Sie können das Add-On Aluminiumbemessung im Reiter Add-ons des Fensters Basisangaben aktivieren, wobei der bevorzugte Standard im Reiter Standard I festgelegt wird, wie in Bild 1 und Bild 2 dargestellt.
Sie können Aluminiumtragwerke mit den entsprechenden Werkstoffen in der RFEM 6-Materialbibliothek modellieren. Sie können auch Werkstoffe definieren und zur Bibliothek hinzufügen. Wichtig ist jedoch, dass die festgelegten Daten hinsichtlich der Werkstoffe sowie der Last- und Ergebniskombinationen mit dem Bemessungskonzept des Standards übereinstimmen. Bei der Bemessung nach europäischen Normen sollten Sie die folgenden Dokumente berücksichtigen:
- Grundlagen der Tragwerksplanung (Eurocode 0), um die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und die Regeln für deren Kombination zu erhalten
- Einwirkungen auf Tragwerke (Eurocode 1), um die für die zu bemessenden Tragwerke und Gebäude relevanten Lasten zu berücksichtigen
- Bemessung von Aluminiumtragwerken (Eurocode 9), um die Bemessungsregeln für Aluminiumtragwerke anzuwenden
Last- und Ergebniskombinationen können Sie in RFEM automatisch in Übereinstimmung mit dem Standard oder manuell erstellen. In beiden Fällen können Sie die Lasten mit dem üblichen Lasteinleitungsverfahren in RFEM anwenden.
Bemessungseigenschaften
Sobald Sie das Tragwerk modelliert, die Lasten aufgebracht und die Last- und Ergebniskombinationen erstellt haben, müssen Sie die Bemessungseigenschaften des zu bemessenden Stabes oder Stabesatzes aktivieren (Bild 3). Dies ermöglicht Ihnen, die Bemessungsarten für die Aluminiumbemessung, die Bemessungskonfigurationen und die für den Bemessungsablauf erforderlichen Unterstützung bei Berechnung zu definieren. Dasselbe gilt für Stäbe oder Stabsätze, die über Vertreter bemessen werden.
Bemessungsarten
Zu den Bemessungsarten für Aluminium gehören die Definition von Knicklängen, lokalen Querschnittsreduzierungen (nur bei Zugbemessung berücksichtigt) und Quernähten (Bild 4). Die Definition der Knicklängen ist erforderlich, um die Verzweigungslast für Stabilitätsversagen zu bestimmen. Nachdem Sie einem relevanten Objekt eine Knicklänge zugewiesen haben, werden die Einstellungen und Knicklängen bei der Stabilitätsbemessung berücksichtigt. Im weiteren Bemessungsverlauf können Sie lokale Querschnittsschwächungen (z. B. Schraubenlöcher) des Objekts berücksichtigen, indem Sie im entsprechenden Fenster eine lokale Stabquerschnittsreduzierung zuweisen. Außerdem ist es möglich, die örtliche Festigkeitsreduzierung innerhalb der Wärmeeinflusszone (HAZ) zu berücksichtigen, die durch Quernähte verursacht wird.
Bemessungskonfigurationen
Sie können auf die Bemessungskonfigurationen entweder über das Fenster Stab bearbeiten oder über die Eingabedaten der Tabelle Aluminiumbemessung zugreifen. Die Festlegungen innerhalb einer Bemessungskonfiguration gelten für alle Objekte, denen die Konfiguration zugewiesen ist. Wurde einem zu bemessenden Objekt keine Bemessungskonfiguration zugewiesen, werden für dieses Objekt keine Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit oder der Gebrauchstauglichkeit durchgeführt.
Die Eurocodes empfehlen Berechnungen für zwei Grenzzustände: den Grenzzustand der Tragfähigkeit und den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. Ersterer bezieht sich auf eine Situation, in der die Sicherheit des Tragwerks überprüft wird, um ein Versagen des Tragwerks zu vermeiden, während Letzterer bestimmte Anforderungen an die normale Nutzung von Tragwerken betrifft. Bei Aluminiumtragwerken umfassen diese Anforderungen die Durchbiegung und unter bestimmten Umständen die Vibration. Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls von Aluminium ist dieser Grenzzustand im Allgemeinen die maßgebende Bemessungssituation für Aluminiumtragwerke.
