Baurechnik S. 237-282 PDF

238 5 Grundlagen der Bautechnik Im Berliner Pergamon-Museum kann das wieder- aufgebaute Ischtar-Tor aus Babylon bestaunt wer- den, das mit glasierten Ziegeln verkleidet ist, viele davon sind original (Bild 1). Im antiken Rom...

238 5 Grundlagen der Bautechnik Im Berliner Pergamon-Museum kann das wieder- aufgebaute Ischtar-Tor aus Babylon bestaunt wer- den, das mit glasierten Ziegeln verkleidet ist, viele davon sind original (Bild 1). Im antiken Rom entwickelte sich das Mietshaus, genannt Insula1, mit bis zu sechs Stockwerken, weil schon damals der Platz in den Städten knapp war (Bilder 2 und 3). Diese Insulae wurden teils aus gebrannten Tonziegeln, teils aus billigeren un- gebrannten Lehmziegeln errichtet. Im Erdgeschoß waren Gaststätten und Läden, in den oberen Stockwerken Wohnungen, die vermietet wurden. Die Wohnungen wurden nach oben hin einfacher, kleiner und billiger, schließlich wollte niemand gerne so viele Treppen steigen. Auch im Mittelalter war der Raum innerhalb der Stadtmauern begrenzt und die Häuser wurden so hoch gebaut, wie die Menschen bereit waren, über Treppen zu steigen. Im schwäbischen Nördlingen steht eines der höchsten Wohnhäuser dieser Zeit. Eine Inschrift auf dem Gebäude besagt, dass das „Hohe Haus“ (Bild 4) eine Höhe von 36 m besitzt und vor dem Jahre 1296 erbaut wurde. Das Haus wurde als Fachwerkhaus (Holzskelettbau) über ei- nem Erdgeschoss in Steinbauweise errichtet. Der Verputz und die jetzige Fassadengestalt stammt Bild 1: Rekonstruiertes Ischtar -Tor aus dem 17. Jahrhundert. 1 Insula: (lateinisch) Insel, Häuserblock, Mietshaus Bild 2: Überreste einer Insula in Ostia Antica Bild 4: Das Hohe Haus in Nördlingen Bild 3: Graphik des möglichen Aussehens dieser Insula 5.1 Geschichtliche Entwicklung 239 Die Fachwerkbauweise ist schon seit der Antike 1930 wurde in New York das Chrysler Building bekannt und war bis in das 19. Jahrhundert sehr (Bild 2) eingeweiht. Mit 319 m Höhe ist das im verbreitet. Art-Deco-Stil erbaute Gebäude immer noch das Im Mittelalter wurden außerdem Wohntürme ge- fünfthöchste der Stadt. Es wurde in Stahlskelett- baut, die einerseits eine gewisse Verteidigungs- bauweise errichtet. funktion hatten, andererseits repräsentative Funk- tion. Solche Türme findet man noch heute in Re- gensburg (Bild 1), Bologna oder San Gimignano. Sie wurden durchweg in Steinbauweise errichtet und erreichten Höhen um 100 m. Bis vor gut 100 Jahren blieb die Höhe von Wohn- häusern auch deswegen begrenzt, weil das Ge- wicht der vielen Geschosse eine massive Bau- weise verlangt. Doch diese schweren Gebäude brauchten auch entsprechend tragfähige Funda- mente und die nötige Tiefbautechnik musste noch entwickelt werden. Zahlreiche schiefe Türme, wie zum Beispiel in Pisa, zeugen von den Schwie- rigkeiten, ein größeres Gebäude sicher im Unter- grund zu verankern. Der Beton wurde vor gut 200 Jahren als Baustoff wiederentdeckt. Zwar haben die Römer schon da- mit sehr erfolgreich gebaut, aber mit dem Unter- gang des römischen Reiches geriet die Herstellung und die Anwendung von Beton in Vergessenheit. Dafür wurde der Baustoff nach der Wiederentde- ckung systematisch verbessert und die Armierung mit Stahl entwickelt. Der Verbundwerkstoff Stahl- beton kann auch eine gewisse Biegebelastung er- tragen, ohne zu brechen. Dadurch konnten je nach Bild 1: Der Goldene Turm in Regensburg Bodenart sehr belastbare Fundamentplatten oder Fundamentpfähle gegossen werden. Außerdem konnten die Geschossdecken, die bisher aus Holz- balken bestanden, nun aus Stahlbeton hergestellt werden. Diese hatten eine höhere Belastbarkeit und es konnten größere Spannweiten verwirklicht werden. Zur gleichen Zeit wurde der Stahl als Baustoff entdeckt, weil die neuen Herstellungsverfahren ein bessere Qualität und eine große verfügbare Menge ermöglichten. Zunächst wurden Säulen aus Gussstahl, später auch Deckenträger aus ge- walztem Stahl für große Räume verwendet. Es entstand der Ingenieurbau, weil die Planung und der Bau von Beton- und Stahlbauwerken eine entsprechende Ausbildung verlangte. Wolkenkratzer Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden Ge- bäude mit mehr als sechs Stockwerken attraktiv, weil der Aufzug mit Sicherheitsbremse erfunden war (1853 durch Elisha Graves Otis). Ende des 19. Jahrhunderts wurde dann auch die Stahlskelett- bauweise entwickelt, die im Vergleich zur Stahl- betonbauweise wesentlich leichter ist und eine höhere Erdbebensicherheit ermöglicht. Bild 2: Das Chrysler Building in New York 240 5 Grundlagen der Bautechnik Durch neue Techniken bei der Berechnung und len1 stark unterscheiden. Baustile von links nach beim Anfertigen von Betonteilen konnte in den rechts (Bild 3): letzten Jahrzehnten immer mehr Gewicht einge- Dorisch, ionisch und korinthisch. spart werden, so dass nun häufiger Hochhäuser 1 Kapitell: (lateinisch) Säulenkopf, Verbindung zwischen tragen- in Betonbauweise entstehen. Meist in Skelettbau- der Stütze (Schaft) und Last (Decke) weise mit vorgehängten Glasfassaden, die auf diese Weise keinen Schaden nehmen, wenn sich das Gebäude im Wind etwas bewegt. Das derzeit höchste Gebäude der Welt ist der Burj Khalifa in Dubai (Bild 1) mit einer Höhe von 828 m. Es wurde in Stahlbetonbauweise errichtet. Alles verstanden? 1. Welche Werkstoffe wurden vor dem 19. Jahr- hundert in der Bautechnik verwendet? 2. Warum waren lange Zeit Häuser nicht höher als sechs Stockwerke? 3. Welche Werkstoffe dominieren im Bau von modernen Gebäuden? Aufgaben 1. Informieren Sie sich über eines der ältesten Ge- bäude in Ihrer Umgebung! Wann wurde das Gebäude fertiggestellt? Welche Bauweise wurde angewendet? Zu welchem Zweck wurde es errichtet? Welche größeren Reparaturen mussten durchge- führt werden? 2. Wie hoch ist das höchste Wohn- oder Büroge- Bild 1: Der Burj Khalifa in Dubai bäude in Ihrer Kreisstadt? In welcher Bauweise ist es errichtet? Welche Fassadentechnik wurde angewendet? Baustile, Epochen und Formensprache Eine Epoche entwickelt auch eine bestimmte ge- meinsame Formensprache, einen Baustil. Stilisie- ren bedeutet dabei eine Weiterentwicklung der Formen über die Erfordernisse des Werkstoffes oder die konstruktiven Notwendigkeiten hinaus. Beim antiken griechischen Tempel sind die Pro- portionen, die Größenverhältnisse, festen Regeln Bild 2: Tempel der Concordia in Agrigent unterworfen. Die Abmessungen der Elemente richten sich nach dem unteren Durchmesser der Säulen. Die drei Elemente eines Tempels sind der Unterbau, der noch den Boden ausbildet, das Trag- und Mauerwerk und der Oberbau mit Decke, Dachstuhl und Dach (Bild 2). Für jedes Element sind auch die Stilelemente vorgeschrieben. Für die Säulen beispielsweise entwickelten sich die drei typischen Formen, die Bild 2: Schaft und Kapitelle der drei antiken sich in den Basen, den Schäften und den Kapitel- griechischen Baustile 5.1 Geschichtliche Entwicklung 241 In der Antike werden der Rundbogen, das Tonnengewölbe und die Kuppel entwickelt (Bild 1). Wichtige Baustile nach der Antike und bedeutende Entwicklun- gen: Romanik im frühen Mittelalter Entwicklung der Gewölbedecke und schließlich des Kreuzge- wölbes. Bei größeren Bauhöhen musste der Gewölbeschub auf die Seitenwände durch sogenannte Wandvorlagen abgestützt werden. Die Wände werden zunächst nach innen verstärkt durch Vormauerungen und aufgesetzte Säulen (Bild 2). Bei größeren Bauhöhen später auch durch außen angesetzte Quermauern. Gut erkennbares Stilmerkmal sind die Rundbögen (Bild 3). Gotik im Hoch- und Spätmittelalter Die Gebäude erreichen beachtliche Höhen, abgestützt durch Strebekonstruktionen, die die ursprünglichen Quermauern ersetzten und den Eindruck von Leichtigkeit erwecken. Unver- kennbares Stilmittel ist der Spitzbogen (Bild 4 und Bild 5). Bild 4: Fenster der Abtei Saint-Mathieu Bild 1: Die Kuppel des Pantheon aus römischem Beton Bild 2: Im Dom zu Speyer mit einem Durchmesser von 43 m. Bild 3: Der Dom zu Speyer (11. Jh.) Bild 5: Querschnitt der Kathedrale von Reims (13. Jh.) mit Strebewerk 242 5 Grundlagen der Bautechnik Renaissance ab der Neuzeit. Die Gebäude erhalten nun klare rechteckige For- men und einheitliche Fassaden. Diese Fassaden sind schon die Vorbilder für viele spätere Bauten des Adels und hochstehender Bürger oder für öffentliche Gebäude (Bild 1). Barock Die Gebäude werden nun immer stärker ge- schmückt, teilweise mit einer Fülle an Details (Bild 2 und Bild 3). Klassizismus Bild 1: Das Schloss Johannisburg in Aschaffenburg Es entstehen in den Städten große Prachtbauten, (17. Jh.) die sich an der griechischen Antike orientieren (Bild 4). Historismus