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28. Januar 2021

Weniger generierte Lastkombinationen durch Reduktion der Lastfälle

Wer nach den aktuellen Normen eine statische Berechnung für ein Tragwerk erstellen will, muss sich neben Einwirkungen und Bauteilwiderständen auch mit der Kombination der Einwirkungen befassen. Die bekanntesten Einwirkungen in der Baustatik sind zum Beispiel der ständig wirkende Lastfall Eigengewicht, die plötzlich wirkenden Lastfälle Wind und Schnee.

Die Kombination von Einwirkungen sollte das Ziel haben, dass für jede Stelle des Tragwerks jeweils die ungünstigste Lastkombination für die Bemessung gefunden wird. Dabei steigert jeder zusätzliche Lastfall mit einer wechselnden Wirkung die Kombinationsmöglichkeiten und erhöht damit die Anzahl der zu untersuchenden Lastkombinationen.

Da mit der Anzahl der Lastkombinationen auch der Berechnungsaufwand steigt, ist man stets bemüht die Menge an Lastkombinationen niedrig zu halten. Hier kann man zum Beispiel durch Nutzung logischer Zusammenhänge die Anzahl der zu kombinierenden Lastfälle reduzieren, um damit final die Anzahl der zu untersuchenden Lastkombinationen zu mindern.

Bei einem symmetrischen Zweigelenkrahmen gibt es beispielsweise folgende Prinziplastfälle:

LastfallBezeichnungWirkungN-Kraft Stütze linksN-Kraft Stütze rechts
1EigengewichtständigDruckDruck
2Wind nach rechtswechselndZugDruck
3Wind abhebendwechselndZugZug
4SchneewechselndDruckDruck

Aufgrund des Zusammenhangs, dass der LF1 immer wirkt und die anderen drei Lastfälle wechselnd auftreten können, ergeben sich folgende acht mathematisch möglichen Kombinationen:

LK1 = LF1 + LF2 + LF3 + LF4
LK2 = LF1
LK3 = LF1 + LF2
LK4 = LF1 + LF3
LK5 = LF1 + LF4
LK6 = LF1 + LF2 + LF3
LK7 = LF1 + LF3 + LF4
LK8 = LF1 + LF2 + LF4

Diese Auswahl kann zum Beispiel mit der reinen Suche nach den extremen Normalkräften in den Stützen reduziert werden. Hierbei ist für jede Stütze jeweils eine Gruppe mit Lastfällen aufzustellen, welche positiv und auch negativ wirken.

GruppenStütze linksStütze rechts
PositivLF1, LF2, LF3LF1, LF3
NegativLF1, LF4LF1, LF2, LF4

Zählt man die Gruppen zusammen, dann ergeben sich statt der acht nur noch vier Kombinationen:

LK1 = LF1 + LF2 + LF3
LK2 = LF1 + LF4
LK3 = LF1 + LF3
LK4 = LF1 + LF2 + LF4

In RFEM 5 und RSTAB 8 können Sie diese Art von Reduzierung in dem Menü "Lastfälle und Kombinationen bearbeiten" unter dem Register "Kombinationsregeln" mit der Option "Anzahl der Lastfälle reduzieren..." umsetzen.

Aktivieren Sie hierzu in dem Unterregister "Reduzieren - Anzahl der Lastfälle" für eine maximale Anzahl von Lastfällen in einer Lastkombination das zu untersuchende Ergebniskriterium für eine bestimmte Elementauswahl. Das Programm berücksichtigt dann diese Information für die automatische Ermittlung der nötigen Kombinationen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Lastfallmitglieder der Gruppen über ein Größenkriterium auszuschließen. Mit dieser Zusatzoption können nicht einflussreiche Lastfälle ausgeschlossen werden.


Autor

Herr Niemeier ist für die Entwicklung von RSTAB, RFEM, RWIND Simulation und den Bereich Membranbau zuständig. Zudem beschäftigt er sich mit Qualitätssicherung und Kundensupport.

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