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Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Die Windrichtung spielt bei der Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen eine entscheidende Rolle. Sie ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung, wie Windkräfte mit Bauwerken interagieren, und beeinflusst die Verteilung des Winddrucks und folglich die Maßnahmen hinsichtlich der Statik. Das Verständnis zur Auswirkung der Windrichtung ist unerlässlich, um Konstruktionen zu entwickeln, die wechselnden Windkräften standhalten sollen und somit die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken gewährleisten. Einfach ausgedrückt hilft die Anströmrichtung bei der Feinabstimmung von CFD-Simulationen und der Anleitung von statischen Bemessungsprinzipien, eine optimale Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber windinduzierten Effekten zu erzielen.
Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Um den Einfluss lokaler Stabilitätsphänomene schlanker Bauteile bewerten zu können, bieten RFEM 6 und RSTAB 9 die Möglichkeit eine lineare Verzweigungslastanalyse auf Querschnittsebene durchzuführen. Der folgende Beitrag widmet sich den Grundlagen der Berechnung sowie der Ergebnisinterpretation.
Bei der Bemessung kaltgeformter Stahlquerschnitte sind häufig Sonderprofile erforderlich. In RFEM 6 kann der benutzerdefinierte Querschnitt mit einem Profil, das in der Bibliothek unter "Dünnwandig" hinterlegt ist, erzeugt werden. Für andere Profile, die keiner der 14 verfügbaren kaltgeformten Formen entsprechen, können die Querschnitte mit dem eigenständigen Programm RSECTION erstellt und importiert werden. Allgemeine Informationen zur Bemessung von AISI-Stahlprofilen in RFEM 6 finden Sie im Knowledge Base Article, der unten am Ende dieses Beitrags aufgeführt ist.
Die Größe des Rechengebiets (Windkanalgröße) ist ein wichtiger Aspekt in der Windsimulation, der einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit sowie die Kosten von CFD-Simulationen hat.
Jetzt können in RFEM 6 auch kaltgeformte Stahlstäbe nach AISI S100-16 bemessen werden. Die Bemessung erfolgt über die Auswahl von "AISC 360" als Norm im Add-On Stahlbemessung. Anschließend wird für die Bemessung der kaltgeformten Profile automatisch "AISI S100" ausgewählt.
Die Einwirkungen aus der Schneelast sind in der amerikanischen Norm ASCE/SEI 7-16 sowie im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 beschrieben. Diese Normen sind im neuen Programm RFEM 6 und im Schneelastassistenten implementiert, der das Aufbringen der Schneelasten erleichtert. In der neuesten Generation des Programms kann zudem der Bauort auf einer digitalen Landkarte festgelegt und somit die Schneelastzone automatisch eingelesen werden. Diese Daten wiederum verwendet der Lastassistent, um die Auswirkungen der Schneelast zu simulieren.
Gemäß Abs. 6.6.3.1.1 und Abs. 10.14.1.2 des ACI 318-19 bzw. CSA A23.3:19 berücksichtigt RFEM die Abminderung von Betonstab- und -flächensteifigkeiten für verschiedene Bauteilarten. Zur Auswahl stehen gerissene und ungerissene Wände, Flachplatten, Flachdecken, Balken und Stützen. Die programmintern zur Verfügung stehenden Multiplikatoren stammen aus den Tabellen 6.6.3.1.1(a) und 10.14.1.2.
In den Zusatzmodulen RF-/HOLZ Pro, RF-/HOLZ AWC und RF-/HOLZ CSA ist es möglich, die resultierende Verformung eines Stabes oder Stabsatzes zu berücksichtigen. Neben den lokalen Richtungen y und z steht die Option "R" zur Verfügung. Damit kann die Gesamtdurchbiegung eines Trägers den in den Normen angegebenen Grenzwerten gegenübergestellt werden.
Wird eine Holzverbindung wie in Bild 01 dargestellt ausgeführt, kann die aus der Verbindung resultierende Drehfedersteifigkeit berücksichtigt werden. Diese kann mit Hilfe des Verschiebungsmoduls des Verbindungsmittels und des polaren Trägheitsmomentes des Anschlusses unter Vernachlässigung der Fläche der Verbindungsmittel bestimmt werden.
In RF-BETON Stäbe für RFEM beziehungsweise BETON für RSTAB wird dem Benutzer automatisch ein Bewehrungsvorschlag erstellt, wenn in der Maske 1.6 Bewehrung die Option "Bewehrungsvorschlag vornehmen" aktiv ist.
Für die Einwirkungen auf Straßenbrücken sind zusätzlich zu den grundlegenden Kombinationsregeln der EN 1990 noch weitere Kombinationsbedingungen zu beachten, die in EN 1991-2 festgelegt sind. Hierzu bieten RFEM und RSTAB eine automatische Kombinatorik an, die in den Basisangaben bei Auswahl der Norm EN 1990 + EN 1991-2 aktiviert werden kann. Die Teilsicherheitsbeiwerte und Kombinationsbeiwerte je nach Einwirkungskategorie sind bei Auswahl des jeweiligen Nationalen Anhangs bereits hinterlegt.