In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts werden nicht nur die Antike, sondern auch die Romanik und spätere Stile nachgeahmt. Außerdem wer- den neue Möglichkeiten genutzt, die sich aus Fort- schritten in der Stahlerzeugung und Verbindungs- techniken ergeben. Erste Stahl-Glas-Bauten ent- stehen, wie der Grand-Palais in Paris (Bild 5). Das Ausstellungsgebäude wurde zur Weltausstellung des Jahres 1900 errichtet. Jugendstil Bild 2: Residenz in Würzburg (18. Jh) Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt der Ju- gendstil das Schmücken der Gebäude wieder mit einer Fülle von Ornamenten und Schmuckformen (Bild 1, folgende Seite). Moderne (etwa ab 1910) Die Architektur orientiert nun die Formen an der Funktion der Gebäudeteile und versucht sich in Schlichtheit. Weitgehend werden die Werkstoffe Beton, Stahl und Glas eingesetzt (Bild 2, folgende Seite). Bild 3: Treppe im Schloss Mirabell in Salzburg (18. Jh.) Bild 5: Der Grand-Palais in Paris Bild 4: Glyptothek in München (1830 eröffnet) 5.1 Geschichtliche Entwicklung 243 Postmoderne (etwa ab 1970) Elemente aller bisherigen Epochen werden in die Gegenwart übertragen und phantasievoll kombi- niert. Auch Schmuck und Ornamente können wie- der verwendet werden. Die Gebäude werden oft auch gezielt in die Umgebung eingeplant (Bild 3). Dekonstruktivismus (etwa ab 1980) Auffällig sind die Abkehr von geometrischen Grundformen wie Quader, Rechteck oder über- haupt dem rechten Winkel. Form und Struktur werden dann phantasievoll entwickelt. Alle bau- technischen Möglichkeiten werden dabei benö- tigt, um stabile Gebäude zu erhalten. Oft gelingt das mit zum Teil dünnen bewehrten Betonschalen oder Stahlkonstruktionen (Bild 4). Diese Konstruktionen sind möglich geworden, weil dafür neue Werkstoffvarianten und ausgefeil- te Berechnungsverfahren entwickelt wurden. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts werden Gebäu- de im Stil des Dekonstruktivismus und der Post- moderne gebaut. Aber oft werden modern gestal- Bild 1: Fassade in Rosenheim tete Gebäude kontrovers aufgenommen, so dass die Architekten sich vermehrt auf klassische und regionale Elemente der Gebäudeaufteilung und Fassaden beziehen. Auch die Forderung nach öko- nomisch und ökologisch günstigen Bauwerken wirkt sich auf die Gestaltung aus, zum Beispiel durch Wärmedämmung der Fassade oder wieder vermehrter Verwendung von Holz als Werkstoff sowohl für Tragwerke, als auch für die Gebäude- hülle. Dadurch lassen sich kaum ein gemeinsamer Stil oder gemeinsame Stilelemente der zeitge- nössischen Architektur bestimmen. Alles verstanden? 1. Was versteht man unter einem Baustil? 2. Welcher Baustil folgt auf das Mittelalter? 3. Ab welcher Epoche dominieren im Bau die modernen Werkstoffe Glas, Stahl und Beton? Bild 2: Bauhaus Gebäude in Dessau Bild 4: Phaeno in Wolfsburg Bild 3: Neue Pinakothek in München 244 5 Grundlagen der Bautechnik Beispiel Maurer. Architekten wurden meist in Aufgaben Klöstern ausgebildet. Als Mittel der Planung ver- 1. Die Banknoten des Euro zeigen Motive verschie- wendeten sie hauptsächlich Grundrisse. dener Epochen. Sehen Sie nach, welche Banknoten Sie bei sich In der Renaissance begann eine große Zeit für den haben und ordnen Sie die abgebildete Architektur Bau von representativen Gebäuden in den aufblü- einem Baustil zu! henden Städten. Die Entwicklung von Baustilen Recherchieren Sie die Systematik der Motive im wurde Aufgabe der Architekten (Bild 3). Sie plan- Internet! ten nicht nur mit Grundrissen, sondern auch mit 2. Informieren Sie sich über ein bedeutendes Ge- ersten Bauzeichnungen und Modellen, so konnte bäude des Barock in Ihrer Umgebung! die Gestaltung im Sinne des Auftraggebers und (z. B. Rathaus, Schloss oder Kirche) des Architekten sichergestellt werden. Welcher Architekt hat das Gebäude entworfen? Wann wurde das Gebäude fertiggestellt? Welche Bauweise wurde angewendet? Zu welchem Zweck wurde es errichtet? 3. Gibt es ein Gebäude in einem modernen Baustil in Ihrer Kreisstadt oder der nächst gelegenen größeren Stadt? Welcher Architekt hat das Gebäude entworfen? Welche Stilelemente und welche Werkstoffe be- stimmen das Gebäude? In welcher Bauweise ist es errichtet? Welche Maßnahmen wurden zur Umweltverträg- lichkeit des Gebäudes ergriffen? Bild 1: Das Aquädukt Pont du Gard 5.1.2 Planung und technische Umsetzung Von Baumeistern und Architekten Seit der griechischen Antike gibt es eine Auftei- lung in Planung durch Architekten und Ausfüh- rung durch Baumeister. Die Baumeister haben aber oft auch selbst entworfen und gestaltet oder waren Unternehmer und wurden mit der Ausfüh- rung des Baues beauftragt. Bis in die Neuzeit sind Bild 2: Römische Via Munita die Begriffe also nicht klar abzugrenzen. Schon bei den Römern sehr hoch entwickelt war der Straßen- und Brückenbau, der Bau von Was- serleitungen und Aquädukten (Bild 1), sowie der Städtebau. Nach der Konzeption durch die staat- lichen Organe wurde der Auftrag an die Baumeis- ter erteilt. Sie hatten eine planmäßige staatliche Ausbildung und kannten die Regeln für die Aus- führung beispielsweise des Straßenaufbaus. Sie konnten die nötigen Vorarbeiten wie den Aus- hub des Bodens und das Bereitstellen der ver- schiedenen Kiessorten und Pflastersteine für die Schichten des Aufbaus planen und die Arbeiten beaufsichtigen. Durch gute Ausbildung und aus- führliche Vorschriften war eine sehr hohe Quali- tät gesichert. Noch im Mittelalter waren einzelne Römerstraßen gut erhalten und wurden rege ge- nutzt (Bild 2). Baumeister und Architekten im Mittelalter er- Bild 3: Kupferstich des Schlosses Johannisburg in richteten Burgen und Kirchen in Steinbauweise. Aschaffenburg vom Architekten Johann Ridinger, Baumeister waren oft Handwerksmeister, zum 1611 5.1 Geschichtliche Entwicklung 245 Die Formensprache in den Epochen Renaissance, wie Türme und Brücken. Der Turm- und Brücken- Barock und Klassizismus wurde jeweils theore- bau mit seinen anspruchsvollen Planungen und tisch begründet und ihre Regeln in Büchern ge- Berechnungen ist eine Domäne der Bauingenieu- druckt und an Universitäten im Studienfach Kunst re. Der Tiefbau ebenso mit schwierigen Aufgaben gelehrt. In der Bautechnik gibt es derweil keine wie Straßen- und Tunnelbau, oder die Errichtung großen Veränderungen, sie wird von den Hand- von Fundamenten für große Gebäude sowie das werksmeistern durch die Ausbildung an Lehrlinge Verlegen von Versorgungs- und Entsorgungslei- weitergegeben. Die Gebäudewände werden aus tungen. Stein oder verputzten Ziegeln hergestellt, die Ge- schossdecken und Dachstühle aus Holzbalken. Ein weiterer Bereich, den die Bauingenieure do- minieren, ist die Bauleitung. Ganze Bauvorhaben Im 19. Jahrhundert allerdings kommen im gro- werden organisiert und betreut, dadurch werden ßen Stil Stahl und Glas als Baumaterialien auf. Qualität und Bauzeitraum sichergestellt. Damals begann auch die Verwendung von Stahl- beton, also von Beton, in dem Stahldrähte oder Geflechte eingegossen sind. Damit wurde das Überspannen großer Abstände von tragenden Wänden oder Säulen möglich. Die Verwendung der neuen Werkstoffe und die sichere Bemessung der Bauteile machten eine umfassendere Ausbil- dung nötig. Außerdem wird nun nicht mehr nur mit Modellen geplant, sondern auch am Reißbrett in Grund- und Aufriss. Für große Projekte sind aber auch heute noch Modelle unumgänglich, trotz Computersimulation und 3D-Druck. Aus den Baumeistern werden in der Neuzeit einer- seits Architekten mit einer akademischen Aus- bildung in Konzeption, Planung und Gestaltung, Bild 1: Modell einer Siedlung für einen Wettbewerb andererseits Bauingenieure mit einer akademi- schen Ausbildung zur Konkretisierung von Ent- würfen nach den Erfordernissen der Werkstoffe und der Wirtschaftlichkeit, der Ausführbarkeit, der Statik und der Festigkeit der Werkstoffe. Architektur Architekten werden zu Rate gezogen, um größere Bauvorhaben des Hochbaus zu konzipieren (Bil- der 2 und 3) und zu leiten, in die Umgebung einzu- passen und ihnen eine ansprechende und repre- sentative Gestalt zu geben. Stadtplaner können über Bebauungspläne und öffentliche Bauten wie Bild 2: Gebaute Siedlung in Rotterdam Theater oder Bibliotheken das gesellschaftliche und individuelle Leben positiv beeinflussen. Auch in anderen Arbeitsfeldern der Bautechnik finden sich spezialisierte Architekten, zum Beispiel als technische Sachverständige und Gutachter, Ener- gieberater oder Landschaftsarchitekten. Bauingenieurwesen Bauingenieure arbeiten in den unterschiedlichs- ten Bereichen des Bauwesens. Verschiedene Ein- teilungen sind dabei