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In diesem Artikel wird der Einfluss der Biegesteifigkeit von Seilen auf deren Schnittgrößen dargestellt und erläutert. Außerdem werden Hinweise gegeben, wie sich dieser Einfluss reduzieren lässt.
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.
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 der Glasbemessung im Zusatzmodul RF-GLAS stehen grundsätzlich zwei verschiedene Berechnungsoptionen zur Verfügung: eine 2D- und eine 3D-Berechnung. Grundsätzlicher Unterschied dieser beiden Bemessungsvarianten ist die vom Programm automatisierte Modellierung der Scheiben im temporären Modell. Bei einer 2D-Bemessung werden für die einzelnen Scheiben gängige Flächenelemente (Plattentheorie) generiert, während bei der 3D-Bemessung die einzelnen Scheiben als Volumen abgebildet werden. Je nach gewähltem Schichtaufbau steht die Option zur Wahl oder wird vom Programm bereits automatisch vorgegeben.
Bei einem wandartigen Tragverhalten der Brettsperrholzplatte muss der Schubverformung in Scheibenebene und damit insbesondere der Verschieblichkeit der Verbindungsmittel besondere Beachtung geschenkt werden.
Bei der Verwendung des Zusatzmoduls RF-GLAS besteht die Möglichkeit, im Hauptprogramm lediglich die Geometrie sowie die Belastungssituation des zu bemessenden Bauteils zu definieren. Die zugehörigen Lagerbedingungen und alle weiteren bemessungsrelevanten Definitionen, wie zum Beispiel Scheibenaufbau und Lagerbedingungen, können weiter im Modul angegeben werden.
Die Lastart Vorspannung war in den Dlubal-Programmen bislang immer eine Anfangsvorspannung. Es wurde die definierte Lastgröße aufgebracht und je nach Steifigkeit des umliegenden Systems blieb die Vorspannung mehr oder minder als Normalkraft im Seil übrig.
Im Bereich des Glasbaus gibt es verschiedene Gläser und Schichtaufbauten, die zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden. Im klassischen Fall sind diese: Floatglas, TVG (Teilvorgespanntes Glas) und ESG (Einscheibensicherheitsglas).
Die Modellierung von flächigen Bauteilen wie Scheiben ist generell nur in RFEM möglich. Ist es in einem bestimmten Fall erforderlich, die aussteifende Wirkung einer Scheibe zu definieren, so kann dies auch in RSTAB simuliert werden.
In einem System können zahlreiche Nichtlinearitäten vorhanden sein. Um diese in einer Dynamischen Analyse realitätsnah abzubilden wurde das Zusatzmodul RF-DYNAM Pro - Nichtlinearer Zeitverlauf entwickelt. Zur Anwendung des Zusatzmoduls wird im Folgenden die Vorgehensweise anhand eines Beispiels beschrieben.
Die Berechnung in RFEM erfolgt meist in mehreren Rechenschritten, den sogenannten Iterationen. Damit können zum einen besondere Modelleigenschaften berücksichtigt werden wie beispielsweise Objekte mit nichtlinearen Funktionen. Zum anderen werden durch eine iterative Berechnung nichtlineare Effekte erfasst, die sich durch Verformungs- und Schnittgrößenänderungen bei Theorie II. Ordnung oder unter Berücksichtigung großer Verformungen (Seiltheorie) ergeben. Bei komplexen Modellen sind geometrisch lineare Berechnungen in der Regel nicht ausreichend.
RFEM und RSTAB können als Vertreter der allgemeinen Stab- beziehungsweise FEM-Programme eine Vielzahl von Teilgebieten des Bauwesens abdecken. So ist auch die Bemessung von Seiltragwerken in beiden Software-Lösungen möglich. Im Folgenden sollen einige Modellierungs- und Bemessungshilfen vorgestellt werden.
Gittermasten stellen typische Anwendungsfälle im Stahlbau dar. Beispiele für diese spezielle Art von Fachwerkkonstruktionen sind Antennen- und Freileitungsmasten oder Stützen für Windkraftanlagen, Seilbahnen und Gerüstkonstruktionen. Die Modellierung kann in RFEM und RSTAB individuell durch die Eingabe der einzelnen Mastelemente erfolgen. Hierzu lassen sich verschiedene Kopierfunktionen und parametrisierte Eingabemöglichkeiten nutzen. Diese Vorgehensweise ist in der Regel mit Aufwand verbunden. Komfortabler gestaltet sich die Modellierung über vorkonfektionierte Katalogelemente des sogenannten Blockmanagers, die bei der Programminstallation automatisch hinterlegt werden. Damit lassen sich Mastschüsse, Bühnen, Antennenträger, Kabelschächte et cetera als parametrisierte Bausteine für die Generierung verschiedener Mastkonstruktionen nutzen.
Seil- und Membrankonstruktionen gelten als sehr schlanke und ästhetische Baukonstruktionen. Die teils sehr komplexen doppelt gekrümmten Formen können über geeignete Formfindungsalgorithmen gefunden werden. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.
Bei Scheibentragwerken sollte stets auf eine realitätsnahe Definition der Lagerungsbedingungen geachtet werden. Je nachdem, in welcher Art und Weise die Nachgiebigkeit der Lagerung definiert wird, ergeben sich zum Teil deutliche Unterschiede in den Ergebnissen.
