Definition von Statik
Um den Begriff Statik zu erläutern, ist es erforderlich, einen tiefen Blick in die Vergangenheit zu werfen, da er seinen Ursprung im griechischen Wort „Statikos“ hat, was mit „zum Stillstand bringen“ übersetzt werden kann.
Statik ist von entscheidender Bedeutung nicht nur im Bereich des Bauingenieurwesens, sondern auch in der Physik, den Ingenieurwissenschaften und der Elektrotechnik.
Allgemein lässt sich Statik wie folgt definieren. Die Statik ist die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte auf starre Systeme, die sich in Ruhe befinden.
Bedeutung in der Physik und Ingenieurwissenschaft
In beiden Bereichen, dem Bauingenieurwesen und der Physik, ist die Statik ein Teilgebiet der Mechanik, das sich mit ruhenden Kräften befasst, auch bekannt als Kräfte, die auf ein unbewegtes System wirken. Im Gegensatz dazu beschäftigt sich die Dynamik mit den Kräften in bewegten Systemen. Dies ist von besonderer Bedeutung für Bauwerke und technische Konstruktionen.
Ein bekanntes Konzept in diesem Zusammenhang ist der Standsicherheitsnachweis, der eine rechnerische Bestätigung der Stabilität im Bereich der Baustatik darstellt. Andere Begriffe für den Standsicherheitsnachweis sind Standfestigkeit, Standfestigkeitsnachweis, Tragsicherheitsnachweis, Stabilitätsnachweis oder Tragfähigkeitsnachweis im Bauwesen.
Anwendung in verschiedenen Bereichen
Die Statik findet in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, wobei wir uns hier speziell auf das Bauwesen konzentrieren. In diesem Bereich wird Statik in verschiedene Unterkategorien unterteilt:
Baustatik
Standsicherheitsnachweis
Statik oder Baustatik im Hausbau bezeichnet die „Lehre von der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Tragwerken“.
Bei den Berechnungen werden sowohl der Verformungs- als auch der Kräftezustand berücksichtigt, die beim Bau oder bei bestehenden Bauwerken auftreten. Verschiedene rechnerische und grafische Methoden werden angewandt, um sowohl die äußeren Lasten als auch die Belastungen von Bauwerken zu bestimmen. Das Ziel ist es, ein Gleichgewicht zu erzielen, wofür eine passive Kraft benötigt wird, die in entgegengesetzter Richtung wirkt, wenn die aktive Kraft angreift. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass Tragwerke entsprechend konstruiert und Bauteile bemessen werden müssen, damit sie den verschiedenen Einwirkungen von Lasten standhalten können.
Gemäß der DIN 1055 werden die Einwirkungen auf ein Tragwerk als Verformungs- und Kraftgrößen bezeichnet. Die einwirkenden Kräfte sind direkte Einwirkungen. Im Gegensatz dazu spricht man von indirekten Einwirkungen, wenn es beim Setzen des Bauwerks zu Verformungen kommt. Zusätzlich wird zwischen ständigen und veränderlichen Einwirkungen unterschieden. Das Eigengewicht des Bauwerks sowie der Anbauten zählen zu den ständigen Einwirkungen, während Schneelasten, Windlasten, Wasserdruck und Nutzlasten zu den veränderlichen gehören.Formularbeginn
Newtonsche Gesetze in der Statik
Das Newtonsche Gesetz besagt, dass ein Körper seine Geschwindigkeit, sowohl in Bezug auf Betrag als auch Richtung, beibehält, solange keine äußere Kraft ihn zwingt, seinen Bewegungszustand zu ändern. Dies bedeutet, dass ein ruhender Körper in Ruhe verbleibt, solange keine Kraft auf ihn einwirkt.
In der Statik bedeutet dies, dass bei Einwirkung von Kraft und Gegenkraft stets ein Kräftegleichgewicht herrscht. Der Körper bleibt in Ruhe und erfährt keine Beschleunigung. Dies lässt sich anhand folgenden Beispiels verdeutlichen:
Wenn eine Person auf dem Boden steht, wird sie durch die Gravitationskraft zum Erdmittelpunkt gezogen. Diese Kraft wird durch die Muskelkraft (die Gegenkraft) ausgeglichen. Wenn die Muskulatur durch eine Betäubung entspannt wird, fällt die Person zu Boden.
In der Statik wird angenommen, dass jeder Körper ein starrer Körper ist. In Wirklichkeit ist jedoch selbst das härteste Material nicht absolut starr.
Analyse von Strukturen
Die Analyse von Tragwerken beinhaltet die Untersuchung von Spannungen, Verformungen und Verschiebungen. Im Rahmen der statischen Strukturanalyse werden die Auswirkungen von konstanten und allmählich veränderlichen Belastungen auf die Struktur untersucht.
Mittels der Tragwerksanalyse werden die Einflüsse von Lasten auf eine Struktur, ein Gebäude oder ein Objekt berechnet und bestimmt.
Praktische Anwendung
Für Statiker ist die Tragwerksanalyse von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellen müssen, dass die Lastpfade sowie die Auswirkungen der Lasten mit ihrer Planung übereinstimmen. Konstrukteure und Ingenieure können mithilfe der Strukturanalyse gewährleisten, dass Geräte oder eine Struktur unter den Belastungen sicher verwendet werden können.
Die Strukturanalyse wird während des Konstruktionsprozesses durchgeführt, um sicherzustellen, dass die verwendeten Materialien, die Geometrie und die Struktur des Bauwerks berücksichtigt werden.
Ein Statiker verwendet die Ergebnisse der statischen Berechnungen für Balken, Platten, Kabel und Wände, um sicherzustellen, dass diese Elemente den Kräften wie Windlasten, Eigengewicht und Nutzlasten standhalten und keine Probleme zu erwarten sind.
Fazit zur Statik
Die Statik im Bereich des Bauwesens ist äußerst anspruchsvoll, da jedes einzelne Element eine maßgebliche Funktion erfüllt. Eine umfassende und gründliche Planung ist unerlässlich, um mit Hilfe der Statik nicht nur die Sicherheit, sondern auch die langfristige Stabilität eines Gebäudes zu gewährleisten. Statiker, auch bekannt als Tragwerksplaner, tragen hierbei eine bedeutende Verantwortung.
Sowohl die Statik als auch die Bauphysik spielen eine entscheidende Rolle bei der Planung und Umsetzung eines Bauwerks. Die Statik fokussiert dabei vor allem auf die Tragfähigkeit und Stabilität der Strukturen.