Das Berufsbild des Bauingenieurs
Was der Bauingenieur wissen und können muss.Fachbuch, 2010, 344 Seiten
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Verfasser:
Otto Praxl, Dipl.-Ing. (FH) Internet: www.praxelius.de Urheberrecht:
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Letztes Bearbeitungsdatum: 10.10.2010.
Bearbeitungskennzeichen: B-925709-536.
iii
Vorwort des Verfassers
Der Verfasser,
Otto Praxl,
studierte in den Jahren 1957 bis 1960 Bauingenieurwesen an der Staatsbauschule München, Akademie für Bautechnik, die heute als Fachhochschule München bekannt ist. Er schloss im Jahr 1960 sein Studium ab. Anschließend arbeitete er als Bauingenieur sowohl freiberuflich, wie auch als angestellter Ingenieur in einem Ingenieurbüro, in einer Bauunternehmung und im öffentlichen Dienst. Als Statiker, als Planer und als Bauleiter war er an vielen Projekten beteiligt. Er arbeitete auch als Statikprüfer und als technischer Revisor. Dadurch lernte er die verschiedenen Arbeitsgebiete des Bauingenieurwesens in der Praxis kennen. In 50 Berufsjahren hat der Verfasser die Veränderungen und Entwicklungen seines Berufs miterlebt, musste viel dazulernen und oft umlernen. Er hat die wichtigsten Veränderungen und Erfahrungen in diesem Buch zusammengefasst und stellt sie den am Baugeschehen Interessierten zur Verfügung. Das Buch gibt außerdem einen ausführlichen Überblick über das Berufsbild und die Aufgaben des Bauingenieurs und zeigt, was der Bauingenieur wissen und können muss. Es kann den vor der Berufswahl Stehenden die Entscheidung für oder gegen diesen Beruf erleichtern; den Studierenden des Bauingenieurwesens kann es die Zusammenhänge näherbringen.
Aus der Fülle des Stoffes und der Erfahrungen aus 50 Berufsjahren musste eine beschränkte Auswahl getroffen werden, die geeignet erschien, den Lesern das Charakteristische der verschiedenen Arbeitsgebiete des Bauingenieurs verständlich zu machen.
Dabei sind auch einige theoretische Grundlagen leicht verständlich dargestellt. Die gezeigten mathematischen Formeln und Beispiele sollen die Leser nicht abschrecken, sondern ihnen einen Vorgeschmack auf den Stoff bieten, den der Bauingenieur beherrschen muss. Zum Verständnis genügen Vorkenntnisse in Mathematik und Physik aus dem Schulunterricht.
Manchmal war es nötig, ins Detail zu gehen, meist genügten jedoch Beispiele. Auch selbst entwickelte Methoden, die in keinem Lehrbuch und in keiner Vorlesung behandelt werden, sind im Buch erwähnt.
Computer waren während des Studiums noch nicht verfügbar. Erst im Laufe des Berufslebens gewannen sie immer mehr an Bedeutung. Die nötigen Kenntnisse mussten die Ingenieure sich in der Praxis aneignen. Im Buch ist eine kurze Einführung in die Bauinformatik zu finden, die den Lesern zeigen soll, wie Computer die tägliche Arbeit des Bauingenieurs verändert haben. Die Fundstellenangaben im Text und das Literaturverzeichnis im Anhang eröffnen die Möglichkeit, weiterführende Literatur zu den Themen heranzuziehen. Außerdem sind interessante Ergänzungen zu bestimmten Themen dieses Buches auf der Internetseite des Verfassers zu finden.
Der Verfasser wünscht allen Lesern viel Vergnügen beim Durcharbeiten des Buches.
Oktober 2010
Otto Praxl
v
1. Inhaltsverzeichnis
1. Aufgaben des Bauingenieurs 1
1.1. Berufsbezeichnung und Berufsbild 1
1.2. Persönliche Eigenschaften 1
1.3. Grundsätze des Bauingenieurs 2
1.4. Funktionen und Aufgaben 2
1.5. Bezahlung der Ingenieure 2
1.6. Kontakte mit anderen Ingenieuren 3
2. Ausbildung im Bauwesen 4
2.1. Ausbildung der Baumeister in der Antike 4
2.2. Unterschied zwischen Architekt und Bauingenieur 5
2.3. Ausbildung des Bauingenieurs vor 50 Jahren 6
2.3.1. Zugangsvoraussetzungen 6
2.3.2. Fächerübersicht (Vorlesungsfächer) 6
2.3.2.1. Grundstudium Hoch- und Tiefbau (1. bis 3. Semester) 6
2.3.2.2. Hauptstudium Tiefbau (4. bis 6. Semester) 7
2.3.3. Vorlesungsmitschriften 7
2.3.4. Abschlüsse 7
2.4. Ausbildung des Bauingenieurs heute 7
2.4.1. Zugangsvoraussetzungen 7
2.4.2. Studiengang Bauingenieurwesen (Bachelor) heute 8
2.4.2.1. Grundstudium (1. und 2. Semester) 8
2.4.2.2. Hauptstudium (3. bis 5. Semester) 8
2.4.2.3. Hauptstudium (6. und 7. Semester), Schwerpunkt allgemeines Bauingenieurwesen 9
2.4.2.4. Hauptstudium (6. und 7. Semester), Schwerpunkt Stahlbau 9
2.4.3. Abschlüsse und akademische Grade 10
2.5. Laufende Fortbildung im Beruf 11
2.5.1. Man lernt nie aus. 11
2.5.2. Bauinformatik 11
2.5.3. Fachliteratur 11
2.5.4. Fachzeitschriften 12
2.5.5. Lehrgänge 12
2.5.6. Wissensquelle Internet 12
3. Gesetze, Normen und Regelwerke 12
3.1. Inhalt der Normen 13
3.2. Änderung und Anpassung der Normen 13
3.2.1. Regelmäßige Anpassungen der Normen 13
3.2.2. Internationale Zusammenarbeit im Normenwesen 13
3.2.3. Änderung von Berechnungsverfahren 13
3.3. Anwendung der Normen 14
3.4. Gesetze und Verordnungen 14
3.4.1. Sicherheit am Bau, Unfallverhütungsvorschriften 14
3.4.2. Allgemein anerkannte Regeln der Baukunst 15
3.4.2.1. Grundlagen der Regeln 15
3.4.2.2. Anerkennung durch Gerichte 15
3.4.2.3. Verantwortung des Bauingenieurs 15
4. Hilfsmittel des Ingenieurs, damals und heute 16
4.1. Berechnungshilfen. 16
4 1 1 Logarithmischer Rechenschieber 16
vi
4.1.2. Kurbelrechenmaschine 17
4.1.3. Addiator 18
4.1.4. Logarithmentafeln und andere Tabellenwerke 19
4.1.5. Wissenschaftliche Taschenrechner 19
4.2. Berechnungen und Schriftstücke. 20
4.3. Arbeitsplatzrechner 21
4.4. Formelzeichen und Bezeichnungen 21
4.5. Kommunikation auf Baustellen. 21
4.6. Kommunikationsmittel des Bauingenieurs 21
4.6.1. Festnetztelefon. 22
4.6.2. Mobiltelefon (Handy) 22
4.6.3. Internet 23
4.6.3.1. Internet-Benutzer. 23
4.6.3.2. Internet-Anbieter 23
4.6.3.3. HTML 23
4.6.3.4. Homepage 24
4.6.4. Intranet 24
4.6.5. E-Mail 24
5. Technisches Zeichnen 25
5.1. Darstellungsmethoden und Konstruktionsmethoden 25
5.1.1. Darstellende Geometrie 25
5.1.2. Fachgebietsbezogene Konstruktionen 26
5.1.3. Zeichnen ist präzise Handarbeit 26
5.2. Der geplante Gegenstand und seine Darstellung 26
5.3. Geräte zum Zeichnen 27
5.4. Reißbrett 27
5.5. Zeichenmaschinen 27
5.5.1. Der Zeichenkopf 28
5.5.2. Arbeitsbedingungen an der Zeichenmaschine 29
5.6. Zeichnungen 29
5.6.1. Genormte Papierformate 29
5.6.2. Transparentpapier 31
5.6.3. Normschriften 31
5.6.4. Lichtpausen 31
5.6.5. Durchzeichnen und Kopieren von Zeichnungen 32
5.6.6. Zeichnungsarchive für Originale 32
5.7. Zeichnen und Konstruieren mit Computersystemen 32
5.7.1. Bildschirmarbeitsplatz 32
5.7.2. Digitalisieren und Scannen von Zeichnungen. 33
5.7.3. Ausgabe von Zeichnungen mit Plottern 33
6. Begriffe und Maßeinheiten 33
6.1. Begriffe 33
6.1.1. Masse 33
6.1.2. Fallbeschleunigung 34
6.1.3. Kraft und Kraftwirkungen 34
6.1.4. Kraftrichtung 35
6.1.5. Schwerkraft, Gewicht, Last 35
6.1.6. Unterscheidung zwischen Masse und Gewicht 35
6.2. Gesetzliche Einheiten für physikalische Größen 36
6.2.1. Internationales Einheitensystem 36
6.2.2. Das Deutsche Einheitengesetz 36
6 2 3 Vorsilben für Vielfache und Teile einer Maßeinheit 37
vii
6.2.4. Einheiten für die Masse 37
6.2.5. Einheiten für die Kraft 37
6.2.5.1. Pond und Kilopond 37
6.2.5.2. Newton 38
6.2.6. Wirkungsweise einer Waage 38
6.2.7. Last 39
6.2.8. Reibung 39
6.2.9. Kraft und Bewegung 40
7. Bautechnische Grundlagen 41
7.1. Vorbemerkungen 41
7.2. Baustatik und Festigkeitslehre 41
7.3. Geometrie der Bauteile 42
7.4. Querschnittswerte 42
7.4.1. Statisches Moment 43
7.4.2. Schwerpunkt und Schwerpunktlage. 43
7.4.3. Trägheitsmoment 43
7.4.4. Widerstandsmoment 43
7.4.5. Trägheitsradius 43
7.4.6. Querschnittswerte rechteckiger Querschnitte 44
7.4.7. Querschnittswerte beliebiger Querschnitte 44
7.5. Äußere Kräfte 44
7.5.1. Grafische Methoden zur Ermittlung der Kräfte 44
7.5.2. Belastungen 45
7.5.3. Belastungsarten 45
7.6. Innere Kräfte 46
7.6.1. Normalkraft 47
7.6.2. Querkraft 47
7.6.3. Schubkraft 47
7.6.4. Momente 47
7.6.4.1. Drehmoment 48
7.6.4.2. Biegemoment 48
7.6.4.3. Torsionsmoment und Verdrillung 48
7.7. Tragwirkung im elastischen Bereich des Baustoffs 48
7.7.1. Hookesches Gesetz 49
7.7.2. Die Spannungsdehnungslinie 49
7.7.3. Der Elastizitätsmodul 50
7.7.4. Elastische Formänderungen und Formänderungsarbeit 50
7.7.5. Spannungsverteilung im Querschnitt 51
7.7.6. Mathematische Elastizitätstheorie 51
7.7.7. Geradlinienannahme und Ebenbleiben der Querschnitte 52
7.7.8. Spannungen aus Biegemoment 52
7.7.9. Spannungen aus Biegung mit Längskraft 53
7.7.10. Krümmung des Balkens 53
7.7.11. Durchbiegung und Biegelinie des Balkens 54
7.7.12. Wirkliche Spannungsverteilung im Baustoff 56
7.7.12.1. Spannungsverteilung im Holzquerschnitt 56
7.7.12.2. Spannungsverteilung im Stahlbetonquerschnitt 56
7.7.13. Querdehnung und Querkontraktion 56
7.7.14. Schubverformungen. 57
7.8. Tragwirkung im plastischen Bereich des Baustoffs 57
7.9. Bruchzustand der Bauteile 58
7.10. Nachteilige Einflüsse auf das Tragverhalten. 58
7 10 1 Kriechen des Baustoffs 58
viii
7.10.2. Schwinden und Quellen 58
7.11. Tragwirkung von Stahlbeton und Spannbeton 59
7.11.1. Verbundwirkung von Stahl und Beton. 59
7.11.2. Bemessung mit gerissener Zugzone 60
7.11.3. Bemessungsverfahren für Stahlbeton 60
7.11.4. Bewehren des Betons. 60
7.11.5. Bauform von Stahlbetonbauteilen 61
7.11.6. Spannbeton 63
7.12. Auswirkung und Beherrschung von Formänderungen 64
7.12.1. Durchbiegungen und Formänderungsarbeit. 64
7.12.2. Beispiel aus der Praxis: Unterfangung durch Stahlträger 64
7.12.3. Temperaturbewegungen 65
7.12.4. Temperaturspannungen 66
7.12.5. Beispiel aus der Praxis: Riss in Balkonplatte 66
7.12.6. Dehnfugen 67
7.12.7. Formänderungsnachweis 67
7.13. Stabilität 67
7.13.1. Stabilität der Bauteile 67
7.13.2. Aussteifung der Bauwerke 68
7.13.3. Stabilitätssicherung bei Erdbeben 68
7.13.4. Stabilität bei Windböen 69
7.13.5. Stabilität beim Umbau von Bauwerken 69
8. Die Baustoffe 70
8.1. Baustoffkennwerte 70
8.1.1. Festigkeit 70
8.1.2. Sicherheitsbeiwert 71
8.1.3. Temperatur-Ausdehnungskoeffizient 71
8.1.4. Elastizitätsmodul 71
8.1.5. Elektrochemische Korrosion bei Metallen 71
8.1.5.1. Elektrolytlösung 71
8.1.5.2. Elektrochemische Spannungsreihe. 71
8.2. Baustoffprüfungen. 72
8.3. Holz 73
8.3.1. Bauhölzer 73
8.3.2. Schwinden und Quellen des Holzes 74
8.3.3. Holzzerstörung und Holzschutz 75
8.3.3.1. Fäulnis, Pilzbefall und Schädlinge 75
8.3.3.2. Baulicher Holzschutz 75
8.3.3.3. Chemischer Holzschutz 75
8.4. Natursteine 75
8.5. Stahl im Bauwesen 76
8.5.1. Profilstahl (Träger) 76
8.5.2. Schweißverbindungen 77
