Die Standsicherheit eines Gebäudes ist eine der wesentlichsten Eigenschaften, die vollständig und dauerhaft erfüllt sein muss. Architektonische Details, ausgefeilte Haustechnik oder teuere Innenraumgestaltungen nützen nichts, wenn das Gebäude nicht stehen bleibt oder sich so verformt, dass eine Nutzung unmöglich wird. Nicht nur der schiefe Turm von Pisa, auch die vielen eingestürzten Gebäude der Vergangenheit sind eindrucksvolle Hinweise, wie wesentlich die Arbeit des Tragwerksplaners für das Gelingen eines Bauvorhabens ist.
Landläufig wird die Tragwerksplanung mit Statik gleichgesetzt und vermutet, dass ein Tragwerksplaner sich zumeist mit endlosen Berechnungen und komplizierten Formeln abmüht. Die modernen Computer und andere Hilfsmittel haben das Berufsbild deutlich verändert und daher ist auch der Begriff „Tragwerksplaner“ weitaus zutreffender als die Bezeichnung „Statiker“, da jener Begriff nur die statische Berechnung, nicht aber die technische Ausgestaltung, die Planung des Tragwerks umfasst. Der Begriff „Planung“ ist auch in der Hinsicht wesentlich, als dass ohne die Zusammenarbeit zwischen Tragwerksplaner und Architekt/Fachplanern keine optimale Bauwerkslösung gefunden werden kann. Tragwerksplanung bedeutet aber auch, optimale Lösungen hinsichtlich Optik, Wirtschaftlichkeit und Dauerhaftigkeit zu entwickeln. Es ist klar, dass viele standsichere und umsetzbare Lösungen entwickelt werden, nicht aber alle sind wirtschaftlich und optimiert.
Diese Lösungen zu entwicklen ist unsere Stärke. Durch unser breit angelegtes Leistungsspektrum sind wir in den Planungsanforderungen von Architektur, Bauphysik und Haustechnik bestens bewandert, jedoch auch mit den Kosten und den Anforderungen baupraktischen Lösungen gut vertraut.
Tragwerksplanung Allgemein
Tragwerksplanung im Holzbau
Holz ist ein besonderer Baustoff. Er besticht durch seine Optik, seinen Geruch, seine Vielfältigkeit. Es gibt Holzbauten, die bereits über 1000 Jahre existieren. Auch in Deutschland sind viele Fachwerkhäuser (die im wesentlichen aus Holztragwerken bestehen) und Kirchen (Dachstühle) aus dem 12. Jahrhundert bekannt. Daher ist die Wiederentdeckung des Holzbaus nach dem Betonbauboom sicherlich begründet. Doch Holzbau ist heute etwas anderes als vor Jahrhunderten. Letztlich bestimmen nicht die Balkenquerschnitte, sondern die Verbindungsmittel, die meist keiner sieht, die Konstruktionen. Besonders bei Witterungseinflüssen, Brandbeanspruchungen, Wärmebrücken sind diese Verbindungen besonders gut zu planen und zu beachten.
Heute verfügt man über viele Möglichkeiten Holzbauten und Holzkonstruktionen zu erstellen:
• Balken-Sparrenkonstruktionen
Dies sind die bekannten Bauarten für Dach und Holzdecken. Doch auch hier sind mit Zeltdachkonstruktionen statisch hoch anspruchsvolle, optisch interessante Konstruktionen möglich.
• Rahmenbauweise
Hier werden kleine Holzquerschnitte zu Rahmen verbunden (meist über Nageplatten), die dann gesamt mit einer Holzverschalung als Wand und Deckenelemente eingesetzt werden. Meist bei Holzhäusern im Einsatz.
• Nagelbinder
Meist weitspannende Tragwerke aus relativ kleinen Holzquerschnitten, die über Nagelplatten zu stabilen Konstruktionen verbunden werden, Häufig bei Hallen, Märkten, landw. Gebäuden usw. im Einsatz
• Dickholzkonstruktionen
Hier werden Bretterlagen miteinander verleimt oder verdübelt (oder eben beides) und zu Wand- und Deckenelementen verbunden. Aussparungen, Leitungen lassen sich schon in der Produktion vorsehen. Hier sind große Wandhöhen in sichtbarem Holz möglich, große statische Belastbarkeit ist auch gegeben.
