Die Berechnung des Gebäudemodells läuft in zwei Berechnungsphasen ab:
Globale 3D-Berechnung des Gesamtmodells, in welchem die Decken als starre Ebene (Diaphragma) oder als Biegeplatte modelliert werden
Lokale 2D-Berechnung der einzelnen Geschossdecken
Die Ergebnisse der Stützen und Wände aus der 3D-Berechnung und die Ergebnisse der Decken aus der 2D-Berechnung werden nach der Berechnung in einem einzigen Modell zusammengefasst. Dadurch muss zwischen dem 3D-Modell und der einzelnen 2D-Modellen der Decken nicht gewechselt werden. Der Anwender arbeitet nur mit einem Model, spart wertvolle Zeit und vermeidet eventuelle Fehler beim händischen Datenaustausch zwischen dem 3D-Modell und der einzelnen 2D-Decken-Modelle.
Die vertikalen Flächen im Modell können vom Nutzer in Schubwände (Shear Walls) und Öffnungsstürze (Sprandels) geteilt werden. Aus diesen Wandobjekten erzeugt das Programm automatisch interne Ergebnisstäbe, so dass diese dann nach der gewünschten Norm im Add-On Betonbemessung als Stäbe bemessen werden können.
Haben Sie das Add-On Gebäudemodell aktiviert? Sehr gut! Dann können Sie sich den Steifigkeitsmittelpunkt tabellarisch und grafisch ausgeben lassen. Verwenden Sie ihn beispielsweise für Ihre dynamische Analysen.
Sie sind bereit für die Auswertung? Dafür stehen Ihnen Berechnungsdiagramme zur Verfügung, die den Verlauf eines bestimmten Ergebnisses während einer Berechnung darstellen.
Die Belegung der vertikalen und horizontalen Achse des Berechnungsdiagramms können Sie frei definieren. Dadurch ist es Ihnen möglich, beispielsweise den Verlauf der Setzung eines bestimmten Knotens abhängig von der Belastung zu betrachten.
Sie wollen das Verhalten des Bodenvolumens abbilden und analysieren? Um das zu gewährleisten, wurden in RFEM spezifische geeignete Materialmodelle implementiert. Das modifizierte Mohr-Coulomb-Modell mit linear-elastischer ideal-plastischer sowie ein nichtlinear elastisches Modell mit ödometrischer Spannungs-Dehnungs-Beziehung stehen Ihnen dafür zur Verfügung. Dabei ist das Grenzkriterium, welches den Übergang des elastischen Bereiches in den des plastischen Fließens beschreibt, bereits nach Mohr-Coulomb definiert.
Für die Eigenwertermittlung stehen Ihnen mehrere Methoden zur Auswahl:
Direkte Methoden
Die direkten Methoden (Lanczos (RFEM), Wurzeln des charakteristischen Polynoms (RFEM), Unterraum-Iterationsmethode (RFEM/RSTAB), Inverse Iteration mit Shift (RSTAB)) sind für kleine bis mittlere Modelle geeignet. Diese schnellen Methoden für Gleichungslöser sollten Sie nur verwenden, wenn Ihr Computer über eine höhere Zahl an Arbeitsspeicher (RAM) verfügt.
Diese Methode benötigt dagegen nur wenig Arbeitsspeicher. Die Eigenwerte werden nacheinander ermittelt. Sie kann eingesetzt werden, um sehr große Systeme mit wenigen Eigenwerten zu berechnen.
Mit dem Add-On Strukturstabilität können Sie auch das Inkrementalverfahren nutzen, um eine nichtlineare Stabilitätsanalyse durchzuführen. Diese Analyse liefert auch bei nichtlinearen Systemen wirklichkeitsnahe Ergebnisse. Der kritische Lastfaktor wird ermittelt, indem die Lasten des zugrunde liegenden Lastfalls schrittweise bis zur Instabilität gesteigert werden. Bei der Laststeigerung werden Nichtlinearitäten wie z. B. ausfallende Stäbe, Lager und Bettungen sowie Materialnichtlinearitäten berücksichtigt. Nach der Laststeigerung können Sie optional am letzten stabilen Zustand eine lineare Stabilitätsanalyse durchführen, um die Stabilitätsfigur zu ermitteln.
Bodenvolumenkörper, die Sie analysieren wollen, werden in Bodenmassiven zusammengefasst.