möglich, zum Beispiel die Aufteilung in Hoch- und Tiefbau. Der Hochbau (Bild 3) ist weitgehend über der Erde Bild 3: Der Olympiaturm in München aus Stahlbeton und umfasst neben Gebäuden auch Tragwerke mit einer Höhe von 291 m 246 5 Grundlagen der Bautechnik Gesellschaft und Umwelt durch die Sonneneinstrahlung im Sommer und Die Entwicklung der Bautechnik ist eng an die Ent- verbessern die Isolierung gegen Wärmeverlust wicklung der Gesellschaft gebunden. Aus Dörfern im Winter, das trägt viel zur Energieeinsparung und Siedlungen sind früh erste Städte entstanden. bei Klimatisierung und Heizung bei. Außerdem Schon vor etwa 10 000 Jahren hatte Jericho eini- bieten die Bäume Schallschutz und einen Lebens- ge Tausend Einwohner und eine befestigte Stadt- raum für Vögel und Insekten. mauer. Etwa 7 000 Jahre alt ist Ur, Babylon etwa 5 000 Jahre. Jerusalem wurde vor etwa 3 800 Jah- Alles verstanden? ren in der ägyptischen Geschichtsschreibung er- 1. Was versteht man unter einem Bauingenieur? wähnt, das antike Athen hatte seine Blütezeit vor 2 500 Jahren. Wahrscheinlich war Rom bereits 100 2. Nennen Sie Beispiele für Ingenieurbauwerke von Jahre vor Christus eine Millionenstadt mit funktio- der Antike bis zur Neuzeit! nierender Trinkwasserversorgung und Abwasser- 3. Welche Aufgaben haben moderne Architekten? entsorgung. Allerdings auch mit allen Problemen, die wir aus unseren modernen Großstädten ken- nen: Luft- und Wasserverschmutzung, Lärm, ein Aufgaben riesiges Müllaufkommen, Probleme mit Armut 1. Informieren Sie sich über ein bedeutendes Ingeni- und Kriminalität, Flächenverbrauch innerhalb für eurbauwerk in Ihrer Umgebung! Gebäude und Straßen, außerhalb massive Ro- Wann wurde das Bauwerk fertiggestellt? dung von Wald für Bau- und Brennholz, sowie für Welche Bauweise wurde angewendet? Acker - und Weideflächen. Diese Probleme waren Zu welchem Zweck wurde es errichtet? den Römern durchaus bewußt, es gibt zahlreiche 2. Informieren Sie sich über die Wohnverhältnisse Berichte über die Zustände in der Gesellschaft und die Lebensbedingungen im antiken Rom! und die Umweltverschmutzung etwa von Plinius Wie wohnten und lebten Reiche und Arme? dem Älteren. Welche gesellschaftlichen Probleme gab es? Die hohe Bevölkerungszahl in den Städten ist Welche Umweltprobleme machten den Römern zu schaffen? auch auf Landflucht zurück zu führen, die nicht weniger gesellschaftliche Probleme bringt. Im- merhin führt der Rückgang der Landbevölkerung zu einer Entlastung der Umwelt dort. Damals wie heute sind Städte attraktiv wegen der Arbeitsplät- ze und den Verdienstmöglichkeiten, die oft besser als auf dem Land sind, ebenso wie die Wohnmög- lichkeiten und das kulturelle Angebot. Heute lebt bereits mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten, also fast vier Milliarden Menschen. Die vierzig größten Städte und Metropolregionen haben jeweils mehr als zehn Millionen Einwohner, zusammen etwa 600 Millionen. Diese enorme Zahl an Menschen benötigt Trinkwasser, Nahrung, Wohnraum, Arbeitsplätze und eine entsprechend leistungsfähige Infrastruktur. Der Planung von Stadtentwicklung, die umweltverträglich ist und ein gutes Zusammenleben der Menschen ermög- licht, kommt deshalb eine enorme Bedeutung zu. Ein Beispiel interessanter Projekte der Stadtent- wicklung sind die beiden Hochhäuser „Bosco Verticale“ (Bild 1), auf Deutsch: „Senkrechter Wald“ des Architekten Stefano Boeri in Mailand. Die Hochhäuser sind mit 900 Bäumen und 2 000 Büschen und Sträuchern bepflanzt, das würde einer Waldfläche von 7 000 m2 entsprechen. Die Pflanzen erzeugen ein angenehmes Mikroklima, nehmen CO2 und Staub aus der Luft auf und pro- duzieren Sauerstoff. Die Pflanzen vor der Gebäu- defassade schützen das Haus vor dem Aufheizen Bild 1: Die Hochhäuser „Bosco Verticale“ in Mailand 5.2 Entwicklung bautechnischer Systeme 247 5.2.1 Entwicklungsstufen von Brücken 3. Informieren Sie sich über die Wohnverhältnisse und die Lebensbedingungen in der nächstgelege- Für das bautechnische System Brücke und seine nen Großstadt! Grundtypen (Bild 1) soll beispielhaft die Entwick- Wie wohnen und leben Reiche und Arme? lung dargestellt werden. Die Grundtypen von Welche gesellschaftlichen Probleme gibt es? Brücken sind Balkenbrücken, Bogenbrücken und Hängebrücken. Welche Umweltprobleme machen den Einwoh- nern zu schaffen? Entwicklungsstufen 4. Welche Projekte zur Stadtentwicklung werden in Die ersten Brücken waren Balkenbrücken aus Holz Ihrer Kreisstadt durchgeführt oder sind in Planung? oder Stein (Bild 2) und konnten prinzipbedingt Erkundigen Sie sich bei der Stadtverwaltung! noch keine großen Spannweiten erreichen, sie liegen im Bereich von einigen Metern. Die Haupt- träger erfahren sonst eine zu hohe Biegebean- spruchung und versagen. Für größere Spann- weiten wird die Brücke mit Pfeilern in Abschnitte 5.2 Entwicklung bautechnischer geteilt. Systeme Bautechnische Systeme bzw. Bauwerke können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden. Eine Auswahl ist in der folgenden Tabelle zusam- mengestellt: Balkenbrücke Kriterium Ausprägung Beispiel Lage zur Hochbau, Gebäude, Erdoberfläche Tiefbau Straßen Funktion Wohnbau, Einfamilienhaus, Gesundheitsbau, Krankenhaus, Bildungsbau, Schule, Brücke Verkehrsbau Bogenbrücke Baustoffe Holz, Stein, Beton, Blockhaus, Stahl, Glas Burg,... Tragsysteme Stützen oder Fachwerkhaus, Seile, Fachwerke Hochhaus in Scheiben und Skelettbauweise, Platten, Faltwerke Fabrikdach, Sattel- oder Dach des Kuppelschalen Olympiastadions Membranen in München Fertigungs- Einzelanfertigung, Einfamilienhaus, syteme Fertigteilbau, Mehrfamilien- Hängebrücke Werkstatt- oder haus in Platten- Baustellenarbeit, bauweise,... Bild 1: Brückentypen Mauerwerksbau, Betonbau Aufgaben 1. Ergänzen Sie die Tabelle um weitere Kriterien, Ausprägungen und vor allem Beispiele! 2. Ordnen Sie Ihr Schulhaus und Ihr Wohnhaus ein nach Baustoffen,Tragsystemen und Fertigungs- systemen! 3. Suchen Sie in Ihrer Umgebung Bauwerke des Holzbau, des Stahlbau und der Fertigteilbau- weise! Bild 2: Steinbrücke, Cornwall, UK 248 5 Grundlagen der Bautechnik Der erste große Fortschritt waren Steinbogenbrü- Stahlbetonbrücke und in neuerer Zeit die Spann- cken, sie werden seit der Antike gebaut. Mit dieser betonbrücke (Bild 3). Bauweise können Spannweiten im Bereich von einigen zehn Metern überwunden werden. Ebenfalls schon sehr lange bekannt sind Hänge- brücken. Einfache Hängebrücken bestehen nur Im Bild 1 zu sehen ist die Alcantarabrücke, die mit aus Seilen, führen über Schluchten oder Flüsse einem Alter von rund 1900 Jahren noch in Betrieb (Bild 4) und erfordern einigen Mut beim Über- ist. Die Bögen römischer Brücken waren entweder schreiten. Rundbögen für kleinere und mittlere Spannweiten oder Segmentbögen für größere Spannweiten. In der Zeit nach dem römischen Reich wurden hauptsächlich Holzbrücken gebaut. Im Mittelalter waren Steinbrücken, wie in Regensburg, selten und wurden nach römischem Vorbild errichtet. Erst ab der Neuzeit wurde der Brückenbau sys- tematisch verbessert. Bei Holzbrücken wurde die gedeckte Brücke entwickelt, im Laufe der Zeit auch der Fachwerkträger. Durch diese Konstruk- tionen wurden die Brücken weit belastbarer und haltbarer, außerdem können sie mit Pferdefuhr- werken besser befahren werden, weil die Tiere bei offenen Brücken Angst vor dem Abgrund mit dem rauschenden Fluss haben. Ab dem 18. Jahrhundert gab es in Frankreich eine Bild 1: Römische Brücke bei Alcantara staatliche Ingenieursausbildung für den Straßen- und Brückenbau. Doch die Berechnungsverfah- ren waren noch nicht ausgereift und vorerst wur- den nur die bekannten Bauweisen verbessert, bei Steinbrücken wurden die Bögen flacher und schlanker und die Brücken kamen mit weniger Material aus. Die großen Veränderungen gab es dann im 19. Jahrhundert, als die Werkstoffe Stahl und Beton zur Verfügung standen und die Ingenieure geeig- nete Berechnungsverfahren entwickelten. Durch den Bau von Eisenbahnlinien war die Nachfrage nach tragfähigen und günstigen Brücken groß (Bild 2), so dass verschiedene neue Brückentypen entwickelt wurden. Allen voran die Fachwerkbrü- cke aus Stahl (in Amerika oft auch aus Holz), die Bild 2: Viaduc de Garabit von Eiffel (1884) Bild 4: Fjordbrücke in Norwegen Bild 3: Maibachtalbrücke der A 71 bei Poppenhausen 5.2 Entwicklung bautechnischer Systeme 249 Moderne Fußgängerbrücken sind oft kostengüns- tige Hängebrücken, wie in Sölden, Tirol (Bild 1). Viele Straßenbrücken sind ebenfalls Hängebrü- cken, wie die Fjordbrücke in Norwegen. Die Pfeiler von Hängebrücken ragen dabei beträchtlich über die Brücke