Die Windrichtung spielt bei der Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen eine entscheidende Rolle. Sie ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung, wie Windkräfte mit Bauwerken interagieren, und beeinflusst die Verteilung des Winddrucks und folglich die Maßnahmen hinsichtlich der Statik. Das Verständnis zur Auswirkung der Windrichtung ist unerlässlich, um Konstruktionen zu entwickeln, die wechselnden Windkräften standhalten sollen und somit die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken gewährleisten. Einfach ausgedrückt hilft die Anströmrichtung bei der Feinabstimmung von CFD-Simulationen und der Anleitung von statischen Bemessungsprinzipien, eine optimale Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber windinduzierten Effekten zu erzielen.
Ein Standardszenario im Holzstabbau ist die Möglichkeit, kleinere Stäbe mittels Auflager auf einem größeren Trägerstab zu verbinden. Darüber hinaus können die Stabendbedingungen eine ähnliche Situation umfassen, in der der Träger auf einem Lagertyp lagert. In beiden Fällen muss der Träger unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung gemäß NDS 2018 Abschnitt 3.10.2 und CSA O86:19 Abschnitte 6.5.6 und 7.5.9 festgelegt sind. In allgemeinen Statikprogrammen ist es in der Regel nicht möglich, diesen vollständigen Nachweis durchzuführen, da die Lagerfläche unbekannt ist. In der neuen Generation von RFEM 6 und dem Add-On Holzbemessung ist es nun mit der Funktion 'Bemessungsauflager' möglich, die Nachweise nach NDS und CSA für Lager senkrecht zur Faserrichtung zu führen.
Dieser Beitrag beschreibt, wie in RFEM 6 die Flachdecke eines Wohnhauses modelliert und nach Eurocode 2 bemessen wird. Die Platte ist 24 cm dick und wird in x- und y-Richtung im Abstand von jeweils 6,75 m auf Stützen mit einer Länge von 45/45/300 cm gelagert (Bild 1). Die Stützen werden als elastische Knotenlager modelliert, indem die Federsteifigkeit aus den Randbedingungen ermittelt wird (Bild 2). Als Materialien werden Beton C35/45 und Betonstahl B 500 S (A) für die Bemessung angesetzt.
In RFEM gibt es die Möglichkeit, sich die Resultierende eines Schnittes beziehungsweise einer Freigabe ausgeben zu lassen. In diesem Beitrag soll geklärt werden, auf welchen Teil der Schnittfläche diese wirkt. Am einfachsten wäre es, die Resultierende auf ein Schnittufer der Fläche zu beziehen. Da jedoch ein Schnitt auch durch mehrere Flächen mit unterschiedlichen lokalen Koordinatensystemen verlaufen kann, ist die Aussage mittels Schnittufer nicht möglich.
Sollen Hilfsobjekte in der Gesamtansicht (F8-Taste oder Doppelklick auf das Mausrad) oder zum Beispiel bei den Ansichten in eine bestimmte Richtung berücksichtigt werden, so kann dies in den Einstellungen der jeweiligen Hilfsobjekte (Hilfslinien, Hintergrund-Folien, Linienraster) aktiviert werden.
In den Zusatzmodulen RF-/HOLZ Pro, RF-/HOLZ AWC und RF-/HOLZ CSA ist es möglich, die resultierende Verformung eines Stabes oder Stabsatzes zu berücksichtigen. Neben den lokalen Richtungen y und z steht die Option "R" zur Verfügung. Damit kann die Gesamtdurchbiegung eines Trägers den in den Normen angegebenen Grenzwerten gegenübergestellt werden.
Über die entsprechende Option im "Zeigen-Navigator" können die Flächen im Rendering nach der Richtung der lokalen z-Achse eingefärbt werden. Standardmäßig werden die Seite, die in negativer z-Richtung liegt, rot und die diejenige, die in positiver z-Richtung liegt, blau eingefärbt.
Vor Erstellung eines statischen Modells macht sich jeder Anwender Gedanken über die Randparameter des Systems und wie das Modell am besten abgebildet werden kann. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei auch auf die Orientierung des globalen Koordinatensystems gelegt werden. Im ingenieurtechnischen Bereich wird die globale Z-Achse in der Regel nach unten orientiert (in Richtung der Eigengewichtskraft), wobei sie im architektonischen Bereich meist nach oben ausgerichtet verläuft. Diese Unterschiede können oftmals zu Schwierigkeiten bei der Modellierung führen, beispielsweise beim Austausch von Gesamtmodellen oder DXF-Folien.
