Frilo.System.Next
Transcription
Frilo.System.Next
MAGAZIN 2012 FRIL FRILO-Magazin 2012 Schwerpunkt Eurocode Frilo.System.Next „Welt der Verbindungen“, Böllhoff Gruppe, Bielefeld Architekt: Architekten Wannenmacher + Möller GmbH Lessingstraße 48a 33604 Bielefeld www.wannenmacher-moeller.de Tragwerksplanung: Ingenieurbüro Grage Gesellschaft für Tragwerksplanung mbH Bielefelder Straße 9 32051 Herford www.grage-ingenieure.de In der „Welt der Verbindungen“ stellt die Böllhoff Gruppe, ein führender Hersteller von Verbindungselementen, Montagetechnik und Verarbeitungssystemen, ihre Dienstleistungen und Technologien vor. Das mit der Tragwerksplanung des zwischen 2008 und 2009 realisierten Projekts beauftragte Ingenieurbüro Grage, Herford, setzt seit über 20 Jahren auf die CAD-Lösungen von GLASER -isb cad-. Der geradlinige, kubische Bau besteht aus drei Geschossen. Gemäß dem architektonischen Entwurf kragt das zweite Obergeschoss ca. 3,00 m nach Westen aus, während das erste Obergeschoss nach Süden auskragt. Durch die verschiedenen Richtungen der auskragenden Geschosse wird ein außergewöhnlicher Gesamteindruck erzielt. Im Erdgeschoss befindet sich eine großzügige Kantine mit Neben- und Lagerräumen. Das erste Obergeschoss, Herzstück des Baus, beherbergt ein Foyer, ein innenliegendes Forum, umlaufende Präsentationsflächen sowie weitere Besprechungs- und Konferenzräume. Das zweite Obergeschoss dient als Büroetage mit Arbeitsplätzen, Besprechungs- und Nebenräumen. Die inneren Büroräume besitzen einen begrünten Lichthof. An das erste Obergeschoss als Forum und Präsentationsetage wurden hohe repräsentative Ansprüche mit entsprechenden Anforderungen an die Gebäudetechnik, sowie eine sehr große Variabilität gestellt. Daher wurde eine punktgestützte Flachdecke mit einem relativ großen Stützenraster von ca. 10,80 x 9,60 m gewählt. Aufgrund der Anforderungen an die Gebäudetechnik ergibt sich eine unterzugsfreie Konstruktion. Die Decken wurden in Ortbeton als Hohlkörperdecke mit Cobiax®Elementen in den Deckenfeldern erstellt. Die Durchstanzbereiche über den Stützen wurden als Betonvollquerschnitte mit Dübelleisten hergestellt. Erforderliche Deckenüberhöhungen, sowohl im Feld als auch an den verschiedenen Kragarmen, wurden entsprechend des finiten Verformungsbildes berücksichtigt. Die Deckenstärken betragen von 28 bis 40 cm. Die Cobiax®-Hohlkörper besitzen einen Durchmesser zwischen 18 und 27 cm. -isb c 2012ad- Ein echtes Bauplanungswerkzeug GLASER -isb cad- 2012 Mit durchdachten Detaillösungen hebt sich -isb cad- 2012 von unspezifischen CAD-Programmen ab. Die leistungsstarke Kombination von Allgemeinem Konstruktions- und Bewehrungsprogramm enthält alle Funktionen zur Bearbeitung von Positions-, Schal- und Bewehrungsplänen. Mit Hilfe der EnEV-Schnittstelle sind Sie auch für neue Aufgaben gerüstet. Der Im- und Export von DWG- und DXF-Daten (jeweils Stand 2012) erfüllt Ihre Anforderungen im Datenaustausch. Automatische Bewehrungsvorschläge helfen Ihnen dabei, Ihre Flächenbauteile schnell zu bewehren – mit oder ohne Berücksichtigung von FEM-Ergebnissen aus Programmen von Frilo oder anderen Herstellern. Variantenprogramme Wenn es noch schneller gehen soll, unterstützen Sie die Variantenprogramme von GLASER -isb cad- bei täglicher Routinearbeit. Teilpläne werden durch wenige Eingaben innerhalb von Minuten erzeugt. Ideal für die zeitsparende Bearbeitung von Fundamenten, Stützen, Unterzügen und anderen Standardbauteilen! Kostenlose Vollversion zum Test für 4 Wochen inklusive Support, Schulung und Dokumentation. Weitere Informationen unter > www.isbcad.de GLASER -isb cad- Programmsysteme GmbH Telefon +49(0)5105 5892-0 · info @ isbcad.de · www.isbcad.de Editorial Cloud Computing Cloud Computing weckt die Erwartung von neuem Geschäft und neuen Umsatzrekorden für die Anbieter und auf der Nutzerseite die Vorstellung von weniger IT-Kosten bei besserer Verfügbarkeit. Dabei ist der Begriff der Cloud genauso nebulös wie die deutsche Übersetzung – in einer Wolke kann man auch nicht weit sehen. Schlagworte wie Skalierbarkeit, Komfort, Flexibilität begleiten diesen Begriff genauso wie die alles entscheidende Frage, ob die Sicherheit der Daten gegen unbefugten Zugriff gewährleistet ist. Unter Cloud Computing wird alles zusammengefasst, was mit Anwendungen verbunden ist, die nicht mehr lokal auf dem eigenen Rechner installiert sind, sondern als ServiceLeistung von einem Anbieter über das Internet zur Verfügung gestellt werden. Maximale Leistung auf modernen Computern, keine technischen Probleme mit Installation und Bereitstellung, Nutzung auf beliebigen Endgeräten an beliebigen Orten – das alles ist eine faszinierende Vorstellung. Natürlich sind auch alle Daten in der Cloud abgelegt und damit theoretisch dem Zugriff für alle ausgesetzt. Genau an dieser Stelle setzt die große Unsicherheit ein und die alles entscheidende Frage ist: Kann man den Anbietern der Cloud-Dienste vertrauen? Das Thema Sicherheit muss von zwei Seiten beleuchtet werden. Die physikalische Sicherheit der Daten und Programme gegen Verlust und die Sicherheit gegen Missbrauch. Für den ersten Punkt ist die Sicherheit bei einem Cloud-Anbieter deutlich besser als bei jeder lokalen Speicherung. Die großen Anbieter wie Google, Microsoft, Apple, Amazon und auch andere investieren in die Datensicherheit sehr viel und haben die Daten redundant auf verschiedenen Servern mit automatischen Spiegelungen sehr sicher abgelegt. In den Schutz gegen fremden Zugriff investieren diese Anbieter sicherlich genauso viel, ist es doch die Geschäftsgrundlage für das Cloud Business. Kein Anbieter kann es sich leisten, Lücken in der Sicherung gegen fremden Zugriff zu haben, vor allem schon deswegen nicht, weil die weltweite Gemeinde der Hacker eine solche Lücke schnell aufzeigen und veröffentlichen würde. Die Verfügbarkeit der Internet Verbindungen ist heute so gut wie immer gewährleistet und ein Ausfall der Verbindungen hat eine niedrigere Wahrscheinlichkeit als ein Ausfall des eigenen PC´s oder des eigenen Netzwerks. Sicherheit und Verfügbarkeit sind also bei einer CloudLösung mindestens auf demselben Stand, wie bei einer lokalen IT-Lösung, bei genauer Betrachtung sogar höher. Es bleibt aber eine Unsicherheit, weil zumindest der Anbieter selbst den vollen Zugriff auf die Daten hat. Kann man einem großen Anbieter vertrauen, wenn in regelmäßigen Abständen in den Medien von Datenkraken berichtet wird, die alles sammeln und verknüpfen, was an Daten im Internet zur Verfügung steht? Bei dieser Betrachtung ist zu unterscheiden zwischen den Daten, die im Rahmen von Anmeldungen oder besonderen Dienstleistungen dem Anbieter freiwillig übergeben wurden und über die man keine Kontrolle hat, und den Daten, die in ein persönliches Verzeichnis gelegt werden, auf das nur der Besitzer oder von ihm autorisierte Personen Zugriff haben. Sollte jemals öffentlich werden, dass ein Anbieter von Cloud-Diensten die Daten seiner Anwender bewusst für eigene Zwecke missbraucht, wäre es das Ende des Geschäftsmodells des Anbieters und ein schwerer Rückschlag für das gesamte Cloud Computing. Es ist also davon auszugehen, dass die Sicherheit gegen fremden Zugriff einen sehr hohen Stellenwert beim Anbieter hat und mit viel Kompetenz und Einsatz auf dem bestmöglichen Stand gehalten wird. Technische Entwicklungen unterstützen den Prozess der maximalen Sicherheit und es gibt heute schon Anbieter, bei denen die Daten nicht mehr im Klartext vorliegen. Die Daten werden vor der Ablage verschlüsselt, mit einem Schlüssel, der nur dem Nutzer bekannt ist, und somit hat auch der Anbieter keine Möglichkeit die persönlichen Daten auszulesen. Anwendungen in der Cloud werden unsere Zukunft dominieren, der Grad der Nutzung bleibt jedem selbst überlassen. Sie als Anwender werden entscheiden, wie sich diese Entwicklung weiter fortsetzt und wie schnell. Der Einstieg in das Cloud Computing wird nicht mit dem CAD-Arbeitsplatz beginnen, sondern eher mit der Verlagerung von Mail- und Office-Anwendungen. Die zentrale Ablage von Daten kann ein nächster Schritt sein, und für große Systeme kann man sich maximale Rechenpower über die Cloud verfügbar machen. Auch nach mehr als 40 Jahren stürmischer Entwicklung auf dem IT-Sektor bleibt die Zukunft spannend. Hans Stegmüller FRILO-Magazin 2012 3 Inhalt Inhalt Frilo-News 5 Fachartikel Bemessung von Stützenfußkonstruktionen nach EC3 6 Eurocode Umstellung von nationalen zu europäischen Normen in Deutschland Lastannahmen nach DIN EN 1990/NA:2010 und DIN EN 1991/NA:2010 Stahlbetonbau nach DIN EN 1992:2011 und DIN EN 1992/NA:2011 DIN EN 1993 – Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Holzbau nach DIN EN 1995:2010 und DIN EN 1995/NA:2010 DIN EN 1996 – Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten DIN EN 1994 – Verbundtragwerke aus Stahl und Beton DIN EN 1997 – Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Zur Weiterentwicklung der Eurocodes Eurocode mit deutschem NA in den Frilo-Programmen 14 18 31 34 38 46 50 51 52 55 Frilo-Software Frilo.System.Next Frilo.Control.Center Frilo.Document.Designer Frilo und die Tablet Computer FDC.NET - Weiterentwicklung der Benutzerführung LWS - Neues Design beim Wind- und Schneelastprogramm 56 58 60 62 64 66 Programmübersicht GEO - Das FRILO-Gebäudemodell ... DLT - Durchlaufträger Stahlbeton Stahlbau Holzbau und Hausdächer Grundbau Mauerwerk Platten und Scheiben Stabwerke ESK/RS/TRK Verschiedenes 68 70 71 72 74 76 78 80 82 84 85 Produktinformationen Grat + Kehlsparren mit SEMA und FRILO Allplan für den guten Ton - BIM für einen optimalen und nahtlosen Planungs- und Bauprozess 4 FRILO-Magazin 2012 86 88 Bild o/u: Derix Holzleimbau, www.derix.de Impressum: Das FRILO Magazin ist eine Kundenzeitschrift für Baustatiker und Tragwerksplaner mit jährlicher Erscheinungsweise. Herausgeber Friedrich + Lochner GmbH Stuttgarter Straße 36 70469 Stuttgart Tel: +49 711 810020 Fax: +49 711 858020 Email: [email protected] Online: www.frilo.de Redaktion, Layout, Anzeigen Technische Dokumentation der Friedrich+Lochner GmbH Dieter Ziegler Email: [email protected] Ust.-Ident.-Nr DE 185 284 657 Die in dieser Zeitschrift enthaltenen Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Verwertungen des Inhalts, auch auszugsweise, bedürfen der schriftlichen Genehmigung des Herausgebers bzw. der Autoren selbst. Bildnachweis Titel, S. 34, 74: ©iStockphoto.com/Schmitz Olaf Fotolia: Seiten 31, 47, 61, 72, 80 S. 45 ©iStockphoto.com/esemelwe Derix Holzleimbau: S. 4, 76 Weitere Bilder: zur Verfügung gestellt von den jeweiligen Autoren der Beiträge oder separat aufgeführt. Alle anderen Bilder: Friedrich + Lochner GmbH. Die folgenden Waren- oder Markenzeichen sind eingetragene Zeichen der zugeordneten Firmen: Microsoft und Windows: Microsoft Corporation Adobe und Acrobat: Adobe Systems Incorporated Amazon: Amazon.com, Inc. Apple, iPad, iPhone: Apple Inc. Google: Google Inc. © 2012 Friedrich+Lochner GmbH Für eventuelle Fehler im Inhalt der Zeitschrift können wir keine Haftung übernehmen. Änderungen an den beschriebenen Produkten liegen in der Natur der Sache. ISSN 1439-1015 FRILO-Service Frilo-News Programmentwicklung Neue Programme STS Stahlstütze EC 3 STT Einfeldträger Stahl EC 3 MWMMauerwerk mehrgeschossig EC6 Q2 Querschnittswerte von Polygonflächen FDD Frilo.Document.Designer Das flexible Statikdokument HTW Wandtafel - in Entwicklung 5/12 LWS Lastermittlung Wind- und Schnee - in Entwicklung 5/2012 Eurocode-Entwicklung Die Implementierung des Eurocode in unsere Programme geht ständig voran. Einen aktuellen Überblick über den Stand der Implementierung erhalten Sie auf unserer Homepage unter der Rubrik „Service - Eurocode“. Siehe auch → Seite 53 statten geht. Dabei wird eine Datenbank für die Verwaltung der Projekte und Positionen mit installiert – diese Technik ermöglicht auch das sichere Arbeiten mehrerer Beteiligter an einem Projekt in einem größeren Netzwerk. Studentenversionen / Demo Für Studenten bieten wir gegen Vorlage der Studienbescheinigung eine Studentenversion unserer Programme. Auch eine Komplett-Demo kann von unserer Homepage heruntergeladen werden. Frilo.System.Next lautet der Begriff für die neue Frilo-Programmgeneration. Diese aktuelle Frilo-Programmtechnik wird geprägt durch den Einsatz einer Datenbank, einer neuen Installation sowie effizienten Verwaltungs- und Dokumentations-Werkzeugen. Darüber hinaus sind bereits einige Programme mit der neuen modernen FDC.Net-Eingabeoberfläche in der Entwicklung (FD, B6, HTW) – lesen Sie hierzu die Artikel ab → Seite 56. Für alle SSV-Kunden, die ihre Updates und Releaseversionen über die FriloHomepage herunterladen, wurde die Handhabung deutlich einfacher: Ein Update-Release-Button im Fenster „Frilo.System.Next“ zeigt die Verfügbarkeit einer neuen Downloadversion an. Nach einem Klick auf diesen Button werden in einem Info-Fenster die wesentlichen Änderungen in einer Kurzdarstellung übersichtlich aufgeführt – der Anwender kann dann entscheiden, ob er dieses Update installieren will. Ein weiterer Mausklick genügt und die installierten Programmversionen werden aktualisiert. Neue Installation FAQ - Frequently asked questions Eurocode Mit dem Release 2011 wurde erstmals der neue Frilo-Installer mitgeliefert. Die Vorteile der neuen Installation zeigen sich vor allem in einem automatischen Ablauf einer Standardinstallation, die nahezu ohne zusätzliche Eingaben seitens des Anwenders von Mit der Rubrik „FAQ“ haben wir auf unserer Homepage nun einen Bereich angelegt, in dem wir Tipps zu den häufigsten auftretenden Fragen und Problemen bei der Bedienung und Installation von Frilo-Programmen geben. www.frilo.de → Service - FAQ. Auf unserer Homepage finden Sie unter „Service - Publikationen“ Fachartikel, nützliche Informationen und weiterführende Links. Wir wollen diesen Bereich natürlich noch weiter ausbauen - schauen Sie doch mal rein! Frilo.System.Next Hotline Die telefonische Unterstützung bei Anwender- und Softwareproblemen wird von qualifizierten Ingenieuren erbracht und ist im Rahmen eines Software-Service-Vertrages kostenfrei. Hotline-Zeiten: 8.30 Uhr bis 12.00 Uhr und 13.00 Uhr bis 17.00 Uhr. Veranstaltungen/Schulungen Termine und Online-Anmeldung finden Sie auf www.frilo.de FRILO-Magazin 2012 5 Stützenfußkonstruktionen Bemessung von Stützenfußkonstruktionen nach EC 3 Fabio Babler, Benno Cycha, Dominic Lorenz, Michael Palka, Christoph Steppan Stützenfüße Stützenfüße dienen zur Übertragung der Stützenlasten auf das bewehrte oder unbewehrte Betonfundament und haben dafür zu sorgen, dass die Pressungen in der Aufstandsfläche der Stütze die Grenzbeanspruchung nicht überschreiten. Am Stützenfuß muss außerdem durch Anordnung einer Vergussfuge von 3 bis 6 cm Solldicke oder durch Einführung der Stütze in einen Köcher ein Ausgleich von Höhen- und Lageungenauigkeiten des Fundaments und von Unebenheiten der Fundamentoberfläche möglich sein. Gelenkig gelagerte Stützen Für gelenkig angeschlossene Stützen ergeben sich je nach Größe der zu übertragenden Kräfte (N, V) folgende konstruktive Möglichkeiten (Abb. 2): a) unversteifte Fußplatte, b) versteifte Fußplatte, c) kippbare Lagerkonstruktion. Zur horizontal unverschieblichen Festhaltung werden die Fußkonstruktionen durch Ankerschrauben, Knaggen oder Dübel mit dem Fundament verbunden. Abb. 2: Gelenkige Stützenfußkonstruktionen Der Anschluss Stütze – Fußplatte erfolgt auf Kontakt (Sägeschnitt ohne weitere Bearbeitung). Die Querkraft V, jedoch mindestens N/4, ist mittels Kehlnaht ringsum anzuschließen. Anschluss Fußplatte – Vergussfuge Für die Nachweisführung der Fußplatte bzw. die Bestimmung der erforderlichen Plattendicke darf nach {EC3-1-8: 6.2.5} ein äquivalenter T-Stummel mit Druckbeanspruchung herangezogen werden. Diese T-Stummelflansche befinden sich in jenen Bereichen der Stützenquerschnitte, unter denen aus der Beanspruchung Druckspannungen resultieren. Die Grenzpressung in der Mörtelfuge ist fj,d Abb. 1: Gelenkige Stützenfußkonstruktionen I FRdu beff leff β1 Lagerfugenbeiwert β1 = 2/3 , wenn die Mörtelfestigkeit ≥ 0,2 mal der Betonfestigkeit und die Mörteldicke ≤ 0,2 mal der kleineren Breite der Fußplatte ist. Mit FRdu aus {EC2-1-1 (6.63)} FRdu = Ac 0 ⋅ fcd ⋅ fcd = α cc ⋅ fck / γ c fcd 6 FRILO-Magazin 2012 (1) A A c1 mit c1 ≤ 9 Ac0 Ac0 {EC2 (3.15)} (2) (3) Bemessungswert der einaxialen Druckfestigkeit des Betons Bemessung nach EC3 fck acc C charakteristische Zylinderdruckfestigkeit des Betons nach 28 Tagen {EC2-Tab. 3.1} Beiwert zur Berücksichtigung von Langzeitauswirkungen auf die Betondruckfestigkeit und von ungünstigen Auswirkungen durch die Art der Beanspruchung. Empfohlener Wert: acc = 1,0 Teilsicherheitsbeiwert für Beton C = 1,5 Die Fläche Ac1 erhält man unter einem maximalen Ausbreitungswinkel von 2:1, begrenzt durch 3-fache Breite bzw. Länge oder durch die seitliche Begrenzung des Betondruckkörpers. Ist die wirkliche Abmessung der Grundkomponente des Anschlusses (der Fußplatte), welche durch den T-Stummel abgebildet wird, kleiner als die Ausbreitungsbreite c, so ist die wirksame Fläche nach (Abb. 4) anzusetzen. Ist die wirkliche Abmessung der Grundkomponente des Anschlusses (der Fußplatte), welche durch den T-Stummel abgebildet wird, größer als Ausbreitungsbreite c, so ist der den Wert c übersteigende Anteil zu vernachlässigen, siehe {EC3-1-8: Bild 6.4.} Nachweis der Betonpressung FEd ≤ FC ,Rd mit (4) FC ,Rd = fjd ⋅ beff ⋅ leff FC ,Rd = βI ⋅ Ac 0 ⋅ FEd A und cc = 1,0 folgt (5) A c1 A ⋅ fck / γ c wobei c1 ≤ 9 Ac0 Ac0 (6) ist jener Teil der Kraft, die der Fläche A zugehörig ist Fläche jenes Teiles der Fußplatte im Bereich beff und leff (Abb. 4) Aus der geometrisch bedingten Überlagerung der Ausbreitungsbereiche (Abb. 4), ist zu prüfen, welche tatsächlich gegebene Ausbreitungsfläche unter den gedrückten Querschnittsbereichen bei vorhandener Beton-(Fundament-) dicke vorliegt. Abb. 3: Druckfläche unter der Fußplatte {EC2-1-1, Bild 6.29} Die Einleitung der Kräfte soll gleichmäßig über die Fußplatte verteilt angenommen werden, wobei rund um das Profil ein Abstand c anzunehmen ist. Die Tragfähigkeit des T-Stummels wird aus der Tragfähigkeit für die Kombination folgender Grundkomponenten bestimmt: Fußplatte mit Biegung aufgrund der Lagerpressung; Beton und/oder Mörtelfüllung unter der Lagerpressung. Abb. 5: Druckflächen unter T-Stummeln Abb. 4: Fläche des äquivalenten T-Stummels {Bild 6.4} Nachweis der Fußplatte Für die Spannungsverteilung unter dem T-Stummel darf eine gleichmäßige Verteilung angenommen werden. Die Druckspannung auf der Auflagerfläche darf den Bemessungswert der Beton- oder Mörtelfestigkeit fjd unter Lagerpressung nicht überschreiten, wenn die zusätzliche FRILO-Magazin 2012 7 Stützenfußkonstruktionen Ausbreitungsbreite c folgenden maximalen Wert annimmt: Aus Widerstandsmoment mal Fließspannung 2 mRd = tp fy 6γ M (7) fyb A As M2 und Moment eines Kragarmes wird v c2 mEd ≤ fj,d ⋅ 2 c2 = (8) 2 tp ⋅ fy 2 ⋅ mRd = 3 ⋅ fj,d ⋅ γ M fj c = tp {(6.5)} (9) fy 3 ⋅ fj,d, d ⋅ γ M Streckgrenze der Ankerschraube, wobei 235 N/mm² ≤ fyb ≤ 640 N/mm². Querschnittsfläche der Ankerschraube Spannungsquerschnittsfläche der Ankerschrauben Teilsicherheitsbeiwert für Zugbeanspruchung M2 =1,25 Beiwert für Abscherbeanspruchung nach {EC3-1-8: Tab 3.4} v = 0,5 oder 0,6 Der Gesamtschubwiderstand der Fußplatte ist wie folgt zu bestimmen: Fv ,Rd = Ff ,Rd + n ⋅ F vb ,Rd n Nachweis Querkraft Nach {EC3-1-8: 6.2.2} ist wie folgt vorzugehen: Wenn für die Aufnahme der Querkräfte an Fußplatten keine speziellen Schubelemente vorgesehen sind, wie z.B. Blockanker oder Dübel, so ist in der Regel nachzuweisen, dass die Querkräfte entweder durch den Gleitwiderstand zwischen Fußplatte und Fundament, oder, falls die Schraubenlöcher nicht übergroß sind, durch die Abschertragfähigkeit der Ankerschrauben, übertragen werden können. Die Lochleibungstragfähigkeit von Blockankern oder Dübeln im Beton ist in der Regel nach EN 1992 zu überprüfen. Der Gleitwiderstand zwischen Fußplatte und Mörtelschicht ist wie folgt zu bestimmen: Ff ,Rd = C f ,d ⋅ Nc ,Ed (14) Anzahl der Ankerschrauben in der Fußplatte. Nachweis Schweißnähte Folgende Schweißnahtspannungen können auftreten: ┴ Normalspannung senkrecht zur Schweißnahtachse Normalspannung parallel zur Schweißnahtachse ┴ Schubspannung (in der Ebene der Nahtfläche) senkrecht zur Schweißnahtachse Schubspannung (in der Ebene der Nahtfläche) parallel zur Schweißnahtachse ║ ║ (10) Cf,d Reibbeiwert zwischen Fußplatte und Mörtelschicht. Für Sand-Zement-Mörtel kann der Wert von Cf,d = 0,20 verwendet werden. Nc,Ed Bemessungswert der einwirkenden Druckkraft in der Stütze. Die Abschertragfähigkeit Fvb,Rd einer Ankerschraube ist als Minimum der beiden Werte F1,vb,Rd und F2,vb,Rd zu bestimmen: F1,vb,Rd Abschertragfähigkeit der Ankerschraube, nach {EC3-1-8: 3.6.1} F2,vb,Rd Abschertragfähigkeit der Ankerschraube, nach {EC3-1-8: 6.2.2} F1,vb ,Rd α ⋅f ⋅A α ⋅f ⋅A oder v ub S = v ub γ M2 γ M2 F2,vb ,Rd = αb ⋅ fub ⋅ As γ M2 αb = 0, 44 − 0, 0003fyb 8 FRILO-Magazin 2012 Abb. 6: Spannungen in Kehlnähten Nach {EC3-1-8: 4.5} kann die Tragfähigkeit von Kehlnähten mit Hilfe des richtungsbezogenen Verfahrens oder des vereinfachten Verfahrens ermittelt werden. σ w ,Ed = σ2⊥ ,Ed + 3 ⋅ (τ2 ⊥ ,Ed + τ2 //,Ed ) (15) (11) Die Tragfähigkeit einer Kehlnaht ist ausreichend, wenn die folgenden beiden Bedingungen erfüllt sind: (12) σ w ,Ed ≤ fw ,Rd (13) fu 0, 9 ⋅ fu und σ ⊥ ,Ed ≤ β ⋅ γ M2 γ M2 (16) Bemessung nach EC3 M2 = 1,25 für Schweißverbindungen f u kleinste Zugfestigkeit der verbundenen Teile S 235 fu = 360 N/mm2 S 355 fu = 510 N/mm2 w Korrelationsbeiwert nach { EC3-1-8, Tabelle 4.1} Stahlgüte S235 S275 S355 S420, S460 Tab. 1: w 0,8 0,85 0,9 1,0 Korrelationsbeiwerte für Kehlnähte Bei biegesteifen Stirnanschlüsse von Querschnitten kann die Beanspruchung auf Biegung, Querkraft und Normalkraft erfolgen. Für die Nachweisführung werden die in Abb. 7 dargestellten Nahtbereiche in Rechnung gestellt. Die Nahtdicken an den Gurten und am Steg werden wegen der unterschiedlichen Beanspruchungen meist unterschiedlich groß gewählt. Aus konstruktiven Gründen werden die Nähte rundum geführt. Beanspruchung der Gurtnähte: σm,Ed = m,Ed A I y z m NEd My ,Ed ± ⋅ zm A Iy Abb. 7: (Biegesteifer) Anschluss mit Kehlnähten Nachweis mit dem richtungsbezogenen Verfahren: Für die Nähte am Gurt (17) einwirkende Normalspannung in Gurtmitte Fläche des angeschlossenen Querschnitts Trägheitsmoment des angeschlossenen Querschnitts Schwerpunktsabstand der Gurtmitte des angeschlossenen Querschnitts σ ⊥ ,Ed ≤ τII,Ed = II,Ed tw a2 Sy Iy ⋅ 2 ⋅ a2 (18) 2 ⋅ a1 ⋅ 2 τ ⊥ ,Ed ≤ σm,Ed ⋅ t f 2 ⋅ a1 ⋅ 2 (19) Für die Nähte am Steg σ ⊥ ,Ed ≤ τ //,Ed ≤ Beanspruchung der Stegnähte: VEd ⋅ S y σm,Ed ⋅ t f a1 a2 tf σEd ⋅ tw 2 ⋅ a2 ⋅ 2 τ ⊥ ,Ed ≤ τ //,Ed ⋅ tw 2 ⋅ a2 σEd ⋅ tw 2 ⋅ a2 ⋅ 2 (20) Dicke der Gurtnähte Dicke der Stegnähte Dicke des Gurtes einwirkende Schubspannung am Steg Dicke des Steges Dicke der Stegnähte statisches Moment des gedacht weg fallenden Querschnittsteils (Maximalwert im Querschnittsschwerpunkt) FRILO-Magazin 2012 9 Stützenfußkonstruktionen Eingespannte Stützen Nach {EC3-1-8: 6.2.8} kann bei Stützenfüßen mit kombinierter Beanspruchung aus einwirkender Normalkraft und Biegemoment in Abhängigkeit von der relativen Größe von Normalkraft und Biegemoment die folgende Verteilung der Kräfte zwischen Fußplatte und dem Fundament angenommen werden: Belastung Hebelarm Linke Seite mit Zugbeanspruchung Rechte Seite mit Druckbeanspruchung Linke Seite mit Zugbeanspruchung Rechte Seite mit Zugbeanspruchung z = zT,1 + zT,r NED ≤ 0 und e ≤ zC,r FT ,1,Rd z zC ,r / e + 1 und z = zC,1 + zT,r NED > 0 und -zT,R < e ≤ 0 kleinster Wert von kleinster Wert von FT ,1,Rd z und FT ,r ,Rd z FT ,1,Rd z z T ,1 / e − 1 z T ,r / e + 1 kleinster Wert von −FC ,1,Rd z z T ,r / e + 1 NED ≤ 0 und 0 < e < -zC,1 kleinster Wert von z = zC,1 + zC,r −FC ,r ,Rd z −FC ,1,Rd z zC ,r / e + 1 und FT ,r ,Rd z NED ≤ 0 und -zC,r < e ≤ 0 kleinster Wert von −FC ,r ,Rd z −FC ,1,Rd z zC ,1 / e − 1 zC ,r / e + 1 MEd MRd = NEd NRd Abb. 8: Bestimmung des Hebelarms z bei Stützenfußverbindungen 10 FRILO-Magazin 2012 FT ,1,Rd z z T ,1 / e − 1 zC ,1 / e − 1 Positive Momente MED > 0 im Uhrzeigersinn, positive Kräfte NED > 0 Zug e= und NED ≤ 0 und e > zC,1 und Abb. 9: Normalspannungen unter exzentrischem Druck z T ,1 / e − 1 NED > 0 und 0 < e < zT,1 NED > 0 und e ≤ -zT,r Linke Seite mit Druckbeanspruchung Rechte Seite mit Druckbeanspruchung kleinster Wert von z T ,r / e + 1 Linke Seite mit Druckbeanspruchung Rechte Seite mit Zugbeanspruchung Biegetragfähigkeit Mj,Rd NED > 0 und e > zT,1 z = zT,1 + zC,r Die resultierende Normalspannungsbeanspruchung für die Fußplatte ergibt sich in Abhängigkeit der Lage der (exzentrischen) Normalkraft zum Stützenquerschnittsschwerpunkt. und −FC ,r ,Rd z zC ,1 / e − 1 Konstruktiv kann die Einspannung der Stütze nach zwei Arten erfolgen: durch Einsetzen und Vergießen der Stütze in einem Köcher, durch Übertragung des Momentes zusammen mit der Normalkraft auf die Fußkonstruktion mit eventueller Zugverankerung. Bemessung nach EC3 Abb. 10: Eingespannte Stützenfußkonstruktionen Für den Fall von resultierenden Zugbeanspruchungen in der Fußplatte darf nach {EC3-1-8: 6.2.8} der im Zugbereich befindliche Plattenteil ebenfalls mittels äquivalentem T-Stummel bemessen werden. Abb. 12: Beispiel gelenkiger Stützenfuß - Fußplatte Beispiel Fußplatte auf Fundamentsockel Gegeben: NEd = 2400 kN Fundament: Gesucht: Stütze HE-B 300, S 235 VEd = 300 kN Beton C25/30 , fck = 2,5 kN/cm2 Dicke der Fußplatte in S 235 Querschnittskennwerte – Profil HE-B 300: A = 149,1 cm2 tf = 19 mm tw = 11 mm r = 27 mm b = 300 mm h = 300 mm Iy = 25164 cm4 Sy = 934,3 cm3 Fußplatte: b = 420 mm l = 450 mm tp = 30 mm Nähte: Kehlnähte a1-Gurt = 8 mm a2-Steg = 5 mm Anker: d = 20 mm fub = 400 N/mm2 Nachweis Grundprofil NEd 2400 16,10kN / cm² A 149,1 fy 23, 5 23, 5kN / cm² M0 1, 0 Ed Ed Abb. 11: Äquivalente Fläche der gesamten Fußplatte VEd S y Iy tw fy 3 M0 300 934 , 3 10,13kN / cm² 25164 1,1 5 23,5 13, 6kN / cm² 3 1, 0 FRILO-Magazin 2012 11 Stützenfußkonstruktionen Nachweis Nähte: Ober- und Untergurt Die Schubspannungen in den Gurten sind derart gering, dass sie praktisch vernachlässigbar sind. Das Fehlen des kleinen Stückes Gurtschweißnaht bei der Berührung GurtSteg kann vernachlässigt werden, da in der Schweißnahtberechnung die zwei kleinen Schweißflächen an den Gurtaußenkanten nicht mitgerechnet werden. σ ⊥ ,Ed = τ ⊥ ,Ed σ ⊥ ,Ed = τ ⊥ ,Ed = σ ⊥ ,Ed = 16,10 ⋅ 19 2⋅8⋅ 2 σm,Ed ⋅ t f 2 ⋅ a1 ⋅ 2 = 13, 5kN / cm² fw ,Rd = σ w ,Ed = 27, 0kN / cm² fu 36, 0 = = 36, 0kN / cm² βw ⋅ γ M2 0, 8 ⋅ 1,25 σ w ,Ed ≤ f w ,Rd Nachweis Betonpressung: A c0 = 2 ⋅ (14 , 3 ⋅ 42, 0) + 13, 5 ⋅ 13, 8 = 1388cm² A c1 = 80, 0 ⋅ 80, 0 = 6400cm² A c1 6400 = = 2,14 ≤ 3 Ac0 1388 fjd = βl ⋅ σ w ,Ed = σ2 ⊥ ,Ed +3 ⋅ τ2 ⊥ ,Ed σ w ,Ed = 13, 5² + 3 ⋅ 13, 5² Nachweis Platte Es wird für die Ausbreitungsbreite c ein Maß von 62 mm (nach Abb. 12, Seite 11) angenommen. 