Statik

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Jeder, der sich mit dem Thema Hausbau oder Sicherheit bestehender Gebäude beschäftigt, stößt schnell auch auf den Begriff Statik. Aber was verbirgt sich genau dahinter? Was ist unter direkten und indirekten Einwirkungen zu verstehen? Diesen und weiteren Fragen gehen wir hier auf den Grund.

Statik – Eine erste Begriffserklärung

Der Begriff Statik leitet sich vom griechischen Wort Statikos ab, welches ins Deutsche übersetzt für „zum Stillstand bringen“ steht. Sowohl in der Physik, in den Ingenieurswissenschaften, dem Bauingenieurswesen und in der Elektrotechnik spielt die Statik eine grundlegende Rolle. Zugleich spricht man aber auch bei statistischen Analysen von einer Statik. Letztere möchten wir im Weiteren aber außen vor lassen und uns hauptsächlich der Physik und dem Bauingenieurswesen widmen.

Statik in der Physik

Die Statik ist sowohl ein Gebiet der

  • Mechanik,
  • Elektrostatik,
  • Magnetostatik,
  • Thermostatik,
  • Fluidstatik,
  • Hydrostatik und der
  • Aerostatik

Im Bereich der Mechanik beschäftigt sie sich beispielsweise mit Kräften, die in unbewegten Systemen wirken. In der Elektrostatik steht sie beispielsweise für zeitlich nicht veränderliche elektrische Felder sowie ruhende elektrische Ladungen.

Die Statik spielt eine grundlegende Rolle beim Hausbau. (Quelle: 123rf.com/kzenon)

Statik im Bauwesen

Hauptsächlich richten wir unser Augenmerk auf das Bauwesen. Hier unterscheidet man im Bereich der Statik noch einmal zwischen der

  • Baustatik und dem
  • Standsicherheitsnachweis

Beim Hausbau ist unter dem Begriff Statik/Baustatik die „Lehre von der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Tragwerken“ zu verstehen. Bei den Berechnungen wir der Verformungs- sowie der Kräftezustand, welcher in dem zu errichtenden oder bereits bestehenden Gebäude vorherrscht, ermittelt. Dazu werden mit diversen rechnerischen und graphischen Methoden die äußeren Lasten auf Verformungen, aber auch die Belastungen von Bauwerken bestimmt.

Dadurch soll ein Gleichgewicht ermittelt werden. Damit ein Gleichgewicht erreicht werden kann, ist eine zweite – in diesem Fall passive – Kraft notwendig. Diese muss in entgegengesetzter Richtung wirken. Greift die aktive Kraft an, sorgt die passive dafür, dass das Gleichgewicht trotzdem bestehen bleibt. Um dies zu erreichen, müssen in der Statik die Tragwerke entsprechend konstruiert und die jeweiligen Bauteile bemessen werden. Das Tragwerk muss dabei verschiedenen Einwirkungen respektive Lasten standhalten.

Entsprechend der DIN 1055 werden die Einwirkungen auf ein Tragwerk als Verformungs- und Kraftgrößen definiert. Auf das Tragwerk einwirkende Kräfte sind als direkte Einwirkungen zu bezeichnen. Kommt es beim Setzen des Bauwerkes zu Verformungen, so werden diese als indirekte Einwirkungen bezeichnet. Zugleich unterscheidet man zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen. Zu den ständigen Einwirkungen gehören das Eigengewicht des Bauwerks auch Anbauten. Als veränderliche Einwirkungen werden beispielsweise Schneelasten, Wasserdruck, Windlasten und Nutzlasten gezählt.

Baustatik

Bei der Bestimmung der Statik von (geplanten) Häusern wird meist auf statische Berechnungen zurückgegriffen. Als Grundlage dazu dienen Zeichnungen, aber auch die Baubeschreibung des beauftragten Architekten. Baustatiker sind für die Berechnung der Tragwerkskonstruktionen zuständig. Zu diesen Konstruktionen gehören unter anderem die Bodenplatte, die Decken und die tragenden Wände, genauso aber auch der Dachstuhl und weitere Trägerelemente.

Im Rahmen der Berechnungen werden beispielsweise Mindestwerte für die Querschnitte, aber auch für die Decken bestimmt. Die so gewonnenen Werte werden mit den Angaben des Architekten abgeglichen. Daraufhin fertigt der Baustatiker detaillierte Pläne für die jeweiligen Konstruktionen an. Im nächsten Schritt werden diese bemessen und die einzusetzenden Baustoffe festgelegt.

Standsicherheitsnachweis

Im Rahmen eines Standsicherheitsnachweises, der in Deutschland schon dem Antrag auf Erteilung einer Baugenehmigung beigefügt werden muss, werden die auftretenden Belastungen den vorhandenen Widerständen gegenübergestellt. Die auftretenden Einwirkungen, zu denen Belastungen und weitere äußere Kräfte gehören, sorgen für Spannungen und Schnittgrößen. Von den statistischen Streuungen bei den Kennwerten und von der Genauigkeit der Berechnungen ist der zu wählende Sicherheitsabstand abhängig.

Selbstverständlich müssen die Gebäude auch gebrauchstauglich sein, größere Verformungen oder weitere Schäden dürfen nicht auftreten. Kommen diese Mängel vor, beeinflussen sie nicht unbedingt die Standsicherheit des jeweiligen Traggliedes oder Tragwerkes, wirken sich aber auf das Aussehen aus und können den weiteren Ausbau deutlich erschweren.

Je nach Bauwerksgröße und -art können die Standsicherheitsnachweise von Ingenieuren oder aber von Bautechnikern geführt werden. Letztere müssen allerdings staatlich geprüft sein und können die Nachweise nur für Bauvorhaben mit geringerer Schwierigkeit erstellen. Kommt der Fachmann aufgrund der Berechnungen zu dem Ergebnis, dass die Standsicherheit nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist, so muss das geplante Bauwerk stärker dimensioniert werden. Dazu können beispielsweise die Verwendung eines festeren Baumaterials, eine größere Bewährung, stärkere Stützen und größere Aufstandsflächen beitragen.

Beim Bau eines Gebäudes muss die Statik stimmen. (Quelle: pexels.com)

Wissenswertes

Mancher von euch erinnert sich vielleicht noch an den Computer Pionier Konrad Zuse, der in den 1940er Jahren den weltweit ersten Computer Z3 entwickelte. Seine Motivation war es, mit Hilfe des Computers die statischen Berechnungen wesentlich zu vereinfachen, da er auf Formalisierungen setzte. Von jeher gehören also statistische Berechnungen zu den Grundaufgaben der Computertechnologie.

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