hinaus und werden Pylone genannt. Über die Pylone laufen die beiden Tragseile, die auf beiden Seiten fest im Grund verankert werden müssen. Eine kostengünstigere Variante sind Schrägseil- brücken, die keine außenliegenden Seilanker be- nötigen, weil die Seile von der Fahrbahn auf einer Seite eines Pylons zur Fahrbahn auf der anderen Seite gespannt sind. Ein sehr schönes Beispiel ist das Viaduc de Millau in Südfrankreich (Bild 2). Mit Hängebrücken können enorm große Spann- weiten erreicht werden, der Weltrekord liegt der- zeit bei knapp 2 km! Die 1998 fertiggestellte Akashi Kaikyo Brücke in Japan (Bild 3) besteht aus einem Fachwerkträger aus Stahl, der an zwei Stahlseilen hängt. Die Seile haben einen Durchmesser von 1,2 m und laufen über zwei etwa 300 m hohe Py- Bild 1: Fussgängerbrücke in Sölden, Tirol lone. Weil die Region Kobe sehr erdbebengefähr- det ist, wurden die Pylone mit schweren Pendeln als Schwingungstilger ausgestattet. Der Hauptträ- ger wurde im Windkanal getestet und optimiert, so dass er auch Taifunen, die in der Region häufig sind, standhalten kann. 5.2.2 Realisierung unter verschiedenen Bedingungen Die Elemente des Bauwerks sind der Oberbau aus dem Hauptträger, gegebenenfalls mit Querträgern und der Fahrbahnplatte sowie der Unterbau aus Bild 2: Viaduc du Millau Widerlagern und Pfeilern oder Pylonen (Bild 4). Der Oberbau wird üblicherweise auf ein Festlager und ein Loslager gestützt (Bild 5). Eines der Lager muss längs verschoben werden können, damit nicht Zwangslängskräfte als Zug oder Druck zu- sätzlich zu den Querkräften aus Eigengewicht und Last entstehen. Die Elastizität des Hauptträgers führt bei Belastung zu einer Durchbiegung und diese zu einer Verkürzung der Stützweite, außer- dem müssen Längenänderungen wegen der Tem- peraturunterschiede über das Jahr möglich sein. Bild 3: Akashi Kaikyo Brücke Hauptträger Widerlager Bild 5: Festlager und Loslager mit Rollen Bild 4: Elemente des Bauwerks 250 5 Grundlagen der Bautechnik Festlager ermöglichen Kippen aus Durchbiegung, Mit der Einführung von Stahl als Bauwerkstoff Loslager zusätzlich eine Längsverschiebung. konnten erstmals große Zugkräfte übertragen Früher wurden die Lager mit Stahlrollen ausge- werden, dadurch konnten die Bögen über die führt, heute hauptsächlich aus Elastomerblöcken Fahrbahn gespannt werden. Die Fahrbahn wird (Bild 1). dann über Zugelemente unter den Bogen gehängt. So kann trotz größerer Spannweite die Höhe der Für die Elemente, ihre Verbindung und die Veran- Fahrbahn niedrig gehalten werden (Bild 2). kerung im Boden stehen heute viele Möglichkei- ten zur Verfügung. Die den Anforderungen im je- Balkenbrücken bei kleinen bis mittleren weiligen Fall gerechte Lösung muss dann ausge- Spannweiten (unter 100 m) wählt werden. Der Hauptträger ist durch Biegung nach unten Für die Tragsysteme der Elemente stehen wieder- belastet. Zur Erklärung der Biegebelastung kann um zur Auswahl: man sich vorstellen, dass der Balken in waage- rechte Schichten aufgeteilt ist (Bild 3), wobei Linienelemente wie Stäbe, Seile oder Bögen und die Schichten miteinander elastisch verbunden ebene Flächenelemente wie Scheiben (Wände), sind. Die Schichten werden unterschiedlich be- Platten (Fahrbahn), oder Schalen (gekrümmt, z. B. ansprucht. Die oberste Schicht erfährt die größte Gewölbe) Druckbelastung, zur Mitte hin nimmt diese ab. Die mittlere Schicht bleibt unbelastet, sie wird neut- Es ergeben sich daraus zum Beispiel Bögen aus rale Faser genannt. Nach unten hin nimmt die Ziegelsteinen, Steinblöcken oder Beton, Haupt- Zugbelastung zu, die unterste Schicht erfährt die träger in Fachwerkbauweise aus Holz oder Stahl größte Zugbelastung. Die Durchbiegung bean- und Hohlkastenträger aus Holz oder Stahlbeton. sprucht den Werkstoff zusätzlich auch auf Schub. Bogenbrücken aus Stein oder Beton bei kleinen Spannweiten (unter 100 m) Bei Rundbögen und Spitzbögen werden nähe- rungsweise nur Kräfte senkrecht nach unten ab- getragen. Bei Segment- oder Korbbögen entste- hen auch Längskräfte in den Widerlagern und den Bogenauflagern der Pfeiler. Bei Brücken mit meh- reren Bögen heben sich die Längskräfte auf die Pfeiler auf, wenn aber ein Bogen einstürzt oder ein Pfeiler versagt, kann das zum Einsturz der gesamten Brücke führen. Lange Zeit waren die Bild 1: Loslager aus Elastomerblock aus Stein gebauten Bogenbrücken die tragfähigs- ten, dauerhaftesten und teuersten Brücken. Sie hatten aber auch Prestige und waren weithin be- rühmt. Auch die ersten Betonbrücken ohne Stahl- einlagen waren Bogenbrücken. Nur waren sie nicht aus einzelnen Steinen gefügt, sondern aus Stampfbeton gegossen. Aber selbst heute, wo nur noch Stahlbeton verwendet wird, werden oft Bogenbrücken daraus gebaut. Bogenbrücken aus Stahl und Stahlbeton bei mittleren Spannweiten (unter 100 m) Bild 2: Bogenbrücke in Bamberg Die ersten Stahlbrücken wurden noch nach den bekannten Vorbildern gebaut, konnten aber die Spannweiten erheblich steigern und hohe Traglas- ten bieten, zum Beispiel für Eisenbahnen. Durch die Ausführung als Fachwerk, das von Holzkonst- ruktionen bekannt war, wurde viel weniger Werk- stoff verwendet und dadurch Kosten gespart. Bild 3: Belasteter Balken gedacht in Schichten 5.2 Entwicklung bautechnischer Systeme 251 Das kann man sich erklären, wenn man sich die Hauptträger nicht. Die Montage der Brücke erfolgt gedachten Schichten durch eine Zwischenschicht in den Schritten: Bau der Widerlager, Kabelanker aus elastischem Material verbunden denkt. Diese und Pylone. Montage und Verankerung der Kabel. Zwischenschicht muss dann den Längenunter- Montage der Seitenträger, dann Montage der schied zwischen der gedehnten Unterseite der Mittenträger im sogenannten Freivorbau (Bild 4), oberen Schicht und der gestauchten Oberseite der das heißt von bereits montierten und tragfähigen unteren Schicht ausgleichen. Abschnitten aus wird mit Kränen und Vorschub- einheiten ins Freie hinein der nächste Abschnitt Fachwerkträger positioniert und befestigt. Bei Fachwerkträgern (Bild 1) wird die Biegung aufgelöst zu reiner Zug- und Druckbelastung in den Stäben. Die Stäbe können dann einzeln be- messen werden, dadurch bleibt die Konstruktion leicht, aber sehr stabil. Im Kapitel 5.5 lernen Sie, wie die Festigkeit von Zug- oder Druckstäben be- rechnet wird. Der Hauptträger wird durchlaufend ausgeführt und benötigt eine Bauhöhe von eini- Bild 1: Fachwerkträger gen Metern. Er wird aus Teilen montiert, die früher aus Gusseisen oder Schmiedeeisen waren und durch Nieten oder Schrauben verbunden wurden. Heute bestehen die Träger überwiegend aus ver- Schub Schub Schub Schub schweißtem Profilstahl. Biegedruck Biegezug Biegedruck Stahlbetonträger Stein und Beton halten hohen Druckbeanspru- chungen stand, brechen aber bei Zugbeanspru- Biegezug Biegedruck Biegezug chung leicht. Das begrenzt die Spannweite zu- Kräfteverlauf und Druchbiegung nächst stark. Es bleibt nur die Wölbung nach oben, um Zug auf der Unterseite zu vermeiden, wie bei Bogenbrücken. Mit dem Verbundwerkstoff Stahlbeton (Bild 2) Lage der Bewehrung kann diesem Problem wirksam begegnet werden. Der Stahl wird in Form von gerippten Rundstäben Bild 2: Stahlbetonträger im Beton eingegossen und kann die Zugspan- nung aufnehmen, so dass der Beton nicht reißen kann. Stahlbetonbrücken können einige zehn Meter Spannweite haben. Spannglied Spannbetonträger Noch mehr Spannweite wird erreicht, wenn der Betonkörper durch die Stahleinlagen vorgespannt wird. Bei Belastung wird die Zugbeanspruchung Bild 3: Spannbetonträger an der Unterseite durch die Druckbeanspruchung aus der Vorspannung kompensiert. Spannbeton- brücken werden ebenfalls bis zu einigen zehn Metern Spannweite gebaut (Bild 3). Schrägseilbrücken und Hängebrücken für mittlere bis sehr große Spannweiten Bei großen Fahrbahnhöhen über Schluchten oder Schiffspassagen oder wenn wegen großer Brü- ckenlänge viele Pfeiler nötig wären, sind oft nur Hängebrücken möglich und wirtschaftlich, wie bei einer Fjordbrücke. Auch weil nur zum Bau der Py- lone Gerüste oder Schalungen nötig sind, für den Bild 4: Freivorbau 252 5 Grundlagen der Bautechnik Die Konstruktion des Haupträgers mit der Fahr- Fall sind Fundament und Pfeiler Widerstände im bahn ist nicht einfach, weil er wegen der viel- Wasser und müssen großen Querkräften durch fachen Aufhängung an den Kabeln recht leicht die Strömung standhalten. Viele Brücken wurden ausgeführt werden kann, dadurch aber anfäl- bei Hochwassern zerstört, weil Fundamente und lig ist für Schwingungen, die von Wind oder Pfeiler verschoben wurden, zum Beispiel die be- Erbeben angeregt werden. Zusätzlich