Bemessungskonfiguration Tragfähigkeit
Sie können eine Konfiguration für den Grenzzustand der Tragfähigkeit erstellen, indem Sie verschiedene Einstellungen definieren, die die Aluminiumbemessung beeinflussen (Bild 5). So können Sie beispielsweise festlegen, ob zusätzlich zu den Querschnittsbemessungen Stabilitätsnachweise durchgeführt werden, sowie weitere damit zusammenhängende Einstellungen anpassen. Des Weiteren steht die Option Grenzwerte für Sonderfälle zur Verfügung, mit der Sie bestimmte Schnittgrößen, die für die Tragfähigkeit unerheblich sind, bei der Bemessung vernachlässigen können. Wenn Sie diese Option nicht verwenden, können bestimmte Nachweise verhindert oder die Verwendung ungünstigerer Interaktionsformeln erzwungen werden.
Je nach ausgewählter Bemessungsnorm stehen in der Konfiguration für den Grenzzustand der Tragfähigkeit weitere Optionen zur Verfügung, z. B. die Aktivierung einer elastischen Querschnittsbemessung, alternative Werte für Formfaktoren und Exponenten in Interaktionsformeln oder weitere Detaileinstellungen für den Nachweis des lokalen Beulens oder Schubbeulens. Für die Bemessungsnorm EN 1999 finden Sie die entsprechenden Koeffizienten gemäß dem ausgewählten Nationalen Anhang in den Standardparametern des Fensters, Sie können diese jedoch auch mit einem benutzerdefinierten Wert anpassen.
Bemessungskonfiguration Gebrauchstauglichkeit
Sie können Konfigurationen für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit in Form von Durchbiegungsgrenzen erstellen, die Sie bei der Bemessung überprüfen müssen (Bild 6). Diese Grenzen beziehen sich auf die Stab-Bezugslänge, die auf Basis der im Reiter Stabdrehbettung & Durchbiegung definierten Unterstützung bei Berechnung ermittelt wird. Mit anderen Worten dient das in Bild 7 dargestellte Fenster Stabdrehbettung & Durchbiegung dazu, die Randbedingungen für die Bemessung von Aluminiumtragwerken im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu definieren.
Globale Einstellungen
Auf die globalen Einstellungen für die Aluminiumbemessung können Sie zugreifen, indem Sie auf das in Bild 8 angegebene Symbol Globale Add-On-Einstellungen klicken. Diese sind unabhängig von der Bemessungsnorm, die Standardwerte können sich jedoch unterscheiden. Durch Klicken auf die Schaltfläche Zurücksetzen auf Standard werden die Standardeinstellungen des Dialogs gemäß der ausgewählten Bemessungsnorm wiederhergestellt.
Weitere Optionen für die Aluminiumbemessung
RFEM 6 bietet weitere Optionen, die die Aluminiumbemessung beeinflussen. So können Sie beispielsweise anderen Stabtypen zuweisen (z. B. Stabexzentrizitäten oder Stabendgelenke), wie in Bild 9 dargestellt. Sie können auch Stabsteifen berücksichtigen, um biegefährdete Bereiche von Stäben auszusteifen. Diese werden beispielsweise für hohe Balken oder Lastangriffspunkte großer Einzellasten verwendet. Sie können auch Stabdrehbettungen definieren, um die Verdrehbehinderung um die Längsachse eines Stabes oder Stabsatzes zu berücksichtigen, die durch Bauteile wie Trapezbleche oder Pfetten bereitgestellt wird. Stabschubfelder können verwendet werden, um die seitliche Stützung durch Aussteifungen oder Trapezbleche zu berücksichtigen. Beide werden beim internen Eigenwertlöser bei der Bestimmung des elastischen kritischen Momentes oder des Verzweigungslastfaktors für Biegedrillknicken berücksichtigt.
Berechnung
Bevor Sie die Bemessung starten, sollten Sie die Eingabedaten des Add-Ons Aluminiumbemessung überprüfen. So beinhalten die Standardeinstellungen beispielsweise die Berücksichtigung aller Bemessungssituationen in der Bemessung. Sie können jedoch eine Bemessungssituation für die Aluminiumbemessung deaktivieren, indem Sie das Kontrollkästchen „Zu bemessen" deaktivieren; in diesem Fall werden für diese Bemessungssituation keine Nachweise durchgeführt.
