scia.d.composite - Verbundbaubemessung

SCIA Engineer bietet eine umfassende Lösung für die Modellierung, die Analyse und die Bemessung von Verbunddecken. Die Software automatisiert die zwei wesentlichen Aufgaben, die bewältigt werden müssen, um eine sichere und ausführbare Bemessung zu erhalten:

• die Strukturanalyse der Decke in einer 3D-FEM-Umgebung: einschließlich Bauphasen, partieller Verbundwirkung zwischen Trägern und Platte und spezifische Verarbeitung von Lasten, die für dieses Struktursystem typisch ist;
• die normenbasierte Bemessung einzelner Verbundträger: Nachweise im GZT und GZG einschließlich automatischer Bemessung und Anordnung der Verdübelung.

Die Verbundentitäten werden außerdem in erweiterte Bemessungsworkflows integriert: Durch Modellierung der Platten und Träger kann das Verhalten von starren Diaphragmen einfach dargestellt und können Nichtlinearitäten erfasst werden. Der Ingenieur kann Stabilitätsanalysen, modale Analysen, Erdbebenanalysen, und Analysen nach Theorie II. Ordnung mit Anfangsimperfektionen ausführen, um das Verhalten des Bauwerks als Ganzes zu verstehen.

Dies bietet die Möglichkeit, in einer einzigen, zentralen Plattform komplexe Modelle in einer 3D-CAE-Analyseumgebung zu erstellen, Bemessungsnachweise auszuführen und alle oder ausgewählte Verbundträger in diesen Modellen unter Berücksichtigung der geltenden Normen zu optimieren.

Hauptvorteile der Verbunddeckenlösung von SCIA Engineer

 

• Der Mehr-Modell-Ansatz ermöglicht das gleichzeitige Ausführen von Nachweisen in der Bauphase und in der Endphase (Verbund) ohne erforderliche Änderungen am Modell.
• Dieses Analysemodell in Phasen berücksichtigt außerdem die Verformung infolge Kriechen und die partielle Verdübelung zwischen Stahlträgern und einer Betonplatte. Die FEM-Ergebnisse zeigen so die tatsächliche Verformung der Decke.
• Platten können je nach ihrer Steifigkeit und Ihren besonderen Anforderungen für eine bestimmte Aufgabe oder Überprüfung durch starre, halbstarre oder nachgiebige Deckendiaphragmen dargestellt werden.
• Die Verteilung der Flächenlasten mit dem Verfahren der beisteuernden Flächen gewährleistet verständlichere Ergebnisse, die sich außerdem leichter mit manuellen Berechnungen vergleichen lassen.
• Die automatisierte Verarbeitung des Eigengewichts (erhöhtes Gewicht des Frischbetons und damit verbundene höhere Sicherheitsbeiwerte während der Ausführung) und der LF-Kombinationen erleichtern das richtige Berücksichtigen der Bauphasen in der Bemessung.
• Eine umfassende Bauteilüberprüfung kann gemäß EN 1994-1-1 oder AISC 360 und einschließlich Nachweisen im GZT und GZG für die Bauphase und die Endphase ausgeführt werden.
• Konstruktive Auflagen gewährleisten, dass die Träger vor Ort gebaut werden können und dass die Bemessungsmethoden anwendbar bleiben. Die Geometrie der Stahlträger und Profilbleche, die Dicke des Aufbetons, die Position, der Durchmesser und der Abstand der Schubverbinder und die Bewehrung in der Platte werden überprüft.
• Sowohl die Anforderungen der jeweiligen Norm als auch benutzerdefinierte Anforderungen in Bezug auf die Abstände der Schubverbinder werden berücksichtigt. Dies ist besonders wichtig, wenn der Bauunternehmer besondere Anforderungen für die Ausführung vor Ort stellt.
• Der Biegemomentwiderstand im GZT in der Endphase basiert auf einer plastischen Spannungsverteilung im Verbundquerschnitt und berücksichtigt auch die partielle Verdübelung.
• Für Öffnungen in den Stegen von Stahlträgern werden zusätzliche Überprüfungen ausgeführt: gemäß SCI P355 im Kontext von Eurocode 4 bzw. gemäß AISC Design Guide #2 im Kontext von AISC 360.
• Die automatische Bemessung (AutoDesign) schlägt einen geeigneten Querschnitt, ein Schubdübellayout und (bei Bedarf) eine Vorverwölbung fest, mit denen alle Überprüfungen für GZT, GZG und zusätzliche Öffnungen in der Bauphase und in der Endphase erfüllt werden. Die konstruktiven Auflagen werden dabei ebenfalls berücksichtigt.
• Verschiedene Detailstufen für Ausgabe und Darstellung in der 3D-Szene ermöglichen das Erstellen informativer und skalierbarer Protokolle der Bemessung.
• Strenge Nachweise für Deckenschwingungen sind für Verbundträger verfügbar, die gemäß AISC 360 bemessen wurden.
• Ein vereinfachter Nachweis der vorhergesehenen Eigenfrequenz wird für Überprüfungen nach Eurocode 4 ausgeführt. 
• Nachweise der Feuerwiderstandsfähigkeit gemäß EN 1994-1-2, sowohl für die Bauphase aus auch für die Endphase, sind in der Eurocode-Umgebung verfügbar.