zu einer rühmte Pont Saint-Bénézet in Avignon. windschnittigen und verwindungssteifen Form werden heute oft Schwingungsdämpfer einge- Alles verstanden? baut. Einige der ersten großen Hängebrücken, 1. Welche Brückentypen wurden im Laufe der Zeit die anfangs des 20. Jahrhunderts gebaut wur- entwickelt und wie hängen sie von den verwende- den, haben starke Schä-den erlitten oder stürz- ten Werkstoffen ab? ten ein, wie die Tacoma Narrows Bridge, weil 2. Was versteht man unter Spannbeton und wieso Schwingungsamplituden der Fahrbahn durch können mit dieser Bauweise einige zehn Meter die Verkehrsbelastung oder Wind zu große Spannweite realisiert werden? wurden. Siehe dazu http://www.leifiphysik.de/ 3. Mit welchen Brückentyp können die größten mechanik/kopplung-von-schwingungen/ausblick Spannweiten erreicht werden? Falls die Verankerung der Kabel im Baugrund au- ßerhalb der Brücke technisch oder wirtschaftlich nicht möglich ist, kann eine unechte Hängebrücke Aufgaben gebaut werden, zum Beispiel eine Schrägseil- 1. Die Banknoten des Euro zeigen verschiedene Brücken. brücke, wie der Viaduc de Millau. Bei diesem Brückentyp werden die Kabel an den Enden der Sehen Sie nach, welche Banknoten Sie bei sich Brückenträger befestigt. Dadurch entstehen aus haben und ordnen Sie die abgebildeten Brücken einem Typ und einer Bauweise zu! den Zugkräften der Kabel große Druckkräfte längs des Hauptträgers. Dieser muss deswegen durch- Welche Bedingungen haben diese Bauweisen her- vorgebracht? laufend und sehr kräftig ausgeführt sein. Weil er dadurch schwerer ist, müssen wiederum die Ka- 2. Informieren Sie sich über eine bedeutende Brücke bel und Pylone stärker ausgeführt werden. in Ihrer Umgebung! Um welchen Typ handelt es sich und welche Bau- weise wurde gewählt? Unterbau Welche Spannweite hat diese Brücke? Die Widerlager und Pfeiler erfahren senkrecht Warum wurde diese Brücke dort gerade so ge- oder schräg nach unten gerichtete Kräfte, deswe- baut? gen sind entsprechend belastbare Untergründe und Fundamente erforderlich. Widerlager sind 3. Gibt es in Ihrer Umgebung eine Betonbrücke mit größerer Spannweite? entweder direkt in Gestein gearbeitet oder aus Stahlbeton hergestellt, nötigenfalls auf einem Wann wurde sie errichtet und welcher Typ wurde entsprechend großen oder tiefen Fundament. gewählt? (Stahlbeton oder Spannbeton) In welcher Technik wurde die Brücke gebaut? Pfeiler aus Stein oder Beton, die auf felsigem Un- (Lehrgerüste oder Freivorbau) tergrund ruhen, sind ideal dauerhaft. In weichen 4. Informieren Sie sich über eine sehr bedeutende Böden können Pfähle eingerammt werden, die Brücke in Europa! ein Fundament tragen. Fundament, Pfähle und Ordnen Sie Ihre Informationen ähnlich wie in die- Pfeiler waren früher zum Beispiel aus Eichen- sem Kapitel und stellen Sie das Bauwerk in einem holz, das sehr wasserbeständig ist. Bei römischen Kurzvortrag vor! Brücken und heute wieder ruhen Pfeiler auf Fun- Recherchieren Sie zu den Aufgaben auch bei damenten aus wasserfestem Beton. Pfeiler sind structurae.de, bernd-nebel.de, wikipedia.de etc. heute meist aus Stahl oder Stahlbeton. In jedem 5.3 Gewerke 253 5.3 Gewerke das heißt sie dürfen Teile des Gebäudegewichtes tragen. Dabei sind U-Werte von unter 0,25 W/m2K Die Arbeiten, die zum Errichten eines Bauwerks möglich, mehr dazu im Kapitel Bauphysik. durchgeführt werden, heißen Gewerke. Eine mögliche Einteilung bieten die verschiedenen Be- Alles verstanden? rufe der Bautechnik, die von den Innungen, den Handwerkskammern (HWK) und den Industrie- 1. Welche verschiedene Arten von Fundamenten und Handelskammern (IHK) geprägt werden. Eine können gebaut werden? andere, detailiertere Einteilung nimmt die techni- 2. Bei welchen Bedingungen werden die verschiede- sche Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleis- nen Fundamentarten genutzt? tungen (VOB-C) vor, die in einzelnen DIN-Normen die Arbeit von der Leistungsbeschreibung bis zur Abrechnung regelt. Die Einteilung beginnt beim Gebäude Randausbildung R Erdbau zur Vorbereitung der Baustelle und geht über die Mauer - und Installationsarbeiten bis zu den Gerüstarbeiten. Meist werden aber Aufträge für mehrere dieser Gewerke an eine Firma ver- geben. Für die Ausführung der Gewerke gelten umfangreiche Regelungen, zum Beispiel DIN-Nor- men sowie technische Standarts und Lieferbedin- gungen der Hersteller von Baustoffen. Für dieses Kapitel werden die Arbeiten nach den Hauptberei- chen Erdbau, Rohbau und Ausbau eingeteilt. Aus- legungs- und Berechnungsbeispiele finden sich R im Kapitel Tragfähigkeit und Bauphysik. Bild 1: Plattenfundament aus Stahlbeton 5.3.1 Erdbau und Gründung Nach den Arbeiten zur Vorbereitung der Baustelle, Gebäude dem Aushub der Baugrube und der Vermessung muss für das Bauwerk und den Untergrund ein geeignetes Fundament errichtet werden (Bild 1). Unter Umständen muss dabei auch die Erschlie- ßung von Strom, Wasser und Abwasser mit Grä- ben und Durchführungen vorbereitet werden. Das Fundament oder fachsprachlich die Gründung hat die Aufgabe, die Gewichtskraft des Bauwerks im Untergrund abzustützen, es ist typischerweise aus Stahlbeton. Bei sehr weichem Untergrund Pfähle schlecht tragende können Pfähle (Bild 2) aus Stahl oder Stahlbe- Bodenschichten ton die Kräfte zu einer tragfähigen Schicht führen tragfähiger oder durch Reibung übertragen. Bei entsprechend Boden tragfähigem und trockenen Boden können entwe- der Streifen unterhalb der Kellermauern oder eine Bild 2: Pfahlgründung Platte aus Stahlbeton hergestellt werden, auf die der Keller gebaut wird. Mit einer Wanne aus Stahl- beton kann zusätzlich gegen Grundwasser abge- dichtet werden. Wegen der erhöhten Anforderungen der Energie- einsparungsverordnung werden immer öfter Bodenplatten unterseitig gedämmt (Bild 3). Hier sind die Ansprüche an die sogenannte Perimeter- dämmung (Außendämmung) groß: Sie muss sehr tragfähig sein, darf (fast) kein Wasser auf- nehmen und muss sehr dauerhaft sein. Diese An- sprüche erfüllen spezielle Schaumkunststoffe und Schaumgläser. Entsprechend zugelassene Dämm- Bild 3: Dämmung einer Bodenplatte aus Beton mit stoffe dürfen lastabtragend eingesetzt werden, tragfähigem Schaumglas 254 5 Grundlagen der Bautechnik 5.3.2 Rohbau Die Kellerwände werden aus Stahlbeton (Bild 1) oder Ziegelmauerwerk (Bild 2) errichtet. Sie müs- sen dem Gebäudegewicht, dem Erddruck und ge- gebenenfalls dem Wasserdruck standhalten, bei Ziegelwänden erfordert das eine entsprechende Wanddicke (ca. mindestens 36 cm) und verstei- fende Innenwände gegen die Biegung der Wand- scheibe. Werden die Bodenplatte, die Wände und die Decke mit Anschlussbewehrung vergossen, entsteht ein sehr verwindungssteifes Tragelement für das Gebäude. Für die Erschließung des Ge- bäudes mit Wasser, Strom und Gas werden typi- scher Weise in den Kellerwänden Durchführungen Bild 1: Keller in Stahlbetonbauweise eingebaut. Für Mehrfamilienhäuser werden dort Technikräume eingeplant. Ebenfalls im Keller be- ginnen Schächte für Aufzüge und die Versorgung der Geschosse, sie sollten betoniert oder gemau- ert sein, das Schlagen von Schlitzen und Schäch- ten schwächt tragendes Mauerwerk und birgt in Außenwänden die Gefahr von Wärmebrücken. Die Geschosse über dem Keller werden oft mit Zie- geln gemauert, können aber auch aus Stahlbeton hergestellt werden. In jüngster Zeit werden immer mehr Wände in Holztafelbauweise errichtet. Diese Bauweise hat sich aus dem Holzrahmenbau durch weitreichende Vorfertigung entwickelt und bietet eine gute Wärmedämmung. Wände können nach Bild 2: Keller aus Ziegelwandtafeln verschiedenen Kriterien unterschieden werden. Zum Beispiel in Außenwände oder Innenwände, Tragende Wände, versteifende Wände oder Zwi- schenwände. Den Anforderungen entsprechend wählt man Wände aus Mauerwerk, Beton, Vollholz oder Holztafeln. Wie die Wände können Decken aus Stahlbeton, Stahlbetonträgern mit eingehängten Ziegeln, Holzrahmen mit Verschalung oder Stahlträgern mit Verschalungen oder Füllungen aus Stahl, Be- ton oder Verbundmaterialien bestehen. Die Bau- weise wird nach den Anforderungen Tragkraft, Eigengewicht, Bauhöhe, Wärmedämmung oder Bild 3: Vorgefertigte Elementdecke Schalldämmung, speziell in Wohnhäusern, ge- wählt. Sie werden genau dimensioniert, um wirt- Regelquerschnitte schaftlich zu sein und enthalten Durchbrüche für Treppen, Aufzüge und Versorgung (Bilder 3 und 4). Beim Dachaufbau von Gebäuden überwiegt wei- terhin der Dachstuhl in Holzbauweise, dieser kann Öffnung für Fenster dann die Decke des letzten Geschosses gleich be- inhalten. Bei sehr großen Dächern wie die von Hallen wird meist