Als Freiheitsgrad bezeichnet man die Zahl der Bewegungsmöglichkeiten eines statischen Systems. Mithilfe der Freiheitsgrade können Verschiebungen und Verdrehungen an einem Knotenpunkt beschrieben werden. So ermöglicht jeder Freiheitsgrad eine Verschiebung oder eine Verdrehung in eine gewisse Richtung. In einer FEM-Berechnung sind Freiheitsgrade auch unbekannte Größen in den Knotenpunkten, die zur Lösung des Gleichungssystems ermittelt werden müssen.
Lager
Jedes Bauwerk leitet seine Kräfte von oben nach unten in die Fundamente ab. Fundamente werden in der Baustatik als Lager idealisiert. Sie sind als Freiheitsgrade zu verstehen und bilden somit die Randbedingungen für ein Tragwerk. Sie verhindern nämlich die Verschiebung oder Verdrehung in eine gewisse Richtung, sodass keine Verformung auftreten kann. Je nach Definition können Lager gewisse Freiheitsgrade einschränken.
Freiheitsgrade für 2D- und 3D-Berechnungen
- Ein Ebenes Tragwerk (2D) weist drei Bewegungsmöglichkeiten (Freiheitsgrade) auf: eine Verschiebung in die horizontale X-Richtung, eine Verschiebung und in die vertikale Z-Richtung sowie eine Verdrehung um die globale Y-Achse. Nicht verfügbare Freiheitsgrade sind im Programm nicht auswählbar bzw. ausgegraut.
- Ein räumliches Tragwerk (3D) weist hingegen sechs Bewegungsmöglichkeiten auf: drei Verschiebungen und drei Verdrehungen jeweils in X-, Y- und Z-Richtung.
Lager in RFEM und RSTAB
Jedes Tragwerk leitet seine Lasten über die Lager in die Fundamente ab. Ohne jegliche Lagerung wären alle Knoten frei und in ihren Verschiebungen und Verdrehungen unbehindert. Soll ein Knoten als Lager wirken, muss mindestens einer der Freiheitsgrade gesperrt oder durch eine Feder eingeschränkt werden. Zudem muss dieser Knoten Teil einer Fläche oder eines Stabes sein. Die Randbedingungen der Stäbe sollten dabei auch berücksichtigt werden, um Doppelgelenke an den gelagerten Knoten auszuschließen.
Knotenlager sind erforderlich, um Zwangsverformungen aufbringen zu können.
Knotenlager können mit nichtlinearen Eigenschaften versehen werden (Ausfallkriterien für Zug- oder Druckkräfte, Arbeits- und Steifigkeitsdiagramme).
Im Dialog "Neues Knotenlager" liegen verschiedene Lagertypen in Form von Schaltflächen vor, die die Definition der Freiheitsgrade erleichtern. Sie sind mit folgenden Lagereigenschaften belegt:
