ACI 318-19 Abs. 8.4.1.5 und 8.4.1.6 empfiehlt die Verwendung von Stützen- und Mittelstreifen für die Plattenbemessung in zwei Richtungen. Stützenstreifen haben eine Breite von 0,25lmin auf beiden Seiten der Stützenmittellinie. Zwischen zwei Stützenstreifen wird ein Mittelstreifen gesetzt. Ebenso sind im CSA A23.3:19 die Breiten von Stützenstreifen mit 0,25 lmin angegeben, wobei der mittlere Streifen die von zwei Stützenstreifen begrenzte Fläche darstellt.
Herangehensweise mit RF-BETON Flächen
Der Ansatz der Standardbemessung in RF-BETON Flächen ist die Plattenbemessung in zwei Richtungen. Das Hauptprogramm RFEM führt eine vollständige Analyse nach der Finite-Elemente-Methode durch, um die Grundschnittgrößen wie mx und my für alle 2D-Flächenelemente im Modell zu ermitteln. Die durch die lokalen Achsen der Flächen (x, y und z) definierten Grundschnittgrößen werden weiter in Hauptschnittgrößen wie m1 und m2 bezogen auf die Hauptachsen 1 und 2 umgewandelt. Weitere Informationen zu dieser Umwandlung finden Sie im RFEM-Online-Handbuch:
8.16 Flächen - Hauptschnittgrößen
Darüber hinaus berechnet RF-BETON Flächen die endgültigen Bemessungsmomente für die Plattenober- und Unterseiten entlang der definierten Bewehrungsrichtungen. Ausführliche Informationen zu diesem Berechnungsablauf finden Sie im Online-Handbuch RF-BETON Flächen:
2.4.1 Bemessungsschnittgrößen
Die endgültigen Bemessungsmomente werden an jedem FE-Netzpunkt als 1 ft (bzw. 1 m) breiter Streifen in Richtung der Längsbewehrung berücksichtigt. Die Bewehrung entlang dieses Streifens wird auf Grundlage dieses Bemessungsmoments unter Berücksichtigung von Überlegungen aus der Bemessungsnorm wie z.B. Bewehrungsmindestwerten ermittelt. Die Einheiten für die gegebene Bewehrung sind [Bewehrungsfläche/Breite], d.h. in²/ft (bzw. cm²/m). Die erforderliche Bewehrung an jedem FE-Netzpunkt wird grafisch über farbige Isolinien bereitgestellt.
Es könnte für Ingenieure von Interesse sein, eine größere Bemessungsbreite als die Standardbreite von 1 ft (oder 1 m) in Betracht zu ziehen, wie es die ACI 318-19 oder die CSA A23.3:19 für einen vereinfachten Ansatz ermöglichen.
Bemessungsstreifen mit Ergebnisstäben in RF-BETON Stäbe
Ergebnisstäbe können alle Schnittgrößen eines Betonplattenelements über eine gewählte Länge und Breite summieren. Ergebnisstäbe tragen nicht zur Steifigkeit des Tragwerks bei und beeinflussen die Lastverteilung nicht. Sie können vielmehr als Instrument zur Ergebnisbewertung herangezogen werden. Eine ausführliche Erläuterung zu diesem Stabtyp finden Sie im RFEM-Online-Handbuch:
4.17 Stäbe
Ein Ergebnisstab kann direkt über das Plattenelement gezogen werden. Querschnittstyp und Material können frei gewählt werden. Der Stabtyp muss auf "Ergebnisstab" eingestellt sein. Weiterhin sollte die Option "Innerhalb des Quaders - allgemein" so ausgewählt sein, dass die Breite Y auf die Gesamtbreite des gewünschten Bemessungsstreifens und die Höhe Z auf die Erfassung der Flächendicke eingestellt ist. Die Fläche(n), die der Bemessungsstreifen überspannt, sollten in der Liste "Berücksichtigte Objekte" aufgeführt werden.
Im RFEM-Webinar 2: Fortgeschrittene Modellierung bei 38:14 sehen Sie ein ähnliches Beispiel für einen Ergebnisstab, der über einem Plattenelement angesetzt ist.
Ergebnisstäbe können im Modul RF-BETON Stäbe wie ein typisches Trägerelement weiter bemessen werden.
Die Längsbewehrung wird gemäß den Normen ACI 318 oder CSA A23.3 beruhend auf dem mittleren Biegemoment entlang der Trägerlänge bereitgestellt.
Mehrfache Ergebnisstäbe können in beiden Längsrichtungen erzeugt und im Zusatzmodul RF-BETON bemessen werden, um das Verfahren zum einseitigen Bemessungsstreifen für Betonplattenelemente anzuwenden. Schauen Sie sich die Fläche 7 und den Stab 6 im Download-Modell am Ende dieses Beitrags an, um eine Vorstellung vom Ergebnisstab zu bekommen.