8.5.3. Betonstahl 77
8.5.4. Vor- und Nachteile des Stahls 77
8.6. Aluminium 77
8.7. Beton 78
8.7.1. Betonzusammensetzung 78
8.7.2. Betonherstellung 78
8.7.3. Betongüten. 79
8.8. Stahlbeton 80
8.9. Künstliche Steine 80
8 9 1 Ziegel 80
ix
8.9.2. Betonerzeugnisse 80
8.9.3. Steinzeug 80
8.10. Kunststoffe 81
8.10.1. Kunststoffe als tragende Teile 81
8.10.2. Kunststoffe als sonstige Baustoffe 81
8.11. Glas 81
8.12. Bindemittel 82
8.12.1. Lehm 82
8.12.2. Baukalk 82
8.12.2.1. Kalkkreislauf 83
8.12.2.2. Eigenschaften des Kalkmörtels 83
8.12.3. Gips 84
8.12.4. Zement 84
8.12.5. Teer 86
8.12.6. Bitumen 86
8.13. Verbindungsmittel 87
8.14. Baustoffe für Abdichtungen 87
9. Baukonstruktionslehre 88
10. Bauphysik 88
10.1. Grundlagen 89
10.2. Bauphysikalisch richtige Konstruktion der Bauteile. 90
10.3. Luftfeuchtigkeit und Taupunkt 90
10.4. Wärmedämmung und Wasserdampfdiffusion 92
10.4.1. Dampfsperre 92
10.4.2. Wärmedämmung 93
10.4.3. Wärmebrücken - Kältebrücken 93
10.5. Nachweis des Wärme- und Schallschutzes 93
10.5.1. Baulicher Wärmeschutz 93
10.5.2. Baulicher Schallschutz 94
10.6. Berechnung von Wärmebedarf und Wärmeverlust 94
10.6.1. Mittlerer Wärmedurchgangskoeffizient eines Gebäudes 94
10.6.2. Spezifischer Wärmebedarfskennwert für das Gebäude. 95
10.6.3. Verifizieren der Berechnung durch Messungen 95
11. Baustatik 97
11.1. Geschichtliches 97
11.2. Theorie und Wirklichkeit 97
11.2.1. Näherungsformeln 97
11.2.2. Die „sichere Seite“ 98
11.2.3. Genauigkeit und Brauchbarkeit 98
11.3. Was berechnet man zuerst? 98
11.4. Lastannahmen 98
11.4.1. „Genauigkeit“ der Annahmen 99
11.4.2. Eigengewicht (Eigenlasten) 99
11.4.3. Verkehrslasten 99
11.4.4. Lastfall Windlast (Windkräfte) 100
11.4.4.1. Staudruck 100
11.4.4.2. Normung und Wirklichkeit der Windlast. 101
11.4.4.3. Windlast im Einzelfall 102
11.4.4.4. Windangriff und Windwirkung 102
11.4.4.5. Sogwirkung des Windes 102
11 4 4 6 Windböen 102
x
11.4.5. Schneelast 103
11.4.6. Eislast 103
11.4.7. Fliegende Bauten 104
11.4.8. Belastungs-Sonderfälle 104
11.4.8.1. Temperaturänderungen 104
11.4.8.2. Trümmerlasten 105
11.4.8.3. Stützensenkungen 105
11.4.8.4. Erddruck 105
11.4.8.5. Wasserdruck 105
11.4.9. Dynamische Lasten 105
11.4.9.1. Eigenfrequenzen 106
11.4.9.2. Beispiel aus der Praxis: Schwingende Fußgängerbrücke 106
11.4.9.3. Beispiel aus der Praxis: Gebäudeschäden durch Schwingungen 107
11.4.9.4. Stoßlasten 107
11.4.9.5. Fahrzeuganprall 107
11.4.9.6. Erdbebenlasten 108
11.5. Statische Systeme 108
11.5.1. Finden des statischen Systems 108
11.5.2. Statisch bestimmt und statisch unbestimmt 109
11.6. Gleichgewichtsbedingungen und Auflagerreaktionen 109
11.6.1. Gleichgewichtsbedingungen in der Ebene 109
11.6.2. Gleichgewichtsbedingungen im dreidimensionalen Raum 109
11.7. Beispiel: Statische Berechnung eines Holzbalkens. 110
11.8. Bauzustände 112
11.8.1. Statisches System und die Realität auf der Baustelle 112
11.8.2. Der ungünstigste Bauzustand 113
11.9. Berechnung der Bauzustände 114
11.9.1. Lastfall Eigengewicht im Bauzustand 114
11.9.2. Getrennte Berechnung für jedes Stockwerk 114
11.9.3. Berechnung am Gesamtsystem 115
11.10. Singuläre Punkte 116
11.10.1. Erkennen von singulären Punkten 116
11.10.2. Ausrundung von Momentenlinien. 116
11.10.3. Verteilungsfläche unter Einzellasten 117
12. Baukunst und Baugeschichte 117
13. Formen der Tragwerke 118
13.1. Stabtragwerke 118
13.1.1. Balken auf zwei Stützen 118
13.1.2. Kragarm (Kragträger) 118
13.1.3. Durchlaufträger 118
13.1.3.1. Allgemeines zur Berechnung der Durchlaufträger 119
13.1.3.2. Berechnung für einen Zweifeldträger mit gleichen Feldlängen. 119
13.1.4. Rahmen 121
13.1.5. Trägerroste 121
13.1.6. Fachwerke 122
13.2. Bogentragwerke und Gewölbe 123
13.3. Kehlbalkendach 124
13.4. Flächentragwerke 125
13.4.1. Ebene Flächentragwerke 125
13.4.2. Räumliche Flächentragwerke 125
13.4.3. Rotationsschalen 126
13 5 Hypar-Flächen 127
xi
13.6. Traglufthallen, Tragluftkuppeln 128
13.7. Stahlhohlkugel als Bauwerk 129
13.8. Seiltragwerke. 130
13.8.1. Prinzip des statisch bestimmt gelagerten Seils 130
13.8.2. Prinzip des statisch unbestimmt gelagerten Seils 131
13.8.3. Hängebrücke 131
13.8.4. Flattern von Seiltragwerken 132
13.8.5. Seilnetz-Tragwerke 133
14. Stahlbau 134
14.1. Normen und Vorschriften 134
14.2. Stahlherstellung 134
14.3. Stahlbrücken 134
14.4. Seilschwebebahnen 135
14.5. Stahlskelettbau 135
14.6. Berechnung und Konstruktion der Stahlbauten 135
14.7. Stahlbauingenieure 135
15. Holzbau 136
15.1. Normen 136
15.2. Holztragwerke 136
15.3. Holzverleimung 136
15.4. Holzgerüste 137
16. Mauerwerksbau 137
17. Grundbau und Bodenmechanik 138
17.1. Der Boden 138
17.2. Bodenmechanik 138
17.3. Grundbau 138
17.4. Baugrund-Normen. 139
17.5. Unfallverhütungsvorschriften im Tiefbau 140
17.6. Bodenproben 140
17.7. Bodenarten und Bodenklassen 140
17.7.1. Feste Böden 140
17.7.2. Lose Böden 140
17.7.2.1. Nichtbindige Böden 141
17.7.2.2. Bindige Böden 141
17.7.2.3. Organische Böden 142
17.8. Grundwasser 142
17.9. Bodenkräfte und Erdstatik. 142
17.9.1. Bodenpressung 142
17.9.2. Wasserdruck 142
17.9.3. Auftrieb 143
17.9.4. Erddruck 144
17.9.4.1. Erdruhedruck 144
17.9.4.2. Aktiver Erddruck 144
17.9.4.3. Passiver Erddruck 144
17.10. Setzungen 144
17.11. Die Baugrube 145
17.11.1. Ausschachtung 145
17.11.2. Baugrubenverbau 146
17.11.3. Wasserhaltung 146
17.12. Gründungshilfsmittel 146
17 12 1 Spundwände 146
xii
17.12.2. Bodenvereisung. 147
17.12.3. Bodeninjektionen 147
17.12.4. Injektionszuganker (Erdanker) 147
17.13. Gründungselemente. 148
17.13.1. Fundamente 148
17.13.2. Flächengründung 148
17.13.3. Pfahlgründung 148
17.13.4. Schlitzwände 149
17.13.4.1. Bauvorgang 149
17.13.4.2. Stützflüssigkeit 150
17.13.5. Brunnengründung 150
17.13.6. Senkkästen und Druckluftgründung 150
17.13.7. Stützmauern und Widerlager. 151
17.14. Gründungen im Hochgebirge 151
17.15. Tunnelbau 151
17.15.1. Ingenieurgeologie 152
17.15.2. Planung und Statik 152
17.15.3. Tunnelbauweisen 152
18. Vermessung 153
18.1. Geodäsie 153
18.2. Ingenieurvermessung 153
18.3. Koordinatensysteme 153
18.3.1. Die Form der Erde 153
18.3.2. Längengrad-Breitengrad-System 153
18.3.3. Global Positioning System (GPS) 154
18.3.4. GPS-Koordinaten 154
18.3.5. Landeskoordinaten 155
18.3.5.1. Soldner-Koordinaten 155
18.3.5.2. Gauß-Krüger-Koordinaten (GK) 155
18.3.5.3. UT-MKoordinaten 156
18.3.6. Örtliche Koordinaten 156
18.4. Höhensysteme 156
18.4.1. Normal-Null-Höhensystem 156
18.4.2. Adriapegel 157
18.4.3. GPS-Höhen 157
18.4.4. Arten der Höhenmessung 157
18.5. Vermessungsgeräte 157
18.5.1. Nivelliergeräte. 157
18.5.2. Nivellierlatten 158
18.5.3. Barometrische Höhenmesser 158
18.5.4. Freihandgefällemesser 159
18.5.5. Theodolit 160
18.5.6. Tachymeter 160
18.5.7. Entfernungsmesser 160
18.5.7.1. Meterstab 160
18.5.7.2. Maßbänder 160
18.5.7.3. Neigung der gemessenen Strecke 162
18.5.7.4. Indirekte optische Entfernungsmessung mittels Distanzfäden 162
18.5.7.5. Elektrooptische Distanzmesser 162
18.6. Aufgaben der Ingenieurvermessung 163
18.6.1. Position im Gelände 163
18.6.2. Absteckung 163
18 6 2 1 Lageabsteckungen 163
xiii
18.6.2.2. Höhenabsteckungen 163
18.6.3. Geometrisches Nivellement 163
18.6.4. Prinzip des Nivellierens 164
18.6.5. Berücksichtigung der Erdkrümmung 165
18.6.6. Berücksichtigung der Refraktion. 165
18.6.7. Genauigkeit des Nivellements 165
19. Straßenbau 166
19.1. Allgemeines. 166
19.2. Begriffe 166
19.2.1. Benutzungsrecht 166
19.2.2. Baulastträger 167
19.2.3. Straßenkategorien 167
19.3. Planungsrichtlinien und Gesetze 167
19.4. Straßenverkehrstechnik 168
19.4.1. Verkehrsdiagnose und Verkehrsprognose. 168
19.4.2. Leistungsfähigkeit der freien Strecke 168
19.4.3. Leistungsfähigkeit einer Kreuzung 169
19.4.3.1. Leistung einer Grünphase pro Fahrspur 170
19.4.3.2. Weg/Zeit-Diagramm 170
19.4.3.3. Beispiel zur Berechnung der Leistungsfähigkeit einer Kreuzung 171
19.4.4. Berechnung von Verkehrsnetzen 172
19.4.5. Verkehrsleitsysteme 172
19.5. Straßenentwurf 173
19.5.1. Allgemeine Planungsgesichtspunkte 173
19.5.2. Linienführung im Lageplan (Trasse) 173
19.5.2.1. Entwurfsgeschwindigkeit 173
19.5.2.2. Entwurfselemente im Lageplan 174
19.5.3. Linienführung im Längsschnitt (Gradiente) 177
19.5.3.1. Längsneigung 177
19.5.3.2. Planungsgesichtspunkte 177
19.5.3.3. Kuppen- und Wannenausrundung 178
19.5.3.4. Längsschnitt 179
19.5.3.5. Räumliches Bild der Straße 180
19.5.4. Straßenquerschnitte. 180
19.5.4.1. Bestandteile des Straßenquerschnitts 181
19.5.4.2. Querprofile 181
19.6. Straßenbautechnik 182
19.6.1. Planum und Unterbau der Straße 182
19.6.2. Oberbau und Deckschicht 182
19.6.3. Straßenentwässerung 183
19.6.4. Ausrüstung (Möblierung) der Straße 184
19.7. Straßenunterhalt 184
20. Brückenbau 184
20.1. Benennung der Brücken 185
20.2. Grundformen der Brücken 185
20.3. Berechnung der Brücken 185
20.4. Verkehrslasten auf Brücken 186
21. Eisenbahnbau 186
22. Wasserbau 187
22.1. Aufgaben der Wasserwirtschaft 187
22 2 Hydraulik 187
xiv
22.2.1. Begriffe 188
22.2.2. Fließbewegungen und Bewegungsgleichungen. 188
22.2.3. Messung der Durchflussmenge und der Fließgeschwindigkeit 189
22.2.4. Gefälle 190
22.2.5. Energielinie 191
22.2.6. Benetzter Umfang und hydraulischer Radius 191
22.2.7. Fließformeln 191
22.3. Stauberechnungen 192
22.3.1. Stauanlagen 192
22.3.2. Staukurve und Senkungskurve 193
22.3.3. Flüssigkeitskräfte 194
22.3.4. Hochwasserprofile 194
22.3.5. Staudämme und Speicherseen als Hochwasserschutz 194
22.4. Nutzung der Wasserkraft. 195
22.5. Flussbau 195
23. Wasserversorgung 196
23.1. Wasservorkommen und Wassersuche 196
23.1.1. Geologie 197
23.1.2. Wünschelrute 197
23.2. Wasserbeschaffenheit 198
23.2.1. Wasserhärte 198
23.2.2. Kalkablagerungen 199
23.2.3. pH-Wert 199
23.3. Wasserbedarf, Wasserverbrauch 199
23.4. Verfügbare Wassermenge 200
23.5. Planung und Bau von Wasserversorgungsanlagen 200
23.5.1. Wasserfassung und Wasserförderung 200
23.5.2. Wasseraufbereitung 201
23.5.3. Wasserspeicherung 201
23.5.4. Sonderfall: Hydraulischer Widder 202
23.5.5. Einheiten für den Druck 202
23.5.6. Hydrostatischer Wasserdruck 203
23.5.7. Bemessung des Versorgungsnetzes 203
23.5.7.1. Berechnung der Rohrdurchmesser 203
23.5.7.2. Druckverluste 203
23.5.7.3. Versorgungsdruck 203
23.5.8. Verbrauchsmessung 204
23.6. Beispiel aus der Praxis: Einfache Durchflussmessung 205
23.6.1. Aufgabenstellung 205
23.6.2. Lösungsansatz 205
23.6.3. Randbedingungen 205
23.6.4. Messung des Strahls 206
23.6.5. Formeln 206
23.6.6. Anwendbarkeit des Verfahrens 207
