Das Statikprogramm RFEM bietet die Möglichkeit, Membranen gemeinsam mit der tragenden Struktur (z. B. Seile) zu rechnen.
Die Membranen können dabei als allgemeine Flächen sowie als Quadrangel-Flächen modelliert werden. Quadrangelflächen sind allgemeine vierseitige Flächen, deren Begrenzungslinien nicht in einer Ebene liegen müssen. Hiermit lassen sich, für den Membranbau bedeutende, Flächen mit antiklastischer und synklastischer Krümmung modellieren.
Für die Bemessung stehen die Flächentypen Membran und Membran-Orthotrop zur Verfügung. Beim Typ Membran-Orthotrop lassen sich richtungsabhängig (in Kett- und Schussrichtung) unterschiedliche Steifigkeitseigenschaften definieren.
RFEM bietet außerdem die Möglichkeit, Anschlussbleche, Fittinge usw. zu modellieren und zu bemessen.
Mit dem Zusatzmodul RF-FORMFINDUNG lässt sich die Form von zug- bzw. druckbelasteten Strukturen wie Membran- und Seilkonstruktionen, Schalen usw. suchen. Die Form wird dabei über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen ermittelt. Das vorverformte Modell dient dann als Grundlage für alle weiteren Berechnungen.
Das Modul RF-ZUSCHNITT errechnet und organisiert Schnittmuster für Membrankonstruktionen. Die Randbedingungen der Zuschnittmuster auf der gekrümmten Geometrie werden über die Randlinien und unabhängige ebene oder geodätische Schnittlinien erfasst. Der Ebnungsprozess erfolgt über die Theorie der minimalen Energie.
Im Stabwerksprogramm RSTAB lässt sich die Primärkonstruktion von Membran- bzw. Seiltragwerken bemessen. Die Formfindung und der Tragwerksentwurf erfolgt hier beispielsweise in Easy von Technet. Das modulare Programmsystem Easy ist speziell auf die geometrisch nichtlineare Berechnung von Membranen und pneumatischen Kissen zugeschnitten. Zu diesem Design-Programm für leichte Tragwerke besitzt RSTAB eine spezielle Anbindung.
In Easy von Technet werden die Schnittgrößen ermittelt sowie die Membran dimensioniert. Nach der Übergabe an die Dlubal Statik-Software RSTAB wird hier die Bemessung und ggf. die Stabilitätsanalyse durchgeführt.
Da die Steifigkeiten einen erheblichen Einfluss auf die Kräfte in der Membran haben können, werden in einem iterativen Vorgang die in RSTAB optimierten Querschnitte an Easy zur erneuten Berechnung übergeben. Das Stabwerksprogramm RSTAB dient nach erfolgreicher Bemessung auch als Werkzeug zur grafischen und tabellarischen Dokumentation der Statik.
Das Zusatzmodul RF-MAT NL ermöglicht die Berücksichtigung von nichtlinearem Materialverhalten in RFEM.
Es besteht die Option zur Kopplung von Flächen mit dem Steifigkeitstypen „Membran“ und „Membran-Orthotrop“ mit den Materialmodellen „Isotrop nichtlinear elastisch 2D/3D“ und „Isotrop plastisch 2D/3D“ (Zusatzmodul RF-MAT-NL erforderlich). Diese Funktionalität erlaubt die Simulation des nichtlinearen Dehnungsverhaltens von z. B. ETFE-Folien.
Für die Formfindung und Berechnung von Membran-, Seil-, Schalen- und Balkenkonstruktionen sind neben den RFEM-Modulen RF-FORMFINDUNG und RF-ZUSCHNITT die Zusatzmodule der Branchen Stahlbau und Massivbau zu empfehlen.
Eine einzigartige Bushofüberdachung steht seit Ende 2013 im Schweizer Aarau.
Die Konstruktion in Form einer Wolke beinhaltet das weltgrößte Einkammer-Folienkissen. Es hat ein Volumen von 1810 m³ und überdacht eine Fläche von 1070 m².
Die Allianz-Arena im Münchner Norden ist Schauplatz des Eröffnungsspiels der Fußballweltmeisterschaft 2006.
Die transluzente Außenfassade verleiht der Arena durch unterschiedliche Einfärbungen eine ganz besondere Ausstrahlung.
Das Eden Project in Cornwall ist eine Anlage mit botanischen Gärten und zwei Gewächshäusern, die aus mehreren miteinander verschnittenen geodätischen Kuppeln bestehen.
Es geht um eine Stahlkonstruktion mit der Eindeckung von ETFE‑Luftkissen.
Seil- und Membrankonstruktionen gelten als sehr schlanke und ästhetische Baukonstruktionen. Die teils sehr komplexen doppelt gekrümmten Formen können über geeignete Formfindungsalgorithmen gefunden werden. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.