Bemessungsstreifen mit Glättungsbereichen in RF-BETON Flächen
Alternativ zu den Ergebnisstäben können Sie Glättungsbereiche über die angegebene Bemessungsstreifenbreite aufbringen. Glättungsbereiche mitteln die Schnittgrößen über einen bestimmten Bereich an einem Flächenelement, die dann in RF-BETON Flächen für die Bemessung weiter berücksichtigt werden können. Erfahren Sie mehr über Glättungsbereiche im RFEM-Online-Handbuch:
Glättungsbereiche sind für Situationen mit Singularitäten von Vorteil. Weitere Beiträge zum Thema "Glättungsbereiche" finden Sie in der Knowledge Base:
Sie können auch im Zusatzmodul RF-BETON Flächen berücksichtigt werden, um hohe Schnittgrößen- und Spannungsspitzen zu glätten, die in der Praxis aufgrund einer besseren Lastverteilung, die ein FEM-Programm standardmäßig nicht erfassen kann, nicht auftreten würden. Ein Beispiel für Glättungsbereiche und Singularitäten bei der Stahlbetonbemessung ist im Webinar CSA A23.3:19 Concrete Design in RFEM (in Englisch) bei 56:10 zu sehen.
Darüber hinaus verwendet die Fläche 9 im Download-Modell Glättungsbereiche nur dort, wo die Stütze und die Platte sich überschneiden, um hohe Spitzen bei den Bewehrungsanforderungen zu vermeiden. Die Schnittgrößen werden in alle Richtungen über eine Fläche von 2 ft ⋅ 2 ft gemittelt.
Glättungsbereiche können auch verwendet werden, um Bemessungsstreifen bei der Berücksichtigung von Bewehrung abzugleichen. Im Download-Modell ist die Fläche 8 mit der Fläche 9 identisch. Bemessungsstreifen werden vielmehr als nur an Singularitätsstellen auch über die gesamte Plattenbreite und -länge sowohl in X- als auch in Y-Richtung aufgebracht. Die Breite des Bemessungsstreifens wird dann vom Anwender festgelegt, der sicher die Empfehlungen des ACI 318 und CSA A23.3 berücksichtigen wird.
Besonders zu beachten sind auch die Angaben für die "Richtungen und Kräfte bei der Mittelung" im Dialog "Glättungsbereich bearbeiten". Bemessungsstreifen sind für die Bemessung in einer Richtung bestimmt. Daher sollten die Glättungsbereiche nur eine Durchschnittsermittlung der Schnittgrößen in die entsprechende Richtung berücksichtigen. Dies kann eingestellt werden, indem die lokale Achse des Glättungsbereichs an der senkrechten lokalen Achse der Fläche ausgerichtet wird (z.B. u-Achse des Glättungsbereichs zur y-Achse der Fläche). Diese Einstellungen hängen von der Ausrichtung der Elemente im verwendeten Modell ab. Die relevanten Schnittgrößen werden über die Breite des Bemessungsstreifens gemittelt.
Die Darstellung der Grundschnittgrößen der Flächen wie z.B. die Biegemomente der x-Achse (mx) zeigt einen deutlichen Unterschied zwischen den Standardwerten entlang eines Schnitts mit hohen Spitzen (Fläche 9) und den Schnittwerten, die über eine Glättungsbereichsbreite durchschnittlich ermittelt wurden (Fläche 8).
Bei der Bewehrungsbemessung in RF-BETON Flächen können die Glättungsbereiche berücksichtigt werden, indem die entsprechende Option im Zusatzmodul bei den Einstellungen für "Details" ausgewählt wird. Der Nachweis berücksichtigt dann die Glättungsbereiche, die auf der Fläche implementiert sind. Die Glättungsbereiche wirken sich zwar direkt auf die Grundschnittgrößen entlang der x- und y-Achse der Fläche aus, dies sind jedoch nicht die Werte, die für die endgültige Bemessung herangezogen werden. Vielmehr werden die endgültigen Bemessungsschnittgrößen verwendet, die aus den maximalen und minimalen Biegemomenten abgeleitet wurden, die ja nicht unbedingt entlang der x- und y-Achse ausgerichtet sind. Es ist nicht möglich, im Zusatzmodul die Bemessung in zwei Richtungen auszuschließen. Die als Bemessungsstreifen verwendeten Glättungsbereiche sorgen für eine bessere Einheitlichkeit des Bewehrungsnachweises, stellen jedoch keine genaue Bemessung in eine Richtung dar.
Fazit
RF-BETON Flächen ist standardmäßig ein Zusatzmodul zur beidseitigen Bemessung von Bewehrungsplatten. Die erforderliche Bewehrung aus der Analyse wird sowohl numerisch als auch grafisch an jedem FE-Netzpunkt basierend auf den im Zusatzmodul berechneten endgültigen Bemessungsschnittgrößen vorgesehen. Die optimale Berücksichtigung des Verfahrens mit Bemessungsstreifen für eine echte Stahlbetonbemessung in nur eine Richtung über eine benutzerdefinierter Breite erfolgt mit Ergebnisstäben und dem Zusatzmodul RF-BETON Stäbe. Die Alternative besteht darin, Glättungsbereiche im RFEM-Modell anzuweden und die entsprechende Berücksichtigung in RF-BETON Flächen zu aktivieren. Letztere Option verbessert zwar die Schnittgrößenmittelung über die Breite eines Bemessungsstreifens, jedoch wird im Verlauf des Bewehrungsnachweises weiterhin eine Bemessung in zwei Richtungen berücksichtigt.
