Thema:
Biegesteifer Rahmen - Stabbemessung nach AISC 341-22 in RFEM 6
Kommentar:
Im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 stehen drei Arten von biegesteifen Rahmen (OMF, IMF, SMF) zur Verfügung. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist nach AISC 341-22 in zwei Abschnitte gegliedert: Stabanforderungen und Anschlussanforderungen.
Beschreibung:
Ausführlichere Einzelheiten zur Eingabe der Erdbebenkonfiguration werden in einem separaten Fachbeitrag behandelt:
KB | Erdbebenbemessung nach AISC 341 in RFEM 6
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Stabanforderungen
Für Stäbe, die Teil des SFRS (Seismic Force-Resisting System) sind, sind die folgenden Nachweise in RFEM verfügbar. Die aufgeführten Abschnitte beziehen sich auf die Erdbebenvorschriften AISC 341-22 [1].
- Begrenzungen des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses [Abschnitt D1.1]
- Stabilitätsverband von Trägern - Erforderliche Festigkeit und Steifigkeit [Abschnitt D1.2a.1(b) für IMF (Intermediate Moment Frames) und D1.2b für SMF (Special Moment Frames)]
- Stabilitätsverband von Trägern - Maximaler Abstand [Abschnitt D1.2a.1(c) für IMF und D1.2b für SMF]
- Stabilitätsverband von Trägern an Gelenkstellen - Erforderliche Festigkeit [Abschnitt D1.2c.1(b)]
- Erforderliche Festigkeit bei Stützen [Abschnitt D1.4a]
- Stützenschlankheitsgrad bei verschieblichem Anschluss [Abschnitt E3.4c.2b]
Begrenzungen des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses für Duktilitätsanforderungen
Stäbe in IMFs werden als mäßig duktile Stäbe gemäß Abschnitt E2.5a ausgewiesen. Stäbe in SMFs werden gemäß Abschnitt E3.5a als hochduktile Stäbe bezeichnet.
Stützenflansch
Der Stützenflansch eines SMF muss die Anforderungen der Erdbebenvorschriften des AISC, Abschnitt D1.1 [1] für hochduktile Stäbe erfüllen. Dieser Nachweis wird in RFEM als EQ 1200 dargestellt (Bild 1).
Stützensteg
Das begrenzte Breiten-Dicken-Verhältnis für Stege hochduktiler Stäbe wird mit dem maßgebenden Lastfall für Axiallast gemäß Abschnitt D1.4a [1] bestimmt. Der maßgebende Lastfall basiert auf allen Lastkombinationen einschließlich der LK nur mit Schwerkraft, LK mit Standard-Erdbebenlast und LK mit Überfestigkeits-Erdbebenlast. Dieser Nachweis wird in RFEM als EQ 1100 dargestellt (Bild 2).
Analog zu den Stützen werden auch für die Träger Prüfungen zum Breiten-Dicken-Verhältnis durchgeführt.
Stabilitätsverband von Trägern
Die erforderliche Festigkeit sowie Steifigkeit der Stabilitätsverbände sind im Register Stabilitätsverband stabweise unter "Erdbebenanforderungen" aufgelistet (Bild 3). Diese Werte können bei der Bemessung der Verbandsstäbe, die den Träger einrahmen, mit der berechneten vorhandenen Festigkeit und Steifigkeit verglichen werden. Es sind keine Nachweisdetails verfügbar (nur Referenzen).