24. Kanalbau und Klärwerksbau 207
24.1. Abwasserarten 207
24.1.1. Niederschlagswasser 207
24.1.2. Schmutzwasser 208
24.2. Abwassersammlung (Kanalisation) 208
24.3. Abwasserreinigung 209
24.3.1. Prinzip der Abwasserreinigung 209
24 3 2 Örtliche Hauskläranlagen 209
xv
24.3.3. Klärwerke 209
24.3.3.1. Rechenanlage 209
24.3.3.2. Absetzbecken und Faulbehälter 210
24.3.3.3. Schlammbehandlung 210
24.3.3.4. Biologische Reinigung 210
24.3.3.5. Methangas-Verwendung 210
24.3.3.6. Nachklärbecken 210
24.4. Planung und Bau der Klärwerke 211
25. Der Bauingenieur im praktischen Einsatz 211
25.1. Der Bauingenieur als Planer 211
25.2. Der Bauingenieur als Statiker 211
25.2.1. Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Architekt 211
25.2.1.1. Architekten-Entwurf 211
25.2.1.2. Statisches System und Positionsplan 211
25.2.1.3. Vorbemessung, Vordimensionierung 212
25.2.1.4. Voruntersuchung 212
25.2.2. Ingenieurentwurf 213
25.2.3. Form und Inhalt der statischen Berechnung 213
25.2.3.1. Vollständigkeit 213
25.2.3.2. Lesbarkeit und Nachvollziehbarkeit 213
25.2.3.3. Prüfbarkeit 213
25.3. Der Bauingenieur als Statikprüfer 214
25.4. Der Bauingenieur im öffentlichen Dienst 214
25.5. Der Bauingenieur als technischer Revisor 214
25.6. Der Bauingenieur bei einer Bauunternehmung 214
25.6.1. Preisermittlung im allgemeinen Fall 215
25.6.2. Besonderheit der Preisermittlung im Bauwesen 215
25.6.3. Angebotskalkulation 215
25.6.4. Nachkalkulation und Zwischenkalkulation 217
25.7. Der Bauingenieur als Bauleiter 217
25.7.1. Aufmaß, Mengenermittlungen und Abrechnung 217
25.7.2. Fehler bei Volumenberechnungen 218
25.7.3. Fehler bei Flächenberechnungen 218
25.7.4. Vereinbarungen 219
25.8. Der Bauingenieur als Verkehrsplaner 219
25.9. Der Bauingenieur in einem Team 220
25.9.1. Arbeitsgemeinschaften 220
25.9.2. Baukoordinierung 220
25.9.3. Kommunikation und Vernetzung 220
25.10. Der Bauingenieur in Wissenschaft und Forschung 220
26. Das Bauen in der Praxis 221
26.1. Ohne Bauherr keine Bauvorhaben 221
26.2. Ausschreibung und Vergabe 221
26.2.1. Vergabevorschriften der VOB 221
26.2.2. Europäische Vergaberichtlinien 222
26.2.3. Bindung an die VOB und an EU-Richtlinien 222
26.2.4. Vergabe und Bauvertrag 222
26.3. Bauvorgang und Bauausführung 222
26.3.1. Bauüberwachung, Bauaufsicht, Bauleitung 223
26.3.2. Bauzeitenplan 223
26.3.3. Baustelleneinrichtung 223
26 3 4 Baubetriebslehre 224
xvi
26.3.4.1. Baumaschinenkunde 224
26.3.4.2. Elektrotechnik 225
27. Baufehler und Bauschäden 226
27.1. Konstruktions- und Ausführungsfehler 226
27.1.1. Bauphysikalische Fehler führten zu Gebäudeeinsturz 226
27.1.2. Richtige Ausbildung elastischer Fugen 226
27.2. Vermeidung von Bauschäden 227
27.3. Erkennung von Baustoffschäden. 228
27.3.1. Beispiel aus der Praxis: Rostige Bewehrung 228
27.3.2. Beispiel aus der Praxis: Schlechter Transportbeton 228
27.4. Kuriose Konstruktionen 229
27.4.1. Holzleisten als Bewehrung 229
27.4.2. Maschendraht als Bewehrung 229
27.4.3. Bewehrungseisen als Sturz 229
27.4.4. Gewicht des Frischbetons 229
28. Kurze Einführung in die Bauinformatik 230
28.1. Vorbemerkungen 230
28.2. Lochkartentechnik 230
28.2.1. Die Lochkarte und ihre Codierung 230
28.2.2. Lochkartenmaschinen 231
28.2.2.1. Ablochen der Daten. 232
28.2.2.2. Datenbestände 232
28.2.2.3. Funktionsweise der Datenverarbeitung mit Lochkarten 232
28.3. Konrad Zuse und seine Z3 233
28.4. Dualsystem und Binärsystem 233
28.4.1. Dualsystem und Binärcode 234
28.4.2. Oktalzahlen und Sedezimalzahlen 234
28.5. Zeichen- und Zifferncodes 235
28.5.1. Der ASCII-Code 235
28.5.2. Binärcodes für Dezimalziffern 237
28.5.3. Der EBCDI-Code 237
28.6. Prinzip der Datenverarbeitung 237
28.7. Datenspeicherung 238
28.7.1. Sequenzielle und direkte Speicherung 238
28.7.2. Speichermedien und Laufwerke 238
28.7.2.1. Arbeitsspeicher 238
28.7.2.2. Sequenzielle Datenträger 238
28.7.2.3. Disketten 239
28.7.2.4. Magnetplatten 239
28.7.2.5. Optische Datenträger 239
28.7.2.6. Festkörperspeicher 239
28.7.3. Formatlose und formatierte Speicherung 240
28.7.4. Dateiformate und Dateinamen 240
28.8. Datenerfassung und Dateneingabe 241
28.8.1. Eingabe 241
28.8.2. Einlesen 242
28.8.3. Automatische Datenerfassung 242
28.9. Datenausgabe 242
28.9.1. Dialoggeräte und Datensichtgeräte 242
28.9.2. Darstellung der ASCII-Zeichen auf dem Bildschirm 242
28.9.3. Grafikdarstellung 243
28 9 4 Schriften 243
xvii
28.9.4.1. Bitmap-Schriften 243
28.9.4.2. Umrissschriftarten 244
28.9.4.3. Zeichenraster 244
28.9.4.4. Schriftattribute 244
28.9.4.5. Vektorschriftarten 244
28.9.5. Drucker 244
28.9.5.1. Impact-Drucker 244
28.9.5.2. Non-impact-Drucker 245
28.9.5.3. Maschinelle Zeichengeräte 245
28.10. Entwicklung der Computer 245
28.10.1. Zeit der Großrechner 245
28.10.2. Mittlere Datentechnik. 246
28.10.3. IB-Mkompatible Personalcomputer 246
28.10.4. Neuere Computer-Entwicklungen 246
28.11. Anwendungsprogramme 247
28.11.1. Office-Systeme 247
28.11.1.1. Textverarbeitungssysteme 247
28.11.1.2. Tabellenkalkulation 247
28.11.1.3. Datenbankanwendungen 248
28.11.1.4. Projektmanagementsysteme 248
28.11.1.5. Publikationssysteme 248
28.11.2. Spezielle Anwendungen 248
28.11.2.1. Leitsysteme 248
28.11.2.2. Planungssysteme CAD und Arbeitsplatzsysteme CAE 248
28.11.2.3. Fertigungssysteme CAM 249
29. Ingenieuranwendungen der Bauinformatik 249
29.1. Elektronisches Rechnen in der Baustatik 249
29.2. Elektronisch berechnet - nach alten Methoden 249
29.3. Alles wurde „elektronisch“ genannt. 250
29.4. Lochkartenrelikte 250
29.5. Deformationsmethode für die Baustatik 251
29.6. Finite-Elemente-Methode (FEM) 251
29.6.1. Ersatzsystem für das zu berechnende Tragwerk 251
29.6.2. Gleichungen und Berechnung 252
29.6.3. Iteration 253
29.6.4. Ergebnisse der FE-MBerechnung 253
29.7. Prüfung der „elektronischen“ Berechnungen 253
29.8. Computerunterstützte Rechnungsprüfung 254
29.9. AVA-Verfahren. 254
29.9.1. Automatisierte Ausschreibung 254
29.9.2. Automatisierte Vergabe 256
29.9.3. Automatisierte Bauabrechnung 256
29.9.3.1. Die REB-Verfahren 256
29.9.3.2. Das REB-Verfahren 22.013 257
29.10. Digitale Geländemodelle (DGM) 258
29.11. Geografische Informationssysteme (GIS) 258
29.11.1. Raumbezogene Daten 258
29.11.2. Datenmodelle 259
29.11.3. Geografische Modelle 260
29.11.4. Informationssysteme in der Theorie 260
29.11.5. Informationssysteme in der Realität 260
29.11.5.1. Vektor- und Rasterdaten 261
29 11 5 2 Sachdaten 261
xviii
29.11.5.3. Zeitbezogene geometrische Daten. 261
29.11.6. Praktische Anwendungen von GIS-Systemen 261
29.11.6.1. Amtliche Katastersysteme 261
29.11.6.2. Netzinformationssysteme (NIS) 262
29.11.6.3. Amtliche Stadtpläne auf CD-ROM 262
29.11.6.4. Amtliche topografische Karten auf CD-ROM 263
29.11.6.5. Satellitenbilder 264
29.12. Geologisches Untergrundnetz 264
29.13. Kanalnetz. 265
29.13.1. Hydraulische Berechnungen 265
29.13.2. Kanalnetzberechnung 266
30. Computerunterstützte Planungsmethoden 268
30.1. Computer Aided Design (CAD) 268
30.1.1. Prinzip 268
30.1.2. Datenbasis 268
30.1.3. Darstellung und Bearbeitung 268
30.1.4. Kompatibilität der CAD-Systeme untereinander 269
30.1.5. CAD-Arbeit in der Praxis 269
30.1.6. Was soll verbessert werden? 270
30.2. Ausgabe der Zeichnungen 270
30.2.1. Flachbettplotter 271
30.2.2. Rollenplotter 271
30.2.3. Stiftplotter 271
30.2.4. Rasterplotter 271
30.3. CAE-Systeme 272
30.4. 3D-Computergrafik 273
31. Alte und neue Computersysteme. 274
31.1. Portabilität von Anwendungsprogrammen 274
31.1.1. Programmiersprachen ALGOL und FORTRAN 274
31.1.2. FORTRAN auf proprietären Systemen 274
31.1.3. FORTRAN auf IB-Mkompatiblen Personal Computern (P)C 275
31.2. Neue Programmiersprachen 275
31.3. Neue Betriebssysteme und alte Programme 275
31.4. Alterung der Datenträger und der Geräte 276
31.4.1. Datenträger der Antike und des Mittelalters 276
31.4.2. Begrenzte Lesbarkeit der Datenträger 276
31.4.3. Neue Datenträgertypen verdrängen bisherige Datenträger 277
31.4.4. Physikalische Alterung der Geräte 277
31.4.5. Alte Geräte nicht mehr verwendbar 277
31.4.6. Brauchbarkeit der alten Datenbestände 277
31.4.7. Langlebige Datenstrukturen. 278
31.4.8. Archive schützen. 278
32. Spezielle Bauinformatik 278
32.1. Gebäudeautomatisierung 278
32.2. Prozessleittechnik 279
32.3. Beispiel: Automatisierung eines Klärwerks 279
32.3.1. Prozessrechnerprogramme 280
32.3.2. Messdatenerfassung 280
32.3.2.1. Messwertgeber 280
32.3.2.2. Störungen und Schwierigkeiten 280
32 3 2 3 Messschleifen 281
xix
32.3.2.4. A/D-Wandler 281
32.3.2.5. Messdatenreihen 281
32.3.3. Prozessregelung 281
32.3.3.1. Tagesgang, -maximum und -minimum der Durchflussmenge 282
32.3.3.2. Automatische Messung und Datenfernübertragung 282
32.3.3.3. Zuflussmengen aus dem Kanalnetz zum Klärwerk 282
32.3.4. Endgültige Prozessleittechnik im Klärwerk 282
33. Anhang 283
33.1. Literaturangaben 283
33.2. Das griechische Alphabet 289
33.3. Wichtige Begriffe und Bezeichnungen im Bauwesen 290
33.4. Studiengang Bauingenieur 1957 (Vorlesungsstoff) 303
33.5. Bilderübersicht 314
33.6. Tabellenübersicht 316
34 Index 317
1. Aufgaben des Bauingenieurs
1.1. Berufsbezeichnung und Berufsbild
Das Wort Ingenieur kommt vom lateinischen Wort ingenium, das die angeborene geistige Fähigkeit, den natürlichen Verstand, den Scharfsinn und die Begabung meint, aber auch den geistreichen Menschen, das Genie, das Talent und den klugen Kopf bezeichnet. Im Lexikon 1 heißt es (Zitat):
„Ingenieur ist ein wissenschaftlich gebildeter Fachmann der Technik, der technische Gegenstände, Verfahren, Anlagen oder Systeme erforscht, plant, entwirft, konstruiert, fertigt, vertreibt, überwacht oder verwaltet. Der Ingenieur ist unter verschiedenen, aus seinen Arbeitsbereichen abgeleiteten Bezeichnungen (Konstruktions-, Betriebs-, Vertriebs-, Montage-, Patent-, Sicherheits-, Normeningenieur u. ä.) in leitenden Stellungen hauptsächlich in der Industrie, in Behörden oder freiberuflich tätig (Beratender Ingenieur). Andere zusammengesetzte Berufsbezeichnungen beziehen sich auf die Fachgebiete, so z. B. Maschinenbau-, Elektro-, Bau-, Luftfahrt-, Verfahrens-, Bergbau-, Textilingenieur.“ (Zitatende)
Bauingenieur 2 ist ein Beruf, den Menschen beiderlei Geschlechts ausüben können. Bauingenieur ist ein Dienstleistungsberuf. Voraussetzung ist immer, dass jemand existiert, der etwas bauen will und das Bauvorhaben finanziert. Damit hängt die Bautätigkeit sehr stark von der Baufreudigkeit, der Bauwilligkeit und der Finanzkraft der öffentlichen und privaten Bauherren ab (Baukonjunktur).
