scia.d.scaff - Gerüstbaubemessung

Verschiedene allgemeine und spezifische Technologien in SCIA Engineer ermöglichen echtes CAE bei der Bemessung von Gerüsten: parametrisierte Blöcke zur schnelleren Modellierung, Projektvorlagen mit Lasten und vordefinierten Protokollen und erweiterte Analyseoptionen, die verschiedene Arten der Nichtlinearität abdecken. SCIA Engineer kombiniert diese Funktionen mit Nachweisen für Bauteile und Verbindungen (Kupplungen) für Gerüststrukturen nach EN 12811-1 und Herstellerspezifikationen.

Gerüstarten

SCIA Engineer wird seit Jahren erfolgreich als Werkzeug für die Analyse und Bemessung von folgenden Arten von Gerüsten eingesetzt.

Rohr-Kupplungs-Gerüste

Diese Gerüstart wird aufgrund ihrer Vielseitigkeit häufig verwendet. Die anpassbaren Komponenten ermöglichen ein einfaches Erstellen komplexer Geometrien.

Zur Modellierung verwendet SCIA Engineer die in Anhang C von EN 12811-1 definierten Kupplungstypen und herstellerspezifische Kupplungen von Cuplock und Layher.

Die Kupplungen stehen in einer umfangreichen Bibliothek zur Verfügung. Hier werden allgemeine und herstellerspezifische Produkte als komplexe dreidimensionale Gelenke mit nichtlinearer Translations- und Rotationsantwort dargestellt.

Modulare Systeme

In diesen Systemen stellen die Ständer die Komponenten für die Verbindung zu anderen Gerüstkomponenten (Querbalken und Gerüststangen) in vordefinierten (modularen) Intervallen bereit. Diese Systeme zeichnen sich besonders durch eine kurze Aufbauzeit aus.

SCIA Engineer erleichtert die Modellierung solcher Gerüste durch die Möglichkeit, Bibliotheken mit Benutzerblöcken zu erstellen, die dann in neue Projekte eingefügt werden können.

Rahmensysteme

Rahmensysteme sind ein besonderer Typ modulares System, bei dem die Ständer und Querbalken bereits als feste Rahmen miteinander verschweißt sind.

Auch hier ermöglicht die Verwendung von Benutzerblöcken und parametrisierten Vorlagen eine schnelle und fehlerfreie Modellgenerierung.

Modellierung

Für die Modellierung und Analyse der Gerüstbauteile stehen Stahl- und Aluminiumwerkstoffe zur Verfügung.

Direkte Gerüstmodellierung

Alle standardmäßigen Modellierungs- und Bearbeitungsfunktionen (Kopieren, Verschieben, Spiegeln usw.) und verfügbaren Werkzeuge (BKS, Aktivität, Lagen usw.) der allgemeinen SCIA Engineer-Umgebung werden für die Einrichtung des Analyse- und Strukturmodells (CAD-Modell) des Gerüsts verwendet.

Wenn ein 2D- oder 3D-CAD-Modell des Gerüsts verfügbar ist, kann dies direkt zur Verwendung als Analysemodell importiert werden. Selbst Architekturmodelle können importiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise das Modellieren eines Gerüsts neben einem vorhandenen Gebäude.

Außerdem können alle vorab vorbereiteten Benutzerblöcke, d. h. standardisierte oder parametrisierte Geometrieblöcke, die Sie zuvor definiert haben (z. B. Vorlagen für häufig verwendete Rahmensysteme), in das Modell des analysierten Gerüsts eingefügt werden.

Gerüstvorlagen

Benutzer, die regelmäßig Bemessungen von Gerüsten ausführen, werden von der Möglichkeit profitieren, maßgeschneiderte Vorlagen für alle verwendeten Gerüstarten vorzubereiten. Der Vorteil der Verwendung von Vorlagen liegt darin, dass alle gemeinsamen Daten (wie Werkstoffe, Querschnitte, Steifigkeiten, LF-Kombinationen, grundlegende Geometrie usw.) nur einmal (beim Erstellen der Vorlage) definiert werden müssen.

Vorlagen ersparen auch deshalb viel Mühe, weil hier bereits alle erforderlichen Lastfälle und LF-Kombinationen enthalten sein können.

Analyse

Die Analyse des Gerüsts umfasst die ordnungsgemäße Definition der Lasten und LF-Kombinationen und die Berechnung und Bemessung gemäß den anwendbaren Normen für das Gerüst.

Berechnung

Für Gerüststrukturen ist oft eine erweitere Analyse nach Theorie II. Ordnung mit den globalen (P-Δ) und lokalen (P-δ) Einwirkungen erforderlich (in Modul sens.00 enthalten). Weitere Berechnungsfunktionen aus diesem Modul dienen der Unterstützung verschiedener Besonderheiten von Gerüststrukturen: nichtlineare Funktionen für die Kupplungssteifigkeit, Reibauflager für Hebekupplungen, Nur-Druck-Auflager für Widerlager, Spaltelemente für Ränder zwischen Stift und Loch usw.

SCIA Engineer unterstützt außerdem die Stabilitätsanalyse, die dem Ermitteln der Eigenform des Gerüsts dient (Modul sens.01). Die Eigenformen werden dann als Imperfektionen für die vollständige Analyse nach Theorie II. Ordnung verwendet. Mit der nichtlinearen Stabilitätsanalyse (in Modul sens.03) können Sie beispielsweise Nur-Zug-Elemente eliminieren oder andere Bauteil- oder Auflager-Nichtlinearitäten zur Bestimmung der Eigenform des Gerüsts berücksichtigen.

