Erdbebenkonfigurationen

Erdbebenkonfigurationen sind derzeit für die Stahlbemessung mit den folgenden Normen verfügbar:

• AISC 360
• CSA S16

Diese Konfigurationen steuern die Kriterien, nach denen der Erdbebennachweis eines Objekts durchgeführt wird. Hier können Sie den Typ des erdbebenfesten Systems (SFRS) für die Erdbebenbemessung gemäß AISC 341 [1] oder CSA S16 [2] definieren.

Die Erdbebenkonfiguration kann in den globalen Einstellungen aktiviert werden.

AISC 360

Allgemein

In dieser Kategorie definieren Sie das erdbebenfeste System und den Bauteiltyp.

Erdbebenfestes System

In der Liste sind fünf Arten von erdbebenfesten Systemen (SFRS) verfügbar.

Bauteiltyp

Verwenden Sie die Liste, um den Typ des seismischen Bauteils zu definieren. Die Optionen hängen davon ab, welches SFRS Sie ausgewählt haben.

Je nach ausgewähltem SFRS-Typ und Bauteiltyp für jede Konfiguration müssen verschiedene Einstellungen und Eingaben berücksichtigt werden. Diese Optionen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Der Bauteiltyp „Strebe” ist für mehrschichtige ausgesteifte Rahmen reserviert (künftige Version).

Einschl. Überfestigkeits-Erdbebenlast

Der Überfestigkeitsbeiwert Ω_o ist ein Verstärkungsfaktor, der auf die Kräfte in bestimmten Elementen des Erdbebenlastpfads angewendet wird. Damit soll verhindert werden, dass vor der vollständigen Energiedissipation und Erreichung des Duktilitätspotenzials des primären SFRS eine Schwachstelle auftritt. Damit beispielsweise der Diagonalverband in einem ausgesteiften Rahmen aus Stahl nachgeben und Energie auf kontrollierte Weise ableiten kann, müssen alle anderen Elemente des Lastpfades (z.B. Verbindungen, Stützen und Kollektoren) stärker sein als die maximal zu erwartende Festigkeit des Verbandes. Daher basiert die Bemessung dieser Elemente auf der verstärkten Belastung unter Verwendung des Überfestigkeitsbeiwerts.

Wenn das Kontrollfeld „Einschl. Überfestigkeits-Erdbebenlast“ aktiviert ist, werden die Überfestigkeitsbeiwerte in den Lastkombinationen berücksichtigt. Infolgedessen wird das Bauteil mit den verstärkten Lasten bemessen. Die Stützen müssen immer mit den verstärkten Lasten bemessen werden, daher wird die Option zum Deaktivieren nicht angezeigt. Dasselbe gilt für Träger in OCBF.

Stützenfestigkeit: Momente für Grenzzustand der Überfestigkeit vernachlässigen

Alle Stützen in einem erdbebenfesten System (SFRS) müssen mit Überfestigkeitslasten bemessen werden. In vielen Fällen muss die verstärkte Normalkraft nicht mit den gleichzeitig auftretenden Biegemomenten kombiniert werden. Die Option, alle Biegemomente, Schub und Torsion für den Überfestigkeitsgrenzzustand von Bauteilen vom Typ Stütze zu vernachlässigen, ist standardmäßig aktiviert.

Für Standardlastkombinationen ohne Überfestigkeit aus Erdbebenlasteinwirkungen wird die kombinierte Belastung gemäß AISC Kapitel H geprüft. Bei Überfestigkeitslastkombinationen wird die Überprüfung gemäß Kapitel H ignoriert, wenn die Option „Momente vernachlässigen” ausgewählt ist. Gemäß AISC 341-16 müssen sowohl Standard- als auch Überfestigkeitslastkombinationen untersucht werden. Dies wird in Beispiel 4.3.2 des AISC Seismic Design Manual gezeigt.

Träger / Stütze / Verband

Die Optionen der zweiten Kategorie hängen vom oben ausgewählten erdbebenfesten System und vom Bauteiltyp ab.