Der Bauingenieur entwirft, berechnet und konstruiert Bauwerke, er plant, leitet und überwacht ihre Ausführung. Dabei berücksichtigt er Standsicherheit, Betriebssicherheit, Gebrauchstauglichkeit, Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Dauerhaftigkeit.
Der Bauingenieur bildet die künftige Realität eines Bauwerks als Modell auf dem Papier und im Computer ab. Es entsteht dabei im Wesentlichen ein Prototyp eines Bauwerks, der nach Abschluss des anschließenden Bauvorgangs in der Wirklichkeit auf Anhieb korrekt funktionieren muss.
1.2. Persönliche Eigenschaften
Folgende Eigenschaften zeichnen den idealen Bauingenieur aus:
Interesse für technische Vorgänge, Kreativität und handwerkliche Fertigkeiten. Es ist sehr nützlich, wenn der Bauingenieur vor seinem Studium einen Bauberuf erlernt und schon auf Baustellen gearbeitet hat.
Beherrschung der Grundlagen seines Berufes, hauptsächlich Mathematik und Physik. Räumliches Vorstellungsvermögen und zeichnerische Fähigkeiten. Fähigkeit zur Kommunikation und zur kooperativen Teamarbeit. Wirtschaftliches Denken und Offenheit für Alternativen.
Entscheidungsfreude, Teamfähigkeit und Flexibilität bei ständig wechselnden Aufgaben. Bereitschaft, Neues zu lernen und anzuwenden.
Als Vorgesetzter und Chef hat er ein verbindliches, freundliches und verständnisvolles Wesen und ist seinen Mitarbeitern ein Vorbild.
1 Der neue Brockhaus, 1973, ISBN 3-7653-0025-X, Verlag F.A. Brockhaus, Wiesbaden
2 Die weibliche Form der Berufsbezeichnung (Ingenieurin oder Bauingenieurin) neben der männlichen Form wird im lau- fenden Text nicht zusätzlich verwendet.
2
1.3. Grundsätze des Bauingenieurs
Dem Bauen muss der Gedanke, die Idee vorausgehen; diese muss im Geist reifen und schließlich muss der Geist alles durchdrungen haben, bevor die Idee zum Plan und dieser schließlich zur Realität werden kann.
Der Geist muss alles durchdrungen haben. Das heißt, der Bauingenieur muss seine Idee bis zum letzten Detail deutlich vor seinem inneren Auge sehen. Er muss alles durchdacht haben, bevor er seinen Plan und seine Berechnung auch für andere sichtbar werden lässt.
Der Geist beherrscht die Materie. Der Bauingenieur muss seine Materie, also sein Fachgebiet, beherrschen. Das fertige Bauwerk darf keine überraschenden Eigenschaften aufweisen, die er nicht vorgesehen hat.
Für alle Fachgebiete der Ingenieurwissenschaften gilt, dass der Mensch, der den Beruf Ingenieur ausübt, ein kreativer und geistig aufgeschlossener Mensch ist, der seine Kreativität auszudrücken weiß. Er sollte sich auch die ethischen Grundsätze zu eigen machen, die vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) formuliert und herausgegeben wurden. Man findet diese Grundsätze in einer Internetveröffentlichung des VDI.
1.4. Funktionen und Aufgaben
Der Bauingenieur kann sowohl freiberuflich, wie auch bei einem Ingenieurbüro, bei einer Baufirma oder im öffentlichen Dienst beschäftigt oder Inhaber eines Ingenieurbüros oder einer Baufirma sein. Der Bauingenieur ist an einer Baumaßnahme in einer bestimmten Funktion beteiligt. Er kann tätig sein … als freischaffender Ingenieur, als Inhaber eines beteiligten Ingenieurbüros, als angestellter Ingenieur eines Ingenieurbüros, als projektverantwortlicher Ingenieur, als Inhaber einer Baufirma, als Bauleiter einer Baufirma, als Bauleiter des Bauherrn, als Prüfer, als Vertreter einer Baubehörde oder als vereidigter Gutachter.
Entsprechend seiner Funktion wird er seine Aufgabe gegenüber den anderen Projektbeteiligten wahrnehmen. Dabei hat er bestimmte Kompetenzen, die planender, leitender, beratender, prüfender, überwachender oder ausführender Natur sein können.
Die vielfältigen speziellen Aufgaben des Bauingenieurs in der Praxis sind in Kapitel 25 ab Seite 211 behandelt.
1.5. Bezahlung der Ingenieure
Damit der Lebensunterhalt ausreichend gesichert werden kann, müssen die Ingenieure für ihre Arbeit leistungsgerecht entlohnt werden. Es gibt selbstständige Ingenieure und angestellte Ingenieure. Monatliches Gehalt
Die in Behörden, Hochschulen, Ingenieurbüros, Baufirmen und sonstigen Institutionen tätigen Ingenieure werden nach Angestelltentarif, nach Beamtengehaltsstufe oder außertariflich nach Vereinba- rung bezahlt.
Honorar
Die selbstständigen Ingenieure sind meist freischaffende Ingenieure (z. B. Gutachter) oder Inhaber von Ingenieurbüros. Sie rechnen ihre eigenen Leistungen und die ihres Büros nach der Honorarordnung ab.
In der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) sind Leistungsbilder beschrieben, denen jeweils ein gewisses Honorar (Prozentsatz der Kosten der Leistung) zugeordnet ist. Die HOAI wurde von Bundesgesetzgeber beschlossen und muss eingehalten werden. Damit unterstehen Ingenieurleistungen nicht dem Wettbewerb, gegenseitige Preisunterbietungen der Ingenieurbüros sind damit ausgeschlossen. Ausschreibungen von Ingenieurleistungen sind deshalb nicht zulässig.
1.6. Kontakte mit anderen Ingenieuren
Es gibt viele Fachverbände und Ingenieurvereine.
Hier ist an erster Stelle der Verein Deutscher Ingenieure VDI zu nennen, bei dem alle Ingenieure Mitglieder werden können. Er gibt eine Wochenzeitung VDI-Nachrichten heraus, die aber unabhängig von der Mitgliedschaft von jedermann abonniert werden kann. Der VDI hat verschiedene Fachbereiche; im Fachbereich Bau sind die Bauingenieure zusammengefasst.
Der VDI-Verlag gibt spezielle Fachbücher heraus. Außerdem führt der VDI in den Fachbereichen in Zusammenarbeit mit den Technischen Universitäten Lehrgänge durch, um z. B. neue Normen und deren Grundlagen vorzustellen oder in spezielle Verfahren einzuführen.
Seit etwa 40 Jahren gibt es in Deutschland Ingenieurekammern 3 . Stellvertretend sei hier die Bayerische Ingenieurekammer-Bau genannt. Sie ist eine Körperschaft des Öffentlichen Rechts. Aufsichtsbehörde ist das Bayerische Staatsministerium des Innern. In anderen Bundesländern sind die Ingenieurekammern ähnlich organisiert.
Zu den wesentlichen Aufgaben der Kammern gehören: Beratung der Mitglieder, Schutz ihrer beruflichen Belange, Überwachung der Erfüllung beruflicher Pflichten, Förderung der Baukultur, Wissenschaft und Technik sowie die Stärkung der Eigenverantwortung, Unabhängigkeit und Fachkompetenz und die Öffentlichkeitsarbeit.
Jeder Bauingenieur kann Mitglied der Kammer werden. Es ist aber auch kein Nachteil, wenn er nicht Mitglied ist.
Außer in Vereinen pflegen die Ingenieure auch persönliche und kollegiale Kontakte zum Erfahrungsaustausch bei Ingenieurstammtischen, bei Tagungen und in örtlichen Fachgruppen. Beliebt sind die so genannten „Semestertreffen“, bei denen sich die damals im gleichen Semester studierenden Kommilitonen 4 alle 5 oder 10 Jahre treffen, ihre Dozenten und Professoren dazu einladen, ihre Berufserfahrungen austauschen und miteinander feiern. Der Verfasser hat vor kurzem sein 50jähriges Berufsjubiläum gemeinsam mit seinen ehemaligen Kommilitonen gefeiert.
3 Es heißt wirklich „Ingenieurekammer“ (Plural: Ingenieure), und nicht „Ingenieurkammer“, weil sie nicht nur für einen Ingenieur, sondern für viele Ingenieure zuständig ist.
4 Das Wort „Kommilitone“ kommt vom lateinischen commilito (Kriegskamerad, Waffenbruder) und bezeichnet im stu- dentischen Leben einen Mitstudenten, der im gleichen Lehrsaal sitzt.
4
2. Ausbildung im Bauwesen
Aus archäologischen Grabungen und Forschungen ist bekannt, dass es eine nennenswerte Bautätigkeit seit höchstens 30000 Jahren gibt. Die Bautätigkeit fand damals hauptsächlich südlich der Alpen statt, denn bis vor etwa 11000 Jahren war der Norden der Erde bis zu den Alpen mit Eis (Eiszeit) bedeckt.
Man fand bei Ausgrabungen die Überreste von Siedlungen und Dörfern. Nach den Anfängen der Bautätigkeit dauerte es dann noch viele tausend Jahre, bis sich die Baukunst der Hochkulturen entwickelt hatte. Die Bauwerke dieser alten Kulturen zeugen vom Können dieser Völker. Im Mittelmeerraum und im vorderen Orient (Mesopotamien) waren es die Phönizier, die Sumerer, die Assyrer, die Babylonier und die Ägypter. Diese Völker erstellten beachtliche Bauwerke, die zum Teil heute noch existieren (z. B. die Pyramiden). Die Gebäudetypen, Bauprogramme und Bauformen beruhen auf den Bedingungen des Landes, des Klimas und des Baumaterials. Leider sind uns keine antiken Schriften über das Bauwesen dieser alten Kulturen überliefert.
