Ein Tragwerk umfasst die tragenden Teile eines Gebäudes oder Bauwerks, etwa Wände, Stützen, Decken und Dachbalken. Es trägt sein Eigengewicht und nimmt Kräfte aus der Nutzung und der Umgebung auf. Die Eurocodes fassen solche Belastungen unter dem Begriff Einwirkungen zusammen. Dazu gehören Schnee und Wind sowie weitere Einflüsse, die Bauteile verformen.
Bei der Planung ordnen Fachleute Einwirkungen danach, wie sie sich im Lauf der Zeit ändern. Eigenlasten wirken meist ständig. Nutzlasten, Schnee und Wind zählen zu den veränderlichen Einwirkungen. Deutsche Regeln behandeln Eis gesondert. Welche Werte angesetzt werden, hängt unter anderem vom Standort und der Gebäudeform ab. Auch die Nutzung spielt eine Rolle.
Welche Normen regeln Einwirkungen?
Für die Tragwerksplanung in Deutschland sind die Eurocodes mit ihren Nationalen Anhängen maßgeblich. Eurocode 0 legt die Grundlagen fest und erklärt, wie Einwirkungen kombiniert werden. Eurocode 1 beschreibt einzelne Einwirkungen. Die Nationalen Anhänge ergänzen dazu Vorgaben für Deutschland.
| Einwirkung oder Thema | Einschlägige Regel |
|---|---|
| Grundlagen und Kombinationen | DIN EN 1990 |
| Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau | DIN EN 1991-1-1 mit Nationalem Anhang |
| Schnee | DIN EN 1991-1-3 mit Nationalem Anhang |
| Wind | DIN EN 1991-1-4 mit Nationalem Anhang |
| Eis | Ergänzende Angaben im Nationalen Anhang zu DIN EN 1991-1-3 |
Für die öffentlich-rechtliche Anwendung zählt außerdem, welche Technischen Baubestimmungen das jeweilige Bundesland eingeführt hat. Die Länder nutzen die Muster-Verwaltungsvorschrift des Deutschen Instituts für Bautechnik als Grundlage, sie gilt jedoch nicht automatisch in jedem Land. Bei einem konkreten Bauvorhaben muss deshalb der dort geltende Regelungsstand geprüft werden.
Normen unterscheiden zudem zwischen ständigen, veränderlichen und außergewöhnlichen Einwirkungen. Ständige Einwirkungen sind über längere Zeit vorhanden, veränderliche ändern sich in ihrer Größe oder ihrem Auftreten. Außergewöhnliche Einwirkungen stehen für seltene Ereignisse, die gesonderte Bemessungsfälle erfordern. Die Einteilung beschreibt, wie sich eine Einwirkung mit der Zeit verändert. Ihre Richtung ist davon unabhängig: Wind bleibt eine Windeinwirkung, ob er auf eine Fläche drückt oder sie nach außen zieht.
Eigenlast: das Gewicht des Bauwerks
Die Eigenlast umfasst das Gewicht der tragenden Konstruktion und der dauerhaft eingebauten Bauteile, etwa Decken, Wände und Dachaufbauten. Bei der Berechnung werden auch dauerhaft befestigte Schichten und Installationen berücksichtigt. Die Eigenlast ist in der Regel eine ständige Einwirkung (G).
Ihre Größe hängt von den Materialien und den Abmessungen ab. Eine Betondecke bringt beispielsweise mehr Eigengewicht mit als eine leichte Konstruktion gleicher Größe. Das Tragwerk muss diese Last auch dann aufnehmen, wenn das Gebäude leer ist und weder Schnee noch Wind einwirken.
Nutzlast: Belastung durch die Nutzung
Die Nutzlast beschreibt Belastungen, die sich aus der vorgesehenen Nutzung eines Gebäudes ergeben. In einer Wohnung berücksichtigt die Planung zum Beispiel Menschen, Möbel und bewegliche Gegenstände. Bei Verkaufs-, Versammlungs- oder Lagerflächen gelten andere Nutzungsannahmen. Nutzlasten sind grundsätzlich veränderliche Einwirkungen (Q).