Legen Sie einer Definition des jeweiligen Bodenmassivs die Bodenproben zugrunde. Dadurch ermöglicht Ihnen das Programm ein benutzerfreundliches Generieren des Massivs inklusive der automatischen Bestimmung der Schichtgrenzflächen aus den Angaben der Proben sowie des Grundwasserspiegels und der Randflächenlagerung.
Dank der Bodenmassive haben Sie die Option, eine Ziel-FE-Netzgröße unabhängig von der globalen Einstellung für die sonstige Struktur festzulegen. Dadurch können Sie die verschiedenen Bedürfnisse aus Gebäude und Boden im Gesamtmodell berücksichtigen.
Die Dokumentation Ihrer Daten erfolgt stets in einem mehrsprachig konzipierten Ausdruckprotokoll. Sie können den Inhalt jederzeit anpassen und ihn als Vorlage ablegen. Auch Grafiken, Texte, MathML-Formeln und PDF-Dokumente benötigen lediglich einige Klicks von Ihrer Seite, um in das Protokoll eingefügt zu werden.
Im Vergleich zu den Zusatzmodulen RF-STABIL (RFEM 5) und RSKNICK (RSTAB 8) sind im Add-On Strukturstabilität für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Aktivierung als Eigenschaft eines Lastfalls oder einer Lastkombination
Automatisierte Aktivierung der Stabilitätsberechnung über Kombinationsassistenten für mehrere Lastsituationen in einem Schritt
Inkrementelle Laststeigerung mit benutzerdefinierten Abbruchkriterien
Veränderung der Eigenformnormierung ohne Neuberechnung
Mit Hilfe des Geschosstyps "Nur Lastübertragung" können Sie im Add-On Gebäudemodell Decken ohne Steifigkeitseffekt in und aus der Ebene berücksichtigen. Dieser Elementtyp sammelt die Lasten auf der Decke und gibt diese an die Stützelemente des 3D-Modells weiter. Somit haben Sie die Möglichkeit, Sekundärbauteile wie z. B. Gitterroste und ähnliche Lastverteilungselemente ohne weiteren Effekt im 3D-Modell simulieren.
Sie wissen bereits, dass die Modellierung sowie die Analyse von Boden und Bauwerk im Gesamtmodell möglich ist. Dadurch haben Sie die Boden-Bauwerk-Interaktion explizit berücksichtigt. Mit der Modifikation einer Komponente erreichen Sie die unmittelbare korrekte Berücksichtigung in der Analyse sowie in den Ergebnissen für das gesamte System aus Boden und Bauwerk.
Eine sowohl grafische als auch tabellarische Ausgabe der Ergebnisse für Verformungen, Spannungen und Dehnungen hilft Ihnen bei der Erfassung des Bodenvolumens. Um das zu erreichen, ermöglichen Ihnen spezielle Filterkriterien eine gezielte Ergebnisauswahl.
Das Programm lässt Sie mit den Ergebnissen nicht allein zurück. Wenn Sie die Ergebnisse im Bodenvolumen grafisch auswerten wollen, stehen Ihnen Hilfsobjekte zur Verfügung. Definieren Sie bspw. Clipping-Ebenen. Dadurch können Sie in beliebigen Ebenen des Bodenvolumens die entsprechenden Ergebnisse betrachten.
Nicht nur das. Die Verwendung von Ergebnisschnitten und Clipping-Boxen erleichtert Ihnen die genaue grafische Untersuchung des Bodenvolumens.
Als erste Ergebnisse präsentiert Ihnen das Programm die kritischen Lastfaktoren. Anschließend können Sie eine Beurteilung der Stabilitätsgefährdung durchführen. Bei Modellen mit Stäben werden Ihnen die Knicklängen und kritischen Lasten der Stäbe tabellarisch ausgegeben.
Sie können weitere Ergebnismasken nutzen, um die normierten Eigenformen knoten-, stab- und flächenweise zu überprüfen. Die grafische Ausgabe der Eigenwerte macht Ihnen eine Beurteilung des Knick- bzw. Beulverhaltens möglich. Sie erleichtert es Ihnen, Gegenmaßnahmen einzubringen.
Sie fürchten, Ihr Projekt endet im digitalen Turmbau zu Babel? Damit Ihr mehrgeschossiges Bauprojekt sicher steht, unterstützt Sie das RFEM-Add-On Gebäudemodell bei der Arbeit. Es ermöglicht Ihnen die Definition und Manipulation eines Gebäudes mittels Geschosse. Dabei können Sie die Geschosse im Nachhinein vielseitig anpassen und auch die Geschossdeckensteifigkeit auswählen. Informationen über die Geschosse und auch das Gesamtmodell (Schwerpunkt, Steifigkeitszentrum) werden Ihnen dabei tabellarisch und grafisch ausgegeben.
