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.
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.
Die Qualität der statischen Berechnung von Gebäuden wird wesentlich verbessert, wenn die Baugrundverhältnisse möglichst realitätsnah berücksichtigt werden. In RFEM 6 ist es möglich, mit Hilfe des Add-Ons Geotechnische Analyse den zu untersuchenden Bodenkörper realitätsnah zu bestimmen. Dieses Add-On kann wie in Bild 01 gezeigt in den Basisdaten des Modells aktiviert 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.
Die zusätzlichen Lasten aus Eigengewicht setzen sich in der Regel aus mehreren Schichten zusammen, wie zum Beispiel dem klassischen Fußboden- und Dachaufbau im Hochbau oder dem Fahrbahnaufbau bei Brückentragwerken. Bei der Lastdefinition in RFEM und RSTAB können mittels Verwendung der Mehrschichtaufbau-Last die einzelnen Schichten mit Dicke und spezifischem Gewicht definiert werden.
Soll auf eine kegelförmige Bodenplatte eine partielle Auftriebslast aufgebracht werden, so bietet sich in RFEM die "freie Kreislast" an. Diese kann linear veränderlich definiert werden. Die Definition von Zentrum C und äußerer Berandung R ist komfortabel mit der Pickfunktion anzugeben.
Bei der Berechnung von Fundamenten nach EC 7 oder EC 2 werden in einem Objekt normalerweise unterschiedliche Fundamentarten beziehungsweise -größen verwendet. Die Randbedingungen wie Bodenkennwerte, Baustoffe für die Fundamente, Betondeckungen und zu bemessende Lastkombinationen bleiben dahingegen in der Regel für alle Fundamente gleich.
Bei manchen Strukturen ist es nötig, dass diese in verschiedenen Konfigurationen bemessen werden müssen. So kann es sein, dass eine Hebebühne sowohl in der Stellung am Boden, in der Mitte und ausgefahren analysiert werden muss. Da solche Aufgaben das Anlegen mehrere Modelle erfordert, welche aber nahezu identisch sind, ist eine Aktualisierung aller Modelle mit nur einem Mausklick eine erhebliche Arbeitserleichterung.
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.
Beschreibung der Vorgehensweise für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit einer Bodenplatte aus Stahlfaserbeton. Dabei wird gezeigt, wie man mittels der iterativ ermittelten FEM-Ergebnisse die entsprechenden Nachweise für den GZG führt.
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 Modellierung von Bohrpfählen bieten RFEM und RSTAB verschiedene Optionen. Auf der einen Seite lassen sich Bohrpfähle als einwertige Auflager beziehungsweise Pendelstützen darstellen. Auf der anderen Seite ist ebenso eine realistische Modellierung unter Berücksichtigung des Baugrundes mit Hilfe des Ansatzes einer Stabbettung möglich. Im Folgenden werden diesbezüglich zwei Beispiele veranschaulicht. Die Thematiken Pfahlspitzenwiderstand, Pfahlmantelreibung und Bodenschichten sind hingegen kein Bestandteil dieses Beitrages.
Wind ist im Gegensatz zu Schnee die einzige klimatische Last, die auf jede Art von Bauwerk in jedem Land der Welt wirkt. Die Windstärke hängt vom geografischen Standort des Gebäudes ab. Aktuell ist dies einer der Hauptgründe für die Notwendigkeit einer regionalen Einteilung (Windzone) und einer Berücksichtigung der in den amtlichen Normen festgelegten Höhenlage; Die Variation der Staudrücke mit der Höhe über dem Boden für einen "normalen" Baugrund ohne Maskenwirkung sollte ebenfalls berücksichtigt werden.
Mit RF-/FUND Pro können, neben der Stahlbetonbemessung nach EN 1992-1-1, die geotechnischen Nachweise nach EN 1997-1 geführt werden.Der Nachweis der zulässigen Sohlspannung wird in RF-/FUND Pro hierbei als Grundbruchnachweis geführt. Wird als Nationaler Anhang CEN ausgewählt, stehen dem Anwender zwei Möglichkeiten für die Definition des Grundbruchwiderstandes zur Verfügung. Zum einen kann der zulässige charakteristische Wert der Sohlspannung σRk vom Benutzer direkt vorgegeben werden. Zum anderen besteht auch die Möglichkeit der analytischen Ermittlung der zulässigen Bodenpressung nach [1] Anhang D.