2.1. Ausbildung der Baumeister in der Antike
Die Griechen, die Etrusker und später die Römer stützten sich auf die überlieferten Kenntnisse der alten Kulturen, sie ahmten die alten Bauweisen nach und erfanden neue. Sie bauten Straßen, Brücken (Viadukte), Wasserleitungen (Aquädukte), Festungsanlagen, Badeanlagen, Paläste, Kampfarenen, Theater und Tempel.
Die planerische, organisatorische und geistige Leistung für die Erstellung von Bauwerken wurde von den Baumeistern erbracht. Baumeister ist ein Sammelbegriff für die konstruktive und planerische Tätigkeit von Architekt und Ingenieur.
Schon die Griechen kannten den Beruf Architekt und auch den Römern waren die beiden Berufe Architekt und Ingenieur wohlbekannt.
Einige römische Fachleute schrieben das Wissen über die Baukunst auf. Vieles davon ging verloren. Die einzige uns überlieferte Schrift über die Baukunst, verfasst im Zeitraum von 33 bis 22 v. Chr., stammt vom römischen Baumeister M. Vitruvius Pollio, bekannt unter dem Namen Vitruv. Sie trägt den Titel De Architectura Libri Decem (Zehn Bücher über die Architektur). Die Römer nannten die damals üblichen Schriftrollen Libri (Bücher). Die 10 Schriftrollen Vitruvs sind in einem einzigen Buch unserer Machart zusammengefasst (Lit. [Vitruv]). Vitruv behandelt die Baukunst im weitesten Sinne, also auch Baustoffe, Farben, Wasserversorgung, Zeitmessung (öffentliche Uhren), Bau- und Kriegsmaschinen.
Im ersten Kapitel ist die Ausbildung des römischen Baumeisters beschrieben, Vitruv bezeichnet ihn als Architekt. Vitruv zeigt auf, dass das Wissen des Architekten mehrfache wissenschaftliche und mannigfaltige elementare Kenntnisse aufweisen muss. Dieses Wissen erwächst aus dem Handwerk (fabrica) und aus geistiger Arbeit (ratiocinatio).
Die alten römischen Begriffe Ratiocinatio und Fabrica heißen heute einfach Theorie und Praxis. Im weiteren Text spricht Vitruv von der Konstruktion („quod significatur“), also von dem, was dargestellt wird, dem zu erstellenden Bauwerk, dem Ziel des Bauens. Er spricht auch die mit wissenschaftlichen Methoden entwickelte Darstellung („quod significat“), also das, was diesen Gegenstand darstellt, die Zeichnung, den Plan an. Er betont, dass derjenige, der sich als Architekt ausgeben will, in beidem geübt und theoretisch-wissenschaftlich geschult sein muss (siehe auch 5.2 auf Seite 26). Der Architekt müsse im schriftlichen Ausdruck gewandt, des Zeichenstiftes kundig und in der Geometrie gebildet sein. Dann begründet Vitruv, warum diese Fähigkeiten nötig sind. Der Architekt müsse aber auch geschichtliche Daten kennen, um die künstlerische Ausgestaltung der Bauwerke nach den alten Baumethoden vornehmen zu können.
Er müsse vom Klima und der Gesundheit des Menschen 5 etwas verstehen, um beides im Bauwerk in Einklang bringen zu können. Er müsse von den Rechtsverhältnissen etwas verstehen, um das Nach-barrecht hinsichtlich der Anordnung von Mauern, Fenstern, Dachrinnen und Kloaken 6 einhalten zu können. Außerdem müsse er die Kosten des Bauwerkes berechnen können und die Bauverträge zwischen dem Bauherrn und dem Bauunternehmer richtig abfassen, damit es später nicht zu Streitigkeiten kommen kann.
Hier wollen wir die Beschreibung der Ausbildung des antiken Architekten abbrechen, die bei Vitruv noch weitergeht. Im Rest seines Werkes beschreibt Vitruv das Fachliche bis in alle Einzelheiten. Dieses Werk, das Vitruv als Lehrbuch geschrieben hat, wurde zum Typus, auf dem alle späteren ar-chitekturtheoretischen Schriften aufbauten (siehe auch Vitruvs Architekturtheorie, Lit. [Knell]).
2.2. Unterschied zwischen Architekt und Bauingenieur
Im Laufe der Jahrhunderte erweiterte sich das Wissen der Baumeister. Sie wagten es, große Bauwerke zu erstellen, aus dem Wissen heraus, das sie aus den Erfahrungen der alten Baumeister gelernt hatten, und sie vertrauten darauf, dass die Bauten aufgrund der bewährten soliden Bauweise standfest bleiben und nicht einstürzen.
Etwa um das Jahr 1860 vollzog sich die ungute Aufteilung der Aufgaben zwischen Bauingenieur und Architekt, von denen der Bauingenieur als Nur-Rechner die konstruktiven Aufgaben einschließlich aller Berechnungen und der Architekt als Nur-Gestalter die gestalterische Planung der Bauwerke übernahm.
Inzwischen hat sich das Bauwesen weiterentwickelt. Was früher als Baukunst galt, entwickelte sich mehr und mehr zur Kunst des Bauens, bei der es darauf ankommt, die richtige Konstruktion (Tragwerk, Spannweiten, optisches Erscheinungsbild) zu wählen, die geeigneten Baustoffe einzusetzen und das richtige Verhältnis zwischen dem, was möglich ist und dem, was finanzierbar ist, zu finden. Vor 50 Jahren erhielten die angehenden Architekten und Bauingenieure in den ersten drei Semestern eine identische Ausbildung (siehe Fächerübersicht, Seite 6). Dadurch ist ihnen ein gewisses gemeinsames ingenieurmäßiges Denken anerzogen worden, damit beide eine gemeinsame Sprache sprechen und eine Synthese zwischen schöpferischem Gestalten und wissenschaftlichem Berechnen der Mechanik eines Bauwerks herbeiführen können.
Die Verwendung neuer Baustoffe und Bauverfahren ermöglicht heute dem Architekten größte Freiheit in der Gestaltung. Zu den bisherigen Grundformen des Massivbaus kam das Bauen mit flächigen Elementen, wie Platten, Scheiben, Faltwerken, Schalen und Membranen. Es ist nicht Aufgabe des gestaltenden Architekten, etwa eine Schale oder ein Faltwerk selbst statisch zu berechnen. Er muss aber den Verlauf der Hauptkräfte (Kraftfluss) kennen, der entscheidend ist für die Stabilität und für die Festlegung der Form und der Abmessungen des Tragwerkes.
Der Architekt muss also wieder ein bisschen Bauingenieur (Statiker) sein, wenn er seinen Beruf beherrschen will. Er muss die Stärken und Schwächen der neuen Bauformen und Baustoffe kennen. Je größer das ingenieurmäßige Gefühl des Architekten für den Kraftfluss innerhalb der Bauteile ist, umso seltener wird eine spätere, unliebsame Umstellung seines Entwurfes aufgrund statischer Erfordernisse nötig werden.
Bei fast allen Projekten ist der Bauingenieur darauf angewiesen, mit dem Architekten erfolgreich zusammenzuarbeiten. Es darf keine Bevorzugung weder für die gestalterische Phantasie noch für die konstruierende Logik geben. Den Bauingenieuren und Architekten muss bewusst bleiben, dass sie auf eine vertrauensvolle Zusammenarbeit angewiesen sind, wenn gemeinsame Höchstleistungen erzielt werden sollen. In den grundsätzlichen Dingen muss diese Zusammenarbeit möglichst früh einsetzen. Keiner darf den anderen vor vollendete Tatsachen stellen.
5 Hier sind bereits Ansätze der Bauphysik zu erkennen.
6 Abwasserbeseitigung.
2.3. Ausbildung des Bauingenieurs vor 50 Jahren
2.3.1. Zugangsvoraussetzungen
Es gab zwei Studienwege zum Bauingenieur:
1. Studium an einer Technischen Hochschule (TH), heute Technische Universität (TU): Der Zugang für das Universitätsstudium der Bauingenieurwissenschaften (mind. 8 Semester) war das Abitur. Im Laufe des Studiums musste ein Praktikum absolviert und nachgewiesen werden. 2. Studium an einer Ingenieurschule:
Voraussetzung für den Zugang zum 6-semestrigen Studiengang Bauingenieur (damals Tiefbau genannt) an der Staatsbauschule München und am Oskar-von-Miller-Polytechnikum München (beide jetzt vereint zur Fachhochschule München) waren: entweder:
a) Abitur und nachgewiesenes Baustellen-Praktikum (wie beim Universitätsstudium), oder der zweite Bildungsweg:
b) abgeschlossene Hauptschule, abgeschlossene Lehre in einem der anerkannten Bauberufe (Maurer, Zimmerer, Bauschlosser, Bauschreiner, u. a.) und ein erfolgreich abgeschlossener Vorkurs (2 Semester), der vor dem eigentlichen Studium an der Ingenieurschule absolviert werden konnte.
2.3.2. Fächerübersicht (Vorlesungsfächer)
Beim Universitätsstudiengang muss der Studienanfänger die Belegung der Fächer selbst vornehmen. Dies ist für ihn sehr schwierig, da er noch nicht mit der Materie vertraut ist. Es gibt aber Belegungsempfehlungen, die er dankbar annimmt.
Dagegen waren damals für den Studiengang an der Ingenieurschule die zu absolvierenden Fächer fest vorgegeben (siehe unten). Es gab feste Lehrpläne. Im Studiengang Tiefbau an der Ingenieurschule waren damals insgesamt 23 Pflichtfächer zu absolvieren. Auch die Wahlfächer Französisch und Spannbeton wurden angeboten. Man konnte nicht, wie es an der Universität üblich ist, das Kursprogramm durch Belegung selbst zusammenstellen. Außerdem wurden regelmäßige Prüfungen durchgeführt, jeweils am Schluss jedes Semesters (Semesterprüfungen) und am Schluss des Grund- und Hauptstudiums.
Da der Stoff der ersten drei Semester (Grundstudium) für angehende Architekten und Bauingenieure identisch war, konnte man am Schluss des 3. Semesters nach der Prüfung ausscheiden und als (staatlich geprüfter) Bautechniker zu arbeiten beginnen. Wollte man weiterstudieren, musste für das Hauptstudium Architektur (Hochbau) oder Bauingenieurwesen (Tiefbau) gewählt werden.
2.3.2.1. Grundstudium Hoch- und Tiefbau (1. bis 3. Semester) 1. Elementare Mathematik 2. Höhere Mathematik 3. Darstellende Geometrie 4. Physik
5. Technisches Zeichnen 6. Baukonstruktionslehre 7. Baustoffkunde mit Chemie 8. Baustatik (1. Teil)
9. Maschinenkunde und Elektrotechnik 10. Grundbau (1. Teil) 11. Rechts- und Wirtschaftslehre (1. Teil) 12. Allgemeine Baukunde 13. Allgemeinbildende Fächer 14. Wahlfach Französisch.
2.3.2.2. Hauptstudium Tiefbau (4. bis 6. Semester)
13. Rechts- und Wirtschaftslehre (2. Teil)
Eine Auflistung des Vorlesungsstoffs zu diesen Studienfächern findet der Leser auf Seite 303.
2.3.3. Vorlesungsmitschriften
Während der Vorlesung musste alles Wichtige mitgeschrieben und alle Skizzen mitgezeichnet werden. Für den Vorlesungsstoff gab es keine vollständigen vorgedruckten Vorlesungsskripten, sondern nur einzelne Blätter mit Diagrammen und Tabellen, die von den Dozenten zur Verfügung gestellt wurden. Bücher, die zur Vorlesung gepasst hätten, gab es kaum.
Wer der Vorlesung fernbleiben musste, bat einen Kommilitonen, eine Durchschrift der Vorlesungsmitschrift für ihn mit anzufertigen. Wegen der Stofffülle kam es nicht in Frage, nachträglich alles abzuschreiben. Es empfiehlt sich immer, in der Vorlesung mitzuschreiben, weil die Formulierungen des Gehörten mit eigenen Worten immer noch das Verständlichste sind.
Der Verfasser verwendete karierte Ringbuchblätter DIN A5 für die Mitschriften, die heute noch als gebundene Bücher (Lit. [Praxl2]) im Bücherschrank stehen.
2.3.4. Abschlüsse
Das Studium der Bauingenieurwissenschaften schloss man an der Technischen Hochschule (TH) mit der Diplomprüfung ab, man erhielt den Titel Diplomingenieur oder Dipl.-Ing. Nach Abschluss des Bauingenieurstudiums an der Ingenieurschule (heute Fachhochschule) erhielt der Absolvent damals die Berufsbezeichnung (kein Titel!) Ingenieur für Tiefbau, später erst erfolgte auf Antrag eine Nach-diplomierung zum Diplomingenieur (FH) 7 bzw. Dipl.-Ing. (FH).
2.4. Ausbildung des Bauingenieurs heute
2.4.1. Zugangsvoraussetzungen
Die Zugangsvoraussetzungen für das Bauingenieurstudium sind heute ähnlich wie vor 50 Jahren. Voraussetzung für die Aufnahme eines Studiums ist das Zeugnis der allgemeinen Hochschulreife, das Zeugnis der Fachhochschulreife oder eine als gleichwertig anerkannte Vorbildung. Für das Studium an einer Technischen Universität oder Hochschule ist immer noch das Abiturzeugnis (Zeugnis der allgemeinen Hochschulreife) die beste Voraussetzung. Im Laufe des Studiums müssen Praktika auf Baustellen und im Ingenieurbüro absolviert und nachgewiesen werden.
