Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Der modale Relevanzfaktor ist ein Ergebnis der linearen Stabilitätsanalyse und beschreibt qualitativ den Grad der Partizipation einzelner Stäbe an einer spezifische Eigenform.
Um den Einfluss lokaler Stabilitätsphänomene schlanker Bauteile bewerten zu können, bieten RFEM 6 und RSTAB 9 die Möglichkeit eine lineare Verzweigungslastanalyse auf Querschnittsebene durchzuführen. Der folgende Beitrag widmet sich den Grundlagen der Berechnung sowie der Ergebnisinterpretation.
Wenn am Oberflansch eine Betondecke vorliegt, wirkt sie als seitliche Abstützung (Verbundbau) und verhindert ein Biegedrillknick-Stabilitätsproblem. Bei einem negativen Verlauf des Biegemoments steht der Unterflansch unter Druck und der Oberflansch unter Zug. Wenn die seitliche Stützung durch die Steifigkeit des Steges nicht ausreicht, in diesem Fall ist der Winkel zwischen dem unteren Flansch und der Stegschnittlinie variabel, sodass die Möglichkeit einer Forminstabilität des Unterflansches besteht.
Für Stabilitätsnachweise bei Stäben nach dem Ersatzstabverfahren ist die Definition von Knicklängen bzw. Biegedrillknicklängen notwendig, um die Verzweigungslast für das Stabilitätsversagen zu ermitteln. In diesem Beitrag wird eine RFEM 6-spezifische Funktion vorgestellt, mit der man den Knotenlagern eine Exzentrizität zuweisen und damit Einfluss auf die Ermittlung des im Stabilitätsnachweis berücksichtigten kritischen Biegemoments nehmen kann.
Das Verfahren zu Stabilitätseffekten in elastischen Untersuchungen gemäß CSA S16:19 in Anhang O.2 ist eine Alternative zum Vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3. In diesem Beitrag werden die Anforderungen des Anhangs O.2 und die Anwendung in RFEM 6 beschrieben.
Windschutzkonstruktionen sind spezielle textile Konstruktionen, die die Umwelt vor schädlichen chemischen Partikeln schützen sowie Winderosion eindämmen sollen, und dabei helfen wertvolle Ressourcen zu erhalten. RFEM und RWIND werden für die Wind-Tragwerk-Analyse zur einseitigen Fluid-Struktur-Kopplung (fluid-structure interaction (FSI)) eingesetzt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Windschutzkonstruktionen mit RFEM und RWIND statisch bemessen werden können.
In diesem Fachbeitrag werden verschiedene Verfahren für einen in EN 1993-1-1:2005 aufgeführten Stabilitätsnachweis und deren Anwendung im Programm RFEM 6 erläutert.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ermittlung der Nennbiegefestigkeit Mnlb für den Grenzzustand des örtlichen Beulens bei der Bemessung nach dem Aluminum Design Manual (ADM) 2020 erläutert.
In diesem Beitrag wird gezeigt, wie das Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) in Kombination mit dem Add-On Strukturstabilität verwendet wird, um die Querschnittsverwölbung als zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Stabilitätsanalyse zu berücksichtigen.
In diesem Beitrag wird anhand eines praktischen Beispiels gezeigt, wie Verzweigungslastfaktoren und zugehörige Eigenformen in RFEM 6 ermittelt werden können.
Der Vorteil des RFEM 6 Add-Ons Stahlanschlüsse besteht darin, dass man Stahlverbindungen mit Hilfe eines FE-Modells untersuchen kann, dessen Modellierung vollautomatisch im Hintergrund abläuft. Die Eingabe der Stahlverbindungskomponenten, die die Modellierung steuert, kann über eine manuelle Definition der Komponenten oder mithilfe der in der Bibliothek verfügbaren Vorlagen erfolgen. Letzteres wurde bereits in einem früheren Fachbeitrag mit dem Titel "Definition von Stahlanschlusskomponenten mithilfe der Bibliothek" behandelt. Die Definition von Parametern für die Bemessung von Stahlanschlüssen ist das Thema des Fachbeitrags "Bemessung von Stahlanschlüssen in RFEM 6".
Das Add-On Aluminiumbemessung für RFEM 6 bemisst Stäbe aus Aluminium für den Zustand der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit nach Eurocode 9. Zudem ist eine Bemessung nach ADM 2020 (US-Norm) möglich.
Die Stahlnorm AISC 360-16 fordert, dass die Stabilität einer Struktur als Ganzes sowie jede ihrer einzelnen Elemente berücksichtigt werden. Hierzu stehen unter anderem die direkte Berücksichtigung im Nachweis, die Knicklängenmethode und das direkte Nachweisverfahren zur Verfügung. In diesem Beitrag sollen die wichtigen Anforderungen aus Kap. C [1] und das direkte Nachweisverfahren vorgestellt werden, was anhand einer Stahlstruktur erfolgt, die in RFEM 6 nachgewiesen wird.
Imperfektionen im Bauingenieurwesen gehen mit der produktionsbedingten Abweichung von Bauteilen von ihrer idealen Form einher. Imperfektionen werden meist dann in einer Berechnung angewendet, wenn für die Bauteile ein Kräftegleichgewicht am verformten System gesucht wird.
Bei den Stabilitätsnachweisen für den Ersatzstabnachweis nach EN 1993-1-1, AISC 360, CSA S16 und anderen internationalen Normen ist die Bemessungslänge (also die Knicklänge der Stäbe) zu berücksichtigen. In RFEM 6 kann die Knicklänge manuell durch Zuordnung von Knotenlagern und Knicklängenbeiwerten ermittelt oder aus dem Stabilitätsnachweis übernommen werden. Beide Möglichkeiten werden in diesem Beitrag anhand der Ermittlung der Knicklänge der Rahmenstütze in Bild 1 gezeigt.