In einem früheren Beitrag ging es um verschiedene Varianten von Flächenbettungen neben dem klassischen Bettungsmodulverfahren. In diesem Beitrag wird ein weiteres Verfahren zur Bettung von Flächen gezeigt. Mit diesem Verfahren wird der angrenzende Bodenbereich durch einen Bettungskragen berücksichtigt. Die Bettungsparameter werden dabei auf die weiterführenden Arbeiten von Pasternak und Barwaschow zurückgeführt.
Für den Nachweis des Grenzzustandes der Gebrauchstauglichkeit nach Kapitel 6.6 des Eurocodes EN 1997-1 ist für eine Flachgründung (Fundament) eine Setzungsberechnung durchzuführen. In RF-/FUND Pro wurde die Setzungsberechnung für ein Einzelfundament ermöglicht. Dabei kann zwischen der Setzungsberechnung für ein schlaffes oder starres Fundament gewählt werden. Durch die Definition eines Bodenprofils ist die Berücksichtigung mehrerer Bodenschichten unter der Fundamentsohle möglich. Die Ergebnisse der Setzung, Fundamentverkantung und der vertikalen Sohlspannungsverteilung sind sowohl grafisch als auch tabellarisch aufbereitet und verschaffen so einen schnellen Überblick über die durchgeführte Berechnung. Zusätzlich zum Nachweis der Fundamentsetzung in RF-/FUND Pro werden die repräsentativen Federkonstanten für das Auflager in der statischen Berechnung bestimmt und können auf Wunsch in das statische Modell von RFEM oder RSTAB exportiert werden.
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.
Ab Version x.06.1103 wird in RF-/FUND Pro die Eingabe eines Bodenprofils ermöglicht. Für den Anwender bietet dies den Vorteil, dass über und unter der Fundamentsohle mehrere Bodenschichten mit verschiedenen Bodenparametern angesetzt werden können. Für die Eingabe der Bodenschichten steht eine Bibliothek mit verschiedenen Böden zur Verfügung, welche auch durch benutzerdefinierte Böden erweitert werden kann. Das vom Anwender definierte Bodenprofil wird in der interaktiven Infografik dargestellt. Jede Änderung, zum Beispiel an den Schichtdicken, wird unmittelbar grafisch dargestellt.
Eine Bettung wird in RFEM meist mit dem Bettungsmodulverfahren durchgeführt. Grund hierfür ist die relativ einfache und übersichtliche Handhabbarkeit. Ebenso sind keine iterativen Berechnungen nötig und die Berechnungszeit ist relativ gering. Der Ansatz nach dem Bettungsmodulverfahren bedeutet, dass zum Beispiel eine Fundamentplatte flächig elastisch gelagert ist.
Bei plattenartigen Bauteilen muss an Stellen mit konzentrierter Lasteinleitung der Querkraftnachweis mit den Regeln des Durchstanznachweises nach 6.4, EN 1992-1-1 [1] ersetzt werden. Eine konzentrierte Lasteinleitung liegt an Einzelstellen zum Beispiel durch eine Stütze, konzentrierte Einzellast oder Punktauflager vor. Zusätzlich ist das Ende einer linienförmigen Lasteinleitung in Flächen auch als konzentrierte Lasteinleitung zu werten. Darunter fallen beispielsweise Wandenden, Wandecken, Enden beziehungsweise Ecken von Linienlasten und Linienlagern. Der Durchstanznachweis ist für Platten und Bodenplatten beziehungsweise Fundamenten unter der Berücksichtigung der um den betrachteten Durchstanzpunkt vorhandenen Plattentopologie zu führen. Im Zuge des Durchstanznachweises nach EN 1992-1-1 ist zu prüfen, dass die einwirkende Querkraft vEd den Widerstand vRd nicht übersteigt.
Mit dem Zusatzmodul RF-STANZ Pro können auch Durchstanznachweis an Wandenden und Wandecken für Decken und Fundamentplatten (Bodenplatten) durchgeführt werden.