In diesem Beitrag wird die Anwendung des Ersatzstabverfahrens bei einem gevouteten Dachträger (siehe Bild 1) gezeigt.
Definition der Modellierungs- und Bemessungsparameter in RFEM 6
Der Stabilitätsnachweis von Holzkonstruktionen nach dem Ersatzstabverfahren erfordert die Aktivierung des Add-Ons Holzbemessung in RFEM 6 (Bild 2). Die Add-Ons sind in die RFEM-Umgebung integriert, sodass alle Bemessungseinstellungen und Parameter parallel zur Modellierung definiert werden können. Hierzu ist es wichtig, bei der Stabdefinition das Kontrollkästchen Bemessungseigenschaften anzuhaken (Bild 3).
Wie Bild 1 zeigt, hat der Holzträger eine Spannweite von 14 m und Profilabmessungen von 140 x 400 mm bzw. 140 x 900 mm am Ende und in der Feldmitte bzw.. Brettschichtholz GL28C wird hier als Material verwendet und kann aus der Materialbibliothek in RFEM 6 ausgewählt werden. Der Träger hat neben dem Eigengewicht auch eine ständige Last von 1,75 kN/m und eine Schneelast von 3,4 kN/m.
In RFEM 6 können die Querschnittseigenschaften des neuen Stabes im in Bild 4 dargestellten Register Querschnitt definiert werden. Dieser Dachträgertyp erfordert die Auswahl von Sattel bei der Verteilungsart und eine Anordnung an der Profilunterseite.
Es kann ein Abstand k eingestellt werden, bei dem die Querschnittswerte von denen am Stabanfang und Stabende abweichen; ebenso können Querschnitte an diesen Punkten zugewiesen werden.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht RFEM 6 die gleichzeitige Definition der Modellierungs- und Bemessungsparameter. Im Register Bemessungsarten des Fensters Neuer Stab können daher die Stabeigenschaften wie Knicklängen, Nutzungsklassen, Schubfelder und Drehbettungen komfortabel eingestellt werden. Wie Bild 5 zeigt, wird in diesem Beispiel kein Schubfeld oder keine Drehbettung definiert, und der Fokus wird auf die Zuordnung der Knicklänge gelegt.
Die Definition der Knicklängen ist in Bild 6 dargestellt. Generell können die Knicklängen für Biegedrillknicken sowie Biegeknicken um die starke und schwache Achse berücksichtigt werden. Bei der Bemessung nach dem Ersatzstabverfahren erfolgt die Berechnung des ideellen Biegedrillknickmomentes analytisch.
Als nächstes werden die Knotenlager definiert und die Knicklängenbeiwerte zugewiesen. In diesem Beispiel werden Knotenlager am Anfang und am Ende des Stabes angeordnet (Bild 7), wodurch die gesamte Stablänge für den Stabilitätsnachweis berücksichtigt wird.
Vor dem Start der Berechnung kann der Anwender die Parameter für die Tragfähigkeitskonfiguration festlegen. Die Stabilitätsnachweise können in den Bemessungsparametern der Maske Tragfähigkeit aktiviert werden (Bild 8). An dieser Stelle kann auch die (de)stabilisierende Wirkung der Last berücksichtigt werden, die in einer Vergrößerung der Knicklänge resultiert (Bild 9).
Ergebnisse
Sobald die Berechnung abgeschlossen ist, stehen die Ergebnisse der Holzbemessung in grafischer und tabellarischer Form zur Verfügung. Wie Bild 10 zeigt, werden die Nachweiskriterien für jede Nachweisart in der Ergebnistabelle angezeigt, während alle Nachweisarten über das Symbol Nachweisdetails zugänglich sind.
Die Möglichkeit, in RFEM 6 einen Stabilitätsnachweis für Voutenstäbe auf Basis der Ersatzquerschnittshöhe zu führen, wird in den Nachweisdetails übersichtlich dargestellt. Wurden beispielsweise die Nachweisdetails für den Stabilitätsnachweistyp ST3100 (Biegung um die y-Achse und Druck nach 6.3.3., EN 1995 | DIN | 2014-07) dargestellt, so beträgt die Höhe des Querschnitts an der Stabstelle x = 1.402 m 500.1 mm (Bild 11).
Für die Berechnung der in den Nachweisgleichungen berücksichtigten Querschnittswerte (z. B. Widerstandsmoment, Trägheitsmoment, etc.) wird jedoch in Wirklichkeit die Referenzquerschnittshöhe verwendet.
Die Ergebnisse zeigen, dass die volle Stablänge für den Stabilitätsnachweis zu Ausnutzungen größer als 1 führt. Zur Lösung dieses Problems kann die Knicklänge geändert werden, indem Einspannungen an den Zwischenknoten entlang des Feldes definiert werden. Durch die neue Knicklänge ergeben sich verbesserte Ausnutzungen wie in Bild 13 dargestellt.
Schlussbemerkungen
Stäbe mit gevouteten Querschnitten lassen sich in RFEM 6 einfach und unkompliziert modellieren. Die Integration des Add-Ons Holzbemessung in die RFEM-Umgebung ermöglicht es, die Modellierungs- und Bemessungsparameter dieser Elemente gleichzeitig festzulegen. Einer der großen Vorteile von RFEM 6 in Bezug auf die Stabilitätsuntersuchungen ist die Möglichkeit, Stabilitätsnachweise für Stäbe mit gevouteten Querschnitten nach dem Ersatzstabverfahren durchführen zu können.
In der fünften Generation von RFEM war die Bemessung von Voutenstäben nach dem Ersatzstabverfahren nicht möglich. Stattdessen wurde die Bemessung von Voutenstäben nach dem Ersatzstabverfahren bisher nur im eigenständigen Programm RX-HOLZ angeboten.
Wichtig zu erwähnen ist, dass in RFEM 6 neben dem Ersatzstabverfahren auch eine Stabilitätsuntersuchung auf Basis der Eigenwertmethode möglich ist. Die auf diesem Verfahren basierende Stabilitätsanalyse wird in einem der nächsten Knowledge Base-Beiträge behandelt.