Das neue Programm RFEM 6 bietet die Möglichkeit, Stabilitätsnachweise für gevoutete Holzträger nach dem Ersatzstabverfahren zu führen. Nach diesem Verfahren kann der Nachweis geführt werden, wenn die Vorgaben der DIN 1052 Abs. E8.4.2 für veränderliche Querschnitte eingehalten werden. In der Fachliteratur wird dieses Verfahren auch für den Eurocode 5 übernommen. In diesem Beitrag wird die Anwendung des Ersatzstabverfahrens bei einem gevouteten Dachträger (siehe Bild 1) gezeigt.
In diesem Fachbeitrag werden einige Grundlagen zur Nutzung des Add-Ons Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) vorgestellt. Dieses ist vollständig in das Hauptprogramm integriert und ermöglicht die Berücksichtigung der Querschnittsverwölbung bei der Berechnung von Stabelementen. Im Zusammenspiel mit den Add-Ons Stabilitätsanalyse und Stahlbemessung ist ein Biegedrillknicknachweis mit Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung von Imperfektionen möglich.
Durch die Selektionsmöglichkeiten im Ausdruckprotokoll können einzelne Beulfiguren mit zugehörigem Beulnachweis in Kurz- oder Langfassung der Detailergebnisse dargestellt werden.
RFEM und RSTAB können für jeden Lastfall LF und jede Lastkombination LK im Fall einer geometrisch nichtlinearen Berechnung (Theorie II. Ordnung und ff.) einen Verzweigungslastfaktor berechnen.
Die Stab-Randbedingungen beeinflussen das ideale Verzweigungsmoment bei Biegedrillknicken Mcr in entscheidender Weise. Für die Ermittlung wird im Programm ein ebenes Modell mit vier Freiheitsgraden verwendet. Die entsprechenden Beiwerte kz und kw können hierbei für normkonforme Querschnitte individuell definiert werden. Damit lassen sich die Freiheitsgrade beschreiben, die durch die Lagerungsbedingungen an den beiden Stabenden vorliegen.
Stabsätze werden in RF-/STAHL EC3 standardmäßig nach dem allgemeinen Verfahren (EN 1993-1-1, Kap. 6.3.4) auf Stabilität bemessen. Hierzu ist es notwendig, für das Ersatzsystem mit vier Freiheitsgraden die richtigen Lagerbedingungen zu bestimmen. Bei den heute üblichen 3D-Modellen kann man schnell die Übersicht über die Lage der Stabsätze im System verlieren.
Das Zusatzmodul RF-STABIL ermittelt die Verzweigungslastfaktoren, Knicklängen und Eigenformen von RFEM-Modellen. Die Stabilitätsuntersuchungen können dabei nach verschiedenen Eigenwertmethoden erfolgen, die je nach System und Rechnerkonfiguration ihre Vorteile haben.
Bei der statischen Analyse stabilitätsgefährdeter Bauteile mit den Modulen RF-STABIL (für RFEM) beziehungsweise RSKNICK (für RSTAB) kann eine Aktivierung der internen Teilung von Stäben erforderlich werden.
Häufig verhindern sehr kleine Torsionsmomente in den zu bemessenden Stäben bestimmte Nachweisformate. Um diese zu vernachlässigen und die Nachweise dennoch zu führen, kann man in RF-/STAHL EC3 einen Grenzwert definieren, ab dem Torsionsschubspannungen berücksichtigt werden.
Tragwerksstabilität ist kein neues Phänomen, wenn es um Stahlbemessung geht. Die kanadische Stahlbaunorm CSA S16 und ihre neueste Version 2019 stellen da keine Ausnahme dar. Ausführliche Stabilitätsanforderungen können entweder mit dem vereinfachten Stabilitätsanalyseverfahren in Abschnitt 8.4.3 behandelt werden, oder neu gemäß Version 2019 mit den Stabilitätseffekten im elastischen Analyseverfahren im Anhang O.
In der EN 1993-1-1 wurde mit dem Allgemeinen Verfahren ein Nachweisformat für Stabilitätsnachweise eingeführt, welches sich für ebene Systeme mit beliebigen Randbedingungen und veränderlicher Bauhöhe anwenden lässt. Die Nachweise können für eine Belastung in der Haupttragebene und gleichzeitiger Druckbeanspruchung geführt werden. Dabei werden die Stabilitätsfälle Biegedrillknicken und Biegeknicken aus der Haupttragebene heraus, also um die schwache Bauteilachse, nachgewiesen. Häufig stellt sich daher die Frage, wie in diesem Zusammenhang Biegeknicken in der Haupttragebene nachgewiesen werden kann.
Für den Stabilitätsnachweis von Stäben und Stabsätzen mit gleichförmigem Querschnitt kann das Ersatzstabverfahren nach EN 1993-1-1, 6.3.1 bis 6.3.3 genutzt werden. Sobald allerdings ein gevouteter Querschnitt vorhanden ist, so ist dieses Verfahren nicht mehr oder nur eingeschränkt anwendbar. Das Zusatzmodul RF-/STAHL EC3 kann derartige Fälle automatisch erkennen und auf das Allgemeine Verfahren umschalten.
Vouten werden häufig mit coupierten Profilen ausgeführt. Bei der Modellierung sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten, damit die Querschnitts- und Stabilitätsnachweise durchgeführt werden können.