 

Anwendungsbereich und Beschränkungen

• Die hier beschriebenen Funktionalitäten für Verbundträger gelten für die Bemessung von Gebäuden.
• Die Stahlträger müssen prismatisch sein und ein symmetrisches I-Profil aufweisen: beliebiges I-Profil (z. B. HE, UB, IPE oder geschweißtes Blech) für Überprüfungen nach Eurocode 4 oder W-Profil für Überprüfungen nach AISC 360.
• Die Verbunddecken müssen aus einem Profilstahlblech und einer Aufbetonschicht bestehen. Vollbetondecken können mithilfe von Behelfslösungen unter Anwendung eines gewissen konservativen Spielraums und des eigenen Sachverstands bemessen werden.
• Die Verbindung zwischen den Stahlträgern und der Betonplatte wird mit Kopfbolzendübeln bewerkstelligt.
• In den Nachweisen gemäß AISC 360 kann nur eine einzige Stegöffnung pro Träger berücksichtigt werden.
• Die Nachweise der Feuerwiderstandsfähigkeit gemäß Eurocode 4 berücksichtigen keine Stegöffnungen.

 

Modellierung und Analyse im 3D-FEM-Kontext

 

Das Verbundanalysemodell (CAM) in SCIA Engineer analysiert die gesamte Struktur in den Bau-, Betriebs- und Wartungsphasen. Die Phasen sind für LF-Kombinationen, Analyse, Ergebnisse usw. vollständig automatisiert, d. h. Sie können wie mit einer üblichen linearen Analyse arbeiten. Verformungen und Lasteffekte der einzelnen Phasen werden überlagert. Dabei wird die tatsächliche Verdübelung zwischen Trägern und Platte und das Kriechen im Beton berücksichtigt.

Für das Struktursystem und die Anordnung der Träger gibt es keinerlei Einschränkungen: Die Verbundträger können frei aufliegende Träger, Durchlaufträger, Auslegerstäbe, parallel zueinander liegende Träger oder Träger mit beliebiger Ausrichtung sein. Das Verbundanalysemodell erkennt anhand der Ausrichtung des Stahlblechs, welche Träger Hauptträger (primär) sind und welche Träger Nebenträger (sekundär) sind. Dies wird in den Nachweisen und später in der automatischen Bemessung (AutoDesign) berücksichtigt.

Das Verbundanalysemodell leitet die genauen orthotropen Eigenschaften des Wellblechs und des Aufbetons ab und verwendet diese in den FEM-Berechnungen. Die Steifigkeit der Verbundträger wird basierend auf dem Grad der Verdübelung zwischen Trägern und Platte verstärkt.

Die mitwirkende Breite der Verbundträger wird ebenfalls automatisch berechnet. Die Bemessungsnormen EN 1994-1-1 und AISC 360-10 geben vor, welche Breite der Betonplatte zur Festigkeit und Steifigkeit des Verbundträgers beiträgt. Folgendes wird automatisch erkannt:

• die Feldlänge
• die Randbedingungen im Feld unter Berücksichtigung der benachbarten Feldern
• der Abstand zu benachbarten Elementen im 3D-Modell (z. B. andere Träger, Wände oder Öffnungen in der Platte)
• der Abstand zu den Plattenrändern

Zur genaueren Schätzung der Steifigkeit z. B. von Kassettenträgern und anderen Trägern mit Öffnungen berücksichtigt das Verbundanalysemodell alle Öffnungen in den Stegen der Stahlträger. Die an den 1D-Bauteilen modellierten Stegöffnungen werden später in den Bemessungsmodulen berücksichtigt. Kassettenträger können auch mit dem Bemessungswerkzeug Cellbeam vom britischen Hersteller Westok bemessen werden. Ein bidirektionaler Link zwischen SCIA Engineer und Cellbeam ermöglicht das Exportieren und Importieren von Stahl- und Verbundträgern.

