Tragwerksplanung für
Hochbau und Konstruktiven Ingenieurbau

Statik = Tragwerksplanung?

Statische Berechnungen werden landläufig oft nur als Statik bezeichnet. Diese stellen die eigentlichen Berechnungen und den Ausdruck der Berechnungsergebnisse dar. Die statischen Berechnungen werden auf Grundlage verschiedener Vereinfachungen und Modellbildungen erstellt. Dazu gliedert der Tragwerksplaner in seinen Berechnungen einzelne Bauteile. Diese sind zum Beispiel:

Balken

Balken sind das einfachste gebräuchliche Tragelement. Sie können sowohl aus Beton oder Stahl (z. B. in Form eines I-Profils) bestehen, als auch klassisch aus Holz. Auch weitere Werkstoffe sind denkbar. Ein Balken ist ein stabförmiges Bauteil, welches durch Belastungen von außen sogenannte Schnittgrößen (ein mechanisches Modell der Baustatik) wie Biegemomente, Querkräfte bzw. Schubkräfte oder Torsionsmomente erfährt.

 

 

Plattenbalken

Plattenbalken sind eine Sonderform des Balkens mit einem T-förmigen Querschnitt. Der klassiche Anwendungsfall eines Plattenbalkens ist der Unterzug einer Stahlbetondecke.

 

 

 

Platten (Boden- und Deckenplatten)

Platten sind flächige, ebene Bauteile, die Belastungen senkrecht zur Fläche abtragen. Sie werden heute in der Regel vereinfacht als Balken („Meterstreifen“) oder mittels der Methode der Finiten Elemente (FEM) berechnet.

 

Scheiben

Scheiben sind ebenfalls flächige, ebene Bauteile. Im Gegensatz zu Platten werden diese jedoch in Richtung der Fläche belastet. Der einfachste Fall einer Scheibe ist eine Wand (Wandscheibe). Aber auch Deckenplatten unter Windbelastung oder die sogenannten „wandartigen Träger“ (raumhohe Stahlbetonwände als Träger der Gebäudestruktur) sind in der Regel Scheiben.

 

Schalen

Schalen sind räumliche Strukturen, die sowohl gefalten (Faltwerk) als auch gekrümmt sein können. Aber auch ebene Tragstrukturen können als Schalen nachgewiesen werden, wenn die  Beanspruchungen, die sie erfahren, sowohl denen einer Scheibe als auch denen einer Platte entsprechen. Schalen stellen somit eine Symbiose aus Platte und Scheibe dar.

Stützen

Stützen sind vertikal belastete „Druckglieder“ welche in der Regel ein oder mehrere Geschosse verbinden und Ihre Lasten dann über Fundamentbauteile oder Pfähle in den Baugrund einleiten.

 

Fundamente

Als Fundamente werden Bauteile bezeichnet, die die sogenannte Gründung darstellen. Diese können als Platten-, Streifen- oder Punktfundament ausgebildet sein. Allen gemeinsam ist, dass Sie über Pressungen oder Reibung die Bauwerkslasten in den Boden eintragen und somit die Grenze des eigentlichen Bauwerks zum Baugrund darstellen. Aus diesem Grund sind Fundamente auch besonderen Umgebungsbedingungen ausgesetzt (siehe Abschnitt Dauerhaftigkeit).

 

Pfähle

Pfähle sind eine besondere Art von Fundamenten. Pfähle können einzeln, in Gruppen oder als Wand ausgebildet werden, abhängig von Ihrer Funktion. So kann beispielsweise bei einer Deckelbauweise (Bau eines Gebäudes im Erdreich von „oben nach unten“) eine Pfahlwand zum Einsatz kommen. Um einzelne große Lasten in den Baugrund oder durch nicht tragfähige Bodenschichten abzutragen, werden hingegen einzelne Pfähle oder Pfahlgruppen verwendet. Pfähle tragen Ihre Lasten entweder über Ihre Mantelfläche (schwimmende Pfähle), über ihre Spitzen oder als Mischung beider Tragweisen in den Baugrund ab. Pfähle gibt es in verschiedenen Größen vom sog. Mikropfahl bis hin zu Großbohrpfählen.

