Problemlose Bemessung schlanker Stützen aus Beton

Einleitung

Was geht Ihnen durch den Kopf, wenn Sie eine schlanke Stahlbetonstütze entwerfen und beurteilen müssen?

• Welchen Ansatz soll ich wählen, die vereinfachte oder die genauere Methode?
• Verwendung spezieller Softwaretools oder eigener Exceltabellen
• Erfassen die Tools oder Exceltabellen das Knicken einer schlanken Betonstütze?
• Wie erfasst man den Stabilitätsverlust einer schlanken Säule?

Sie können sagen, dass Sie sich nicht auf vereinfachte Methoden verlassen können und lieber einen genaueren und sichereren Ansatz auf der Grundlage nichtlinearer Analysen wählen sollten. Die Anwendung fortschrittlicherer Methoden, die Definition von Material- und geometrischen Nichtlinearitäten klingen allesamt sehr kompliziert und zeitaufwändig. 

Oder gibt es kein Werkzeug, mit dem man schlanke Betonstützen einfach bemessen und nachweisen kann, ohne die fortschrittlichere Methode zu berücksichtigen? Doch, das gibt es! 

Sehen Sie sich die neue Funktion Bemessung und Nachweis von schlanken Stützen nach Eurocode in IDEA StatiCa Concrete an.

Arbeitsablauf

Es war noch nie so einfach. Folgen Sie einfach dem vierstufigen Arbeitsablauf, um schlanke Stahlbetonstützen zu bemessen und nachzuweisen.

• Erstellen Sie die Geometrie der Struktur, einschließlich der Randbedingungen und der Bewehrung.
• Setzen Sie die analysierten und zugehörigen Stäbe den Lasteinwirkungen aus
• Ausführen der nichtlinearen Analyse und der Bewertung
• Generieren Sie den Bericht mit allen wichtigen Zahlen, Ergebnissen und Nachweisen. 

Möchten Sie noch effektiver werden? Fassen Sie die ersten beiden zeitaufwändigen Schritte in einem zusammen! 

Verwenden Sie Ihre bevorzugte FEM-Software (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot, etc.) und verknüpfen Sie die analysierte Struktur mit dem IDEA StatiCa Checkbot. Vom Checkbot aus können Sie die nichtlinearen Analysen zur Bemessung und zum Nachweis schlanker Stützen einfach ausführen.

Die Methode dahinter

Die Methode basiert auf der Auswertung von Spannungen und Dehnungen innerhalb der Stahlbetonquerschnitte, in die ein analysiertes Bauteil automatisch unterteilt wird. Alles, worum Sie sich kümmern müssen, ist die richtige Bewehrung des untersuchten Bauteils. 

Jeder Stahlbetonquerschnitt wird automatisch entsprechend den Einstellungen des GMNA-Lösers vernetzt. Die Standardwerte finden Sie unter der Schaltfläche Einstellungen. Durch die richtige Vernetzung eines Stahlbetonquerschnitts erhält man sehr detaillierte Ergebnisse für jede Betonfaser und jeden Bewehrungsstab. Sie können das Beton- und Stahlnetz sowie die Anzahl der Unterteilungen pro Länge des analysierten Bauteils beeinflussen.

Das Verhalten des Betons und des Stahls wird durch parabolisch-rechteckige bzw. bilineare Spannungs-Dehnungs-Diagramme mit einem schrägen Zweig erfasst.

Die GMNA selbst besteht aus drei Analysetypen:

• Materiell nichtlineare Analyse (MNA)
• Lineare Knickanalyse (LBA)
• Geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen (GMNIA)

Zunächst wird die materiell nichtlineare Analyse (MNA) durchgeführt. Wenn Sie geometrische Nichtlinearität und Imperfektionen nicht berücksichtigen müssen, können Sie hier aufhören, und Ihr Entwurf ist fertig. Anschließend werden die ermittelten Werte (Spannung und Dehnung) mit den im Normenkatalog festgelegten Grenzwerten verglichen. Die detaillierten Ergebnisse der einzelnen Betonfasern und Bewehrungsstäbe werden für den ausgewählten Querschnitt grafisch dargestellt und in der Tabelle mit allen entsprechenden Spannungs- und Dehnungswerten aufgelistet. Sie können die Ergebnisse getrennt für Beton und Bewehrung abrufen.