• Funierschichtholz
Funierschichtholz (z.B. Kerto) ist hoch belastbar, vielseitig verwendbar für Rahmen als auch für Flächentragwerke. Beispielsweise sind so Rippenplatten für sichtbare Dachtragwerke, Obergurte für Stahlunterspannte Träger sehr wirtschaftlich und optisch ansprechend ausführbar.
• Seilunterspannte Konstruktionen
Diese meist weitgespannten Konstruktionen sind optisch hervorgehoben. Sie sind statisch meist sehr aufwendig. Es lassen sich aber selbst brandbeanspruchte Konstruktionen in dieser Art ausführen.
• Holz-Stahlbeton-Verbundkonstruktionen
Diese etwas untypische Konstruktion hat ihren Einsatzbereich dort, wo eine vorhandene Balkendecke erhalten und statisch ertüchtigt werden muss. Dadurch wird die statische Last teils um das 4-fache erhöht, die Lastabtragung ist als Scheibe möglich (Aussteifung) und der Schallschutz des Gebäudes wird verbessert.
Darüber hinaus lassen sich diese Konstruktionen vielfach kombinieren und so neue, andere Konstruktionen ermöglichen.
Tragwerksplanung im Massivbau
(Massivbau mit Mauerwerk- Stahlbeton- Stahl)
Die Tragwerksplanung für Bauwerke aus Beton, Stahlbeton, Mauerwerk und Holz dominiert die alltägliche Arbeit. Die Konstruktionen sind konventionell und erscheinen bekannt. Doch hinsichtlich der Planungsaufgaben sind hier viele Probleme möglich:
Tiefgaragen sind hinsichtlich der Belastung mit Tausalz, der Entwässerung, der meist versetzt darüber liegenden Gebäude kritische Konstruktionen. Auch die Gründung, die Platzvorgaben der Planung sind hier zu beachten. Auch die Problematik der Baugrubensicherung als auch der Einflüsse auf die Nachbargebäude ist nicht unwesentlich.
Decken biegen sich durch. Dies kann zu Rissen der darüber liegenden Wände, zu abhebenden Ecken der Decken mit Rissen in der Fassade führen. Auch sind Besonderheiten wie Einzellasten, Öffnungen in Tragwänden, enorme Mengen an Elektroinstallationen (man sollte nicht glauben, was die Elektroplaner inzwischen an Leitungen vorsehen) zu bedenken. Kühldecken, Heizdecken sind hier moderne Konstruktionen mit wieder ganz anderen Problemen.
Zudem sind Decken als Ortbeton, Halbfertigteile, Vollfertigteile (z.B. VMM-Decken mit über 9m Stützweite bei hoher Tragfähigkeit) möglich. Man kann aber auch Stahltrapezbleche als tragende Bewehrung verwenden. Verbunden mit Stahlverbundträgern oder als Fertigteilrippenplatten (Trog-Pi-platten usw.) ergeben sich viel Möglichkeiten der Konstruktion.
Unterschätzt werden meist die Dachkonstruktionen und hier speziell die Ringanker. Ohne Verankerung führen die Schwindverformungen zu großen Rissen. Anderseits sind diese Konstruktionen mit auszusteifen. Etliche Probleme machen hier Materialunterschiede wie Beton zu Ziegelmauerwerk.
Die Palette der Leistungen und Bauteile/Bauverfahren ist extrem groß und daher vielfältig.
Mauerwerk
Optimierung von Wandstärken, Mauerwerkspressung, Einflüsse von Schwinden-Kriechen in Verbindung mit anderen Baustoffen, Schallschutz, Wärmeschutz. die Verträglichkeit unterschiedlicher Mauerwerksarten mit Stahlbeton ist hier zu beachten.
Decken
Deckenkonstruktionen von Ortbeton bis Stahlverbund, von Beton zu Gasbeton und Stahltrapezblechdecken, schlaff bewehrte bis mehrachsig vorgespannt, Decken als einfache Tragsysteme oder mit Wänden, Stützen, Unterzügen zu komplexen Faltwerken kombiniert, die unglaubliche Konstruktionen zulassen.
