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Dieses Beispiel wurde in der Fachliteratur [1] als Beispiel 9.5 sowie in [2] als Beispiel 8.5 behandelt. Für den betrachteten Bühnenhauptträger ist der Biegedrillknicknachweis zu führen. Es handelt sich um ein gleichförmiges Bauteil. Der Stabilitätsnachweis kann daher nach Abschnitt 6.3.2 der DIN EN 1993-1-1 erfolgen. Aufgrund der einachsigen Biegung wäre alternativ auch ein Nachweis über das Allgemeine Verfahren nach Abschnitt 6.3.4 möglich. Ergänzend soll die Ermittlung des Verzweigungslastfaktors am idealisierten Stabmodell im Rahmen der oben genannten Verfahren mit einem FEM-Modell validiert werden.
Gebäudemodell ist eines der Add-Ons für Sonderlösungen in RFEM 6. Es ist ein nützliches Werkzeug für die Modellierung, mit dem sich Stockwerke einfach definieren und manipulieren lassen. Das Gebäudemodell kann bereits zu Beginn der Modellierung der Struktur angelegt oder im Nachhinein aktiviert werden.
Eine der Neuerungen in RFEM 6 ist der Ansatz zur Bemessung von Stahlanschlüssen. Im Gegensatz zu RFEM 5, bei dem die Bemessung von Stahlanschlüssen auf einer analytischen Lösung basiert, bietet das Add-On Stahlanschlüsse in RFEM 6 eine FE-Lösung für Stahlanschlüsse an.
In diesem Fachbeitrag werden einige Grundlagen zur Nutzung des Add-Ons Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) vorgestellt. Dieses ist vollständig in das Hauptprogramm integriert und ermöglicht die Berücksichtigung der Querschnittsverwölbung bei der Berechnung von Stabelementen. Im Zusammenspiel mit den Add-Ons Stabilitätsanalyse und Stahlbemessung ist ein Biegedrillknicknachweis mit Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung von Imperfektionen möglich.
Die Erdbebenanalyse in RFEM 6 ist mit den Add-Ons Modalanalyse und Antwortspektrenverfahren möglich. Das allgemeine Konzept der Erdbebenanalyse in RFEM 6 basiert auf der Erstellung eines Lastfalls für die Modalanalyse bzw. das Antwortspektrenverfahren. Die Normgruppe für diese Analysen wird im Register Normen II der Basisangaben des Modells festgelegt.
Die Berechnung komplexer Strukturen mittels Finite-Elemente-Software erfolgt in der Regel am Gesamtmodell. Der Bau solcher Bauwerke ist jedoch ein mehrstufiger Prozess, bei dem der Endzustand des Gebäudes durch die Kombination der einzelnen Bauteile erreicht wird. Um Fehler bei der Berechnung von Gesamtmodellen zu vermeiden, muss der Einfluss des Bauablaufs berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist dies mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) möglich.
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.
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.
Stahl hat schlechte thermische Eigenschaften für den Brandschutz. Die Wärmeausdehnung bei steigender Temperatur ist im Vergleich zu anderen Baustoffen sehr hoch und kann bei Normaltemperatur zu Effekten führen, die aufgrund von Zwangsbeanspruchungen im Bauteil vorhanden waren. Mit steigender Temperatur nimmt die Duktilität des Stahls zu, während die Festigkeit abnimmt. Da Stahl bei einer Temperatur von 600 °C 50 % seiner Festigkeit einbüßt, ist es wichtig, die Bauteile vor Brandeinwirkungen zu schützen. Bei geschützten Stahlbauteilen kann die Feuerwiderstandsdauer aufgrund des verbesserten Erwärmungsverhaltens erhöht werden.
Imperfektionen im Bauingenieurwesen gehen mit der produktionsbedingten Abweichung von Bauteilen von ihrer idealen Form einher. Imperfektionen werden meist dann in einer Berechnung angewendet, wenn für die Bauteile ein Kräftegleichgewicht am verformten System gesucht wird.
