Chassis: Leichtbau

Relevanz
Warum ist der Leichtbau für Tiny Houses so wichtig?

Führerschein
Mit gewöhnlichem Führerschein darfst Du einen Anhänger mit 750 kg ziehen. Für Tiny Houses musst Du Dir deswegen sinnvollerweise einen BE-Führerschein besorgen. Dieser erlaubt Deinem Anhänger ein Gewicht von 3,5t und kostet um die 1200 €.

Für Anhänger >3,5t ist ein CE-Führerschein notwendig. Dabei handelt es sich um einen LKW-Führerschein, der aufwendiger zu erlangen ist und um die 3000 € kostet.

Anhänger-Zubehör
Die Achsen, der Zugholm, die Deichsel und andere Kleinteile Deines Anhängers sind auf ein Maximalgewicht von 3,5t ausgerichtet. Das Zubehör für Anhänger >3,5t ist kostenaufwendiger.

Insbesondere die Achsen wechseln von einer Gummifederung bei <3,5t auf eine Druckluftfederung bei >3,5t. Für gewöhnlich liegen Letztere beim doppelten bis vierfachen des Preises.

Chassis: Verstärkungen als Qualitätsmerkmal

Als Verstärkungen bezeichnen wir 2- oder 3-dimensionale Blechkonstruktionen, welche an kritisch belasteten Bereichen des Anhängers verschweißt werden, um das vorliegende Tragwerk zusätzlich zu unterstützen. Hierdurch ist eine Steigerung der Stabilität an dieser Stelle um 100-300 % möglich.

Die Spreu vom Weizen
Grundsätzlich gilt: Einem Tiny House Anhänger, welcher keine expliziten Verstärkungen für Tiny Houses aufweist, sollte man skeptisch gegenübertreten. Denn der Aufbau eines Tiny Houses belastet durch seine Geometrie auf charakteristische Weise bestimmte Bereiche des Anhängers unverhältnismäßig stark. Wir sprechen hierbei von bis zu 17-fachen (34/2) Belastungen an wenigen gezielten Stellen. Es ist wichtig, die Frage zu stellen, warum der jeweilige Anhänger keine Verstärkungen integriert.

Es gibt 3 Möglichkeiten, den Leiterrahmen eines Anhängers zu bauen:

  1. Es sind keine Verstärkungen integriert, dafür jedoch die bereits vorhandenen Stahlprofile „auf den kleinsten gemeinsamen Nenner“ hin stärker dimensioniert. Ein solcher Anhänger würde jedoch mindestens das Doppelte wiegen und kann deshalb nicht sinnvoll als ein für Tiny Houses ausgelegter Anhänger bezeichnet werden, bei dem die Begrenzung auf 3,5t gilt.

  2. Es sind keine Verstärkungen integriert und die Schwachstellen der Stahltraversen werden in Kauf genommen. Auch ein solcher Anhänger kann nicht sinnvoll als Tiny House Anhänger bezeichnet werden, da Gebäude gesetzlich vorgeschriebene Mindestanforderungen an ihr Tragwerk stellen, um Privatpersonen vor körperlichem Schaden und „Ramschware“ zu schützen.

  3. Die Stahltraversen leiten bis zu mittelstarke Lasten eigenständig ab und integrierte Verstärkungen übernehmen besonders kritische Bereiche. Auf diese Weise wird in den Stahltraversen Gewicht gespart und trotzdem die Spitzenlasten entschärft.

Warum Verstärkungen selten zu finden sind
Zum einen ist sicherlich der finanzielle Aufwand ein Faktor, der dazu beiträgt, dass die beworbene Tiny House Spezialisierung der meisten Anhänger sich auf die Namensgebung beschränkt.

Der hauptsächliche Grund ist wohl, dass das Know-how dazu fehlt, was eigentlich Qualität bei einem Tiny House Anhänger bedeutet.

