Statik allgemein

Definition von Statik

Um den Begriff Statik zu erklären, müssen wir weit zurückgehen, denn der Begriff ist abgeleitet vom griechischen Wort „Statikos“. Ins Deutsche übersetzt bedeutet dies „zum Stillstand bringen“.

Die Statik spielt nicht nur im Bauingenieurwesen eine wichtige Rolle. Statik ist auch in der Physik, den Ingenieurswissenschaften und der Elektrotechnik von großer Bedeutung. Des Weiteren wird auch von statischen Analysen einer Statik gesprochen, was für uns erstmal nicht wichtig ist, denn wir möchten uns im Folgenden in erster Linie um die Physik und das Bauingenieurswesen kümmern.  

Allgemein lässt sich Statik wie folgt definieren. Die Statik ist die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte auf starre Systeme, die sich in Ruhe befinden.

Bedeutung in der Physik und Ingenieurwissenschaft

In beiden Bereichen ist die Statik ein Teilgebiet der Mechanik, welche sich mit ruhenden Kräften beschäftigt oder anders ausgedrückt Kräfte, die in einem unbewegten System wirken. Im Gegensatz dazu werden die bewegten Kräfte in der Dynamik berechnet. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit Bauwerken sowie den technischen Konstruktionen. Bekannt ist hier unter anderem der Standsicherheitsnachweis, also ein rechnerischer Nachweis der Stabilität bei der Baustatik. Andere Bezeichnungen für den Standsicherheitsnachweis sind Standfestigkeit, Standfestigkeitsnachweis, Tragsicherheitsnachweis, Stabilitätsnachweis oder Tragfähigkeitsnachweis im Bauwesen.

Technischen Baubestimmungen – die Liste

Laut § 13 der Landesbauordnung heißt es, dass bauliche Anlagen sowohl im Ganzen als auch die einzelnen Bestandteile während der Errichtung und in ihrem Endzustand dauerhaft standsicher sein müssen. Dies ist anhand der verschiedenen technischen Baubestimmungen nachzuweisen.

Die folgende Liste der Technischen Baubestimmungen (LTB) enthält die verschiedenen Regelwerke wie zum Beispiel DIN-Normen, um Leben, Gesundheit und Klima zu schützen.

• DIN 1055 – Lastannahmen für Bauten

• DIN 1054, DIN 4123 bis 4126 – Regeln zum Grundbau

• DIN 1053 – Mauerwerk

• DIN 1045 – Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton

• DIN 18800 – Stahlbauten

• DIN 1052 – Holzbauwerke

• ETB-Richtlinie – Bauteile, die gegen Absturz sichern

• Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV)

• Technische Regeln zum Brandschutz

• Technische Regeln zum Wärmeschutz

• Technische Regeln zum Schallschutz

• Anwendungsregeln für Bauprodukte und Bausätze (Bauregellisten)

   

Die Liste zeigt nur einen Auszug, denn es gibt noch eine Vielzahl von weiteren technischen Baubestimmungen.

Anwendungen in verschiedenen Bereichen

Die vielen verschiedenen Bereichen findet die Statik ihre Anwendung. Wir haben unser Augenmerk dabei auf das Bauwesen gelegt. Die Statik wird in diesem Bereich unterschieden zwischen

Baustatik

Standsicherheitsnachweis

Statik bzw. Baustatik ist beim Hausbau die „Lehre von der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Tragwerken“

Für die Berechnungen kommen der Verformungs- und der Kräftezustand, der beim Bauen oder bestehenden Bauwerken vorherrscht, zum Tragen. Um die Berechnungen durchzuführen, werden verschiedene rechnerische sowie grafische Methoden angewandt, welche sowohl die äußeren Lasten als auch die Belastungen von Bauwerken bestimmen. Ziel ist es, ein Gleichgewicht zu ermitteln. Um dies zu erreichen, wird eine passive Kraft benötigt, die in entgegengesetzter Richtung wirken muss. Dies bedeutet, wenn die aktive Kraft angreift, muss die passive Kraft gegen wirken. Anders ausgedrückt bedeutet dies nichts anderes, als dass in der Statik die Tragwerke entsprechend konstruiert und die Bauteile bemessen werden müssen, damit die Tragwerke den verschiedenen Einwirkungen von Lasten standhalten können.