Der Querkraftwiderstand VRd,c ohne rechnerische Querkraftbewehrung nach 6.2.2, EN 1992-1-1 [1] oder 10.3.3, DIN 1045-1 [2] wird in Abhängigkeit des Längsbewehrungsgrades berechnet. Wird für der Berechnung von VRd,c die erforderliche Längsbewehrung aus der Biegebemessung angesezt, so führt dies zu einer Unterschätzung des Querkraftwiderstandes ohne Schubbewehrung in der Nähe von gelenkigen Endauflagern. Die erforderliche Biegebewehrung nimmt im Gegensatz zur Querkrafteinwirkung in Richtung Auflager ab. Zusätzlich weicht in der Regel im Endauflagerbereich die tatsächlich eingelegte Längsbewehrung erheblich von der erforderlichen Biegebewehrung ab (zum Beispiel bei ungestaffelter Balkenbewehrung).
Die Bemessung der Flächenbewehrung erfolgt in RF-BETON Flächen mittels eines frei definierbaren Bewehrungsnetzes. In der grafischen Anzeige der Ergebnisse von RF-BETON Flächen in RFEM ist die Anzeige der Bewehrungsrichtung durch Aktivierung des Bewehrungspfeils möglich, der die Bewehrungsrichtung symbolisiert.
Aus konstruktiven Gründen kann es notwendig werden, dass eine Fußplatte nicht zentrisch auf ein Fundament aufgesetzt wird. Daher ist in RF-/JOINTS Stahl - Stützenfuß eine exzentrische Anordnung der Fußplatte über die Eingabe der Parameter für die jeweilige Richtung in Maske 1.4 möglich.
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.
Modelltechnisch besteht ein ideales Gas aus frei schwirrenden ausdehnungslosen Masseteilchen in einem Volumenraum. In diesem Raum bewegt sich jedes Teilchen mit einer Geschwindigkeit in eine Richtung. Der Stoß eines Teilchens an ein anderes Teilchen oder die Volumenbegrenzungen führt zu einer Ablenkung und Veränderung der Geschwindigkeit der Beteiligten.
In räumlichen Tragwerken spielt die Stablage eine wichtige Rolle für die Ermittlung der Schnittgrößen. Die Ausrichtung der Stabachsen kann zum einen durch einen globalen Querschnittsdrehwinkel, zum anderen durch einen stabspezifischen Stabdrehwinkel definiert werden. Diese beiden Winkel werden addiert, um die Lage der Stab-Hauptachsen im 3D-Modell festzulegen.
Üblicherweise werden Verbundträger in einer dreidimensionalen Analyse über orthotrope Platten gekoppelt. Die Längsrichtung der Plattensteifigkeit wird dabei durch einen Hauptträger definiert und die Querrichtung durch eine orthotrope Platte. Die Steifigkeit der Platte in Längsrichtung wird hierbei annähernd zu null gesetzt. Die Ermittlung der Steifigkeiten in der orthotropen Platte wird unten erläutert.
In RF-PIPING können jetzt auch Axialkompensatoren verwendet werden. Diese dienen zur Aufnahme von Ausdehnungs- und Druckbewegungen in Achsenrichtung aufgrund von Wärmedehnungen der Rohrleitung.
Es gibt zwei Möglichkeiten, um in RF-/FE-BGDK exzentrische Knotenlasten anzugeben. Zunächst muss die Knotenlast an sich in der richtigen Richtung angesetzt werden. Danach muss entweder das resultierende Torsionsmoment oder die Exzentrizität angesetzt werden.
Sollen Knotenlager nur in bestimmte Richtungen wirken, kann ein Ausfall definiert werden. Als Beispiel soll hier ein Einfeldträger dienen, dessen rechtes Auflager nur positive vertikale Lasten aufnehmen kann. Die Belastung setzt sich aus einer vertikalen Soglast sowie einer horizontalen Last zusammen. Für den Ausfall stehen jedoch 2 Optionen zur Verfügung:
1) "Ausfall, falls PZ' negativ"
2) "Ausfall alle, falls PZ' negativ"
Der Unterschied soll in der Grafik verdeutlicht werden.
