1. Die Rolle des Statikers bei der Gebäudeplanung

1.1 Statiker und Tragwerksplaner

Die Benennungen Statiker und Tragwerksplaner werden häufig als Synonym benutzt. Die offizielle Bezeichnung des Berufs lautet Tragwerksplaner, umgangssprachlich wird jedoch die Bezeichnung Statiker verwendet. Höchstwahrscheinlich liegt der Grund dafür darin, dass die Hauptaufgabe des Tragwerksplaners beim Hausbau darin besteht, statistische Berechnungen (umgangssprachlich Statiken) durchzuführen. Hingegen reicht Tragwerksplanung über die reine Erstellung einer Statik hinaus.

1.2 Die Rolle des Statikers beim Hausbau

Die Mitwirkung des Statikers bzw. Tragwerksplaners beginnt in der Phase der Genehmigungsplanung, wenn es darum geht, einen Einreichplan samt aller dazugehörigen Unterlagen zu erstellen. Die Aufgabe des Statikers besteht darin, die Statik des vom Architekten entworfenen und gezeichneten architektonischen Objekts zu berechnen. Die dazu erforderlichen Architekturpläne werden meistens vom Architekten selbst bereitgestellt, der sich auch mit dem Statiker über alle wichtigen Punkte bespricht. In seltenen Fällen wird diese Kommunikation vom Bauherrn geleitet. Die Rolle des Statikers ist von entscheidender Bedeutung, da er sicherstellen muss, dass das Bauwerk nicht nur auf dem Papier, sondern auch in der Realität funktioniert. Durch statische Berechnungen werden Standfestigkeit und Langlebigkeit des Gebäudes sichergestellt, damit es wind- und erdbebensicher ist und den vorgesehenen Lasten standhält. Ohne statische Berechnungen bestünde große Gefahr, dass sich das Bauwerk setzen, oder sogar einstürzen würde. Die Rolle des Statikers beim Hausbau beschränkt sich aber nicht nur auf die Grundlagenermittlung über den Konstruktionsentwurf – er wirkt auch bei der Ausführungsplanung mit und überwacht die Herstellung des Bauwerks.

1.3 Statik und Baustatik

Die Statik befasst sich mit dem Gleichgewicht der auf einen ruhenden Körper einwirkenden Kräfte. Die inneren und äußeren Kräfte, die auf ein Bauwerk einwirken, bezeichnet man als Lasten. Die Baustatik ermittelt aus den statischen und dynamischen Belastungen eines Bauwerkes Spannungen (Druck-, Zug-, Scherspannungen) und Formänderungen von Bauteilen und die zur Erreichung des Gleichgewichtes notwendigen Bedingungen (allerdings wird auch die Baustatik oft einfach nur als Statik bezeichnet).

1.4 Architektur wird durch Baustatik beeinflusst

Architektur und Baustatik sind fast untrennbar miteinander verbunden, denn die Baustatik befasst sich mit dem Tragwerk, das ein wesentlicher Bestandteil jedes Gebäudes ist. Deshalb arbeiten Architekt und Baustatiker während der Gebäudeplanung eng zusammen, treffen sich und suchen gemeinsam nach Lösungen. Da die Architektur von der (Bau-)Statik beeinflusst wird, müssen sich beide Fachleute laufend dazu beraten, ob bestimmte Lösungen gut sind oder nicht. Die Baustatik ist eine kreative Wissenschaft, die hilft, Architekturpläne zu verwirklichen, indem sie raffiniert nach neuen Vorschlägen sucht.

1.5 Ist eine statische Berechnung verpflichtend?

Die Statik bzw. statische Berechnung gehört neben Bauplänen, schriftlichen Baubeschreibungen, Nachweisen des Grundeigentums, dem Energieausweis und anderen Bestandteilen des Einreichplans zu den Unterlagen, die für das behördliche Bauverfahren zwingend erforderlich. Ohne Angaben zur Statik gilt der Einreichplan als unvollständig und muss innerhalb einer behördlich festgesetzten Frist ergänzt werden, anderenfalls wird das Bauansuchen abgelehnt.

