Das Bemessungskonzept
Die Berechnung eines Bauwerks dient dazu, Bemessungsergebnisse zu ermitteln. Die zu
ermittelnden Ergebnisse sind material- und normabhängig. Beispielsweise müssen bei Stahlträgern komplett
andere Nachweise als bei Betonträgern durchgeführt werden. Ebenso werden zum Beispiel bei der DIN1045-88 andere
Nachweise als bei der DIN1045-01 verlangt. Es gibt eigentlich keine zwei Normen die komplett gleich behandelt
werden können.
Zur einfachen Darstellung des Bemessungskonzeptes wird an dieser Stelle auf Erläuterungen von nichtlinearen Berechnungen verzichtet.
Normen, Materialien und Bemessung
Unsere Programme unterstützen eine Vielzahl an Normen und Materialien. Für jede Norm müssen
unterschiedliche Eingaben erfolgen. Dies sind zum Beispiel die Materialkennwerte, die Lastbeiwerte
und die Bemessungsparameter. In einem einzelnen Bauteil (Träger, Platte, Stütze...) tritt im Regelfall nur ein Material und
somit auch nur eine Norm auf. Ein komplettes Bauwerk besteht hingegen normalerweise aus
unterschiedlichen Materialien, die nach ihren jeweiligen Normen bemessen werden müssen.
Wir haben das Bemessungskonzept deswegen in seiner vorliegenden Form entwickelt,
um Ihnen möglichst viel Arbeit abzunehmen. In einfachen Fällen minimiert unser Bemessungskonzept den
Eingabeaufwand dramatisch, trotzdem ermöglicht es auch die Bemessung
von sehr komplizierten Bauwerken.
In diesem Abschnitt erfahren Sie, welche Arbeitsschritte vom Programmstart bis hin
zur Bemessung durchgeführt werden müssen.
Das Konzept
An diesen Stellen im Programm kommt das Bemessungskonzept zum Zuge:
- Anlegen eines neues Bauteils
- Definition der einzelnen Tragwerksteile (einzelner Balken, einzelner Plattenbereich...) mit Querschnitt und Material
- Definition der Bemessungsparameter für ein einzelnes Tragwerksteil
- Definition der Einwirkungen mit Lastfällen
- Definition einer Überlagerungsregel
- Definition einer Bemessungsgruppe
- Auswahl eines Bemessungsergebnisses
Anlegen eines neues Bauteils, Dokument
Beim Anlegen eines neues Bauteils innerhalb eines
Projektes legen Sie fest,
für welche Normen die Bemessung dieses Bauteils erfolgen soll. Sinn dieser Vorauswahl von Normen ist
der, dass diese bei der Arbeit mit dem Programm bereits bekannt sind. Dadurch
wird die Eingabe übersichtlicher, weil nur eine Untermenge aller Auswahlmöglichkeiten
angeboten werden müssen. Dadurch wird zum Beispiel der Dialog für die Materialauswahl
übersichtlicher.
Sollte sich später herausstellen, dass zusätzliche Normen berücksichtigt
werden müssen, so können diese leicht nachträglich hinzugefügt werden.
Auswahl eines Materials
Für jedes Tragwerksteil innerhalb eines Bauteils (einzelner Balken, einzelner Plattenbereich...)
muss das zu verwendende
Material festgelegt werden. Im Dialog zur Auswahl eines Materials
werden alle zu den eingestellten Normen passenden Materialien angeboten. Aus diesen kann das
gewünschte Material ausgewählt werden. Sollte das benötigte Material nicht bereits vorliegen,
so kann die Liste um neue Materialien erweitert werden.
Das ausgewählte Material enthält alle sowohl für die Schnittgrößenermittlung als auch für
die Bemessung notwendigen Materialkennwerte. Dazu gehören zum Beispiel der E-Modul sowie
das spezifische Gewicht. Da diese beiden Angaben für die Schnittgrößenermittlung benötigt werden, liegen
entsprechende Daten für jedes Material vor.
Andere Parameter sind von der ausgewählten Norm
abhängig.
Die Materialkennwerte enthalten auch die Sicherheitsbeiwerte der Widerstandsseite.
Wurde zuvor bereits einmal ein Material ausgewählt, so ist eine erneute Auswahl nicht
notwendig. Das Programm schlägt in diesem Fall das zuletzt ausgewählte Material automatisch
vor.
Auswahl eines Querschnittes
Neben dem Material muss für jedes Tragwerksteil auch ein
Querschnitt definiert werden. Das Programm
verfügt über eine sehr umfangreiche Bibliothek verschiedenster Querschnitte. Dazu gehören zum Beispiel
auch alle gängigen Stahlprofile sowie die wichtigsten Formen an Betonprofilen.