 

Die Bauteile werden dann in einem Gesamt- oder 3D-System bemessen – entweder einzeln positionsorientiert, geschossweise oder alle zusammen. Diese Herangehensweise wird im Zuge der BIM-Methode von einigen Softwareherstellern bevorzugt.

Im Nachgang zur Berechnung werden, soweit möglich, gleiche oder ähnliche statische Positionen zusammengefasst, um so die Ausführung auf der Baustelle zu erleichtern. Die Bauteile werden hinsichtlich Ihrer Abmessungen, Beton-, Holz-, Stahl- oder allgemein der Werkstoffgüte bzw. im Stahlbetonbau dem Bewehrungsgehalt festgelegt. Diese Festlegungen finden sich im sogenannten Positionsplan wieder. Hier sind alle Bauteilparameter, die wesentlichen Abmessungen sowie die Materialkennwerte zusammengetragen.

Eigentlich endet hier das Feld der statischen Berechnungen.. In der Tragwerksplanung kommen jedoch noch einige weitere Aspekte dazu, die es zu berücksichtigen gilt:

 

 

Verformungen

Die Nachweise der Verformungen sorgen dafür, dass Sie mit einem guten Gefühl in Ihr Bauwerk kommen und auf Grund der großen Durchbiegungen nicht schon beim Betreten Angst haben müssen, dass Ihnen sprichwörtlich „die Decke auf den Kopf fällt“. Auch spezielle Analysen, wie zum Beispiel die Veränderung von Stahlbeton bei beginnender Rissbildung (Übergang in den „Zustand II“), können wir berechnen und damit Ihnen und Ihren Nutzern ein Gefühl von Sicherheit zu geben.

Schwingungen

Nutzungsinduzierte Schwingungen

Auch wenn die meisten Nachweise statische Nachweise genannt werden, spielen dynamische Nachweise keine untergeordnete Rolle. So kommt es bei Maschinenfundamenten, dem Einsatz von Gabelstaplern oder auch durch Personen zu induzierten Schwingungen und somit zu Bauteilbewegungen. Hier müssen komplexe Berechnungen der sog. Eigenschwingungen und Dämpfungen durchgeführt werden, um Schnittgrößenvergrößerungen und den Fall der Resonanzkatastrophe zu betrachten und zu bewerten.

 

Erdbeben

In erdbebengefährdeten Gebieten, welche es auch in Deutschland gibt, können ebenso dynamische – nicht statische – Nachweise notwendig werden. Damit zum Beispiel auch die Gebäude im Rheingraben, der sich von Düsseldorf, Köln über Aachen, Bonn, Koblenz und Frankfurt, sowie Stuttgart, Ulm und Freiburg erstreckt, ebenso wie in der Umgebung von Gera, Leipzig und Chemnitz auch bei Erschütterungen durch Erdbeben ausreichend sicher sind.

Materialbesonderheiten

Alle im Baubereich eingesetzten Materialien haben ihre Besonder- und Eigenheiten. Dadurch benötigt man für deren Einsatz besondere Sach- und Fachkunde.

Beton

Bei Beton handelt es sich um ein Gemenge aus Zement und dem sogenannten Zuschlaggut, sowie ggf. weiteren Stoffen, welche mit Wasser reagieren und anschließend über mehrere Tage aushärten (nicht trocknen). Als Zuschlag werden in der Regel Gesteinskörnungen in Form von Schotter oder Kies eingesetzt. Aber auch rezyklierte Gesteinskörnung oder gebrochenes Glas kommt zur Anwendung.

Am häufigsten wird der sogenannte Stahlbeton verwendet. Hierbei wird zur Aufnahme von Zugkräften Stahl in Form von Betonstahlmatten, -stäben oder von Fasern, insbesondere Stahlfasern, hinzugefügt. Alternativ kommen auch Glasfaserbewehrung oder Kohlefaserbewehrung zum Einsatz. Im Bereich von nachträglichen Verstärkungen ist besonders die Kohlefaser ein Material, welches zukünftig noch mehr an Bedeutung gewinnen wird. Betone können in verschiedenen Festigkeitsklassen eingesetzt werden – von Normalbeton über hochfesten Beton bis hin zu ultrahochfesten Beton. Die Herausforderung bei der Bemessung von Stahlbeton ist dabei die Beachtung der unterschiedlichen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes und somit die Berücksichtigung der physikalischen sowie auch der geometrischen Nichtlinearitäten.