In RF-/DYNAM Pro - Ersatzlasten steht seit der Version X.06.3039 eine vorzeichengerechte Überlagerung der Ergebnisse auf Basis der dominanten Eigenform zur Verfügung. Bei der modalen Überlagerung der Ergebnisse aus den einzelnen Eigenformen muss eine quadratische Überlagerungsvorschrift verwendet werden. In RFEM und RSTAB stehen dafür die SRSS- und die CQC-Regel zur Auswahl. Auch dürfen nur Ergebnisse und keine Lasten direkt überlagert werden. Der Grund liegt in den Eigenformen einer Struktur, welche beliebig skaliert und damit auch richtungsvariabel sind.
Knotenlager werden standardmäßig bezogen auf das globale Achsensystem definiert. Je nach Situation kann jedoch eine Knotenlagerdrehung erforderlich werden. Als Beispiel soll eine Bodenplatte mit Pfahlgründung dienen. Die Pfähle stehen aus geologischen Gründen nicht senkrecht, sondern schief im Erdreich. Die Endpunkte der Pfähle werden jeweils mit einem Knotenlager versehen, welches nur Kräfte entlang der Bohrpfahlrichtung aufnehmen kann. Hierzu ist eine Drehung der Knotenlager nötig. Die Möglichkeiten hierfür wurden bereits in vorangegangenen Beiträgen erwähnt.
Bei der Modellierung von bogenförmigen Stäben ist eventuell schon einmal die in der Grafik dargestellte Problematik aufgefallen. Es scheint, als ob sich der Querschnitt des Stabes verdrillt beziehungsweise eine aufgebrachte Last bezogen auf die lokale z-Achse die Richtung ändert. Doch wie kommt dies zu Stande?
Soll die im Bild dargestellte Struktur um die globale Y-Achse gedreht werden, so ist dies zunächst nicht ohne Weiteres möglich. Um ein besseres Handling zu erzielen, ist immer die Achse gesperrt, in die man blickt. Bei sehr hohen Strukturen kann es jedoch hilfreich sein, die Ansicht um 90 Grad um die Blickrichtung zu drehen.
Verbandsdiagonalen erhalten in der Regel den Stabtyp "Zugstab". Hierbei sind ein paar Besonderheiten zu beachten, denn bei gleichmäßigen, symmetrischen Strukturen und ausschließlich vertikalen Lasten kommt es häufig zu Fehlermeldungen wie dieser: "Das Modell ist instabil im Knoten Nr. 20. Frei verschieblich in Y-Richtung."
Bei der Lastdefinition von Knotenlasten bestehen nun mehrere einfache Möglichkeiten diese zu drehen:~ Drehung mittels Winkel um die globalen Koordinatenachsen in bestimmter Reihenfolge~ Ausrichtung am benutzerdefinierten Koordinatensystem~ Richtung zum bestimmten Knoten~ Ausrichtung mittels zweier Knoten~ In Richtung eines Stabes/einer Linie
In RFEM wurde die Temperaturbelastung um eine Richtung erweitert. Nun ist es auch möglich, Temperaturbelastungen radial auf eine Struktur aufzubringen. Die Definition der Belastung erfolgt dabei über einen Außen- und Innenknoten und eine Achse, um welche die radiale Belastung aufgebracht wird.
Oftmals ist es nötig, das FE-Netz von Flächenelementen an die geometrische Struktur anzupassen. In RFEM stehen hierzu verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Die Achsen der FE-Elemente können beispielsweise um einen Punkt gedreht, in Richtung eines Punktes ausgerichtet oder an einem benutzerdefinierten Koordinatensystem orientiert werden. Als weitere Option kann auch die Orientierung parallel einer Linie ausgewählt werden, und im Speziellen können hierbei auch mehrere Linien angegeben beziehungsweise ausgewählt werden.
Zur Reduktion der von RF-BEWEG Flächen zu generierenden Lasten können Einflussflächen für einen gewählten Punkt berücksichtigt werden. Die Einflussflächen werden dabei mit RF-INFLUENCE ermittelt. Diese Vorgehensweise ist in den Fällen sinnvoll, wo nur ungünstig wirkende Lasten betrachtet werden sollen. Entsprechend der ungünstigen Wirkung muss vom Anwender die Richtung positiv oder negativ gewählt werden.