Bauphasen

Intern arbeitet die Software mit drei FEM-Untermodellen, die jeweils eine unterschiedliche Steifigkeit der Verbundplatten annehmen: ein Modell für die Bauphase und zwei Modelle (eines für die kurzfristige und eines für die langfristige Steifigkeit) für die Endphase (Verbundphase). Dieses phasenbasierte Modell berücksichtigt die Fließeigenschaften (Kriechen), indem es in der endgültigen (Betriebs-)Phase zwischen kurz- und langfristigen Lastfällen unterscheidet.

Die Lastfälle und LF-Kombinationen können vollständig von der Software in den verschiedenen Phasen verarbeitet werden oder der Benutzer kann dies manuell steuern. Außerdem berücksichtigt die Software automatisch, dass Frischbeton in der Bauphase aufgrund des hohen Wassergehalts ein höheres Gewicht hat. Frischbeton wird als variable Last mit geeigneten Sicherheitsbeiwerten verarbeitet. Grund hierfür sind die Liefermethoden und die Tatsache, dass flüssiger Beton an bestimmten Stellen der Platte oder auf einzelnen Trägern angehäuft werden kann.

Kompatibilität mit Bemessungsnormen

Zwei mathematische Formulierungen für Verbundplatten mit Stahlträgern werden unterstützt. Bei der standardmäßig verwendeten Formulierung („Standardverbundwirkung“) können Normalkräfte aufgrund der Ausmitte zwischen Platte und Träger im FEM-Modell übergangen werden. Diese Idealisierung eignet sich für einen Großteil der Bemessungsaufgaben und ist die einzige Methode, die mit den Bemessungsverfahren in AISC 360 und Eurocode 4 kompatibel ist. In dieser Formulierung werden die Biegemomente in den Trägern erhöht und entsprechen den Ergebnissen der vereinfachten Lastsinkungsmethode, die üblicherweise in manuellen Berechnungen verwendet wird. 

Die zweite Formulierung („erweiterte Verbundwirkung“) basiert auf den tatsächlichen Querschnitteigenschaften und der Ausrichtung der Träger. Demzufolge werden die Normalkräfte in Träger und Decke als Ergebnis der ausmittigen Position des 1D-Bauteils erzeugt. Dieser letztere Ansatz ist hilfreich für eine erweiterte Analyse der gesamten Verbundstruktur.

Last: Diaphragmen und beisteuernde Flächen

Starre Diaphragmen in der Ebene bieten in Verbindung mit der Verteilung von Schwerkraftlasten nach beisteuernder Fläche eine gute Annäherung des tatsächlichen Verhaltens von Verbunddecken. Diese zwei Modellierungsfunktionen liefern klare und nachweisbare Ergebnisse und reduzieren gleichzeitig die Berechnungsdauer.

Starre Diaphragmen vereinfachen das Analysemodell auf Grundlage von sinnvollen Annahmen, die sich seit Jahrzehnten bewährt haben. Seitenlasten werden je nach Steifigkeit der vertikalen lasttragenden Elemente auf diese verteilt. Schwerkraftlasten hingegen werden basierend auf beisteuernden Flächen auf die Deckenträger verteilt.

Die Ergebnisse aus dieser numerischen Formulierung der Verbundplatte lassen sich direkt mit den Ergebnissen einer manuellen Berechnung vergleichen. Parasitäre Moment in verschiedenen Teilen der Struktur werden vermieden.

Nachgiebige Diaphragmen eignen sich für die Modellierung von Dächern mit Stahlschalung. Solche Dächer finden sich oft an Gebäuden, die zwar Verbunddecken haben, bei denen aber für das Dach aus Kostengründen auf das Hinzufügen der Betonschicht verzichtet wird.

