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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.
Das amerikanische Steel Joist Institute (SJI) hat sogenannte Virtual Joist-Tabellen entwickelt, um die Querschnittseigenschaften für Open Web Steel Joists zu berechnen. Diese Virtual Joist-Profile werden als äquivalente Breitflanschträger bezeichnet, die der Trägergurtfläche, dem effektiven Trägheitsmoment und dem Gewicht sehr nahe kommen. Virtual Joists sind auch in der RFEM- und RSTAB-Querschnittsdatenbank verfügbar.
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.
Manchmal benötigt eine Struktur eine Verstärkung, wenn eine neue Decke eingezogen wird, oder wenn ein vorhandener Stab aufgrund einer schwer vorherzusagenden Lastannahme neu bemessen werden muss. In vielen Fällen kann es vorkommen, dass ein Bauteil nicht einfach ausgetauscht werden kann und eine Verstärkung eingebaut wird, um die neuen Belastungsanforderungen zu erfüllen.
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.
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.
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.
Wenn am Oberflansch eine Betondecke vorliegt, wirkt sie als seitliche Abstützung (Verbundbau) und verhindert ein Biegedrillknick-Stabilitätsproblem. Bei einem negativen Verlauf des Biegemoments steht der Unterflansch unter Druck und der Oberflansch unter Zug. Wenn die seitliche Stützung durch die Steifigkeit des Steges nicht ausreicht, in diesem Fall ist der Winkel zwischen dem unteren Flansch und der Stegschnittlinie variabel, sodass die Möglichkeit einer Forminstabilität des Unterflansches besteht.
Für die Berechnung eines nachgiebigen Verbundträgers stehen dem Ingenieur mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Diese unterscheiden sich vor allem in der Art der Modellierung. Während das Gamma-Verfahren eine einfache Modellierung gewährleistet, muss für andere Verfahren (zum Beispiel Schubanalogie) ein Mehraufwand an Modellierung in Kauf genommen werden, welcher jedoch durch die wesentlich flexiblere Anwendung gegenüber dem Gamma-Verfahren relativiert werden kann.
Oft werden Strukturen in mehreren Projekten benötigt, so wie in diesem Beispiel eine Pfette mit Stützen und Kopfbändern. Man könnte die Abmessungen direkt in RFEM beziehungsweise RSTAB abändern, indem man die Knoten verschiebt.
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.
- 001555
- Modellierung | Loading
- RFEM 5
-
- RSTAB 8
- RF-HOLZ AWC 5
- HOLZ AWC 8
- RF-HOLZ CSA 5
- HOLZ CSA 8
- RF-HOLZ Pro 5
- HOLZ Pro 8
- RF-JOINTS Holz | Holz zu Holz 5
- JOINTS Holz | Holz zu Holz 8
- RF-JOINTS Holz | Stahl zu Holz 5
- Stahl zu Holz 8
- RF-LIMITS 5
- LIMITS 8
- RF-LAMINATE 5
- Holzbau
- Laminat- und Sandwichtragwerke
- Statik und Tragwerksplanung
- Finite-Elemente-Berechnung
- Stahlverbindungen
- Eurocode 0
- Eurocode 5
- ANSI/AISC 360
- SIA 260
- SIA 265
Neben der Bestimmung der Lasten gibt es für die Bemessung im Holzbau hinsichtlich der Lastkombinatorik ein paar Besonderheiten, die berücksichtigt werden müssen. Anders als zum Beispiel im Stahlbau, bei dem die größte Beanspruchung aus allen ungünstigen Einwirkungen resultiert, sind im Holzbau die Festigkeitswerte abhängig von der Lasteinwirkungsdauer und der Holzfeuchte. Auch für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit gilt es, besondere Merkmale zu berücksichtigen. Welche Auswirkungen dies auf die Bemessung der Holzbauteile hat und wie dies in RSTAB und RFEM umgesetzt werden kann, wird nachfolgend erläutert.
