Erdbebenbemessung nach AISC 341 in RFEM 6

Fachbeitrag zum Thema Statik und Anwendung von Dlubal Software

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Das Add-On Stahlbemessung bietet in RFEM 6 jetzt die Möglichkeit, Erdbebennachweise nach AISC 341-16 und AISC 341-22 zu führen. Fünf SFRS-Typen (Seismic Force-Resisting Systeme) stehen derzeit zur Verfügung.

  • Special Moment Frame (SMF)
  • Intermediate Moment Frame (IMF)
  • Ordinary Moment Frame (OMF)
  • Ordinary Concentrically Braced Frame (OCBF)
  • Special Concentrically Braced Frame (SCBF)

Eingabe der Erdbebenkonfiguration

Die für die Bemessung relevanten Eingaben werden in der Erdbebenkonfiguration festgelegt. Die Erdbebenkonfiguration kann in den Globalen Einstellungen des Ordners Stahlbemessung aktiviert werden (Bild 1).

Anschließend kann eine neue Erdbebenkonfiguration durch Eingabe eines aussagekräftigen Konfigurationsnamens und Auswahl des SFRS-Rahmentyps und des Stabtyps definiert werden (Bild 2).

Je nach SFRS-Typ und Stabtyp, die für jede Konfiguration ausgewählt werden, sind verschiedene Einstellungen und Eingaben zu berücksichtigen. Diese Optionen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst (Bild 3). Der Stabtyp "Strebe" ist mehrstufig ausgesteiften Rahmen vorbehalten (zukünftige Version).

Überfestigkeitsbeiwert

Der Überfestigkeitsbeiwert Ωo ist ein Vergrößerungsfaktor, der auf die Kräfte in bestimmten Elementen des Erdbebenlastpfads angewandt wird. Damit soll verhindert werden, dass eine schwache Verbindung vor der vollständigen Energiedissipation auftritt und das Duktilitätspotential des primären SFRS erreicht wird.

Damit beispielsweise der Diagonalverband in einem ausgesteiften Stahlrahmen nachgiebig ist und Energie kontrolliert abträgt, müssen alle anderen Elemente des Lastpfades (z. B. Anschlüsse, Stützen und Kollektoren) stärker als die maximal erwartete Festigkeit des Verbands sein. Daher wird der Nachweis dieser Elemente auf der Grundlage der verstärkten Beanspruchung mit Hilfe des Überfestigkeitsbeiwerts geführt.

Die Überfestigkeitsbeiwerte können in den Basisangaben eingestellt werden. Weitere Details finden sich in FAQ 005320 | Wie kann ich die Überfestigkeitsbeiwerte Ωo in die Lastkombinationen nach ASCE 7 einbeziehen?.

Wenn das Kontrollfeld "Überfestigkeit bei Erdbebenlasten einbeziehen" aktiviert ist, werden die Überfestigkeitsbeiwerte in den Lastkombinationen berücksichtigt. Dies hat zur Folge, dass der Stab mit den verstärkten Lasten bemessen wird. Die Stützen müssen hierbei immer mit den verstärkten Lasten bemessen werden. Daher wird die Option zum Deaktivieren nicht gezeigt. Gleiches gilt für Träger in OCBFs.

Stützenfestigkeit (Option zur Momentvernachlässigung)

Alle Stützen in einem SFRS (seismic force-resisting system) müssen mit überfesten Lasten bemessen werden. In vielen Fällen braucht die verstärkte Normalkraft nicht mit den gleichzeitigen Biegemomenten kombiniert zu werden. Die Option zur Vernachlässigung aller Biegemomente, von Schub und Torsion in Stützen im Grenzzustand der Überfestigkeit ist standardmäßig aktiviert.

Bei Standard-Lastkombinationen ohne Überfestigkeit aus Erdbebenlastwirkungen wird die kombinierte Belastung nach AISC, Kapitel H überprüft. Bei überfesten Lastkombinationen wird die Überprüfung gemäß Kapitel H ignoriert, wenn die Option "Momente vernachlässigen" ausgewählt ist. Gemäß AISC 341 [1] müssen sowohl Standard- als auch Überfestigkeits-Lastkombinationen überprüft werden. Dies wird im Beispiel 4.3.2 des AISC-Handbuchs für Erdbebenbemessung [2] veranschaulicht.

Lage des plastischen Gelenks

Die Lage des plastischen Gelenks Sh und die Stützenhöhe dc werden verwendet, um die erforderliche Biege- und Schubfestigkeit der Träger-Stützen-Verbindung zu bestimmen.

Stabilitätsverband von Trägern

Ein Stabilitätsverband von Trägern ist für Träger in IMFs und SMFs erforderlich, um das Biegedrillknicken zu beschränken. In SCBFs gilt diese Anforderung für Träger in V-förmigen Verbänden bzw. in sogenannten Chevron-Verbänden.

Schlankheitsgrad

AISC 341 fordert einen stabileren Schlankheitsgrad für Stützen in SMFs, V-förmigen Verbänden bzw. Chevron-Verbänden in OCBFs und allen Verbänden in SCBFs. Wie in Bild 3 zusammengefasst, kann die Option zur Erfüllung dieser Anforderungen durch den Anwender deaktiviert werden.

Art der Bemessungssituation & des Grenzzustands

Der Bemessungssituationstyp, der seismische Lastkombinationen enthält, muss hinzugefügt werden, um die Erdbebenlasten zu berücksichtigen. Die Anwendung des Grenzzustandstyps ist mit Vorsicht zu genießen.

Der Erdbebennachweis nach AISC 341 wird nur durchgeführt, wenn der Erdbebengrenzzustand als Grenzzustandstyp ausgewählt wurde. Nur Stäbe, denen eine Erdbebenkonfiguration zugeordnet wurde, werden für alle drei Grenzzustandstypen bemessen: Festigkeit, Erdbeben und Erdbeben (Überfestigkeit). Alle anderen Stäbe, die nicht Teil des SFRS sind, werden für den Grenzzustand der Festigkeit bemessen.

Der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit dient zum Nachweis der Durchbiegungsgrenze und kann bei Nichtbeanspruchung vom Anwender deaktiviert werden.

Weitere Details zur Bemessungssituation finden Sie in der FAQ005324 | Welche Typen der Grenzzustände können für die Erdbebenbemessung nach AISC 341 verwendet werden?.

Autor

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Technical Support Engineer

Cisca ist für den technischen Kundensupport und die kontinuierliche Programmentwicklung für den nordamerikanischen Markt verantwortlich.

Literatur

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition

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  • Aktualisiert 26. Februar 2024

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