Die Statik und das Tragwerk eines Gebäudes

Auf diese Frage gibt es viele Antworten … Wissenschaftlich ist Statik die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte. Vereinfacht gesagt, sorgt die Statik dafür, dass ein Haus nicht in sich zusammenfällt. In der Praxis hat die Statik in der Bauphase noch viele weitere Aspekte, zum Beispiel ist der Statiker auch für den Brandschutz- und Wärmeschutznachweis zuständig. Der folgende Artikel gibt einen Einblick, was Statik ist, wie Tragwerksplanung funktioniert und was zu beachten ist.

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Physikalischer Hintergrund zur Statik

Ursprünglich ist die Statik ein Teilgebiet der Physik. Die Herausforderungen beim Hausbau sind jedoch so komplex, dass das Bauingenieurwesen heute ein eigener Studiengang ist.

Dennoch ist das Grundproblem physikalischer Natur: Auf ein Bauwerk wirken ständig Kräfte ein, die auch als Lasten bezeichnet werden. Dabei gibt es verschiedene Lasten, die zu berücksichtigen sind.

Folgende statische Lasten gibt es:

Ständige Lasten – Eigengewicht des Bauwerks (Decken, Wände, Fußböden)
Verkehrslasten – verändern sich bei der Benutzung des Bauwerks (Möbel, Menschen, Wind, Schnee, Regen, Temperaturveränderungen)

Die dynamischen Lasten sind zusätzliche Veränderungen wie verkehrsbedingte Vibrationen, Sturmböen, Erdbeben oder Meereswellen.

Der Tragwerksplaner, umgangssprachlich auch Statiker genannt, berücksichtigt die statischen sowie die dynamischen Belastungen und ermittelt daraus, wie sich die Bauteile dabei verändern und welche Spannungen auftreten. Er legt dann fest, welche Bedingungen notwendig sind, um das Tragwerk im Kräfte-Gleichgewicht und somit standsicher zu halten.

Festigkeitslehre und Spannungen

Untrennbar mit der Statik verbunden ist die Festigkeitslehre. Nicht jeder Baustoff hält den gleichen Belastungen stand. Große Druckbelastungen können Beton, Ziegel, Gusseisen und Stein aushalten, die möglichen Zugbelastungen sind jedoch ziemlich gering. Stahlbeton dagegen ist äußerst belastbar – er ist feuerfest und hält hohen Zug- und Druckbelastungen stand.

Wenn Kräfte auf ein Gebäude bzw. dessen Bauteile wirken, entstehen dabei Spannungen. Sie sorgen für Verformungen, die man als Stauchung oder Dehnung bezeichnet. Diese Arten von Spannungen gibt es:

Bei Zugspannungen entsteht ein Zug, der durch Dehnung einen Körper verformt. Dieser Aspekt ist wichtig für alle Bauwerke, bei denen Stahlkabel verwendet werden, zum Beispiel bei Flughafenterminals oder Zeltdächern von Stadien.

Scherspannungen: Auf einen Körper wirken zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte, die gleich groß sind. Dabei verschiebt sich die innere Ebene gegeneinander.

Liegen Druckspannungen vor, staucht sich ein Körper, wird also zusammengedrückt und dabei verkürzt. Dies tritt vor allem bei hohen Gebäuden auf.

Je nach Bauwerk treten diese drei Spannungsarten in Variationen und Überlagerungen auf. Der Tragwerksplaner muss wissen, wann und wo die Spannungen auf die einzelnen Elemente wirken. Mithilfe der Statik berechnet er, welche Baustoffe und Konstruktionsformen für ein ausgeglichenes Verhältnis sorgen.

Nachdem alle Belastungen und Spannungen berechnet sind, legt der Statiker fest, in welcher Dimension das Tragwerk auszuführen ist. Dazu gehören mehrere Aspekte:

Menge des Bewehrungsstahls, der in die Betonbodenplatte kommt
Holzquerschnitt der Firstpfette

… und vieles mehr.

Wann brauchen Sie einen Statiker?

Ein Statiker ist häufig unverzichtbar, wenn ein Neubau geplant oder ein bestehendes Gebäude umgebaut wird. Wenn also ein Raum vergrößert wird und dabei eine Zwischenwand entfernt werden muss, sollte ein Bauingenieur mit der Berechnung beauftragt werden, um zu beurteilen, ob die Wand nicht doch tragende Eigenschaften besitzt. Damit werden Risse oder sogar ein Einsturz vermieden. Selbst wenn ein schweren Kaminofen aufgestellt wird, kann das Folgen für die Statik haben. Besonders bei Altbauten, die sichtlich beschädigt wurden, empfiehlt sich die Beauftragung eines Experten. Eine starke Beschädigung des Gebäudes kann durchaus die Tragfähigkeit beeinträchtigen.

Es soll zusätzlichen Wohnraum durch einen Dachausbau geschaffen werden? Auch in diesem Fall wird in der Regel ein Tragwerksplaner benötigt. Er berechnet die Statik des Hauses und stellt fest, ob der Dachausbau oder die Aufstockung statisch möglich ist. Gleiches gilt für die Installation einer Solaranlage oder Photovoltaikanlage auf dem Dach. Besonders bei Flachdächern können große Schneefälle die Tragfähigkeit des Daches nicht mehr garantieren und es zum Einsturz bringen.

Der Tragwerksplaner sorgt für ein nachweislich sicheres Bauen. Manchmal kann er sogar Baukosten einsparen – zum Beispiel durch die geschickte Wahl von Trägern.

Wie hoch sind die Kosten für eine Statik?

Nach der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure kann der Statiker seine Kosten in Rechnung stellen. Die anrechenbaren Kosten gelten als Grundlage für die Berechnung. Sie setzen sich zu 55 % aus Baukonstruktionskosten und zu 10 % aus den Kosten für technische Anlagen zusammen. Aus diesen Daten ergeben sich die Honorarkosten für den Statiker, wobei sie zwischen dem festgelegten Mindest- und Maximalpreis liegen. Zudem finden auch die Honorarzonen Berücksichtigung, die sich nach dem Schwierigkeitsgrad der Planungen richten. Bei Modernisierung oder Umbau, kommt ein Zuschlag hinzu. Die unterschiedlichen Honorarzonen sind:

1. Zone: sehr geringe Anforderungen
2. Zone: geringe Anforderungen
3. Zone: durchschnittliche Anforderungen
4. Zone: überdurchschnittliche Anforderungen
5. Zone: sehr hohe Anforderungen

Im Prinzip gilt immer der Grundsatz von diesem kleinem Beispiel: Ein Haus mit einem Balkon erfordert größere statische Berechnungen als ein Haus, das keinen Balkon hat. Somit sind die Kosten hier naturgemäß etwas höher.