Die Belastung von Isolierglasscheiben auf Grund klimatischer Einwirkungen sind in der DIN 18008 klar geregelt. Diese Art der Belastung kann bei entsprechender Scheibengeometrie auch maßgebend für die Bemessung im Zustand der Tragfähigkeit werden. Eine FE-Bemessung am Gesamtsystem mit Abbildung des SZR als Gasvolumen liefert exakte Ergebnisse zur Analyse. Im Gegenzug gewinnt jedoch auch eine stichpunktartige Plausibilitätskontrolle immer mehr an Bedeutung. Nachfolgend werden verschiedene Optionen aufgezeigt, wie diese Kontrollen durchgeführt werden können.
Die Bemessung von Isolierglasscheiben stellt unter anderem auch besondere Anforderungen an den Lastangriffspunkt der Belastung dar. Es können dabei beispielsweise Windlasten und Lasten aus einer Absturzsicherung auftreten. Dabei sollte die Windbelastung auf die äußere und die Belastung aus der Absturzsicherung auf die innere Scheibe wirken.
Das Zusatzmodul RF-FORMFINDUNG ermittelt in RFEM Gleichgewichtsformen von Membran- und Seilelementen. In diesem Berechnungsprozess sucht das Programm für die Membran- und Seilelemente eine geometrische Lage, in der die Oberflächenspannung/Vorspannung der Membranen und Seile im Gleichgewicht mit den natürlichen und geometrischen Randreaktionen steht. Dieser Prozess heißt Formfindung (nachfolgend FF genannt). Die FF-Berechnung wird in RFEM global in den "Basisangaben" eines Modells im Register "Optionen" aktiviert. Nach Aktivierung werden in RFEM ein Lastfall beziehungsweise ein Berechnungsprozess mit dem Namen RF-FORMFINDUNG angelegt und für die Seil- und Membraneingabe zusätzlich FF-Parameter zur Definition der Oberflächenspannung und Vorspannung freigeschaltet. Die Aktivierung der FF-Option bedeutet für das Programm, dass vor der reinen strukturellen Berechnung der Schnittgrößen, Verformung, Eigenwerte etc. immer zuerst der Formfindungsprozess gestartet und für die Folgeberechnung ein entsprechend vorgespanntes Modell vorgegeben wird.
Durch die Transparenz des Werkstoffes Glas darf dieser in keinem Bauwerk fehlen. Neben den typischen Einsatzfeldern von zum Beispiel Fenstern wird der Baustoff zunehmend auch in den Gewerken der Fassade, bei Vordächern oder auch als Ausfachung bei Treppen verwendet. Dabei wird natürlich von den planenden Architekten oftmals ein sehr hohes Maß an Transparenz an die Befestigung der Glasscheiben gestellt. Hierzu werden die sogenannten Punkthalter für Glasscheiben benötigt.
Bei der Bemessung von Isolierglasscheiben mit RF-GLAS wurde als neues Feature die Zuordnung der Klimalasten zu Lastfällen implementiert. Die Klimalasten teilen sich hierbei in drei verschiedene Kategorien auf: die Temperaturdifferenz, die atmosphärische Druckdifferenz sowie die Höhendifferenz.
Der Formfindungsprozess in RFEM sucht einen Gleichgewichtszustand, bei dem die definierten Vorspannungen der Membranen und die Vorspannungen beziehungsweise Längenänderungen der Seilelemente mit den Randreaktionen im Gleichgewicht stehen. Hierbei gibt das Programm die Möglichkeit, einen isotropen oder einen orthotropen Vorspannungszustand für die Membranen zu definieren.
In RFEM ist es auch möglich, bereits in RSTAB modellierte Strukturen mit Belastung und Lastfällen zu öffnen und weiter zu bearbeiten. Dies kann zum Beispiel dann erforderlich werden, wenn während der Modelleingabe festgestellt wird, dass es sinnvoll ist, Flächenelemente wie Wandscheiben etc. in das bestehende RSTAB-Modell aufzunehmen.
RF-BETON Flächen bemisst Platten, Scheiben, Faltwerke und Schalen in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. Die aus dieser Bemessung resultierende Bewehrung kann in RFEM 5 grafisch an den Flächen der Struktur mittels Isolinien dargestellt werden. Zur Bewehrungsplanung kann es hilfreich sein, die Ergebnisse als Verlauf von Isolinien in eine DXF-Datei zu exportieren, um diese als Hintergrundfolie in einer CAD-Anwendung einzulesen.
Das Zusatzmodul RF-FORMFINDUNG wird in den Modell-Basisangaben im Register "Optionen" aktiviert. Diese Aktivierung bewirkt, dass im Hauptprogramm die Membran- und Seilelemente ein zusätzliches Menü zur Beschreibung des Vorspannungszustandes erhalten und ein Lastfall RF-FORMFINDUNG angelegt wird.
Seit Version X.04.0096 ist es möglich, auch andere Material-Kategorien als Nadelholz, Laubholz und Brettschichtholz nach EN 1995-1-1 als Stab zu bemessen. Das Bemessungsspektrum wurde für die Material-Kategorien LVL, Sperrholz, OSB-/Faser-/Spanplatten erweitert. Um die Auswahl in der Materialbibliothek zu erleichtern, wurde dort ein weiterer Filter eingebaut, mit welchem sich gezielt nach der Eigenschaft Platten- oder Scheibenbeanspruchung filtern lässt.
In RFEM besteht die Möglichkeit, Seile mit Hilfe von Umlenkrollen zu erstellen und zu berechnen. Dazu dient der Stabtyp "Seil an Scheibe". Er eignet sich für Flaschenzugsysteme, an denen die Längskräfte über Umlenkrollen geleitet werden.