Die Erdbebenanalyse in RFEM 6 ist mit den Add-Ons Modalanalyse und Antwortspektrenverfahren möglich. Sobald die Spektralanalyse durchgeführt wurde, können mit dem Add-On Gebäudemodell Geschosseinwirkungen, Geschossverschiebungen und Kräfte in Wandscheiben abgebildet werden.
Die Stahlnorm AISC 360-16 fordert, dass die Stabilität einer Struktur als Ganzes sowie jede ihrer einzelnen Elemente berücksichtigt werden. Hierzu stehen unter anderem die direkte Berücksichtigung im Nachweis, die Knicklängenmethode und das direkte Nachweisverfahren zur Verfügung. In diesem Beitrag sollen die wichtigen Anforderungen aus Kap. C und das direkte Nachweisverfahren vorgestellt werden, was anhand einer Stahlstruktur erfolgt, die in RFEM 6 nachgewiesen wird.
Die Bemessung der Querschnitte nach Eurocode 3 basiert auf der von der Norm festgelegten Einteilung der nachzuweisenden Querschnitte in Klassen. Die Klassifizierung der Querschnitte ist wichtig, da sie die Grenzen der Beanspruchbarkeit und Rotationskapazität durch lokales Beulen von Querschnittsteilen festlegt.
Mit dem Add-On Stahlanschlüsse in RFEM 6 lassen sich Stahlverbindungen anhand eines FE-Modells erstellen und bemessen. Sie können die Modellierung der Verbindungen über eine einfache und komfortable Eingabe von Komponenten steuern. Stahlanschlusskomponenten können manuell oder mithilfe der verfügbaren Vorlagen in der Bibliothek definiert werden. Die erstgenannte Methode wurde in einem früheren Fachbeitrag mit dem Titel "Ein neuartiger Ansatz zur Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6" behandelt. Der vorliegende Beitrag wird sich auf die letztere Methode konzentrieren, d.h. es wird gezeigt, wie Sie mit Hilfe der in der Bibliothek verfügbaren Vorlagen Stahlanschlusskomponenten definieren können.
Stahlverbindungen werden in RFEM 6 als eine Anordnung von Komponenten definiert. Im neuen Add-On Stahlanschlüsse stehen für die Eingabe komplexer Verbindungen universell einsetzbare Basiskomponenten (Bleche, Schweißnähte, Hilfsebenen) zur Verfügung. Die Methoden, mit denen Verbindungen definiert werden können, sind in zwei früheren Knowledge Base-Beiträgen thematisiert: “Ein neuartiger Ansatz zur Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6" und “Definition von Stahlanschlusskomponenten mithilfe der Bibliothek".
Der Vorteil des RFEM 6 Add-Ons Stahlanschlüsse besteht darin, dass man Stahlverbindungen mit Hilfe eines FE-Modells untersuchen kann, dessen Modellierung vollautomatisch im Hintergrund abläuft. Die Eingabe der Stahlverbindungskomponenten, die die Modellierung steuert, kann über eine manuelle Definition der Komponenten oder mithilfe der in der Bibliothek verfügbaren Vorlagen erfolgen. Letzteres wurde bereits in einem früheren Fachbeitrag mit dem Titel "Definition von Stahlanschlusskomponenten mithilfe der Bibliothek" behandelt. Die Definition von Parametern für die Bemessung von Stahlanschlüssen ist das Thema des Fachbeitrags "Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6".
Das Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) ermöglicht die Bemessung von Stab-, Flächen- und Volumentragwerken in RFEM 6 unter Berücksichtigung spezifischer Bauzustände, die mit dem Bauablauf verbunden sind. Dies ist insofern wichtig, da Gebäude nicht auf einmal, sondern durch schrittweises Zusammenfügen einzelner Bauteile errichtet werden. Als Bauzustände bezeichnet man die einzelnen Schritte, in denen das Gebäude mit Strukturelementen versehen und belastet wird, während der gesamte Prozess als Bauprozess bezeichnet wird.
Die Qualität der statischen Berechnung von Gebäuden wird wesentlich verbessert, wenn die Baugrundverhältnisse möglichst realitätsnah berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist es möglich, mit Hilfe des Add-Ons Geotechnische Analyse den zu untersuchenden Bodenkörper realitätsnah zu bestimmen. Dieses Add-On kann wie in Bild 01 gezeigt in den Basisdaten des Modells aktiviert werden.