Abstand der Stützenseite zum plastischen Gelenk

Die Lage des plastischen Gelenks S_h und die Tiefe der Stütze d_c werden verwendet, um die erforderliche Biege- und Schubfestigkeit der Verbindung zwischen Träger und Stütze zu bestimmen.

Stabilitätsverband für V-Rahmen überprüfen

Bei Trägern in IMF und SMF ist ein Stabilitätsverband erforderlich, um Biegedrillknicken zu verhindern. Bei SCBF gilt diese Anforderung für Träger mit V- oder invertierten V-Rahmen.

Schlankheit überprüfen

AISC 341 erfordert einen robusteren Schlankheitsgrad für Stützen in SMF, Verbänden mit V- oder invertierter V-Konfiguration in OCBF und alle Verbände in SCBF. Die Option zur Erfüllung dieser Anforderungen kann vom Benutzer deaktiviert werden.

Typ der Bemessungssituation und des Grenzzustands

Der Bemessungssituationstyp, der Erdbebenlastkombinationen umfasst, muss hinzugefügt werden, um die Erdbebenlasten zu berücksichtigen. Bei der Anwendung des Grenzzustandstyps ist besondere Sorgfalt geboten.

Die Erdbebenbemessung nach AISC 341 wird nur durchgeführt, wenn in der Tabelle Bemessungssituationen als Grenzzustandstyp der Grenzzustand Erdbeben ausgewählt ist. Nur Bauteile mit zugewiesener Erdbebenkonfiguration werden für alle drei Grenzzustandstypen bemessen: Festigkeit, Erdbeben und Erdbeben (Überfestigkeit). Alle anderen Bauteile, die nicht Teil des SFRS sind, werden für den Grenzzustand Festigkeit bemessen.

Der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit wird zur Überprüfung der Durchbiegungsgrenze verwendet und kann vom Benutzer deaktiviert werden, wenn er nicht benötigt wird.

CSA S16

Allgemein

In dieser Kategorie legen Sie das erdbebenfeste System und dessen Typ sowie den Typ des seismischen Bauteils gemäß [2] Abschnitt 27 fest.

Erdbebensicheres System

In der Liste sind vier Arten von erdbebensicheren Systemen (SFRS) aufgeführt.

Erdbebenkraftresistenztyp

Die in der Liste aufgeführten Erdbebenkraftresistenztypen hängen vom gewählten SFRS ab.

Typ des seismischen Bauteils

Verwenden Sie die Liste, um den Typ des seismischen Bauteils festzulegen. Die Optionen hängen davon ab, welches SFRS Sie ausgewählt haben.

Aussteifungssystem

Bei konzentrisch ausgesteiften Rahmen muss auch das Aussteifungssystem ausgewählt werden:

• Zug-Druck
• Chevron
• Nur Zug

Optionen

Je nach dem für die jeweilige Konfiguration ausgewählten SFRS-Typ und Bauteiltyp müssen verschiedene Optionen und Eingaben berücksichtigt werden. Diese Optionen werden im Folgenden beschrieben.

Stützen

Die Option "Das einzige erwartete unelastische Verhalten ist am Stützenfuß" gilt für alle SFRS-Bauteiltypen vom Typ Stütze. Sie ermöglicht es, dass das F_y der Stütze gemäß Abschnitt 27.1.5.1 größer als 350 MPa, aber kleiner gleich 450 MPa ist (wie im Nachweis EQ1100 gezeigt).

Momententragfähige Rahmen

In den meisten Fällen wird die plastische Gelenkbildung in Trägern nach dem Prinzip „starke Stütze, schwacher Träger“ (Strong Column-Weak Beam, SCWB) behandelt. In bestimmten Fällen, in denen „erwartet wird, dass die Stütze plastische Gelenke entwickelt“, müssen zusätzliche Anforderungen gemäß Abschnitt 27.2.3.1 erfüllt sein. Im Add-On Stahlbemessung werden die folgenden Anforderungen überprüft:

• a) Nachweis EQ2200/3200: Die Stütze ist gemäß Abschnitt 13.7(b) unter Verwendung von k = 0 seitlich ausgesteift.
• b) Nachweis EQ 2300/3300: Die Bemessungsnormalkraft ≤ 0.30AF_y in NKL4 für alle seismischen LKs.
• d.1) Nachweis EQ1200: Die Stütze erfüllt den Grenzwert der Klasse 1 in Tabelle 2.
• d.2) Nachweis EQ 2400/3400: Für „I-förmige Stützen mit festem Fuß“ gilt h/w ≤ 700/√F_y, es sei denn, die Normallast P_f ≤ 0.15AF_y (wenn P_f ≤ 0.15AF_y, wird der Nachweis nicht angezeigt)

Konzentrisch ausgesteifte Rahmen

Gemäß Abschnitt 27.5.5.3 (b) ist bei Stützen in mehrgeschossigen Gebäuden ein zusätzliches Biegemoment von 0.2ZF_y in Richtung des ausgesteiften Feldes zu berücksichtigen - in Kombination mit den berechneten Biegemomenten und Normallasten, wie in Nachweis SP6400 angegeben.

Exzentrisch ausgesteifte Rahmen

Gemäß Abschnitt 27.7.13.2 (b) ist bei Stützen in mehrgeschossigen Gebäuden ein zusätzliches Biegemoment von 0.2ZF_y in Richtung des ausgesteiften Feldes zu berücksichtigen, und zwar in Kombination mit den berechneten Biegemomenten und Normallasten. In den beiden obersten Geschossen beträgt M_add 0.4ZF_y, wie in Nachweis SP6400 dargelegt.

Optionen für Kopplungsträger

Gemäß Abschnitt 27.7.2.2 müssen Kopplungsträger entweder

• a) ein Segment des Trägers (I-Profil oder zusammengesetztes Rechteckprofil) sein oder
• b) eine modulare Kopplung mit entweder
  • einer mit Stirnplatte verbundenen Kopplung (I-Profil) oder
  • einer mit Steg verbundenen Kopplung (zwei zusammengesetzte C-Profile) sein.

Nachweis EQ7100 überprüft, ob die Querschnittsform der Kopplung den oben genannten Anforderungen entspricht, basierend auf dem ausgewählten Kopplungstyp und der Verbindungsart.

Option für Träger

Gemäß Abschnitt 27.7.9.3 muss der Träger außerhalb der Kopplung sowohl am oberen als auch am unteren Flansch mit einer seitlichen Aussteifung versehen sein. Wenn „am Kopplungsende dieses äußeren Trägersegments Fließen erwartet wird“, muss die Aussteifung zudem den Anforderungen von Abschnitt 13.7(a) entsprechen, der die seitliche freie Länge L_cr begrenzt, wie in Nachweis EQ7600 dargestellt.

Buckling Restrained Braced Frames (Knickschutzrahmen)

Gemäß Abschnitt 27.8.5.3 (b) ist bei Stützen in mehrgeschossigen Gebäuden ein zusätzliches Biegemoment von 0.2ZF_y in Richtung des ausgesteiften Feldes zu berücksichtigen, und zwar in Kombination mit den berechneten Biegemomenten und Normallasten, wie in Nachweis SP6400 gezeigt.

Typ der Bemessungssituation & Typ des Grenzzustands

Um die Erdbebenlasten zu berücksichtigen, muss der Bemessungssituationstyp, der Erdbebenlastkombinationen umfasst, hinzugefügt werden. Bei der Anwendung des Grenzzustandstyps ist besondere Sorgfalt geboten.

Die Erdbebenbemessung gemäß Abschnitt 27 wird nur durchgeführt, wenn in der Tabelle Bemessungssituationen der Grenzzustandstyp Grenzzustand Erdbeben ausgewählt wurde. Nur Bauteile, denen eine Erdbebenkonfiguration zugewiesen wurde, werden für beide Grenzzustandstypen – Tragfähigkeit und Erdbeben – bemessen. Alle anderen Bauteile, die nicht Teil des SFRS sind, werden für den Grenzzustand der Tragfähigkeit bemessen.

Der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit wird verwendet, um die Durchbiegungsgrenze auf Grundlage der Gebrauchstauglichkeitskonfigurationen zu überprüfen.