1.6 Statische Prüfung beim Hausbau

Die Baubehörde ist berechtigt, die Übereinstimmung der Ausführung des Bauobjektes mit der Baubewilligung durch besondere Überprüfungen zu überwachen. Zu einer solchen Überprüfung gehören die Feststellung oder Nachprüfung der Höhenlage, der Beschau des Untergrundes für alle Tragkonstruktionen, die Rohbaubeschau nach Herstellung der Dacheindeckung und andere Prüfungen. Diese Aufgaben werden von einem Prüfingenieur durchgeführt, der ebenfalls ein Statiker ist. Dieser Prüfstatiker hat die Aufgabe, die eingereichten statischen Berechnungen zu prüfen (Prüfung der statisch-konstruktiven Unterlagen auf Vollständigkeit und Richtigkeit sowie auf die Einhaltung der Regeln der Technik) – er kontrolliert also die Arbeit des an der Planung beteiligten Statikers. Die Prüfung kann sowohl vor Baubeginn als auch bei schon bestehenden intakten oder beschädigten Gebäuden erfolgen.

2. Welche Angaben benötigt der Statiker?

2.1 Standort des Gebäudes

Damit der Statiker mit seiner Arbeit beginnen kann, muss er sich zuerst mit dem Standort des Gebäudes vertraut machen. Die große Bedeutung des Standorts ergibt sich aus den meteorologischen Bedingungen. Unter den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke ist vor allem die Schneelast (auch Schneedruck genannt) wichtig. Das Schneeklima wird durch eine Karte der Schneelastzonen dargestellt, welche die Schneeintensität für verschiedene geografische Regionen angibt. Der Statiker braucht jedoch nicht die genauen Standortangaben (Straße und Hausnummer) – es reicht aus, zu wissen, in welcher Ortschaft sich das Haus befindet. Anhand dieser Angabe kann er aus den entsprechenden Karten und Datenbanken die anzusetzenden charakteristischen Werte zur Erdbebengefahr und Schneelast bestimmen, die er für die statische Berechnung des Bauwerks benötigt. Naturgemäß ist die Schneelast (sie wird in kN/m² gemessen) an Standorten im Gebirge am höchsten.

2.2 Tragfähigkeit des Untergrunds

Da der Statiker berechnen muss, ob sich die Fundamente des Hauses setzen werden (falls er zu dieser Schlussfolgerung kommt, müssen die Pläne überarbeitet werden), sind Angaben zur Bodenbeschaffenheit besonders wichtig. Die Tragfähigkeit des Untergrunds hängt nämlich von den spezifischen Bodenverhältnissen ab. Wenn diese sehr ungünstig sind, mindern sie die Tragfähigkeit des Untergrunds so weit, dass an dem Standort kein sehr hohes Gebäude errichtet werden darf. Die Bodenmechanik wird durch das Bodengutachten ermittelt, in dem die Bodenklassen und andere wichtige Informationen angegeben werden.

2.3 Bauplan

Das Wichtigste, was ein Statiker braucht, ist natürlich der Bauplan, also der architektonische Plan des Bauwerks. Für statische Berechnungen sind die im Einreichplan enthaltenen Angaben ausreichend, da sie bereits die Angaben zum Bausystem sowie zu Baustoffen und den voraussichtlichen Abmessungen der einzelnen Bauteile enthalten. Auf Basis dieser architektonischen Pläne berechnet der Statiker das Haus vom Dach bis zu den Fundamenten.

2.4 Besonderheiten des Bauwerks

Falls das geplante Bauwerk Besonderheiten enthält, die nicht umgangen oder verändert werden können, muss der Statiker darüber in Kenntnis gesetzt werden. Viele moderne Gebäudeentwürfe weisen spezifische Eigenschaften auf, deren Wegfall die architektonische Idee zerstören würde. Wenn der Architekt etwa ein Konsolen-Vordach oder einen auskragenden Balkon in seinem Plan vorgesehen hat, darf der Statiker diese Gebäudeteile nicht ohne Weiteres optimieren, indem er eine stützende Säule darunter setzt. Das wäre zwar bei weitem die einfachste Lösung, würde aber das architektonische Bild des Gebäudes ruinieren und das Ganze verändern. In solchen Fällen muss der Statiker sein ganzes Wissen und seine Kreativität einsetzen, um eine Lösung zu finden, die die Architektur nicht verändert, aber gleichzeitig die statischen Anforderungen erfüllt.