Gemäß der DIN 1055 werden die Einwirkungen auf ein Tragwerk als Verformungs- und Kraftgrößen bezeichnet. Die einwirkenden Kräfte sind direkte Einwirkungen. Im Gegensatz dazu ist die Rede von indirekten Einwirkungen, wenn es beim Setzen des Bauwerks zu Verformungen kommt. Zusätzlich wird zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen unterschieden. Das Eigengewicht des Bauwerks sowie der Anbauten zählt zu den ständigen Einwirkungen, während Schneelasten, Windlasten, Wasserdruck und Nutzlasten zu den veränderlichen gehören.

Newtonsche Gesetze in der Statik

Das Newtonsche Gesetz besagt, dass jeder Körper seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung so lange behält, bis er durch eine äußere Kraft gezwungen wird, seinen Bewegungszustand zu ändern. Dies bedeutet, dass ein Körper in Ruhe so lange in Ruhe bleibt, bis eine Kraft auf ihn einwirkt.

In der Statik bedeutet dies folgendes: Wirken auf einen Körper Kraft und Gegenkraft ein, herrscht immer ein Kräftegleichgewicht. Der Körper befindet sich in Ruhe und wird nicht beschleunigt.  Das folgende Beispiel soll dies verdeutlichen:

Steht ein Mensch auf dem Boden, wird er durch die Gravitationskraft zum Erdmittelpunkt gezogen. Dieser Kraft wird die Muskelkraft (Gegenkraft) entgehen. Wird die Muskulatur durch eine Betäubung entspannt, fällt der Mensch zu Boden.

Bei der Statik wird davon ausgegangen, dass jeder Körper ein starrer Körper ist. In Wirklichkeit ist allerdings auch das härteste Material nicht absolut starr.

Analyse von Strukturen

Die Tragwerksanalyse umfasst Spannungen, Verformungen und Verschiebungen. Im Rahmen der statischen Strukturanalyse werden Auswirkungen von konstanten und langsam veränderlichen Belastungen auf die Struktur untersucht.

Durch die Tragwerksanalyse werden die Auswirkungen von Lasten auf eine Struktur, ein Gebäude oder ein Objekt berechnet und bestimmt.

Praktische Anwendungen

Für Statiker ist somit die Tragwerksanalyse sehr wichtig, denn nur so können sie sicherstellen, dass die Lastpfade sowie die Auswirkungen der Lasten auf ihre Planung zusammenpassen. Konstrukteure und Ingenieure können mit der Strukturanalyse sicherstellen, dass Geräte oder eine Struktur unter den Belastungen sicher verwendet werden kann.

Eine Strukturanalyse wird im Rahmen einer Konstruktion durchgeführt, um so beim Bau die verwendeten Materialien, die Geometrie und die Struktur zu berücksichtigen.

Ein Statiker nutzt die statischen Berechnungsergebnisse für Balken, Platten, Kabel und Wände, um sicherzustellen, dass diese Elemente den Kräften wie zum Beispiel Windlasten, Eigengewicht und Nutzlasten standhalten und keine Probleme zu erwarten sind.  

Fazit zur Statik

Die Statik im Bauwesen ist sehr komplex, denn jedes Element spielt eine wichtige Rolle. Nur durch eine umfassende und gründliche Planung kann mit der Statik nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Nachhaltigkeit eines Gebäudes garantiert werden. Statiker werden auch Tragwerksplaner genannt.

Sowohl die Statik als auch die Bauphysik spielen bei der Planung und beim Bau eines Bauwerks eine wichtige Rolle. Die Statik befasst sich dabei in erster Linie mit der Tragfähigkeit und der Stabilität der Strukturen.