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Die Entscheidung, welches Material für ein Tragwerk verwendet wird, erfolgt nach verschiedenen Kriterien. Zu Beginn steht meist der Anspruch an ein bestimmtes Erscheinungsbild, wobei für die Konstruktion und den Lastabtrag andere Aspekte des Materials entscheidend sind. Hierbei geht es vor allem um die Fähigkeit, die durch äußere Belastungen aufzunehmenden Kräfte abzutragen. Belastungen entstehen jedoch auch durch Temperatureinwirkung und Eigengewicht, sodass Materialeigenschaften wie die Wichte, die Wärmedehnung sowie das Kriech- und Schwindverhalten ebenfalls von großer Bedeutung sind. Da viele Bauteile nicht nur eine tragende Funktion aufweisen, sondern auch einen Raumabschluss darstellen können, sind Eigenschaften wie Resistenz gegen Feuer, Feuchte und Chemikalien oder die Wärmeleitfähigkeit entscheidend. Auch die Verarbeitungsmöglichkeiten, Kosten und ökologischen Aspekte können die Materialwahl beeinflussen.

Mauerwerk besteht aus geschichteten Mauersteinen, welche im Verband, sprich mit versetzten Stoß- und Lagerfugen, verlegt werden. Die Fugen werden in der Regel vermörtelt, sodass die Steine untereinander verbunden sind.





Der Verband weist eine hohe Druck-, jedoch nur eine geringe Zugfestigkeit auf. Durch Horizontalkräfte verursachte Zugspannungen müssen durch vertikale Lasten überdrückt werden, da sie senkrecht zur Lagerfuge nicht abgetragen werden können. Zugbeanspruchungen parallel zur Lagerfuge können hingegen durch Reibung übertragen werden.
Für Mauerwerk eignen sich Natursteine oder künstlich hergestellte Mauerwerkssteine. Natursteine gehören neben Holz zu den ältesten Baustoffen, werden heute aber aufgrund der kostenintensiven Gewinnung, des hohen Eigengewichts und der hohen Wärmeleitfähigkeit nur noch selten verwendet. Zu den künstlichen Mauersteinen gehören zum Beispiel Ziegel, Kalksandsteine, Porenbetonsteine und Betonsteine.

Ziegel werden aus den natürlichen Rohstoffen Lehm oder Ton geformt und entweder luftgetrocknet oder gebrannt. Durch verschiedene Zusätze und die Brenndauer kann der Luftporenanteil und die Druckfestigkeit den Anforderungen angepasst werden. Ein höherer Luftporenanteil wird zum Beispiel durch die Zugabe von Polystyrolkügelchen, die während des Brennens verdampfen und Luftporen hinterlassen, erreicht. Dadurch wird die Rohdichte verringert und der Wärmedurchlasswiderstand verbessert. Mauerziegel können bei entsprechend hoher Brenntemperatur auch frostbeständig erzeugt werden.

Kalksandsteine werden aus kalk- und kieselsäurehaltigen Zuschlägen hergestellt. Die Ausgangsstoffe sind meist Quarzsand und gemahlener Branntkalk, welcher durch das Brennen von Kalkstein gewonnen wird. Diese reagieren mit Wasser zum eigentlichen Bindemittel Kalkhydrat. Anschließend wird die Mischung in Formen gefüllt, durch Pressen verdichtet und unter Dampfdruck und hohen Temperaturen erhärtet. Kalksandsteine haben vergleichsweise eine hohe Rohdichte und eignen sich daher gut zur Schalldämmung und Wärmespeicherung.

Porenbetonsteine werden aus Quarzsand und einem Bindemittel, wie Zement oder Kalk, unter Zugabe von Wasser und Treibmittel hergestellt. Die Mischung wird in Formen gegossen, in denen es zur Reaktion des Treibmittels kommt und Wasserstoff entsteht. Das Gas entweicht während des Vorgangs aus dem Porenbeton und hinterlässt Luftporen. Die großen Porenbetonblöcke werden dann in die erforderlichen Formate geschnitten und in Autoklaven dampfgehärtet.

Betonsteine können aus Leicht- oder Normalbeton bestehen. Die Ausgangsstoffe sind Bindemittel, Zuschläge und Wasser. Diese werden gemischt und in Steinformmaschinen gefüllt, in denen sie unter Auflast und Vibration verdichtet werden. Die erforderliche Festigkeit wird wie bei Beton nach dem Erhärten erreicht.