2.5 Finanzieller Rahmen

Für den Statiker ist es wichtig, das zur Verfügung stehende Budget des Bauherrn zu kennen, denn davon hängt die Durchführbarkeit der von ihm vorgeschlagenen Lösungen ab. Wenn die verfügbaren Finanzmittel sehr begrenzt sind, muss er sich anpassen und die optimale Lösung finden (z. B. auf welche Weise die Spannbreiten am kosteneffizientesten zu überbrücken sind). Steht jedoch ein großzügiges Budget zur Verfügung, hat der Statiker auch mehr Freiraum, kreativ zu denken und luxuriöse Lösungen vorschlagen.

3. Statische Berechnung eines Neubaus

3.1 Tragwerk

Die statische Berechnung enthält Angaben zur Belastbarkeit des Tragwerks, das die Standsicherheit des Bauwerks garantiert. Das bedeutet, der Statiker berechnet das gesamte Tragwerk des Gebäudes vom Boden bis zur Decke, um festzustellen, wie die einzelnen Teile (Decken, Balken, Stützen, Wände, Bögen und die Gründung) zu dimensionieren sind und wie der Baukörper beschaffen sein muss, damit das Gebäude den darauf einwirkenden Lasten standhalten kann. Zu diesen Lasten zählen das Eigengewicht des Bauwerks (das Gewicht der Bauteile bzw. Konstruktionselemente), die Schneelast, die Windlast und Last von beweglichen Möbeln und Personen. Um das Eigengewicht einzelner Bauteile ermitteln zu können, benötigt der Statiker genaue Daten zu den verbauten Materialien. Die statische Berechnung des Hauses beginnt immer mit dem Dach und setzt sich Richtung Boden fort, bis sie bei den Fundamenten endet.

3.2 Abmessungen der einzelnen Bauteile

Anhand der Ergebnisse der statischen Berechnungen legt der Statiker die Abmessungen der einzelnen Konstruktionselemente fest. Konkret bedeutet dies, dass er die Dicke der Wände, den Durchmesser der tragenden Säulen, die Höhe und Breite der Dachbalken (Sparren), die Abmessungen der Fundamente usw. bestimmt. Die Abmessungen aller Konstruktionselemente werden so bestimmt, dass der Materialaufwand optimiert wird. Bei der Baustatik geht es nicht darum, alle Elemente so dick und groß wie möglich zu gestalten, damit sie den auf sie einwirkenden Lasten standhalten können. Konstruktionselemente mit unnötig großen Abmessungen bedeuten nämlich ein höheres Eigengewicht des Bauwerks und folglich eine höhere Last, die auf das Tragwerk einwirkt. Gleichzeitig bedeuten größere und dickere Elemente einen höheren Materialverbrauch und damit höhere Kosten. Ein guter Statiker sucht daher immer nach dem bestmöglichen Kosten-Nutzen-Verhältnis.

3.3 Frostschutz und Abmessungen der Fundamente

Der Statiker legt auch die Abmessungen der Fundamente fest. Die Fundamentabmessungen hängen in erster Linie davon ab, ob es sich um ein Plattenfundament oder ein Streifenfundament handelt. Bei Streifenfundamenten spielt Frostsicherheit eine besonders große Rolle. Diese beeinflusst auch die Fundamenttiefe – je tiefer die Fundamente im Untergrund liegen, desto frostsicherer sind sie. In Mitteleuropa liegt die Frostgrenze zwischen 0,80 und 1,50 m unter der Oberfläche. Die 80 cm Tiefe ist für alle Fundamente, Gründungen und Messpfeiler einzuhalten. Neben der Tiefe der Fundamente ist natürlich ihre Tragfähigkeit von besonders großer Bedeutung. Der Statiker berechnet die erforderlichen Fundamentmaße, damit das Fundament die Gebäudelast aufnehmen kann, ohne abzusacken.