Einzeltragglieder
Stützen, Unterzüge, Rahmen in allen Kombinationen und Baustoffen sind möglich und erforderlich. Erfordernisse des Brandschutzes (Heiß-Bemessung), als auch Ausdehnungen, Fugen, Bauzustände sind hier zu beachten.
Nachgründungen
Häufig müssen Gründungen nahe an bestehende Gebäude erstellt werden, Unterfangungen gemacht werden oder gar Bestandsfundamente verstärkt werden. Dies kann man mit Gewi-Pfählen, Injektionen, Compaction Grouting ... durchführen. Je nach Boden sind andere Verfahren möglich und wirtschaftlich. In jedem Fall lohnt eine sachgerechte Analyse. Teils sind die Verfahren sogar geeignet, vorhandene Senkungen durch Hebung auszugleichen.
Abdichtungen
Viele Mängel an Gebäuden sind mit Abdichtungsmängeln verbunden. Meist ist dies nicht eine Frage des investierten Geldes sondern mehr eine Kompetenzfrage. Es gibt viele Systeme, ein Gebäude abzudichten und jedes hat Probleme und auch Vorteile, die es abzuwägen gilt. Zudem sind je nach Bauwerk und Gründung spezielle Rahmenbedingungen zu klären. Auch sollte man bedenken, dass jede Abdichtung von Menschen eingebaut wird, die wiederum Fehler machen. Daher ist die Frage der Sanierbarkeit von Abdichtungen nicht zu unterschätzen.
Optimierungsmöglichkeiten für die Planung:
Tragwerksplanung im Denkmalschutz
Tragwerksplanung im Bereich denkmalgeschützer Objekte oder bei Bestandsgebäuden ist von wesentlicher Bedeutung für den Erfolg und die Kosten der Sanierung.
Probleme liegen meist wie folgt vor:
Bauteil erfolgen
Materialien
Man kann so sanieren, dass die alte Konstruktion nur noch Staffage ist, weil sie letztlich nur noch optisch, nicht mehr als Tragwerk vorhanden ist ob der vielen neuen Stahl-Beton-Holz-Ergänzungen. Anderseits kann ein zu wenig an Eingriff dazu führen, dass massive Probleme später auftreten und die Sanierung zum Sanierungsfall wird. Daher besteht die Tendenz hin zu Maßnahmen, die höchste Sicherheit für den Planer darstellen. Auch ist es vielfach aus Kostengründen (Eigenkosten der Planer) billiger, ein Lösungs-Detail für viele Punkte zu entwickeln und alles gleich abzusichern, statt mehrere Lösungen anzugehen.
Unsere Pluspunkte als Planer für den Bauherrn sind hier:
Leistungen
Die Erhaltung oder Wiederherstellung der Standsicherheit ist bei alten Gebäuden von fundamentaler Bedeutung. Dies ist auf vielen Wegen möglich, doch meist bedeutet dies massive Eingriffe in den Bestand, Verlust des alten Charakters des Objekts (Quasi-Neubau mit Altbau als Staffage).
Unser Ziel ist es, diese Eingriffe so sinnvoll und wirtschaftlich durchzuführen, dass das Objekt und das ursprüngliche System ihren Charakter erhalten. Es gibt aber auch für jede Erhaltungsmaßnahmen wirtschaftliche Grenzen, die dazu führen, das machbare dem wünschenswerten vorzuziehen. Doch das ist nur mit viel Sachkunde und guter Voruntersuchung des Objekts möglich. Daher ist eine stufenweise Vorgehensweise erforderlich:
Begutachtung - Beratung
Ermittlung Baudaten, Querschnitte, Systeme, Schädigungen, Aufmaß derKonstruktion => dies erfolgt häufig in Zusammenarbeit mit Restauratoren und anderen Fachplanern, da meist besondere Untersuchungen vom Denkmalamt gefordert werden
Sanierungskonzept
Vorschläge für die Sanierung, meist mehrere Varianten mit Kostenbewertung und Konsequenzen (Nutzungseinschränkung, notwendige Eingriffe, Risiken)
Sanierungsplanung
Durcharbeitung des Sanierungskonzepts zu einer baustellentauglichen Planung inkl. Details, auch mit Ausschreibung und Vergabe der Leistungen
Überwachung - Abwicklung der Sanierung
Bauüberwachung und Abwicklung der Baumaßnahme inkl. Aufmaße, Rechnungsprüfung, Termine mit Denkmalbehörden
Gründung
Die Gründung eines Gebäudes ist von fundamentaler Bedeutung. Setzungsrisse, Schiefstellungen und Wasser im Keller sind nur einige der Folgen von Fehlern hier. Zudem sind Gründungen kostspielig und daher wirtschaftliche Lösungen von großer Bedeutung.