Bemessung: Grenzzustände

Im Grenzzustand der Tragfähigkeit werden die Gerüstbauteile mit dem Tragfähigkeits- und Interaktionsnachweis aus EN 12811-1 überprüft. Neben den speziellen Gerüstnachweisen sind die vollständige Bemessung und der Nachweis der Struktur gemäß EN 1993-1-1 auch für Gerüste verfügbar, die die Voraussetzungen von EN 12811 nicht erfüllen.

SCIA Engineer ermöglicht außerdem das Ausführen eines Kupplungsnachweises gemäß EN 12811-1 oder Herstellerspezifikation (für spezielle Kupplungsprodukte).

Außerdem können Sie die Verformung des Gerüsts bewerten und Durchbiegungen nachweisen. Dies ist besonders wichtig für Gerüststangen, die Fußbodenbretter tragen.

Weitere Informationen zu Normnachweisen

In typischen Gerüstprojekten werden Stützen als durchlaufend betrachtet, obwohl sie flexible Gelenke entlang ihrer Länge aufweisen. Zur ordnungsgemäßen Bemessung solcher Gerüstelemente müssen die Systemlängen und Knicklängen richtig berücksichtigt werden. Mit der Gerüstfunktionalität wird dies richtig gehandhabt: Flexible Verbindungen zwischen Bauteilen wirken sich nicht auf die Systemlängen aus und diese werden auch in der FEM-basierten Ermittlung der Knicklängen verwendet.

Für Gerüstbauteile (Ständer, Querbalken) werden die EN-Stahl- und -Aluminiumnachweise um die Nachweise gemäß Gerüstnorm EN 12811-1 erweitert. Für Rohrbauteile wurden Ergänzungen hinzugefügt: Interaktionsgleichungen gemäß Art. 10.3.3.2 und DIN 4420 Teil 1 bei starkem Schub.

Für die Verbindungen gilt Folgendes:

• Sie weisen den Verbindungsknoten zwischen Ständern und Querbalken, zwischen Ständern und Diagonalen und zwischen Trägern nichtlineare Kupplungsgelenke. Die nichtlinearen Gelenke werden aus einer vordefinierten Bibliotheksliste ausgewählt.
• Für allgemeine Kupplungen werden die Widerstandswerte mit den Bemessungskräften (Anhang C von EN 12811-1) verglichen und ein Nachweis der LF-Kombination wird ausgeführt (Art. 10.3.3.5, Gleichungen 10 und 11). Die Bibliothek enthält die folgenden allgemeinen Kupplungstypen:
  • Normalkupplung
  • Stoßkupplung
  • Drehkupplung
  • Parallelkupplung
• Für herstellerspezifische Produkte von Layher und Cuplock werden die Nachweise gemäß den Regeln in den Spezifikationsdokumenten ausgeführt.
• Für Hebekupplungen erfolgt der Nachweis gemäß Eurocode (Nachweis des Grenzmoments (Mu) je nach Längskraft im ausgewählten Ständer).

Zeichnungen

Ein separates Modul [sendt.01 – Automatisierte Übersichtszeichnungen] stellt ein sehr effizientes Werkzeug zum automatischen Erstellen von 2D- und 3D-Übersichtszeichnungen der Struktur dar. Die erzeugten Bilder können bearbeitet, mit anderen Zeichnungen kombiniert und in die Zeichnungsgalerie eingefügt werden, um professionelle Ausgaben zu erzeugen. Alle Zeichnungen bleiben mit dem ursprünglichen Modell verbunden und können so im Falle einer Änderung am Modell automatisch neu generiert werden.

Maßgeschneiderte Workflows

Gerüstkomponenten

SCIA Engineer ermöglicht die genaue Modellierung unterschiedlicher Gerüstkomponenten und deren jeweiligen Eigenarten.

Diagonalen

Diagonalen werden aufgrund der Geometrie der Befestigung zwischen Ständer und Diagonale üblicherweise mit einer Ausmitte befestigt. Neben der Ausmitte weisen die Diagonalen in modularen Systemen die Besonderheit auf, meist einen kleinen Freiraum entlang ihrer Länge zu haben, der durch einen kleinen Rand zwischen Stift und Öffnung verursacht wird. Wenn für die Diagonalen eines modularen Systems bestimmte Testergebnisse verfügbar sind, kann die aus den Tests abgeleitete Steifigkeit unter Verwendung einer Verschiebungsfeder berücksichtigt werden.

Benutzerdefinierte Kupplungen

SCIA Engineer enthält eine umfangreiche Bibliothek an Kupplungen, die die verschiedenen in Anhang C von EN 12811-1 angegebenen Kupplungstypen mit ihrer jeweiligen Steifigkeit enthält. Sie können auch eigene Kupplungen zu dieser offenen Bibliothek hinzufügen.

Deckenelemente

Für Gerüste gibt es zwei übliche Arten an Bodensystem: Metall- oder Holzplanken.

Metallbodenbretter werden im Analysemodell für die Steifigkeit berücksichtigt. Wenn jedoch Holzplanken verwendet werden, sollte die Steifigkeit nicht berücksichtigt werden, weil die Planken lose auf die Querbalken gelegt werden. In diesem Fall werden die Planken idealerweise als zusätzliche Last modelliert.

Hebekupplungen

Hebekupplungen unten am Gerüst weisen ein besonderes Verhalten auf. In den meisten Fällen sind sie nicht am Boden befestigt. Ihr horizontaler Widerstand hängt ausschließlich von der Reibung ab. Dies wird mithilfe von Reibauflagern modelliert.

Fassadenanker

Auch die Verbindung zwischen den Zuggliedern und der Fassade wird effizient gemäß EN 12810-2 modelliert.

 

 

---

Erforderliche Module:

• scia.d.steel