 

Holz

Holz wurde schon vor mehreren hundert Jahren in Form von Voll- bzw. Schnittholz als Baustoff eingesetzt. In moderner Form kommen heute zusätzlich Bauteile aus Leimholz zur Anwendung. Derzeit erlebt das Holz wegen seinem Charakter und besonders wegen seiner Eigenschaft als nachwachsender Rohstoff eine große Renaissance. Hier haben sich neue Einsatzgebiete in Form von Brettstapeldecken, Massivholzdecken, freien Leimholzbindergeometrien oder auch Stützen aus Leimholz gezeigt. Aber auch die klassischen Holzständerkonstruktionen sind wieder aktuell. Bei Holz gilt es besonders die Umgebungsbedingungen und somit auch den konstruktiven Holzschutz sicherzustellen. Die Herausforderung beim Holz ist es, seine Orthotropie zu berücksichtigen und diese soweit nötig wie zu kompensieren.

 

Stahl

Stahl ist im Gegensatz zu Holz und Beton als homogener Werkstoff zu betrachten. Aus diesem Grund sind die Nachweisverfahren präziser und die materialtechnischen Sicherheiten im Stahlbau geringer als bei anderen Werkstoffen. Somit können schlanke und hoch ausgenutzte Tragstrukturen entstehen. Die Herausforderungen beim Bauen mit Stahl entstehen aber genau durch diese filigrane Bauweise, sowie durch die Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer der Bauteile.

 

Verbundbau

Beim Verbundbau werden die Materialien Beton, Stahl und Holz gemäß Ihrer Vorteile und Eigenschaften eingesetzt. So werden im Stahlverbundbau Stahlträger unter Betondecken mit großen Spannweiten eingebaut und der Schubverbund beispielsweise mittels Kopfbolzendübeln sichergestellt. Auch für Holzbetonverbunddecken gibt es einige sehr interessante und wirtschaftliche Einsatzbereiche. Insbesondere in der Sanierung können hier Schallschutz-, Brandschutz- und Tragfähigkeitsanforderungen gut kombiniert werden. Die Möglichkeiten im Verbundbau sind beinahe unbegrenzt.

 

 

Dauerhaftigkeit

Bei den Nachweisen der Dauerhaftigkeit geht es darum, das Bauwerk auf bestimmte eine Nutzungsdauer auszulegen, die z. B. bei Wohnungsbauten 50 Jahre beträgt. Dies wird mit speziellen Konstruktionen realisiert, wie z. B. einer ausreichenden Betonüberdeckung der Betonstahlbewehrung im Stahlbetonbau. Es kommt hier jedoch auch auf die speziellen Wünsche des Bauherren an, ob das Bauwerk fünfzig oder einhundert Jahre oder noch viel länger betrieben werden soll. Die Nutzungsdauer bedeutet in diesem Fall jedoch nicht Lebensdauer des Gebäudes, sondern gibt einen Zeitraum an, ab dem dann umfassendere Instandsetzungsmaßnahmen notwendig werden können. Durch kontinuierliche Pflege und Wartung kann die Nutzungsdauer eines Gebäudes verlängert werden bzw. ist dies Voraussetzung für das Erreichen der angestrebten Nutzungsdauer.

 

Bauweisen

 

Fertigteil

Die Fertigteilbauweise beschreibt das Entstehen der Konstruktion aus in einem Werk vorgefertigten – oder in Ausnahmefällen auch auf der Baustelle gefertigten – Bauteilen aus Beton, Stahl oder Holz, die dann mittels besonderer Verbindungselemente auf der Baustelle zusammengefügt werden. Diese Verbindungspunkte bedürfen der genauen Planung.