Für die erforderlichen Festigkeiten sind zwei verschiedene Werte aufgelistet. Der erste Wert P-br gilt für Stabilitätsverbände, die sich außerhalb der plastischen Gelenkstelle befinden. P-br ist in Gleichung A-6-7 des Anhangs 6 von AISC 360 [3] definiert:
| Pbr | Erforderliche Festigkeit des Stabilitätsträgerverbands |
| Mr | Erforderliche Biegefestigkeit des Trägers. Mr = Ry Fy Z/ αs [AISC 341 Gleichung D1-1] |
| Cd | Doppelter Krümmungsfaktor = 1,0 [AISC 341 Abschnitt D1.2a(b)] |
| ho | Abstand zwischen dem Flanschschwerpunkt ho = d - tf |
Der zweite, größere Wert P-r gilt speziell für die Stabilitätsverbände an der Stelle des plastischen Gelenks. Er ist in Gleichung D1-4 von AISC 341 [1] definiert:
| Pr | Erforderliche Festigkeit des Stabilitätsträgerverbandes an der Stelle des plastischen Gelenks |
| Ry | Verhältnis der erwarteten Fließspannung zur spezifizierten Mindestfließspannung |
| Fy | Spezifizierte Mindestfließspannung |
| Z | Wirksames plastisches Widerstandsmoment eines Querschnitts (oder eines Anschlusses) an der Stelle des plastischen Gelenks |
| αs | LRFD-ASD-Kraftniveau-Anpassungsfaktor = 1,0 für LRFD und 1,5 für ASD |
| ho | Abstand zwischen dem Flanschschwerpunkt |
Die erforderliche Steifigkeit β-br ist in Gleichung A-6-8 im Anhang 6 definiert:
| βFr | Erforderliche Steifigkeit des Stabilitätsträgerverbandes |
| Mr | Erforderliche Biegefestigkeit des Trägers |
| Cd | Doppelkrümmungsfaktor = 1,0 |
| Lbr | Maximaler Abstand der Stabilitätsträger-Verbände |
| ho | Abstand zwischen dem Flanschschwerpunkt |
Der maximale Abstand des Stabilitätsverbandes muss die Anforderungen von AISC 341-22, Abschnitt D1.2a.1(c) für IMF und Abschnitt D1.2b für SMF erfüllen.
| Lbr | Maximaler Abstand der Stabilitätsträger-Verbände |
| ry | Trägheitsradius um die schwache Achse |
| E | Elastizitätsmodul |
| Ry | Verhältnis der erwarteten Fließspannung zur spezifizierten Mindestfließspannung |
| Fy | Spezifizierte Mindestfließspannung |
Der Nachweis für den maximalen Abstand wird zusammen mit den anderen Stabanforderungen unter "Ausnutzungen der Stäbe" dargestellt. Das Nachweisdetail wird als EQ 2100 dargestellt (Bild 4). Die verschiebliche Länge L-b ist die angegebene effektive Länge für Biegedrillknicken (BGDK).
Erforderliche Festigkeit der Stütze
Alle Stützen, die Teil des SFRS sind, müssen mit überfesten Lasten bemessen werden. In vielen Fällen braucht die verstärkte Normalkraft nicht mit den gleichzeitigen Biegemomenten kombiniert zu werden. Die Option zur Vernachlässigung aller Biegemomente, von Schub und Torsion in Stützen im Grenzzustand der Überfestigkeit ist standardmäßig aktiviert. Diese Option kann in der Erdbebenkonfiguration deaktiviert werden.
Für Standard-Lastkombinationen ohne Überfestigkeit aus Erdbebenlastwirkung wird die kombinierte Belastung nach AISC 360-22, Kapitel H überprüft.
Bei Lastkombinationen mit überfester Erdbebenlast werden die Kapitel F und H nicht überprüft, wenn die Option zur Vernachlässigung aller Biegemomente, von Schub und Torsion in Stützen für den Grenzzustand der Überfestigkeit aktiviert ist.
Im Beispiel 4.3.2 im Handbuch zur Erdbebenmessung [2] muss der Kontrollfall aus beiden Lastkombinationen, also Standard und Überfestigkeit, berücksichtigt werden.
Biegemomente, die aus einer Last zwischen den Punkten der seitlichen Halterung resultieren, können zum Knicken der Stütze beitragen. Sie müssen daher gleichzeitig mit den Axiallasten berücksichtigt werden, indem die Option zur Vernachlässigung der Momente deaktiviert wird.
Stützenschlankheitsgrad bei verschieblichem Anschluss
Bei Stützen in SMFs ohne Querstabverband an der Verbindung muss das Potential für das Ausknicken aus der Ebene am Anschluss mindestens...