Flächen im Bauwesen finden sich in unzähligen unterschiedlichen Größen und Formen, von einfachen Ebenen wie Wände, Decken oder Platten über einfach gekrümmte Zylinder wie Silos bis hin zu mehrfach gekrümmten Membrankonstruktionen. Die Steifigkeit einer Fläche ergibt sich aus deren Material und Dicke.
Für die statische Berechnung und FE-Netzgenerierung werden 2D-Elemente auf den Flächen generiert, die in ihrer Schwerachse für die Berechnung angesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich sowohl Verformungen als auch Schnittgrößen ermitteln, die dann werkstoff- und normgerecht bemessen werden können.
Alle oben genannten Strukturen können in RFEM 6 berücksichtigt werden, da Flächen mit unterschiedlichen Steifigkeiten, Geometrien, Materialien und Dicken definiert werden können. Die Flächen sind im Navigator - Daten als "Basisobjekte" verfügbar (Bild 1). Ein Doppelklick auf den Eintrag öffnet ein neues Fenster, in dem Sie die entsprechende Fläche definieren können.
Das in Bild 1 gezeigte Register "Basis" im Dialog "Neue Fläche" ermöglicht die Definition der wesentlichen Flächenparameter. Zwei dieser Parameter sind der Flächentyp und die Flächensteifigkeit, die ebenfalls im vorliegenden Beitrag näher beschrieben werden. Auf diese Weise lassen sich Flächen unterschiedlicher Geometrie festlegen:
- Ebene
- Quadrangel
- NURBS
- Gestutzt
- Rotation
- Rohr
Beim Steifigkeitstyp hingegen kann zwischen folgenden Einstellungen gewählt werden:
- Standard
- Ohne Dicke
- Starr
- Membran
- Membranzugfrei
- Lastübertragung
Wie bereits erwähnt, können mit diesen Optionen alle ebenen oder gekrümmten Flächen, die Sie in einem Gebäudemodell vorfinden könnten, beschrieben und später bemessen werden. Jeder der oben aufgeführten Typen wird in den nächsten Beiträgen erläutert, wohingegen der vorliegende Text einen detaillierteren Einblick in die Flächentypen für Rotation, gestutzt, ohne Dicke und Lastübertragung in RFEM 6 gibt.
Flächentyp "Rotation"
Wenn Sie Kuppeln, runde Wände, Silos und Lagertanks modellieren möchten, ist dieser Flächentyp genau richtig. Eine Rotationsfläche wird im Allgemeinen dadurch erzeugt, dass eine Linie um eine feste Achse gedreht wird. Beim Generieren einer Rotationsfläche in RFEM 6 gilt dieselbe Logik: Begrenzungslinie sowie Rotationsachse und -winkel müssen festgelegt werden. Wenn Sie daher im "Basis"-Register des Dialogs "Neue Fläche" den Flächentyp "Rotation" wählen, erscheint ein neues Register, in dem die relevanten Parameter festgelegt werden können (Bild 2).
Wie im Bild zu sehen ist, kann die Rotationsachse durch die Auswahl von zwei Punkten (also P und R) definiert werden. Sie können die Koordinaten dieser Punkte direkt in die Eingabefelder des Dialog schreiben oder in der Grafik einzeln auswählen. Es besteht auch die Möglichkeit, über die Option "Rotationsachsenpunkte in Grafik wählen" beide Punkte auf einmal zu selektieren.
Wenn Sie Material, Dicke und Steifigkeit der Fläche bereits im Register "Basis" des Dialogs "Neue Fläche" festgelegt haben, erzeugt das Programm die Fläche aus der Anfangs- und Endposition der Linie und der Rotation der Liniendefinitionspunkte. Damit lassen sich, wie bereits erwähnt, nicht nur Bauteile sondern ganze Modelle sehr einfach und schnell erstellen.
Ein Beispiel hierfür ist die in Bild 3 dargestellte Modellierung einer Kuppel mit runder Wand. Beide Flächen wurden mit dem Geometrietyp "Rotation" erzeugt. Zum besseren Verständnis der Parameter, die für die Erstellung eines solchen Flächentyps verwendet wurden, zeigt das Bild die Begrenzungslinie (Linie Nr. 2) und die Rotationsachse der Fläche (dargestellt durch Knoten P und R), die die Kuppel bildet. Diese Fläche wurde erzeugt, indem die Begrenzungslinie um den Rotationswinkel α=360° um die Rotationsachse gedreht wurde.
