praktische Hinweise zur Entwicklung von Tragwerken

Lastabtragung im Schnitt

Die Bestimmung des Tragsystems im Schnitt ist meist eine zentrale Entwurfsentscheidung, die die Architekten und Ingenieure treffen müssen. Randbedingungen für diese Entscheidung sind beispielsweise die erforderliche Lichtraumhöhe, ein mögliches Lichtraumprofil, Belichtungsflächen, Einbauten, Installationen und noch zusätzlich, ob eine abhängende Decke verwendet wird oder nicht. Diese vorwiegenden geometrischen Randbedingungen begrenzen den Konstruktionsraum, demnach jene Bereiche, in denen die Tragelemente angeordnet werden können.

Der nächste Schritt ist das Festlegen der statischen Prinzipien und Richtungen, nach welchen die Lasten innerhalb der geometrischen Möglichkeiten des Konstruktionsraums abgeleitet werden können. Den Architekten und Ingenieuren stehen unendlich viele Lösungen zur Verfügung, jedoch sind die statischen Systeme im Wesentlichen durch vier Entwurfsentscheidungen gekennzeichnet:

• Art und Lage der Auflager
• Anzahl und Verknüpfungen von selbstständigen Trageinheiten
• Form der Trageinheiten
• Steifigkeit der Tragelemente

Bezugnehmend auf diese Feststellungen werden die Ingenieure errechnen, wie die einzelnen Tragelemente beansprucht werden und vor allem, welche Auflagekräfte entstehen.

Auflager

Wenn ein schlechter Baugrund gegeben ist, dann sind Tragsysteme ohne Horizontalschübe vorteilhaft, da anderenfalls Zugbänder erforderlich werden. Der Tragwerkabstand ist bei einem schlechten Baugrund zu vergrößern, damit die Anzahl von Einzelfundamenten verkleinert werden kann. Es wird nach der wirtschaftlichen Lösung gesucht. Einige wenige größere Fundamente können sich besser eignen als viele kleine Fundamente, besonders wenn diese in tiefliegende tragfähige Sichten gegründet werden müssen.

Hallenstützen sind bei Holzbinden oft wirtschaftlich, selbst wenn Stahlbetonteile verwendet worden sind, besonders wenn Sonderlasten aus Kranbahnen von den Stützen aufgenommen werden müssen. Stahlstützen aus Walz- oder Rohrprofile sind aufgrund ihrer schlanken Form vor allem bei Innenstützen vorteilhaft, jedoch sollte auf den notwendigen Brandschutz geachtet werden. Wenn es sich um Stützkonstruktionen aus Holz handelt, sind sowohl Rahmen- als auch Bogenkonstruktionen empfehlenswert. Bei Bogenkonstruktionen werden auch hochgezogene Fundamente als Wandscheiben verwendet.

Bauhöhe

Von besonderer Bedeutung bei der Wahl von Tragsystemen ist das bereits von Anfang an klar ist, welche Bauhöhe die verschiedenen Systeme erfordern. Die Architekten und Ingenieure halten sich in diesem Bereich an verschiedene Richtwerte.

Verknüpfung Haupttragsystem und Nebentragsystem

Die Verknüpfung von Haupttragsystemen zu Nebentragsystemen ist ebenfalls von Bedeutung. Statisch sinnvolle und dabei gleichzeitig gestalterisch schöne Holztragwerke werden in einer geschickten Kombination aus Haupttragsystem und Nebentragsystem miteinander verbunden. Besonders interessante Lösungen können sich ergeben, wenn man von einer parallelen Anordnung der Haupttragsysteme abgeht und diagonale oder radiale Anordnungen findet.

Prinzipiell sind die Haupttragsysteme geometrisch von den Spannweiten und dem Lichtraum bestimmt, im Vergleich zu den Nebentragwerksystemen. Deshalb ermöglichen Nebentragwerksysteme oftmals viel größere Freiheiten bei der Wahl von geometrisch interessanten Strukturen. Ein Beispiel für ein geschickt gewähltes Nebentragsystem wäre eine unebene Dachlandschaft, die jedoch dennoch die Stabilisierungsaufgaben erfüllen und dabei gleichzeitig eine lebendige Innenraumstruktur erzeugen muss.