7 Die Abkürzung FH bedeutet Fachhochschulabsolvent und wurde zur Unterscheidung gegenüber den Absolventen der Universitäten an den „Dipl.-Ing.“ angehängt.
8
Für das Ingenieurstudium (Bachelor-Studiengang) an einer Fachhochschule ist die Fachhochschulreife erforderlich, die durch Abschluss an einer Fachoberschule (Fachrichtung Technik oder Bautechnik) oder mit abgeschlossener baubezogener Berufsausbildung an einem Berufskolleg erworben werden kann.
Es gibt noch andere Möglichkeiten, den Zugang zum Bauingenieurstudium zu erreichen. Die Interessenten können sich auf den Internetseiten der ins Auge gefassten Universität oder Hochschule (Stich- wort„Zugangsvoraussetzungen“) informieren.
2.4.2. Studiengang Bauingenieurwesen (Bachelor) heute
Der vor etwa 50 Jahren ausgebildete Bauingenieur ist sowohl für die Planung, Konstruktion und Berechnung wie auch für die Bauausführung ausgebildet. In späteren Jahren erfolgte wegen der Fülle des hinzugekommenen neuen Wissens eine Aufteilung in unterschiedliche Studiengänge. Genaue In-formationen darüber sind auf den Internetseiten der Fachhochschulen und technischen Universitäten zu finden.
Zum Vergleich mit der vorstehenden Fächerübersicht aus dem Jahr 1957 sei nachstehend die Fächerübersicht des aktuellen Bachelor-Studiengangs Bauingenieurwesen angegeben (Abweichungen bei verschiedenen Hochschulen sind möglich).
2.4.2.1. Grundstudium (1. und 2. Semester) 1. Mathematik I 2. Mathematik II 3. Baustatik I 4. Baustoffe 5. Bauchemie 6. Bauphysik I 7. Baukonstruktion
8. Konstruktives Zeichnen und CAD 9. Darstellende Geometrie 10. Bauinformatik I
11. Allgemeinwissenschaftliche Wahlpflichtfächer.
2.4.2.2. Hauptstudium (3. bis 5. Semester) 1. Baustatik II 2. Massivbau I 3. Stahlbau I 4. Holzbau
5. Bodenmechanik mit Praktikum 6. Grundbau 7. Landverkehrswegebau 8. Straßenbau 9. Bahnbau 10. Wasserbau I 11. Siedlungswasserwirtschaft I 12. Bauproduktionsplanung und -steuerung I 13. Bauproduktionsplanung und -steuerung II 14. Vermessung (mit Praktikum Vermessung u. Straßenabsteckung) 15. Wahlfach: Berufsfelder des Bauingenieurs Praxisbegleitende Lehrveranstaltungen 16. Sicherheitstechnik 17. Praxisseminar 18. Praktikum.
9
2.4.2.3. Hauptstudium (6. und 7. Semester), Schwerpunkt allgemeines
Bauingenieurwesen
1. Tragwerke des Hochbaus I
2. Bauordnungs- und Bauvertragsrecht I
3. Interdisziplinäres Projekt
4. Bauinformatik II
Zusätzlich sind aus den folgenden 22 fachwissenschaftlichen Wahlpflichtfächern 7 auszuwählen:
1. Technisches Englisch
2. Bauinformatik III
3. Umweltschutz im Bauwesen
4. Bauen im Bestand
5. Bauphysik II und konstruktiver Brandschutz
6. Betontechnologie
7. Landverkehrswegebau
8. Baustatik III
9. Massivbau
10. Spannbetonbau
11. Holzbau II
12. Stahlbau II
13. Finite Elemente für ebene Tragwerke
14. Tragwerke des Ingenieurbaus
15. Konstruieren mit Stahlbau-CAD
16. Grundlagen Fassadentechnik und Glasbau
17. Bauvertragsrecht II
18. BWL und betriebliches Controlling
19. Bauproduktionsplanung und -steuerung III
20. Projektmanagement
21. Schlüsselfertiges Bauen
22. Kosten- und Leistungsrechnung.
2.4.2.4. Hauptstudium (6. und 7. Semester), Schwerpunkt Stahlbau
1. Bauordnungs- und Bauvertragsrecht I
2. Interdisziplinäres Projekt
3. Bauinformatik II
4. Konstruieren mit Stahlbau-CAD
5. Stahlbau II
6. Werkstoff- und Schweißtechnik Grundlagen
7. Stahlhochbau I
8. Stahlbrückenbau
9. Stahlbau III
10. Fertigung, Montage und Kalkulation
1 fachwissenschaftliches Wahlpflichtfach aus nachfolgender Liste
1. Boden, Wasser, Umwelt
2. Bauen im Bestand
3. Bauphysik II und konstruktiver Brandschutz
4. Baustoffe II
5. Landverkehrswegebau II
6. Baustatik III
7. Massivbau
8. Spannbetonbau
10. EDV zur Bemessung im Ingenieurbau
14. Bauorganisation und BWL im Bauwesen
15. Bauproduktionsplanung und -steuerung
17. Technische Gebäudeausrüstung, Ausbaugewerke
2.4.3. Abschlüsse und akademische Grade
Der akademische Grad Diplomingenieur wird nicht mehr verliehen 8 , die Studiengänge werden heute mit Bachelor (Bakkalaureus) oder Master abgeschlossen.
Der Bakkalaureus (von lat. baccalaureus, auch baccalarius, englisch und deutsch: Bachelor, französisch: Bachelier) ist seit dem 13. Jahrhundert der erste (unterste) akademische Grad, der von Hochschulen nach Abschluss einer wissenschaftlichen Ausbildung vergeben wird. An den Universitäten und Fachhochschulen werden die bisherigen Diplomstudiengänge nicht mehr angeboten. Die meisten dieser Hochschulen und Universitäten haben ihre Ingenieurstudiengänge einheitlich auf den Abschluss Bachelor bzw. Master umgestellt.
Die deutsche Kultusministerkonferenz (KMK) hat im Jahr 2003 in den Strukturvorgaben festgelegt, dass in Deutschland folgende Abschlussbezeichnungen zu verwenden sind:
Für den Bauingenieur trifft der Bachelor of Engineering (B.Eng.) zu.
Der Absolvent muss den akademischen Grad als Berufsbezeichnung so führen, wie er verliehen wurde. Er darf nicht eigenmächtig eine andere Sprache oder Abkürzung wählen. Laut Vorgabe der KMK werden keine Leerzeichen in der Abkürzung bei der Verleihung verwendet. Der Bachelor-Grad darf nicht um einen fachlichen Zusatz oder um einen Zusatz ergänzt werden, der auf die Art der Bildungseinrichtung hinweist, die den Bachelor-Grad verliehen hat, z. B. (FH) oder (Univ.), da es keine unterschiedlichen Vorgaben (z. B. Dauer des Studiums) für die Hochschulart gibt. Alle Hochschulen unterliegen denselben Anforderungen.
An einen Bachelor-Abschluss an einer Hochschule (Fachhochschule oder Universität) kann auf jeden Fall ein Master-Studium angeschlossen werden.
Bachelor- und Master-Abschlüsse führen hochschulübergreifend nach meist sechs bis acht Semestern Regelstudienzeit in den Ingenieurwissenschaften zum akademischen Grad Bachelor of Engineering (B.Eng.) bzw. nach insgesamt zehn Semestern Regelstudienzeit eines konsekutiven Studiums zum akademischen Grad Master of Engineering (M.Eng.).
Bei einem Studienschwerpunkt in Mathematik oder Naturwissenschaften kann auch ein Bachelor of Science (B.Sc.) bzw. Master of Science (M.Sc.) verliehen werden.
8 Das letzte Wort ist hier noch nicht gesprochen: Es gibt Bestrebungen, den Diplomingenieur weiterhin zu verleihen bzw. ihn wieder einzuführen.
11
Der Masterabschluss ist dem bisherigen universitären Diplomabschluss gleichgestellt und berechtigt zur Promotion. Nach einer Promotion in den Ingenieurwissenschaften wird der akademische Grad eines Doktors der Ingenieurwissenschaften (Doktor-Ingenieur, Dr.-Ing.) verliehen. Die Studiengänge unterliegen den Anforderungen einer ministeriellen Zulassung (Akkreditierung). Der Bachelor-Grad sagt noch nichts über die absolvierte fachliche Ausbildung aus. Genaue Informationen über die absolvierten Fächer gehen aus dem Anhang (Diploma Supplement) der Bachelor-Urkunde hervor.
2.5. Laufende Fortbildung im Beruf
2.5.1. Man lernt nie aus.
Der Bauingenieur muss im Laufe seines Berufslebens zwangsläufig immer neues Wissen hinzuerwerben, um mit den aktuell ausgebildeten jungen Bauingenieuren, mit denen er ja im Alltag zusammenarbeiten muss, mithalten zu können.
Allgemein gilt immer noch der Grundsatz, dass der Studierende das Grundlagenwissen seines künftigen Berufes gründlich lernen muss, um später neu zu erwerbendes Wissen darauf aufbauen zu können. Nur dann ist er in der Lage, neue Verfahren zu begreifen, mit ihnen richtig umzugehen und sie weiterzuentwickeln.
Er muss also dauernd dazulernen. Dies geschieht durch Studium der Fachliteratur, der Fachzeitschriften und durch Ausschöpfen vieler anderer Wissensquellen.
2.5.2. Bauinformatik
Vor 50 Jahren gab es das Studienfach Bauinformatik innerhalb des Bauingenieurstudiengangs noch nicht. Während des Studiums und auch in den ersten Berufsjahren waren die Computer kein Thema. Als die Bauingenieure dann später im Beruf mit Computern zu tun bekamen, mussten sie Lehrgänge besuchen, um sich die nötigen Kenntnisse über Computeranwendung anzueignen. Den ersten Lehrgang absolvierte der Verfasser im Jahr 1965, bei dem er die Lochkartentechnik und die IBM-Computer kennenlernte.
Ab 1965 stand ihm im Ingenieurbüro ein Computer für statische Berechnungen zur Verfügung. Damals gab es nur wenige Anwendungsprogramme. Die vorhandenen Programme mussten mit Tricks und Kunstgriffen für Probleme erweitert werden, für die es noch keine eigenen Programme gab. So musste für die Berechnung eines räumlichen Rahmens aus Mangel an verfügbaren Programmen das Programm für ebene Rahmen zur Berechnung räumlicher Systeme erweitert werden (veröffentlicht in Lit. [Praxl1]).
Als der Verfasser dann im Jahr 1977 die Aufgabe bekam, die Umstellung des Klärwerks I in München auf automatische Prozesssteuerung zu planen und zu realisieren, entschloss er sich, die Informatik gründlich zu lernen: Er studierte neben seiner Berufstätigkeit Informatik und Mathematik an der Fernuniversität Hagen.
In Kapitel 28 ab Seite 230 findet der Leser eine kurze Einführung in die Bauinformatik.
2.5.3. Fachliteratur
Kurz vor Abschluss des Studiums, bevor die frischgebackenen Ingenieure auf die Menschheit losgelassen wurden, gab man ihnen Literaturempfehlungen mit auf den Weg, weil, wie es hieß, sie auch trotz der besten Noten im Abschlusszeugnis noch fachliche Defizite hätten, die zu gegebener Zeit durch Lernen aus der Fachliteratur abgebaut werden müssten.
Man empfahl das Standardwerk HÜTTE (Lit.[HÜTTE1]) und die Bücher von Schleicher (Lit. [Schleicher1] und [Schleicher2]).
12
Später müsse jeder Ingenieur sich weiter auf dem Büchermarkt umsehen und geeignete Ergänzungsliteratur erwerben. Das Literaturverzeichnis im Anhang auf Seite 283 weist Bücher auf, die sich im Laufe des Berufslebens im Bücherschrank des Verfassers angesammelt haben.
Das wichtigste Buch des Bauingenieurs ist jedoch der Betonkalender (Lit. [BK]), er ist kein Kalender im wörtlichen Sinn, sondern er wird nur so genannt, weil er seit dem Jahr 1906 jedes Jahr neu erscheint.
Außer wichtigen bautechnischen Standardtabellen über Baustoffkennwerte, Querschnittswerte und Abmessungen von Stahlprofilen, Holzquerschnitten und Rohren sind dort vollständige Abhandlungen über wichtige Berechnungsverfahren mit allen Formeln und Bemessungstabellen zu finden. Die Betontechnologie, die Bemessung und Ausführung von Stahlbeton-, Spannbeton- und Massivbauwerken sind umfassend abgehandelt. Außerdem sind die einschlägigen Normblätter im Wortlaut abgedruckt. Der Betonkalender setzt jedes Jahr andere Schwerpunkte, jeweils mit der vollständigen aktuellen Ab-handlung wichtiger Themen. Der ältere Bauingenieur hat viele Jahrgänge des Betonkalenders in seinem Bücherschrank stehen.
2.5.4. Fachzeitschriften
Neue Bauverfahren und Berechnungsmethoden werden vorwiegend in Fachzeitschriften wie „Bautechnik“, „Bauingenieur“, „Beton- und Stahlbetonbau“ und anderen publiziert.