Die Bestimmung der richtigen Knicklänge ist entscheidend für die korrekte Bemessung der Tragfähigkeit eines Stabes. Bei mittig angeschlossenen Kreuzverstrebungen stellt sich oft die Frage, ob die volle durchgängige Länge der Stäbe verwendet werden soll oder ob die halbe Länge, bis zu der die Stäbe anschließen, ausreichend ist. In diesem Beitrag werden die Empfehlungen des AISC erläutert und anhand eines Beispiels wird gezeigt, wie die Kicklänge von Kreuzverstrebungen in RFEM definiert wird.
In RF-/FUND Pro hat der Anwender die Möglichkeit, die Bemessung eines Fundamentes an einem oder an mehreren Knoten der Struktur durchzuführen.
Für die Fundamentbemessung in RF-/FUND Pro ist es erforderlich, für die unterschiedlichen Bemessungssituationen (STR, GEO, UPL oder EQU) die zugehörigen Belastungen (Lastfälle, Lastkombinationen oder Ergebniskombinationen) zu definieren.
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.
In RF-/FUND Pro hat der Anwender die Möglichkeit, den Anteil der entlastenden Bodenpressungen mittels des Faktors kred frei zu wählen.
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.
Mit RF-/DYNAM Pro Ersatzlasten ist es möglich, eine Ersatzlastberechnung anhand des multimodalen Antwortspektren-Verfahrens zu durchzuführen. Im dargestellten Beispiel wurde dies für einen Mehrmassenschwinger durchgeführt.
Für Deutschland gibt es die DIN EN 1998-1 mit dem nationalen Anhang DIN EN 1998-1/NA zur Ermittlung der Erdbebenlasten. Das Normpaket gilt für Hoch- und Ingenieurbauwerke in Erdbebengebieten.
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.
- 000487
- Modellierung | Structure
- RFEM 5
-
- RF-STAHL 5
- RF-STAHL AISC 5
- RF-STAHL AS 5
- RF-STAHL BS 5
- RF-STAHL CSA 5
- RF-STAHL EC3 5
- RF-STAHL GB 5
- RF-STAHL HK 5
- RF-STAHL IS 5
- RF-STAHL NBR 5
- RF-STAHL NTC-DF 5
- RF-STAHL SANS 5
- RF-STAHL SIA 5
- RF-STAHL SP 5
- RF-ALUMINIUM 5
- RF-ALUMINIUM ADM 5
- RSTAB 8
- STAHL 8
- STAHL AISC 8
- STAHL AS 8
- STAHL BS 8
- STAHL CSA 8
- STAHL EC3 8
- STAHL GB 8
- STAHL HK 8
- STAHL IS 8
- STAHL NBR 8
- STAHL NTC-DF 8
- STAHL SANS 8
- STAHL SIA 8
- STAHL SP 8
- ALUMINIUM 8
- ALUMINIUM ADM 8
- Stahlbau
- Industrie- und Anlagenbau
- Treppenkonstruktionen
- Statik und Tragwerksplanung
- Eurocode 3
- ANSI/AISC 360
- SIA 263
- IS 800
- BS 5950-1
- GB 50017
- CSA S16
- AS 4100
- SP 16.13330
- SANS 10162-1
- ABNT NBR 800
- ADM
Die Lagerungsbedingungen eines biegebeanspruchten Trägers sind wesentlich für seinen Widerstand gegenüber Biegedrillknicken. Wird zum Beispiel ein Einfeldträger in Feldmitte seitlich gehalten, so kann im Optimalfall das Ausweichen des gedrückten Gurtes verhindert und eine zweiwellige Eigenform erzwungen werden. Das kritische Biegedrillknickmoment erhöht sich durch diese Zusatzmaßnahme wesentlich. In den Zusatzmodulen zur Stabbemessung ist es über die Eingabemaske "Zwischenabstützungen" möglich, verschiedene Arten von seitlichen Halterungen an einem Stab zu definieren.
