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.
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.
Die Einwirkungen aus der Schneelast sind in der amerikanischen Norm ASCE/SEI 7-16 sowie im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 beschrieben. Diese Normen sind im neuen Programm RFEM 6 und im Schneelastassistenten implementiert, der das Aufbringen der Schneelasten erleichtert. In der neuesten Generation des Programms kann zudem der Bauort auf einer digitalen Landkarte festgelegt und somit die Schneelastzone automatisch eingelesen werden. Diese Daten wiederum verwendet der Lastassistent, um die Auswirkungen der Schneelast zu simulieren.
Auflager, die nur bei Druck oder nur bei Zug zum Lastabtrag beitragen, sind in RFEM und RSTAB als nichtlineare Auflager definierbar. Dabei fällt es dem Anwender nicht immer leicht, die richtige Nichtlinearität für "Ausfall bei Zug" oder "Ausfall bei Druck" auszuwählen.
Für die Erfassung der maßgebenden Schnittgrößen einer Platte wird häufig eine schachbrettartige Belastung aufgebracht. Damit die Fläche nicht in die einzelnen Lastabschnitte unterteilt werden muss, wird meist eine Belastung mittels freier Rechtecklasten vorgenommen. Bei vielen Lasten kann die normale Lastdarstellung etwas unübersichtlich werden.
Die häufigste Ursache für instabile Modelle sind ausfallende Stabnichtlinearitäten wie Zugstäbe. Als einfachstes Beispiel dient dazu ein Rahmen, dessen Stützen am Fußpunkt gelenkig gelagert sind und am Stützenkopf Momentengelenke aufweisen. Dieses labile System soll durch einen Kreuzverband aus Zugstäben stabilisiert werden. Bei Lastkombinationen mit horizontalen Lasten bleibt dieses System stabil. Wird es jedoch ausschließlich vertikal belastet, fallen beide Zugstäbe aus und das System wird instabil, was zu einem Berechnungsabbruch führt. Dies lässt sich vermeiden, indem die besondere Behandlung der ausfallenden Stäbe unter "Berechnung" → "Berechnungsparameter" → "Globale Berechnungsparameter" aktiviert wird.
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.
Ein Berechnungsabbruch wegen eines instabilen Systems kann verschiedene Gründe haben. Einerseits kann er auf eine "reelle" Instabilität auf Grund einer Überlastung des Systems hinweisen, anderseits können jedoch auch Modellierungsungenauigkeiten für diese Fehlermeldung verantwortlich sein.
Manchmal benötigt eine Struktur eine Verstärkung, wenn eine neue Decke eingezogen wird, oder wenn ein vorhandener Stab aufgrund einer schwer vorherzusagenden Lastannahme neu bemessen werden muss. In vielen Fällen kann es vorkommen, dass ein Bauteil nicht einfach ausgetauscht werden kann und eine Verstärkung eingebaut wird, um die neuen Belastungsanforderungen zu erfüllen.
Wenn die Berechnung eines Stabmodells nach Theorie II. Ordnung mit einer Fehlermeldung endet, liegt die Ursache dieser Instabilität nicht selten an ausgefallenen Zugstäben: Sobald in einem Berechnungsschritt Druckkräfte in einem Zugstab auftreten, wird dieser Stab in den folgenden Iterationen nicht mehr berücksichtigt. Dadurch kann das Modell instabil werden.
Häufig befinden sich an Gebäuden Anbauten. Liegen die Dachebenen nicht in gleicher Höhe, muss dieser Höhensprung (falls er mehr als 0,5 m beträgt) bei der Schneelastannahme zusätzlich erfasst werden.
Bei der Ein- und Weiterleitung von horizontalen Lasten wie Wind- oder Erdbebenlasten kommt es in 3D-Modellen immer öfter zu Schwierigkeiten. Um solche Probleme zu umgehen, fordern einige Normen (zum Beispiel ASCE 7, NBC) die Vereinfachung des Modells mithilfe von Ebenen, welche die horizontalen Lasten auf die lastabtragenden Bauteile verteilen, aber selbst keine Biegung aufnehmen können (engl. "Diaphragm").
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.
In der amerikanischen Norm ASCE 7-16 ist festgelegt, dass sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schneelastsituationen bei der Entwurfsplanung berücksichtigt werden müssen. Während dies bei Flach- oder Satteldächern intuitiver passieren kann, gestaltet sich die Bestimmung der Schneelasten bei Bogendächern aufgrund der komplexen Geometrie schwieriger. Mit der Unterstützung der amerikanischen Norm des ASCE 7-16, die Leitlinien zu Schneelastberechnungen für gekrümmte Dächer enthält und den effizienten RFEM-Programmen zur Lastaufbringung ist es möglich, sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schneelasten für eine zuverlässige und sichere Tragwerksbemessung zu berücksichtigen.
