Knicklängen von Kreuzverstrebungen nach AISC 360-16 in RFEM 6

Die Bestimmung der richtigen Knicklänge ist entscheidend für die korrekte Bemessung der Tragfähigkeit eines Stabes. Bei einer mittig angeschlossenen Kreuzverstrebung stellt sich die Frage, ob die volle Länge des Stabes oder die halbe Anschlusslänge verwendet werden soll.

In diesem Beitrag werden die Empfehlungen des AISC erläutert und anhand eines Beispiels wird gezeigt, wie die Kicklänge von Kreuzverstrebungen in RFEM definiert werden.

In vielen Fällen darf die Knicklänge als halbe Stablänge (0,5L) sowohl innerhalb als auch außerhalb der Ebene für konzentrisch belastete Druckstreben in Kreuzverbänden gemäß Anhang 7 des AISC 360-16 angesetzt werden. Die Streben haben identische Querschnitte mit ähnlichen Druck- und Zugkräften und werden in der Mitte befestigt [1].

Zusätzlich erlaubt der AISC, dass die Knicklänge als halbe Stablänge angesetzt wird, wenn zu erwarten ist, dass die Stäbe keinen großen, zyklisch inelastischen Verformungen ausgesetzt sind, und die Erdbebenantwort des Modifikationskoeffizienten R gleich oder kleiner 3 ist [2].

Eine größere verschiebliche Länge für Knicken außerhalb der Ebene kann bei Kreuzverbänden mit unsymmetrischen Aussteifungskräften erforderlich werden, vor allem bei solchen mit durchlaufenden Verbindungen in der Mitte. [1]. Die Verwendung der halben Stablänge ist eventuell auch nicht geeignet, wenn ein Verband in einem Erdbebenkraftresistenzsystem (seismic force resisting system (SFRS)) betrachtet wird, bei dem große, zyklische, unelastische Verformungen erwartet werden. Zum Beispiel soll bei Kreuzverstrebungen, die Teil von speziell konzentrisch ausgesteiften Rahmen (SCBF) sind, die volle Stablänge angesetzt werden [2].

Beispiel

Für das Beispiel in diesem Beitrag wird davon ausgegangen, dass die Knicklänge der Kreuzverstrebung aus Stahl mit der halben Stablänge angenommen werden kann. Zum Vergleich werden zwei Möglichkeiten zur Definition der Knicklänge vorgestellt.

Im Basis-Register des Knicklängen-Dialogs können die erforderlichen Knicknachweise und weitere relevante Beiwerte ausgewählt werden (Bild 1).

Im Register Knotenlager & Knicklängen können die Knicklängenbeiwerte K angepasst werden.

Die erste Möglichkeit ist, die Kreuzverstrebungen in voller Länge zu belassen (Bild 2). Hier muss die Option Knicklängenbeiwerte gewählt werden, da ein Mittelknoten zur Zuordnung des Knotenlagers nicht existiert. Der Knicklängenbeiwert K wird auf 0,5 eingestellt, um die halbe Stablänge zu berücksichtigen. Der hier verwendete k-Faktor ist für die Stabendbedingung irrelevant.

Die zweite Möglichkeit ist, die Stäbe physisch in zwei Teile zu teilen und die vier Stäbe an der Kreuzung mit einem Standardknoten zu verbinden (Bild 3). Das Hinzufügen eines Knotens am Stab funktioniert nicht, da dieser nur einem der Kreuzverstrebungen zugeordnet werden kann.

Die Gesamtergebnisse und Ausnutzungen sind für die beiden Ansätze vergleichbar. Die unten gezeigten Durchbiegungen sehen etwas anders aus und die tatsächliche Durchbiegung wird irgendwo dazwischen liegen. Die erste Variante bietet sich an, um die Gesamtanzahl der Stäbe gering zu halten und eine Lastverteilung zwischen den angeschlossenen Verbänden zu verhindern.