Wir machen dies am Beispiel der Verstärkungen deutlich. Um Verstärkungen sinnvoll zu positionieren, muss ich wissen, wo und in welchem Maße sie am Leiterrahmen benötigt sind. Im besten Fall kann ein erfahrener Anhängerbauer ein gutes Stück Abhilfe verschaffen, indem er typische Sollbruchstellen seiner Anhänger kennt und ihnen entgegenwirkt. Sollbruchstellen sind jedoch stets auf ihren Lastfall hin zu betrachten und der Fahrzeugbauer ist grundsätzlich nicht mit den Lastfällen vertraut, wie sie im Gebäudebau vorliegen. Ein häufiges Argument ist an dieser Stelle, dass Caravans und Bauwagen so unterschiedlich vom Tiny House doch nicht seien und manche Anhängerbauer sich mit diesen Strukturen doch auskennen. Tragwerkstechnisch ist diese Argumentation jedoch nicht korrekt. Denn bei Caravans wird die Last des Aufbaus von den Platten, welche die Wand bilden, in einer Streckenlast auf den Anhänger aufgetragen. Diese Streckenlast ist kategorisch unterschiedlich von der Punktlast, wie sie vom Ständerwerk bei Bauwagen und Tiny Houses in den Anhänger übertragen werden. Ein Anbieter von Bauwagen-Anhängern hat am ehesten das Potenzial dafür, dass sein Verständnis der Sollbruchstellen sich mit denen der Tiny Houses deckt. Anhänger für Bauwagen sind jedoch auf 7,5t und nicht 3,5t Gesamtlast ausgelegt. Zudem macht die meist unterschiedliche Gebäudehöhe, die stärker dimensionierten und häufig komplett andere Profilgeometrie der Stahltraversen, als auch die gegensätzliche Positionierung der Achsen, eine Übertragung der Erfahrung vom Bauwagen zum Tiny House sehr fraglich.

Selbst in einem theoretischen Szenario, in dem ein Anhängerbauer über Trial-and-Error Erfahrung mit den Sollbruchstellen hat, wie sie allein für Tiny Houses charakteristisch sind, kann kein Gebäudestandard erzielt werden. Denn der Gebäudestandard, wie jeder mit einem Dach über dem Kopf ihn tagtäglich unbewusst lebt, fordert mehr als nur die begrenzten praktischen Erfahrungen einer einzelnen Person oder kleinen Gruppe von Menschen. Nach Gebäudestandard zu bauen, bedeutet sich nach den Standards zu richten, wie sie über Jahrzehnte von akademischen Ingenieursgemeinschaften auf Basis empirischer Wissenschaft getragen werden. Eben hierauf basieren die gesetzlich vorgeschriebenen Anforderungen für Gebäude.

Anhängerbauer sind nicht mit Blick auf Gebäudenormen ausgebildet und besitzen nicht die Programme, wie sie für statische Berechnungen in der Bauindustrie notwendig sind, weil sie schlicht nicht der Bauindustrie angehören. Das ist auch in Ordnung so, soll aber nicht zu Verwirrung führen, dass Tiny House Anhänger gewöhnliche Anhänger seien.

Es fehlt allgemeinhin das ingenieurtechnische Know-how normgerechte statische Analysen zu betreiben, die Schwachstellen im Anhänger und damit die Notwendigkeit von Verstärkungen an bestimmten Stellen aufzeigen. 

Verstärkungen im Anhängerzubehör
Mit den Verstärkungen im Leiterrahmen des Anhängers ist es nicht getan, denn die Qualität von Anhängerzubehör (Stützrad, Zugholm, Achse) variiert ebenso. Ein Anhängerbauer, der keine Verstärkungen im Stahlrahmen einsetzt, macht sich gängigerweise nicht die Mühe, Verstärkungen im Anhängerzubehör einzubauen. Denn den Anhängerbauer kosten die Verstärkungen im Zubehör mehr als die Verstärkungen im Stahl.

Es ist wichtig Achsen, Stützrad und Zugholm sinnvoll für den Zweck eines Tiny Houses einzukaufen. Diese 3 Komponenten gehören zum Tragwerk, indem sie die Lasten, wie sie vom Ständerwerk eingeleitet werden, aufnehmen und in den Erdboden ableiten.

Chassis: Nicht in Frage kommende Alternativen

Türen & Fenster: Nachhaltigkeit & Recycling

Allgemein

Fenster sind immer Materialverbunde. Sie bestehen aus Glas und Metall, und je nach Rahmenart zusätzlich aus Holz, Kunststoff oder Metall bzw. aus mehreren dieser Materialien.

Beim Recycling müssen die Materialien zunächst getrennt werden. Das abgetrennte Glas darf nicht als Altglas entsorgt werden, da es überwiegend beschichtet ist. Es wird von der Glasindustrie recycelt. Auch die abgetrennten Metallteile können recycelt werden.

