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In der Tragwerksplanung ist die Vorhersage der Auswirkungen turbulenter Windströmungen auf Bauwerke von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit. Die Turbulenzmodellierung in der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) hilft, diese Interaktionen zu simulieren. Ingenieure müssen ein praktisches Turbulenzmodell auswählen, indem sie Effizienz, Genauigkeit und Anwendbarkeit abwägen. Gängige Modelle sind Reynolds-Averated Navier-Stokes (RANS), Unstetigkeits-Reynolds-Averated Navier-Stokes (URANS) und Load Detached Eddy Simulation (DDES). RANS ist robust und kostengünstig für stationäre Strömungen, URANS erfasst zeitabhängige Phänomene für mäßige Instabilitäten und DDES, ein Hybrid aus RANS und Large Eddy Simulation (LES), löst komplexe turbulente Strukturen auf. Das Verständnis der Stärken und Grenzen jedes Modells' hilft Ingenieuren, den besten Ansatz für ihre Anwendungen zu wählen.
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.
Die Windrichtung spielt eine entscheidende Rolle bei Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und bei der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen. Sie ist ein ausschlaggebender Faktor bei Beurteilung der Interaktionen zwischen den Windkräften und den Konstruktionen, und nimmt Einfluss auf Verteilung von Windlastdruck und folglich auf die statische Reaktionen.
Sowohl die Ermittlung von Eigenschwingungen als auch das Antwortspektrenverfahren werden stets an einem linearen System durchgeführt. Sind Nichtlinearitäten im System vorhanden, werden diese linearisiert und somit nicht berücksichtigt. Dies können z.B. Zugstäbe, nichtlineare Auflager oder nichtlineare Gelenke sein. In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie diese in einer dynamischen Analyse behandelt werden können.
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.
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.
Windschutzkonstruktionen sind spezielle textile Konstruktionen, die die Umwelt vor schädlichen chemischen Partikeln schützen sowie Winderosion eindämmen sollen, und dabei helfen wertvolle Ressourcen zu erhalten. RFEM und RWIND werden für die Wind-Tragwerk-Analyse zur einseitigen Fluid-Struktur-Kopplung (fluid-structure interaction (FSI)) eingesetzt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Windschutzkonstruktionen mit RFEM und RWIND statisch bemessen werden können.
Bei den Stabilitätsnachweisen für den Ersatzstabnachweis nach EN 1993-1-1, AISC 360, CSA S16 und anderen internationalen Normen ist die Bemessungslänge (also die Knicklänge der Stäbe) zu berücksichtigen. In RFEM 6 kann die Knicklänge manuell durch Zuordnung von Knotenlagern und Knicklängenbeiwerten ermittelt oder aus dem Stabilitätsnachweis übernommen werden. Beide Möglichkeiten werden in diesem Beitrag anhand der Ermittlung der Knicklänge der Rahmenstütze in Bild 1 gezeigt.
Das neue Programm RFEM 6 bietet die Möglichkeit, Stabilitätsnachweise für gevoutete Holzträger nach dem Ersatzstabverfahren zu führen. Nach diesem Verfahren kann der Nachweis geführt werden, wenn die Vorgaben der DIN 1052 Abs. E8.4.2 für veränderliche Querschnitte eingehalten werden. In der Fachliteratur wird dieses Verfahren auch für den Eurocode 5 übernommen. In diesem Beitrag wird die Anwendung des Ersatzstabverfahrens bei einem gevouteten Dachträger (siehe Bild 1) gezeigt.
Mit dem Modul LIMITS ist es möglich die Tragfähigkeit von Stäben, Stabenden, Knoten, Knotenlagern und Flächen (nur RFEM) anhand einer definierten Grenztragfähigkeit zu vergleichen. Des Weiteren können Knotenverschiebungen sowie Querschnittsabmessungen kontrolliert werden. In diesem Beispiel sollen Stützenfüße eines Carports mit den vom Hersteller angegebenen, maximal zulässigen, Kräften verglichen werden.
Bei der Querschnittsoptimierung in den Zusatzmodulen können auch beliebig definierte Querschnitts-Favoritenlisten ausgewählt werden - zusätzlich zu den Profilen aus der gleichen Profilreihe wie das ursprüngliche Profil.
Im Programm RX-HOLZ kann optional eine Optimierung der Kippaussteifung erfolgen. Bei dieser Selektion wird iterativ die minimal notwendige Länge der Kippaussteifungen ermittelt.
Im Beitrag Biegedrillknicken im Holzbau | Theorie sind die theoretischen Hintergründe für die analytische Ermittlung des kritischen Biegemomentes Mcrit beziehungsweise der kritischen Biegespannung σcrit für das Kippen eines Biegeträgers erläutert. In folgendem Beitrag soll an Beispielen die analytische Lösung mit dem Ergebnis aus der Eigenwertanalyse verifiziert werden.
Schlanke Biegeträger mit einem großen h/b-Verhältnis, die parallel zur schwachen Achse belastet werden, neigen zu Stabilitätsproblemen. Dies ist bedingt durch das Ausweichen des Druckgurtes.
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.
Anhand eines Verifikationsbeispiels soll die Bemessung eines torsionsbeanspruchten Trägers nach AISC Design Guide 9 gezeigt werden. Die Bemessung erfolgt mit dem Zusatzmodul RF-STAHL AISC und der Modulerweiterung RF-STAHL Wölbkrafttorsion mit sieben Freiheitsgraden.
Nach dem Ausführen der Analyse in RF-/STAHL AISC können die Eigenformen für die Stabsätze grafisch in einem separaten Fenster betrachtet werden. Select the relevant set of members in the result window and click the [Mode Shapes] button.
Alternativ zum Ersatzstabverfahren wird in diesem Beitrag die Möglichkeit erläutert, die Schnittgrößen der knickgefährdeten Wand nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung von Imperfektionen zu ermitteln und anschließend eine Bemessung des Querschnitts für Biegung und Druck durchzuführen.
In diesem Beitrag wird der Nachweis mit dem Ersatzstabverfahren nach [1] Kapitel 6.3.2 am Beispiel der in Teil 1 vorgestellten knickgefährdeten Brettsperrholzwand durchgeführt. Dabei wird der Knicknachweis als Druckspannungsnachweis mit einer abgeminderten Druckfestigkeit geführt. Dazu wird ein Knickbeiwert kc ermittelt, welcher vor allem von der Schlankheit des Bauteils und der Lagerungsart abhängig ist.
Grundsätzlich können Bauteile aus Brettsperrholz mit dem Zusatzmodul RF-LAMINATE bemessen werden. Da es sich bei der Bemessung um einen rein elastischen Spannungsnachweis handelt, muss das Stabilitätsproblem (Biegeknicken und Biegedrillknicken) zusätzlich berücksichtigt werden.