Kopfbänder und Abstrebungen

Bei den Kopfbändern und Abstrebungen handelt es sich um ein sehr wichtiges statisches Element im Holzbau, welches viele geometrische Möglichkeiten bietet. Wenn man diese Elemente räumlich anordnet, kommt es zu pilzförmigen Strukturen. Der Holzbau wird statisch und gestalterisch in Diagonalen angeordnet. Das auf rechten Winkeln aufgebaute Skelettsystem (orthogonale Anordnungen) wird im Grunde nicht beim Holzbau verwendet.

Aussteifungen und Stabilisierung

Das Skelettsystem ist wie ein Kartenhaus und muss entsprechend ausgesteift werden. Diese Tatsache ist den Architekten bewusst, weshalb bereits in das Skelettsystem gestalterische Elemente miteinbezogen werden. Die erforderliche Knicksicherheit und die Kippsicherheit der Tragwerke erfordert Aussteifungsverbände, damit das Bauwerk die Windbelastungen gut erträgt. Meist werden die Aussteifungsverbände in Dachebenen und als Fachwerke aus Kanthölzern oder Flachstählen parallel zu den Tragsystemen gebildet.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Windscheiben. Der Dachaufbau und Wandaufbau besteht bei Holzbauwerken meist aus gekreuzten und vernagelten Brettlagen, Schubsteifen Sperrholzplatten oder Trapezblechprofilen. Diese werden nicht nur zum Raumabschluss, sondern auch zur Steifung des Tragsystems und zur Abtragung der Windlasten bis in die Fundamente verwendet.

Bei Holzbauwerken können gestalterisch störende Verbände aus Stahl oder Holz durch Dach- und Wandscheiben ersetzt werden. Wenn auch die Wandscheiben oder Windböcke hinderlich sind, können eingespannte Stützen die Windkräfte von der Traufhöhe in die Fundamente bzw. in den Baugrund ableiten. Eine wirtschaftliche Lösung in diesem Fall können Stahlstützen oder Stahlbetonstützen sein.

statische Formgebung

Der Tragwerkstyp wird vom zur Verfügung stehenden Konstruktionsraum bestimmt. Wenn die Konstruktionshöhen niedrig sind, kommen nur vollständige Biegesysteme in Betracht, während bei größeren Bauhöhen ausgelöste Systeme verwendet werden können, bei denen die Lastabtragung durch Druck- und Zugkräfte erfolgen kann. Es ist die Aufgabe der Statiker und Architekten eine Lösung zu finden, die einen möglichst geringen Materialbedarf und ein günstiges Verformungsverhalten ergibt.

Eine Materialeinsparung ist durch die geschickte Anordnung der Materialien (Bauhöhe) und durch die Anpassung der Steifigkeiten an die Beanspruchung möglich.

Bei der praktischen Umsetzung von Tragwerken aus Holz beschäftigt sich der Architekt und Ingenieur zunächst mit der Lastabtragungsrichtung vom Grundriss des Bauwerks. Der Grundriss ist jedoch von den Bodenqualitäten und den Gründungsmöglichkeiten abhängig. Demnach kann man zwischen unverzweigten Systemen wie beispielsweise Trägern auf zwei Stützen und verzweigten Systemen unterscheiden.

Überlagerung von Tragsystemen

Zur Unterstützung von Biegeträgern werden Unterspannungen, Überspannungen oder Abstrebungen angeordnet, die zu statisch unbestimmten Systemen werden, welche in der Regel sehr geringe Verformungen aufweisen.

Innenraumwirkung

Holzkonstruktionen werden meist sichtbar gelassen, damit der Innenraum durch das Holz belebt wird. Deswegen sollte schon zuvor bestimmt worden sein, ob bzw. wie weit ein sichtbar gelassenes Tragelement erforderlich oder erträglich ist. Im Innenbereich können diese räumlichen Tragwerke diese Entscheidung wesentlich beeinflussen. Die sichtbare Tragkonstruktion ist besonders an die Durchgestaltung der Stahlteile und der Anordnung der Verbindungsmittel gebunden.

Wir empfehlen, Ihre Wünsche beim Hausbau mit den Architekten vor Ort und spezifisch für Konstruktionen mit den Statikern vor Ort zu besprechen. Zu beachten ist jedoch, dass in Österreich die Bauverordnungen in die Landesgesetzgebung fallen, sodass die Vorschriften von Bundesland zu Bundesland bzw. auch von Bezirk zu Bezirk unterschiedlich sein können.

Weitere Informationen über die Preise für die Leistungen von Architekten erhalten Sie in unserem Baukostenrechner.

Ihr Baucheck-Team