Flachgründung
Flachgründung mit Stahlfaserbeton, statische Zulagen => wasserdicht und dennoch sehr kostengünstig
Streifenfundamente unbewehrt sind häufig viel günstiger, als elatisch berechnete, hoch bewehrte Bodenplatten. Jedoch ist hier immer zu prüfen, ob die Verformungen, die Abdichtung usw. dazu passen.
Pfahlgründungen flächig
Man kann hochtragende Einzelpfähle planen, die aber durch die weittragenden Konstruktionen auch entsprechende Kosten verursachen. Kostengünstiger ist die Verwendung von kleineren, meist sehr günstig einbaubaren Pfählen wie Betonrüttelsäulen, Betonschotterstopfsäulen, duktilen Gußpfählen, Fertigteilpfählen usw. Diese sind je nach Baugrund teils mit 500m Pfahlfertigungslänge und bis zu 800 KN und mehr belastbar!
Einzelgründungen
Eine Tiefgarage wurde erweitert und aufgestockt. Die vorhandenen Fundamente maßen ca. 4x4m^2 bei 1,3m Fundamentstärke. Darunter waren 4 große Bohrpfähle mit aufwendiger Einbindung in das Fundament vorhanden. Das von uns ausgeführte neue Fundament daneben konnte die selbe Traglast aufnehmen, maß aber nur 1x1m^2, war nur 80cm hoch.
Nachgründungen
Häufig müssen Gründungen nahe an bestehende Gebäude erstellt werden, Unterfangungen gemacht werden oder gar Bestandsfundamente verstärkt werden. Dies kann man mit Gewi-Pfählen, Injektionen, Compaction Grouting ... durchführen. Je nach Boden sind andere Verfahren möglich und wirtschaftlich. In jedem Fall lohnt eine sachgerechte Analyse. Teils sind die Verfahren sogar geeignet, vorhandene Senkungen durch Hebung auszugleichen.
Abdichtungen
Viele Mängel an Gebäuden sind mit Abdichtungsmängeln verbunden. Meist ist dies nicht eine Frage des investierten Geldes sondern mehr eine Kompetenzfrage. Es gibt viele Systeme, ein Gebäude abzudichten und jedes hat Probleme und auch Vorteile, die es abzuwägen gilt. Zudem sind je nach Bauwerk und Gründung spezielle Rahmenbedingungen zu klären. Auch sollte man bedenken, dass jede Abdichtung von Menschen eingebaut wird, die wiederum Fehler machen. Daher ist die Frage der Sanierbarkeit von Abdichtungen nicht zu unterschätzen.
Hinsichtlich der Baukosten ist das Kostenpotential in der Gründung hoch. Je komplizierter der Baugrund, desto mehr lässt sich bei Optimierung einsparen. Hier fallen besonders zu hohe Lastansätze im aufgehenden Bauteil ins Gewicht. Oder auch die ungleichmäßige Auslastung der Pfähle und Bodenpressung usw. wirkt sich kostentreibend aus.
Auch ist das Schadenspotential der Gründung und Abdichtung erheblich. Sollte hier ein Fehler vorliegen, wird die Sanierung meist teuer.
Interessant ist auch der Aspekt der Fundamentverstärkung. Dies ist dann erforderlich, wenn bestehende Gebäude aufgestockt werden müssen bzw. Schäden am Bestand behoben werden müssen. Hier gibt es ein großes Potential an Maßnahmen, die aber jeweils auch Risiken beinhalten.