Halbstarre Diaphragmen sind eine gute Lösung, wenn Sie zur Verteilung der Schwerkraftlasten die Methode der beisteuernden Flächen verwenden möchten, aber für Seitenlasten die FEM-Formulierung beibehalten möchten. Dies ist oft erforderlich, wenn Öffnungen in der Platte die Seitensteifigkeit in bestimmten Bereichen der Decke beeinträchtigen.

Bibliotheken

Die folgenden Bibliotheken erleichtern das Definieren von Verbunddecken:

• Stahlblechbibliothek mit üblichen Decken von europäischen, britischen und nordamerikanischen Herstellern
• Schubdübelbibliothek

Während der Modellierung können Sie Produkte aus der Bibliothek auswählen oder Decken und Dübel manuell definieren. Sie können die Bibliothek je nach Bedarf um eigene Stahlbleche ergänzen. Die Bibliothek kann nach verschiedenen Kriterien (Hersteller, Platzhalter) gefiltert werden.

Bemessung gemäß EN 1994-1-1

Die Bemessung von Verbundträgern erfolgt nach EN 1994-1-1 und relevanten Teilen von EC2, EC3 sowie bestimmten Veröffentlichung des Steel Construction Institute (SCI) zu diesem Thema. Folgende Funktionen sind verfügbar:

• Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustände der Gebrauchsfähigkeit werden für die Bauphase und die Endphase (Verbund) ausgeführt.
• Haupt- und Nebenträger werden erkannt und beispielsweise beim Bestimmen der Dübelanordnung unterschiedlich behandelt.
• Der Beitrag der Betonplatten zum Widerstand der Stahlträger in der Endphase wird anhand der berechneten mitwirkenden Breite berücksichtigt, die entlang der Trägerlänge variiert.
• Die Querschnittklassifizierung basiert auf der tatsächlichen Position der Neutralachse im Verbundquerschnitt.
• Die Bemessung der Schubdübel basiert auf der Annahme des GZT und den konstruktiven Auflagen. Sie können auch manuell einen Dübelabstand eingeben und diesen überprüfen. Zusätzliche Nachweise für die Dübelanordnung werden ausgeführt, falls signifikante Einzelkräfte auf Träger wirken.
• Die Wölbung kann bemessen oder eingegeben werden (als Absolutwert oder relativ zur Feldlänge).
• Die Parameter aus den nationalen Eurocode-Anhängen werden unterstützt.
• Der Widerstand der Kopfbolzendübel wird wie in der SCI-Veröffentlichung „NCCI PN001a-GB: Resistance of headed stud shear connectors in transverse sheeting“ definiert geändert, wenn der nationale Anhang für Großbritannien ausgewählt ist. Dies berücksichtigt die Geometrie und das Verhalten moderner Stahlbleche und entspricht sowohl Eurocode 4 als auch der üblichen Praxis in dieser Region.
• Im Stahlträgersteg können mehrere Öffnungen definiert werden. In diesem Fall werden zusätzliche Nachweise nach SCI P355 „Design of composite beams with large web openings“ ausgeführt. Kreisförmige, rechteckige und längliche Öffnungen werden unterstützt. Sie können bewehrt oder unbewehrt sein.
• Eine wirtschaftlichere Bemessung lässt sich unter Umständen durch Reduzieren der Verbundwirkung unter den Grenzwerten von EN 1994-1-1 erreichen. Sie können die Dübel wie in SCI 405: Minimum degree of shear connection rules for UK construction to Eurocode 4 definiert bemessen.
• Die Nachweisergebnisse können in der 3D-Darstellung an den Trägern und in den Ergebnistabellen angezeigt werden. Symbole für Fehler, Warnungen und Hinweise sowie eine Zusammenfassung der Bemessung werden in der 3D-Darstellung direkt an den Trägern angezeigt.
• Die drei verschiedenen Detailniveaus der Ausgabe gewährleisten die Skalierbarkeit des Protokolls. Je nach den jeweiligen Anforderungen können Sie die geeignete Detailstufe auswählen: Der Kurzbericht bietet eine Zusammenfassung der Bemessung in einer einzigen Tabellenzeile. Die Standardausgabe fasst die Hauptschritte der Bemessung zusammen und die Detailausgabe enthält eine vollständige Beschreibung der Berechnung mit Formeln, Zwischenschritten und maßstabsgetreuen Zeichnungen.