Wenn es nicht ausreicht, nur die materielle Nichtlinearität zu berücksichtigen, sondern auch die geometrische, dann ist es an der Zeit, die lineare Knicknachweisanalyse (LBA) zu verwenden, deren Ergebnisse die Eigenformen und kritischen Lasten des analysierten Bauteils sind. Diese Analyse hilft einem Ingenieur, den theoretischen Stabilitätsverlust einer Struktur zu bestimmen, die einwirkenden Lasten ausgesetzt ist. 

Es wäre nicht sicher, nur die theoretische Knickungsfigur der Struktur zu berücksichtigen, da es anfängliche Imperfektionen gibt. Aus diesem Grund ermöglicht die Ergebnistabelle die Definition der Imperfektionsamplitude für jede Eigenform. Die Imperfektion ist vom Ingenieur auf der Grundlage von Erfahrungswerten oder Empfehlungen des Regelwerks zu definieren.  

Bis zu sechs Eigenformen werden von der linearen Knickanalyse (LBA) ausgegeben.

Sobald die Imperfektion definiert ist, wird sie automatisch proportional auf den Stab angewandt, und dann können Sie den letzten Analysetyp - geometrische und materielle nichtlineare Analyse mit Imperfektionen (GMNIA) - durchführen. 

Bei dieser Analyse werden alle Quellen von Nichtlinearitäten wie Material und Geometrie einschließlich der Imperfektionen berücksichtigt. Die Ausgangswerte der GMNA-Analyse sind wiederum Spannungen und Dehnungen innerhalb des jeweiligen Querschnitts. 

Der Nachweis basiert auf dem Vergleich mit den in der Norm definierten Grenzwerten. Sie können die Detail- oder Gesamtergebnisse sowohl für Beton- als auch für Bewehrungsteile betrachten. Im Ergebnisband Code-Nachweis wechseln Sie zwischen Spannungs-, Dehnungs- und Durchbiegungsausgabewerten und den entsprechenden Code-Nachweisen.

Praktische Beispiele

Stellen Sie sich ein globales Bauwerk in SCIA Engineer. Sie müssen einen sicheren und wirtschaftlichen Entwurf für ein solches Gebäude erstellen. Die Schwierigkeit besteht darin, die Knicklängen einer Stütze zu definieren, deren Höhe der Gesamthöhe des Gebäudes (14,2 m) entspricht, und dabei alle möglichen Nichtlinearitäten zu berücksichtigen, da die Stabilität bei der Bemessung eines solch schlanken Bauteils eine wichtige Rolle spielt.

Der Arbeitsablauf könnte folgendermaßen aussehen:

• Entwerfen Sie das globale Modell in SCIA Engineer
• Definieren Sie die Lastfälle und Kombinationen und führen Sie die globale lineare Analyse in SCIA Engineer durch.
• Verwenden Sie den BIM Link zwischen SCIA Engineer und IDEA StatiCa um die Geometrie, Lasten und Ergebnisse zu importieren.
• Importieren Sie das gesamte Tragwerk über die SAF-Datei in die IDEA StatiCa Checkbot-App, wo Sie den analysierten Stab (schlanke Stütze) definieren und die kritischen Kombinationen auswählen
• Öffnen des analysierten Stabes (schlanke Stütze) in IDEA StatiCa Member
• Überprüfung der Korrektheit des Imports - Geometrie und Lasten
• Bemessung der Bewehrung der Stütze
• Durchführen aller Arten von nichtlinearen Analysen (MNA, LBA, GMNIA)
• Optimieren Sie die Stützengeometrie oder die Bewehrung
• Ausdrucken des Berechnungsberichts mit allen wichtigen Ergebnissen, Normnachweisen und Bildern

Benutzererfahrung

Testen Sie die neue Funktion und teilen Sie uns Ihre Meinung mit. Laden Sie sich die angehängte Zip-Datei herunter und probieren Sie es selbst aus.

Möchten Sie etwas verbessern? Wir würden uns sehr über Ihr Feedback freuen. 

Wie Sie feststellen konnten, sind die Nachweise nicht abhängig von der Norm im Sinne diverser Formeln oder tief integrierter Norm-empfohlener Workflows, sondern vielmehr Norm-konform durch die Verwendung von Norm-Grenzwerten von Spannung und Dehnung, in Beton und Bewehrung. Bislang wurde der Eurocode implementiert. Sind Sie an der Implementierung anderer Codes interessiert? Lassen Sie es uns wissen!