Dichtheit

Schall

Hörschwelle0
Atmung10
Ticken einer Armbanduhr20
Blätterrauschen30
Lern- und Konzentrationsstörungen möglich
Kühlschrankbrummen40
Kühlschrank aus 1 m Entfernung, Vogelgezwitscher im Freien aus 15 m Entfernung50
Lärmender Rasenmäher aus 10 m Entfernung60
Leiser Haartrockner aus 1 m Entfernung zum Ohr70
Vorbei fahrender lärmender LKW in 7,5 m Entfernung, stark befahrene Autobahn in 25 m Entfernung80
Hörschaden bei Einwirkdauer von 40 Stunden pro Woche möglich
Handschleifgerät im Freien in 1 m Entfernung90
Häufiger Pegel bei Musik über Kopfhörer, Presslufthammer in 10 m Entfernung100
Martinshorn aus 10 m Entfernung, häufiger Schallpegel in Diskotheken und in der Nähe von Lautsprechern bei Rockkonzerten, Geige fast am Ohr eines Orchestermusikers110
Schmerzschwelle, ab hier Gehörschäden schon bei kurzer Einwirkung möglich
Trillerpfeife aus 1 m Entfernung, Probelauf von Düsenflugzeug in 15 m Entfernung120
Lautes Händeklatschen aus 1 m Entfernung130
Düsenflugzeug in 30 m Entfernung140
Hammerschlag in einer Schmiede aus 5 m Entfernung150
Hammerschlag auf Messingrohr oder Stahlplatte aus 1 m Entfernung, Airbag-Entfaltung in unmittelbarer Nähe (30 cm)160
Ohrfeige aufs Ohr, Feuerwerksböller auf der Schulter explodiert, Handfeuerwaffen aus etwa 50 cm Entfernung170
Spielzeugpistole am Ohr abgefeuert180
Schwere Waffen, etwa 10 m hinter der Waffe190

Schnee

Straßenfahrt

Eine ausschlaggebende Eigenschaft unserer Tiny Häuser ist ihre Fähigkeit, im Straßenverkehr transportiert zu werden. Dies bedeutet für Wechselbrücken ein Transport auf dem Tieflader, und für alle Häuser mit einem Chassis als Unterbau, der Transport als Anhänger mit Ihrem PKW. Während solcher Straßenfahrten sind zusätzliche Lastfälle, und andere Dinge, wie G-Kräfte in Kurvenfahrten zu beachten.

2015

Traditionelles Ständerwerk

Ein traditionelles Ständerwerk ist dominiert von Pfosten (senkrechten Stäben). Für Durchbrüche, wie etwa Fenster und Türen, werden Riegel (waagerechte Stäbe) nach Bedarf eingebaut. Zur Aussteifung gegen eine Parallelogrammverschiebung werden dann Windrispen (Stahlbänder), im Idealfall kreuzweise, auf das Ständerwerk aufgebracht. Alternativ kann diese Aussteifung über Kopfbänder oder vergleichbare diagonale Stäbe erfolgen.

2015

2018

Rautenständerwerk

Unser Rautenständerwerk ist aus der statischen Analyse heraus entstanden, dass Tiny Houses gegenüber großen Gebäuden weniger von vertikalen und mehr von lateralen und horizontalen Kräften beansprucht werden. Ein traditionelles Tragwerk kann aus diesem Grunde tragwerkstechnisch prinizipiell nicht die 1. Wahl sein.

Wir haben uns in aufwendiger Entwicklungsarbeit daran gemacht, ein Ständerwerk zu entwickeln, welches eben diese lateralen und horizontalen Kräfte ideal abträgt und sind nach über 700 Iterationen zu dem Rautenständerwerk gelangt, wie es in unserem Musterhaus zu sehen und spüren ist.

2018

2019

Hybrid-Ständerwerk

Im Hybrid-Ständerwerk haben wir die charakteristischen Vorteile des traditionellen und des Rautenständerwerks kombiniert.

Das traditionelle Ständerwerk hat zwar keine tragwerkstechnischen Vorteile, bietet aber ein reguläres senkrechtes Raster zur waagerechten und senkrechten Verschraubung von Innen- und Außenverkleidung. Der Wert steckt in seiner Praktikabilität.

Das Rautenständerwerk genießt ganz klar Alleinstellungsmerkmal in der Effizienz als Tragwerk, der primären Aufgabe eines Ständerwerks.