Mit dem Zusatzmodul RF-HOLZ CSA ist eine Bemessung von Holzstützen nach der kanadischen Norm CSA O86-19 möglich. Die genaue Berechnung der Druckbeanspruchbarkeit von Holzstäben und der entsprechenden Anpassungsfaktoren ist wichtig für Sicherheitsüberlegungen und Bemessungen. Dieser Fachbeitrag behandelt den Nachweis der Druckfestigkeit unter Berücksichtigung von Beiwerten im Zusatzmodul RF-HOLZ CSA mittels schrittweiser analytischer Gleichungen nach CSA O86-19 einschließlich Stützenmodifikationsfaktoren, mit Beiwerten berechneter Druckbeanspruchbarkeit und finale Ausnutzung.
In der bisherigen Normung gab es keinerlei Regelungen für die Verteilung der Schneelasten für aufgeständerte Solarthermie- und Photovoltaikanlagen auf Dächern. Es wurde lediglich darauf hingewiesen, die Lasten ingenieurmäßig zu verteilen. Erst mit dem Nationalen Anhang DIN EN 1991-1-3/NA:2019-04 wurden dafür konkrete Regelungen getroffen.
Mit RF-/STAHL EC3 können in RFEM beziehungsweise RSTAB nominelle Temperatur-Zeit-Kurven verwendet werden. Es sind die Einheitstemperatur-Kurve (ETK), die Außenbrandkurve und die Hydrocarbon-Brandkurve implementiert. Zudem besteht auch im Programm direkt die Möglichkeit, eine Stahlendtemperatur vorzugeben.
Häufig befinden sich an Gebäuden Anbauten. Liegen die Dachebenen nicht in gleicher Höhe, muss dieser Höhensprung (falls er mehr als 0,5 m beträgt) bei der Schneelastannahme zusätzlich erfasst werden.
In der gängigen Literatur werden die Formeln zur händischen Schnittgrößen- beziehungsweise Verformungsberechnung meist ohne Berücksichtigung der Schubverformung angegeben. Speziell im Holzbau werden die Verformungen resultierend aus der Querkraft dadurch oftmals unterschätzt.
Die Berechnung von Holztafeln erfolgt an vereinfachten Stab- oder Flächensystemen. In diesem Beitrag wird die Ermittlung der hierfür notwendigen Steifigkeit erläutert.
Mit dem Zusatzmodul RF-TIMBER CSA ist eine Bemessung von Holzträgern nach der kanadischen Norm O86-14 möglich. Die genaue Berechnung der Tragfähigkeit und der Anpassungsfaktoren von Stäben aus Holz ist aus Sicherheits- und Bemessungsgründen wichtig. Der folgende Artikel überprüft den Widerstand des Biegemoments im RFEM-Zusatzmodul RF-TIMBER CSA anhand von schrittweisen analytischen Gleichungen nach der kanadischen Norm CSA O86-14, einschließlich der Biegemodifikationsbeiwerte, des rechnerischen Widerstands des Biegemoments und der endgültigen Ausnutzung.
Der Wind, der parallel an den Flächen eines Baukörpers vorbeistreift, kann an diesen Flächen Reibungskräfte erzeugen. Dieser Effekt ist vor allem meist bei sehr großen Bauwerken von Interesse.
Gemäß Abschnitt 6.6.3.1.1 und Abschnitt 10.14.1.2 von ACI 318-14 bzw. CSA A23.3-14 berücksichtigt RFEM effektiv die Reduzierung der Steifigkeit von Betonstäben und -flächen für verschiedene Elementtypen. Zur Auswahl stehen gerissene und ungerissene Wände, Flachplatten, Flachdecken, Balken und Stützen. Die programmintern zur Verfügung stehenden Multiplikatoren stammen aus den Tabellen 6.6.3.1.1(a) und 10.14.1.2.
Als grundlegende Anforderungen an ein Tragwerk werden in den Grundlagen der Tragwerksplanung eine ausreichende Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit genannt. Dabei sind Tragwerke so auszuführen, dass durch Ereignisse wie Anprall eines Fahrzeuges keine Schadensfolge entsteht.
Die Aussteifung von Holzbauten erfolgt üblicherweise über Holztafeln. Hierfür werden plattenartige Werkstoffe (Grobspanplatten, OSB) mit Stäben verbunden. In mehreren Beiträgen werden die Grundlagen dieser Bauweise und die Berechnung im Programm RFEM erläutert. In diesem ersten Beitrag wird die grundlegende Ermittlung der Steifigkeiten sowie die Berechnung erläutert.
Bei Kranbahnen mit großen Stützweiten ist nicht selten die Horizontallast aus Schräglauf bemessungsrelevant. In diesem Beitrag sollen die Entstehung dieser Kräfte und die richtige Eingabe in KRANBAHN beschrieben werden. Es wird hierbei auf die praktische Ausführung und den theoretischen Hintergrund eingegangen.
Die Regelungen der Windlasten erfolgt nach Eurocode 1 - Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Die national festgelegten Parameter eines jeweiligen Landes sind in den nationalen Anhängen zu finden.