Bauteilorientierte Statik oder Statik am 3D-Modell? Typischerweise richtet sich eine Statiksoftware nach einem dieser beiden Konzepte zur Berechnung und Bemessung von Tragwerken aus. Was zeichnet die beiden Konzepte aus? Inwiefern ergänzen sie sich gegenseitig? Und was bedeutet das für Ihre Wahl bei der Suche nach der richtigen Software für Baustatik? In diesem Artikel finden Sie die Antworten.
 

Das Wichtigste in Kürze

> Bei der bauteilorientierten Statik werden die statischen Nachweise, Berechnungen und Bemessungen eines Bauwerks ausgehend von den Einwirkungen auf jedes einzelne Bauteil durchgeführt.

> In der Statik am 3D-Modell wird hingegen das gesamte Tragwerk, etwa mittels einer Finite-Elemente-Methode, als zusammenhängendes System modelliert und analysiert.

> Die beiden Konzepte ergänzen sich gegenseitig und decken gemeinsam die verschiedenen Anforderungen an die Tragwerksplanung ab.
 

Professionelle und leistungsfähige Statiksoftware ist für Statiker und Tragwerksplaner seit Jahrzehnten ein unverzichtbarer Begleiter im Arbeitsalltag. Computergestützte Modellierungen, Berechnungen und Bemessungen befähigen Bauingenieure, den ständig steigenden Anforderungen der Branche an Wirtschaftlichkeit, Effizienz, Zuverlässigkeit und digitale Kollaboration zu begegnen. Software für Baustatik garantiert nicht nur normkonforme und rechtssichere Nachweise, sondern auch zuverlässige Berechnungen in kürzester Zeit. Außerdem versetzt sie Tragwerksplaner in einer Zeit, in der architektonische Entwürfe immer origineller und komplexer werden, überhaupt erst in die Lage, jene kreativen Entwürfe in die Realität umzusetzen.

Wichtig ist zunächst die Erkenntnis: Statiksoftware ist nicht gleich Statiksoftware. Das liegt in erster Linie daran, dass zwei grundverschiedene Konzepte bei der statischen Berechnung und Bemessung von Tragwerken vorherrschen. Beide sind gleichermaßen legitim, unterscheiden sich aber fundamental in ihrer Herangehensweise, das Tragwerk statisch zu analysieren. Typischerweise richtet sich eine Statiksoftware nach einem der folgenden beiden Verfahren aus:

> Bauteilorientierte Statik – Die traditionelle, bauteilorientierte Statik verfolgt die Philosophie, die statischen Nachweise, Berechnungen und Bemessungen eines Bauwerks ausgehend von den Einwirkungen auf jedes einzelne Bauteil durchzuführen. Da jedes Bauteil dabei als separate Position mit eigenständigen Geometrien, Materialien und Lasten betrachtet wird, wird dieser Ansatz auch als Positionsstatik bezeichnet.

> Statik am 3D-Modell – In der Statik am 3D-Modell wird hingegen das gesamte Tragwerk, etwa mittels einer Finite-Elemente-Methode, als zusammenhängendes System modelliert und analysiert. Das versetzt Tragwerksplaner in die Lage, globale Wechselwirkungen zwischen allen Bauteilen des Gesamtsystems zu berücksichtigen.

Weil bei der bauteilorientierten Statik jedes Bauteil einzeln betrachtet wird, lassen sich die Bauteile mit besonderer Präzision, einem hohen Detaillierungsgrad und hochspezialisierten Nachweisen statisch berechnen und bemessen. Der Tragwerksplaner entscheidet selbst darüber, welche Bauteile des Bauwerks sich für den Lastabtrag bis in den Baugrund eignen und somit als tragend einzustufen sind.
 

Zu den Vorteilen der bauteilorientierten Statik gehören:

> Effizienz & Zeitersparnis – Durch den gezielten Nachweis einzelner Bauteile reduzieren sich Modellierungs- und Berechnungsaufwand deutlich. Außerdem obliegt es dem Tragwerksplaner, verwandte Bauteile zu gruppieren (z. B. Betonstützen eines Stockwerks) und nur eines der Bauteile exemplarisch für den Rest zu berechnen. So muss nicht jedes Bauteil einzeln nachgewiesen werden.

> Prüffähigkeit und Plausibilität – Die Berechnungsergebnisse sind klar strukturiert und sehr gut nachvollziehbar. Jeder Nachweis bezieht sich eindeutig auf ein Bauteil, wodurch sich eine besonders übersichtliche, plausible und prüffähige Statik für alle Beteiligten – vom Planer bis zum Prüfingenieur – aufstellen und dokumentieren lässt.

> Hoher Detailierungsgrad – Änderungen können unabhängig vom Gesamtsystem mit einem hohen Detaillierungsgrad direkt an einem einzelnen Bauteil vorgenommen und nachgewiesen werden. Wenn sie keine größeren Wechselwirkungen zwischen Bauteilen verursachen, lassen sich konstruktive Anpassungen am Bauteil einfacher realisieren als im 3D-Modell.

Aufgrund ihrer Charakteristika setzen Tragwerksplaner vor allem bei herkömmlichen Bauwerken im klassischen Hochbau, bei denen der Lastabtrag eindeutig und überschaubar ist, auf die Positionsstatik. Das Verfahren hat sich bei der Planung von Wohn- und Bürogebäuden sowie Einfamilienhäusern bewährt, weil es im Vergleich zur aufwendigeren Statik am 3D-Modell schneller zu nachvollziehbaren und prüffähigen Ergebnissen kommt.

