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Die Berechnung der Wölbkrafttorsion führen Sie am Gesamtsystem durch. Dabei berücksichtigen Sie den zusätzlichen 7. Freiheitsgrad für die Stabberechnung. Die Steifigkeiten der angeschlossenen Strukturelemente werden dadurch automatisch berücksichtigt. Dadurch müssen Sie keine Ersatzfedersteifigkeiten oder Lagerungsbedingungen für ein herausgelöstes System definieren.
Die Schnittgrößen aus der Berechnung mit Wölbkrafttorsion können Sie anschließend in den Add-Ons zur Bemessung nutzen. Berücksichtigen Sie das Wölbbimoment und sekundäre Torsionsmoment abhängig von Material sowie der gewählten Norm. Ein typischer Anwendungsfall ist hier der Stabilitätsnachweis nach Theorie II. Ordnung mit Imperfektionen im Stahlbau.
Wussten Sie schon? Die Anwendung ist nicht nur auf dünnwandige Stahlquerschnitte beschränkt. Dadurch ermöglicht sie beispielsweise auch eine Berechnung des ideellen Kippmomentes von Balken mit massiven Holzquerschnitten.
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/STAHL Wölbkrafttorsion (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Wölbkrafttorsion (7 Freiheitsgrade) für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Vollständige Integration in die Umgebung von RFEM 6 und RSTAB 9
7. Freiheitsgrad wird direkt in der Berechnung von Stäben in RFEM/RSTAB am Gesamtsystem berücksichtigt
Keine Definition von Lagerungsbedingungen oder Federsteifigkeiten für die Berechnung am vereinfachten Ersatzsystem mehr notwendig
Kombination mit anderen Add-Ons möglich, bspw. zur Berechnung von Verzweigungslasten für Drillknicken und Biegedrillknicken mit der Stabilitätsanalyse
Keine Beschränkung auf dünnwandige Stahlquerschnitte (es ist bspw. ebenso die Berechnung von ideellen Kippmomenten für Balken mit massiven Holzquerschnitten möglich)
Berücksichtigung von 7 lokalen Verformungsrichtungen (ux, uy, uz, φx, φy, φz, ω) bzw. 8 Schnittgrößen (N, Vu, Vv, Mt,pri, Mt,sec, Mu, Mv, Mω) bei der Berechnung von Stabelementen
Nutzbar in Kombination mit einer statischen Berechnung nach Theorie I., II. und III. Ordnung (dabei können auch Imperfektionen berücksichtigt werden)
Ermöglicht in Kombination mit dem Add-on Stabilitätsanalyse die Ermittlung von kritischen Lastfaktoren und Eigenformen von Stabilitätsproblemen wie Drillknicken und Biegedrillknicken
Berücksichtigung von Stirnplatten und Quersteifen als Wölbfedern bei der Berechnung von I-Profilen mit automatischer Ermittlung und grafischer Anzeige der Wölbfedersteifigkeit
Grafische Darstellung der Querschnittsverwölbung von Stäben in der Verformungsfigur
In der Schichtenaufbau-Bibliothek stehen Ihnen u. a. folgende Brettsperrholz-Hersteller zur Verfügung:
Binderholz (USA)
KLH (USA, CAN)
Kalesnikoff (USA, CAN)
Nordic Structures (USA, CAN)
Mercer Mass Timber
SmartLam
Sterling Structural
Aufbauten, die in der Lignatec-Ausgabe 32 "Brettsperrholz aus Schweizer Produktion" gelistet sind
Durch das Laden eines Aufbaues aus der Schichtenaufbau-Bibliothek werden für Sie automatisch alle relevanten Parameter übernommen. Die Datenbank wird kontinuierlich für Sie erweitert.
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.
In RFEM ist eine Bibliothek für Brettsperrholzflächen implementiert, von der Sie die Herstelleraufbauten (z. B. Binderholz, KLH, Piveteaubois, Södra, Züblin Timber, Schilliger, Stora Enso) laden können. Dabei werden neben den Schichtdicken und Materialien auch Informationen über die Steifigkeitsreduktionen sowie über die Verklebung der Schmalseiten mit übertragen.
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
Wussten Sie schon? Äquivalente statische Lasten werden getrennt für jeden relevanten Eigenwert und getrennt für jede Anregungsrichtung generiert. Diese Lasten werden im Lastfall vom Typ Antwortspektrenverfahren gespeichert und RFEM/RSTAB führt eine lineare statische Analyse durch.