Holz ist ein natürlicher Werkstoff. Er ist inhomogen und anisotrop, weist also in Abhängigkeit der Richtung verschiedene Eigenschaften auf. Man unterscheidet daher zwischen den Eigenschaften längs und quer zur Faser. In Faserrichtung können hohe Druck- und Zugspannungen aufgenommen werden, die Haupttragrichtung des Bauteils sollte also immer in dieser Richtung verlaufen. Senkrecht zur Faser können nur geringe Zugspannungen aufgenommen werden und schon kleine Druckspannungen verursachen Eindrückungen im Holz. Zugbeanspruchungen führen zu einem spröden Versagen, während sich der Werkstoff unter Druck- und Biegebeanspruchungen zunächst plastisch verformt, also duktil versagt.
Die Festigkeiten und der Elastizitätsmodul hängen neben dem Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung auch von der Art des Holzes, der Holzfeuchte und der Lasteinwirkungsdauer ab. Deshalb wird zwischen verschiedenen Nutzungsklassen, welche von der Umgebungsfeuchte abhängen, unterschieden sowie ein Modifikationsbeiwert für die Holzfeuchte und Lasteinwirkungsdauer angesetzt. Aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaft ist bei der Nutzung von Holz als Baustoff auf das Quellen bei Feuchteaufnahme und das Schwinden bei Feuchteabgabe zu achten. Die Verformungen sind parallel zur Faser gering, jedoch in tangentialer und radialer Richtung deutlich ausgeprägter. Nach Erreichen der Ausgleichsfeuchte fallen die Maßänderungen nur noch gering aus.
Bei der Verwendung von Holz als Baustoff muss auf Brand- und Holzschutz geachtet werden, da der Werkstoff brennbar und anfällig für Pilz- und Insektenbefall ist. Unter Berücksichtigung dieser Voraussetzungen ist Holz jedoch ein vorteilhafter Baustoff, da er ein vergleichsweise geringes Eigengewicht hat, gute bauphysikalische Eigenschaften aufweist, einfach bearbeitbar und widerstandsfähig gegen chemische Einwirkungen ist. Außerdem ist es ein nachwachsender und somit ressourcenschonender Rohstoff.

Im Bauwesen werden neben Vollholz verschiedene Holzwerkstoffe genutzt. Diese haben den Vorteil, dass sie geringere Schwankungen in den Eigenschaften aufweisen und die Abmessungen anders als beim Vollholz nicht naturbedingt begrenzt sind. Holzwerkstoffe werden durch Verpressen unterschiedlich großer Holzteile mit Klebstoffen oder Bindemitteln erzeugt. Es gibt Vollholz- und Furnierwerkstoffe, welche durch die gezielte Anordnung der Holzteile eine erhöhte Belastbarkeit in einer bestimmten Richtung erreichen können, sowie Span- und Faserwerkstoffe, die in der Regel geringere Festigkeiten als Vollholz aufweisen. Zudem gibt es noch verschiedene Werkstoffkombinationen mit zum Beispiel kunststoffbeschichteter Oberfläche.

Beton ist eine Mischung aus Zement, Wasser, Betonzuschlägen (mineralische oder künstliche Gesteinskörner) und Betonzusätzen. Die verschiedenen Zuschläge und Zusätze können die Eigenschaften des Betons, wie das Eigengewicht und die Festigkeit oder aber die Verarbeitbarkeit und die Farbe, beeinflussen.
Der Werkstoff weist eine hohe Druckfestigkeit, jedoch nur geringen Widerstand bei Zugbelastung auf. Deshalb wird seine Zugfestigkeit bei der Tragwerksbemessung nicht angesetzt. Beton versagt spröde, also plötzlich ohne Vorankündigung durch Verformungen. Aus diesen Gründen wird unbewehrter Beton kaum für statisch relevante Bauteile verwendet, in der Regel tritt der Baustoff in Kombination mit Bewehrungsstahl in Form von Stahlbeton auf.

Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Betonstahl und Beton. Beton ist günstig herzustellen und hat eine hohe Druckfestigkeit, wohingegen er nur geringe Zugkräfte aufnehmen kann. Im Gegensatz hierzu kann Stahl sowohl hohe Zug-, als auch Druckkräfte aufnehmen. Die Kombination von Beton und Stahl nutzt die Vorteile beider Werkstoffe aus und verbindet ihre Eigenschaften miteinander: das Bauteil besteht vor allem aus Beton, für die Aufnahme von Zugkräften wird an den entsprechenden Stellen Stahlbewehrung angeordnet. Dadurch ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Die Voraussetzung für das Zusammenwirken beider Werkstoffe ist der annähernd gleiche Wärmeausdehnungskoeffizient.
Der Bewehrungsstahl, oder auch Betonstahl, wird in Form von runden Stäben hergestellt. Der Durchmesser beträgt in der Regel 6 bis 28 mm. Um eine gute Verbundwirkung zu erreichen, sind die Stäbe gerippt. Anhand der Anzahl der Rippen lässt sich aber auch das Produktionswerk erkennen. Betonstahl hat eine charakteristische Festigkeit von 500 N/mm². Neben Stabstahl werden häufig auch vorgefertigte Betonstahlmatten eingesetzt, die bereits in den richtigen Längs- und Querabständen geschweißt geliefert werden. Diese kommen zum Beispiel in Deckenplatten als Flächenbewehrung zum Einsatz. Bei Bedarf können sie an kritischen Stellen durch zusätzlichen Stabstahl verstärkt werden.








Eine weitere Form des Stahlbetons ist der Stahlfaserbeton. Hierfür werden dem Beton kurze Stahlfasern beigemischt, welche die Betoneigenschaften erheblich verbessern. Sie können im Falle von gerissenem Beton die Risse überbrücken und Zugkräfte übertragen.
Durch die Umhüllung des Betonstahls mit Beton schützt dieser den Stahl vor Korrosion. Um dies zu gewährleisten und außerdem eine Verbundsicherheit zu schaffen, muss eine Betondeckung in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen eingehalten werden. Diese beträgt zwischen 2,5 und 5 cm.
Weil Beton unter Zugbeanspruchung reißt und sich Stahl bei dieser Belastung streckt, wird zwischen zwei Zuständen unterschieden: Zustand I beschreibt den ungerissenen, Zustand II den gerissenen Zustand. Für die Bemessung von Stahlbetonbauteilen ist Rissbildung der Regelfall. Um dennoch den Korrosionsschutz des Stahls zu gewährleisten, sind breite Einzelrisse zu vermeiden. Durch die Wahl geeigneter Stabdurchmesser kann die Rissbreite beschränkt werden und somit anstelle großer Risse kleinere Haarrisse erzeugt werden.
Beispiele für Bewehrungszeichnungen:




Deckenplatte




Innenstütze




Unterzug

Stahl wird in verschiedenen Festigkeitsklassen und unterschiedlichen Profilen, Blechen oder Gussteilen hergestellt. Profile können geschweißt oder gewalzt werden.





Bei der Verwendung von Stahl als Baustoff ist unbedingt auf Brand- und Korrosionsschutz zu achten. Obwohl Stahl nicht brennbar ist, sinkt die Festigkeit bei hohen Temperaturen (ab 500 °C) um ca. zwei Drittel. Es muss also auf eine ausreichende lange Standsicherheit im Brandfall geachtet werden, indem die Erwärmung der Stahlbauteile verlangsamt oder sogar vermieden wird. Auch Korrosion führt zu erheblichem Verlust der Tragfähigkeit und ist durch entsprechende Maßnahmen zu verhindern. Es wird zwischen aktivem und passivem Korrosionsschutz unterschieden. Passiv bedeutet, dass die Stahloberfläche zum Beispiel durch den Einsatz nicht rostender Stähle, Verzinkung oder Beschichtungen geschützt wird. Aktiver Korrosionsschutz wird durch eine geeignete Konstruktion erreicht.
Aufgrund der hohen Tragfähigkeit von Stahl sind im Stahlbau filigrane Tragwerke mit großen Spannweiten möglich. Da es sich außerdem um einen duktilen Baustoff handelt, versagt dieser nicht plötzlich, sondern unter Vorankündigung durch Verformungen. Von Nachteil sind allerdings das hohe Eigengewicht sowie aufwendige Schutzmaßnahmen gegen Temperatureinwirkungen und Korrosion. Zudem ist die Stahlherstellung sehr kosten- und energieaufwendig.