Natürliche Einflüsse auf die Statik
Schneefall und Sturmböen beeinflussen die Tragfähigkeit von Gebäuden und Bauteilen ebenso wie Regen, Hagel und andere natürliche Gegebenheiten der Witterung. Welchen Einfluss haben diese auftretenden Faktoren auf die Tragwerksplanung? Worauf achten Architekten und Ingenieure für Baustatik, damit das Tragwerk die Balance hält?
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Die Architektur der Gebäude kombiniert Ästhetik mit Anspruch. Belastbarkeit und Tragfähigkeit sind die entscheidenden Schlüsselbegriffe in der Baustatik. Bei der Tragwerksplanung ist das Gleichgewicht des gesamten Systems entscheidend. Für den Hausbau spielen deshalb die verschiedenen Lasten, die auf das Haus einwirken, eine wichtige Rolle.
Natürliche Einflüsse in der Tragwerksplanung
Bei dem Bau eines Eigenheims erstellt der Statiker die Tragwerksplanung. Die rechnerischen Lasten sind dabei im besonderen Maß zu berücksichtigen. Dazu zählen ebenfalls Einflüsse durch Wind und Wetter: Wie wirkt sich das Wetter auf die Statik eines Hauses aus?Beispiele, wie Architektur und Statik zusammen funktionieren, lassen sich in der Natur finden: Grashalme knicken nicht im Wind um, weil sie röhrenförmig sind. Bambus ist enorm belastbar, weil er aus einzelnen ineinander verwobenen Segmenten zusammengesetzt ist. Diese Prinzipien machen sich Bauherren vor allem bei modernen Hochbauten zunutze.Bauleiter, die Einfamilienhäuser oder Mehrfamilienhäuser konzipieren, berücksichtigen solche Grundsätze in der Statiklehre. Sie sorgen dafür, dass beispielsweise das Dach beim nächsten Orkan nicht davonfliegt. Solche Einflüsse der Natur sind dynamisch und wechselhaft. Ihr Einfluss ist nicht konstant und von Dauer. Stattdessen ändern sich die witterungsbedingten Faktoren für die Hausstatik je nach Jahreszeit und örtlicher Gegebenheit.
Erdbeben, Windlast, Schneelast und Eislast – natürliche Herausforderungen für die Statik
Für Tragwerksplaner hängt das statisch relevante Wetter vom Standort ab. Generell sind die Einflüsse der Natur in folgende Lasten einzugliedern:
- Eislast oder Eisdruck
- Erdbeben
- Schneelast
- Windlast
- Wasserdruck
Schnee und Eis – was bewirken kalte Witterungen?
Eisdruck ist für gewöhnlich eine statisch relevante Last. Sie spielt in Küstengebieten und generell an Gewässern eine Rolle für Bauwerke. Die Eislast kommt zustande, indem sich die Eisdecke erwärmt. Dabei dehnt sich das Eis aus und übt auf diese Weise Druck auf das jeweilige Bauwerk aus. Für das Eigenheim ist diese Form der Last seltener relevant als zum Beispiel beim Bau von Brücken oder Kaimauern.
Die Schneelast auf einem Haus ist für die Statik stärker von Bedeutung als die Eislast. Insbesondere die Dachkonstruktion muss bei Schneefall der Last standhalten. Damit das gelingt, ist es für Statiker wichtig, den Schneedruck zu ermitteln. Dieser hängt von zwei Faktoren ab:
- Schneemenge
- Art des Schnees (Neuschnee, Pulverschnee, Nassschnee)
Die Last des Schnees wirkt als Flächenlast senkrecht zur zugrundeliegenden Fläche (zum Beispiel dem Dach eines Hauses). Dabei können Schnee und Eis ein enormes Gewicht entwickeln – je nachdem, wie lange der Schnee liegt und welche Höhe vorliegt. Eine Eisfläche mit einer Höhe zwischen 11 und 12 Zentimeter wiegt beispielsweise rund 100 kg pro m². Lockerer Neuschnee bringt pro m³ immerhin bis zu 50 kg auf die Waage. Für die Statik eines Hauses sind solche Einflussfaktoren daher maßgebend.