Mauerwerkskonstruktionen können in RFEM 6 mit dem Add-On Mauerwerksbemessung unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode modelliert und bemessen werden. Da das Tragverhalten von Mauerwerk und die unterschiedlichen Versagensmechanismen abgebildet werden, ist ein nichtlineares Materialmodell implementiert. Sie können Mauerwerkskonstruktionen direkt in RFEM 6 eingeben, modellieren und das Materialmodell für Mauerwerk mit allen gängigen RFEM-Add-Ons kombinieren. Dadurch wird eine Bemessung von Gesamtgebäudemodellen in Verbindung mit Mauerwerk ermöglicht.
Die Modalanalyse ist der Ausgangspunkt für die dynamische Analyse statischer Systeme. Damit können Eigenschwingungsgrößen wie Eigenfrequenzen, Eigenformen, modale Massen und effektive Modalmassenfaktoren ermittelt werden. Dieses Ergebnis kann bereits für die Schwingungsbemessung und auch für weitere dynamische Untersuchungen (z. B. Belastung durch ein Antwortspektrum) verwendet werden.
Die dynamische Berechnung in RFEM 6 und RSTAB 9 ist in mehrere Add-Ons gegliedert. Das Add-On Modalanalyse ist Voraussetzung für alle anderen Add-Ons zur dynamischen Berechnung, da es die Eigenschwingungsanalyse für Stab-, Flächen- und Volumenmodelle durchführt.
Da die realitätsnahe Ermittlung der Baugrundverhältnisse die Qualität der Gebäudestatik maßgeblich beeinflusst, ist für die Ermittlung des zu untersuchenden Bodenkörpers in RFEM 6 das Add-On Geotechnische Analyse verfügbar.
Wie die Daten aus Feldversuchen im Add-On bereitgestellt und die Eigenschaften aus Bodenproben zur Ermittlung der betreffenden Bodenmassive genutzt werden können, wurde im Knowledge-Base-Artikel „Bodenkörper aus Bodenproben erzeugen in RFEM 6“ vorgestellt. In diesem Beitrag wird hingegen das Verfahren zur Berechnung von Setzungen und Bodenpressungen für ein Stahlbetongebäude diskutiert.
In diesem Beitrag wird anhand eines praktischen Beispiels gezeigt, wie Verzweigungslastfaktoren und zugehörige Eigenformen in RFEM 6 ermittelt werden können.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie das Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) in Kombination mit dem Add-On Strukturstabilität verwendet wird, um die Querschnittsverwölbung als zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Stabilitätsanalyse zu berücksichtigen.
Ein Standardszenario im Holzstabbau ist die Möglichkeit, kleinere Stäbe mittels Auflager auf einem größeren Trägerstab zu verbinden. Darüber hinaus können die Stabendbedingungen eine ähnliche Situation umfassen, in der der Träger auf einem Lagertyp lagert. In beiden Fällen muss der Träger unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung gemäß NDS 2018 Abschnitt 3.10.2 und CSA O86:19 Abschnitte 6.5.6 und 7.5.9 festgelegt sind. In allgemeinen Statikprogrammen ist es in der Regel nicht möglich, diesen vollständigen Nachweis durchzuführen, da die Lagerfläche unbekannt ist. In der neuen Generation von RFEM 6 und dem Add-On Holzbemessung ist es nun mit der Funktion "Bemessungsauflager" möglich, die Nachweise nach NDS und CSA für Lager senkrecht zur Faserrichtung zu führen.
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.
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.
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.
Mit dem Add-On Stahlbemessung bemessen Sie Stahlbauteile für den Brandfall nach den einfachen Bemessungsverfahren aus Eurocode 3. Die Bauteiltemperatur zum Nachweiszeitpunkt kann dabei automatisch nach den in der Norm angegeben Temperaturzeitkurven ermittelt werden. Neben der Berücksichtigung von Brandschutzverkleidungen ist es für Sie auch möglich, die vorteilhaften Eigenschaften der Feuerverzinkung zu berücksichtigen.