Zu den täglichen Aufgaben in der Stahlbetonbemessung gehört auch die Bemessung von Druckgliedern unter zweiachsiger Biegung. Der nachfolgende Artikel beschreibt die unterschiedlichen Methoden nach Kapitel 5.8.9, EN 1992-1-1, welche für eine Bemessung von Druckgliedern mit zweiachsiger Lastausmitte im Rahmen des Nennkrümmmungsverfahrens gem. 5.8.8 möglich sind.
Im Eurocode 1, Teil 1 bis 3 und in der US-Norm ASCE/SEI 7-16 sind die allgemeinen Einwirkungen aus Schneelasten geregelt. Die von den Normen geforderten Lastansätze für Sattel-, Pult- und Flachdächer sind in RFEM und RSTAB in einem Tool hinterlegt, sodass eine einfache Generierung dieser Einwirkung stattfinden kann.
Aufbauend auf den Beitrag zur Bemessung der Schienenschweißnähte im Grenzzustand der Tragfähigkeit sollen sich die folgenden Erläuterungen auf die Nachweisführung der Ermüdungsnachweise der Schienenschweißnähte beziehen. Speziell die Auswirkungen der Berücksichtigung des exzentrischen Radlastangriffes von ¼ der Schienenkopfbreite soll näher betrachtet und erläutert werden.
Der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite muss laut DIN EN 1993-6 nur für den Ermüdungsnachweis ab einer Schadensklasse S3 berücksichtigt werden. Durch eine zusätzliche Eingabeoption in den Detaileinstellungen kann jedoch diese Exzentrizität ebenfalls für den Schweißnahtnachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit berücksichtigt werden. Mit der Auswahl dieser Option wird der Nachweis unter exzentrischer Radlast unabhängig der Schadensklasse immer berücksichtigt.
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.
In KRANBAHN wird für den Ermüdungsnachweis der Schweißnähte sowie des Kranbahnträgers bei Verwendung des Nationalen Anhanges von Deutschland und ab einer Schadensklasse von S3 der exzentrische Radlastangriff von 1/4 der Schienenkopfbreite verwendet.
Für den Bereich der Lastanwendung gibt es im Lastgenerierer "Aus Flächenlast mittels Ebene" und "Aus Flächenlast mittels Zellen" zwei Auswahlmöglichkeiten.
Die Lasttabellen bieten eine komfortable Möglichkeit zur Kontrolle der aufgebrachten Lasten. Eine Aufteilung der Lasten in einzelne Zeilen ist hierbei zweckmäßig. Die Lastdaten werden nach der Lastaufteilung in der Lasttabelle sortiert nach Strukturelement (Knoten, Stäbe, Linien, Flächen beziehungsweise Volumina) dargestellt. Eine Auswertung der Lastdaten des jeweiligen Strukturelements ist damit leicht möglich. Die Lastfalldaten können später wieder komprimiert werden.
Mit Version 8.04.0058 besteht nun auch in RSTAB die Möglichkeit, Lasten aus Drehbewegungen zu berücksichtigen. Anwendung findet diese Lastart beispielsweise in der Bemessung von Kranen (vereinfacht im Bild dargestellt).
Diagonalen aus Doppelwinkeln werden unter anderem im Rohrbrückenbau oder für reine Fachwerkträger verwendet. Sie werden vorwiegend auf Zug beansprucht, müssen aber je nach Lastangriff auch kleinere Druckkräfte übertragen. Besonders wenn die Diagonalen sehr schlank sind, sollte auch Biegung aus Eigengewicht berücksichtigt werden.
Die in RF-TENDON infolge der Vorspannung ermittelten Ersatzlasten werden als Stablasten oder als Linienlasten an RFEM übergeben. Eine Stablast wird für Stabtypen mit eigener Steifigkeit, eine Linienlast wird für Stabtypen ohne eigene Steifigkeit verwendet. Um schon in RF-TENDON nachvollziehen zu können, welche Werte für die einzelnen Lasten an RFEM übergeben werden, sind folgende Anzeigeeinstellungen zu treffen:~ Bezug der Lasten auf das globale Koordinatensystem (GKS)~ Lastanzeige: "Punkt"