2.5.5. Lehrgänge
Lehrgänge bieten gerade in der Bauinformatik eine sichere Einführung in die Anwendung neuer Verfahren. Die Hersteller von Computer-Programmen führen Lehrgänge durch, um die Ingenieure im Umgang mit diesen Programmen zu schulen.
Auch die Bauingenieure selbst veranstalten Fachtagungen in ihren Berufsverbänden, wo sie Vorträge über ihre Erfahrungen mit neuen Bauverfahren, Berechnungsmethoden, Baustoffen und Computersystemen halten.
2.5.6. Wissensquelle Internet
Heute ist es sehr einfach, sich über alles Mögliche schnell zu informieren. Im weltumspannenden Kommunikationsnetz Internet ist fast alles zu finden. Das Wissen des Bauingenieurs ist dort gut dokumentiert. Die Online-Lexika (z. B. Wikipedia) enthalten sehr viele mathematische und fachliche Definitionen. Mit entsprechenden Stichwörtern (z. B.: „Bauingenieur“) kann man über die Suchmaschinen fast alles finden.
Allerdings ist das Wissen aus dem Internet nicht immer gesichert. Es kann ja jeder ungestraft irgendwelche frei erfundenen Theorien ins Netz stellen, die jeder vernünftigen Grundlage entbehren. Deshalb müssen Informationen immer aus mehreren Quellen geholt und miteinander verglichen werden, bis feststeht, dass sie vertrauenswürdig sind.
3. Gesetze, Normen und Regelwerke
Die Normen des Bauwesens sind die Bibel des Bauingenieurs. Diese Normen werden vom Deutschen Normenausschuss (DNA) als DIN-Normen (DIN = Deutsches Institut für Normung e. V.) herausgegeben. Sie erscheinen als Normblätter für den deutschen Bereich. Sie sind inhaltlich meist mit den entsprechenden internationalen ISO-Normen und den von der Europäischen Gemeinschaft herausgegebenen europäischen Normen (EN) identisch. Sie werden laufend an die Erfordernisse der fort- schreitenden Entwicklung angepasst.
Fast alles ist genormt: Schriften auf Zeichnungen, Papierformate, die Art der Darstellung in technischen Zeichnungen, alle Formelzeichen des Bauingenieurwesens, alle statischen Berechnungsverfahren, Vergabebestimmungen, Vergabebedingungen, Ausführungsvorschriften für die Erstellung von Bauteilen und Bauwerken, Beschaffenheit und Eigenschaften der Baustoffe und noch viele andere Vorgaben, die hier nicht alle aufgezählt werden können.
3.1. Inhalt der Normen
Eine Norm enthält normalerweise klare technische Bestimmungen, Grundsätze, Formeln für vollständige Berechnungsverfahren und Hinweise zu vereinfachten Berechnungsverfahren. Dazu gehören alle nötigen Definitionen, Kennwerte, Koeffizienten und Formeln, damit die Anwender die Bauprojekte normgerecht bearbeiten können.
Der Zweck der Normblätter ist es, gesichertes technisches Wissen in kurzer Form zusammenzufassen. Die Normen stellen den momentanen Stand der Technik (anerkannte Regeln der Baukunst) dar (siehe auch Abschnitt 3.4.2 auf Seite 15).
Normen werden als technische Regeln aufgestellt, die eine gewisse Allgemeingültigkeit haben müssen. Sie müssen auch in Grenzfällen gelten, andernfalls müssen die Gültigkeitsgrenzen klar genannt werden. Es dürfen keine Sprünge in den Ergebnissen auftreten, wenn Eingangsparameter Extremwerte (z. B. null, unendlich) annehmen.
3.2. Änderung und Anpassung der Normen
3.2.1. Regelmäßige Anpassungen der Normen
Die Normen werden aufgrund neuer Bauverfahren, neuer Baustoffe und neuer Berechnungsverfahren in kurzen Zeitabständen an diese Entwicklungen angepasst und neu herausgegeben. Zunächst erscheinen auf gelbem Papier gedruckte Vornormen (Gelbdruck), die in einem begrenzten Zeitraum vorläufig gelten. Die Fachleute können in dieser Zeit Einsprüche oder Kritik äußern, die später in der endgültigen Fassung Aufnahme finden können. An diese regulären Anpassungen haben sich alle Normenanwender gewöhnt.
3.2.2. Internationale Zusammenarbeit im Normenwesen
Bei der internationalen Zusammenarbeit bei Bauprojekten werden deutsche Ingenieurbüros und Bauunternehmungen auch im Ausland tätig. Sie mussten bisher die jeweils geltenden nationalen Normen und Berechnungsmethoden jener Länder kennen und anwenden, in denen sie die Projekte ausführten. Um diese internationale Zusammenarbeit nicht durch unterschiedliche Normen zu erschweren, arbeiten die Normungsgremien aller Staaten zusammen, um ein international gültiges Normenwerk zu schaffen. Das gesamte deutsche Normenwesen ist deshalb seit einigen Jahren im Umbruch. In den nächsten Jahren ist damit zu rechnen, dass neue Normengenerationen die alten nationalen Normen und Regelungen vollkommen ersetzen werden. Die Ingenieure müssen also wieder umlernen. Es werden nicht nur die gewohnten Normblätterbezeichnungen verschwinden, sondern durch die internationale Anpassung werden auch ungewohnte Verfahren und internationale Bezeichnungen eingeführt.
Diese Umstellungen ziehen einen enormen Aufwand an Zeit und Kosten nach sich, den die Ingenieurbüros und die Baufirmen zu tragen haben werden. Im Endeffekt wird der Bauherr über die höheren Preise zur Kasse gebeten.
3.2.3. Änderung von Berechnungsverfahren
Während der vergangenen fünfzig Jahre haben sich unabhängig von den regulären Anpassungen grundlegende Änderungen in der Anwendung der physikalischen Grundlagen der Normen ergeben.
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Nicht nur bei den Maßeinheiten (siehe Einheitengesetz auf Seite 36) mussten die Bauingenieure umlernen, auch Berechnungsverfahren wurden aufgrund neuer theoretischer Erkenntnisse geändert. Das alte Bemessungsverfahren für Stahlbeton nach der DIN 1045 wurde im Jahr 1976 durch ein Verfahren nach einer neuen Theorie ersetzt. Die DIN 1045 wurde deshalb völlig neu bearbeitet, die Ingenieure mussten nach einer Übergangszeit nach der neuen Norm rechnen.
Damit aber nicht genug, 1976 galt noch die Einheit Kilopond [kp] (siehe Seite 37). Nach Einführung der Einheit Newton [N] (siehe Seite 38) änderten sich auch die meisten Bemessungstabellen in der neuen DIN 1045, sodass diese noch einmal neu herausgegeben werden musste. Die Einheit für die Kraft und die Berechnungsmethode für die Bemessung der Stahlbetonbauteile wurden in den vergangenen 50 Jahren mehrmals geändert. In den nächsten Jahren bei der Umstellung auf die neuen internationalen Normen wird sich wieder alles ändern.
Da der Bauingenieur flexibel ist, beschafft er sich die neuesten Normen, studiert diese gründlich und schon bald hat er das neue Berechnungsverfahren begriffen und kann es korrekt anwenden.
3.3. Anwendung der Normen
Der Bauingenieur, der die theoretischen und technischen Grundlagen des in der Norm geregelten Fachgebiets beherrscht, kann die Norm korrekt anwenden.
Alle am Bau beteiligten Personen, Firmen und Behörden sind an die Normen gebunden. Diese Bindung ist entweder vom Gesetzgeber in Verordnungen vorgeschrieben oder durch Verträge zwischen den Beteiligten vereinbart.
3.4. Gesetze und Verordnungen
Nicht nur die Fachnormen, sondern auch die Gesetze und Verordnungen des Landes- und Bundesgesetzgebers muss der Bauingenieur kennen und beachten. Hier seien nur einige genannt:
Baugesetzbuch (früher: Bundesbaugesetz), Bauordnungen der Bundesländer, Bundesfernstraßengesetz, Straßen- und Wegegesetze der Bundesländer, Eisenbahnkreuzungsgesetz, Wasserhaushaltsgesetz, Wassergesetze der Bundesländer, Naturschutzgesetz, Bundesimmissionsschutzgesetz, Bauvorlagenverordnung, Garagenverordnung, Feuerstättenverordnung, Bauaufsichtliche Zulassungen für Baustoffe und Bauverfahren.
Es gibt noch viele andere Gesetze und Verordnungen, auf die der Bauingenieur erst stößt, wenn bestimmte Probleme anstehen und sich dann die Gesetze in den Weg stellen. Spätestens, wenn es um das Nachbarrecht oder um Verträge geht, braucht der Bauingenieur auch das Bürgerliche Gesetzbuch (BGB).
Besonders wichtig für den Bauingenieur sind die gesetzlichen Einheiten für physikalische Größen, die im Gesetz über Einheiten im Messwesen (Einheitengesetz) festgelegt sind (siehe Abschnitt 6.2 auf Seite 36).
Während des Studiums werden die für den Bauingenieur wichtigen Gesetze zwar inhaltlich behandelt, aber es wird auch darauf hingewiesen, dass immer die gültige Fassung zu verwenden sei. Die Dozenten wissen, dass sich diese Gesetze längst geändert haben werden, wenn der ausgebildete Ingenieur sie in der Praxis brauchen wird.
3.4.1. Sicherheit am Bau, Unfallverhütungsvorschriften
Sobald es Bauarbeiten betrifft, kommen die Unfallverhütungsvorschriften (UVV) der Bauberufsge- nossenschaften und die Sicherheitsvorschriften der Bauaufsichtsbehörden zum Tragen.
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Die Bauberufsgenossenschaften sind die Träger der Unfallversicherung im Bauwesen. Für jede Fachsparte gibt es eigene Sicherheitsvorschriften, in denen die speziellen Gefahren dieser Sparte und die Maßnahmen zur Verhütung von Unfällen angegeben sind.
Bei neuen Bauverfahren haben die Aufsichtführenden und Bauleiter an einer Sicherheitsschulung teilzunehmen, bei der sie die besonderen Gefahren der neuen Bauweise und der neuen Baustoffe und Maschinen kennenlernen. Sie müssen diese Kenntnisse dann in einer Baustellenschulung an ihre Mitarbeiter weitergeben.
Die Sicherheitsvorschriften der Bauaufsichtsbehörden und der Bauordnungen beziehen sich auf die Bauweise, um schädliche Auswirkungen von Baufehlern auf Menschen zu vermeiden.
3.4.2. Allgemein anerkannte Regeln der Baukunst
Normen und Unfallverhütungsvorschriften sind allgemein anerkannte Regeln der Baukunst, die von den Gerichten wie Gesetze behandelt werden. Falls Unfälle oder Schäden auf die Nichteinhaltung dieser allgemein anerkannten Regeln der Baukunst (aaRdB) zurückzuführen sind, werden die Ver-antwortlichen, meistens die Aufsichtführenden und die Bauleiter, empfindlich bestraft.
3.4.2.1. Grundlagen der Regeln
Eine anerkannte Regel der Baukunst gründet sich in erster Linie auf das Werkvertragsrecht des BGB (§ 631 bis § 651). Dort ist geregelt, dass der Unternehmer verpflichtet ist, das Werk so herzustellen, dass es „die zugesicherten Eigenschaften hat und nicht mit Fehlern behaftet ist, die den Wert oder die Tauglichkeit zu dem gewöhnlichen oder dem nach dem Vertrag vorausgesetzten Gebrauch aufheben oder mindern“ (§ 633, Abs. 1, BGB). In der Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB) ist festgehalten, dass die Leistung zur Zeit der Abnahme die vertraglich zugesicherten Eigenschaften haben muss.
Normen stellen normalerweise den Stand der Technik dar. Normen, die den Stand der Wissenschaft zwar widerspiegeln, aber bei einer Baumaßnahme nicht angewendet werden, weil sie vertraglich nicht vereinbart oder für den Fall nicht zutreffend sind, sind in diesem Fall keine anerkannten Regeln der Baukunst.
3.4.2.2. Anerkennung durch Gerichte
Gerichte stellen allerdings an die allgemein anerkannten Regeln der Baukunst einige Anforderungen. So muss es sich um technische Regeln für den Entwurf und die Ausführung baulicher Anlagen handeln. Ihre theoretische Richtigkeit muss wissenschaftlich erwiesen sein. Sie müssen allgemein als richtig anerkannt sein, sich in der Baupraxis bewährt und als notwendig durchgesetzt haben. In vielen Fällen ist aber die "Richtigkeit" der aaRdB nicht beweisbar. Durch Ländererlasse werden DIN-Normen manchmal in den Rang technischer Baubestimmungen erhoben. Damit sind sie aber noch lange nicht zu allgemein anerkannten Regeln der Baukunst geworden. Selbst Sachverständigengutachten zu bestimmten Normen sind durch Gerichtsentscheide (OLG- Urteile)als „Beweise“ abgelehnt worden, wenn in Einzelfällen die Sachverhalte dagegen sprachen.
3.4.2.3. Verantwortung des Bauingenieurs
Für den Bauingenieur gelten alle theoretischen und praktischen Grundlagen seines Berufes, nach denen er konstruieren und bauen muss, als verbindliche Regeln. Er als Fachmann kann am besten beurteilen, ob die ihm vorgegebenen Normen und aaRdB den Grundlagen seines Berufes entsprechen. Er muss genau erkennen, wenn im Einzelfall die vorgegebenen Normen und Vorschriften in Widerspruch zu seinen fachlichen Erkenntnissen stehen. Dann liegt es in seiner Verantwortung, entweder von den Normen abzuweichen und die Abweichung zu begründen oder eine andere Konstruktion zu wählen, die mit den Normen in Einklang steht.
