Verbindungsfestigkeit des Momentrahmens nach AISC 341-16 in RFEM 6

Fachbeitrag zum Thema Statik und Anwendung von Dlubal Software

  • Knowledge Base

Fachbeitrag

Auch die Bemessung von Momentrahmen nach AISC 341-16 ist nun im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 möglich. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist in zwei Abschnitte gegliedert: Stabanforderungen und Anschlussanforderungen. In diesem Beitrag wird die erforderliche Festigkeit der Verbindung erläutert. Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Vergleich der Ergebnisse zwischen RFEM und dem Handbuch zur Erdbebenbemessung nach AISC [2] vorgestellt.

Erläuterungen zu den Stabanforderungen finden Sie in einem separaten Fachbeitrag: KB 001767 | Momentrahmen - Stabbemessung nach AISC 341-16 in RFEM 6.

Ausführlichere Einzelheiten zur Eingabe der "Erdbebenkonfiguration" werden in einem separaten Fachbeitrag behandelt: KB 001761 | Erdbebenbemessung nach AISC 341 in RFEM 6.

Anschlussanforderungen

Zu den "Erdbeben-Anforderungen" gehören die erforderliche Biegefestigkeit und der erforderliche Schubwiderstand der Träger-Stützen-Verbindung. Sie sind im Register Momentenrahmenverbindung stabweise aufgelistet. Die Nachweisdetails sind für die Verbindungsfestigkeit nicht verfügbar. Gleichungen und Normverweise werden jedoch aufgeführt. Die Symbole und Definitionen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst (Bild 1).

Handbuch zur Erdbebenbemessung nach AISC - Beispiel 4.3.7 Bemessung der Verbindung mit geschraubter Flanschplatte (BFP - Bolted Flange Plate) von SMF (Special Moment Frame)

Zur Vereinfachung besteht das RFEM-Modell nur aus einem einzelnen Rahmen (Bild 2) und nicht aus dem gesamten Gebäude, wie es im AISC-Beispiel dargestellt ist. Die Gewichtslast auf dem Träger beträgt 1,15 kip/ft.

Die Nummerierung der Schritte in diesem Beispiel folgt dem schrittweisen Bemessungsverfahren, das im AISC 358-16 Abschnitt 7.6 [3] beschrieben ist.

Schritt 1: Berechnung des wahrscheinlichen Maximalmoments an der Stelle des plastischen Gelenks Mpr

Wahrscheinliches maximales Moment

Mpr = Cpr·Ry·Fy·ZeMpr = 1.15·1.1·50 ksi·200 in3Mpr = 12650 kip·in

Mpr Wahrscheinliches maximales Moment am plastischen Gelenk
Cpr Faktor zur Berücksichtigung der Spitzenverbindungsfestigkeit (Dehnungsverfestigung) gemäß AISC 358.
Cpr = (Fy +Fu )/(2Fy ) ≤ 1,2
Ry Verhältnis der erwarteten Streckgrenze zur angegebenen Mindeststreckgrenze
Fy Spezifizierte Mindestfließspannung
Ze Effektiver plastischer Widerstandsmoment am plastischen Gelenk

Die Schritte 2 bis 5 beinhalten die Anforderungen an die Schrauben und werden nicht vom Add-On Stahlbemessung übernommen.

Schritt 6: Berechnung der Querkräfte an der plastischen Gelenkstelle des Trägers Vpr + Vg

Querkräfte am plastischen Gelenk

Vpr+Vg = 2·MprLh + wu·Lh2Vpr+Vg = 2·12650 kip·in299.8 in + 1.15 kipft·299.8 in2Vpr+Vg = 84.4 kips + 14.4 kipsVpr+Vg = 98.8 kips

Vpr Erforderlicher Schub, um das maximal wahrscheinliche Moment am plastischen Gelenk zu erzeugen
Vpr = 2Mpr/Lh
Vg Schub aus Schwerkraftlasten an der plastischen Gelenkstelle
Vg = wu Lh/2

Mpr Wahrscheinliches maximales Moment an der plastischen Gelenkstelle
Lh Abstand zwischen den Positionen der Kunststoffgelenke
Lh = L-Träger - dc - 2Sh = 360,0 in - 15,20 in - 2*22,50 in = 299,8 in
Lh ist gleich Lcf (lichte Trägerlänge), wenn die plastische Gelenkstelle weggelassen wird
wu Schwerelasten auf den Träger

Schritt 7: Ermittlung des an der Seite des Stützenflansches erwarteten Moments Mf

