Die Norm ASCE 7-22 [1], Abschn. 12.9.1.6 legt fest, wann P-Delta-Effekte berücksichtigt werden sollten, wenn ein multimodales Antwortspektrenverfahren für die Erdbebenbemessung durchgeführt wird. NBC 2020 [2], Satz 4.1.8.3.8.c enthält nur eine kurze Anforderung, dass Schwingungseffekte aufgrund der Wechselwirkung von Gewichtskräften mit der verformten Struktur berücksichtigt werden sollten. Daher kann es Situationen geben, in denen Auswirkungen nach Theorie II. Ordnung, auch P-Delta genannt, bei der Erdbebenanalyse berücksichtigt werden müssen.
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.
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 7-22 auf einen runden Stahlbetonbehälter mit Kuppeldach aufzubringen und zu berechnen.
CFD-Berechnungen sind im Allgemeinen sehr komplex. Die genaue Berechnung von Windströmungen um komplizierte Strukturen herum ist sehr rechen- und zeitintensiv. In vielen bautechnischen Anwendungen wird eine hohe Genauigkeit nicht benötigt; in solchen Fällen ermöglicht es unser CFD-Programm RWIND 2, das Modell der Struktur zu vereinfachen und so die Kosten erheblich zu reduzieren. In diesem Beitrag werden einige Fragen zur Vereinfachung beantwortet.
Das Add-on Geotechnische Analyse stellt RFEM zusätzliche spezifische Bodenmaterialmodelle zur Verfügung, die in der Lage sind, das komplexe Bodenmaterialverhalten geeignet abzubilden. Der vorliegende Fachbeitrag soll als Einführung dienen und aufzeigen, wie die spannungsabhängige Steifigkeit von Bodenmaterialmodellen ermittelt werden kann.
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.
Wenn regelmäßige Strukturen berechnet werden müssen, ist oft die Eingabe nicht kompliziert, sondern zeitaufwändig. Die Automation der Eingabe kann dann wertvolle Zeit sparen. Im vorliegenden Fall ist die Aufgabe, die Geschosse eines Hauses als einzelne Bauzustände zu betrachten. Die Eingabe soll mithilfe eines C# Programms erfolgen, sodass der Nutzer die Elemente der einzelnen Etagen nicht händisch eingeben muss.
Der Einsatz von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on zielt darauf ab, den Einsturz eines Modells auf der Grundlage echter physikalischer Eigenschaftsdaten grafisch darzustellen. RFEM 6 dient dabei als Geometrie- und Simulationsdatenquelle. Der Beitrag behandelt ein weiteres Beispiel, das zeigt, warum es wichtig ist, unsere Programme als sogenanntes BIM Open zu pflegen, um eine Zusammenarbeit über viele Softwarebereiche hinweg zu erreichen.
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 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.
Da die realitätsnahe Ermittlung der Baugrundverhältnisse die Qualität der Gebäudestatik maßgeblich beeinflusst, ist für die Ermittlung des zu untersuchenden Bodenkörpers in RFEM 6 das Add-On Geotechnische Analyse verfügbar.
Wie die Daten aus Feldversuchen im Add-On bereitgestellt und die Eigenschaften aus Bodenproben zur Ermittlung der betreffenden Bodenmassive genutzt werden können, wurde im Knowledge Base-Beitrag „Bodenkörper aus Bodenproben erzeugen in RFEM 6“ vorgestellt. In diesem Beitrag wird hingegen das Verfahren zur Berechnung von Setzungen und Bodenpressungen für ein Stahlbetongebäude diskutiert.
Das eigenständig lauffähige Programm RSECTION steht Ihnen zur Verfügung, um die Querschnittswerte dünnwandiger Strukturen und dickwandiger Querschnitte zu ermitteln und ihre Spannungsnachweise durchzuführen. Das Programm kann sowohl an RFEM als auch an RSTAB angeschlossen werden, so dass die Querschnitte aus RSECTION auch in der RFEM- und RSTAB-Bibliothek verfügbar sind. Die Schnittgrößen können ebenso aus RFEM und RSTAB in RSECTION importiert werden.
Das Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) ermöglicht die Bemessung von Stab-, Flächen- und Volumentragwerken in RFEM 6 unter Berücksichtigung spezifischer Bauzustände, die mit dem Bauablauf verbunden sind. Dies ist insofern wichtig, da Gebäude nicht auf einmal, sondern durch schrittweises Zusammenfügen einzelner Bauteile errichtet werden. Als Bauzustände bezeichnet man die einzelnen Schritte, in denen das Gebäude mit Strukturelementen versehen und belastet wird, während der gesamte Prozess als Bauprozess bezeichnet wird.
Somit liegt der Endzustand des Bauwerks nach Abschluss des Bauprozesses vor, also alle Bauzustände. Bei einigen Bauwerken könnte der Einfluss des Bauprozesses (also aller einzelnen Bauphasen) erheblich sein und sollte berücksichtigt werden, damit Fehler in der Berechnung vermieden werden. Ein allgemeiner Überblick zum Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) findet sich im Knowledge Base-Artikel "Berücksichtigung von Bauzuständen in RFEM 6".