Flächentyp "Gestutzt"
Die gestutzte Fläche bezieht sich auf eine neue Funktion in RFEM 6, die das Verschneiden von gekrümmten Flächen und Volumenkörpern ermöglicht. Wenn eine solche Verschneidung erzeugt wird, generiert das Programm Flächen vom Flächentyp "Gestutzt". Mit diesem Feature können sehr komplexe Geometrien, wie z. B. Rohrdurchdringungen oder gebogene Öffnungen, einfach und schnell erzeugt werden.
Betrachten Sie als Beispiel das in Bild 5 gezeigte Modell. Es gibt drei Rohre, für die eine Durchdringung erstellt werden soll. Dazu selektieren Sie diese zunächst wie im Bild gezeigt. Nutzen Sie dann die Funktion "Mittels Durchdringung teilen" im Kontextmenü der selektierten Objekte.
Mit dieser Funktion werden die Anfangsflächen an den Schnittlinien geteilt und Öffnungen automatisch an den Schnittflächen erzeugt. Dadurch entstehen neue Flächen, die als eigenständige Objekte bearbeitet oder gelöscht werden können. Auf diese Weise können Sie die nicht benötigten Flächen löschen und erhalten somit die Rohrdurchdringung wie in Bild 6 gezeigt. Im Bild ist auch zu erkennen, dass die Flächen jetzt als "Gestutzt" vorliegen.
Dies ist nur ein Beispiel für die Anwendung der Funktion "Mittels Durchdringung teilen" und des Flächentyps "Gestutzt". Wie bereits erwähnt, lassen sich mit diesem einfachen Verfahren viele weitere komplexe gekrümmte Flächen oder perforierte Körper erzeugen.
Flächentyp "Ohne Dicke"
Solche Flächen werden für die Definition von Volumenkörpern benötigt. Die Fläche hat keine Steifigkeit und soll als Begrenzungsfläche eines Volumenkörpers dienen. Flächen mit dem Steifigkeitstyp "Ohne Dicke" können jedoch weiterhin über verschiedene Geometrietypen (z. B. eben, viereckig, gestutzt etc.) konfiguriert werden. Ein Beispiel für solche Flächen ist in Bild 7 dargestellt.
Die Tabelle "Flächen" in Bild 7 zeigt, dass die Flächen Nr. 59 bis 72 vom Steifigkeitstyp "Ohne Dicke" sind. Dies liegt daran, dass es sich um Begrenzungsflächen vom Volumenkörper Nr. 21 handelt, wie in Bild 8 gezeigt.
Flächentyp "Lastübertragung"
Neben den Lastassistenten, die die Eingabe von Lasten erleichtern, bietet RFEM 6 den neuen Flächentyp "Lastübertragung" für eine noch einfachere Lasteinleitung. Das Programm generiert also durch das Erzeugen einer Fläche dieses Steifigkeitstyps eine neue Fläche ohne Dicke und ohne statische Wirkung, aber mit der einzigartigen Fähigkeit, Lasten abzutragen.
Dies ist ein vorteilhaftes Feature von RFEM 6, da hiermit Lasten aus Flächen, die im Modell selbst nicht enthalten sind (z. B. Fassadenkonstruktionen, Glasflächen, trapezförmige Dachabschnitte etc.) berücksichtigt werden können.
Bild 9 zeigt ein Beispiel, bei dem die Fläche Nr. 18 mit dem Steifigkeitstyp "Lastübertragung" erzeugt wurde, um Windlasten an der unmodellierten Fassadenwand des Tragwerks zu berücksichtigen.
Wie im Beispiel gezeigt, können mit Lastübertragungsflächen Flächenlasten auf Bereiche aufgebracht werden, die nicht direkt als Flächen modelliert wurden. Die Last auf solch einer Fläche wird dann auf die Ränder oder die integrierten Objekte verteilt. Falls Stablasten generiert werden, wird die Last in die globalen Richtungen auf die wahren Stablängen bezogen umgerechnet (Lastrichtungen XL, YL, ZL).
Im Gegensatz zu den Lastassistenten, bei denen der Lastbereich jedes Mal neu definiert werden muss, kann eine Lastübertragungsfläche mehrfach für verschiedene Lasteinleitungen verwendet werden. Genauer gesagt ermöglicht dieser Ansatz die Zuweisung unterschiedlicher Flächenlasten über eine einzige Lastübertragungsfläche. Weitere Informationen zu diesem Flächentyp und der Definition der entsprechenden Parameter finden Sie im Fachbeitrag "Verwendung einer Lastübertragungsfläche in RFEM 6".