Erwartetes Moment an der Stützenseite

Mf = Mpr + MextraMf = Mpr + (Vpr+Vg)ShMf = 12650 kip·in + 98.8 kips22.50 inMf = 14872 kip·in

Mf An der Stirnseite der Stütze erwartetes Moment
Mpr Wahrscheinliches maximales Moment an der plastischen Gelenkstelle
Mextra Zusatzmoment aus Querkraft an der plastischen Gelenkstelle
Vpr + Vg Querkräfte an der plastischen Gelenkstelle
Sh Abstand Stützen-Stirnseite zur Gelenklagerstelle

Die obige Gleichung vernachlässigt die Auflast auf dem kleinen Teil des Trägers zwischen dem plastischen Gelenk und der Stützenseite (1,15 kip/ft*1,875 ft = 2,16 kips*22,5 in = 48,6 k-in). Dieser Wert darf in [3] enthalten sein.

Schritt 14: Bestimmung der erforderlichen Schubfestigkeit an der Stützenseite Vu

Die erforderliche Schubfestigkeit an der Stützenseite wird zur Bemessung der Schubverbindung beim Trägersteg-Stützen-Anschluss (Einzelplatte) verwendet.

Erforderliche Schubfestigkeit an der Stützenseite

Vu =Vpr + Vg (at face of column) Vu = 2·MprLh + wu·Lcf2Vu = 84.4 kips + 1.15 kipft·344.8 in2Vu = 84.4 kips + 16.5 kipsVu = 100.9 kips

Vu Erforderliche Schubfestigkeit an der Stirnseite der Stütze
V pr Erforderlicher Schub, um das maximal wahrscheinliche Moment an der plastischen Gelenkstelle zu erzeugen

Vg (an der Stützenseite) Schub aus Gravitationslasten an der Stirnseite der Stütze
wu Schwerelasten auf den Träger
Lcf ... Lichte Länge des Trägers
Lcf = LTräger - dc = 360,0 in - 15,2 in = 344,8 in

Um genau zu sein, wird Vg bei der obigen Berechnung an der Stützenseite und nicht an der Mittellinie angenommen (wie im AISC-Beispiel [2] gezeigt). Der geringe Unterschied ist in den Schubdiagrammen zu erkennen (Bild 3).

Die Werte aus den obigen Formeln können mit dem Ergebnis verglichen werden, das RFEM unter den "Erdbebenanforderungen" liefert (Bild 1). Kleine Abweichungen sind auf Rundungen zurückzuführen. Das Ergebnis kann auch in das Ausdruckprotokoll übernommen werden (Bild 4).

Detaillierte Vorgehensweisen zur Bemessung von Schrauben, Flanschblechen, Einzelblechen, Durchlaufblechen und Doppelblechen sind nicht Teil des Anwendungsbereichs. Daher wurde im vorliegenden Beitrag auf die Schritte für diese Nachweise verzichtet.

Die Momenten- und Schubanforderungen, die auf dem Worst-Case-Szenario der Überfestigkeits-Lastkombinationen ΩoM und ΩoV beruhen, werden ebenfalls aufgelistet. Bei der Bemessung von gewöhnlichen Momentrahmen (OMFs - Ordinary Moment Frames) schließen die möglicherweise einschränkenden Aspekte der Verbindungsfestigkeit die Überfestigkeits-Erdbebenlast mit ein [Abschnitt 4.2(b) im AISC Seismic Design Manual].

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.

Schlüsselwörter

Erdbebenbemessung AISC 341-16 Stahlbau Stahlbemessung Seismisch Verbindung Anschlussbemessung OMF IMF SMF

Literatur

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition
[3]   AISC 358-16 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications

Links

Schreiben Sie einen Kommentar...

Schreiben Sie einen Kommentar...

  • Aufrufe 362x
  • Aktualisiert 27. Februar 2024

Kontakt

Kontakt zu Dlubal

Haben Sie Fragen oder brauchen Sie einen Rat? Kontaktieren Sie uns über unseren kostenlosen E-Mail-, Chat- bzw. Forum-Support oder nutzen Sie die häufig gestellten Fragen (FAQs) rund um die Uhr.

+49 9673 9203 0

[email protected]

RFEM 6
Halle mit Bogendach

Basisprogramm

Die neue Generation der 3D-FEM-Software dient der statischen Berechnung von Stäben, Flächen und Volumen.

Erstlizenzpreis
4.650,00 EUR
RFEM 6

Stahlbemessung für RFEM 6

Bemessung

Das Add-On Stahlbemessung führt die Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Stäben aus Stahl nach verschiedenen Normen.

Erstlizenzpreis
2.850,00 EUR