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4. Hilfsmittel des Ingenieurs, damals und heute
4.1. Berechnungshilfen
Vor 50 Jahren waren die 7-stellige Logarithmentafel, der Rechenschieber, der Addiator und die Kurbelrechenmaschine die einzigen Hilfsmittel des Ingenieurs, um Berechnungen durchführen zu können.
4.1.1. Logarithmischer Rechenschieber
Das wichtigste Hilfsmittel des Ingenieurs war der Rechenschieber, den es mit 12,5 cm Skalenlänge als Taschengerät zum Mitnehmen auf die Baustelle und mit 25 cm Skalenlänge für den Gebrauch im Büro gab. Bild 1 zeigt die Vorderseite des Rechenschiebers (ARISTO-Studio Nr. 868, Skalenlänge 12,5 cm) mit den Winkelfunktionen. Bild 2 zeigt die Rückseite mit den Exponentialfunktionen. Bild 1: Rechenschieber-Vorderseite
Bild 2: Rechenschieber-Rückseite
Der Rechenschieber bietet außer Multiplikation und Division die Winkelfunktionen sin, cos, tan, die
Funktionen x 2 , x 3 , 1/x, , 1/, x, 1/(x), das Bogenmaß, natürliche Logarithmen, die Exponentialfunktion e x und die Konstanten und e. Die Genauigkeit der berechneten Zahlen liegt bei 3 signifikanten Stellen. Als signifikante (kennzeichnende) Stellen wird die Anzahl der Ziffern zwischen den vor- und nachstehenden Nullen einer Zahl bezeichnet, z. B. hat die Zahl 0,00034500 drei signifikante Stellen.
Diese Genauigkeit ist für die Ingenieurberechnungen in der Baustatik ausreichend, weil die Lastannahmen eine größere Genauigkeit nicht erfordern.
Genaue Additionen und Subtraktionen von Zahlen sind auf dem Rechenschieber nicht möglich.
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4.1.2. Kurbelrechenmaschine
Erforderten die Berechnungen eine größere Genauigkeit oder waren Additionen und Subtraktionen durchzuführen (die immer genau sein müssen), dann wurden bis etwa zum Jahre 1970 in den Büros mechanische Rechenmaschinen verwendet.
Es gab Rechenmaschinen mit Papierstreifen und die Kurbelrechenmaschinen ohne Papierstreifen. Diese Rechenmaschinen beherrschen die vier Grundrechenarten: Addieren, Subtrahieren, Multiplizieren und Dividieren.
Bei den Ingenieuren war die Kurbelrechenmaschine am beliebtesten, weil sich damit alle auf der Baustelle und im Büro vorkommenden Berechnungen durchführen ließen. Außerdem gab es Kurbelrechenmaschinen, die mit Rückübertragung ausgestattet waren, wie die in Bild 3 gezeigte WSR 160 von Walther. Die Zahl im Ergebniswerk konnte für Kettenrechnungen über Zusatztasten ins Eingabewerk zurückübertragen werden, sodass man schnell mit diesem Wert weiterrechnen konnte. Das Rechnen mit der Kurbelrechenmaschine ist eine lärmerzeugende Arbeit. Zur Körperschallverminderung wird sie zweckmäßig auf eine Gumminetzdecke gestellt, wie im Bild 3 zu sehen. Bild 3: Kurbelrechenmaschine Walther WSR 160
Wurzelziehen
Mit der Kurbelrechenmaschine ist auch Wurzelziehen möglich.
1. Bei der aufwendigen iterativen Methode wird zuerst der Wurzelwert geschätzt und mit dem geschätzten Wert die Probe auf der Maschine gemacht. Ist das Ergebnis der Probe zu groß oder zu klein, wird der Wert der geschätzten Wurzel angepasst und der Vorgang so oft wiederholt, bis die gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Diese Methode funktioniert nicht nur bei Quadratwurzeln, sondern auch bei dritten und höheren Wurzeln. Es ist eine mühsame Arbeit, auf diese Weise Wurzeln zu berechnen.
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2. Speziell für die Quadratwurzel gibt es eine direkte Methode für die Kurbelrechenmaschine nach Prof. Töpler, im Internet zu finden unter „Töplerverfahren“. Dieses beruht auf der Tatsache, dass beim fortlaufenden Addieren der ungeraden Zahlen 1 + 3 + 5 + ... immer eine Quadratzahl her-
auskommt. Die Summe aus den ersten n ungeraden Zahlen > 0 ist immer n 2 . Beispiel: Die ersten 6 ungeraden Zahlen werden aufsummiert: 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11 = 36 = 6 2 . Nach diesem Prinzip muss sich auch umgekehrt beim Subtrahieren der ungeraden Zahlen 1 bis n von einer Zahl die Quadratwurzel n dieser Zahl ergeben. Darauf beruht das Töplerverfahren für die Kurbelrechenmaschine. Mit einer sechzehnstelligen Maschine können nach dieser Methode Quadratwurzeln mit maximal acht signifikanten Stellen berechnet werden, 7 Stellen davon sind genau.
4.1.3. Addiator
Ein unentbehrlicher Begleiter des Ingenieurs neben dem Rechenschieber war der Addiator, auf dem
nur Additionen und Subtraktionen möglich sind. Er hat Taschenformat (80 mm 130 mm) und ist leicht zu bedienen. Bild 4: Addiator
Bild 4 zeigt im linken Teil die Vorderseite, auf der die Addition durchgeführt wird und im rechten Teil die Rückseite, auf der die Subtraktion durchgeführt wird. Das Gerät wird mit einem Stift bedient, der seitlich am Gerät angebracht ist und der in das entsprechende Loch bei der zu addierenden Ziffer eingesteckt und nach unten bewegt wird. Bei einem Loch im oberen roten Bereich wird der Stift nach oben bewegt, um den Übertrag in die nächste Stelle zu bewerkstelligen. Bei abwechselnden Additionen und Subtraktionen dreht man einfach den Addiator um seine waagrechte Achse und rechnet auf der Rückseite weiter. Das Ergebnis ist auf beiden Seiten gleichzeitig sichtbar. Das in Bild 4 gezeigte Gerät war auf allen Baustellen mit dabei. Es weist deshalb deutliche Gebrauch- spuren auf. Auch dieses Gerät wurde durch den Taschenrechner ersetzt.
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4.1.4. Logarithmentafeln und andere Tabellenwerke
Für genauere Berechnungen war die Genauigkeit des Rechenschiebers nicht ausreichend. Insbesondere für Berechnungen in der Vermessungstechnik mussten Logarithmentafeln verwendet werden, die auch genaue Logarithmen für die Winkelfunktionen enthalten. Diese Logarithmen mussten mindestens 7 signifikante Stellen aufweisen. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, die 7-stellige Logarithmentafel als dickes Buch herauszugeben.
Während des Studiums wurde in den Mathematikvorlesungen die Logarithmenrechnung sehr ausführlich behandelt und intensiv mit einer 5-stelligen Logarithmentafel geübt.
Komplizierte Berechnungen, die nicht elementar (mit Bleistift und Papier) lösbar sind, werden dabei durch Additionen und Multiplikationen von Logarithmen ersetzt. Die Berechnungen werden auf Kurbelrechenmaschinen durchgeführt.
Aber nicht nur Logarithmen sind als Tabellenbücher vorhanden. Die in allen Fachbüchern abgedruckten allgemeinen Zahlentafeln enthalten alle mathematischen Zahlenwerte, wie Quadratzahlen, Kubikzahlen, Quadratwurzeln, Kubikwurzeln, Kreisflächen, Kreisumfänge und die trigonometrischen Werte der Funktionen Sinus, Kosinus und Tangens.
Diese allgemeinen Zahlentafeln sind durch den wissenschaftlichen Taschenrechner ersetzt worden, da dieser alle Funktionswerte auf Knopfdruck liefert.
Außer diesen allgemeinen Zahlentafeln gibt es für jedes Fachgebiet Tabellenbücher mit technischen Tabellen. Dazu kommen noch die Tabellenwerke für Baustoffe (Profiltafeln für Walzprofile, Baustoffkennwerte, Baustoffeigenschaften, usw.).
4.1.5. Wissenschaftliche Taschenrechner
Bild 5: HP-Taschenrechner HP 35, HP 49G und HP 49g+
Seit 1970 gibt es wissenschaftliche Taschenrechner zu kaufen. Die Ingenieure bevorzugten den HP 35 (siehe Bild 5, linkes Gerät), der alle Funktionen bietet, die ein Ingenieur braucht. Die Genauigkeit der Ergebnisse beeindruckte die Ingenieure, denn sie waren bisher nur an Kurbelmaschinen und Logarithmen gewöhnt.
Die Ergebnisse werden in einem Zahlenbereich von 10 -99 bis 10 99 mit 10 signifikanten Stellen angezeigt. Der HP 35 hat intern einen Speicher für 4 Zahlen (Stackregister x, y, z, t), deren gespeicherte Werte nach dem Ausschalten nicht erhalten bleiben.
Die Anzeige der Zahlen erfolgt auf einer 15-stelligen 9 Siebensegmentanzeige 10 , die aus Glühfadensegmenten besteht. Die Glühfäden sind im hellen Umgebungslicht schlecht zu sehen und die Anzeige spiegelt, man muss sie mit der Hand abdunkeln, um sie ablesen zu können. Der HP 35 ist nicht programmierbar; 1970 war die Entwicklung noch nicht so weit.
Die heute erhältlichen wissenschaftlichen Taschenrechner sind programmierbar und haben einen
kleinen LCD 11 -Grafikbildschirm im Format 64 × 130 oder 80 × 130 Pixel 12 , auf dem Text und Grafiken mit schwarzen Punkten (Pixel) auf hellem Grund dargestellt werden können. Auch das Erscheinungsbild der Tastaturen der programmierbaren Rechner ist gegenüber dem HP-35 wesentlich komplexer geworden (siehe Bild 5).
Im Jahr 1999 kam der wissenschaftliche Grafiktaschenrechner HP 49G auf den Markt (siehe Bild 5, mittleres Gerät); er hat einen seriellen Anschluss zur Verbindung mit dem Computer. Die Taschenrechnerprogramme können auf dem Büro-Computer geschrieben und dann über eine serielle Verbindung auf den Taschenrechner übertragen werden. Außerdem kann über diesen seriellen Anschluss das interne Betriebssystem des Taschenrechners HP 49G aktualisiert werden.
2005 folgte der HP 49g+ (siehe Bild 5, rechtes Gerät). Dieser Taschenrechner hat dieselben Funktionen wie der HP 49G, ist aber schneller und hat eine USB-Schnittstelle. Er kann zusätzlich SD-Speicherkarten lesen und beschreiben und hat damit viel Speicherplatz für alle Anwendungsprogramme und Daten zur Verfügung.
Durch die wissenschaftlichen Taschenrechner sind Rechenschieber, Logarithmentafeln, Tabellenwerke für die Winkelfunktionen, Kurbelrechenmaschine und Addiator überflüssig geworden.
4.2. Berechnungen und Schriftstücke
Von den statischen Berechnungen müssen meist mehrere Ausfertigungen (Vervielfältigungen) gemacht werden. Der sparsame Bauingenieur schrieb seine statische Berechnung mit einem Tuschefüller handschriftlich in Druckschrift auf Transparentpapier (A4-Format), machte die nötigen Skizzen dazu und konnte diese Blätter dann zur Lichtpausanstalt zur Vervielfältigung geben. In manchen Ingenieurbüros war die handgeschriebene statische Berechnung nicht erwünscht, weil jeder Bauingenieur seine individuelle Druckschrift hat. Deshalb musste die statische Berechnung wegen des angestrebten einheitlichen Erscheinungsbildes im Schreibbüro mit der Schreibmaschine auf Transparentpapier geschrieben werden und kam danach zum Korrekturlesen zum Statiker zurück, der dann die Skizzen und Formeln von seinem Manuskript in die maschinengeschriebene Fassung übertragen musste.
Zur Vermeidung des dadurch bedingten zeitlichen Mehraufwandes kam man bald auf die alte Methode zurück, die Statik gleich direkt in Druckschrift auf Transparentpapier zu schreiben, damit das Abtippen, Korrekturlesen und das wiederholte Zeichnen der Skizzen entfiel.
9 10 Ziffern, 1 Vorzeichen, ein Dezimalpunkt, 2-stelliger Exponent mit Vorzeichen.
10 Siebensegmentanzeige: Eine Ziffer wird aus 7 Segmenten zusammengesetzt (3 Querstriche und 4 senkrechte Striche). Diese Elemente leuchten zur Darstellung der Ziffern 0 bis 9 nach Bedarf auf.
11 LCD = liquid cristal display = Flüssigkristallanzeige
12 Der Bildschirminhalt ist aus kleinen quadratischen schwarzen oder weißen Bildelementen, den „Pixeln“, aufgebaut. „Pixel“ ist ein Kurzname, der aus „picture element“ entstanden ist.
Arbeit zitieren:
Otto Praxl, 2010, Das Berufsbild des Bauingenieurs, München, GRIN Verlag GmbH
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