Um einen Unterzug oder Plattenbalken in RFEM 6 und dem Add-On 'Betonbemessung' richtig zu bemessen, ist die Ermittlung der 'Flanschbreiten' bei den Rippenstäben entscheidend. Dieser Beitrag geht auf die Eingabemöglichkeiten bei einem Zweifeldträger und die Berechnung der Flanschabmessungen nach EN 1992-1-1 ein.
Wie Sie vielleicht bereits wissen, bietet Ihnen RFEM 6 die Möglichkeit, Materialnichtlinearitäten zu berücksichtigen. In diesem Beitrag wird erläutert, wie Schnittgrößen in Platten, die mit nichtlinearem Material modelliert wurden, ermittelt werden.
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.
Der Durchstanznachweis nach EN 1992-1-1 ist für Platten mit Einzellast beziehungsweise für Platten mit Reaktion zu führen. Als Durchstanzknoten bezeichnet man einen Knoten, an welchem der Nachweis des Durchstanzens geführt wird (d.h. an dem ein Durchstanzproblem vorliegt). An diesen Knoten kann die Einzellast durch Stützen, Einzelkraft oder Knotenlager eingeleitet werden. Da bei Platten auch das Ende der linienförmigen Lasteinleitung als Einzellast angesehen wird, sollte auch die Schubtragfähigkeit an Wandenden, Wandecken sowie bei Linienlasten und Linienlagern kontrolliert werden.
Bei der Modellierung von statischen Tragsystemen, insbesondere von Hallentragwerken, kann es vorkommen, dass einige Konstruktionen im Gründungsbereich, welche für das aufgehende Tragwerk ohne Einfluss sind, in RFEM beziehungsweise RSTAB nicht modelliert werden. Dabei handelt es sich bei Hallentragwerken beispielsweise um Stahlbeton-Bodenplatten, Streifenfundamente oder Zugbänder zwischen den Stützenfundamenten.
Der deutsche Anhang zur EN 1992-1-1 empfiehlt in der nationalen Ergänzung NCI zu Abschnitt 9.2.1.2 (2) die Zugbewehrung in der Gurtplatte von Plattenbalkenquerschnitten höchstens auf einer Breite entsprechend der halben rechnerischen effektiven Gurtbreite beff,i nach Gleichung (5.7a) anzuordnen.
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.
Im Zusatzmodul RF-/FUND Pro kann die automatische Dimensionierung der Fundamentplattengeometrie ausgewählt werden. Im Dialog für die Auslegungsparameter der Fundamentplatte kann man beispielsweise die Schrittweite für die Vergrößerung der Sohlfläche und der Fundamentplattendicke vorgegeben. Auch eine automatische Erhöhung der Überschüttung zur stabilisierenden Wirkung bei den geotechnischen Nachweisen ist möglich.
In RF-/FUND Pro besteht auch die Möglichkeit, unbewehrte Fundamentplatten nach Kapitel 12.9.3, EN 1992-1-1 [1] zu berechnen. Hierzu ist in den Detaileinstellungen im Dialogbereich "Fundamentplatte" das Kontrollfeld "Ohne Biegebewehrung nach 12.9.3" zu aktivieren.
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.
Beton allein zeichnet sich durch seine Druckfestigkeit aus. Der Anteil an Bewehrungsstahl trägt zur Verstärkung des Betons bei, dank seiner Widerstandsfähigkeit bei Druck und vor allem bei Zug. Diese Bewehrungen werden in der Regel in den Zugzonen der Träger oder Flächenelemente (Betonplattendecke, Wand, Schale) gesetzt, um die durch äußere Beanspruchung hervorgerufenen Zugkräfte aufzunehmen.
Spannbeton-Fertigdecken bestehen aus zusammengesetzten, einachsig gespannten Hohlplatten mit einer Breite von ca. 1,20 m. Diese Elemente werden im Fertigteilwerk mit sofortigem Verbund vorgespannt. Die Fertigung erfolgt in der Regel mit Gleitfertigern. Aufgrund des geringeren Eigengewichtes der Hohlplattendecke und der vorhandenen Vorspannung besitzen diese Spannbeton-Fertigdecken eine geringere Durchbiegung als nur schlaff bewehrte Decken aus Vollbeton.
