Thema:
Bemessung von ausgesteiften Rahmen nach AISC 341 in RFEM 6
Kommentar:
Die Bemessung eines OCBF (ordinary concentrically braced frame - gewöhnlicher konzentrisch ausgesteifter Rahmen) und eines SCBF (special concentrically braced frame - spezieller konzentrisch ausgesteifter Rahmen) kann im Add-On Stahlbemessung von RFEM 6 durchgeführt werden. Das Ergebnis der Erdbebenbemessung ist nach AISC 341-16 und 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 341-16/22 [1].
- Begrenzungen des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses [Abschnitte D1.1 und F1.5a]
- SCBF-Stabilitätsverband von Trägern - Erforderliche Festigkeit und Steifigkeit [Abschnitte F2.4b and D1.2a.1(b)]
- SCBF-Stabilitätsverband von Trägern - Maximaler Abstand [Abschnitte F2.4b und D1.2a.1(c)]
- Erforderliche Festigkeit bei Stützen [Abschnitt D1.4a]
- Schlankheitsgrad des Verbands [Abschnitte F1.5b für OCBF und F2.5b(a) für SCBF]
Begrenzungen des Breite-zu-Dicke-Verhältnisses für Duktilitätsanforderungen
Verbände im OCBF werden als mäßig duktile Stäbe gemäß Abschnitt F1.5a ausgewiesen. Alle Stäbe (Verbände, Träger, Stützen) im SCBF werden als hochduktile Stäbe gemäß Abschnitt F2.5a ausgewiesen.
Die Verbände im OCBF müssen die Anforderungen der Erdbebenvorschriften des AISC, Abschnitt D1.1 für mäßig duktile Stäbe erfüllen. Als Ausnahme gemäß Abschnitt F1.5a brauchen Verbände in rein zugbeanspruchten Rahmen mit L-c/r größer als 200 die Duktilitätsanforderung nicht erfüllen. Dieser Nachweis wird in RFEM als EQ 1300 dargestellt (Bild 1).
Hinweis: Rein zugbeanspruchte Rahmen sind in SCBFs gemäß Abschnitt F2.4d nicht zulässig.
Stabilitätsverband von Trägern im SCBF
Die Anforderung an einen Stabilitätsverband gilt nur für Träger in V-förmigen Verbänden und sogenannten Chevron-Verbänden gemäß Abschnitt F2.4b [1]. Die erforderliche Festigkeit sowie Steifigkeit der Stabilitätsverbände sind im Register Stabilitätsverband stabweise unter "Erdbebenanforderungen" aufgelistet (Bild 2). 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).
Die erforderliche Festigkeit Pbr ist in Gleichung A-6-7 des Anhangs 6 im AISC 360-16/22 [3] festgelegt:
| 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 |
Hinweis: Pr ist bei ausgesteiften Rahmen nicht anwendbar.
Die erforderliche Steifigkeit βbr ist in Gleichung A-6-8 im Anhang 6 im AISC 360-16/22 [3] 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 des AISC 341-16/22 Abschnitt F2.4b, der sich auf Abschnitt D1.2a.1(c) bezieht:
| 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 in den Ausnutzungen an den Stäben dargestellt. Die verschiebliche Länge Lb ist die angegebene effektive Länge für Biegedrillknicken (BGDK). Das Nachweisdetail ist als EQ 2100 dargestellt (Bild 3).
Erforderliche Festigkeit der Stütze
Alle Stützen, die Teil des SFRS (seismic force-resisting system) 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 360-16/22, Kapitel H überprüft.
Bei Lastkombinationen mit überfester Erdbebenlast wird Kapitel H nicht angewendet, wenn die Option zur Vernachlässigung aller Biegemomente, von Schub und Torsion in Stützen für den Grenzzustand der Überfestigkeit aktiviert ist. Das Beispiel 4.3.2 aus dem Handbuch zur Erdbebenbemessung [2] beschreibt den Nachweis am Kontrollfall aus beiden Lastkombinationen, also Standard und Überfestigkeit.
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 (Bild 4).
Schlankheitsgrad des Verbands
Bei V-förmigen Verbänden bzw. sogenannten Chevron-Verbänden, die als OCBF vorliegen, muss der Schlankheitsgrad L-c/r gemäß Abschnitt F1.5b [1] kleiner oder gleich 4*√(E/F-y) sein. Dadurch sollen unausgewogene Kräfte begrenzt werden, die sich nach dem Knicken eines Verbandes in den Rahmenstäben entwickeln. Dieser Nachweis wird in RFEM als EQ 3300 dargestellt (Bild 5).
Bei Verbänden mit X-Konfiguration kann die Option zur Erfüllung dieser Anforderung in der Erdbebenkonfiguration deaktiviert werden.
Bei Verbänden in SCBFs muss der Schlankheitsgrad L-c/r gemäß Abschnitt F2.5b(a) [1] kleiner gleich 200 sein. Dieser Nachweis wird in RFEM als EQ 3310 dargestellt ...