Registrieren Sie sich für das Dlubal-Extranet, um die Software optimal nutzen zu lassen und ausschließlichen Zugriff auf Ihre persönlichen Daten zu haben.
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.
Für die Beurteilung, ob bei einer dynamischen Berechnung auch die Theorie II. Ordnung berücksichtigt werden muss, stellt die EN 1998-1 Abschnitt 2.2.2 und 4.4.2.2 den Empfindlichkeitsbeiwert der gegenseitigen Stockwerksverschiebung θ zur Verfügung. Dieser kann mit RFEM 6 und RSTAB 9 berechnet und untersucht werden.
Die EN 1998-1 Abschnitt 2.2.2 und 4.4.2.2 fordert für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit die Berechnung unter Berücksichtigung der Theorie II. Ordnung (P-Δ-Effekt). Dieser Einfluss darf nur vernachlässigt werden, wenn der Empfindlichkeitsbeiwert der gegenseitigen Stockwerksverschiebung θ kleiner 0,1 ist.
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.
Um eine Push Over Berechnung durchführen zu können, ist es notwendig die ermittelte Kapazitätskurve in eine vereinfachte Form zu transformieren. Im Eurocode EN 1998, ist dazu die sogenannte N2 Methode beschrieben. Dieser Artikel soll dabei helfen, zu erläutern was eine Bilinearisierung nach der N2 Methode bedeutet.
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.
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.
Das optimale Szenario, in dem die Durchstanzbemessung nach ACI 318-19 bzw. CSA A23.3:19 verwendet werden sollte, ist, wenn eine Platte einer hohen Konzentration von Lasten oder Reaktionskräften ausgesetzt ist, die an einem einzigen Knoten auftreten. In RFEM 6 wird der Knoten, bei dem das Durchstanzen von Belang ist, als Durchstanzknoten bezeichnet. Diese hohe Konzentration von Kräften kann durch eine Stütze, Einzellast oder einen Knotenlager verursacht werden. Auch die Verbindungswände können diese Einzellasten an Wandenden, Ecken und Enden von Linienlasten und Stützen zur Folge haben.
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 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 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 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.
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.
In RF-/FUND Pro wird nach dem Bemessen des Fundaments ein Bewehrungsplan ausgegeben, in welchem alle notwendigen Positionen des Bewehrungsstahls dokumentiert sind.
Mit Hilfe der automatischen Kombinatorik von RFEM und RSTAB und Verwendung der Option "EN 1990 + EN 1991-3; Krane" können sowohl Kranbahnträger als auch die Auflagerlasten auf die weiterführende Konstruktion bemessen werden.
In RF-/FUND Pro können die verfügbaren Betonstahldurchmesser durch den Benutzer angepasst werden. Die Anpassung der verfügbaren Stabdurchmesser funktioniert hierbei analog zu den Modulen RF-/BETON (Stäbe) und RF-/BETON Stützen.
Für die Bemessung von Betonflächen kann der Rippenanteil der Schnittgrößen für die Berechnung im Grenzzustand der Tragfähigkeit und die analytische Berechnung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit vernachlässigt werden, da dieser bereits bei der Stabbemessung berücksichtigt wird. Dazu wird im Modul RF-BETON Flächen in den "Detaileinstellungen" die entsprechende Checkbox aktiviert. Wurden keine Rippen definiert, ist diese Funktion nicht zugänglich.
Für die Fundamentbemessung ist es erforderlich, für die unterschiedlichen Bemessungssituationen (STR, GEO, UPL, EQU) die jeweiligen Belastungen zu definieren.
Bei der Berechnung von Fundamenten nach EC 7 oder EC 2 werden in einem Objekt normalerweise unterschiedliche Fundamentarten beziehungsweise -größen verwendet. Die Randbedingungen wie Bodenkennwerte, Baustoffe für die Fundamente, Betondeckungen und zu bemessende Lastkombinationen bleiben dahingegen in der Regel für alle Fundamente gleich.