Für die Bemessung gelten die Normannahmen für die jeweilige Nutzungskategorie. Sie sagt nicht voraus, wie viele Menschen oder Gegenstände sich zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlich in einem Raum befinden. Wer einen Raum anders nutzen möchte als geplant, etwa als Lager statt als Wohnraum, sollte deshalb prüfen lassen, ob die vorhandene Bemessung dafür ausreicht. Für Dachflächen gelten eigene Regeln; eine Dachnutzlast wird nicht automatisch zusammen mit Schnee und Wind angesetzt.
Schnee: Gewicht und Verteilung
Schnee belastet eine Dachfläche durch sein Gewicht. Die Normen behandeln ihn als veränderliche Einwirkung. Für die Bemessung zählt dabei nicht nur die Schneemenge am Boden. Auch Dachform, Höhenunterschiede, Aufbauten und aufgeständerte Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen beeinflussen, wie sich Schnee auf dem Dach verteilt.
Schnee liegt deshalb nicht zwingend gleichmäßig auf einer Dachfläche. Verwehungen können örtlich stärkere Belastungen verursachen. Das gilt auch für Bereiche neben höheren Bauteilen. Tragwerksplanende prüfen dafür unterschiedliche Lastverteilungen. In höheren Lagen sieht der deutsche Nationale Anhang eine einzelfallbezogene Festlegung von Rechenwerten durch die zuständige Behörde vor.
Wind: Druck auf die Fläche, Sog am Dach
Wind übt Druck auf Gebäude aus und erzeugt an anderen Stellen Sog. An Dachflächen kann der Sog Bauteile nach außen ziehen und damit auch Befestigungen und Anschlüsse beanspruchen. Wind wirkt sowohl auf die Stabilität des gesamten Gebäudes als auch auf einzelne Bauteile. Er gilt als veränderliche Einwirkung.
Wie stark der Wind auf das Gebäude wirkt, hängt vom Standort, der Gebäudehöhe, der Umgebung und der Gebäudeform ab. Auch verschiedene Stellen desselben Gebäudes können unterschiedlich belastet sein: Ecken, Fassadenabschnitte und Dachflächen reagieren nicht alle gleich. Deshalb wird Wind nicht sinnvoll durch einen einzigen waagerechten Kraftwert für das ganze Gebäude beschrieben.
Eis: zusätzliche Last mit besonderer Regelung
Eis erhöht das Gewicht von Bauteilen. Bei eisbedeckten Stäben oder Leitungen verändert es außerdem die dem Wind ausgesetzte Form. Welche Eislast anzusetzen ist, hängt deshalb vom Bauteil und von den örtlichen Bedingungen ab.
Der deutsche Nationale Anhang zu DIN EN 1991-1-3 enthält ergänzende Angaben zu Eislasten. Er unterscheidet Vereisungsklassen für Raueis. Für Flachland und tiefere Lagen der Mittelgebirge nennt der Anhang die Klassen R1 bis R3 als ansetzbar.
Ein eigener europäischer Normteil zur atmosphärischen Eisbildung befindet sich im Normungs- und Umsetzungsprozess. Wann dieser Normteil im öffentlichen Baurecht gilt, hängt davon ab, welche Regeln das jeweilige Bundesland eingeführt hat. Bei Bauwerken, bei denen Vereisung eine Rolle spielt, braucht es daher eine Prüfung der geltenden Vorgaben und der konkreten Standortbedingungen.
Einwirkungen werden kombiniert
Bei der Bemessung werden Einwirkungen nach den Regeln der DIN EN 1990 kombiniert. Dabei wird berücksichtigt, welche Einwirkungen gleichzeitig auftreten können und welche davon für den jeweiligen Nachweis maßgebend sind. Schnee, Wind und Nutzlast werden deshalb nicht einfach mit ihren jeweils höchsten Einzelwerten zusammengerechnet.
Welche Kombination passt, hängt vom Bauteil und davon ab, welchen Nachweis die Planung führt. Für bestimmte Dachkategorien gelten beispielsweise Regeln dazu, ob eine Dachnutzlast gemeinsam mit Schnee oder Wind anzusetzen ist. Die Tragwerksplanung muss diese Kombinationen für das konkrete Gebäude festlegen.