Welche der
Profile angeboten werden, ist von den eingestellten Normen abhängig. Wurde zum Beispiel eine Norm
aus dem Holzbaubereich ausgewählt, so werden auch nur passende Holzquerschnitte angeboten.
Die angezeigten Profile sind vom Material der einstellten Norm abhängig. Wenn Sie
beispielsweise innerhalb einer Holzkonstruktion Zuggurte aus Stahl
definieren möchten, dann muss sowohl die passenden Holz-Norm als auch eine Stahl-Norm eingestellt
sein.
Auswahl der Bemessungsparameter
Neben dem Material und dem Querschnitt existieren weitere
Parameter, die die Bemessung beeinflussen. Dies sind z.B. bei der Betonbemessung:
- Biegebemessung als Biegeglied oder als Druckglied
- Schubbemessung als Platte oder als Balken
- Neigung der Druckstreben
- ...
Diese Parameter müssen ebenfalls für jedes Tragwerksteil festgelegt werden. Diese Parameter sind jedoch mit Standardwerten belegt, sodass eine Eingabe hier im Normalfall nicht erforderlich ist.
Jede Einwirkung muss einem Lastfall zugeordnet sein. Lastfälle fassen also Lasten in Gruppen
zusammen. Ein Lastfall ist die kleinste Einheit, für die Berechnungsergebnisse ermittelt werden.
In der Praxis werden immer Ergebnisse von Lastfallüberlagerungen benötigt. Bei einer Lastfallüberlagerung
werden mehrere Lastfälle miteinander logisch verknüpft. Die Lastfallüberlagerung stellt also eine
Regel für die Verknüpfung dar. Wie ein einzelner Lastfall in der Regel berücksichtigt wird - also welche
Ergebnisse er produziert - hängt von seinem Typ ab.
Der Typ des Lastfalls wird durch seine 'Einwirkungsart' definiert. Diese Einwirkungsart kapselt drei
Dinge:
- Den Typ der Einwirkung (Ständig, Nutzlast...)
- Die Sicherheitsbeiwerte
- Die Kombinationsbeiwerte
Siehe auch:
Einwirkungsarten
Eine einzelne Einwirkungsart ist norm-abhängig. Ein Lastfall kann aber für jede Norm eine
andere Einwirkungsart besitzen. Dadurch wird der Lastfall selbst norm-unabhängig und kann bei
mehreren Berechnungen nach unterschiedlichen Normen ohne Änderung verwendet werden.
Beispiel
Wird eine Bemessung nach DIN-1045-01 durchgeführt, so werden für jeden beteiligten Lastfall die
Norm-Parameter aus der
Einwirkungsart für DIN 1045-01 entnommen. Wird der gleiche Lastfall bei einer Bemessung nach
DIN 18800-90 verwendet, so werden die Norm-Parameter aus dessen Einwirkungsart für die DIN 18800-90
entnommen.
Bei der Auswahl einer Einwirkungsart für eine spezielle Norm werden für die anderen Normen
automatisch ähnliche Einwirkungsarten gesetzt.
Beispiel
Wenn Sie für einen Lastfall eine Einwirkungsart vom Typ "Wind von links" für die Norm
DIN 1045-01 auswählen, dann erhalten auch die anderen Normen eine Einwirkungsart von diesem
Typ. Die in den einzelnen Einwirkungsarten enthaltenen Sicherheitsbeiwerte und Kombinationsbeiwerte unterscheiden sich
aber von Norm zu Norm.
Definition einer linearen Überlagerungsregel
Während man in älteren Normen auch die Bemessung für Einzellastfälle durchführen konnte, muss
bei Normen neueren Datums immer eine Bemessung für eine Kombination aus Lastfällen durchgeführt
werden. Eine solche Kombination wird sowohl aufgrund von rein physikalischen als auch von norm-abhängigen
Überlegungen gebildet. Die rein physikalischen Zusammenhänge beschreiben lediglich, welche
Einwirkungen gleichzeitig mit welchen anderen Einwirkungen auftreten können. Die norm-abhängigen
Komponenten definieren zusätzlich die Sicherheitsbeiwerte, Kombinationsbeiwerte und zu bemessende
Situationen.
Eine
lineare Überlagerungsregel beschreibt die rein physikalischen Zusammenhänge. Darum sind die Überlagerungsregeln
- genau wie die Lastfälle - norm-unabhängig. Es ist also möglich, Überlagerungsregeln zu definieren,
ohne die für die spätere Bemessung geplante Norm zu kennen. Mit anderen Worten: Die gleiche
Überlagerungsregel kann für die Bemessung nach allen Normen verwendet werden.