Bei der Definition der mitwirkenden Plattenbreite von Plattenbalken stehen in RFEM vordefinerte Breiten zur Verfügung, die mit 1/6 und 1/8 der Stablänge ermittelt werden. Die Hintergründe dieser beiden Faktoren werden näher erläutert.
Laut Heft 631 des DAfStb, Kapitel 2.4 ändert sich das Tragverhalten von Decken, wenn deren kontinuierliche Stützung durch Wände in Bereichen von Öffnungen unterbrochen wird. In Abhängigkeit der Länge des Öffnungsbereiches und der Plattendicke sind Maßnahmen bezüglich der Untersuchung der Decke im Bereich der Öffnung nötig.
Die Bemessung von biegesteifen Stirnplattenverbindungen gestaltet sich besonders für vierreihige Anschlussgeometrien und mehrachsige Biegebeanspruchungen komplex, da es an offiziellen Bemessungsverfahren mangelt.
Setzungen im Tragwerk können sich auch auf umliegende Bauwerke auswirken. Die Mitnahmeeffekte von getrennten Platten können mit RF-SOILIN mit einem kleinen Hilfsmittel berücksichtigt werden.
Die Bemessung von Stahlbetonflächen für Decken, Platten und Wände ist im Zusatzmodul RF-BETON Flächen nach ACI 318-19 bzw. CSA A23.3:19 möglich. Ein gängiger Ansatz bei der Plattenbemessung ist die Verwendung von Bemessungsstreifen zur Ermittlung der durchschnittlichen Schnittgrößen in eine Richtung über die Breite des Streifens. Dieses Verfahren mit Bemessungsstreifen nimmt im Grunde ein beidseitiges Plattenelement und wendet darauf einen einfacheren einseitigen Ansatz an, um die erforderliche Bewehrung entlang der Streifenlänge zu ermitteln.
Stahlfaserbeton wird heutzutage vor allem für Industriefußböden beziehungsweise Hallenböden, gering beanspruchte Fundamentplatten, Kellerwände und Kellersohlen eingesetzt. Seit der Veröffentlichung der ersten DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton im Jahre 2010 liegt dem Tragwerksplaner ein bauaufsichtlich eingeführtes Regelwerk für die Bemessung des Verbundwerkstoffes Stahlfaserbeton vor, wodurch der Einsatz von Faserbeton in der Baupraxis immer beliebter wird. Dieser Artikel geht auf die Vorgehensweise der nichtlinearen Berechnung einer Fundamentplatte aus Stahlfaserbeton im Grenzzustand der Tragfähigkeit im FEM-Programm RFEM ein.
Bei der Abbildung einer Rippe aus Stahlbeton mit darüberstehender Mauerwerkswand besteht die Gefahr einer Unterbemessung der Rippe, wenn das Tragverhalten des Mauerwerks nicht korrekt berücksichtigt und die Verbindung zwischen Mauerwerkswand und Unterzug nicht ausreichend genau modelliert wird. Dieser Artikel soll sich mit dieser Problematik und den möglichen Modellierungen einer solchen Konstruktion auseinandersetzen. Im Beispiel wird die Bewehrung rein aus den Schnittgrößen und ohne jegliche konstruktive Mindestbewehrung ermittelt.
Stahlfaserbeton wird heutzutage vor allem für Industriefußböden beziehungsweise Hallenböden, gering beanspruchte Fundamentplatten, Kellerwände und Kellersohlen eingesetzt. Seit der Veröffentlichung der ersten DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton im Jahre 2010 liegt dem Tragwerksplaner ein bauaufsichtlich eingeführtes Regelwerk für die Bemessung des Verbundwerkstoffes Stahlfaserbeton vor, wodurch der Einsatz von Faserbeton in der Baupraxis immer beliebter wird. Dieser Artikel geht auf die einzelnen Materialparameter des Stahlfaserbetons sowie auf die Umsetzung dieser Materialparameter in dem FEM-Programm RFEM ein.
