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KOMPETENZBEREICH: Bautechnik / Grundlagen der
Statik
THEMA: Stationszirkel Grundlagen der Statik
VORÜBERLEGUNGEN:
Die
15 SuS haben laut meinen Informationen in der Schule das Thema Statik noch
nicht behandelt und werden keine bis geringe Vorkenntnisse mitbringen.
Die
Vermittlung der allgemeinen Statikgrundlagen sind nun von Bedeutung da die SuS
in den folgenden Stunden eine Konstruktionsaufgabe gestellt bekommen in der Sie
eine Brücke von 40cm bauen sollen die möglichst viel Last im Verhältnis zu
ihrem Eigengewicht tragen kann.
Damit
das ganze Thema greifbarer und verständlicher wird habe ich mich entschlossen
mit den SuS einen Statikzirkel durchzuführen. Die SuS können an den einzelnen
Stationen ihre eigenen Erfahrungen machen und neue/erstaunliche Erkenntnisse
gewinnen.
Die
SuS bekommen für jede Station Versuchsaufträge und Fragen zu denen sie ihre
Ergebnisse auf einen Laufzettel notieren sollen.
Der
Statikzirkel umfasst 8 Stationen den die SuS in 5 Dreiergruppen selbständig durchlaufen.
Sollte diese Organisationsform nicht funktionieren werde ich den Zeitpunkt an
dem gewechselt werden soll vorgeben.
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Am
Ende der Stunde dürfen die SuS in 3 Fünfergruppen an Hand einer Bauanleitung
die „Leonardo da Vinci Brücke“ mit zugesägten Dachlatten (8 Stücke) bauen.
Die
SuS werden hoffentlich fasziniert feststellen dass die mit System
zusammengesteckten Leisten sogar einen Schüler tragen können jedoch sofort
zusammenfällt wenn nur eine Leiste entfernt wird.
Sollten
wir noch einen Zeitpuffer haben darf die ganze Klasse den Versuch starten eine
so lang und hoch wie mögliche „Leonardo da Vinci Brücke„ zu bauen.
Sachanalyse:
Wozu
benötigt man die Statik?
Jeder
geht davon aus, wenn er ein Bauwerk betritt, dass es hält, d. h. dass es
standsicher ist. Das war in der Bauhistorie nicht immer so. Früher musste man
immer wieder probieren und Erfahrungen sammeln bis man erkannte, dass man durch
Planung und Berechnung die Standsicherheit eines Gebäudes sicher voraus sehen
konnte.
Beginnend vor ca. 100 Jahren entwickelten sich dazu Bauvorschriften mit
der Vorgabe bestimmender Planungsleistung, allen voran statische Nachweise, die
bestätigen, dass die Konstruktion z. B. eines Hauses ihrer vorgesehenen Belastung
standhält, d. h. standsicher ist. Und dies über Jahrzehnte, Sommer wie Winter
bei Wind, Schnee und ggf. auch Erdbeben.
Jedes
Bauwerk unterliegt der Einwirkung von unterschiedlichen Kräften, denen es
standzuhalten hat:
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Druck-
Zug-
und
Biegebeanspruchungen.
Die
in einem Bauwerk auftretenden Kräfte und die Möglichkeiten ihres Ausgleichs
werden weitgehend durch die Wissenschaft der Statik untersucht und berechnet.
Die Festigkeitslehre befasst sich mit der unterschiedlichen Belastbarkeit der
Baustoffe und ermittelt ihre für bestimmte Beanspruchungen notwendigen
Abmessungen, was auch meist - bei sachgemäßer Auswahl und Verarbeitung -
gelingt.
Meist
haben neue Baustoffe in der Geschichte der Architektur auch neue Bauweisen
bewirkt. In der Epoche der Gotik waren allerdings die Kenntnisse um die
tatsächlich wirkenden Kräfte entscheidender für die neue Bauweise. Die
verwendeten Materialien waren weitgehend die gleichen, die auch schon in der
Romanik verwandt wurden.
WERKSTOFFE
Jeder
Werkstoff besitzt eine bestimmte Festigkeit und damit begrenzte Belastbarkeit.
Steine und Ziegel (gebrannter Ton) können bevorzugt auf Druck beansprucht
werden. Holz und Stahl dagegen sind druck- und zugbelastbar - allerdings in
unterschiedlichem Maße.
Der moderne Werkstoff Beton, der als steinartiges
Gemenge aus Zement, Sand und Kies nur druckbelastbar ist, wird durch die
Einlage von auf Zug beanspruchbaren Stahlstäben und -gittern an den neuralgischen
Stellen in der Belastbarkeit erhöht, da so die mangelnde Zugbelastbarkeit
ausgeglichen wird.
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Die Eigenart der verwendeten Bauelemente
bestimmt die Bauweise und das Aussehen eines Bauwerks in hohem Maße.
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