27, 0kN / cm² ≤ 36, 0kN / cm² fEd = NEd 2400 = = 1, 73kN / cm² A C 0 1388 ≤ fjd = 2, 38kN / cm² Nachweis Plattendicke: fy c=t Steg: Der Steg wird sowohl durch Normalspannungen als auch durch Schubspannungen beansprucht. Für den Schwerpunkt gilt: σEd = N 2400 = = 16,10kN / cm² A 149,1 fck Ac1 2 2, 50 6400 ⋅ = ⋅ ⋅ = 2, 38kN / cm² γ C Ac 0 3 1, 5 1388 3 ⋅ fjd ⋅ γ M0 = 3, 0 ⋅ 23, 5 ≈ 5, 5cm 3 ⋅ 2, 38 ⋅ 1, 0 Es stellt sich heraus, dass die Annahme von c = 62 mm zu groß war und mit der geringeren Dicke von 55 mm die Betonpressung neuerlich nachzuweisen ist: A c0 = 2 ⋅ (2 ⋅ 5, 5 + 30) ⋅ (2 ⋅ 5, 5 + 1, 9) + (2 ⋅ 5, 5 + 1,1) ⋅ (30 − 2 ⋅ (1, 9 + 5, 5) = 1242cm² τEd = VEd ⋅ S y Iy ⋅ tw σ ⊥ ,Ed = τ ⊥ ,Ed = σ ⊥ ,Ed = τ ⊥ ,Ed = τII,Ed = τEd = 300 ⋅ 934 , 3 = 10,13kN / cm² 25164 ⋅ 1,1 2 2, 50 6400 fjd = ⋅ ⋅ = 2, 52kN / cm² 3 1, 5 1242 σEd ⋅ tw 2 ⋅ a2 ⋅ 2 16,10 ⋅ 11 2⋅ 5⋅ 2 f Ed = = 12, 5kN / cm² c = 3, 0 ⋅ τEd ⋅ tw 10,13 ⋅ 11 = 11,1kN / cm² τII,Ed = 2 ⋅ a2 2⋅5 ( σ w ,Ed = σ2 ⊥ ,Ed +3 ⋅ τ2 II,Ed + τ2 ⊥ ,Ed ) σ w ,Ed = 12, 5² + 3 ⋅ (12, 5² + 11,1² ) = 31, 6kN / cm² σ w ,Ed ≤ f w ,Rd 12 FRILO-Magazin 2012 2400 = 1, 93kN / cm² ≤ fjd = 2, 52kN / cm² 1242 31, 6kN / cm² ≤ 36, 00kN / cm² mRd = 23, 5 ≈ 5, 3cm 3 ⋅ 2, 52 ⋅ 1, 0 tp2 fy 6 ⋅ γ M0 mEd = fEd ⋅ = 3, 0² ⋅ 23, 5 = 35, 3kNcm 6 ⋅ 1, 0 5, 3² c2 = 1, 93 ⋅ = 29,2kNcm 2 2 mEd 29,2 = = 0, 82 ≤ 1 mRd 35, 3 Bemessung nach EC3 Nachweis Querkraftübertragung – Anker / Platte Für jenen Anteil in der Fuge Fundament/Platte, der durch Reibung übertragen wird, darf angenommen werden: Ff ,Rd = C fd ⋅ Nc ,Ed = 0,20 ⋅ 2400kN = 480kN αb = 0, 44 − 0, 0003 fyb αb = 0, 44 − 0, 0003 ⋅ 400 = 0, 32 Für die beiden aus konstruktiven Gründen angenommenen Ankerschrauben gilt für deren Abscherkraft: F1,vb ,Rd = α v ⋅ fub ⋅ A s 0, 6 ⋅ 40, 0 ⋅ 2, 45 = = 47, 0kN 1,25 γ M2 F2,vb ,Rd = αb ⋅ fub ⋅ As 0, 32 ⋅ 40, 0 ⋅ 2, 45 = = 25,1kN γ M2 1,25 Der Nachweis auf Lochleibung für die Platte ist für Verbindungsmittel, die innen liegen bzw. bei großen Plattendicken nicht maßgebend. F vb ,Rd = min(F1, vb ,Rd ; F´2 , vb ,Rd ) F vb ,Rd = min(25,1 ; 388, 8) = 25,1kN Zusammenfassung Stützenfüße können nach EN 1993-1-8 in übersichtlicher Form nachgewiesen werden. Die Norm bietet Bemessungsmodelle und Endformeln an, die für die Komponenten von Stützenfüßen anzuwenden sind. Für jene Stützenfüße, die unter dominierenden Druckbeanspruchungen stehen (zentrisch gedrückte Stützen oder kleine Momentenanteile), kann mit dem in diesem Artikel dargestellten Modell des mitwirkenden T-Stummels vorgegangen werden. Für den Fall von großen zu übertragenden Momenten kann für die Bemessung im Druckbereich analog vorgegangen werden. Für die Übertragung der hier auftretenden Zugkräfte ist das in EN 1993-1-8 ebenfalls vorgestellte Modell des T-Stummels unter Zugbeanspruchung anwendbar. Autoren: Fabio Babler, Benno Cycha, Dominic Lorenz, Michael Palka, Christoph Steppan Höhere Technische Lehranstalt Mödling Abteilung Bautechnik 3937 Stahlbau A-2340 Mödling Grundlagen, Konstruktion, Bemessung www.htl.moedling.at Die Konstruktionsform des Stützenfußes entspricht also Schülerbuch ISBN 978-3-7068-4165-8, € 22,67 [email protected] Abb. 7, Seite 9. Fv ,Rd = Ff ,Rd + F vb ,Rd ⋅ n = 480 + 25,1 ⋅ 2 = 530,2kN » Autoren:Luza,Gerald;Palka,Michael;Schnaubelt,Stefan » Inhalt: Detaillierte und mit vielen praktischen Hinweisen und Erläuterungen versehene Einführung in die Bemessung nach den Eurocodes EN 1993 (Stahlbau) und EN 1994 (Verbundbau). Dargestellt werden Grundlagen der Berechnung, Materialeigenschaften, Verarbeitungstechniken und Nachweise. Zahlreiche durchgerechnete Beispiele zeigen die Berechnung für unterschiedliche Tragwerke und Details. Grundlagen, Konstruktion, Bemessung ZahlreicheAbbildungenundTabellen,Normenverzeichnis,Literatur-undStichwortverzeichnis. Für die Neuauflage 2011 wurde der Band durchgehend überarbeitet, korrigiert und aktualisiert. Schülerbuch ISBN 978-3-7068-4165-8, € 22,67 3937 Stahlbau Appr. für 4101 Auflage 2011, 244 Seiten 19 × 26 cm, 2-färbig Appr. für 4101 Auflage 2011, 244 Seiten 19 × 26 cm, 2-färbig » Autoren:Luza,Gerald;Palka,Michael;Schnaubelt,Stefan » Inhalt: Detaillierte und mit vielen praktischen Hinweisen und Erläuterungen versehene Einführung in die Bemessung nach den Eurocodes EN 1993 (Stahlbau) und EN 1994 (Verbundbau). Dargestellt werden Grundlagen der Berechnung, Materialeigenschaften, Verarbeitungstechniken und Nachweise. Zahlreiche durchgerechnete Beispiele zeigen die Berechnung für unterschiedliche Tragwerke und Details. ZahlreicheAbbildungenundTabellen,Normenverzeichnis,Literatur-undStichwortverzeichnis. Für die Neuauflage 2011 wurde der Band durchgehend überarbeitet, korrigiert und aktualisiert. 140753 Stahlbau Formeln und Tabellen Schülerbuch ISBN 978-3-7068-4166-5, € 15,18 » Autoren:Luza,Gerald;Palka,Michael » Inhalt:UmfassendeZusammenstellungallerwesentlichenFormelngemäßEurocode3sowiederfürdie Bemessung notwendigen Tabellen und Profiltabellen mit Erläuterungen und exemplarischen Skizzen FolgendeBereichewerdenerfasst:Grundlagen(Normen,Bezeichnungen)•Materialeigenschaften•Querschnittsnachweise•Verbindungsmittel•Stabilität•Querschnittswerte•QuerschnittswertevonProfilen Formeln und Tabellen Der Band wurde für 2011 durchgehend überarbeitet. 140753 Stahlbau Appr. für 4101 Auflage 2011, 132 Seiten 17 × 24 cm, 2-färbig Appr. für 4101 Schülerbuch ISBN 978-3-7068-4166-5, € 15,18 » Autoren:Luza,Gerald;Palka,Michael » Inhalt:UmfassendeZusammenstellungallerwesentlichenFormelngemäßEurocode3sowiederfürdie Bemessung notwendigen Tabellen und Profiltabellen mit Erläuterungen und exemplarischen Skizzen FRILO-Magazin FolgendeBereichewerdenerfasst:Grundlagen(Normen,Bezeichnungen)•Materialeigenschaften•Querschnittsnachweise•Verbindungsmittel•Stabilität•Querschnittswerte•QuerschnittswertevonProfilen Der Band wurde für 2011 durchgehend überarbeitet. 2012 13 Einführung der Euronormen Umstellung von nationalen zu europäischen Normen in Deutschland Prof. Dr.-Ing. Kai Haase, Dipl.-Ing. Peter Fritz Einführung Im Jahre 1975 beschloss die Kommission der Europäischen Gemeinschaften, für das Bauwesen ein Programm auf der Grundlage des Artikels 95 der Römischen Verträge durchzuführen. Das Ziel des Programms war die Beseitigung technischer Handelshemmnisse und die Harmonisierung technischer Normen. Im Rahmen dieses Programms leitete die Kommission die Bearbeitung von harmonisierten technischen Regelwerken für die Tragwerksplanung von Bauwerken ein, die im ersten Schritt als Alternative zu den in den Mitgliedsländern geltenden Vorschriften dienen und schließlich diese ersetzen sollten. [1] 15 Jahre lang leitete die Kommission mit Hilfe eines Steuerkomitees mit Repräsentanten der Mitgliedsländer die Entwicklung des Eurocode-Programms, das zu der ersten Eurocode-Generation in den 80er Jahren führte. Im Jahre 1989 entschieden sich die Kommission und die Mitgliedsländer der Europäischen Union und der EFTA, die Entwicklung und Veröffentlichung der Eurocodes über eine Reihe von Mandaten an CEN (Comité Européen de Normalisation, auf Deutsch: Europäisches Komitee für Normung) zu übertragen, damit diese den Status von Europäischen Normen (EN) erhielten. [1] als DIN EN zusammen mit dem zugehörigen Nationalen Anhang erst im Dezember 2010. Aufbau der Eurocode-Reihe Das Eurocode-Programm umfasst zehn Normen (EN 1990 - EN 1999), die in der Regel aus mehreren Teilen bestehen. Im Allgemeinen behandelt der Teil 1-1 die allgemeinen Regeln für den Hochbau, der Teil 1-2 den Brandfall und der Teil 2 die Brücken. Die nachfolgenden Tabellen zeigen die Eurocodes und ihre Teile in der Übersicht, Abbildung 1 zeigt die Verknüpfungen und Bezüge der einzelnen Eurocodes untereinander. EN 1990 Grundlagen der Tragwerksplanung EN 1991 Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke 1-1 Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau 1-2 Brandeinwirkungen auf Tragwerke 1-3 Schneelasten 1-4 Windlasten 1-5 Temperatureinwirkungen 1-6 Einwirkungen während der Bauausführung 1-7 Außergewöhnliche Einwirkungen 2 Verkehrslasten auf Brücken In den 1990er Jahren wurden für verschiedene Bereiche des Bauwesens Vornormen der europäischen Normen als ENV 199x veröffentlicht. Diese wurden in Deutschland auch als DIN-Normen in der Form DIN V ENV 199x veröffentlicht und waren in vielen Bereichen durch die Veröffentlichung in der Musterliste der technischen Baubestimmungen eingeführte technische Baubestimmungen, nach denen gerechnet und konstruiert werden durfte. 3 Einwirkungen infolge von Kranen und Maschinen 4 Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter EN 1992 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau 1-2 Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall 2 Betonbrücken - Bemessungs- und Konstruktionsregeln Seit Mitte der 2000er Jahre sind nun die endgültigen Ausgaben der Eurocodes nach und nach erschienen. Das Tempo der Einführung der ENs und der Veröffentlichung der notwendigen Nationalen Anhänge war in den europäischen Ländern jedoch sehr unterschiedlich. Während einige Länder wie Österreich, wo der Eurocode bereits seit 2009 eingeführt ist, auf eine schnelle Anwendung setzten, wurde in Deutschland der von der EU gesetzte Stichtag klar verpasst. Der Großteil der ENs erschien in Deutschland 3 Silos und Behälterbauwerke aus Beton EN 1993 Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau 1-2 Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall 1-3 Allgemeine Regeln - Ergänzende Regeln für kaltgeformte dünnwandige Bauteile und Bleche 14 FRILO-Magazin 2012 Einführung der Euronormen EN 1998 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben 1 Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten Festigkeit und Stabilität von Schalen 2 Brücken Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung 3 Beurteilung und Ertüchtigung von Gebäuden 1-8 Bemessung von Anschlüssen 4 Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen 1-9 Ermüdung 5 Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte 1-10 Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung 6 Türme, Maste und Schornsteine 1-11 Bemessung und Konstruktion von Tragwerken mit Zuggliedern aus Stahl EN 1999 Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln 1-2 Tragwerksbemessung für den Brandfall 1-3 Ermüdungsbeanspruchte Tragwerke 1-4 Kaltgeformte Profiltafeln 1-5 Schalentragwerke 1-4 Allgemeine Bemessungsregeln - Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen 1-5 Plattenförmige Bauteile 1-6 1-7 1-12 Zusätzliche Regeln zur Erweiterung von EN 1993 auf Stahlgüten bis S700 2 Stahlbrücken 3-1 Türme, Maste und Schornsteine - Türme und Maste 3-2 Türme, Maste und Schornsteine - Schornsteine 4-1 Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen – Silos 4-2 Tankbauwerke 4-3 Rohrleitungen 5 Pfähle und Spundwände 6 Kranbahnen EN 1994 Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln für den Hochbau 1-2 Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall 2 Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln für Brücken EN 1995 Bemessung und Konstruktion von Holzbauten 1-1 Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau 1-2 Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall 2 Brücken EN 1996 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten 1-1 Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk 1-2 Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall 2 3 Abb. 1: Struktur der Eurocodes untereinander Um die Arbeit mit den neuen Normen zusätzlich zu vereinfachen wurde im Teil 1-1 der Eurocodes EN 1992, EN 1993, EN 1994, EN 1995 und EN 1996 eine durchgängige Kapitelstruktur eingeführt: Kapitel Inhalt 1 Allgemeines 2 Grundlagen der Tragwerksplanung 3 Baustoffe Planung, Auswahl der Baustoffe und Ausführung von Mauerwerk 4 Dauerhaftigkeit 5 Ermittlung der Schnittgrößen Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten 6 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT) 7 Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) EN 1997 Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik 1 Allgemeine Regeln 2 Erkundung und Untersuchung des Baugrunds Da sich die Nummern der europäischen Normen (1990 1999) nur in der letzten Stellen unterscheiden, hat es sich inzwischen eingebürgert, den entsprechenden Eurocode nur über diese letzte Stelle zu benennen: Aus „EN 1990“ wird dann kurz „EN 0“. FRILO-Magazin 2012 15 Einführung der Euronormen Abb. 2: Aufbau der nationalen Fassung eines Eurocodes Pilotprojekte Im Auftrag des DIBt wurden für EN 1992, EN 1993, EN 1994 und EN 1995 verschiedene Pilotprojekte zur Anwendungserprobung der Eurocodes durchgeführt, für EN 1998 war dies geplant. Das Ziel war eine weitestgehend unbedenkliche bauaufsichtliche Einführung der Normen durch Aufdeckung sicherheitsrelevanter Aspekte, Überprüfung der Codes hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit und eines „Feintunings“ einzelner Parameter/Vorschriften des Nationalen Anhangs. Friedrich+Lochner beteiligte sich an den Pilotprojekten zum EN 1992 und EN 1995. Ingenieurbauten in dem Land, in dem sie erstellt werden. Sie umfassen in erster Linie [1]: Zahlenwerte für Teilsicherheitsbeiwerte und/oder Klassen, wo die Eurocodes Alternativen eröffnen. Zahlenwerte, wo die Eurocodes nur Symbole angeben. Landesspezifische, geographische und klimatische Daten, die nur für ein Mitgliedsland