Für Elemente in Gebäudemodellen stehen Ihnen mehrere Modellierungswerkzeuge zur Verfügung:
Vertikale Linie
Stütze
Wand
Balkenstab
Rechteckige Decke
Polygonale Decke
Rechteckige Deckenöffnung
Polygonale Deckenöffnung
Dieses Feature erlaubt Ihnen die Elementdefinition auf der Grundebene (z. B. eine Hintergrundfolie) mit einer damit verbundenen multiplen Elementerzeugung im Raum.
Wussten Sie schon? Sie können die Bodenschichtungen, welche Sie den Baugrundgutachten in den Orten der Aufschlüsse entnommen haben, in Form von Bodenproben direkt in das Programm eingeben. Weisen Sie dabei den Schichten die erkundeten Bodenmaterialien inklusive deren Materialkennwerten zu.
Für die Probendefinition können Sie die tabellarische Eingabe sowie den Bearbeitungsdialog nutzen. Außerdem ist es Ihnen möglich, in den Bodenproben den Grundwasserspiegel mit anzugeben.
Die Eingabe der Bodenschichtungen erfolgt für Bodenproben in einem übersichtlichen Dialog. Eine zugehörige grafische Darstellung unterstützt die Anschaulichkeit und gestaltet das Überprüfen der Eingabe benutzerfreundlich.
Der Anwender wird von einer erweiterbaren Datenbank für die Bodenmaterialeigenschaften unterstützt. Es stehen für die realistische Modellierung des Bodenmaterialverhaltens das Mohr-Coulomb-Modell sowie ein nichtlineares Modell mit spannungs- und dehnungsabhängiger Steifigkeit zur Verfügung.
Es können beliebig viele Bodenproben und -schichtungen definiert werden. Aus der Gesamtheit der eingegebenen Proben wird der Boden mittels 3D-Volumenkörper generiert. Die Zuordnung zum Bauwerk erfolgt durch Koordinaten.
Die Berechnung des Bodenkörpers erfolgt nach einem nichtlinearen iterativen Verfahren. Die errechneten Spannungen und Setzungen werden grafisch und tabellarisch ausgegeben.
Wenn Sie dem Programm einen Lastfall oder eine Lastkombination vorlegen, wird die Stabilitätsberechnung aktiviert. Sie können einen weiteren Lastfall festlegen, um z. B. eine Anfangsvorspannung zu berücksichtigen.
Dabei müssen Sie angeben, ob eine lineare oder eine nichtlineare Analyse erfolgen soll. Je nach Anwendungsfall können Sie eine direkte Berechnungsmethode, wie z. B. nach Lanczos, oder aber die ICG-Iterationsmethode auswählen. Stäbe, die nicht in Flächen integriert sind, werden in der Regel als Stabelemente mit zwei FE-Knoten abgebildet. Mit solchen Elementen kann das Programm das lokale Knicken des Einzelstabes nicht erfassen. Aus diesem Grund haben Sie die Möglichkeit, Stäbe automatisch teilen zu lassen.
Die Berechnung war erfolgreich? Nun können Sie die Ergebnisse der einzelnen Bauzustände in RFEM grafisch und tabellarisch betrachten. Dabei ermöglicht es Ihnen RFEM, Bauzustände in der Kombinatorik zu berücksichtigen und darüber bei der Bemessung mit einzubeziehen.
Der Modale Relevanzfaktor (MRF) kann Ihnen dabei helfen, zu beurteilen, inwieweit Elemente an einer Eigenform beteiligt sind. Die Berechnung basiert auf der relativen elastischen Verformungsenergie jedes einzelnen Bauteils.
Mit dem MRF kann zwischen lokalen und globalen Eigenformen unterschieden werden. Wenn mehrere Stäbe einen signifikanten MRF (z. B. > 20 %) aufweisen, ist eine Instabilität der gesamten Konstruktion oder einer Teilkonstruktion sehr wahrscheinlich. Liegt hingegen die Summe aller MRFs für eine Eigenform bei etwa 100 %, ist mit einem lokalen Stabilitätsproblem (z. B. Knicken eines einzelnen Stabes) zu rechnen.