Diese Auswahl ist mit der Auswahl des Add-Ons Aluminiumbemessung in den Einstellungen der Bemessungssituation synchronisiert, wie in Bild 10 dargestellt. Es ist wichtig zu betonen, dass Sie einzelne Lastfälle, Lastkombinationen oder Ergebniskombinationen nicht bemessen können. Stattdessen müssen Sie diese Kombinationen einer Bemessungssituation zuordnen.
Auf ähnliche Weise werden alle im Modell vorhandenen Objekttypen in der Tabelle Aluminiumbemessung aufgelistet (Bild 11). Durch Aktivieren des Kontrollkästchens „Alle bemessen" werden alle verfügbaren Objekte für die Bemessung ausgewählt. Alternativ können Sie die zu bemessenden bzw. von der Bemessung auszuschließenden Objekte manuell festlegen, indem Sie das Kontrollkästchen „Alle bemessen" deaktivieren und die Objektnummern eingeben oder die relevanten Objekte grafisch auswählen.
Stäbe mit einem anderen Werkstoff (z. B. Beton oder Holz) oder einem für die Aluminiumbemessung ungeeigneten Querschnitt (z. B. ein dickwandiger Vollquerschnitt) werden automatisch erkannt und von der Bemessung ausgeschlossen. Außerdem werden Aluminiumflächen vom Add-On Aluminiumbemessung nicht für die Bemessung berücksichtigt; Sie können diese stattdessen mit dem Add-On Spannungsanalyse auswerten.
Sie können das Add-On Aluminiumbemessung ausführen, indem Sie in der Eingabetabelle die Schaltfläche Ergebnisse anzeigen wählen (Bild 11) oder im Dialog „Zu berechnen" die Option Aluminiumbemessung wählen. Nach dem Start der Berechnung wird der Berechnungsfortschritt angezeigt, ebenso die Berechnungsschritte und der aktuelle Verlauf der Berechnung.
Ergebnisse
Nach Abschluss der Berechnung stehen die maßgebenden Ergebnisse und die Ausnutzungen der Stäbe oder Stabsätze in der Ergebnistabelle zur Verfügung. Sie können die Ergebnisse des Add-Ons Aluminiumbemessung auch grafisch über den Reiter Ergebnisse des Navigators anzeigen. Bei Warnungen oder Fehlern während der Nachweise oder wenn ein Nachweiskriterium nicht erfüllt ist, wird dies in der Übersicht der Tabelle angezeigt.
Zusätzlich zu diesen Ergebnissen können Schlankheitsnachweise für Stäbe oder Stabsätze angezeigt werden. Diese basieren auf dem Vergleich der Schlankheit für Biegeknicken, berechnet aus dem Verhältnis von Knicklänge zu Trägheitsradius, einerseits mit den Grenzwerten aus den Globalen Einstellungen andererseits.
Da der Knickwiderstand durch die Stabilitätsbemessung nachgewiesen wird, stellt der Schlankheitsnachweis keinen echten Nachweis dar und ist nicht in der Standard-Ergebnistabelle enthalten. Um diese Nachweise anzuzeigen, müssen Sie die Ergebnistabellen der Schlankheit im Ergebnistabellen Manager aktivieren, der über das in Bild 12 angegebene Symbol erreichbar ist.
Sie können detaillierte Nachweise für jeden Nachweistyp anzeigen, indem Sie darauf doppelklicken oder das Symbol Nachweisdetails verwenden. Die detaillierten Ergebnisse enthalten neben den Formeln auch Normverweise, sodass Sie die Nachweise präzise nachvollziehen und die durchgeführten Nachweise im Detail verstehen können.
Schlussbemerkungen
Das Add-On Aluminiumbemessung in RFEM 6 ermöglicht die Bemessung von Aluminiumstäben für den Grenzzustand der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit nach der Norm der Europäischen Union EN 1999-1-1:2013-12 (Eurocode 9) und der US-Norm ADM 2020. Die festgelegten Daten hinsichtlich der Werkstoffe, der Belastung sowie der Last- und Ergebniskombinationen sollten mit dem Bemessungskonzept des bevorzugten Standards übereinstimmen.
Die relevanten Lasten können Sie mit dem üblichen RFEM-Lasteinleitungsverfahren aufbringen, während Sie die für die Bemessung erforderlichen Daten definieren können, indem Sie die Bemessungseigenschaften des relevanten Stabes oder Stabsatzes aktivieren. Nach der Definition der Bemessungseigenschaften kann die Bemessung durchgeführt werden, und die Ergebnisse stehen in tabellarischer und grafischer Form zur Verfügung.
