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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.
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- SANS 10162-1
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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.
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.
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.
Hin und wieder stellt sich die Frage zur Ermittlung des richtigen Lastangriffspunktes der positiven Querlasten in RF-/STAHL EC3 und RF-/STAHL AISC.
Ab der RFEM-Version 5.04.xx und RSTAB-Version 8.04.xx ist das neue Zusatzmodul RF-/DYNAM Pro - Eigenschwingungen verfügbar. Massen können nun direkt aus Lastfällen oder Lastkombinationen importiert werden.
Im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 und in der US-Norm ASCE/SEI 7-16 sind die allgemeinen Einwirkungen aus Schneelasten geregelt. Die von den Normen geforderten Lastansätze für Sattel-, Pult- und Flachdächer sind in RFEM und RSTAB in einem Tool hinterlegt, sodass eine einfache Generierung dieser Einwirkung stattfinden kann.
Seit der RFEM-Version 5.06 können die Stabsteifigkeiten nach Verfahren beeinflusst werden, die auf die US-Stahlbaunorm ANSI/AISC 360-10 abgestimmt sind. Nach dieser Norm muss bei der Schnittgrößenermittlung ein Abminderungsbeiwert τb bei allen Stäben berücksichtigt werden, deren Biegesteifigkeit einen Beitrag zur Stabilität des Modells leistet. Dieser Beiwert ist abhängig von der Normalkraft im Stab: Je größer die Normalkraft, desto größer ist auch τb.
Requirements for the design of structural stability are given in the AISC 360 – 14th Ed. Chapter C. In particular, the direct analysis method provisions, previously located in Appendix 7 of the AISC 360 – 13th Ed., are described in detail. This method is considered an alternative to the effective length method, which in turn eliminates the need for effective length (K) factors other than 1.0.
In the AISC 360 – 14th Ed. C2.2, the direct analysis method requires initial imperfections to be taken into consideration. The important imperfection of recognition is column out-of-plumbness. According to C2.2a, the direct modeling of imperfections is one method to account for the effect of initial imperfections. However, in many situations, the expected displacements may not be known or easily predicted.
Die EN 1998-1 Abschnitt 2.2.2 und 4.4.2.2 [1] 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.
Besteht ein Aluminiumstabquerschnitt aus schlanken Elementen, besteht die Möglichkeit des Versagens aufgrund von lokalem Beulen der Flansche oder Stege, bevor der Stab die volle Steifigkeit erreichen kann. Im Zusatzmodul RF-/ALUMINIUM ADM gibt es jetzt drei Optionen, um die nominale Biegefestigkeit für den Grenzzustand des lokalen Beulens zu bestimmen, Mnlb, aus Abschnitt F.3 des 2015 Aluminum Design Manual. Alle drei Methoden beinhalten die Abschnitte F.3.1 Methode des gewichteten Mittelwerts, F.3.2 Direkte Festigkeitsmethode und F.3.3 Methode der Begrenzungselemente.
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.
RFEM und RSTAB bieten die Möglichkeit, Windlasten mit nur wenigen Arbeitsschritten auf ein dreidimensionales Gebäude gemäß ASCE/SEI 7‑16 [1] zu berücksichtigen. Dieser Beitrag soll dazu dienen, die komplexe Windthematik für die Eingabe in der Software zu erläutern. Die Windlastgenerierer finden sich unter "Extras" → "Belastung generieren" → "Aus Windlasten".
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.
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.
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 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.
Die Geschossverschiebung eines Gebäudes liefert wertvolle Informationen über sein Tragverhalten unter seismischen Beanspruchungen. Diese können zu großen horizontalen Verformungen und sogar zu Instabilitäten führen. Einige Normen fordern deshalb die Kontrolle der Geschossverschiebung in seinem Massenschwerpunkt. Daraus kann man zum Beispiel ablesen, ob eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung (P-Δ-Effekt) durchgeführt werden soll.
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.
Wenn es um Windlasten auf Gebäudetypen nach ASCE 7 geht, finden sich zahlreiche Quellen, die die Berechnungsnormen ergänzen und Ingenieure bei der Aufbringung der seitlichen Lasten unterstützen. Jedoch kann es vorkommen, dass Ingenieure Schwierigkeiten haben, ähnliche Quellen für Windlasten auf Konstruktionen, die keine Gebäude sind, zu finden. Dieser Fachbeitrag erläutert die Schritte, die notwendig sind, um Windlasten nach ASCE 7-16 zu berechnen und auf einen kreisförmigen Stahlbetonbehälter mit Kuppeldach aufzubringen.
- 001555
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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.
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.
Wenn eine Gewichtskraft auf eine Struktur einwirkt, tritt eine seitliche Verschiebung auf. Im Gegenzug wird ein sekundäres Kippmoment erzeugt, da die Gewichtskraft in der seitlich versetzten Position weiterhin auf die Elemente einwirkt. Dieser Effekt ist auch als "P-Delta (Δ)" bekannt. Abschnitt 12.9.1.6 der amerikanischen Norm ASCE 7-16 und der Kommentar zur kanadischen Norm NBC 2015 legen fest, wann P-Delta-Effekte berücksichtigt werden sollten, wenn ein multimodales Antwortspektrenverfahren für die Erdbebenbemessung durchgeführt wird.
In der amerikanischen Norm ASCE 7-16 ist festgelegt, dass sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schneelastsituationen bei der Entwurfsplanung berücksichtigt werden müssen. Während dies bei Flach- oder Satteldächern intuitiver passieren kann, gestaltet sich die Bestimmung der Schneelasten bei Bogendächern aufgrund der komplexen Geometrie schwieriger. Mit der Unterstützung der amerikanischen Norm des ASCE 7-16, die Leitlinien zu Schneelastberechnungen für gekrümmte Dächer enthält und den effizienten RFEM-Programmen zur Lastaufbringung ist es möglich, sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schneelasten für eine zuverlässige und sichere Tragwerksbemessung zu berücksichtigen.
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").
Mit RF-BETON Stäbe ist es möglich, Betonstützen nach ACI 318-14 zu bemessen. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es wichtig, Schub- und Längsbewehrung von Betonstützen genau zu bemessen. Im folgenden Beitrag wird die Betonbemessung inklusive Längsbewehrung aus Betonstahl, Bruttoquerschnittsfläche und Größe/Abstand der Bügel in RF-BETON Stäbe anhand von Schritt-für Schritt-Gleichungen unter Verwendung der Norm ACI 318-14 gezeigt.
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.
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.
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.