Es gibt allerdings eine Ausnahme, in der die Regel nicht normunabhängig verwendet werden kann: Dies ist dann der Fall, wenn
in der Regel einzelne Lastfälle zu "einem Leitlastfall" zusammengefasst werden müssen. Da die Einwirkungsarten leider von Norm zu Norm unterschiedlich sind,
müssen für jede Norm verschiedenen Gruppen von "Gruppen von Leiteinwirkungen" definiert werden. Ist dies erforderlich,
so müssen Sie auf hier für jede Norm eine eigene lineare Überlagerungsregel definieren.
Die Eingabe einer Überlagerungsregel ist nur dann erforderlich, wenn die einzelnen Lastfälle nicht auf einfache Art miteinander überlagert werden können.
Dies ist z.B. dann der Fall, wenn sich einzelne Lastfälle gegenseitig
ausschließen. Wird keine Überlagerungsregel angegeben, wird eine Standardüberlagerung durchgeführt.
Diese ermittelt die Extremwerte aus den ständigen und den veränderliche Lastfällen.
In dieser automatischen Überlagerungeregel werden die Einwirkungen jeder Einwirkungsart normspezifisch zu "Einer Leiteinwirkung" zusammengefasst.
Betrachtet man eine lineare Überlagerungsregel in Bezug auf eine einzelne Norm, muss dabei immer die gewünschte Bemessungssituation beachtet werden.
Die Bemessungssituation berücksichtigt zum einen, welche Lastfälle überhaupt überlagert werden müssen.
Zum anderen legt sie die zu verwendenden Sicherheits- und Kombinationsbeiwerte fest.
Bei neueren Normen wird z. B. zwischen "Grundkombination" und "außergewöhnlicher Kombination" unterschieden.
Die DIN 18800-90 schreibt hier die "Grundkombination 1" und "Grundkombination 2" vor.
Welche Beiwerte für eine bestimmte Bemessungssituation vom Programm verwendet werden,
können Sie auf dem
Dialog zur grafischen Anzeige der linearen Überlagerungsregeln ersehen.
Definition einer Bemessungsgruppe
In einer
Bemessungsgruppe wird festgelegt, für welche Überlagerungsregeln die Bemessung durchgeführt wird. Eine Bemessungsgruppe kann sowohl einzelnen Lastfälle als auch zuvor festgelegte Überlagerungsregeln enthalten.
Für jeden Eintrag (Lastfall und/oder Überlagerungsregel) wird weiterhin die gewünschte Bemessungssituation festgelegt. Dies sind z.B. bei der
DIN 1045-01:
- Grundkombination
- Außergewöhnliche Kombination
- Seltene Kombination
- Nicht häufige Kombination
- Häufige Kombination
- Quasi ständige Kombination
- Kombination ohne Beiwerte
Bei der DIN 1052 sind dies:
- Lastfall H
- Lastfall Hz
- Lastfall Hs
- Lastfall Hm
Für jeden Eintrag (Lastfall und/oder Überlagerungsregel) in der Bemessungsgruppe wird die Bemessung einzeln durchgeführt.
Bei einer Überlagerungsregel werden mehrere Berechnungen durchgeführt. Als Ergebnis wird dann lediglich der Maximalwert des gesuchten Ergebnisses (z.B. Aso)
mit Angabe des Eintrags (Lastfall oder Überlagerungsregel mit der führenden Schnittgröße) ausgegeben.
Beispiel
Bei der Betonbiegebemessung gehen die 3 Schnittgrößen N, My und Mz in die Bemessung ein. In diesem Fall müssen intern folgende Berechnungen durchgeführt werden:
- min N, mit den zugehörigen My und Mz
- max N, mit den zugehörigen My und Mz
- min My, mit den zugehörigen N und Mz
- max My, mit den zugehörigen N und Mz
- min Mz, mit den zugehörigen N und My
- max Mz, mit den zugehörigen N und My
Auswahl eines Bemessungsergebnisses
Nachdem alle nötigen Eingaben vorhanden sind, kann einfach das gewünschte
Ergebnis aus dem
Ergebnisdialog ausgewählt werden. Hierzu muss bei den Schnittgrößen folgendes ausgewählt werden:
- Norm
- Situation
- Überlagerungsregel
- Bemessungsgruppe
- Das eigentliche Ergebnis
Bei der Anzeige von Bemessungsergebnissen sind folgende Auswahlen zu treffen:
- Norm
- Bemessungsgruppe
- Das eigentliche Ergebnis