Sicherheitsfaktor

Der Sicherheitsfaktor, auch Sicherheitszahl, Sicherheitskoeffizient genannt, gibt an, um welchen Faktor die Versagensgrenze eines Bauwerks, Bauteils oder Materials höher ausgelegt wird, als es durch theoretische Ermittlung wie zum Beispiel Statische Berechnung sein müsste.

Den Sicherheitsfaktor kann man so definieren:

$\gamma ={\frac {\text{Versagens-Belastung}}{\text{erlaubte Belastung}}}$

Mit der Einführung des Eurocodes, gibt es in Zentraleuropa in praktisch keinen (globalen) Sicherheitsfaktor mehr, da das Teilsicherheitskonzept dem Stand der Technik entspricht, jedoch kann man den globalen Sicherheitsfaktor von Teilbelastungen berechnen. Dieser Sicherheitsfaktor ist im Allgemeinen die Multiplikation des Teilsicherheitsbeiwert auf Materialseite mal dem Teilsicherheitsbeiwert auf Einwirkungsseite der jeweiligen Teilbelastung:

$\gamma =\gamma _{E}\cdot \gamma _{R}$

Ein Sicherheitsfaktor von 1 bedeutet, dass das Bauteil keine Sicherheitsreserven gegen Versagen besitzt. Zugrunde gelegte Mechanismen für Versagen sind häufig: Biegung, Bruch, Knicken oder Ermüdungsbruch (Ausfall der Dauerfestigkeit).

Durch einen Sicherheitsfaktor wird vermieden, dass durch Toleranzen bei Material, Herstellung, Lastannahmen und nicht nachgewiesene, geringere Einflüsse das Bauteil versagt. Der Sicherheitsfaktor auf Materialseite liegt je nach verwendetem Material und Sicherheitsrelevanz üblicherweise zwischen 1,1 und 2,1, bei Materialien mit großen Schwankungen ihrer Eigenschaften bei 3,0 (z. B. für feuchtes Holz) und bei extrem sicherheitsrelevanten Bauteilen bei 10 (z. B. Aufzugseile).

Bei ständig wirkenden Lasten (z. B. Eigengewicht) wird in den einschlägigen Normen meist eine Sicherheit von etwa 2 verlangt. Da es bei Auftrieb keine Unsicherheit in der Dichte von Wasser gibt, also keine Unsicherheit in der Belastung vorliegt, wird in der DIN 1054 je nach Bemessungssituation ein Teilsicherheitsbeiwert von 1 bis 1,05 auf der Einwirkungsseite gewählt.

Auch bei der Bemessung gegen Erdbeben wird mit Sicherheitsfaktoren gerechnet. In diesem Lastfall genügt (wie allgemein bei außergewöhnlichen und seltenen Lastfällen) meist ein relativ kleiner Faktor (z. B. 1,2).

Bei außergewöhnlichen Lastfällen, die mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit eintreten, wie nicht zu erwartende Unfällen oder Brände in untergeordneten Gebäuden, wird der Teilsicherheitsbeiwert auf Einwirkungsseite auf 1 gesetzt. Oftmals werden keine Sicherheiten auf Materialseite gegenüber Versagen benötigt. Diese können sowohl durch Verringerung des Teilsicherheitsbeiwertes, aber auch durch Zulassen von Spannungen, die der Festigkeit entsprechen und beispielsweise über einer Fließgrenze liegen können, berücksichtigt werden. Dabei können große bleibende Verformungen entstehen.

Bei der Festlegung der Belastung werden oft konservative Annahmen getroffen, wodurch sich die tatsächlich vorhandene Sicherheit noch erhöht.