mit Stahlträgern gebaut. Bei Dächern werden sehr viele Formen ausgeführt, einige Beispiele sind das Satteldach, das Man- sarddach, das Pultdach und das Tonnendach. Bei Flach- und Pultdächern können auch Stahlbeton- Raster 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 platten angewendet werden, die einen Dachstuhl überflüssig machen. Neben den verschiedenen Bild 4: Holzrahmenbauweise einer Wand 5.3 Gewerke 255 Grundformen gibt es noch eine Fülle von Ein- und zu verkleiden oder zu beschichten. Der Einbau der Aufbauten, wie Dachfenster, Dachgauben oder Türen erfolgt üblicherweise nach den Bodenleger- Dachbalkonen. Der klassische Holzdachstuhl wird und Fliesenarbeiten. meist als Sparrendachstuhl (Bild 1) oder als Pfetten- Die Heizungs-, Gas- und Sanitärinstallation für dachstuhl (Bild 2) ausgeführt. Wohngebäude besteht aus dem Einbau der An- Das Sparrendach stützt die Dachlast eher auf die lagen und dem Rohrleitungsbau. Wände des Gebäudes ab und bietet einen freien Dachraum, im Gegensatz zum Pfettendach, das Windverband Querverstrebungen und auch senkrechte Stützen enthält, die einen Teil der Dachlast auf die De- cke und darunterliegende Wände abtragen. Das Dachtragwerk wird noch isoliert, verschalt und dann gedeckt, traditionell mit Dachziegeln. Bei Flachdächern wird ebenfalls isoliert und verschalt, gedeckt wird heute oft mit Blech. Solche Dächer werden gerne auch begrünt, dadurch wird die Sonneneinstrahlung im Sommer von den Pflan- zen aufgenommen und das Dachgeschoss bleibt kühler, außerdem werden Regengeräusche wirk- Windrispen sam gedämpft. Bild 1: Sparrendachstuhl mit Diagonal-Aussteifung Die Dachkonstruktionen müssen hohen Ansprü- chen gerecht werden, um haltbar zu sein und die Mittelpfette Firstpfette vielen Lasten zu ertragen. So gibt es zunächst die Firstzange Windlast, die als Druck und Sog wirken kann. Beim Sparren überströmen von Flächen und im Windschatten entsteht eine Sogwirkung senkrecht zur Fläche, die bei Stürmen beträchtlich sein kann. Dann Bug Pfosten gilt es für das Dach im Winter eine Schneelast zu Schwelle ertragen. Gefährlich sind hier besonders Wetter- lagen, bei denen nach ergiebigen Schneefällen tragende Querwand Tauwetter kommt und noch zusätzlichen Regen bringt. Der Regen wird dann in der Schneeschicht Bild 2: Pfettendachstuhl aufgenommen und sorgt für enorme Dachlasten, weil das typische Gewicht von etwa 300 kg für einen Kubikmeter Schnee dann auf mehr als das 12 Doppelte steigen kann. Seit einiger Zeit werden 6 ständige Lasten aus Aufbauten der Solarthermie 11 5 und der Photovoltaik häufiger. Für Holzdach- stühle gibt es eine Reihe von Brandschutzbestim- 10 mungen. 8 T Alles verstanden? 1. Welche verschiedene Arten von Fundamenten 9 können gebaut werden? 5 6 7 2. Bei welchen Bedingungen werden die verschiede- nen Fundamentarten genutzt? T 5.3.3 Ausbau Z 71 2 5 6 4 2 3 4 1 7 1 2 Spätestens nach der Fertigstellung des Rohbaus Gas 4 1 beginnen die Gewerke des Ausbaus, das sind der T p T Bren- PWC wert- Einbau der Fenster sowie die Haustechnik mit der ∑m3 kessel Installation der Heizung und Gastechnik sowie der 13 Wasser - und Abwassertechnik, der Elektrik und der Lüftungs- und Klimatechnik. Dann gilt es die Bild 3: Strangschema einer Heizungs- und Sanitär- rohen Flächen von Böden, Wänden und Decken installation 256 5 Grundlagen der Bautechnik Gebäudeheizungen können traditionell Öl-, Gas-, wege und die Lage der Schalter und Stromaus- oder Holzfeuerungen sein, für die ein Kamin er- lässe festgelegt. Die Leitungen werden üblicher- richtet werden muss, ebenso wie eine Zwangsbe- weise in Lehrrohre gezogen, die bei Betondecken lüftung für den Heizraum. Für die Brennstoffver- und -wänden mit eingegossen werden, bei Mauer- sorgung wird noch ein Tank- bzw. Lagerraum und werk unter Putz in Wandschlitzen verlaufen und in ein Fördersystem benötigt oder eine Rohrverbin- Unterputzdosen für die Schalter und Stromaus- dung zum Gasanschluss. Alternativ kommen zum lässe münden. Nur in Kellern oder Garagen wird Beispiel eine Übergabestation für Fernwärme, die Installation auf dem Putz verlegt. eine solarthermische Heizung, eine Wärmepumpe Die Elektroinstallation erfolgt in zwei Abschnitten: in Frage oder ein Blockheizkraftwerk, das Wärme Die Grobinstallation im Rohbau und die Feinin- und elektrischen Strom bereitstellt. Mit dem Wär- stallation nach dem Verputzen, dem Estrichlegen meerzeuger wird dann Brauchwasser erhitzt, das und Beschichten. parallel mit dem Kaltwasser über ein Leitungsnetz in Bäder, Küchen und Wirtschaftsräume verteilt Bei größerer Anzahl von Funktionen und Geräten wird. Für den Heizkreislauf muss ebenfalls ein wird die Elektroinstallation immer aufwändiger, Rohleitungsnetz erstellt werden. Angetrieben von so dass die Einführung von Bussystemen erfolgte einer elektrischen Pumpe strömt das Warmwas- (Bild 3). Der seit 1994 in einer Europanorm nieder- ser zu den Heizkörpern und wieder zurück, wie in einem elektrischen Stromkreis. Für Heizkreise Vorlauf- durch Böden und Wände werden Kunststoffroh- verteiler re unter dem Estrich verlegt, oder in den Estrich oder Beton eingegossen. Für den Wärmeerzeuger Strang- und die Verteilung im Haus müssen umfangreiche regulier- ventil elektronische Steuerungen angeschlossen und eingestellt bzw. programmiert werden. Ein weite- Wärme- res Leitungsnetz muss für das Abwasser errichtet mengen- werden und zum Hausanschluss geführt werden. zähler Die Heizungs-, Gas- und Sanitärinstallation er- Rücklauf- folgt in zwei Abschnitten: Die Grobinstallation im sammler Rohbau (Bild 1) und die Feininstallation nach dem Heizkreis- Verputzen, dem Estrichlegen und Beschichten. anschlüsse Für die Installation der Elektrik (Bild 2) stehen ver- schiedene Systeme zur Auswahl. Die klassische Installa-tion mit Ausschaltern, Wechselschaltern oder Tastern für Relais etc. führt die Netzspannung über die Schalteinrichtungen zu den Verbrauchern. Die Querschnitte der Verkabelung müssen nach der Leistung der Verbraucher und der Länge genau Bild 1: Heizkreisverteiler einer Fussbodenheizung bemessen und in einem Installationsplan fixiert werden. Dort sind neben der Kabelart die Kabel- Ausgabe- Heizung, geräte Leuchten Jalousie Lüftung Motoren (Aktoren) Installationsbus Eingabe- Schalter Befehls- Wind- Hellig- geräte geber messer keits- (Sen- sensor soren) Bild 3: Installationsbussystem Bild 2: Elektroinstallationsplan 5.3 Gewerke 257 gelegte Europäische Installationsbus EIB wurde mineralischem Flies oder Schüttungen aufgelegt überführt in den Weltstandart KNX, der seit 2006 werden (Wärmedämmverbundsystem – Vollwär- in einer ISO-Norm spezifiziert ist. Grundsätzlich meschutz) (Bild 2). wird in einem solchen System die Energieüber- Ebenso müssen die Innenwände verkleidet wer- tragung von der Informationsübertragung ge- den durch Verputz oder Verplankung. Darin muss trennt verkabelt. Die Informationen können aber sich bei Gebäuden mit Vollwärmeschutz eine auch über die Stromleitungen übertragen werden, dadurch können bestehende Installationen umge- rüstet werden. Die Informationen können zentral, aber auch dezentral verarbeitet werden. Program- mierbare Steuergeräte verarbeiten Signale von nachströmende Schaltern und Sensoren und senden Signale an Luft Aktoren wie Lampen oder Heizkreispumpen. Die- se Systeme können zu einem geringeren Energie- verbrauch durch die Haustechnik führen. Konkur- renz erfährt das System durch Funksysteme wie Z-Wave oder Enocean und durch das Internet der Unterdruck: 50 Pa Dinge, wobei die Einbindung der Haustechnik ins Internet zwar Komfort, aber auch erhebliche Si- cherheitsprobleme mit sich bringt. Luft Gebläse (konstanter Druck Durch die dichtere Bauweise und Isolierung von und Volumenstrom) Häusern nach der Energieeinsparungsverord- nung wird eine kontrollierte Lüftung nötig. Sie kann mit Wärmetauschern zwischen der Abluft und der Zuluft wiederum Energie einsparen und Bild 1: Blower -Door -Test mit Klimatechnik kombiniert werden, um die Zu- luft im Winter anzufeuchten oder im Sommer das Gebäude zu kühlen. Dazu müssen Kanäle zur Füh- rung der Luftströme, Gebläse und die Anlagen zur Filterung und Entwässerung bzw. Anfeuchtung der Luft installiert werden. Diese Installationen müssen genau in den Querschnitten und Luftge- schwindigkeiten bemessen werden und eine gute Hygiene durch Filterwechsel und Reinigung er- möglichen. Neben der Haustechnik müssen beim Ausbau ei- nes Gebäudes natürlich Türen und Fenster einge- baut werden. Dabei ist eine sorgfältige Auswahl der Elemente nötig, damit sie zum Wärmekon- zept des Gebäudes passen. Ihre Dichtheit gegen