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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.
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 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.
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.
Fundamente lassen sich mit ihren Abmessungen in einer benutzerdefinierten Bibliothek als Vorlage abspeichern.
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.
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.
In RF-/FUND Pro hat der Anwender die Möglichkeit, den Anteil der entlastenden Bodenpressungen mittels des Faktors kred frei zu wählen.
In RF-/FUND Pro hat der Anwender die Möglichkeit, die Bemessung eines Fundamentes an einem oder an mehreren Knoten der Struktur durchzuführen.
In RFEM und RSTAB stehen verschiedene grafische Darstellungen der Fundamentabmessungen zur Verfügung.
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.
In RF-/FUND Pro steht dem Anwender eine grafische Ausgabe der Ergebnisdetails zur Verfügung. Hierzu muss nach der Berechnung zur Maske "2.2 Maßgebende Kriterien" gewechselt werden. In der interaktiven Grafik dieser Maske können zu jedem geführten Nachweis einzelne bemessungsrelevante Werte dargestellt werden.
In RF-/FUND Pro ist es auch möglich, die Betondeckung für das Fundament gemäß EN 1992-1-1 zu berücksichtigen.
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.
Das Antwortspektrenverfahren zählt zu den am häufigsten verwendeten Bemessungsmethoden im Erdbebenfall. Dieses Verfahren hat viele Vorteile. Der Bedeutendste ist wohl die Vereinfachung: Es vereinfacht die Komplexität eines Erdbebens so weit, dass ein Nachweis mit vertretbarem Aufwand geführt werden kann. Der Nachteil dieser Methode ist wiederum, dass durch diese Vereinfachung viele Informationen verloren gehen. Eine Möglichkeit diesen Nachteil abzumildern, ist die Anwendung der äquivalenten Linearkombination bei der Kombination der Modalantworten. Das soll in diesem Beitrag durch ein Beispiel näher erläutert 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.
Um Ungenauigkeiten bezüglich der Lage von Massen in einem Antwortspektrenverfahren zu berücksichtigen, geben die Normen zur Erdbebenbemessung Regeln vor, welche sowohl im vereinfachten als auch im multimodalen Antwortspektrenverfahren angewendet werden müssen. Diese Regeln beschreiben folgende generelle Vorgehensweise: die Geschossmasse soll um eine gewisse Exzentrizität verschoben werden, woraus ein Torsionsmoment resultiert.
Bei der Ein- und Weiterleitung von horizontalen Lasten wie Wind- oder Erdbebenlasten kommt es in 3D-Modellen immer öfter zu Schwierigkeiten. Um solche Probleme zu umgehen, fordern einige Normen (zum Beispiel ASCE 7, NBC) die Vereinfachung des Modells mithilfe von Ebenen, welche die horizontalen Lasten auf die lastabtragenden Bauteile verteilen, aber selbst keine Biegung aufnehmen können (engl. "Diaphragm").
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.
Mit RF-/FUND Pro können für sämtliche anfallenden Auflagerkräfte eines RFEM-/RSTAB-Modells Einzelfundamente (Fundamentplatten, Köcher- und Blockfundamente) bemessen werden. Die geotechnischen Nachweise werden hierbei nach EN 1997-1 durchgeführt.
In RF-DYNAM Pro - Ersatzlasten können die äquivalenten Erdbebenlasten nach unterschiedlichen Standards berechnet werden. Durch die Berechnung der Ersatzlasten für jeden Eigenmodus ist es nicht direkt möglich, den horizontalen Querschub für jedes Stockwerk zu erhalten, um anschließend eine Analyse durchzuführen. Das nachstehende Beispiel beschreibt die Möglichkeit, den horizontalen Querschub schnell und effizient berechnen zu können.
In einem multimodalen Antwortspektrenverfahren ist es wichtig, eine ausreichende Anzahl von Eigenwerten der Struktur zu ermitteln und deren dynamische Antworten zu berücksichtigen. Vorschriften wie die EN 1998-1 [1] und andere internationale Standards schreiben vor, 90 % der Strukturmasse zu aktivieren. Das heißt: so viele Eigenwerte zu bestimmen, dass die Summe der effektiven Modalmassenfaktoren größer 0.9 ist.
Mit RF-/FUND Pro können die geotechnischen Nachweise nach EN 1997-1 [1] für Einzelfundamente geführt werden. Im nachfolgenden Beitrag wird auf den Nachweis der Fundamentverdrehung nach DIN EN 1997-1, A 6.6.5 (siehe [3]) eingegangen.
Mit RF-/FUND Pro können die geotechnischen Nachweise nach EN 1997‑1 [1] für Einzelfundamente geführt werden. Nachfolgend wird auf den Einfluss des Grundwasserspiegels auf ausgewählte Nachweise nach EN 1997‑1 eingegangen.