3.4 Erdbebensicherheit

Die statische Berechnung beinhaltet auch eine Projektion des Verhaltens des Bauwerks während eines Erdbebens. Der Statiker simuliert mithilfe eines speziellen Computerprogramms die Verhältnisse während eines Erdbebens (Bodenbeschleunigung), um die Erdbebensicherheit des geplanten Bauwerks zu ermitteln. Kein Haus kann extreme Erdbeben aushalten, doch nach modernen Standards gebaute Gebäude sind in der Lage, kleinere Erdbeben unbeschadet zu überstehen, während sie bei großen Erdbeben so einstürzen, dass die Gefahr für Menschen minimiert wird.

3.5 Windlast

Die zweite Horizontallast, die auf Bauwerke einwirkt, ist die Windlast. Der Statiker berechnet, ob das Bauwerk so, wie es geplant ist, der Windlast standhalten kann. Bei Bedarf für er zusätzliche horizontale oder vertikale Tragelemente hinzu. Die Windlast ist kein zu vernachlässigender Faktor, insbesondere in Gebieten, in denen mit starken saisonalen Winden zu rechnen ist.

3.6 Details

Nicht zuletzt beeinflusst der Statiker auch die Gestaltung der Details eines Bauwerks. Da er viel Wissen über Konstruktionen besitzt, kann er den Architekten dazu beraten, welche Details für das gewählte Bausystem am besten geeignet sind.

4. Statische Berechnung bei Bestandsbauten

4.1 Standsicherheitsnachweis für Bestandsgebäude

Wenn Sie sich fragen, ob Ihr 100 Jahre altes Haus das nächste Erdbeben erfolgreich überstehen wird oder ob eine Sanierung dringend erforderlich ist, können Sie einen Statiker um seine fachmännische Meinung bitten. Der Statiker prüft das Bestandsgebäude auf seine Standfestigkeit und eventuelle Beschädigungen. Er inspiziert die Dachkonstruktion, um den Zustand des Holzes zu überprüfen (ob es fault oder bereits morsch ist), sucht dann nach Rissen in Wänden und Geschossdecken und beendet seine Inspektion an den Fundamenten, wo er nach Anzeichen von Gebäudesetzung, Algen, Fäulnis und Frostschäden Ausschau hält. Damit er den Zustand der Fundamente Ihres Hauses prüfen kann, müssen Sie zunächst an mindestens zwei Stellen unmittelbar am Haus eine Ausschachtung durchführen lassen, da der Statiker dies natürlich nicht selber erledigen kann. Theoretisch können Sie die Ausschachtung selbst durchführen, doch die Fundamente können sehr tief sein, was bedeutet, dass auch die Grabung sehr tief gehen muss. Bei felsigen Böden sind solche Arbeiten zeitintensiv und anspruchsvoll.

4.2 Sanierungsgutachten

Entsprechend den Befunden am Bauwerk gibt der Statiker dann ein Gutachten und Anweisungen zur Sanierung des Bestandsgebäudes ab. Die Anleitung enthält konkrete Vorschläge, wie Wände und Geschossdecken zu verstärken seien, ob ein Element besser abgerissen und durch ein neues ersetzt werden sollte (weil es in schlechtem Zustand ist), wie die Fundamente zu verstärken seien (falls erforderlich) und dergleichen. Des Weiteren sind im Sanierungsgutachten auch Vorschläge zur Wärmedämmung und Bauwerksabdichtung enthalten.

5. Wie viel kostet Statik?

Die Kosten einer statischen Berechnung hängen von der Größe und Komplexität des Bauwerks ab. Bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus müssen Sie für die Statik zwischen 4.000 und 12.000 CHF einplanen. Bei größeren oder komplexeren Gebäuden steigen die Kosten proportional zur Quadratmeterzahl.