Ortbeton

Bei der Ortbetonbauweise wird der Beton oder Stahlbeton in eine Form, die sog. Schalung, gegossen und erhärtet dann. Abhängig von der Schalung sind hier sehr freie Formen und Strukturen möglich.

Halbfertigteil

Halbfertigteile sind Bauteile, welche in der Regel im Werk teilvorgefertigt und dann auf der Baustelle vollendet werden. Am bekanntesten sind Halbfertigteildecken (oft Filigrandecken genannt) bzw. Halbfertigteilwände (auch Doppelwände oder Dreifachwände genannt). Halbfertigteile können jedoch auch im Stahl- oder im Holzbau eingesetzt werden.

 

 

Brandfall bzw. Heißbemessung

Bei den Nachweisen der Feuerwiderstandsdauer ist es das Ziel, dem Nutzer im Fall eines Brandes ausreichend Zeit zur Flucht zu geben. So kann beispielsweise im Holzbau die Querschnittsverringerung auf Grund von Abbrand berechnet werden. Die Standsicherheit im Brandfall ist durch Gesetze und Verordnungen geregelt und wegen ihrer Relevanz für Leib und Leben nicht verhandelbar.

Natürlich können jedoch anspruchsvolle Nachweisverfahren, besonders im Bestand, den Erhalt der vorhandenen Strukturen ermöglichen. Wir verwenden hochmoderne Programmsysteme, mit denen auch komplexe Rechenverfahren für den Erhalt oder die Schaffung von schlanken Bauteilen durchgeführt werden können.

Erdbebenbemessung

Und die Aufgabenstellung umfasst noch mehr: Im Bereich von Treppen und Brücken, sowie in erdbebengefährdeten Gebieten, welche es auch in Deutschland gibt, können dynamische – nicht statische – Nachweise notwendig werden. Damit zum Beispiel auch die Gebäude im Rheingraben, der sich von Düsseldorf, Köln über Aachen, Bonn, Koblenz und Frankfurt, sowie Stuttgart, Ulm und Freiburg erstreckt, ebenso wie in der Umgebung von Gera, Leipzig und Chemnitz auch bei Erschütterungen durch Erdbeben ausreichend sicher sind.

Wir erarbeiten für Sie stabile Tragwerke und Bauwerksstrukturen und dies auch auf Grundlage von modernen Baustoffen, anspruchsvollen Grundrissen und der Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit, welche das Bauen verändert haben. Durch Schulungen und Weiterbildungsmaßnahmen sind wir immer am Puls der Zeit, haben Ihre Kosten im Blick und entwerfen zusammen mit den Kollegen aus der Architektur und weiteren Fachplanungsdisziplinen ein Tragwerk, das vollkommen auf Ihre Bedürfnisse abgestimmt ist.

 

Verschiedene Gebäudetypen

• Neubau
• Umbau
• Bestandsbauten, bei denen Nachberechnungen notwendig sind

 

Komplexe, aber natürlich auch einfache Tragstrukturen. Anwendungsgebiete sind u. a.

• Wohnungsbau
• Gewerbebau
• Industriebau
• Systembau
• Ingenieurbau
• Brückenbau
• Maschinenfundamente

 

Bestandsgebäude

Bei Bestandsgebäuden können durch das Fehlen von Dokumenten häufig kreative Lösungen gefragt sein. Somit erledigt der Statiker viel mehr Aufgaben für Ihre Neu- oder Altbauprojekte als lediglich die reine Berechnung mit Programmsystemen.

 

Unsere Leistungen für Sie

Wir erarbeiten für Sie stabile Tragwerke und Bauwerksstrukturen und dies auch auf Grundlage von modernen Baustoffen, anspruchsvollen Grundrissen und der Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit, welche das Bauen verändert haben. Durch Schulungen und Weiterbildungsmaßnahmen sind wir immer am Puls der Zeit, haben Ihre Kosten im Blick und entwerfen zusammen mit den Kollegen aus der Architektur und weiteren Fachplanungsdisziplinen ein Tragwerk, das vollkommen auf Ihre Bedürfnisse abgestimmt ist.