Durch die Kombination der beiden Systeme konnten wir die Praktikabilität des traditionellen Ständerwerk komplett erhalten und die Effizienz des Rautenständerwerks etwas weniger pointiert, aber doch in erstaunlich hohem Maße beibehalten.

Die Ingeneiursarbeit an >1000 Modellen hat uns vom traditionellen zum Rautenständerwerk und schließlich zu einem Allrounder mit Spitzenwerten geführt, unserem Hybridständerwerk.

2019

2020

Strebenfachwerk (light wood framing)

Die Entwicklung von dem Hybrid-Ständerwerk weg, hin zum Strebenfachwerk rührt daher, dass wir einen Weg gefunden haben, unsere Fassade auch mit dem Einsatz von weniger Balkenware zu montieren.

Es ist außerdem von Vorteil, die Diagonalpfosten über die gesamte Höhe durchlaufen zu lassen, und keine Unterbrechung inmitten der Diagonalen zu haben. Wechsel haben wir deswegen trotzdem. Für Fenster, Lofts oder für die Montage unserer Fassadenelemente. Diese sind aber im Vergleich zu der Rautenbauweise weniger dramatisch, da die Diagonalpfosten, welche den Großteil der Kräfte aufnehmen, aus einem durchgehenden Stück Holz gefertigt sind.

2020

2022

Strebenfachwerk (timber framing)

Timber Framing verwendet im Vergleich zum Light Wood Framing weniger Hölzer mit größerem Querschnitt. Das lässt unsere Bauweise immer mehr an den traditionellen Fachwerkbau erinnern, den man aus Fachwerkhäusern eben kennt.

Der Einsatz von wenigen, dafür massiveren Diagonalpfosten führt zwar nicht unbedingt zu dem Einsatz von weniger Holzmasse insgesamt, dafür bringt er andere Vorteile mit sich, welche die Einbußen im Leichtbau wieder fit machen.

So spart man sich eine Menge an teurer Verbindungstechnik und Arbeitskraft, da einfach weniger Verbindungen durchzuführen sind. Sei es im Wechsel oder bei der Anbindung an Chassis oder Rähm.

Die physikalischen Eigenschaften im Blick auf Kraftaufnahme etc. steigen ebenfalls erheblich bei dem Wechsel auf einen größeren Querschnitt.

2022

Lust auf etwas Tragwerkstechnik?

Du findest im folgenden softe Theorie zum Eintauchen:

Faserrichtung trumpft

In der Konzeptphase eines Ständerwerks ist es sinnvoll festzustellen, in welcher Reihenfolge die vertikalen, horizontalen und lateralen Lasten auf das Gebäude dominieren.

Die meisten Fasern des Ständerwerks sollten nämlich in eben diese dominierende Lastrichtung verlaufen. Denn Faserwerkstoffe, wie Holz, sind meist um einen Faktor von bis zu 8 leistungsfähiger darin, Lasten in Richtung ihres Faserverlaufs aufzunehmen, als sie es rechtwinklig zu ihrem Faserverlauf sind.

Nun verhält es sich natürlich nicht ganz so einfach. Denn Lasten treffen nicht ausschließlich vertikal, horizontal und lateral auf das Gebäude. Kräfte wirken aus allen Richtungen, sogar solche, die das TIny House geradewegs in den Himmel heben möchten.

Eine nahezu ideales Ständerwerkkonzept ist unter anderem deswegen ohne statische Computersimulationen praktisch nicht möglich. Es bleibt jedoch der Grundgedanke, dass Ständerwerke grundsätzlich nach ihren dominanten Faserrichtungen beurteilt werden können, weil Faserrichtung trumpft.

Oberflächen-Volumen-Verhältnis indiziert Parallelogrammverschiebung

Tiny Houses haben grundsätzlich ein besonders hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Nehmen wir exemplarisch ein Tiny House in Würfelform mit 10m Länge, 2,5m Breite und 4m Höhe. Dem gegenüber stellen wir ein Haus in Würfelform mit 12m Länge, 10m Breite und 9m Höhe.