Bei Kontrollrechnungen und Vergleich der Schnittgrößen und der daraus resultierenden erforderlichen Bewehrung von Unterzügen tauchen teilweise große Unterschiede auf. Obwohl dieselben Lastannahmen und Stützweiten angesetzt werden, geben einige Programme beziehungsweise die Handrechnung stark abweichende Schnittgrößen gegenüber dem FEM-Modell aus. Die Unterschiede treten auch bereits beim zentrischen Stab auf und ohne Berücksichtigung der Schnittgrößenanteile aus den gegebenenfalls mitwirkenden Plattenbreiten.
Gemäß Abschnitt 6.6.3.1.1 und Abschnitt 10.14.1.2 von ACI 318-14 bzw. CSA A23.3-14 berücksichtigt RFEM effektiv die Reduzierung der Steifigkeit von Betonstäben und -flächen für verschiedene Elementtypen. 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.
Bemessen werden soll ein Montagestoß aus Hohlprofilen mit Stirnplatten. Es handelt sich hierbei um den Untergurt eines Fachwerkträgers, welcher aus Transportgründen geteilt werden muss.
Die Aussteifung von Holzbauten erfolgt üblicherweise über Holztafeln. Hierfür werden plattenartige Werkstoffe (Grobspanplatten, OSB) mit Stäben verbunden. In mehreren Beiträgen werden die Grundlagen dieser Bauweise und die Berechnung im Programm RFEM erläutert. In diesem ersten Beitrag wird die grundlegende Ermittlung der Steifigkeiten sowie die Berechnung erläutert.
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.
Bei Hängekranen wird der Untergurt des Kranbahnträgers zusätzlich zur globalen Haupttragwirkung durch die Radlasten auf lokale Flanschbiegung beansprucht. Der Untergurt verhält sich infolge dieser lokalen Biegespannungen plattenartig und weist einen zweiachsigen Spannungszustand auf [1].
Zur Nachweisführung einer gelenkigen Stirnplattenverbindung bietet RFEM folgende Möglichkeiten. Zunächst besteht in RF-JOINTS Stahl - Gelenkig die Möglichkeit einer schnellen und simplen Eingabe der entsprechenden Parameter, um anschließend einen dokumentierten Nachweis inklusive Grafik zu erhalten. Alternativ kann man in RFEM einen solchen Anschluss individuell modellieren und die Ergebnisse entsprechend beurteilen beziehungsweise manuell nachweisen. Im folgenden Beispiel werden die Besonderheiten dieser Modellierung erklärt und exemplarisch die Scherkräfte der Schrauben mit den entsprechenden Ergebnissen aus RF-JOINTS Stahl - Gelenkig verglichen.
Eine effiziente Bemessung von vorgespannten Bauteilen erfordert einige zusätzliche Schritte, welche über die standardmäßige Stahlbetonbemessung hinausgehen, angefangen von der Modellierung von Spanngliedern, über Ersatzlastenberechnung bis hin zum Nachweis der Querschnittstragfähigkeit. Es ist daher wichtig, dass eine Software für die Spannbetonbemessung strukturiert aufgebaut und eine Navigation im Programm möglich ist. RFEM mit den beiden Zusatzmodulen RF-TENDON und RF-TENDON Design erfüllt diese Anforderungen und ermöglicht dem Planer die vollständige Bemessung von vorgespannten Trägern, Rahmen, Platten, Gebäuden und Brücken nach EN 1992-1-1 mit nationalen Anhängen und SIA 262.
In diesem Beispiel soll nur die Tragfähigkeit der Stirnplatte nach EN 1993-1-8 [1] ermittelt werden, auf die übrigen Komponenten wird hierbei nicht eingegangen. Für die Kontrolle der Ergebnisse wurden die Abmessungen des Anschlusses IH 3.1 B 30 24 der Typisierten Anschlüsse [2] verwendet. Als Material wird S 235 verwendet und Schrauben mit der Festigkeit 10.9.
Um die Mitwirkung von Platten, welche als Zug- oder Druckgurt wirken sollen, sicherzustellen, müssen diese schubfest an den Steg angeschlossen werden. Dieser Anschluss wird analog zur Schubübertragung in der Fuge zwischen Betonierabschnitten über die Zusammenwirkung Druck- und Zugstreben erreicht. Um die Schubtragfähigkeit zu gewährleisten, muss nachgewiesen werden, dass die Druckstrebentragfähigkeit gegeben ist und die Zugstrebenkraft von der Querbewehrung aufgenommen werden kann.