Luft- und Wärmeströme müssen vom Hersteller geprüft und angegeben werden. Diese Daten sind auch erforderlich für den Energieausweis des Ge- bäudes. Der fach- und sachgerechte Anschluss an die Wände ist unerlässlich. Die Luftdichtheit eines Niedrigenergie- oder Passivhauses wird mit dem Differenzdruck-Messverfahren (Blower -Door -Test) (Bild 1) geprüft, um solche Wärmelecks zu identi- fizieren. Zum Schutz vor Wind und Wetter werden die Ge- bäudehüllen außen verkleidet mit Verputz oder Fassadenplatten aus Stein, Holz oder Metall. Für noch wirksamere Wärmeisolierung muss vorher noch auf die Außenwände eine Isolierschicht aus Schaumkunststoffen, bzw. aus organischem oder Bild 2: Aufbau eines WDVS 258 5 Grundlagen der Bautechnik dampfdichte Schicht befinden, damit sich kein 5.4 Bauprojekte Kondenswasser im Maueraufbau bilden kann, der zu Schimmel und Bauschäden führen würde. Die In diesem Kapitel werden Sie erfahren, Wände können auch noch Beschichtungen, wie – wie ein Bauvorhaben aus einem Bebauungsplan Farben erhalten, sofern nicht schon die Verputze entsteht, oder die Verplankung eingefärbt sind. – wie die Durchführung eines Bauvorhabens ge- plant werden kann, Wenn die Arbeiten außen am Haus abgeschlos- – wie die gewählte Bauweise die Planung der Bau- sen und die Gerüste entfernt sind, kann mit zeiten für die Gewerke beeinflusst, den Landschafts- und Gartenarbeiten begonnen – dass die Gewerke einer technisch notwendigen werden. Reihe folgen, – wie die einzelnen Bauzeiten überschlägig berech- Im Gebäude werden dann die oberen Boden- net werden können. schichten aufgebracht, die jetzt keinen Schaden aus den Arbeiten mehr nehmen können. Für ver- schiedene Anforderungen stehen harte Boden- Zur Veranschaulichung der verschiedenen Aufga- beläge zum Beispiel aus Holzschichten, wie Par- ben und Tätigkeitsbereiche beim Realisieren eines kett, keramische Fliesen oder Stein, wie Marmor Projektes und der notwendigen Arbeitsabläufe zur Verfügung. Oft werden elastische Beläge ge- der Gewerke soll der Bau eines Einfamilien- wünscht, zum Beispiel aus organischen Schichten hauses dienen. wie Kork, Linoleum und PVC, möglich sind auch textile Beläge, wie Teppichboden oder Filz. In den folgenden Seiten ist der Architekturplan abgebildet. Führen Sie die Planungen weiter, in dem Sie die jeweiligen Bauweisen festlegen und Alles verstanden? die Bauzeiten dafür recherchieren. Berechnen Sie auch den Bruttorauminhalt des Hauses, um den 1. Welche verschiedenen Gewerke gibt es beim Aus- Bauzeitenplan auf Seite 9 nachzuprüfen. bau von Gebäuden? 2. In welcher Reihenfolge erfolgen die Arbeiten? 3. Welche Veränderungen gibt es beim Ausbau in letzter Zeit und warum? Aufgaben 1.1 Untersuchen Sie Ihr Schulhaus auf seine Kons- truktionsmerkmale und die technische Realisie- rung! 1.2 Welche Alternativen hätte es für Bau- oder Werk- stoffe und für die Ausführung der einzelnen Ge- werke gegeben? 2. Ein Reihenhaus mit Keller, Erdgeschoss, ersten Obergeschoss und teilweise ausgebautem Dach- geschoss soll errichtet werden. 2.1 Begründen Sie für die nötigen Gewerke Ihre Wahl der Werkstoffe und Bautechnik! 2.2 Präsentieren Sie Ihre Ergebnisse in einem Kurz- vortrag! Starten Sie Ihre Recherchen zum Beispiel bei: wiki- pedia.de, beton.org, ziegel.de, holzbau-deutschland. de, baunetzwissen.de, bauen.de, bau-doch-selber.de Bild 1: Lageplan des Neubaus und der Abrisse im usw. Grundstück Auszug des Katasterplans der Gemeinde 5.4 Bauprojekte 259 Bauplan und Ansichten: Bild 1: Erdgeschoss Bild 2: Schnitt A - A, siehe Bild 1 260 5 Grundlagen der Bautechnik Bild 1: Schnitt B - B, siehe Bild 1, Seite vorher Bild 2: Ansicht von Norden 5.4 Bauprojekte 261 Bild 1: Ansicht von Süden Bild 2: Ansicht von Westen 262 5 Grundlagen der Bautechnik Bild 1: Ansicht von Osten Bild 2: Grundriss des Dachgeschosses 5.4 Bauprojekte 263 Bild 1: Grundriss des Kellergeschosses 5.4.1 Projektmanagement und Logistik Die Aufgaben zur Umsetzung des Projektes müs- plan für ein ausgewiesenes Baugebiet die Art der sen in einer bestimmten Reihe erfolgen. Sie wer- Nutzung, zum Beispiel Wohnen, und die Lage und den je nach Tätigkeitsbereich von verschiedenen Größe des Gebäudes im Grundstück sowie die Menschen oder Firmen erfüllt, die koordiniert Höhe und die Dachform geregelt. werden müssen. Außerdem gilt es, den Einsatz von Menschen und Maschinen den Aufgaben gerecht zu planen und die Versorgung mit Hilfs- mitteln und Baumaterial rechtzeitig und in der richtigen Menge zu organisieren. Damit das Projekt Einfamilienhaus effizient um- gesetzt werden kann, muss es im Detail geplant sowie über die gesamte Laufzeit gesteuert und überwacht werden. Oftmals wird vom Bauherrn ein Architekt oder ein Bauingenieur mit der Pro- jektleitung beauftragt. Er kalkuliert die Kosten im Verhältnis zur Qualität und die Termine für die ein- zelnen Aufgaben. Zunächst wird das Gebäude im Rahmen der Auf- lagen des kommunalen Bebauungsplanes ent- Bild 1: Ausschnitt aus einem kommunalen worfen. Im Wesentlichen werden im Bebauungs- Bebauungsplan 264 5 Grundlagen der Bautechnik Wenn der Entwurf durch eine Bauvoranfrage beim Gewerk Aufwand nach BRI Bauordnungsamt des Landkreises oder der kreis- freien Stadt als genehmigungsfähig beurteilt wor- Rohbau bis 1 500 m3 : eine Woche pro 150 m3 den ist, kann eine Bauzeichnung des Gebäudes in darüber eine Woche pro 250 m3 Grund- und Aufriss erstellt werden. Darin wird die Einteilung der Geschosse und Räume sowie die Holzbau bis 4 000 m3: zwei Wochen darüber drei Wochen Bauweise festgelegt. Diese Bauzeichnung muss nun von einem Fachmann zur Genehmigung der Dach decken eine Woche zuständigen Baubehörde vorgelegt werden. Die Bauzeichnung wird mit mehreren Plänen für die Fenster bis 3 000 m3: eine Woche jeweiligen Bauphasen und Gewerke ergänzt. Wei- einbauen darüber zwei Wochen ter muss die Standsicherheit des Bauwerkes und Heizungs- bis 3 000 m3: eine Woche pro 600 m3 seiner Teile nachgewiesen werden. Oft werden arbeiten, grob darüber eine Wochen pro 1 000 m3 diese Nachweise von Baustatikern geführt, die dann zum Beispiel auch die Aufsicht haben über Sanitär- bis 3 000 m!: eine Woche pro 600 m3 die Ausführung von Betonarbeiten, für die sie die arbeiten, grob darüber eine Wochen pro 1 000 m3 Bewehrung bemessen haben. Elektro- bis 3 000 m!: eine Woche pro 600 m! arbeiten, grob darüber eine Wochen pro 1 000 m! Nun werden die Gewerke ausgeschrieben, so dass Firmen Angebote mit Preis und Zeiten erstel- Putzarbeiten, bis 2 500 m!: drei Wochen len können. Die Ausschreibung ist eine möglichst je innen und darüber vier Wochen außen detailierte Beschreibung der zu erbringenden Bauleistung und der Bauzeit. In der Bundesrepu- Estrich bis 2 500 m!: eine Woche blik Deutschland gibt es eine Vergabe- und Ver- darüber zwei Wochen tragsordnung für Bauleistungen, abgekürzt VOB, die für öffentliche Aufträge verpflichtend ist, sie Heizungs- bis 3 000 m3: eine Woche pro 1 200 m3 ist aber auch bei privaten Bauvorhaben ein Vor- arbeiten, fein darüber eine Wochen pro 2 000 m3 bild. Sanitär- bis 3 000 m3: eine Woche pro 1 200 m3 arbeiten, fein darüber eine Wochen pro 2 000 m3 Sind die Gewerke vergeben, kann ein zeitlicher Ablauf nach der technisch notwendigen Reihen- Elektro- bis 3 000 m3: eine Woche pro 600 m3 arbeiten, fein darüber eine Wochen pro 1 000 m3 folge geplant werden. Zum Beispiel kann mit der Errichtung des Kellers erst begonnen werden, Fliesen- und bis 2 500 m3: drei Wochen wenn der Beton des Fundamentes ausgehärtet ist. Platten- darüber fünf Wochen Die Reihenfolge der Bauausführung ist Rohbau, arbeiten Fenster und Grobinstallation, Estrich und Innen- putz, dann Feininstallation. Malerarbeiten bis 2 000 m3: drei Wochen von 2 000 m3 bis 3 000 m3: vier Wochen darüber fünf Wochen Für die überschlägige Berechnung der einzelnen Bauzeiten für Gebäuden bis etwa zehn Wohn- Boden legen bis 1 200 m3: eine Woche einheiten wird eine Tabelle angegeben mit Pau- darüber zwei Wochen schalzeiten und Aufwandswerten für den Brutto- rauminhalt (BRI) des Gebäudes. Der BRI errech- net sich im wesentlichen nach den Außenmaßen Die angegebenen Zeiten sind nur Richtwerte und der Fluchten von Breite mal Tiefe mal Höhe von ihre Gültigkeit beim jeweiligen Projekt ist zu hin- der Unterkante des Kellers bis zur Oberkante der terfragen. Die beteiligten Firmen sollten in die Decke des letzten Geschosses, bzw. bis zur mitt- Planung eingebunden werden und müssen im leren Höhe bei bewohnten Dachgeschossen. Für Verlauf des Baus rechtzeitig vom tatsächlichen Ein- und Zweifamilienhäuser können bis etwa Fortschritt informiert werden. 