Erdbeben – Standsicherheit in der Tragwerksplanung gewährleisten
Für Tragwerksplaner gelten physikalische Grundsätze sowie Bemessungskriterien für Erdbeben als grundlegend für die Planung eines Hauses.
Was sind Bemessungskriterien? Diese gelten speziell im Bereich der Erdbeben. Sie sorgen dafür, dass ein Gebäude bei einem Erdbeben stabil steht. Die Schäden durch die Vibrationen und Schwingungen im Erdboden bleiben im Idealfall gering. In der Baustatik sind die sogenannten Bemessungskriterien vor allem beim Hochbau, d. h. bei Hochhäusern, wichtig.
Die folgenden Kriterien unterstützen den Ingenieur für Baustatik bei seinen Berechnungen für Gebäude, bei denen eine Erdbebenbelastung wahrscheinlich ist:
- Wie bedeutend ist das Bauwerk?
- Ist das Gebäude gefährdet und wenn ja, wie stark?
- Reagiert das Gebäude auf Erschütterungen durch Erdbeben?
- Wie ist der Baugrund beschaffen?
Die DIN EN 1998–1/NA:2011–01 ist innerhalb Deutschlands eine Baunorm, die Erdbebenzonen festgelegt hat. Es ist eine Regelnorm, die sich mit Hochbauten in Gebieten beschäftigt, die durch Erdbeben gefährdet sind. Speziell die Abmessungen der tragenden Bauteile eines Hauses spielen hierbei eine große Rolle. Ebenso macht es einen Unterschied, ob ein Einfamilienhaus (EFH) gebaut wird oder zum Beispiel eine medizinische Einrichtung.
Wind – wie wirkt er auf die Statik ein?
Im Gegensatz zu einem Erdbeben ist der Wind bezogen auf die Höhe eines Hauses ein wichtiger Einflussfaktor. Ebenso wie gefallener Schnee gilt der Wind als eine Last, die klimatisch bedingt ist. Das bedeutet, die natürliche Einwirkung dieser Last auf ein Gebäude wandelt sich, sie ist nicht konstant. Normalerweise handelt es sich um eine Flächenlast, die senkrecht auf eine Fläche wirkt. Damit ähnelt die Windströmung in der Statik der Schneelast. Allerdings übt die Windlast einen anderen Druck aus. Der größte Unterschied liegt darin, dass die Strömungen hauptsächlich aus einem Unterdruck (Sog) und Überdruck (Winddruck) bestehen.
Was bedeuten der Winddruck und Sog für die Hausstatik? Die Front des Hauses, die für die Windströmung ein räumliches Hindernis darstellt, erlebt den Überdruck. An den Seitenflächen, den Dachflächen und der Rückseite des Hauses entstehen hingegen Sogwirkungen. Weil diese Werte stark schwanken, nutzen Tragwerksplaner die mathematische Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung für die statischen Berechnungen.
Fazit – natürliche baustatische Einflussfaktoren
Tragwerksplaner ermitteln die natürlich vorkommenden Lasten für die Tragfähigkeit und Standsicherheit des Hauses. Solche Lasten können statisch oder dynamisch sein. In jedem Fall spielen das Wetter und die Natur allgemein wichtige Rollen in der Tragwerksplanung. Windströmungen, Schneefall, Druck durch Eisschollen oder Erschütterungen durch Erdbeben sind bedeutende natürliche Einflüsse in der Baustatik.
Verfasst am 15. Juni 2019. Die obigen Informationen können veraltet/fehlerhaft sein und stellen keine Beratung dar. Fragen Sie uns für verbindliche Auskünfte hier an:
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