Weil bei der Statik am 3D-Modell das Tragwerk als zusammenhängendes Teil- oder Gesamtsystem modelliert, berechnet und bemessen wird, lassen sich globale Wechselwirkungen zwischen Bauteilen beachten. Die ganzheitliche Betrachtung des Tragwerks erlaubt Tragwerksplanern, bauteilübergreifende Nachweise (z. B. Rahmenbauweisen, räumliche Knoten), komplexe dynamische Bemessungen (z. B. Erdbebenbemessung) und exakte Nichtlinearitäten zu berücksichtigen.
 

Zu den Vorteilen der Statik am 3D-Modell gehören:

> Komplexe Geometrien – Bei Freiformstrukturen oder Bauwerken mit unregelmäßigem Raster ist der Lastabtrag oft nicht eindeutig. Für eine präzise und wirtschaftliche statische Berechnung braucht es hier 3D-Modelle, weil sie nicht nur komplexe Bauteilinteraktionen und gegenseitige Abhängigkeiten, sondern auch den gesamtheitlichen Kraftfluss realitätsnah abbilden.

> Dynamische Analysen – Die Finite-Elemente-Methode erlaubt dynamische Analysen im Zusammenspiel des Gesamtsystems – etwa für Erdbeben, Wind, Schwingungen oder Temperaturbeanspruchungen. Außerdem lassen sich lokale Instabilitäten und globale Stabilitätsversagen identifizieren.

> Automatisierte Lastweiterleitung – Weil das System ganzheitlich betrachtet wird, werden Auflagerreaktionen eines Bauteils als Last automatisch an darunterliegende Bauteile weitergegeben. Änderungen, die an einem Bauteil im 3D-Modell vorgenommen werden, wirken sich unmittelbar und automatisch auf das Gesamtsystem aus.

Komplexe, frei geformte Strukturen wie Schalentragwerke, Membranbauten, Hochhäuser oder Brücken können nur mit Hilfe von 3D-Statiksoftware geplant und anhand einer Finite-Elemente-Methode berechnet werden. Ist der Lastfluss nicht klar und die Wechselwirkung zwischen Bauteilen nicht vernachlässigbar, stößt das Prinzip der bauteilorientierten Statik an seine Grenzen und die Statik am 3D-Gesamtsystem wird zum unverzichtbaren Werkzeug. Trotzdem kann die Positionsstatik eine perfekte Ergänzung zur Statik am 3D-Modell darstellen, um zum Beispiel komplexe Knotenpunkte oder einzelne Bauteile aus dem Gesamtsystem herausgelöst zu betrachten und diese separat mit sehr spezifischen Nachweisen zu berechnen.

Die beiden Verfahren zur statischen Berechnung von Bauwerken stehen nicht in Konkurrenz zueinander. Vielmehr ergänzen sie sich dank ihrer komplementären Vorteile ideal und können so in Kombination die verschiedenen Anforderungen an die Tragwerksplanung abdecken. Das ist eine komfortable Ausgangslage für Büroinhabende oder Geschäftsführende, denn schließlich haben sie die Möglichkeit, aus dem vielfältigen Angebot die Softwarelösungen zu wählen, die am besten zu ihren Bedürfnissen passen. Das bedeutet aber auch, dass Sie sich in Ihrem Entscheidungsprozess zunächst im Klaren darüber sein müssen, für welche Arten von Tragwerken und Strukturen Sie Planungsleistungen erbringen möchten und welche Anforderungen an die Statiksoftware damit einhergehen.
 

Beantworten Sie sich bei der Bedarfsermittlung folgende zentrale Fragestellungen:

> Tragwerkstypen – Wie komplex sind die Tragwerke und Strukturen, die mein Ingenieurbüro plant? Plane ich nur einfache, konventionelle Tragwerke oder auch anspruchsvolle Strukturen mit komplexen Geometrien?

> Nachweisführung – Welche Art und Ausprägung von statischen Nachweisen muss ich führen können? Reichen einfache nichtlineare Betrachtungen am Einzelbauteil oder ist die Interaktion von Bauteilen in Betracht zu ziehen? Genügt der vereinfachte Erdbebennachweis oder wird eine 3D-Erdbebenbemessung benötigt?

> Material – Welche Materialien werden typischerweise bei meinen Projekten verbaut und kann die Statiksoftware alle eingesetzten Baustoffe abbilden?

> Disziplin – Konzentriert sich mein Ingenieurbüro ausschließlich auf Projekte im Hochbau oder muss die Statiksoftware auch Anforderungen an den Tiefbau (z. B. Baugruben, Tiefgründungen oder Brücken) erfüllen?

Jedes Bauvorhaben stellt individuelle Anforderungen an ein Ingenieurbüro und damit an den Leistungsumfang von Statiksoftware. Durchdringen Sie zuerst Ihre Bedürfnisse, um die Softwareoptionen auf jene zu begrenzen, die Sie am besten für Ihre Projekte und Aufträge rüstet. Ziehen Sie auch eine Kombination aus Software für bauteilorientierte Statik und für Statik am 3D-Modell in Betracht, um von den Vorteilen beider Ansätze zu profitieren.