gelten, z.B. Schneekarten. Vorgehensweisen, wenn die Eurocodes mehrere zur Wahl anbieten. Nationale Fassungen der Eurocodes Zusätzlich darf der Nationale Anhang auch enthalten [1]: Vorschriften zur Verwendung der informativen Anhänge. Verweise zur Anwendung des Eurocodes, soweit diese ergänzen und nicht widersprechen. Den Aufbau der nationalen Fassung eines Eurocode zeigt Abbildung 2: Sie enthält den vollständigen Text des Eurocodes (einschließlich aller Anhänge), so wie von CEN veröffentlicht, mit möglicherweise einer nationalen Titelseite und einem nationalen Vorwort sowie einem Nationalen Anhang. Der Nationale Anhang darf eigentlich nur Hinweise zu den Parametern geben, die im Eurocode für nationale Entscheidungen offen gelassen wurden. Diese „national festzulegenden Parameter“ (Nationally Determined Parameter, NDP) gelten für die Tragwerksplanung von Hochbauten und 16 FRILO-Magazin 2012 Gerade der letzte Punkt wird jedoch von manchen Ländern inflationär missbraucht. Durch die Einführung vieler solcher „nicht widersprechende Regelungen und Erläuterungen“ (Non-contradictory Complementary Information, NCI) versuchen die einzelnen Länder, individuelle, in diesen Ländern oftmals schon lange gebräuchliche Regelungen, wieder einzuführen. Einführung der Euronormen Dies führt jedoch zu einem immensen Anwachsen des Regelwerks im Nationalen Anhang und zu deutlich abweichenden Regeln in den europäischen Ländern – also genau das Gegenteil von dem, was im Rahmen der EurocodeErstellung eigentlich erreicht werden sollte! So finden sich alleine im Nationalen Anhang [2] zu Teil 1-1 des Eurocode 2 [3] 121 national festgelegte Parameter und 335 nicht widersprechende Regelungen und Erläuterungen. Fazit Friedrich und Lochner wird sich auch in Zukunft bemühen, den Anwendern zeitnah in all seinen Produkten die neueste Normengeneration zur Verfügung zu stellen. Der zunehmende Umfang der ENs, die immer detaillierteren länderspezifischen Regelungen in den NAs sowie die immer schlechter publizierten Hintergründe zu vielen Vorschriften und Regeln machen jedoch auch Frilo zunehmend zu schaffen. Es gibt jedoch Überlegungen, in künftigen Generationen der Eurocodes nur noch Vorschriften für alltägliche Bauvorhaben zu definieren und spezielle Bauwerke in separaten Vorschriften zu behandeln. Ziel ist, den Umfang der Normen zu reduzieren bzw. zumindest nicht weiter anwachsen zu lassen. Inwieweit dieses Vorhaben umgesetzt werden wird, muss die Zukunft zeigen. Literaturverzeichnis [1] DIN EN 1990. Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung; Deutsche Fassung EN 1990:2002 + A1:2005 + A1:2005/AC:2010. Dezember 2010. [2] DIN EN 1992-1-1/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Januar 2011. [3] DIN EN 1992-1-1. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Januar 2011. Autoren: Prof. Dr.-Ing. Kai Haase, Hochschule Deggendorf Dipl.-Ing. Peter Fritz, Friedrich + Lochner GmbH FRILO-Magazin 2012 17 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Lastannahmen nach DIN EN 1990/NA:2010 und DIN EN 1991/NA:2010 Ein Vergleich der Grundlagen sowie der Schnee- und Windlasten mit DIN 1055 Prof. Dr.-Ing. Kai Haase, Msc Jens Hoffmann Einführung Das Eurocode-Programm umfasst zehn Normen (EN 1990 – EN 1999), die in der Regel aus mehreren Teilen bestehen. Eine wichtige Grundlage bilden dabei EN 1990 (Grundlagen der Tragwerksplanung) und die verschiedene Teile von EN 1991 (Einwirkung auf Tragwerke), da in ihnen das Sicherheitskonzept sowie die Lastannahmen geregelt sind. Im Folgenden sollen auszugsweise die für das Sicherheitskonzept, die Schnee- sowie die Windlasten zuständigen Eurocodeteile vergleichend mit den entsprechenden nationalen DIN-Normen betrachtet werden. Wird nachstehend der Begriff „in den drei Normen“ ver wendet, so sind jeweils die betrachtete DIN-Norm (DIN 1055xx), die vergleichbare europäische Norm (EN 199x) sowie der zugehörige Nationale Anhang (DIN EN 199x/NA) gemeint. Sicherheitskonzept Vor Einführung von Normen auf Basis des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes galt ein deterministisches Sicherheitskonzept auf Basis eines globalen Sicherheitsfaktors, der oft nach der Methode „trial and error“ bestimmt wurde und für unterschiedliche Versagensarten unterschiedliche Werte hatte. Die Größe dieses globalen Sicherheitsbeiwertes war für den Anwender oftmals nicht ersichtlich, da er meist in Form von „zulässigen Spannungen“ in den anzusetzenden Festigkeiten versteckt war. Das semiprobabilistische Sicherheitskonzept dagegen basiert auf operativen Versagenswahrscheinlichkeiten und dem Einhalten eines gewünschten Sicherheitsniveaus. Dies wird durch die Einführung unterschiedlicher Teilsicherheitsbeiwerte realisiert, die einerseits auf der Widerstandseite die unterschiedlichen Streuungen von Kennwerten und unterschiedliche Versagensarten beschreiben. Andererseits wird nun aber auch auf der Einwirkungsseite die unterschiedliche Streuung der Lasten mit unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerten berücksichtigt. Zusätzlich wird die Tatsache, dass veränderliche Lasten mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit gemeinsam auftreten, bei den Lastkombinationen mit Hilfe von Kombinationsbeiwerten gewürdigt, was zu den bekannten Kombinationsvorschriften führt. 18 FRILO-Magazin 2012 Im Ingenieuralltag stehen stets die bauartspezifischen Bemessungsnormen im Vordergrund. Ein Rückgriff auf eine Grundlagennorm wie DIN 1055-100 [1] erfolgt primär in Bezug auf die Umrechnung der charakteristischen Werte in die Bemessungswerte. Doch schon DIN 1055-100 beinhaltet wesentlich mehr als die bloße Kombinatorik der Einwirkungen. Sie definiert bauartübergreifend das Sicherheitskonzept, auf dem sich das gesamte Nachweisgebäude aus Lastannahmen und Tragfähigkeitsberechnungen gründet, und formuliert es aus. DIN EN 1990 [2] (in Deutschland in Verbindung mit dem Nationalen Anhang DIN EN 1990/NA [3]) übernimmt genau die gleiche Funktion, jedoch für die Anwendung der Bemessungsnormen der Eurocodes. Neben den praktisch tätigen Ingenieuren zählen zum Anwenderkreis der EN 1990 an erster Stelle die Arbeitsgruppen und Ausschüsse, die an der Erarbeitung der anderen Bemessungs-, Produkt- und Prüfnormen für die Verwendung innerhalb der Eurocodes beteiligt sind. Dies mag als Erklärung für die Inhalte von EN 1990 dienen, die sehr theoretischer Natur sind und im Ingenieuralltag nur in Ausnahmefällen von Bedeutung sind (z.B. Anhang C – Grundlagen des Teilsicherheitskonzepts und der Zuverlässigkeitstheorie). Gleichfalls sollte nicht vergessen werden, dass die Eurocodes auch in gewissem Umfang die nationalen Besonderheiten der Mitgliedsstaaten bei der Bemessung unterstützen müssen, die hierzulande kaum eine Bedeutung haben (z.B. Anhang D – Versuchsgestützte Bemessung). Für den in Deutschland tätigen Ingenieur zahlt sich aus, dass DIN 1055-100 seinerzeit keine Überarbeitung einer bereits bestehenden Norm war, sondern komplett neu auf Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Grenzzustand Charakterisierung EQU (Lagesicherheit) Verlust der Lagesicherheit, wobei Festigkeiten keinen Einfluss haben; Starrkörperbewegung des Tragwerks bzw. eines Bauteils (z.B. Umkippen) STR (Bauteilversagen) Tragfähigkeit von Baustoffen und Bauteilen bzw. übermäßige Verformungen (z.B. Querschnittstragfähigkeit, Stabilität) GEO (Baugrundversagen) Versagen oder übermäßige Verformung des Baugrundes (z.B. Grundbruch, Setzung) FAT (Ermüdung) Ermüdungsversagen/Betriebsfestigkeit EN 1992 bis EN 1997 UPL (Aufschwimmen) Verlust der Lagesicherheit durch Hebung infolge Wasserkraft oder sonstiger vertikale Einwirkungen von Baukörpern im Erdreich) EN 1997 HYD (Hydraulischer Grundbruch) Hydraulisches Heben/Senken aufgrund von hydraulischen Gradienten (z.B. Baugrubensole) EN 1997 Tabelle 1: Grenzzustände der Tragfähigkeit dem aktuellen Stand des Wissens aufbauen konnte. Dieser wiederum lag in den Europäischen Vornormen, also den Entwurfsfassungen der aktuellen Eurocodes, vor. Für den gewöhnlichen Hochbau sind die Regelungen und ingenieurmäßig verwertbaren Resultate („Bemessungswerte“) somit weitestgehend identisch, wenngleich die neue Grundlagennorm an manchen Stellen feiner differenziert und generell auch auf die Anwendung im Brückenbau ausgelegt ist. Die Lektüre von DIN EN 1990 erfordert freilich einiges an Konzentration, da der Text vielfach Regeln in sehr allgemeingültiger Form aufstellt und dabei auf voran gestellte, präzise formulierte Definitionen zurück greift, wobei sämtliche verwendete Abkürzungen und Symbole der englischen Sprache entstammen. Parallel dazu ist stets auch der Nationale Anhang zu beachten, der die Aussagen des Grundtextes punktuell ergänzt oder modifiziert. jedoch vom betrachteten Versagensmodus abhängt, sind für jeden dieser Grenzzustände auch unterschiedliche Sätze von Teilsicherheitsbeiwerten auf der Einwirkungsseite notwendig. Anschaulich wird das z.B. beim Grenzzustand der Lagesicherheit EQU, auf den eine Abminderung der Festigkeit per Definition keine Auswirkung hat. Die Differenzierung in DIN EN 1990 umfasst sechs Grenzzustände der Tragfähigkeit, wobei jedoch nur für die Lagesicherheit (EQU), Bauteilversagen (STR) und Baugrundversagen (GEO) weitere Ausführungen enthalten sind. Inhaltlich zwar identisch, war diese Differenzierung in DIN 1055-100 erst bei der Festlegung der Teilsicherheitsbeiwerte im Anhang A getroffen worden. Die verbleibenden Versagensformen sind wesentlich baustoffspezifischer, so dass die Regelung den jeweiligen Bemessungsnormen überlassen wird. Grenzzustände der Tragfähigkeit Jeder dieser Grenzzustände ist – sofern zutreffend und je nach vorhandenen Einwirkungen – in den vier bekannten Bemessungssituationen ständige Bemessungssituation vorübergehende Bemessungssituation außergewöhnliche Bemessungssituation Erdbeben nachzuweisen, für die jeweils eigene Kombinationsvorschriften für die Einwirkungen gelten. Wie schon in DIN 1055-100 ist in den drei erstgenannten Bemessungs- Neu gegenüber DIN 1055-100 ist die deutlichere Unterscheidung zwischen den verschiedenen Grenzzuständen der Tragfähigkeit, d.h. den prinzipiell unterschiedlichen Versagensmodi eines Bauwerks bzw. Bauteils (Tabelle 1). Da sich im Teilsicherheitskonzept der erforderliche Sicherheitsabstand zwischen Einwirkung und Widerständen (als Maß der Zuverlässigkeit, siehe z.B. [4]) aus eben zwei Anteilen ergibt (Einwirkungsseite und Widerstandsseite), der Einfluss der Widerstandsseite in den Versagenskriterien FRILO-Magazin 2012 19 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 situationen immer eine der gewöhnlichen veränderlichen Einwirkungen als Leiteinwirkung festzulegen, wodurch sich im Regelfall die Anzahl der zu untersuchenden Einwirkungskombinationen vervielfacht, da die maßgebende dieser Einwirkungen nicht immer vorab eindeutig bestimmbar ist. Immerhin sorgt der Nationale Anhang für Deutschland dafür, dass die Kombinationsregeln über weite Strecken identisch mit denen nach DIN 1055-100 sind. Einzelne Hinweise auf Vereinfachungen finden sich im weiteren Verlauf dieses Artikels. Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Bei den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit werden Kombinationsvorschriften für die drei bekannten Bemessungssituationen (siehe Tabelle 2) angegeben, die das Beanspruchungsniveau entsprechend der Konsequenzen beim Eintritt des Grenzzustandes festlegen. Umso schwerwiegender das mögliche Schadensbild ist, desto geringer sollte die Eintrittswahrscheinlichkeit und somit das anzusetzende Beanspruchungsniveau höher sein. Bemessungssituation Anwendung charakteristische für nicht umkehrbare Auswirkungen häufige für umkehrbare Auswirkungen quasi-ständige für Langzeitauswirkungen Tabelle 2: Bemessungssituationen Die tatsächliche Festlegung, welche Bemessungssituation im Einzelfall anzuwenden ist, delegiert DIN EN 1990 wie gewohnt an die Bauherren und Anwender oder es finden sich in den jeweiligen Bemessungsnormen entsprechende Regelungen oder Empfehlungen. Differenzierung der Zuverlässigkeit Den bislang wenig verfolgten Ansatz der Anpassung der anzustrebenden Versagenswahrscheinlichkeit eines Tragwerks an seinen Nutzungszweck präsentiert Anhang B zu DIN EN 1990, der vom Nationalen Anhang für Deutschland als „informativ“ übernommen, also zur Anwendung freigestellt wird. Als Einstufungskriterium dient dabei in erster Linie die Unversehrtheit des menschlichen Lebens während der Nutzungsphase des Bauwerks, nachfolgend dann wirtschaftliche und ökologische Aspekte. So ist bei geringer Nutzungsintensität durch Menschen ein Tragwerksversagen als weniger folgenreich einstufbar als ein Tragwerk in öffentlichen Gebäuden, und das Belastungsniveau für den Standfestigkeitsnachweis kann somit abgesenkt werden. DIN EN 1990 definiert für eine derartige Einstufung die drei Zuverlässigkeitsklassen RC1 - RC3 (Reliability Classes) mit jeweils einem zugeordneten Zielsicherheitsindex, wobei 20 FRILO-Magazin 2012 RC2 unserem gewohnten Sicherheitsniveau entspricht. Rechnet man diese angestrebten Sicherheitsindizes in theoretische Versagenswahrscheinlichkeiten um (Zuverlässigkeitstheorie 1. Ordnung (FORM), näheres siehe z.B. DIN EN 1990, Anhang C oder [4]), so ergibt sich mit jedem Klassenschritt eine Verringerung der Versagenswahrscheinlichkeit um etwa eine Größenordnung. Um diesen probabilistischen Ansatz (Nachweis basierend auf Versagenswahrscheinlichkeiten) im Rahmen des semiprobabilistischen Teilsicherheitskonzepts (Nachweis basierend auf Sicherheitsabstand, der an Versagenswahrscheinlichkeiten kalibriert worden ist) anwenden zu können, stellt DIN EN 1990 drei Schadensfolgeklassen CC1 - CC3 (Consequence Classes) bereit (im NA Deutschland zutreffender in Versagensfolgeklassen umbenannt), die 1:1 mit den Zuverlässigkeitsklassen verknüpft werden können. Für jede diese Klassen sind wiederum Modifikationsbeiwerte für die Teilsicherheiten der Einwirkungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit definiert (siehe Tabelle 3). Der Grund für die relativ kleinen Änderungen der Teilsicherheitsbeiwerte (±10% für gewöhnliche veränderliche Einwirkungen) im Vergleich mit den Änderungen bei den Zielzuverlässigkeiten erklärt sich aus den sehr flach auslaufenden Ästen der Häufigkeitsverteilungen der in die Bemessung einfließenden Zufallsvariablen (Lasten, Festigkeiten etc.), siehe z.B. [4]. Zusätzlich sind die Zuverlässigkeitsklassen mit Planungsklassen DSL1 - DSL3 (Design Subvision Level) und Überwachungsklassen IL1 - IL3 (Inspection Level) verknüpft, in denen unterschiedliche Überwachungsmaßnahmen in Planung und Ausführung vorgeschrieben werden. Allgemein gilt in Deutschland zurzeit die Schadensfolgeklasse CC2, der die Zuverlässigkeitsklasse RC2 mit einem Wert KFI = 1,0 zugeordnet ist, so dass es zu keinen Änderungen der Teilsicherheitsbeiwerte kommt. Abweichungen kann die Bausaufsicht festlegen. Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der Bemessung könnte zukünftig die nun empfohlene Festlegung der Nutzungsdauer eines Bauwerks/Bauteils bieten. Ziel ist es, Bauwerke schon derart zu konzipieren, dass über die Dauer der geplanten Nutzung die Nutzungseigenschaften mit einem angemessenen Instandhaltungsaufwand gewährleistet sind. Darüber hinaus könnten die Teilsicherheitsbeiwerte in Abhängigkeit der geplanten Nutzungsdauer bei gleichem Zuverlässigkeitsniveau angepasst werden. Dies ist allerdings auch nach EN 1990 momentan noch nicht vorgesehen. Einen theoretischen Ansatz für die Änderung des Teilsicherheitsbeiwertes für veränderliche Lasten in Abhängigkeit von Zuverlässigkeitsklassen und Nutzungsdauer zeigt Abbildung 1. Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Versagensfolgeklasse Erläuterung Zuverlässigkeitsindex , Bezugszeit 50 Jahre (Zuverlässigkeitsklasse) Theoretische Versagenswahrscheinlichkeit Pf Modifikationsfaktor KFI für Teilsicherheiten CC1 (RC1) Niedrige Folgen für Menschenleben und kleine oder vernachlässigbare wirtschaftliche, soziale oder umweltbeeinträchtigende Folgen ( Landwirtschaftliche Gebäude ohne regelmäßigen Personenverkehr, z. B. Scheunen, Gewächshäuser) 3,3 0,5∙10-3 0,9 CC2 (RC2) Mittlere Folgen für Menschenleben, beträchtliche wirtschaftliche, soziale oder umweltbeeinträchtigende Folgen ( Wohn- und Bürogebäude, öffentliche Gebäude mit mittleren Versagensfolgen) 3,8 1∙10-4 1,0 CC3 (RC3) Hohe Folgen für Menschenleben oder sehr große wirtschaftliche, soziale oder umweltbeeinträchtigende Folgen (Tribünen, öffentliche Gebäude mit hohen Versagensfolgen, z.B. Konzerthallen) 4,3 1∙10-5 1,1 Tabelle 3: Schadensfolgeklassen Einwirkungskombinationen In DIN 1055-100 findet sich als Einwirkungskombination für ständige und vorübergehende Bemessungssituationen für den Nachweis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit, wenn sie sich nicht auf Materialermüdung bezieht: ∑ ξ j ⋅ γ G, j ⋅ Gk , j ⊕ γ p ⋅ P ⊕ γ Q ,1 ⋅ Qk ,1 ⊕ ∑ γ Q ,i ⋅ ψ 0,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 EN 1990 (6.10b) G, j Gk , j p Pk Q ,1 Qk ,1 Q ,i 0,i Qk ,i j1 i1 DIN 1055-100 (14) EN 1990 definiert in Gleichung (6.10) die gleiche Kombinationsvorschrift, gibt jedoch mit den Gleichungen (6.10a) und (6.10b) eine Alternative, bei der entweder die veränderliche Leiteinwirkung mit ψ0,1 oder die ständigen Lasten mit ξj = 0,85 multipliziert werden, was zu ξ j ⋅ γ G, j,sup = 0, 85 ⋅ 1, 35 = 1,15 führt: ∑ γ G, j ⋅ Gk , j ⊕ γ p ⋅ P ⊕ γ Q ,1 ⋅ Qk ,1 ⊕ ∑ γ Q ,i ⋅ ψ 0,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 EN 1990 (6.10) ∑ γ G, j ⋅ Gk , j ⊕ γ p ⋅ P ⊕ γ Q ,1 ⋅ ψ 0,1 ⋅ Qk ,1 ⊕ ∑ γ Q ,i ⋅ ψ 0,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 EN 1990 (6.10a) Abb. 1: Theoretischer Ansatz für den Teilsicherheitsbeiwert von veränderlichen Lasten in Abhängigkeit von Nutzungsdauer und Zuverlässigkeitsklasse (aus [5]) FRILO-Magazin 2012 21 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 DIN EN 1990/NA stellt in NCI zu 6.4.3.2(3) für Deutschland jedoch klar, dass die Verwendung der Gleichung (6.10a) und Gleichung (6.10b) nicht zulässig ist. Als Kombination für eine außergewöhnliche Bemessungssituation gilt nach DIN 1055-100 bzw. EN 1990: ∑ γ GA , j ⋅ Gk , j ⊕ γ pA ⋅ Pk ⊕ Ad ⊕ ψ1,1 ⋅ Qk ,1 ⊕ ∑ ψ 2,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 DIN 1055 (15) Gk ,j P Ad 1,1 oder 2,1 Qk ,1 2,i Qk ,i j1 i1 EN 1990 (6.11b) Die Wahl zwischen ψ1,1∙Qk,1 oder ψ2,1∙Qk,1 hängt gemäß EN 1990 von der maßgebenden außergewöhnlichen Bemessungssituation ab (Anprall, Brandbelastung oder Überleben nach einem außergewöhnlichen Ereignis). In den maßgebenden Teilen von EN 1991 bis EN 1999 sind dann jeweils Hilfestellungen enthalten. In DIN EN 1990/NA findet sich in NCI zu 6.4.3.3(3) jedoch die Klarstellung für Deutschland, dass im Allgemeinen der häufige Wert der vorherrschenden veränderlichen Einwirkung ψ1,1 ∙ Qk,1 in den Nachweisen verwendet wird, so dass sich eine zu DIN 1055-100 analoge Kombination ergibt. Die Einwirkungskombination für den Nachweis von Einwirkungen infolge Erdbeben bleibt gegenüber DIN 1055-100 unverändert. Für die Nachweise der Gebrauchstauglichkeit sind die Regeln in allen drei Normen identisch. Es werden wieder drei verschiedene Kombinationen unterschieden: - charakteristische (seltene), ∑ Gk , j ⊕ P ⊕ Qk ,1 ⊕ ∑ ψ 0,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 EN 1990 (6.14b) - häufige, ∑ Gk , j ⊕ P ⊕ ψ1,1 ⋅ Qk ,1 ⊕ ∑ ψ 2,i ⋅ Qk ,i j≥1 i>1 EN 1990 (6.15b) - quasi-ständige ∑ Gk , j ⊕ P ⊕ ∑ ψ 2,i ⋅ Qk ,i j≥1 i≥1 Einwirkungskombination. 22 FRILO-Magazin 2012 EN 1990 (6.16b) Teilsicherheitsbeiwerte Die für die Nachweise der Tragfähigkeit benötigten Teilsicherheitsbeiwerte für ständige und veränderliche Lasten sind in den drei Normen gleich und in Tabelle 4 gezeigt. Bei den Nachweisen der Lagesicherheit ist zu beachten, dass DIN EN 1990/NA die Tabelle für Teilsicherheitsbeiwerte um zusätzliche Teilsicherheitsbeiwerte für einen gesonderten Nachweis der Verankerung ergänzt (Tabelle 5). Kombinationsbeiwerte Die für die Einwirkungskombinationen ebenfalls benötigten Kombinationsbeiwerte sind in den drei Normen nahezu identisch, EN 1990 und DIN EN 1990/NA weichen nur beim Wert von y1 der Windlast von DIN 1055-100 ab, welcher von 0,5 auf 0,2 herabgesetzt wurde (Tabelle 6). Einwirkungen, die aus physikalischen oder betrieblichen Gründen nicht gleichzeitig auftreten können, brauchen in der Einwirkungskombination nicht gemeinsam berücksichtigt zu werden. Da die Anzahl der möglichen Kombinationen aber weiterhin sehr groß sein kann, schränkt EN 1990 im Anhang A für Hochbauten diese ein: Die Einwirkungskombination darf im Hochbau für bestimmte Nutzungsarten, Gebäudeformen oder Standorte auf maximal zwei veränderliche Lasten beschränkt bleiben. DIN EN 1990/NA spezifiziert dies genauer: „Treten Schnee und Wind als Begleiteinwirkungen neben einer nichtklimatischen Leiteinwirkung auf, braucht bei Orten bis NN + 1 000 m nur eine der beiden klimatischen Einwirkungen als Begleiteinwirkung in den Kombinationsregeln für Einwirkungen nach 6.4.3 und 6.5.3 angesetzt zu werden. Tritt jedoch eine der klimatischen Einwirkungen (Wind oder Schnee) als Leiteinwirkung auf, ist die andere als Begleiteinwirkung zu berücksichtigen. In den Windzonen III und IV darf bei der Kombination Wind/Schnee mit Wind als Leiteinwirkung auf die Kombination mit Schnee als Begleiteinwirkung verzichtet werden. Hingegen ist bei der Kombination Wind/Schnee mit Normalschnee als Leiteinwirkung der Wind als Begleiteinwirkung immer zu berücksichtigen. Bei dem Kombinationsfall mit Schnee als außergewöhnlicher Leiteinwirkung darf auf Wind als Begleiteinwirkung verzichtet werden. Davon unbenommen sind die Auswirkungen möglicher Schneeverwehungen auch für diesen Kombinationsfall zu prüfen.“ [3] Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Tabelle 4: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen (STR/GEO) (aus [3]) Tabelle 5: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen (EQU) (aus [3]) Tabelle 6: Kombinationsbeiwerte im Hochbau nach EN 1990 (aus [3]) FRILO-Magazin 2012 23 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Dachlasten (Kategorie H) in Kombination mit Schnee/Wind Eine interessante Diskussion gibt es bei der Kombination von Dachlasten der Kategorie H (also für nicht begehbare Dächer, außer für übliche Erhaltungsmaßnahmen und Reparaturen). Schon in DIN 1055-3 findet sich im Abschnitt 6.2 (6) in Bezug auf die Tabelle 2, die die Nutzlasten für Dächer der Kategorie H enthält, der Hinweis: „Eine Überlagerung der Einwirkungen nach Tabelle 2 mit den Schneelasten ist nicht erforderlich.“ [6] In DIN EN 1991-1-1 [7], also der deutschen Ausgabe von EN 1991-1-1, findet sich in Abschnitt 3.3.2 (1) der Satz: “Auf Dächern (insbesondere auf Dächern der Kategorie H) müssen Nutzlasten nicht in Kombination mit Schneelasten und/oder Windeinwirkung angesetzt werden.“ [7] Dies ist aufgrund der Aussage „in Kombination mit Schneelasten und/oder Windeinwirkung“ schwer zu interpretieren. Hier hilft ein Blick in den englischen (Original-) Text, der sich zum Beispiel in BS EN 1991-1-1 [8] findet: „On roofs (particularly for category H roofs), imposed loads, need not be applied in combination with either snow loads and/or wind actions.” [8] Für Österreich findet sich daher auch eine Klarstellung in Abschnitt 4.4.4 der ÖNORM B 1991-1-1 [9], dem österreichischen Nationalen Anhang zu EN 1991-1-1: „Gemäß englischer Originalfassung der ÖNORM EN 1991-11:2003 gilt unter Abschnitt 3.3.2 (1): Auf Dächern müssen Nutzlasten nicht als gleichzeitig wirkend mit Schneelasten oder Windlasten angesetzt werden.“ [9] Schneelasten Die Schneelasten sind bislang in DIN 1055-5 [10] beschrieben. Für die Anwendung von Eurocodes gilt EN 1991-1-3 [11] sowie zusätzlich für Deutschland der Nationale Anhang DIN EN 1991-1-3/NA [12]. Für alle beschriebenen Normen gilt, dass diese für Bauten bis zu einer Höhenlage von 1500 m über NN anwendbar sind. Die angegebenen Lasten gelten ausschließlich für natürliche Schneelastverteilungen, falls mit künstlichen Anhäufungen (z.B. durch Abräumen oder Umverteilen) zu rechnen ist, sind diese gesondert zu berücksichtigen. Des Weiteren stellt die Schneelast auf dem Boden eine charakteristische Größe mit einer jährlichen Überschreitenswahrscheinlichkeit von 0,02 (Wiederkehrperiode von 50 Jahren) dar, wobei außergewöhnliche Schneelasten ausgenommen sind. DIN 1055-5 kennt Schnee primär in ständigen oder vorübergehenden Bemessungssituationen; auf außergewöhn- 24 FRILO-Magazin 2012 liche Situationen wird nur am Rande im Zusammenhang mit dem norddeutschen Tiefland hingewiesen, eine direkte Festlegung aber vermieden: „Im norddeutschen Tiefland wurden in seltenen Fällen Schneelasten bis zum mehrfachen der rechnerischen Werte gemessen. Die zuständige Behörde kann in den betroffenen Regionen die Rechenwerte festlegen, die dann zusätzlich nach DIN 1055-100 als außergewöhnliche Einwirkungen zu berücksichtigen sind.“ [10] EN 1991-1-3 dagegen kennt vier verschiedene Bemessungssituationen: Fall A: Keine außergewöhnlichen Schneefälle, keine außergewöhnliche Verwehung Fall B1: Außergewöhnliche Schneefälle, keine außergewöhnliche Verwehung Fall B2: Keine außergewöhnlichen Schneefälle, außergewöhnliche Verwehung Fall B3: Außergewöhnliche Schneefälle, außergewöhnliche Verwehung DIN EN 1991-1-3/NA ordnet nun den Fall des norddeutschen Tieflandes in Fall B1 ein und delegiert die Festlegung von Rechenwerten an die zuständige Behörde in den betroffenen Regionen. Für die Fälle B2 und B3 trifft sie keine Regelungen, da diese in Deutschland nicht auftreten, und stellt klar, dass Schneeverwehungen gemäß des Nationalen Anhangs keine außergewöhnlichen Einwirkungen sind. Bodenschneelast Die Werte für die Schneelast auf dem Boden werden in EN 1991-1-3 nach einem europaweit gleichen Berechnungsschema beschrieben. DIN EN 1991-1-3/NA weicht hier nun vollständig ab und führt die aus DIN 1055-5 bekannten Schneezonen und die zugehörige Berechnung der Bodenschneelast wieder ein. Dies kann dazu führen, dass an Ländergrenzen (z.B. Deutschland/Österreich) benachbarte Orte deutlich unterschiedliche Schneelasten bekommen können, da diese aufgrund abweichender nationaler Regelungen nach sehr unterschiedlichen Berechnungsarten ermittelt werden. Betrachtet man z.B. die beiden sich am Inn gegenüberliegenden Orte Neuhaus/Inn (Deutschland) und Schärding (Österreich) (beide 313 m ü.N.N.), so ergeben sich folgende Schneelasten: Für Neuhaus/Inn ist nach DIN 1055-5 eine Bodenschneelast von 2 313 + 140 = 1, 34 kN/m2 sk = 0, 31 + 2, 91 ⋅ 760 anzusetzen. Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Nach EN 1991-1-3 würde sich 313 2 sk = (0,264 ⋅ 2 − 0, 002) ⋅ 1 + = 1, 31 kN/m2 256 ergeben, da Deutschland dem Gebiet „Zentral Ost“ und Neuhaus/Inn der Zone 2 zuzuordnen wäre. Diese Werte sind sehr ähnlich, obwohl sie auf sehr unterschiedliche Weise berechnet wurden. Bei anderen, vor allem höher gelegenen Regionen, ergeben sich jedoch deutliche Abweichungen zwischen DIN 1055-5 und EN 1991-1-3. Betrachtet man nun Schärding auf der österreichischen Seite, das im Gebiet „Alpine Region“, Zone 2 liegt, so ergibt sich nach EN 1991-1-3 eine Bodenschneelast von 313 2 2 sk 0, 642 2 0, 009 1 1, 53 kN/m 728 oder gerundet sk = 1,55 kN/m2 nach Tabelle A.1 der ÖNORM B 1991-1-3. Man sieht, dass die „grenzüberschreitenden“ Abweichungen aufgrund der Einführung von unterschiedlichen Gebieten mit unterschiedlichen Beiwerten (Zonen) auch innerhalb des EN 1991-1-3 nicht vermieden wurden. Dachschneelast Die aus der Bodenschneelast resultierende Schneelast auf den Dächern ist nach EN 1991-1-3 durch s i Ce C t sk EN 1991-1-3 (5.1) beschrieben, wobei Ce den Umgebungskoeffizienten und Ct den Temperaturkoeffizienten darstellt. Der Umgebungskoeffizient beschreibt die Geländegegebenheiten (windig/ üblich/abgeschirmt) und der Temperaturbeiwert Ct sollte verwendet werden, um die Verminderung von Schneelasten auf Dächern mit höherem Wärmedurchgang zu berücksichtigen – besonders für glasgedeckte Dächer, bei denen Abschmelzen infolge Wärmedurchgang auftritt. DIN EN 1991-1-3/NA definiert beide Werte nun zu 1,0, so dass die aus DIN 1055-5 bekannte Formel s i sk In der „Liste der Technischen Baubestimmungen“ der einzelnen Bundesländer bzw. in deren Vorlage, der „MusterListe der Technischen Baubestimmungen“ des DIBt [11], findet sich dann in Anlage 1.1/2 der zugehörige Hinweis: „In Gemeinden, die in der Tabelle „Zuordnung der Schneelastzonen nach Verwaltungsgrenzen“ mit Fußnote ... gekennzeichnet sind oder ..., ist für alle Gebäude in den Schneelastzonen 1 und 2 zusätzlich zu den ständigen und vorübergehenden Bemessungssituationen auch die Bemessungssituation mit Schnee als einer außergewöhnlichen Einwirkung zu überprüfen. Dabei ist der Bemessungswert der Schneelast mit si = 2,3 μi ∙ sk anzunehmen.“ [13] Auch EN 1991-1-3 lässt zu, außergewöhnliche Schneelasten als außergewöhnliche Einwirkung zu betrachten s Ad Cesl sk EN 1991-1-3 (4.1) und empfiehlt für den „Beiwert für außergewöhnliche Schneelasten“ Cesl den Wert 2,0. Obwohl der Beiwert Cesl durch den Nationalen Anhang festgelegt werden darf, verzichtet DIN EN 1991-1-3/NA auf eine geänderte Festlegung, definiert aber dazu in Analogie zu DIN 1055-5 wiederum das norddeutsche Tiefland als ein betroffenes Gebiet und ermächtigt die zuständige Behörde in den betroffenen Regionen die Rechenwerte festzulegen. Der empfohlene Wert wird somit voraussichtlich wieder in den Anlagen zur „Liste der Technischen Baubestimmungen“ veröffentlicht werden. Formbeiwert Pultdach/Satteldach Die Formbeiwerte von Pultdächern und Satteldächern sind in DIN 1055-5 und EN 1991-1-3 identisch und werden in DIN EN 1991-1-3/NA auch nicht geändert (Abbildung 2): In Abhängigkeit der Dachneigung rutscht ein Teil des Schnees ab, sofern dies nicht durch Schneefanggitter o.ä. verhindert wird (Beiwert μ1), oder sammelt sich in Kehlen o.ä. an (Beiwert μ2). DIN 1055-5 (4) folgt. Außergewöhnliche Schneelast DIN 1055-5 weist in Abschnitt 4.1 darauf hin, dass im norddeutschen Tiefland in seltenen Fällen Schneelasten bis zum mehrfachen der rechnerischen Werte gemessen wurden und daher die zuständige Behörde in den betroffenen Regionen die Rechenwerte festlegen kann, die dann zusätzlich nach DIN 1055-100 als außergewöhnliche Einwirkungen zu berücksichtigen sind. Abb. 2: Formbeiwert der Schneelast (aus [11]) FRILO-Magazin 2012 25 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Formbeiwert gereihte Satteldächer Bei den Formbeiwerten für gereihte Satteldächer unterscheiden die Normen jeweils zwei unterschiedliche Schneelastanordnungen: nicht verwehten und verwehten Schnee. Während die Lastbilder für den unverwehten Schnee identisch sind (Abbildung 3, Fall i) und denen von Pult- bzw. Satteldächern entsprechen, schlägt EN 1991-1-3 für verwehten Schnee (Abbildung 3, Fall ii) einen steten Lastübergang am First vor. DIN EN 1991-1-3/NA zeigt hier jedoch einen Lastsprung am First (Abbildung 4, Fall b1) und entspricht damit DIN 1055-5. Eine solche Dachform sollte sich aus einem gereihten Satteldach mit α2 = 90° herleiten lassen. Vergleicht man in DIN EN 1991-1-3/NA die Lastanordnung eines gereihten Satteldaches mit α1 = 30° und α2 knapp unter 90° (Lastanordnung a und b1 in Abbildung 4) mit der eines Sheddaches gleicher Geometrie (Lastanordnung b2 in Abbildung 5 mit α1 = 30° und α2 = 90°), so erhält man folgende Gesamtlast für einen Dachabschnitt der Länge l und a =(30°+90°)/2=60°: Ga 1 (1 ) sk l 1 (30 ) sk l 0.8 sk l 2 (60 ) 1 (60 ) () 1 () Gb1 2 s l k sk l 2 2 1.6 0.0 sk l 0.8 sk l 2 (30 ) 1 (30 ) () 1 () sk l 2 Gb2 2 sk l 2 2 Abb. 3: Lastanordnung für gereihte Satteldächer nach EN 1991-1-3 (aus [11]) 1.6 0.8 sk l 1.2 sk l 2 Unabhängig von der Lastanordnung ergibt sich beim Satteldach eine Gesamtlast von G = 0,8 ⋅ sk ⋅ l. Betrachtet man das gereihte Satteldach nun als Sheddach, so ergibt sich plötzlich eine 50% größere Last. Auf diese (unsinnige) Tatsache haben nach der Einführung der DIN 1055-5 im Jahre 2007 schon andere Autoren (z.B.[14]) hingewiesen, umso bedauerlicher ist es, dass dies in DIN EN 1991-1-3/NA nun wieder auftaucht. Formbeiwert Tonnendächer Abb. 4: Lastanordnung für gereihte Satteldächer nach DIN EN 1991-1-3/NA (aus [12]) Formbeiwert Sheddächer Unschön ist allerdings, dass DIN EN 1991-1-3/NA in Analogie zu DIN 1055-5 wieder eine eigene Lastanordnung für Sheddächer einführt (Abbildung 5). Abb. 5: Lastanordnung für Sheddächer nach DIN EN 1991-1-3/NA (aus [12]) 26 FRILO-Magazin 2012 Die Lastansätze und Formbeiwerte für Tonnendächer (Abbildung 6) sind in allen drei Normen identisch, wobei sich der notwendige Formbeiwert μ3 wie folgt ergibt: h 3 0,2 10 2, 0 b Auch in diesem Fall wurden zu den Regelungen der DIN 1055-5 kritische Anmerkungen veröffentlicht (z.B. in [14]), die leider keinen Eingang in EN 1991-1-3 oder DIN EN 1991-1-3/NA fanden. Bezüglich der unverwehten Lastanordnung stellt sich nämlich die Frage, warum der Schnee in Analogie zum Pult- oder Satteldach nicht einmal ansatzweise in dem Bereich abrutscht, in dem die Dachneigung 30° überschreitet? Und bei der verwehten Lastanordnung treten in Gebieten mit hohen Schneelasten (Schneelastzone 3) so große Schneelasten auf, dass deren Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Aufgrund der Tatsache, dass diese zusätzlichen Schneelasten erhebliche Lastwerte bekommen konnten, wurde der entstehende Schneekeil in der Musterliste der technischen Baubestimmungen [13] von maximal 4-fachen auf 2-fache Werte der Bodenschneelast beschränkt. In EN 1991-3 findet sich die gleiche Vorgehensweise, nur dass bei der Beschränkung von μW der abrutschende Schnee keine Berücksichtigung findet: w Abb. 6: Lastanordnung bei Tonnendächern (aus [11]) dreiecksmäßige Verteilung über die halbe Dachspannweite zu irrational großen „Schüttwinkeln“ des Schnees führen kann. Formbeiwert Höhensprünge In DIN 1055-5 finden sich für Höhensprünge recht komplizierte Regelungen, um die zusätzlichen Lasten aus „Abrutschen“ und „Verwehung“ zu bestimmen: Übersteigt die Dachneigung des höher liegenden Daches 15°, so soll davon ausgegangen werden, dass 50 % der größten resultierenden Gesamtlast der zugewandten Dachseite dieses Daches abrutscht und sich dreiecksförmig auf der tiefer liegenden Dachfläche über eine Länge lS verteilt. Der zugehörige Beiwert μS berechnet dann die Höhe des Schneekeils. b1 b2 h sk 2 h EN 1991-1-3 (5.8) DIN EN 1991-1-3/NA orientiert sich aber wieder an DIN 1055-5 b b h DIN EN 1991-1-3/NA (NA.4) s w 1 2 sk 2 h und begrenzt die Summe aus abrutschendem und verwehtem Schnee nun nicht mehr einheitlich auf 4,0 oder 2,0 , sondern sehr differenziert für unterschiedliche Situationen. Bei der Anordnung von Schneefanggittern o.ä. auf dem höher liegenden Dach darf nun auch auf den Ansatz von μS verzichtet werden. Formbeiwert Verwehung an Aufbauten Zusätzlich finden sich in allen drei Schneelastnormen Angaben für „Verwehung an Wänden und Aufbauten“ (Abbildung 8): μ1 = 0,8 2 h 0, 8 sk 2, 0 EN 1991-1-3 (6.1) EN 1991-1-3 (6.2) Abb. 7: Formbeiwerte an Höhensprüngen (aus [11]) Abb. 8: Formbeiwerte an Wänden und Aufbauten (aus [11]) Der Formbeiwert aus Verwehung soll über Dieser Ansatz weicht aber in Grenzsituationen von dem aus „Höhensprüngen“ ab: Betrachtet man einen Aufbau mit Flachdach, z.B. eine Fahrstuhlnachfahrt, so mag der abrutschende Lastanteil des Abschnitts „Höhensprünge“ wegfallen, der verwehte Anteil aber bleibt bestehen – und ist deutlich aufwändiger zu berechnen als die gleiche Situation in Betrachtung als Verwehung an Aufbauten. w b1 b2 h s sk 2 h bestimmt werden, wobei die Summe aus abrutschendem und verwehtem Schnee beschränkt wird: 0, 8 w s 4 , 0 DIN 1055-5 (5)+(6) FRILO-Magazin 2012 27 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Schneeüberhang an der Traufe Eine der (zumindest in den schneereichen Zonen Deutschlands) umstrittensten Regelungen in DIN 1055-5 war die neu eingeführte Regelung des „Schneeüberhang an der Traufe“. Abb. 9: Schneeüberhang an Dachtraufen (aus [9]) Die ursprüngliche Formel s2 Se i mit 3 kN/m3 DIN 1055-5 (7) führte in Regionen mit hohen Werten von si zu unsinnig großen zusätzlichen Trauflasten. Die MLTB [13] reduzierte den anzusetzenden Wert daher schnell mit einem zusätzlichen Faktor 0,4 in Gleichung (7) auf 40%: si2 MLTB, Anlage 1.1/2 Sofern über die Dachfläche verteilt Schneefanggitter oder vergleichbare Einrichtungen angeordnet werden, die das Abgleiten von Schnee wirksam verhindern und für die Aufnahme dieser Lasten auch bemessen sind, darf auf diesen Lastansatz ganz verzichtet werden. Se 0 , 4 EN 1991-5 stellt diese Trauflast nun gleich variabel dar Se k si2 EN 1991-1-3 (6.4) empfiehlt zusätzlich für k jedoch die folgende Abhängigkeit von der Dicke der Schneedecke auf dem Dach (Abb. 9): 3 k d d DIN EN 1991-1-3/NA legt aber k = 0,4 fest und erzeugt damit wieder die von der MLTB überarbeitete Variante der DIN 1055-5. Windlasten Die zurzeit gültige nationale Windlastnorm ist DIN 1055-4 [15]. Das europäische Pendant ist EN 1991-1-4 [16] mit dem für Deutschland zugehörigen Nationalen Anhang DIN EN 1991-1-4/NA [17]. Allen drei Normen gemein ist, dass sich die anzusetzenden Winddrücke we bzw. Windkräfte FW aus einem gebietsund höhenabhängigen (Böen-)geschwindigkeitsdruck qp und den formabhängigen Druckbeiwerten cp bzw. Kraftbeiwerten cf zusammensetzen: EN 1991-1-4 (5.1) we qp (ze ) cpe EN 1991-1-4 (5.3) Fw cs cd c f qp (ze ) Aref 28 FRILO-Magazin 2012 Neu ist bei den Windkräften die Berücksichtigung eines Strukturbeiwertes cscd. Dieser berücksichtigt, dass Spitzenwinddrücke nicht gleichzeitig auf der gesamten Oberfläche auftreten können (cs), sowie die dynamische Überhöhung durch resonanzartige Bauwerksschwingungen infolge Windturbulenz (cd). Da DIN 1055-4 die Windrücke/Windkräfte mit o.g. Gleichungen nur für nicht schwingungsanfällige Bauwerke/Bauteile erlaubt, ist in diesem Falle cscd = 1,0. Bei Gebäuden bis zu einer Höhe von 15 m, bei Fassaden und Dachelementen mit einer Eigenfrequenz größer als 5 Hz, bei Gebäuden in Skelettbauweise mit aussteifenden Wänden, die niedriger als 100 m sind und deren Höhe kleiner als das Vierfache der Gebäudetiefe ist, sowie bei Schornsteinen mit kreisförmigem Querschnitt und einer Höhe kleiner als 60 m oder einer Höhe kleiner als dem 6,5fachen des Durchmessers ist auch in EN 1991-1-4 cscd = 1,0. In anderen Fällen ist in EN 1991-1-4 ein aufwändiges Verfahren zur Ermittlung des Strukturbeiwertes unter Berücksichtigung der Turbulenzintensität, des Böengrundanteils als quasi statischer Anteil der Böenreaktion sowie des Resonanz-Anteils der Böenreaktion angegeben. DIN EN 1991-1-4/NA macht im Anhang NA.C eigene Angaben zur Ermittlung des Strukturbeiwertes cscd. Böengeschwindigkeitsdruck In DIN 1055-4 finden sich drei verschiedene, immer detaillierter werdende Verfahren zur Bestimmung des Böengeschwindigkeitsdruckes: das vereinfachte Verfahren (mit q(z)= const in Abhängigkeit der Windzone und Gebäudehöhe), das Verfahren im Regelfall (mit q(z)=fak ⋅ qref ⋅ (z/10)exp in Abhängigkeit von Regelprofil und betrachteter Höhenordinate) und das genauere Verfahren nach Anhang B (mit q(z)=fak ⋅ qref ⋅ (z/10)exp in Abhängigkeit von Geländekategorie und betrachteter Höhenordinate). EN 1991-1-4 schreibt nun vor: 1 2 EN 1991-1-4 (4.8) qp (z) 1 7 Iv (z) vm (z) 2 wobei IV die Turbulenzintensität und vm die mittlere Windgeschwindigkeit darstellt. Die Turbulenzintensität muss dafür über Topografiebeiwerte und Rauhigkeitslängen, die mittlere Windgeschwindigkeit über Topografie- und Rauhigkeitsbeiwerte sowie die Basiswindgeschwindigkeit ermittelt werden. DIN EN 1991-1-4/NA stellt in „NDP zu 4.5 (1), Anmerkung 1“ jedoch klar: „Gleichung 4.8 ist aufgrund der Berücksichtigung des in Deutschland gültigen Windprofils nicht anwendbar. Die Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Tabelle 7: Außendruckbeiwerte für Pultdächer nach DIN 1055-4 (aus [15] Tabelle 8: Außendruckbeiwerte für Pultdächer nach EN 1991-1-4 (aus [16] Turbulenzintensität und der Böengeschwindigkeitsdruck sind nach Anhang NA.B, Tabellen NA.B.2 und NA.B.4, zu berechnen.