1 000 m3 pro Wohneinheit angesetzt werden, Für unser Einfamilienhausprojekt ergibt sich ein bei mehr Wohneinheiten wird die Nutzung des BRI von etwa 1 800 m3 und gemäß der Tabelle ent- Volumens günstiger wegen gemeinsamer Keller, sprechende Bauzeiten, wobei Gewerke unter Um- Treppen, Flure etc., so dass in 5 000 m3 schon 10 ständen gleichzeitig ausgeführt werden können. Wohneinheiten möglich sind. Ein Bauzeitenplan, mit einer Tabellenkalkulation Tabelle nach einer Veröffentlichung von Paul und erstellt, könnte so aussehen (Tabelle 1, folgende Huff, Universität Stuttgart: Seite): 5.4 Bauprojekte 265 Tabelle 1: Bauzeitplan A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S 1 Woche 1 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2 Gewerk 3 Rohbau 4 Holzbau 5 Dach decken 6 Fenster einbauen 7 Heizungsarbeiten , grob 8 Sanitärarbeiten, grob 9 Elektroarbeiten, grob 10 Putzarbeiten innen 11 Putzarbeiten außen 12 Estrich 13 Heizungsarbeiten, fein 14 Sanitärarbeiten, fein 15 Elektroarbeiten, fein 16 Fliesenarbeiten 17 Malerarbeiten 18 Boden legen Der etwas knapp kalkulierte Plan ergibt eine Bau- Ein Beispiel eines etwas größeren Projektes zeit von 24 Wochen ohne Erdbau, Gründung und (Bild 1): Gartenbau, also muss insgesamt mit etwa sieben Der Sheridan Tower in Augsburg, in Bau seit Monaten gerechnet werden. Die tatsächlichen 2016 – Ausschnitt aus einem Bauzeitenplan Bauzeiten stimmen damit gut überein. Hinterfüllung 30.01. 10.03. Zisterne Verbau in Abstimmung mit Rohbau 13.03. 31.03. Rohbau U2+U1 EG EG 1. OG 1. OG 2. - 5. OG 2. - 5. OG Restarbeiten Rohbau Hülle 13.02. 26.10. Gerüstbauarbeiten 20.03. 29.09. Gerüst Fassade West + Ost 20.03. 29.09. Dachdeckerarbeiten/Abdichtungen 13.02. 11.10. Notabdichtung über UG 13.02. 24.02. Abdichtung Decke über UG + 1. OG (witterungsabhängig) 24.04. 09.05. Provisorische Abdichtung Notabdichtung Dach 01.05. 05.05. 11.05. 07.09. Dacharbeiten (Gefälledämmung, Abdichtung, Außenschutzmatte/Wurzelfolie, inkl. Attikaausbildung) 04.09. 11.10. Fassade 12.06. 26.10. Glasfassade-Sandwichelemente 28.07. 25.10. Montage UK/PR Konstruktion 28.07. 17.08. Montage Glaselemente 15.08. 25.09. Restmontage 29.09. 25.10. Lochfassade 12.06. 26.10. Fassade Fenster 12.06. 15.08. Montage Sonnenschutz 21.08. 01.09. Bild 1: Bauzeitplan 266 5 Grundlagen der Bautechnik Und so soll er einmal aussehen (Bild 1): Diese Technik vereint alle Zeiträume bei einem Gebäude von der Planung über das Projektma- Zum Projektmanagement gehört neben der Pla- nagement für den Bau bis zur Betreuung des Ge- nung und Überwachung der Bauleistungen auch die Überwachung und laufende Korrektur des bäudes über die Nutzungszeit durch eine umfas- sende Software. Nach einiger Entwicklungsarbeit, Bauzeitenplanes. Nach der Fertigstellung wird bei der Übergabe vom Projektmanagment und die noch zu leisten ist, soll sie in der Lage sein, aus dem dreidimensionalen Bauplan einen Bau- dem künftigen Eigentümer eine Schlussabnahme zeitenplan zu erstellen. durchgeführt, bei der festgestellt wird, dass alle vertraglich vereinbarten Leistungen ordnungs- gemäß erbracht sind. Alles verstanden? Ein aktuelles Vorhaben des Bundesministriums 1. In welchen Schritten erfolgt die Realisierung eines für Verkehr und digitale Infrastruktur ist die Ein- Bauprojektes? führung des Building Information Modeling (BIM) 2. Auf welcher Grundlage erfolgt die Kalkulation der in Deutschland. Bauzeiten für die einzelnen Gewerke? 3. Welche zusätzlichen Aufgaben sind im Projekt- Link: http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/ management noch enthalten? DG/digitales-bauen.html: und BIM bei wikipedia.de Bild 1: Sheridan Tower 5.4 Bauprojekte 267 5.4.2 Aufgaben zu Projektmanagement und Logistik 1. Wenn Sie im Kapitel 5.3 bereits für ein Reihenhaus 3.1 Untersuchen Sie die Möglichkeiten, die für die Be- die Konstruktionsmerkmale und Realisierungsmög- bauung eines Grundstückes vorgegeben werden! lichkeiten der Gewerke geplant haben, dann erstel- 3.2 Skizzieren Sie einen Entwurf, der diesen Vorgaben len Sie für dieses Projekt einen Bauzeitplan! entspricht! 2. Führen Sie die Planung für ein Vereinsheim fort und 3.3 Erstellen Sie für dieses Projekt einen Plan mit den erstellen Sie einen Bauzeitenplan! Siehe Bild 1. Aufgaben aller Projektbeteiligter mit einer begrün- 3. Beschaffen Sie sich einen Bebauungsplan für ein det geschätzten Dauer für deren Projektteil! Wohngebiet in Ihrer Umgebung beim Bauamt der 3.4 Untersuchen Sie die Abhängigkeiten der Projekt- Gemeinde bzw. der Stadt! Oft sind diese Pläne im teile voneinander und erstellen Sie dann einen Internet verfügbar. Suchen Sie in diesem Teil des Projektzeitplan mit Zeitpunkt und Dauer der einzel- Geoinformationssytems des Landes Bayern: bau- nen Arbeiten! leitplanung.bayern.de DV 60 DV 40 9,11 4,00 10,985 6,50 Räumliche Darstellung Lageplan 30 5,01 24 5,135 30 99 1,51 74 1,51 1,99 1,26 49 1,26 1,235 2,26 2,26 2,26 2,26 DV 60 A B 30 RR 30 DV 40 80 99 ±0,00 Lager 1,51 2,26 ±0,00 36 2,25 3,01 4,01 2,75 885 1,50 4,625 Aufent- 2,26 1,61 2,26 1,25 50 haltsrau 24 C m C 1,01 99 9,11 9,11 1,24 1,51 74 1,51 2,26 Flur 1,125 885 99 885 1,51 2,26 ±0,00 2,51 24 Flur WC WC 2,26 2,26 3,01 BRH 875 RR 30 30 B A 3,11 1,51 1,24 1,01 865 76 99 76 74 1,385 2,26 1,385 1,385 24 115 5 30 5,01 24 1,51 1,635 1,63 30 Erdgeschoss 10,985 Bild 1: Vereinsheim, Planungsvorhaben 268 5 Grundlagen der Bautechnik 5.5 Tragfähigkeit und Bauphysik stoffen wie Ziegel, Beton oder Holz streuen die Festigkeiten viel stärker als bei Metallen. Aus die- Übersicht sem Grund umfasst das Sicherheitskonzept die Belastungen auf die Konstruktion aus der Nutzung In diesem Kapitel werden Sie erfahren, und der Umgebung genauso wie die Unsicherhei- – welche Idee hinter dem Sicherheitskonzept der ten der Werkstoffkennwerte und die Ausführung Baustatik steckt des Bauwerks. Damit kann das Bauwerk für die – wie aus der Belastungen eines Tragelementes eine Einwirkung bemessen wird vorgesehene Nutzungsdauer allen Einwirkungen – wie aus einer Werkstoffeigenschaft ein Tragwider- sicher widerstehen und die Gebrauchsfähigkeit stand bemessen wird ist gewährleistet. Das Bauwerk soll keine Risse – wie die Sicherheit eines Bauwerkes nachgewiesen oder übermäßige Verformungen aufweisen und werden kann dauerhaft sein, wenn die Ausführung gewissen- – wie Heizprinzipien sich auf den Energieverbrauch haft und nach den anerkannten Regeln erfolgt ist. auswirken Für die Berechnungen gelten umfangreiche Nor- – welche energetischen Anforderungen an ein men, wie die als Eurocodes bekannten DIN EN modernes Gebäude gestellt werden 1990 bis 1999. In den Normen sind sowohl die – wie der Wärmeenergie durch die Gebäudehülle geht Rechenverfahren, wie die Bemessungsgrundla- – warum Isolieren Energie spart gen, die Lastannahmen und Werkstoffkennwerte, – wie Luftfeuchte kontrolliert und Bauschäden ver- als auch die Teilsicherheitsbeiwerte niedergelegt. mieden werden können Die Ausführungen hier orientieren sich an diesen Normen. 5.5.1 Berechnung der Lasten und Kräfteparallelogramme Kraftdreiecke Bemessung der Bauwerksteile Aufgabe der Festigkeitslehre ist einerseits die Kräftemaßstab F = 650 N Erforschung der äußeren Belastungen und der inneren Beanspruchung des Werkstoffes und an- dererseits die Untersuchung von Werkstoffeigen- N 50 schaften zur Festlegung von zulässigen Beanspru- =2 F1 F1 chungen (Bilder 1 und 2). F2 = 1 F FR = 650 N F2 F2 470 Die Lehre von der Berechnung der Sicherheit von Tragwerken wird als Baustatik bezeichnet. Das N FR FR Tragwerk ist das idealisierte Gebilde aus Tragele- FR menten. Die Statik ist ein Teilgebiet der Mechanik, F2 einem Gebiet der Physik. In der Statik werden Körper behandelt, die nicht beschleunigt werden, F1 weil die Gesamtwirkung der Kräfte und Momente null ist. Bild 1: Kräftezerlegung Sicherheitskonzept Das Sicherheitskonzept der Baustatik unterschei- det sich von den Berechnungen zum Beispiel im Maschinenbau. Dort werden die äußeren Be- lastungen auf ein Bauteil immer umgerechnet in eine tatsächliche Spannung im Werkstoff. Die Sicherheitszahl wird nur einmal angewendet bei der Berechnung der zulässigen Spannung im Werkstoff. Die Konstruktion ist dann haltbar und sicher, wenn die zulässige Spannung größer ist als die tatsächliche Spannung. Falls die Belastun- gen nicht sicher bekannt sind, wird ein möglicher hoher Wert angenommen oder die Sicherheits- zahl eher groß gewählt. In der Baustatik sind sowohl die Belastungen un- sicher, als auch die Werkstoffkennwerte. Bei Bau- Bild 2: Druckprüfung einer Betonprobe 5.5 Tragfähigkeit und Bauphysik 269 Einwirkungen