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 können sich sicher denken, dass gerade die Kosten ein wichtiger Faktor in der Planung jedes Projektes sind. Auch die Bestimmungen zur Emissionsabschätzung sind unbedingt einzuhalten. Das zweiteilige Add-On Optimierung & Kosten / CO2-Emissionsabschätzung erleichtert es Ihnen, sich im Dschungel der Normen und Möglichkeiten zurechtzufinden. Es nutzt die künstliche-Intelligenz-Technik (KI) der Partikelschwarmoptimierung (PSO), um für parametrisierte Modelle und Blöcke die passenden Parameter zu finden, die Ihnen die Einhaltung üblicher Optimierungskriterien garantieren. Zum anderen schätzt dieses Add-On die Modellkosten bzw. CO2-Emissionen durch Vorgabe von Stückkosten bzw. -emissionen je Materialdefinition für das Strukturmodell ab. Mit diesem Add-On sind Sie auf der sicheren Seite.
Die Lastfälle vom Typ Antwortspektrenverfahren enthalten die generierten Ersatzlasten. Dabei muss zuerst eine Überlagerung der Modalbeiträge (SRSS- oder CQC-Regel) erfolgen. Vorzeichenbehaftete Ergebnisse auf Basis der dominanten Eigenform werden Ihnen dabei ermöglicht.
Anschließend werden die Beanspruchungsgrößen infolge der Komponenten der Erdbebeneinwirkung superpositioniert (SRSS- oder 100% / 30% - Regel).
Im Vergleich zum Zusatzmodul RF-/DYNAM Pro - Ersatzlasten (RFEM 5 / RSTAB 8) sind im Add-On Antwortspektrenverfahren für RFEM 6 / RSTAB 9 folgende neuen Features hinzugekommen:
Antwortspektren zahlreicher Normen (EN 1998, DIN 4149, IBC 2018 etc.)
Benutzerdefinierte oder aus Akzelerogrammen generierte Antwortspektren
Ansatz von richtungsbezogenen Antwortspektren
Ergebnisse werden zentral in einem Lastfall mit darunter liegenden Ebenen gespeichert, damit eine Übersichtlichkeit gewährleistet wird
Zufällige Torsionswirkungen können automatisch berücksichtigt werden
Automatische Kombinatorik der Erdbebenlasten mit den übrigen Lastfällen für die Nutzung in einer außergewöhnlichen Bemessungssituation
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.
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.
Dlubal-Statiksoftware nimmt Ihnen viel Arbeit ab. Eingabekennwerte, die für die gewählten Normen relevant sind, werden vom Programm regelkonform vorgeschlagen. Zudem haben Sie die Möglichkeit, Antwortspektren auch manuell einzugeben.
Lastfälle vom Typ Antwortspektrenverfahren definieren, in welche Richtung Antwortspektren wirken und welche Eigenwerte der Struktur relevant für die Analyse sind. In den Spektralanalyse-Einstellungen legen Sie Details für die Kombinationsregeln, ggf. Dämpfung sowie Zero-Period-Acceleration (ZPA) fest.
Ihnen stehen für den Optimierungsprozess zwei Methoden zur Verfügung, mit denen Sie optimale Parameterwerte nach einem Gewichts- oder Verformungskriterium finden können.
Die effizienteste Methode mit der niedrigsten Berechnungszeit ist die naturnahe Partikelschwarmoptimierung (PSO). Haben Sie bereits davon gehört oder gelesen? Diese künstliche-Intelligenz-Technologie (KI) weist eine starke Analogie zum Verhalten von Tierschwärmen auf, die auf der Suche nach einem Rastplatz sind. In solchen Schwärmen finden Sie zahleiche Individuen (vgl. Optimierungslösung – z. B. Gewicht), die gerne in einer Gruppe bleiben und der Gruppenbewegung folgen. Nehmen wir an, dass jedes einzelne Schwarmmitglied das Rastbedürfnis auf einem optimalen Rastplatz (vgl. beste Lösung – z. B. niedrigstes Gewicht) hat. Dieses Bedürfnis steigt mit Annäherung zum Rastplatz an. Somit wird das Schwarmverhalten auch durch die Eigenschaften des Raums (vgl. Ergebnisdiagramm) beeinflusst.
