Software für Formfindung und Zuschnitt von Membran-Konstruktionen

Berechnung in RFEM

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.

Formfindung von Membran-, Seil-, Schalen- und Balkenkonstruktionen

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. 

Schnittmuster für Membrankonstruktionen

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.

Berechnung in RSTAB

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.

Weitere Zusatzmodule für die statische Berechnung von Membran-, Seil-, Schalen- und Balkenkonstruktionen

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.

Auszug aus Knowledge Base | Formfindung und Zuschnitt

  1. Bild 01 - Grundformen von Membrankonstruktionen [1]

    Formfindung und Zuschnitt von Membrantragwerken

    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.

  2. Bild 01 - Basisangaben

    Formfindung in RFEM

    Das Zusatzmodul RF-FORMFINDUNG ermittelt in RFEM Gleichgewichtsformen von Membran- und Seilelementen. In diesem Berechnungsprozess sucht das Programm für die Membran- und Seilelemente eine geometrische Lage, in der die Oberflächenspannung/Vorspannung der Membranen und Seile im Gleichgewicht mit den natürlichen und geometrischen Randreaktionen steht. Dieser Prozess heißt Formfindung (nachfolgend FF genannt). Die FF-Berechnung wird in RFEM global in den "Basisangaben" eines Modells im Register "Optionen" aktiviert. Nach Aktivierung werden in RFEM ein Lastfall beziehungsweise ein Berechnungsprozess mit dem Namen RF-FORMFINDUNG angelegt und für die Seil- und Membraneingabe zusätzlich FF-Parameter zur Definition der Oberflächenspannung und Vorspannung freigeschaltet. Die Aktivierung der FF-Option bedeutet für das Programm, dass vor der reinen strukturellen Berechnung der Schnittgrößen, Verformung, Eigenwerte etc. immer zuerst der Formfindungsprozess gestartet und für die Folgeberechnung ein entsprechend vorgespanntes Modell vorgegeben wird.

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

Das Beste, das ich verwendet habe

„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.“

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Masterarbeit zur Membran-Bemessung nach FEM

Masterarbeit Rostislav Lang

Die Masterarbeit von Rostislav Lang befasst sich mit der Analyse von Membrankonstruktionen in der Finite-Elemente-Software RFEM.

RFEM Hauptprogramm
RFEM 5.xx

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.

RSTAB Hauptprogramm
RSTAB 8.xx

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.

RFEM Membran- und Textilbau
RF-FORMFINDUNG 5.xx

Zusatzmodul

Formfindung von Membran- und Seilkonstruktionen

RFEM Membran- und Textilbau
RF-ZUSCHNITT 5.xx

Zusatzmodul

Schnittmuster für Membrankonstruktionen

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL 5.xx

Zusatzmodul

Spannungsanalyse von Flächen und Stäben

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL EC3 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach EC 3

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL Wölbkrafttorsion 5.xx

Modulerweiterung für RF-STAHL EC3

Biegedrillknicknachweise nach Theorie II. Ordnung mit 7 Freiheitsgraden

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL Plastizität 5.xx

Modulerweiterung für RF-STAHL EC3

Plastische Bemessung von Querschnitten nach dem Teilschnittgrößenverfahren (TSV) und der Simplex-Methode.

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL AISC 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach ANSI/AISC 360 (US-Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL SIA 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach SIA 263 (Schweizer Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL IS 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach IS 800:2007 (indische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL BS 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach BS 5950-1:2000 (britische Norm) oder BS EN 1993-1-1 (EC 3: britischer Anhang)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL GB 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach GB 50017-2003 (chinesische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL CSA 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach CSA S16-09 (kanadische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL AS 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach AS 4100-1998 (australische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL NTC-DF 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben aus Stahl nach NTC-RCDF 2004 (mexikanische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL SP 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach SP 16.13330.2011 (russische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL SANS 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach SANS 10162-1:2011 (südafrikanische Norm)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL NBR 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stäben nach der brasilianischen Norm ABNT NBR 8800:2008

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL HK 5.xx

Zusatzmodul

Bemessung von Stahlstäben nach der Norm für Tragwerke aus Stahl 2011 (Buildings Department – Hong Kong)

RFEM Stahl- und Aluminiumbau
RF-STAHL Ermüdung Stäbe 5.xx

Zusatzmodul

Ermüdungsnachweise für Stäbe und Stabsätze