Wie bereits erwähnt können Kassettenträger auch mit dem Bemessungswerkzeug Cellbeam vom britischen Hersteller Westok bemessen werden. Ein bidirektionaler Link zwischen SCIA Engineer und Cellbeam ermöglicht das Exportieren und Importieren von Stahl- und Verbundträgern.

Automatische Bemessung

 

Die Funktion für die automatische Bemessung (AutoDesign) durchläuft alle Nachweise im GZT und GZG und konstruktiven Auflagen für die Bau- und Endphasen und schlägt dann geeignete Querschnitte, Dübellayouts und Vorverwölbungswerte vor, die alle Anforderungen der Bemessungsnorm erfüllen. Dies gilt auch für Stegöffnungen an den Trägern. Die vorgeschlagene Lösung ist wirtschaftlich, aber dennoch sicher. Die Grenzzustände und die konstruktiven Auflagen werden in einem Schritt erfüllt.

Die Optimierung können Sie auf folgende Weise kontrollieren:

• Sie wählen aus, welche „Optimierungsstrategie“ angewendet werden soll: Minimierung der Stahlträgergröße (und daher mehr Dübel), Minimierung der Dübelanzahl (und daher größere Stahlträger) oder eine ausgewogene Berücksichtigung beider Kriterien.
• Sie können die Trägerhöhe begrenzen. Dies ist beispielsweise bei begrenzter Deckenhöhe nützlich.
• Sie können einen Höchstwert für die Vorverwölbung festlegen, die als Gegenmaßnahme für Probleme in Bezug auf die Gebrauchsfähigkeit verwendet werden kann.
• Zuvor gruppierte Bauteile können einfach basierend auf ihrem Ausnutzungsgrad aufgeteilt (und dann getrennt optimiert) werden.
• SCIA Engineer ermittelt die Verdübelung zwischen den Trägern und der Platte auf Grundlage eines idealen Dübellayouts (wie in den Nachweisen verwendet und in der Ausgabe protokolliert) und verwendet dieses in der weiteren Analyse.
• Bauteilgruppen, die zur gleichen Bemessungslösung konvergieren, können vereinheitlicht werden.
• Sie können festlegen, dass die Routine zu zwei Dübeln je Reihe wechselt, wenn eine stärkere Verdübelung erforderlich ist.
• Für Hauptträger werden sowohl ein einheitliches als auch ein segmentiertes Dübellayout bereitgestellt.

Die automatische Bemessung der AutoDesign-Funktion ist nur für warmgewalzte I-Profile aus der Profilbibliothek verfügbar (benutzerdefinierte Erweiterungen werden unterstützt). Für geschweißte Stahlbleche wird nur der Nachweis ausgeführt. Die Dübel- und Vorverwölbungsbemessung kann jedoch auch für geschweißte Querschnitte ausgeführt werden.

Strukturbemessung für Feuerwiderstandsfähigkeit gemäß EN 1994-2-1

 

Der Nachweis der Feuerwiderstandsfähigkeit gemäß EN 1993-1-2 und EN 1994-1-2 wird sowohl für die Bauphase aus auch für die Endphase ausgeführt.

• Die antizipierte Branddauer, der Brandschutz und die Brandbeanspruchung werden je Verbundträger definiert.
• Die Entwicklung der Lufttemperatur im Zeitverlauf wird gemäß ISO 834 ermittelt.
• Die Temperaturentwicklung in den Stahl- und Betonbauteilen wird durch Aufteilen des Stahlträgers in Flansche und einen Steg und Aufteilen der Betonplatte in den Wärmeeinflusszonen in Lagen von 10 mm ermittelt.
• Die Biege- und Schertragfähigkeit der Träger wird anhand der ermittelten Temperaturen und der temperaturabhängigen Werkstoffeigenschaften ermittelt. Versagen infolge Längsschub und Zerdrücken in der Betonplatte werden ebenfalls in der Endphase ermittelt.