Optimierungsmöglichkeiten für die Planung
Optimierungsmöglichkeiten für Bauwerke aller Art sind aus statischer Sicht vielfältig möglich. Die Ansatzpunkte lassen sich unter folgende Punkte fassen:
Völlig gegen diese Grundsätze geht die leider vielfach vorzufindende Arbeitsweise, dass man zuerst einen Planer einschaltet, der irgendwelche Grundrisse und Bauwerke plant. Dann werden die ersten Einheiten verkauft und vertraglich gebunden. Dann erst schaltet man die Fachplaner ein. Dann ist bereits nur noch Schadensbegrenzung möglich. Es gehört aber auch etwas Stehvermögen seitens des Statikers dazu, dem Architekten klar zu machen, dass sein so künstlerischer Entwurf nichts taugt und statisch völlig daneben ist. Nicht jeder Planer hat diese Kritikfähigkeit und die wenigsten Statiker dieses Auftreten.
Da viele Statiker im Anhang des Architekten sind, d.h. der Architekt ihr eigentlicher Auftragsbeschaffer ist, hüten sie sich, irgend etwas kritisches zu äußern. Im blinden Vertrauen auf den Architekten wird dann der Statiker nach Gusto des Architekten eingeschaltet und die teils völlig verkorkste Planung wird ohne Rücksicht auf Kosten durchgesetzt.
Aus meiner Praxis sind mir viele derartiger Projekte bekannt. Es gelang mir nicht nur einmal, ein Vielfaches meines Honorars durch Umplanung und Optimierung einzusparen. Nach meinem Dafürhalten sind bei den meisten Objekten und Projekten durch Optimierung in der Statik etwa 10% einzusparen. Sofern teure Gründungsverfahren gegeben sind, kann das auch höher sein.
Doch, auch das muss erwähnt werden, wer hat Interesse an einer Kostenreduktion? Der Architekt verdient gut an der Koppelung der Honorare an den Baukosten, der Statiker hängt häufig auch an diesen Baukosten. Kritik würde ihn um seine einträglichen Geschäftsbeziehungen zum Architekten bringen. Die zuständigen Beamten und Angestellten in den Bauämtern haben von der Kosteneinsparung auch keinen besonderen Bonus. Der private Bauherr würde davon profitieren, jedoch weiß er davon nichts und, wenn man ihm diese Optionen eröffnen würde, fehlt ihm die Kompetenz diese Einsparungen wirklich zu bewerten. Er kann häufig nicht abschätzen, ob eine billigere Konstruktion gleichwertig ist. Genau diese Koppelung ist der Grund, warum häufig bei Generalunternehmern Kosten eingespart werden können, da dort die Vorteile einer Optimierung wirklich realisiert werden.
Nachweis des baulichen Brandschutzes
Unsere Leistungen
Baulicher Brandschutz ist der Nachweis von Bauteilen hinsichtlicheiner vorgegebenen Brandwiderstandsdauer. In der Regel sind die 30, 60, 90 oder 120 Minuten. Baulicher Brandschutz weist nach, dass die untersuchten Konstruktionen für diese vorgegebenen Zeit ausreichend standsicher sind im Brandfall.
Diese Nachweise sind nach unterschiedlichen Methoden zu führen:
Nachweis bei Bauwerken über Dimensionierung
Hier wird über Betondeckung, Bauteildicken, Wandstärken anhand von Tabellen nachgewiesen, dass die Standsicherheit gegeben ist. Teils sind hier Auslastungen der Tragfähigkeit mit zu berücksichtigen.
Nachweis über "heiße Bemessung"
Diese in jüngerer Zeit konzipierten Bemessungen betrachten das im Brand erwärmte Bauteil und weisen über Teilsicherheiten usw. die Standsicherheit nach.
Abbrandformel
Diese Abbrandformel ist eine spezielle Form der "heißen Bemessung" für den Holzbau. Es lassen sich hier elegant die Holzspannungen des durch Brand reduzierten und erwärmten Querschnitts nachweisen.
Brandschutz durch Verkleidungen - Beschichtungen
Dies kommt meist dann in Frage, wenn es sich um Stahlbauteile oder andere Konstruktionen handelt, wo eine Verkleidung mit Promat, Gipskarton oder Putz die bessere Alternative zu den obigen Nachweisen darstellt. Auch für eine nachträgliche Erhöhung der Brandwiderstandsdauer sind diese Maßnahmen angeraten. Vielfach haben sich auch Brandschutzanstriche auf Holz oder Stahl bewährt.