- 001819
- Bemessung
- Aluminiumbemessung für RFEM 6
-
- Aluminiumbemessung für RSTAB 9
- Betonbemessung für RFEM 6
- Betonbemessung für RSTAB 9
- Stahlbemessung für RFEM 6
- Stahlbemessung für RSTAB 9
- Holzbemessung für RFEM 6
- Holzbemessung für RSTAB 9
- Stahlbetonbau
- Stahlbau
- Holzbau
- Statik und Tragwerksplanung
- Eurocode 0
- Eurocode 2
- Eurocode 3
- Eurocode 5
- Eurocode 9
- ADM
- ANSI/AISC 360
Für die Gebrauchstauglichkeit eines Tragwerks dürfen die Verformungen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. In einem Beispiel wird gezeigt, wie die Durchbiegung von Stäben mit den Bemessungs-Add-Ons nachgewiesen werden kann.
- 000945
- Zusatzmodule
- RF-RAHMECK Pro 5
-
- Stützenfuß 8
- JOINTS Stahl | DSTV8
- Gelenkig 8
- JOINTS Stahl | Biegesteif 8
- JOINTS Stahl | SIKL8
- Mast 8
- Stahl zu Holz 8
- JOINTS Holz | Holz zu Holz 8
- RF-JOINTS Stahl | SIKLA 5
- RF-JOINTS Stahl | Stützenfuß 5
- RF-JOINTS Stahl | DSTV 5
- RF-JOINTS Stahl | Gelenkig 5
- RF-JOINTS Stahl | Biegesteif 5
- RF-JOINTS Stahl | Mast 5
- RF-JOINTS Holz | Stahl zu Holz 5
- RF-JOINTS Holz | Holz zu Holz 5
- RAHMECK Pro 8
- Stahlbau
- Holzbau
- Stahlverbindungen
- Eurocode 3
- Eurocode 5
Neben den Ergebnistabellen wird in RF-/JOINTS und RF-/RAHMECK Pro eine dreidimensionale Grafik erstellt. Hierbei handelt es sich um eine wirklichkeitsgetreue und maßstäbliche Darstellung der Verbindung.
Im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 stehen drei Arten von biegesteifen Rahmen (OMF, IMF, SMF) zur Verfügung. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist nach AISC 341-22 in zwei Abschnitte gegliedert: Stabanforderungen und Anschlussanforderungen.
In RFEM 5 und RSTAB 8 in RF-/FUND Pro können die Fundamentabmessungen für alle fünf Fundamenttypen in einer benutzerdefinierten Bibliothek mit Fundamentvorlagen gespeichert und in anderen Modellen wieder verwendet werden.
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. Gerade Zugstäbe werden in der Praxis sehr häufig verwendet. Wie diese näherungsweise in einer dynamischen Analyse korrekt abgebildet werden können, soll in diesem Beitrag gezeigt werden.
In RFEM besteht die Möglichkeit, ein Antwortspektrenverfahren nach ASCE 7-16 durchzuführen. Diese Norm beschreibt die Ermittlung der Erdbebenlasten für den US-amerikanischen Raum. Dabei kann es vorkommen, dass man aufgrund der Steifigkeit der Gesamtstruktur den sogenannten P-Delta-Effekt berücksichtigen muss, um die internen Schnittgrößen zu berechnen und eine Bemessung durchzuführen.
Bei offenen Querschnitten erfolgt der Abtrag von Torsionsbelastung vor allem über sekundäre Torsion, da die St. Venantsche Torsionssteifigkeit gegenüber der Wölbsteifigkeit gering ist. Besonders für den Biegedrillknicknachweis sind daher Wölbversteifungen im Querschnitt interessant, da diese die Verdrehung erheblich reduzieren können. Hierfür bieten sich beispielsweise Stirnplatten oder eingeschweißte Steifen und Profile an.
Die Bemessung eines OCBF (ordinary concentrically braced frame - gewöhnlicher konzentrisch ausgesteifter Rahmen) und eines SCBF (special concentrically braced frame - spezieller konzentrisch ausgesteifter Rahmen) kann im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 durchgeführt werden. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist nach AISC 341-16 und 341-22 in zwei Abschnitte gegliedert: Stabanforderungen und Anschlussanforderungen.