Bemessung gemäß AISC 360

Die Bemessung der Verbundträger wird gemäß der Norm ASIC 360-16 ausgeführt und bietet die folgenden Funktionen:

• Nachweise der Festigkeit und im Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit werden für die Bauphase und die Endphase ausgeführt. Für die Nachweise der Festigkeit werden das LRFD- (Load and Resistance Factor Design) und das ASD-Verfahren (Allowable Strength Design) unterstützt.
• Der Beitrag der Betonplatten zum Widerstand der Stahlträger in der Endphase wird anhand der berechneten mitwirkenden Breite berücksichtigt.
• Die positive und negative Biegefestigkeit wird gemäß AISC 360-16, Kapitel I2, bewertet.
• Die Schubfestigkeit (einschließlich Schubbeulen) wird gemäß AISC 360-16, Kapitel I4 und G2, bewertet.
• Die Festigkeit der Schubverbinder wird gemäß AISC 360-16, Kapitel I3b und I8, bewertet.
• Konstruktive Auflagen (in Bezug auf Betondecke, Stahldecke und Schubdübel) werden gemäß AISC 360-16, Kapitel I, berücksichtigt.
• Haupt- und Nebenträger werden erkannt und beispielsweise beim Bestimmen der Dübelanordnung unterschiedlich behandelt.
• Die Schubdübel werden basierend auf Annahmen zur Festigkeit und den konstruktiven Auflagen bemessen. Sie können auch manuell einen Dübelabstand eingeben und diesen überprüfen. Zusätzliche Nachweise für die Dübelanordnung werden ausgeführt, falls signifikante Einzelkräfte auf Träger wirken.
• Die Wölbung kann bemessen oder eingegeben werden (als Absolutwert oder relativ zur Feldlänge).
• Im Stahlträgersteg kann eine Öffnung definiert werden. In diesem Fall werden zusätzliche Nachweise nach „AISC Design Guide #2: Steel and Composite beams with web openings“ ausgeführt. Kreisförmige und rechteckige Öffnungen werden unterstützt. Sie können bewehrt oder unbewehrt sein.
• Die Nachweisergebnisse können in der 3D-Darstellung an den Trägern und in den Ergebnistabellen angezeigt werden. Symbole für Fehler, Warnungen und Hinweise sowie eine Zusammenfassung der Bemessung werden in der 3D-Darstellung direkt an den Trägern angezeigt.
• Die drei verschiedenen Detailniveaus der Ausgabe gewährleisten die Skalierbarkeit des Protokolls. Je nach den jeweiligen Anforderungen können Sie die geeignete Detailstufe auswählen: Der Kurzbericht bietet eine Zusammenfassung der Bemessung in einer einzigen Tabellenzeile. Die Detailausgabe enthält eine vollständige Beschreibung der Berechnung mit Formeln und Zwischenschritten.

Automatische Bemessung

Die Funktion für die automatische Bemessung (AutoDesign) durchläuft alle Nachweise im GZT und GZG und konstruktiven Auflagen für die Bau- und Endphasen und schlägt dann geeignete Querschnitte, Dübellayouts und Vorverwölbungswerte vor, die alle Anforderungen der Bemessungsnorm erfüllen. Dies gilt auch für Stegöffnungen an den Trägern. Die vorgeschlagene Lösung ist wirtschaftlich, aber dennoch sicher. Die Grenzzustände und die konstruktiven Auflagen werden in einem Schritt erfüllt.

Die Optimierung können Sie auf folgende Weise kontrollieren:

• Sie wählen aus, welche „Optimierungsstrategie“ angewendet werden soll: Minimierung der Stahlträgergröße (und daher mehr Dübel), Minimierung der Dübelanzahl (und daher größere Stahlträger) oder eine ausgewogene Berücksichtigung beider Kriterien.
• Sie können die Trägerhöhen begrenzen. Dies ist beispielsweise bei begrenzter Deckenhöhe nützlich.
• Sie können einen Höchstwert für die Vorverwölbung festlegen, die als Gegenmaßnahme für Probleme in Bezug auf die Gebrauchsfähigkeit verwendet werden kann.
• Zuvor gruppierte Bauteile können einfach basierend auf ihrem Ausnutzungsgrad aufgeteilt (und dann getrennt optimiert) werden.
• Bauteilgruppen, die zur gleichen Bemessungslösung konvergieren, können vereinheitlicht werden.
• Sie können festlegen, dass die Routine zu zwei Dübeln je Reihe wechselt, wenn eine stärkere Verdübelung erforderlich ist.
• Für Hauptträger werden sowohl ein einheitliches als auch ein segmentiertes Dübellayout bereitgestellt.