Tiny House

Oberfläche: 150m² ((10m*2,5m+10m*4m+2,5m*4m)*2)

Volumen: 100m³ (10m*2,5m*4m)

Verhältnis: 1,5 (150/100)

Haus

Oberfläche: 636m² ((12m*10m+12m*9m+10m*9m)*2)

Volumen: 1.080m³ (12m*10m*9m)

Verhältnis: 0,59 (636/1.080)

Das Oberflächen-Volumen-Verhältnis des Tiny Houses ist etwa 2,5 (1,5/0,59) mal so groß wie das des Hauses. Das ist ein sehr großer Sprung. Erhöhen wir zur Verdeutlichung das besagte Verhältnis noch einmal um 2,5 vom Haus aus, landen wir etwa bei dieser beinahe palastartigen Größe mit 35m Länge, 25m Breite und 20m Höhe.

Palast

Oberfläche: 4.150m² ((35m*25m+35m*20m+25m*20m)*2)

Volumen: 17.500m³ (35m*25m*20m)

Verhältnis: 0,23 (4.150/17.500)

Die Veränderung des Oberflächen-Volumen-Verhältnis zum Tiny House hin, sollte Beachtung finden. Denn je höher das Oberflächen-Volumen-Verhältnis, desto mehr muss das Ständerwerk Parallelogrammverschiebungen widerstehen.

Zur Veranschaulichung der Thematik eine Analogie: Stell Dir ein Tauziehen vor, bei der jeder Mensch nur mit dem linken Arm ziehen darf und mit der rechten ein 10kg-Gewicht in den Himmel strecken muss. Nun steht auf einen Seite ein Elefant und auf der anderen 10 Männer und Frauen. Im nächsten Schritt ersetzen wir diese 10 Menschen durch 1 Person, die ebenso stark ist wie die vorigen 10 gemeinsam. Nun muss die eine Person mit dem linken Arm wie die 10 Menschen zuvor einen Elefanten bezwingen, mit dem rechten Arm, muss er aber nur 10kg hochheben weil er 1 Mensch ist, wohingegen zuvor 100kg in den Himmel gestreckt werden mussten.

Übertragen gesprochen kürzen wir ein Gebäude von 10m Breite auf 1m Breite. Das Gebäude muss nun natürlich nur 10% der Schneelast aufnehmen weil das Dach um 90% verkleinert wurde (Dies sind die 100kg auf 10kg). Die Länge des Hauses hat sich jedoch nicht geändert und dort trifft die Windlast mit derselben Kraft auf (Dies ist der Elefant, dessen Kraft unverändert bleibt).

Betrachten wir also nur die Schneelast erscheint es, dass wir unser Ständerwerk in derselben Art beibehalten und nur im selbem Maße mit der Breite des Gebäudes kürzen. Betrachten wir jedoch die Windlast, darf das Ständerwerk gar nicht gekürzt werden.

Das zur Verfügung stehende Holz in der 1m breiten Wand muss nun viel mehr waagerechte Last als senkrechte Last abtragen. Ist der Stiel zu senkrecht ausgerichtet, kommt es also zunehmend zu Parallelogrammverschiebungen. In anderen Worten: Die Raumtiefe, und damit das Potential der Wand, dem Wind zu widerstehen, nimmt ab. Im Gegenzug müssen die Stäbe waagerechter ausgelegt werden also zuvor, um zum kompensieren, dass nun weit mehr waagerechte als senkrechte Lasten vorhanden sind.

Auf diese Weise induziert ein zunehmendes Oberflächen-Volumen-Verhältnis die Gefahr einer Parallogramverschiebung. Noch einmal in anderen Worten: Mit zunehmendem Oberflächen-Volumen-Verhältnis werden waagerechte Fasern im Ständerwerk immer wichtiger und senkrechte unwichtiger.



Nicht in Frage kommende Alternativen

CNC-Bearbeitung

Allgemein

CNC bedeutet „Computer Numerical Control“. Die CNC-Bearbeitung ist demnach eine Maschinenbearbeitung, bei der die Maschinen von einem Computer und nicht von einem Menschen angesteuert werden.

Bei der Bearbeitung von Konstruktionshölzern bezeichnet man diese CNC-Arbeit auch als Abbund.

Präzision

Der Präzisionsunterschied ergibt sich bei Mensch und Maschine nicht prinzipiell durch ihr Werkzeug. Zwar erhält der Mensch einen Bohrer mit ergonomischen Griff und die Maschine etwa einen Bohrer mit Befestigung über einen Gewindestift, der Bohrkopf aber bleibt derselbe.

Der Unterschied ergibt sich durch die Werkzeug-Führung. Der Mensch führt sein Werkzeug mit handwerklichem Geschick und Erfahrung, die Maschine über einen Computer, welche die Position des Werkzeugs in einem 3D-Koordinatenraster bestimmt.