Darüber hinaus können mit dem MRF kritische Verzweigungslasten und äquivalente Knicklängen bestimmter Bauteile ermittelt werden (z. B. für die Stabilitätsbemessung). Eigenformen, für die ein bestimmter Stab kleine MRF-Werte aufweist (z. B. < 20 %), können in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden.
Der MRF wird in den Ergebnisstabelle unter Stabilitätsanalyse --> Ergebnisse stabweise --> Knicklängen und Verzweigungslasten eigenformweise ausgegeben.
Wenn Geometriedifferenzen zwischen dem idealen System und dem aufgrund des vorhergehenden Bauzustandes verformten System entstehen, werden diese intern ausgeglichen. Dabei setzt das neu hinzugefügte System auf das unter Spannung stehende System der vorherigen Bauphase auf. Diese Berechnung erfolgt nichtlinear.
Einfache Definition von Bauzuständen in der RFEM-Struktur mit Visualisierung
Hinzufügen, Entfernen, Modifizieren und Reaktivieren von Stab-, Flächen- und Volumenelementen und deren Eigenschaften (z. B. Stab- und Liniengelenke, Freiheitsgrade für Lager usw.)
Automatische und manuelle Kombinatorik mit Lastkombinationen in den einzelnen Bauzuständen (z. B. zur Berücksichtigung von Montagelasten, Montagekranen etc.)
Berücksichtigung nichtlinearer Effekte wie Zugstabausfall oder nichtlinearen Lagern
Sie haben die gesamte Struktur in RFEM erstellt? Sehr gut, nun ordnen Sie die einzelnen Bauteile sowie Lastfälle den entsprechenden Bauzuständen zu. Dabei können Sie in den jeweiligen Bauzuständen beispielsweise die Gelenkdefinitionen von Stäben und Lagern modifizieren.
Modellieren Sie damit Systemänderungen, wie diese z. B. beim abschnittsweisen Verguss von Brückenträgern oder Stützensenkungen vorkommen. Anschließend ordnen Sie die in RFEM erstellten Lastfälle den Bauzuständen als ständige oder nicht-ständige Last zu.
Wussten Sie schon? Die Kombinatorik ermöglicht es Ihnen, die ständigen und nicht-ständigen Lasten in Lastkombinationen zu überlagern. So ist es Ihnen z. B. möglich, die maximalen Schnittgrößen aus verschiedenen Kranstellungen zu ermitteln oder nur in einem Bauzustand vorhandene Montagelasten zu berücksichtigen.
Eingeben und modellieren können Sie den Bodenvolumenkörper ohne Umwege direkt in RFEM. Dabei haben Sie die Möglichkeit, Bodenmaterialmodelle mit allen üblichen RFEM Add-Ons zu kombinieren.
Eine Analyse von Gesamtmodellen mit vollständiger Abbildung der Boden-Bauwerk-Interaktion ist dadurch problemlos möglich.
Aus den Materialdaten, die Sie eingegeben haben, werden alle zur Berechnung nötigen Parameter automatisch ermittelt. Das Programm erzeugt Ihnen daraus die Spannungs-Dehnungslinien für jedes FE-Element.
Beim Gebäudemodell haben Sie zwei Möglichkeiten. Sie können es bereits zu Beginn der Modellierung der Struktur anlegen oder erst im Nachhinein aktivieren. Im Gebäudemodell können Sie dann direkt Stockwerke definieren und diese manipulieren.
Bei der Manipulation der Stockwerke haben Sie die Wahl, ob Sie die inbegriffenen Strukturelemente anhand verschiedener Optionen modifizieren oder beibehalten wollen.
RFEM nimmt Ihnen einiges an Arbeit ab. Beispielsweise erzeugt es automatisch Ergebnisschnitte, sodass Sie sich viele Berechnungen ganz einfach sparen können.
Wie gewohnt werden Ihnen die Ergebnisse über den Ergebnis-Navigator ausgegeben. Zusätzlich werden Ihnen die Informationen über die einzelnen Stockwerke im Dialogfenster des Add-Ons aufgezeigt. So haben Sie immer einen guten Überblick.
Bei der Antwortspektrumsanalyse von Gebäudemodellen können Sie die Empfindlichkeitsbeiwerte für die horizontalen Richtungen je Geschoss tabellarisch ausgeben.
Mit diesen Kennzahlen ist es möglich, die Empfindlichkeit gegenüber Stabilitätseffekten zu interpretieren.