Natürliche Einflüsse auf die Statik

Natürliche Faktoren beeinträchtigen 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?

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 – was Regen, Schnee und Wind für die Statik bedeuten!

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

Hin­weis: Regen kann bei ein­drin­gen­der Feuch­tig­keit die Bau­sub­stanz beschä­di­gen und somit die Sta­tik indi­rekt beein­träch­ti­gen.

Schnee und Eis – was kalte Witterungen für die Statik der Häuser bedeuten

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 z. B. 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 (z. B. 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 cm 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 und Windlast – Standsicherheit in der Tragwerksplanung gewährleisten

Eben­so wie der gefal­le­ne 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. Daher gel­ten für Trag­werks­pla­ner 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 gebaut wird oder z. B. eine medi­zi­ni­sche Ein­rich­tung.

Im Gegen­satz zu einem Erd­be­ben ist der Wind bezo­gen auf die Höhe eines Hau­ses ein wich­ti­ger Ein­fluss­fak­tor. Wie wirkt sich der Wind auf das Eigen­heim aus? 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.

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