In sehr einfachen Bearbeitungsschritten kann der geübte Handwerker die Qualität einer CNC-Maschine erreichen. In >90% aller Bearbeitung ist es dem Menschen jedoch nicht möglich, die Präzision von Maschinen zu erreichen.

Qualität: Graduell und Kategorisch

Meist liegt der Vorteil von Maschinen in der Präzision ihrer Bearbeitung. Man kann dies einen graduellen Qualitätsunterschied nennen.

Gelegentlich sind wir aber mit Bearbeitungen konfrontiert, die in erster Linie nicht einmal menschenmöglich sind. Die Maschine bietet an diesen Stellen nicht nur einen graduellen, sondern kategorischen Qualitätsunterschied.

Profil-Fräse

Die Profil-Fräse ermöglicht uns den exakten Zuschnitt unseres Ständerwerks. Mit ihr können wir Schrägen, Ausklinkungen, Bohrungen, Markierungen und mehr in Millimeterpräzision am gesamten Ständerwerk durchführen.

Chassis

Jede Modellierung beginnt mit dem Chassis. Es stellt den Grundstein eines Tiny Houses dar, da durch das Chassis alle Lasten in das Erdreich abgeführt werden müssen, egal ob Fahrt oder Stand. Anhänger und Wechselbrücken werden im Allgemeinen aus Stahl- oder Aluminiumprofilen gebaut, in Sonderfällen kommen auch Holz und Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz. Diese Profile werden meistens als Flächen modelliert, da diese es in der Auswertung ermöglichen lokale Spannungsspitzen zu identifizieren und nur dort Verstärkungen einzubringen, anstelle das gesamte Profil höher dimensionieren zu müssen. 

Ständerwerk

Auf oder an das Chassis wird das Ständerwerk angebracht. Das Ständerwerk bildet nicht nur ein optisches Highlight, sondern erfüllt in erster Linie die Aufgabe, alle Lasten, die auf das Tiny House einwirken, aufzunehmen und weiterzuleiten. Das eigentliche Ständerwerk besteht aus Diagonal-, Eck- und Stirnpfosten. In dieses werden daraufhin die Wechsel für Türen und Fenster eingebracht, sowie die Riegel und Sparren für Lofts oder Empore. Als Werkstoff wird für das gesamte Ständerwerk ein Fichte/Tannen Brettschichtholz (BSH) der Festigkeitsklasse C24 verwendet. 

Verbindungstechnik

Die passende Dimensionierung von Hölzern im Ständerwerk und den Profilen im Chassis stellt immer nur die halbe Miete dar. Die beiden Komponenten müssen auch miteinander verbunden werden, auf eine Weise, dass alle Kräfte und Momente von einem Träger in den anderen weitergeleitet werden können. Hier kommt die Verbindungstechnik zum Einsatz. Um die Verbindungstechnik berücksichtigen zu können, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise für Kreuzverschraubungen gibt es von den Herstellern allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, über welche die Tragfähigkeit eines Schraubenpaares berechnet wird und dann mit den Schnittgrößen an der Verbindungsstelle abgeglichen werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Verschraubungen direkt in dem Statikprogramm zu modellieren und darüber den Nachweis zu erbringen. 

Wind

Windlast

Die Windlast bezieht sich auf die Kraft oder Belastung, die der Wind auf eine Struktur ausübt, wie zum Beispiel ein Gebäude, eine Brücke oder eine andere Konstruktion. Sie wird durch Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung und der Form der Struktur beeinflusst. Ingenieure berücksichtigen die Windlast bei der Gestaltung von Gebäuden, um sicherzustellen, dass sie den Kräften standhalten können, die durch den Wind erzeugt werden.

Windlasten sind eine durch das Klima bedingte und veränderliche Einwirkung auf Bauwerke oder Bauteile. Die Windlast ergibt sich aus der Druckverteilung um ein Bauwerk, welches einer Windströmung ausgesetzt ist. Die Windlast wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche und setzt sich vor allem aus Druck- und Sogwirkungen zusammen. So entsteht bei einem Bauwerk an den frontal angeströmten Flächen durch die Strömungsverlangsamung ein Überdruck (Winddruck). Im Bereich der Dach- und Seitenflächen löst sich die Luftströmung an den Gebäudekanten ab und bewirkt dort einen Unterdruck (Windsog). Durch den Nachlaufwirbel wird an der Gebäuderückseite ebenfalls ein Unterdruck erzeugt. In den Normen werden die Windlasten in Rechenwerte zur Ermittlung der Tragwerkssicherheit überführt. Dabei wird aufgrund der starken zeitlichen und räumlichen Schwankungen der ausgeprägt stochastische Charakter beachtet.