Wieso der Ausflug in die Biologie? Ganz einfach – der PSO-Prozess in RFEM bzw. RSTAB geht ähnlich vor. Der Berechnungslauf beginnt mit einem Optimierungsergebnis aus einer zufälligen Belegung der zu optimierenden Parameter. Dabei ermittelt dieser immer wieder neue Optimierungsergebnisse mit variierten Parameterwerten, die auf der Erfahrung der bereits vorher getätigten Modellmutationen basieren. Dieser Prozess läuft so lange ab, bis die vorgegebene Anzahl von möglichen Modell-Mutationen erreicht ist.
Alternativ zu dieser Methode steht Ihnen im Programm noch eine Stapelverarbeitungsmethode zur Verfügung. Diese Methode versucht, sämtliche möglichen Modell-Mutationen durch eine zufällige Vorgabe der Werte für die Optimierungsparameter bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von möglichen Modell-Mutationen zu prüfen.
Beide Varianten kontrollieren nach der Berechnung einer Modellmutation auch die jeweils aktivierten Bemessungsergebnisse der Add-Ons. Des Weiteren speichern sie die Variante bei einer Auslastung < 1 mit zugehörigem Optimierungsergebnis und Wertebelegung der Optimierungsparameter ab.
Die geschätzten Gesamtkosten und -emissionen können Sie aus den jeweiligen Summen der einzelnen Materialien ermitteln. Dabei setzen sich die Summen der Materialien aus den gewichtsbasierten, volumenbasierten und flächenbasierten Teilsummen der Stab-, Flächen- und Volumenelemente zusammen.
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.
Wussten Sie schon? Die Strukturoptimierung schließt in den Programmen RFEM bzw. RSTAB die parametrische Eingabe ab. Dies ist ein paralleler Prozess neben der eigentlichen Modellberechnung mit all seinen regulären Berechnungs- und Bemessungsdefinitionen. Dabei geht das Add-On davon aus, dass Ihr Modell bzw. der Block mit einem parametrischen Zusammenhang aufgebaut ist und in der Gesamtheit von globalen Steuerparametern mit dem Typ „Optimierung“ kontrolliert wird. Daher gibt es den Steuerparametern zur Abgrenzung des Optimierungsbereichs eine untere sowie obere Grenze und eine Schrittweite. Wenn Sie optimale Werte für die Steuerparameter finden wollen, müssen Sie ein Optimierungskriterium (z. B. minimales Gewicht) mit Auswahl einer Optimierungsmethode (z. B. Partikelschwarmoptimierung) angeben.
Die Kosten- und CO2-Emissionsschätzung finden Sie bereits in den Materialdefinitionen geregelt. Beide Optionen können Sie individuell in jeder Materialdefinition einzeln aktivieren. Die Schätzung basiert hierbei auf einer Stückkosten- bzw. Stückemissions-Einheit für Stäbe, Flächen und Volumenkörper. Dabei können Sie auswählen, ob die Stückeinheiten jeweils per Gewicht-, Volumen- oder Flächeneinheit angegeben werden sollen.
Beide Optimierungsmethoden haben eines gemeinsam. Sie präsentieren Ihnen am Ende des Prozesses aus den gespeicherten Daten eine Modellmutationsliste. Darin finden Sie die Angabe des kontrollierenden Optimierungsergebnisses und der zugehörigen Wertebelegung der Optimierungsparameter. Diese Liste ist absteigend organisiert. Sie finden an der obersten Stelle die angenommene beste Lösung. Bei dieser liegt das Optimierungsergebnis mit seiner ermittelten Wertebelegung dem Optimierungskriterium am nächsten. Sämtliche Add-On-Ergebnisse weisen eine Auslastung < 1 auf. Des Weiteren stellt das Programm mit Abschluss der Analyse automatisch die Wertebelegung der optimalen Lösung bei den Optimierungsparametern in der globalen Parameterliste ein.
In den Materialdialogen finden Sie die Register „Kostenschätzung“ und „Abschätzung der CO2-Emissionen“. Darin zeigen sich Ihnen die einzelnen Schätzsummen der zugeordneten Stäbe, Flächen und Volumen je Gewichts-, Volumen- und Flächeneinheit. Zudem weisen diese Register die Gesamtkosten und -emissionen aller zugeordneten Materialien aus. Dadurch schaffen Sie sich eine gute Übersicht zu Ihrem Projekt.