Knicken und Beulen infolge einer Krafteinwirkung (wichtiges Prüfkriterium bei Krafteinwirkung auf Stahl- oder Holzstützen wie Mauern, Pfeiler, etc.)
• plastisches Verhalten bei Überschreitung des elastischen Verhaltens (z. B. infolge der Temperatureinwirkung bei Gummi)

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.

Um diesen Zustand möglichst effektiv zu erreichen, wurden verschiedene Tragwerkssysteme erfunden:
• Faltwerke bei Dächern oder zur Verstärkung der Füllung bei Türen, entstehen z. B. bei fächerförmiger Faltung von Papier
• Schalentragwerke bei historischen Gewölbekonstruktionen in Kirchen
• Raumtragwerke bei größeren Überkopfverglasungen in einigen Passagen oder dem Dach des Münchner Olympiastadions
• Skelettbauten aus Stahl oder Stahlbeton (Ausfachung des Skeletts mit nichttragenden Elementen, Aussteifung durch Scheibenwirkung)
• Wandbauten aus horizontalen und vertikalen Elementen wie Decken und Wänden

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

weiter:	Schallschutz im Städtebau
zurück:	Kapitel 9. Bauphysik

Startseite/Schnellfinder 

Auch im Handel erhältlich: Wegweiser zur Gebrauchtimmobilie ISBN 3-8311-4131-2 © Carsten Biehlig - Andrea Enko 2002   info@immobilienkaufberatung.de