Die automatische Bemessung der AutoDesign-Funktion ist nur für warmgewalzte W-Formen mit breitem Flansch verfügbar.

Nachweisen der Deckenschwingung

Der Nachweis der Deckenschwingung kann getrennt von den oben beschriebenen Überprüfungen für Verbundträger ausgeführt werden. Dabei werden die im 2016 veröffentlichten AISC Design Guide 11: Floor Vibrations Due to Human Activity beschriebenen Verfahren angewendet.

Mit dieser Funktionalität können Sie mit einem Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit arbeiten, der oft ausschlaggebend ist bei der Bemessung von Verbunddecken: Nicht behandelte Deckenschwingungen können aufgrund des geringen Gewichts von Verbunddeckensystemen den Komfort wesentlich beeinträchtigen.

• Das Programm bietet eine schnelle und ausreichend genaue Überprüfung der durch Fußgänger erzeugten Deckenschwingungen gemäß bewährten US-amerikanischen Bemessungsmethoden.
• Das Antwortspektrum der Decke wird unter der Annahme einer vollständigen Verbundwirkung zwischen den Trägern und der Platte und einem erhöhten Elastizitätsmodul des Betons vorhergesagt. Die Interaktion zwischen Haupt- und Nebenträgern wird berücksichtigt.
• Beschleunigungsebenen werden mit den Toleranzstufen für den Benutzerkomfort verglichen. Dabei wird auch die Funktion der Decke berücksichtigt.
• Diese Überprüfungen folgen einer Nachweislogik und erfordern keine modale Analyse. Dies vereinfacht die Kontrolle der Schwingungen deutlich und reduziert den Zeitaufwand, liefert aber dennoch eine gute Annäherung der tatsächlichen Antwort der Decke.

Das Modul „Bemessung von Stahlbetonverbundstützen EC4“ ist ein Modul für die Bemessung und den Nachweis von Verbundstützen gemäß Norm. Das Modul ermöglicht die Berechnung der Festigkeit, Stabilität und Steifigkeit gemäß EN 1994 für Gebäude.

 

Mehrere Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit werden ausgeführt: Bauteilwiederstand unter Axialdruck, unter kombiniertem Druck und einaxialem Biegen, unter kombiniertem Druck und zweiaxialem Biegen und Einfluss des Querschubs auf den Biegewiderstand. Außerdem enthält das Modul eine Funktion zur Berechnung des Widerstands einer Verbundstütze im Brandfall.

Verbundstützen aus ausbetonierten Stahlrohren erfreuen sich weltweit einer immer größeren Beliebtheit für Tragwerksanwendungen. Diese Art Stütze bietet viele Vorteile, wie hohe Festigkeit, Duktilität und große Energieaufnahmefähigkeit sowie eine schnelle Konstruktion, positive Sicherheitsaspekte und die mögliche Verwendung einfacher Standardverbinder. Außerdem bieten die heute verfügbaren Betonklassen mit höherer Druckfestigkeit die Möglichkeit, schlankere Stützen zu bemessen, was zu einer größeren Bodenfläche führt.

Verbundstützenquerschnitte

Die Bemessungsnachweise können wie in der Abbildung unten aufgeführt für sechs Arten gewalzter oder geschweißter Verbundquerschnitte ausgeführt werden.

Analysemethoden

Die Verbundbemessungsnachweise können für lineare und nichtlineare LF-Kombinationen ausgeführt werden. Im Nachweis verwendete Parameter, die nur die lineare/nichtlineare Kombination betreffen, werden für beide Berechnungen einbezogen.

Lineare LF-Kombination

• Einwirkungen nach Theorie II. Ordnung: Die Anwendbarkeit wird gemäß Artikel 5.2.1(3) von EC-EN geprüft. Sofern zutreffend werden die Einwirkungen gemäß Artikel 6.7.3.4(5) berücksichtigt.
• Imperfektionsmomente am Bauteil: Die Auswirkung geometrischer und struktureller Imperfektionen wird mithilfe von äquivalenten Bauteilimperfektionen wie in Tabelle 6.5 erwähnt berücksichtigt.
• Modifiziertes Moment: Die Momente aus der linearen statischen Analyse werden basierend auf den Momenten nach Theorie II. Ordnung geändert und die Imperfektionsmomente werden wie oben erwähnt berechnet.

