Fachwerkträger – Know-how aus der Vergangenheit für die Herausforderungen der Zukunft

Worin besteht der Unterschied zwischen Fachwerken und Fachwerkträgern?

Unter Fachwerken versteht man skelettartige Verbindungen zur Konstruktion von Wänden oder Bauteilen. Beim historischen Riegelhaus (Fachwerkhaus) bestehen diese Verbindungen in der Regel aus Holz. Die so entstehenden Zwischenräume werden mit Mauersteinen oder organischem Dämmmaterial wie Stroh oder Holzfasern ausgefüllt und anschliessend verputzt. Fachwerkträger sind einzelne Bauelemente, die ihren Ursprung in dieser Konstruktionsform haben.

Was genau ist ein Fachwerkträger?

Im Unterschied zum traditionellen Holzfachwerk können Fachwerkträger aus allen stabilen Baumaterialien bestehen. Meist handelt es sich dabei um Holz, Metall oder Kunstfaserstoffe, seltener auch Beton. Sie lassen sich zu ein- oder mehrdimensionalen Bauteilen verbinden. Als besonderes Kennzeichen der Trägersysteme gilt ihre Konstruktionsweise, deren Fächer in aller Regel ein Dreieck ergeben. Bei diesen Bauelementen liegen die Zwischenräume der Materialverbindungen frei. Ihr Einsatzgebiet finden die Fachwerkelemente hauptsächlich in grossflächige Dächern, Brücken, Masten und als Hallen- oder Kuppeldächer – also etwa als Gewächshäuser in Botanischen Gärten. Im weiteren Sinne werden sie auch als Metallkonstruktionen für Funktürme, Masten und Kräne eingesetzt.

Welche Formen gibt es?

Alle Fachwerkträger bestehen aus einem sogenannten Ober- und Untergurt, sowie den dazwischen liegenden Pfosten oder Streben. Die Verbindungspunkte zwischen Gurten und Streben sind die Knotenpunkte. An ihnen wirken die Stabkräfte zur Verteilung der Traglast. Je nach Ausformung der haltgebenden Gurte unterteilt man die Systeme in

• Parallelträger: hier liegen die Ober- und Untergurte parallel – also gerade – zueinander
• Trapezträger: ein Parallelträger mit einem diagonalen Abschluss
• Parabelträger: einer der beiden Gurte (normalerweise der Untergurt) ist gerade geformt, der andere hat eine Bogenkrümmung

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Stabkräften, Knotenpunkten und Pfosten?

Nach ihrer Konstruktionsweise unterscheidet man die Tragelemente grob in

• Pfostenfachwerke – gerade Stäbe
• Strebenfachwerke – diagonale Stäbe

Sonderformen sind

• Rautenfachwerke
• Kreuzfachwerke
• K-förmige Fachwerke

Darüber hinaus gibt es verschiedene Mischformen. Die Anzahl und Ausrichtung der Stäbe richtet sich nach den Belastungen, denen das Tragwerk standhalten muss. Das Fachwerk der Träger wird daher auch als Stabwerk bezeichnet. Die einzelnen Stäbe sind an den Knotenpunkten miteinander verbunden. An diesen Enden wirken die Stabkräfte, die je nach Neigung entweder durch Druck oder Zug entstehen. An den Knotenpunkten wird der Zug oder Druck verteilt und kann nach der jeweiligen Seite auslaufen.

Wie werden Fachwerkträger für den Baubereich konstruiert?

Der Gestaltung von Stabfachwerken liegt fast immer dasselbe geometrische Prinzip zugrunde. Sie bilden eine mehrdimensionale Komposition aus Tetraedern und Oktaedern. Mit computergestützter Planung und Produktion lassen sich heute selbst ausgefallenste Formen umsetzen. Zudem sind auch Kombinationen verschiedenster Materialien realisierbar, was ihre Einsatzmöglichkeiten ungemein erweitert. Eine kleine Einführung in die Mathematik: Die Stabkräfte im Knotenpunkt ermittelt man durch Aufstellung eines Gleichungssystems. So muss beispielsweise die Summe der Kräfte in beide Seiten der Achsen gleich Null sein. Mithilfe des sogenannten Cremonaplans kann der Planer zeichnerisch die Stabkräfte darstellen, die auf den Knotenpunkten wirken.

Weshalb eignen sich Fachwerkträger besonders gut zur Konstruktion eines Flachdachs?

Mit vielen kleinen Elementen erreicht man oft eine höhere Stabilität als mit wenigen grossen. Diese Technik wird heute von Architekten beim Bau des Flachdachs verstärkt genutzt. Gerade Flachdächer der vorangegangen Generation zeigten sich in ihrer Ausführung oft überdimensioniert, die Methoden zur Berechnung der Baustatik waren ungenau. Hier hat man inzwischen viel dazugelernt. Sind solche Dächer plötzlich höheren Belastungen ausgesetzt, lässt sich dies durch Verstärkungen im Bereich der Knotenpunkte gut ausgleichen. Nachbesserungen können hier mit relativ geringem Aufwand vorgenommen werden, während man in der herkömmlichen Bauweise ganze Gebäudeteile austauschen oder schlimmstenfalls sogar abreissen müsste.

Worin liegen die Vorteile von Fachwerkträgern gegenüber massiven Bauteilen?

Einer der grössten Vorzüge des Strebenfachwerks ist sein verhältnismässig niedriges Eigengewicht, das aber einer enormen Tragfähigkeit gegenübersteht. So lassen sich damit Konstruktionen planen, die andere Gebäude in ihrer Umgebung nicht „erdrücken“. Fachwerkträger aus Holz können durch das Aufbringen vieler verleimter Schichten eine extreme Festigkeit aufweisen. Das Material wirkt trotzdem sehr natürlich und fügt sich harmonisch in das Landschaftsbild ein. Die universell einsetzbaren Stabelemente lassen Bauherren und Planern Spielraum für unzählige Gestaltungsmöglichkeiten. Und selbst ein wuchtiges Flachdach kann auf diese Weise leicht und verspielt aussehen. Die weiteren Vorteile kurz zusammengefasst:

• Einsparung von Material
• hohe Spannweiten möglich
• unaufdringliche Optik selbst bei grossen Flächen
• geringerer Platzbedarf als in der Massivbauweise

Bauten aus Fachwerkträgern gelten nicht zuletzt als vergleichsweise erdbebensicher.