Grundlagen der Baustatik und Strukturelemente

Was ist eine Struktur?

Eine Struktur ist eine Reihe von Elementen, die Kräften standhalten und diese an die Auflagepunkte weiterleiten, um stabil und widerstandsfähig zu sein. Diese Kräfte, die auf eine Struktur wirken, werden Lasten genannt.

Widerstandsfähige und Stabile Strukturen

Das Endergebnis ist, dass die Struktur Lasten standhält (widerstandsfähig) und nicht einstürzt (stabil).

Elemente für Stärke und Stabilität

Welche Elemente und Ressourcen verleihen einer Struktur Stärke und Stabilität? Dreiecke und Bögen.

• Dreiecke

  Dreiecke sind die einzigen geometrischen Formen, die sich nicht durch die Anwendung von Kräften auf ihre Seiten verformen lassen.

• Bögen

  Bögen leiten Kräfte in einer Struktur um und arbeiten hauptsächlich mit Kompression (Druck).

Häufig verwendete Strukturelemente

Die am häufigsten verwendeten Elemente in einer Struktur sind:

• Fundament
• Säulen oder Pfeiler
• Balken
• Bögen
• Klammern (Zugstangen)

Detaillierte Beschreibung der Elemente

Fundamente

Alle Strukturen müssen auf einem tragfähigen Untergrund ruhen. Fundamente befinden sich in der Regel unterhalb der Bodenoberfläche. Sie sind vergleichbar mit den Wurzeln von Bäumen. Die meisten Gebäude werden auf einem Betonfundament errichtet, um zu verhindern, dass sie aufgrund ihres Gewichts einsinken.

Säulen oder Pfeiler

Säulen oder Pfeiler sind vertikale Träger, die speziell dafür konzipiert sind, Druckkräfte (Kompression) zu tragen.

Balken

Balken sind horizontale Elemente, die Biegekräften (Flexion) ausgesetzt sind. Sie stützen die verschiedenen Stockwerke eines Gebäudes.

Bögen

Ein Bogen ist ein gebogenes Element, das eine Lücke zwischen zwei Säulen überbrückt. Er dient dazu, einen Teil der Last der Struktur auf die Enden zu verlagern. (Beispiel: Kirche von Thira, Griechenland)

Klammern (Zugstangen)

Klammern sind Drähte oder Stangen, die Zugkräfte (Traktion) aufnehmen. Sie können aus Stahl bestehen und dienen dazu, die Stärke und Stabilität eines Bauwerks zu erhöhen. (Beispiel: Puente de Carlos Fernández Casado, León)

Arten von Beanspruchungen

Beanspruchungen entstehen durch die Kräfte oder Lasten, denen die Elemente einer Struktur ausgesetzt sind.

Zugspannung (Traktion)

Ein Element ist der Zugspannung ausgesetzt, wenn Kräfte wirken, die dazu neigen, seine Länge zu vergrößern (auseinanderzuziehen). Zum Beispiel: Die Seile, aus denen eine Hängebrücke besteht, sind Zugkräften ausgesetzt.

Druckspannung (Kompression)

Ein Element ist der Druckspannung ausgesetzt, wenn Kräfte wirken, die dazu neigen, seine Länge zu verringern (zusammenzudrücken). Zum Beispiel: Die Säulen eines Tempels, die das Dach tragen, stehen unter Druckspannung.

Biegebeanspruchung (Flexion)

Ein Element oder eine Struktur ist einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, wenn die Kräfte oder Lasten dazu neigen, es zu verbiegen.

Schubspannung (Scherung)

Ein Element ist der Schubspannung ausgesetzt, wenn die Kräfte parallel zum Querschnitt wirken und dazu neigen, einen Abschnitt über den anderen zu verschieben (abzuschneiden).

Torsionsbeanspruchung (Verdrehung)

Ein Element ist einer Torsionsbeanspruchung ausgesetzt, wenn Kräfte wirken, die dazu neigen, einen Querschnitt in Bezug auf den anderen zu verdrehen.

Stabilität von Strukturen

Strukturen, die durch die Anwendung einer Kraft instabil bleiben oder durch einen kleinen Stoß das Gleichgewicht verlieren, gelten als instabil.