Nichtlineare LF-Kombination

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• Einwirkungen nach Theorie II. Ordnung: Diese werden bei der nichtlinearen Berechnung nicht berücksichtigt.
• Imperfektionen am Bauteil: Wenn die nichtlineare Analyse ohne Berücksichtigung der Imperfektionen ausgeführt wird, werden die Imperfektionen im Bemessungsnachweis gemäß Tabelle 6.5 berücksichtigt. Wenn die nichtlineare Analyse unter Berücksichtigung der Imperfektionen ausgeführt wird, sind die Imperfektionen nicht Bestandteil des Bemessungsnachweises.
• Modifiziertes Moment: Die Momente aus der nichtlinearen Analyse werden durch Hinzufügen der Imperfektionsmomente geändert, sofern diese nicht in die Analyse integriert wurden.
• Axialnachweis: Beachten Sie, dass bei einem Axialnachweis einer nichtlinearen LF-Kombination kein separater Knicknachweis ausgeführt wird. Dies bedeutet, dass der Axialwiderstand als plastisches Widerstandsmoment des Verbundquerschnitts (Ermittlung wie in Abschnitt 4.1.1 beschrieben) betrachtet wird und die entsprechende Nutzung als Verhältnis von Axialkraft zum plastischen Widerstand gegen Druck definiert wird.

Bemessungsnachweise: Grenzzustand der Tragfähigkeit

Die Nachweise werden gemäß EN 1994-1-1:2004 ausgeführt.

Die Bemessungsnachweise für Verbundstützenquerschnitte basieren auf der vereinfachten Bemessungsmethode, die auf prismatische Stützenquerschnitte mit doppelt symmetrischen Querschnitten anwendbar ist. Verschiedene Nachweise werden ausgeführt.

Bauteilwiderstand unter Axialdruck

Diese Art Nachweis umfasst:

• Plastischer Druckkraftwiderstand des Verbundquerschnitts
• Berechnung der elastischen kritischen Normalkraft
• Berechnung der wirksamen Biegesteifigkeit
• Einfluss von Langzeiteffekten: Reduktion des Elastizitätsmodul des Betons
• Verwendung europäischer Knicklinien
• Berechnung der nichtdimensionalen Schlankheit
• Bewertung des Knickwiderstands auf Druck
• Berechnung des Ausnutzungsgrads unter Axialdruck

Kombinierte Beanspruchung durch Druck und einaxiales Biegen

Der Bauteilwiderstand unter einer Beanspruchung durch Druck und einaxiales Biegen wird mithilfe einer Interaktionskurve bewertet (Artikel 6.7.3.6)

Kombinierte Beanspruchung durch Druck und zweiaxiales Biegen

Der Querschnittwiderstand unter einer Beanspruchung durch Druck und zweiaxiales Biegen wird mithilfe einer Interaktionskurve gemäß Artikel 6.7.3.7, Gleichung 6.47, bewertet.

Einfluss des Querschubs auf den Biegewiderstand

Der Einfluss der Querschubkräfte auf den Biege- und Normalkraftwiderstand wird beim Bestimmen der Interaktionskurve gemäß Artikel 6.7.3.2(3) berücksichtigt

Schubwiderstand

Längsschubwiderstand an der Schnittstelle zwischen Beton und Stahl wird gemäß Artikel 6.7.4.3 überprüft

Bemessungsnachweise: Brandbeanspruchung

Zur Berechnung des Feuerwiderstands siehe EN 1994-1-2:2005.

Die folgenden Berechnungsmodelle werden für den Nachweis der Feuerbeständigkeit einer Stütze verwendet:

• Vollständig mit Beton ummantelte Querschnitte: Nachweis gemäß Tabellendaten in Tabelle 4.4
• Teilweise mit Beton ummantelte Querschnitte: Modell der ausgeglichenen Summierung, wie in Anhang G beschrieben.
• Ausbetonierte kreisförmige und rechteckige (oder quadratische) Hohlprofile: Allgemeines Bemessungsverfahren, wie in Artikel 4.3.5.1 beschrieben, und alternative Bemessungsmethode, wie in Anhang H beschrieben