Windzonen

Windzonen sind geografische Zonen, die in Deutschland in vier Windzonen mit unterschiedlichen Grundwindgeschwindigkeiten unterteilt sind. Die Grundwindgeschwindigkeiten sind wie folgt untergliedert:

  • Grundgeschwindigkeit: 22,5 m/s (Windzone 1)
  • Grundgeschwindigkeit: 25,0 m/s (Windzone 2)
  • Grundgeschwindigkeit: 27,5 m/s (Windzone 3)
  • Grundgeschwindigkeit: 30,0 m/s (Windzone 4)

Vor allem in Grenzgebieten der Windzonen ist es schwierig, diese eindeutig festzulegen. Es gibt auch eine DIN EN 1991-1-4 Windzone Karte.

Geländekategorien

Bei statischen Berechnungen zu Wind sind die Geländekategorien von Bedeutung. Die Geländekategorien sind in der DIN EN 1991-1-4 definiert und geben an, wie stark der Wind auf ein Gebäude einwirkt. Die Geländekategorie hängt von der Umgebung ab, in der sich das Gebäude befindet. Es gibt vier Geländekategorien, die wie folgt definiert sind:

  • Geländekategorie I: Offenes Gelände mit einer Höhe von weniger als 10 Metern.
  • Geländekategorie II: Offenes Gelände mit einer Höhe von mehr als 10 Metern.
  • Geländekategorie III: Bebauung mit einer Höhe von weniger als 15 Metern.
  • Geländekategorie IV: Bebauung mit einer Höhe von mehr als 15 Metern.

Schnee

Schneelast

Schneelasten sind eine durch das Klima bedingte und veränderliche Einwirkung auf Bauwerke oder Bauteile. Die Schneelast oder Schneedruck gehört zu den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke. Sie hängt von Schneeart und Schneemenge ab. Die baulichen Lastannahmen bezüglich der Schneelast, auf die eine Dachkonstruktion auszulegen ist, hängen ab von der geografischen Lage und von der Form des betrachteten Bauwerks. Die charakteristischen Werte für Schneelasten werden für regionale Zonen (Schneelastzonen) mit unterschiedlichen Intensitäten der Schneelast ermittelt.

Schneelastzonen

In Deutschland ist die Schneelast in fünf verschiedene Zonen unterteilt: Zone 1, 1a, 2, 2a und 3. Diese Schneelastzonen teilen Deutschland grob in Klimazonen ein, in denen gewöhnlich mehr oder weniger Schnee fällt. Eine kleinere Nummer bedeutet dabei eine geringere Schneelast. Die charakteristischen Werte für Schneelasten (sk) werden für regionale Zonen (Schneelastzonen) mit unterschiedlichen Intensitäten der Schneelast ermittelt.

  • In Zone 1 beträgt die Schneelast bis zu 0,65 kN/m² bis zur Höhe von 400 m.
  • In Zone 1a beträgt die Schneelast bis zu 0,81 kN/m² bis zur Höhe von 400 m.
  • In Zone 2 beträgt die Schneelast bis zu 0,85 kN/m² bis zur Höhe von 285 m.
  • In Zone 2a beträgt die Schneelast bis zu 1,06 kN/m² bis zur Höhe von 285 m.
  • In Zone 3 beträgt die Schneelast bis zu 1,10 kN/m² bis zur Höhe von 255 m.

Dachform

Die Schneelast hängt von der Form des Dachs ab, da die Schneelast auf eine Dachfläche verweht werden kann. Die charakteristische Schneelast kann durch Formbeiwerte abgemindert oder erhöht werden. Je größer die Dachneigung desto geringer ist der Formbeiwert – umso geringer die Schneelast. Die zulässige Schneelast gibt an, wie viel Schnee ein Hausdach aushält. Die Schneelast ist generell abhängig von der Form sowie der geografischen Lage des Bauwerks und wirkt als sogenannte Flächenlast senkrecht zur Grundfläche. Wenn es lange und intensiv schneit, „stapelt“ sich der Schnee schichtweise auf dem Dach.

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