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.
Strukturen in RFEM 6 können als Blöcke gespeichert und in anderen RFEM-Dateien wieder verwendet werden. Dynamische Blöcke haben gegenüber nicht-dynamischen Blöcken den Vorteil, dass sie interaktive Änderungen der Strukturparameter infolge geänderter Eingangsgrößen ermöglichen. Ein Beispiel ist die Möglichkeit, Strukturelemente hinzuzufügen, indem nur die Anzahl der Felder als Eingangsvariable geändert wird. In diesem Beitrag wird die oben beschriebene Möglichkeit für dynamische Blöcke demonstriert, die mittels Scripting erzeugt werden.
In RFEM 6 ist es möglich, selektierte Objekte, aber auch ganze Strukturen als Blöcke zu speichern und in anderen Modellen wieder zu verwenden. Es lassen sich drei Arten von Blöcken unterscheiden: Ohne Parameter, mit Parameter und dynamische Blöcke (mittels JavaScript). In diesem Beitrag wird der erste Blocktyp (ohne Parameter) vorgestellt.
Komplexe Strukturen beinhalten zahlreiche Strukturelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dennoch können bestimmte Elemente dieselben Eigenschaften hinsichtlich Lagern, Nichtlinearitäten, Endmodifikationen, Gelenken etc. sowie der Bemessung (z. B. Knicklängen, Bemessungsauflager, Bewehrung, Nutzungsklassen, Querschnittsreduzierungen etc.) aufweisen. In RFEM 6 lassen sich diese Elemente anhand ihrer gemeinsamen Eigenschaften gruppieren und können so bei der Modellierung und Bemessung gemeinsam betrachtet werden.
Die Berechnung komplexer Strukturen mittels Finite-Elemente-Software erfolgt in der Regel am Gesamtmodell. Der Bau solcher Bauwerke ist jedoch ein mehrstufiger Prozess, bei dem der Endzustand des Gebäudes durch die Kombination der einzelnen Bauteile erreicht wird. Um Fehler bei der Berechnung von Gesamtmodellen zu vermeiden, muss der Einfluss des Bauablaufs berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist dies mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen (CSA) möglich.
Gebäudemodell ist eines der Add-Ons für Sonderlösungen in RFEM 6. Es ist ein nützliches Werkzeug für die Modellierung, mit dem sich Stockwerke einfach definieren und manipulieren lassen. Das Gebäudemodell kann bereits zu Beginn der Modellierung der Struktur angelegt oder im Nachhinein aktiviert werden.
Strukturen sind in der Realität dreidimensional, sie lassen sich jedoch vereinfachen und als 2D- oder 1D-Modelle analysieren. Der Modelltyp hat einen entscheidenden Einfluss auf die Beanspruchung der Bauteile und sollte vor der Modellierung und Berechnung definiert werden.
Explosionslasten aus energiereichen Explosivmitteln bzw. Sprengstoffen, ob nun zufällig oder absichtlich, sind selten, können jedoch eine statische Bemessungsanforderung darstellen. Diese dynamischen Lasten unterscheiden sich von normalen statischen Lasten durch ihre erhebliche Größe und sehr kurze Dauer. Ein Explosionsszenario kann direkt in einem FEM-Programm als Zeitverlaufsanalyse durchgeführt werden, um die Verletzung des Lebens von Personen zu minimieren und das Ausmaß von Gebäudeschäden zu bewerten.
In RFEM und RSTAB werden verschiedene Möglichkeiten angeboten, um die Nummerierung einzelner Strukturelemente wie Knoten, Linien, Stäbe, Flächen oder Volumenkörper zu ändern. Es stehen die einzelne sowie die automatische Umnummerierung zur Verfügung.
Um eine geordnete Struktur in den Tabellen beziehungsweise bei der Ausgabe zu gewährleisten, ist es in RFEM und RSTAB möglich, die Lastfalldaten automatisch zu organisieren.
Sollen bei einer Struktur nur einige wenige Geometrieparameter geändert werden, ist es nicht immer notwendig, die betroffenen Strukturteile zu löschen und neu zu definieren.
Wird ein Stahlbetonmodell als gemischte Struktur, bestehend aus Flächen- und Stabelementen, abgebildet, so werden für die weitere Bemessung unterschiedliche Module verwendet.
In Tabelle "4.0 Ergebnisse - Zusammenfassung" wird am Ende eines Lastfalls die Unendlich-Norm ausgegeben. Diese Norm dient der Abschätzung des größten Eigenwerts einer Struktur. Der größte Eigenwert einer Struktur wird in der Numerik geschätzt, da eine genaue Bestimmung sehr aufwendig sein kann.
Soll in RFEM in eine bestehende Struktur nachträglich ein Voutenstab mit Zwischenknoten eingefügt werden, tritt oft die Frage auf, wie man die einzelnen Querschnittshöhen der Voutenstäbe einfach und schnell ermitteln kann. Hierfür ist die Funktion "Linien/Stäbe verbinden" sinnvoll.