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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.
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.
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.
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.
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.
Zur Ermittlung der Gleichgewichtsformen von zugbelasteten Flächenmodellen und normalkraftbeanspruchten Stäben steht in RFEM 6 das Add-On Formfindung zur Verfügung. Dieses Add-On lässt sich in den Basisangaben des Modells aktivieren und kann verwendet werden, um die geometrische Lage ausfindig zu machen, in der die Vorspannung von Leichtbautragwerken im Gleichgewicht mit den vorhandenen Randreaktionen steht..
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 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 [1] und das direkte Nachweisverfahren vorgestellt werden, was anhand einer Stahlstruktur erfolgt, die in RFEM 6 nachgewiesen wird.
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.
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.
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-Beitrag „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.
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.
Im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 stehen drei Arten von Momentrahmen (OMF, IMF, SMF) zur Verfügung. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist nach AISC 341-16 in zwei Abschnitte gegliedert: Stabanforderungen und Anschlussanforderungen.
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.
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.
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.