![Bild 01 - Grundformen von Membrankonstruktionen [1]](/-/media/Images/website/pages/support-and-learning/support/knowledge-base/001437/01-de-png.png)
Für den Entwurf der Membrankonstruktionen ist ein spezifisches Verfahren notwendig, welches im Unterschied zu den meisten konventionellen Tragwerken beachtet werden muss. Die Suche nach geeigneten vorgespannten Formen und die Erstellung von Schnittmustern sind zu einem unerläßlichen Teil der Planung von Membrantragwerken geworden. Der Beitrag wird nun im Folgenden die zwei Hauptprozesse der Planung von Membrankonstruktionen kurz behandeln. Er hat zum Ziel, die physikalischen Eigenschaften der Membrantragwerke näher zu erläutern und die einzelnen Thesen an Beispielen zu verdeutlichen.
In RFEM besteht die Option zur Kopplung von Flächen mit dem Steifigkeitstypen „Membran“ und „Membran-Orthotrop“ mit den Materialmodellen „Isotrop nichtlinear elastisch 2D/3D“ und „Isotrop plastisch 2D/3D“ (Zusatzmodul RF-MAT NL erforderlich).
Diese Funktionalität erlaubt die Simulation des nichtlinearen Dehnungsverhaltens von z. B. ETFE-Folien.
Weitere Fachbeiträge sowie Tipps & Tricks in der Knowledge Base
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Video: Zusatzmodule RF-FORMFINDUNG & RF-ZUSCHNITT
Dlubal-Webinar: Formfindung und Zuschnitt von Membrankonstruktionen in RFEM
Video: Pneumatische Membrantragwerke mit RF-FORMFINDUNG
„RFEM ist das Beste, das ich verwendet habe. Ich habe Erfahrung unter anderem mit RISA, STAAD, ETABS, Visual Analysis. Im Bereich der Seilnetz-/Gewebekonstruktion habe ich NDN, Forten etc. getestet. Wenn man einmal mit der Oberfläche von RFEM vertraut ist, möchte man mit keinem anderen Programm mehr arbeiten. Sogar mit gewöhnlichen Strukturen ist es viel leichter.“
Fernando Peña, P.E.
20. Oktober 2016
Dlubal Software ist Mitglied der TensiNet Association.
Die Masterarbeit von Rostislav Lang befasst sich mit der Analyse von Membrankonstruktionen in der Finite-Elemente-Software RFEM.
Seilzugkräfte nach Formfindung in RFEM
Zeltkonstruktion vor und nach Formfindung in RFEM
Formfindung für Membran-Stahl-Konstruktion
FE-Netz nach Formfindung
Höhenlinien nach Formfindung für eine Schirmgruppe
Halle mit Membrandach
Zeltgruppe | Darstellung der Höhenlinien in RFEM
Zeltstrukturen am Denver International Airport
Seilzugkräfte und Konturlinien nach Formfindung in RFEM
Dach-Membran-Struktur
Konturlinien nach Formfindung in RFEM
Seilnetz
Membranstruktur vor und nach Formfindung in RFEM
Zeltstruktur
Seilbahn
Ansatz einer Gaslast auf ein pneumatisches Kissen
Schnitt durch ein pneumatisches Kissen mittels Clippingebene
Basisprogramm
Das FEM-Programm RFEM ermöglicht die schnelle und einfache Modellierung, Berechnung und Bemessung von Tragkonstruktionen mit Stab-, Platten-, Scheiben-, Faltwerk-, Schalen- und Volumen-Elementen aus verschiedenen Materialien.
Basisprogramm
Das 3D-Statik-Programm RSTAB eignet sich für die Berechnung von Stabwerken aus Stahl, Beton, Holz, Aluminium oder anderen Materialien. Mit RSTAB definieren Sie einfach und schnell das Tragwerksmodell und berechnen dann die Schnittgrößen, Verformungen und Lagerreaktionen.
Zusatzmodul
Formfindung von Membran- und Seilkonstruktionen
Zusatzmodul
Schnittmuster für Membrankonstruktionen
Zusatzmodul
Spannungsanalyse von Flächen und Stäben
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach EC 3
Modulerweiterung für RF-STAHL EC3
Biegedrillknicknachweise nach Theorie II. Ordnung mit 7 Freiheitsgraden
Modulerweiterung für RF-STAHL EC3
Plastische Bemessung von Querschnitten nach dem Teilschnittgrößenverfahren (TSV) und der Simplex-Methode.
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach ANSI/AISC 360 (US-Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach SIA 263 (Schweizer Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach IS 800:2007 (indische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach BS 5950-1:2000 (britische Norm) oder BS EN 1993-1-1 (EC 3: britischer Anhang)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach GB 50017-2003 (chinesische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach CSA S16 (kanadische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach AS 4100-1998 (australische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben aus Stahl nach NTC-RCDF 2004 (mexikanische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach SP 16.13330.2011 (russische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach SANS 10162-1:2011 (südafrikanische Norm)
Zusatzmodul
Bemessung von Stäben nach der brasilianischen Norm ABNT NBR 8800:2008
Zusatzmodul
Bemessung von Stahlstäben nach der Norm für Tragwerke aus Stahl 2011 (Buildings Department – Hong Kong)
Zusatzmodul
Ermüdungsnachweise für Stäbe und Stabsätze
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