“ [17] Im Anhang NA.B von DIN EN 1991-1-4/NA werden dann wieder die aus DIN 1055-4 bekannten Verfahren mit identischen Formeln und Werten angegeben: In NA.B.1 das Verfahren mit Hilfe von Geländekategorien, in NA.B.2.3 das vereinfachte Verfahren und in NA.B.3.3 der Regelfall. Aerodynamische Beiwerte Alle drei Normen kennen sowohl Innendruck- als auch Außendruckbeiwerte. DIN 1055-4 legt fest, dass Fenster, Türen und Tore im Hinblick auf den Innendruck als geschlossen angesehen werden dürfen, sofern sie nicht betriebsbedingt bei Sturm geöffnet werden müssen. Diese Regelung findet sich auch in EN 1991-1-4 und DIN EN 1991-1-4/NA, zusätzlich wird aber empfohlen, in anderen Fällen die Bemessungssituation mit geöffneten Fenstern oder Türen als außergewöhnlichen Lastfall nach EN 1990 zu betrachten. Die Druckbeiwerte in EN 1991-1-4 für die verschiedenen Bauteil- bzw. Gebäudegeometrien sind denen aus DIN 1055-4 sehr ähnlich, einzelne Werte weichen ab. DIN EN 1991-1-4/NA ändert wiederum einzelne Werte gegenüber EN 1991-1-4, so dass teilweise wieder die Werte der DIN 1055-4 entstehen. Tabelle 7 und Tabelle 8 zeigen beispielhaft die Außendruckbeiwerte eines Pultdaches. FRILO-Magazin 2012 29 Lastannahmen nach EN 1990 und EN 1991 Bei mehreren Dachformen waren auch schon in DIN 1055-4 für bestimmte Dachneigungen sowohl Sog- als auch Druckbeiwerte zu untersuchen. Dabei wurde in der Praxis oftmals diskutiert, ob auch unterhalb des angegebenen Grenzwinkels (bei Pultdächern z.B. 15°) Druckbeiwerte anzusetzen sind, die über eine lineare Interpolation zwischen 0,0 für 0° bzw. den vorhergehenden Neigungswinkel und dem ersten angegebenen Druckbeiwert zu ermitteln sind. EN 1991-1-4 klärt diese Frage nun eindeutig, in dem (im Gegensatz zu DIN 1055-4) auch der Wert „+0,0“ als untere Grenze (beim Pultdach bei 5°) angegeben ist. Damit ist nun klargestellt, dass für DIN EN 1991-1-4/NA auch unterhalb von 15° noch Druckbeanspruchungen anzusetzen sind. Fazit Für den in Deutschland bereits tätigen Ingenieur ergeben sich aus der Umstellung von DIN 1055-100 auf DIN EN 1990 in der Alltagspraxis keine wirklich relevanten Unterschiede. Eine tiefgehende Einarbeitung in eine neue Norm ist nicht zwingend notwendig, wobei ein Blick in das neue Normenwerk aufgrund des offen dargelegten, bauartübergreifenden Sicherheitskonzepts durchaus lohnenswert ist. Mit der Einführung der geänderten DIN-Lastannahmen (größtenteils im Jahre 2007) wurde ein Großteil der nun beim Umstieg auf die Normenreihe EN 1991 auftretenden Änderungen vorweggenommen. Während in einigen Bereichen die Kritikpunkte an DIN 1055 in den Nationalen Anhang eingearbeitet wurden, wurden andere Bereiche leider kritiklos aus DIN 1055 oder EN 1991 übernommen. Literaturverzeichnis [1] DIN 1055-100. Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln. März 2001. [2] DIN EN 1990. Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung; Deutsche Fassung EN 1990:2002 + A1:2005 + A1:2005/AC:2010. Dezember 2010. [3] DIN EN 1990/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung. Dezember 2010. [4] Quast, Ulrich. Ist das Konzept mit Teilsicherheitsbeiwerten überflüssig? FRILO-Magazin. 2002. Download bei www.frilo.de. [5] Graubner, C.-A., Schmidt, H. und Heimann, M. Eurocode 0 - Grundlagen der Tragwerksplanung. Bauingenieur. Juli/August 2011, Bd. 86, S. 307-314. [6] DIN 1055-3. Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 3: Eigen- und Nutzlasten für Hochbauten. März 2006. 30 FRILO-Magazin 2012 [7] DIN EN 1991-1-1. Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke - Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau; Deutsche Fassung EN 1991-1-1:2002 + AC:2009. Dezember 2010. [8] BS EN 1991-1-1. Eurocode 1: Actions on structures Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings. 2010. [9] ÖNORM B 1991-1-1. Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke - Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau; Nationale Festlegungen zu ÖNORM EN 1991-1-1 und nationale Ergänzungen. Januar 2006. [10] DIN 1055-5. Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 5: Schnee- und Eislasten. Juli 2005. [11] DIN EN 1991-1-3. Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-3: Allgemeine Einwirkungen, Schneelasten; Deutsche Fassung EN 1991-1-3:2003 + AC:2009. Dezember 2010. [12] DIN EN 1991-1-3/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-3: Allgemeine Einwirkungen Schneelasten. Dezember 2010. [13] Muster-Liste der technischen Baubestimmungen. Deutsches Institut für Bautechnik. [14] Schwind, Wolfgang. Die neue Schneelastnorm DIN 1055-5, kritisch hinterfragt. Bautechnik. 2009, Bd. 86, Heft 10. [15] DIN 1055-4. Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 4: Windlasten. März 2005. [16] DIN EN 1991-1-4. Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten; Deutsche Fassung EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010. Dezember 2010. [17] DIN EN 1991-1-4/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Dezember 2010. Autoren: Prof. Dr.-Ing. Kai Haase (Hochschule Deggendorf) Msc Jens Hoffmann (Friedrich und Lochner GmbH) EN 1992 Stahlbetonbau nach DIN EN 1992:2011 und DIN EN 1992/NA:2011 Dipl.-Ing. Peter Fritz Einführung Die Einführung der DIN 1045-1 im Jahr 2001 [1] war ein großer Schritt in der Geschichte der Stahlbetonnormen. Dies hatte vor allem zwei Gründe. Zum einen wurden in dieser Norm die Bemessungsnorm für den Stahlbeton DIN 1045 [2] und die Norm für den Spannbeton DIN 4227 [3] in einer Norm DIN 1045-1 zusammengefasst. Zum anderen erfolgte die Umstellung vom Sicherheitskonzept mit pauschalem Sicherheitsbeiwert zum semiprobabilistischen Sicherheitskonzept mit getrennten Teilsicherheitsbeiwerten auf Einwirkungs- und Materialseite. Im Jahr 2008 erschien dann eine überarbeitete DIN 1045-1 [4], in der außer Druckfehlerberichtigungen und zusätzlichen Klarstellungen auch schon mit dem Eurocode 2 abgestimmte Regeln enthalten waren, der bereits parallel entwickelt wurde. Dieser Eurocode 2 erschien nun Anfang 2011 als DIN EN 1992. Um die Einführung des Eurocode im Stahlbetonbau für den praktisch tätigen Ingenieur möglichst reibungslos zu gestalten, wurde vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) ein Forschungsvorhaben „EC2-Pilotprojekte“ ins Leben gerufen. Beteiligt daran waren zwölf Ingenieurbüros unterschiedlicher Größe und zehn Softwarehäuser, darunter auch Nemetschek Frilo. Als Pilotprojekte wurden dabei typische, bereits realisierte Bauvorhaben unterschiedlicher Größe, die nach DIN 1045-1 gerechnet worden waren, noch einmal nach Eurocode bemessen. Dabei wurden einerseits die Bemessungsergebnisse verglichen, andererseits aber auch Auslegungsfragen beantwortet und die praktische Handhabbarkeit des Eurocode verbessert. Nicht zuletzt aufgrund der Ergebnisse des Pilotprojekts wurden im Nationalen Anhang des Eurocode 2, Teil 1-1 zahlreiche Festlegungen getroffen, die entweder als „national festlegbare Parameter“ (NDP) oder als „nicht widersprechende Regelungen und Erläuterungen“ (NCI) in den NA aufgenommen wurden. Der „Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken“ besteht aus 4 Teilen (in Klammer ist jeweils das Ausgabedatum angegeben): Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau (2011-01) [5] Teil 1-2 Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall (2010-12) [6] Teil 2 Betonbrücken – Bemessungs- und Konstruktionsregeln (2010-12) [7] Teil 3 Silos und Behälterbauwerke aus Beton (2011-01) [8] Es ist dabei zu beachten, dass die Teile 2 und 3 nur noch spezifisch abweichende oder zusätzliche Regeln ihrer Bauart enthalten und deshalb nur in Verbindung mit dem Grundlagenteil verwendet werden können. Zu jedem Teil wird es einen zugehörigen nationalen Anhang geben, wobei in der Musterliste der technischen Baubestimmungen vom Dezember 2011 lediglich folgende Teile aufgeführt sind: Teil 1-1/NA Teil 1-2/NA Teil 3/NA Nationaler Anhang zu DIN EN 1992-1-1 (2011-01) [9] Nationaler Anhang zu DIN EN 1992-1-2 (2010-12) [10] Nationaler Anhang zu DIN EN 1992-3 [11] Deshalb ist davon auszugehen, dass zum Stichtag 1.7.2012 auch nur diese Teile des Eurocodes 2 einschließlich der nationalen Anhänge bauaufsichtlich eingeführt werden. Um den Anwendern die Arbeit mit der neuen Norm zu erleichtern, wurde zum EN 1992-1-1 eine kommentierte Fassung [12] veröffentlicht, in der der Eurocode 2 und der nationale Anhang zusammengeführt wurden. Zusätzlich wird vom deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) ein Heft 600 [13] (Nachfolger des Heft 525 [14]) mit zusätzlichen Erläuterungen herausgegeben werden. In den folgenden Abschnitten soll nun auf einige Unterschiede zwischen dem Eurocode 2 mit nationalem Anhang und der DIN 1045-1 näher eingegangen werden. Ermittlung der effektiven Stützweite (EN 1992-1-1 + NA, 5.3.2.2) Die effektive Stützweite ermittelt sich auch nach Eurocode 2 aus der Summe der lichten Weite zwischen den Lagern und den effektiven Auflagerbreiten. Neu ist, dass für die effektive Auflagerbreite der kleinere Wert aus halber Auflagerbreite und halber Bauteildicke verwendet werden soll. Dies kann bei dünnen Bauteilen (z.B. Platten) und breiten Innenauflagern dazu führen, dass sich zwar die effektive Stützweite reduziert, jedoch am Innenlager FRILO-Magazin 2012 31 EN 1992 Es ist zu erkennen, dass hier die Biegeschlankheit einerseits von der Betondruckfestigkeit und andererseits vom vorhandenen Biegebewehrungsgrad abhängt. Dabei wird die zulässige Biegeschlankheit bei höherem Längsbewehrungsgrad und damit höherer Belastung kleiner (die erforderliche statische Nutzhöhe wird also größer), bei höherer Betondruckfestigkeit tritt der umgekehrte Effekt ein. Diese Zusammenhänge waren in den Formeln nach DIN nicht berücksichtigt. Abb.: 1 rechnerisch zwei Auflagerlinien entstehen. Diese Lösung scheint wenig praxisgerecht zu sein. Deshalb wird empfohlen, weiterhin die Auflagermitte für die Ermittlung der Stützweite heranzuziehen. Nachweis der Begrenzung der Verformungen ohne direkte Berechnung (Begrenzung der Biegeschlankheit, EN 1992-1-1 + NA, 7.4.2) In DIN 1045-1:2008, 11.3.2 wurden bei der Begrenzung der Biegeschlankheit zwischen dem allgemeinen Fall und höheren Anforderungen unterschieden. Diese Regelung wurde als zusätzliche Bedingung in den nationalen Anhang zum EN 1992-1-1 übernommen. Dort werden folgende Fälle unterschieden: Allgemeiner Fall: leff/d ≤ K∙35 Höhere Anforderung: leff/d ≤ K2∙150/leff Dabei ist K ein Faktor zur Berücksichtigung des statischen Systems aus Tabelle 7.4N. Im EN 1992-1-1 werden für die Berechnung der Biegeschlankheit zwei Formeln angegeben: Für gering und mäßig bewehrte Bauteile: l K 11 1, 5 fck 0 3,2 fck d 3 0 2 1 (7.16a), wenn 0 Für hochbewehrte Bauteile (evtl. mit Druckbewehrung) l 1 K 11 1, 5 fck 0 fck , d 12 ´ Druckbewehrung mit 0 10 3 fck 32 FRILO-Magazin 2012 1 , 2 (7.16b), 0 wenn > 0 In Abbildung 1 ist die Abhängigkeit von effektiver Stützweite und statischer Nutzhöhe grafisch dargestellt. Dabei werden unterschiedliche Bewehrungsgrade und Betondruckfestigkeiten den Regelungen aus dem nationalen Anhang gegenübergestellt. Es ist zu erkennen, dass die der DIN 1045-1 entsprechende Regelung für normale Anforderung lediglich bei sehr kleinen Bewehrungsgraden maßgebend wird. Der Nachweis der Biegeschlankheit ist somit nach Eurocode 2 aufwändiger als der in der DIN 1045-1 enthaltene Nachweis, erfasst jedoch die Randbedingungen genauer. Es ist zu beachten, dass gegebenenfalls die statische Nutzhöhe und daraus resultierend der Bewehrungsgrad iterativ angepasst werden müssen. Durchstanzen Die Regelungen zum Durchstanzen unterscheiden sich in EN 1992-1-1 + NA teilweise deutlich von der DIN 1045-1:2008. In den folgenden Abschnitten soll auf einige Unterschiede hingewiesen werden. Ermittlung der maßgebenden Einwirkung Im Eurocode 2 wird die maßgebenden Einwirkung nach der Formel vEd VEd ui d in eine Querkraft je Flächeneinheit umgerechnet, während in der DIN 1045-1 die maßgebende Einwirkung pro laufendem Meter Rundschnitt ermittelt wurde. ist auch hier ein Faktor mit dem eine ausmittige Beanspruchung berücksichtigt wird. Für eine genaue Berechnung des Wertes sind in EN 1992-1-1 Formeln angegeben. Für unverschiebliche Systeme mit Stützweitenverhältnissen zwischen 0,8 l1/l 2 1,25 sind auch im Eurocode konstante Werte für angegeben. Dabei ist jedoch zu beachten, dass das für Innenstützen gegenüber der DIN 1045-1:2008 (Faktor 1,05) auf 1,1 angehoben wurde. Die Faktoren für die übrigen Stützensituationen blieben unverändert. EN 1992 In die Bemessungsformel der Durchstanzbewehrung nach EN 1992-1-1 geht im Gegensatz zu der nach DIN 1045-1 die Länge des kritischen Rundschnittes ein. Fundament Bei Fundamenten bilden sich aufgrund der im Vergleich zu Flachdecken geringeren Schlankheit und des entlastenden Sohldrucks deutlich steilere Risse aus. Deshalb muss bei gedrungenen Fundamenten bzw. Bodenplatten mit = a/d ≤ 2,0 die Lage des kritischen Rundschnitts iterativ ermittelt werden. Dabei ist a der kürzeste Abstand zwischen der Lasteinleitungsfläche und dem Fundamentrand bzw. dem Momentennullpunkt. Bei Bodenplatten und schlanken Fundamenten mit = a/d > 2,0 darf zur Vereinfachung mit einem konstanten Rundschnitt im Abstand 1,0⋅d gerechnet werden. Flachdecke Der kritische Rundschnitt nach Eurocode 2 wird in einem Abstand von 2,0⋅d (DIN 1045-1:2008: 1,5⋅d) um die Lasteinleitungsfläche geführt. Anders als in DIN 1045-1 wird die erforderliche Bewehrungsmenge nach EN 1992-1-1 in diesem Rundschnitt ermittelt und in jeder weiteren erforderlichen Bewehrungsreihe eingelegt, bis der Nachweis ohne Durchstanzbewehrung erfüllt ist. Die Überprüfung dieses Ansatzes durch Versuche ergab jedoch, dass die so ermittelte Durchstanzbewehrung nach deutscher Auffassung in den ersten beiden Rundschnitten zu gering ist. Deshalb wurde in EN 1992-1-1/NA festgelegt, dass die Bewehrungsmenge im ersten Rundschnitt (Abstand zwischen 0,3⋅d bis 0,5⋅d vom Rand der Lasteinleitungsfläche) mit dem Faktor 2,5 und im zweiten Rundschnitt (Abstand 0,75⋅d zum ersten) mit dem Faktor 1,4 multipliziert werden muss. In allen weiteren erforderlichen Bewehrungsschnitten ist dann die berechnete Bewehrungsmenge einzubauen. Fazit Im Stahlbetonbereich ist in vielen Bereichen die Übereinstimmung zwischen EN 1992-1-1 und DIN 1045-1:2008 im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Bemessung relativ groß. Dieser Artikel versucht, drei signifikant abweichende Punkte herauszuarbeiten. Eine umfassende Darstellung der Unterschiede beider Normen ist jedoch in diesem Rahmen nicht möglich. Für weitere Details wird auf die zur Verfügung stehende Fachliteratur und die von Frilo angebotenen Seminare verwiesen. Literaturverzeichnis [1] DIN 1045-1. Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. Juli 2001. [2] DIN 1045. Beton und Stahlbeton – Bemessung und Ausführung. Juli 1988. [3] DIN 4227. Spannbeton; Bauteile aus Normalbeton mit beschränkter oder voller Vorspannung. Juli 1988. [4] DIN 1045-1. Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. August 2008.[5]. [5] DIN EN 1992-1-1. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Januar 2011. [6] DIN EN 1992-1-2. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton und Spannbetontragwerken - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Dezember 2010. [7] DIN EN 1992-2. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 2: Betonbrücken - Bemessungs- und Konstruktionsregeln. Dezember 2010. [8] DIN EN 1992-3. Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 3: Silos und Behälterbauwerke aus Beton. Januar 2011. [9] DIN EN 1992-1-1/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Januar 2011. [10] DIN EN 1992-1-2/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Dezember 2010. [11] DIN EN 1992-3/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 3: Silos und Behälterbauwerke aus Beton. Januar 2011. [12] Fingerloos, Hegger, Zilch. Eurocode 2 für Deutschland: DIN EN 1992-1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang, kommentierte Fassung. Beuth-Verlag/Ernst und Sohn. Dezember 2011. [13] DAfStb-Heft 600. Erläuterungen zu Eurocode 2. BeuthVerlag. In Vorbereitung. [14] DAfStb-Heft 525. Erläuterungen zu DIN 1045-1. BeuthVerlag. 2010. Autor: Dipl.-Ing. Peter Fritz, Friedrich + Lochner GmbH FRILO-Magazin 2012 33 EN 1993 DIN EN 1993 – Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Dipl.-Ing. Matthias Friedrich Überblick Die EN Eurocodes werden in Deutschland im Sommer 2012 verbindlich eingeführt. Der Eurocode 3[1] Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten besteht aus 6 Teilen. Der EN 1993 Teil 1-1 enthält die Regelungen für den Hochbau einschließlich der verschiedenen Stabilitätsuntersuchungen, der erforderlichen Nachweise für die Grenzzustände der Tragfähigkeit und Gebrauchsfähigkeit von Stäben, Verbindungen und Anschlüssen. Allgemein für den Stahlbau gelten die weiteren Teile EN 1993-1-2 bis EN 1993-1-12 mit Regelungen für besondere Bemessungssituationen (Ermüdung und Brand), Stabilitätsuntersuchungen von Platten und Schalen, Bemessung von Anschlüssen und spezielle Anforderungen an Werkstoffe. Die Teile EN 1993-2 bis EN 1993-6 ergänzen die allgemeinen Regelungen der Teile EN 1993-1-2 bis EN 1993-1-12 durch besondere Regelungen für Brücken, Türme, Maste und Schornsteine, Behälter, Rohrleitungen, Pfähle, Spundwände und Kranbahnen. Aus der Fülle des Normenwerkes mit 20 Teilen und über 1400 Seiten ohne NAs ergibt sich für die wirtschaftliche Arbeit des Ingenieurs die Notwendigkeit der Anwendung einfacher und nachvollziehbarer Software. Sicherheitskonzept Die EN 1990 [2] (Grundlagen der Tragwerksplanung) ist über die Bemessungseurocodes EN 1991 bis EN 1999 gestellt und regelt allgemeine Dinge wie Bemessung nach Grenzzuständen, Anforderungen zur Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit. Wesentliche Teile dazu sind dem Stahlbauplaner bereits aus den Bemessungskonzepten der deutschen Stahlbaunormen bzw. aus DIN 1055-100[3] geläufig. Die Designwerte der Beanspruchungen Gd (ständige Einwirkungen) und Qd (veränderliche Einwirkungen) bestimmt man durch Multiplikation der charakteristischen Werte (Gk, Pk) mit den zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerten. Die Teilsicherheitsbeiwerte der Einwirkungen sind in EN 1990, Tabelle A.1.2 zu finden. Diese sind gegenüber DIN 18800[4] unverändert. 34 FRILO-Magazin 2012 Für die Aufstellung der Lastkombinationen werden vom EN 1990 Kombinationsbeiwerte ψ0, ψ1 und ψ2 angegeben, die die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Auftretens der charakteristischen Werte voneinander unabhängiger veränderlicher Einwirkungen berücksichtigen. Das ist gegenüber DIN 18800, in der es nur einen Kombinationsbeiwert gab, stärker differenzierend. Diese Art der Kombinatorik ist dem Ingenieur aus DIN 1055-100 bekannt. Nachweisführung nach EN 1993-1-1 Der Inhalt von EN 1993-1-1 regelt, ausgenommen die Verbindungen, in etwa den Bereich des Stahlbaus, der bisher durch DIN 18800 Teil 1 und Teil 2 bestimmt wurde. Klassifizierung Zu Beginn eines Nachweises wird in der Regel die Querschnittsklasse ermittelt, da sie das wichtigste Kriterium bei der Wahl der Nachweisverfahren ist. Damit soll die Begrenzung der Beanspruchbarkeit und Rotationskapazität durch lokales Beulen von Querschnittsteilen festgestellt werden. Gemäß ihrer Momenten-Rotations-Beziehung unterteilt der Eurocode Querschnitte in vier Klassen. Querschnitte der Klasse 1 (plastische Querschnitte) können plastische Gelenke oder Fließzonen mit ausreichendem Verformungsvermögen bei plastischer Berechnung bilden. EN 1993 Querschnitte der Klasse 2 (kompakte Querschnitte) können die plastische Momententragfähigkeit entwickeln, haben aber aufgrund örtlichen Beulens nur eine begrenzte Rotationskapazität. Querschnitte der Klasse 3 (halbkompakte Querschnitte) erreichen für eine elastische Spannungsverteilung die Streckgrenze in der ungünstigsten Querschnittsfaser, können aber wegen örtlichen Beulens die plastische Momententragfähigkeit nicht entwickeln. Querschnitte der Klasse 4 (elastische Querschnitte) sind solche, bei denen örtliches Beulen vor Erreichen der Streckgrenze in einem oder mehreren Teilen des Querschnitts auftritt. Dies bedeutet in der Nachweispraxis, dass durch „Wegschneiden“ von Querschnittsteilen die Querschnittsfläche reduziert und so eine Abminderung vorgenommen wird. Alle für den Nachweis erforderlichen Querschnittswerte werden dann am Nettoquerschnitt ermittelt. Die Nulllinie kann sich dabei verschieben, wodurch die Normalkraft eine Vergrößerung des Momentes bewirken kann. Da es sich hierbei um einen wesentlichen Bestandteil der Nachweisführung handelt, ermitteln unsere Programme die c/t-Verhältnisse der druckbeanspruchten Querschnittsteile und nehmen die Klassifizierung automatisch vor. Querschnittsnachweise Die Wahl des zulässigen Bemessungsverfahrens wird durch die Querschnittsklasse bedingt. Der plastische Nachweis liefert wirtschaftlichere Querschnitte als der elastische Nachweis und ist somit das Standardverfahren im Eurocode, soweit es sich um Querschnitte der Klassen 1 oder 2 handelt. Verfahren Querschnittsklassen Elastisch-Elastisch 1, 2, 3, 4 (eff. Querschnitt) Elastisch-Plastisch 1, 2 Plastisch-Plastisch 1 Der elastische Querschnittsnachweis auf Spannungsebene nach Gleichung 6.1 wird im kritischen Querschnittspunkt geführt. ( x,Ed z ,Ed x,Ed z ,Ed Ed )² ( )² ( )( ) 3(( )² 1 fy /M0 fy /M0 fy /M0 f y /M0 fy /M0 Der Querschnittsnachweis auf Schnittgrößenebene erfolgt nach Gleichung 6.2 mit plastischen Widerständen Querschnittsklasse 1 und 2, mit elastischen Widerständen Querschnittsklasse 3 sowie mit elastischen, effektiven Widerständen Querschnittsklasse 4. NEd My ,Ed Mz ,Ed 1 NRd My ,Rd Mz ,Rd Hierbei werden die Widerstände bei gleichzeitigem Auftreten mehrerer Schnittgrößen über Interaktionen bestimmt. Stabilitätsnachweise für Stäbe Je nach Umfang der Berücksichtigung von Imperfektionen und Tragwerksverformungen unter Belastung werden in EN 1993-1-1 vier Methoden unterschieden, die wahlweise eingesetzt werden können: 1. Räumliche Tragwerksberechnung Theorie II. Ordnung mit Ansatz von Systemschiefstellungen, Stabvorkrümmungen und Stabverdrillungen durch Querschnittsnachweis mit Schnittgrößen Theorie II. Ordnung 2. Tragwerksberechnung Theorie II. Ordnung in der Tragwerksebene mit Ansatz von Systemschiefstellungen und Stabvorkrümmungen durch Querschnittsnachweis mit Schnittgrößen Theorie II. Ordnung, Biegeknicknachweis um die z-Achse und Biegedrillknicknachweis 3. Tragwerksberechnung Theorie II. Ordnung in der Tragwerksebene mit Ansatz von Systemschiefstellungen und Stabvorkrümmungen – Nachweis der Stabilität am aus dem System herausgeschnittenen Ersatzstab mit Stabendschnittgrößen Theorie II. Ordnung durch Biegeknicknachweis um die y-und z-Achse sowie Biegedrillknicknachweis 4. Tragwerksberechnung Theorie I. Ordnung in der Tragwerksebene ohne Ansatz von Imperfektionen – Nachweis der Stabilität am aus dem System herausgeschnittenen Ersatzstab mit Stabendschnittgrößen Theorie I. Ordnung durch Biegeknicknachweis um die y-und z-Achse sowie Biegedrillknicknachweis mit Stabendschnittgrößen Theorie II. Ordnung Die Ersatzstabnachweise erfolgen allgemein nach EN 1993-1-1 Abschnitt 6.3.3 für auf Biegung und Druck beanspruchte gleichförmige Bauteile. My ,Ed My ,Ed Mz ,Ed Mz ,Ed NEd k yy k yz 1 y NRk LT My ,Rk Mz ,Rk M1 M1 M1 My ,Ed My ,Ed Mz ,Ed Mz ,Ed NEd kzy kzz 1 z NRk LT My ,Rk Mz ,Rk M1 M1 M1 χy und χz χLT Abminderungsbeiwerte für Biegeknicken Abminderungsbeiwert für Biegedrillknicken kyy, kyz, kzy, kzz Interaktionsfaktoren nach Anhang A oder Anhang B FRILO-Magazin 2012 35 EN 1993 Der Anhang A ist ein aus Frankreich stammendes Verfahren. Es werden für die Bestimmung der Interaktionsfaktoren komplexe Formeln angeboten. Der Anhang B wurde in Österreich entwickelt und stellt für die Bestimmung der Interaktionsbeiwerte einfachere Formeln bereit, die mit vertretbarem Aufwand auch eine Handrechnung erlauben. Beide Anhänge sind nach dem Nationalen Anwendungsdokument in Deutschland zulässig. Gebrauchstauglichkeit Verformungen und Schwingungen sind die maßgeblichen Größen für die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit. Die maximalen Horizontal- bzw. Vertikalverformungen sowie die maximale dynamische Belastung sind in EN 1990 geregelt. Nachweisführung nach EN 1993-1-5 EN 1993-1-5 stellt für den Nachweis der Beulsicherheit zwei grundsätzliche Verfahren zur Verfügung, die sich hinsichtlich ihrer Anwendungsgrenzen, ihrer Berechnungsergebnisse und ihrem Berechnungsaufwand erheblich unterscheiden. damit in die Querschnittsklasse 3 eingeordnet werden. Für zusammengesetzte Querschnitte bzw. für versteifte Gesamtbeulfelder können somit keine Spannungsumlagerungen berücksichtigt werden. Der schwächste Querschnittsteil bestimmt die Tragfähigkeit des Gesamtquerschnittes. Vorteile dieses Verfahrens sind eine allgemeingültige Formulierung und die Eignung für eine numerische Berechnung. Nachweisführung nach EN 1993-1-8 Schraubverbindungen Kategorien von Schraubenverbindungen: A) Scher-/Lochleibungsverbindungen B) Gleitfeste Verbindung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit C) Gleitfeste Verbindung im Grenzzustand der Tragfähigkeit D) Nichtvorgespannte Verbindungen unter Zugbeanspruchung E) Vorgespannte Verbindungen unter Zugbeanspruchung Die Nachweise gegen Abscheren und Lochleibung sind in ihrer Form ähnlich DIN 18800 Teil 1. Methode der wirksamen Breiten Bei dieser Methode handelt es sich um ein Nachweisverfahren für beulgefährdete Querschnitte der Klasse 4, bei dem das Phänomen des lokalen Beulens durch eine einfache Wegnahme bestimmter Querschnittsflächen behandelt wird. Dabei mutieren einfache, einteilige Querschnitte zu zum Teil sehr komplexen mehrteiligen, nicht beulgefährdeten Restquerschnitten. Die so verbleibenden Querschnitte sind dann unter Berücksichtigung der Verschiebung der Achsensysteme nach Elastizitätstheorie zu berechnen und auf Grundlage elastischer Spannungen nachzuweisen. Das einwirkende Spannungsfeld aus Normal- und Schubspannungen wird in Beulfälle für Längsnormal-, Schub- und Quernormalspannungen zerlegt und es werden die Beulnachweise geführt. Damit wird überkritisches Tragverhalten systematisch erfasst, da Spannungsumverteilungen in geringer beanspruchte Querschnittsteile berücksichtigt werden. Die Einzelnachweise werden anschließend über einen Interaktionsnachweis zusammengeführt. Schweißverbindungen Schweißnahtarten: Stumpfnähte Kehlnähte Schlitznähte Lochschweißungen Hohlkehlnähte Methode der reduzierten Spannungen Im Gegensatz zu der vorangestellten Methodik werden bei diesem Verfahren die einwirkenden Spannungen auf die kritische Beulspannung begrenzt. Alle Querschnittsteile sind bis zum Erreichen dieser durch einen Abminderungsfaktor reduzierten Streckgrenze voll tragfähig und können Anschlüsse mit H- oder I-Querschnitten mit Komponentenmodell - äquivalenter T-Stummel Mit dem Komponentenmodell wird eine neue Berechnungsart für eine Vielzahl von Anschlüssen mit I- und H-Profilen eingeführt. Dabei wird ein Anschluss in Komponenten zerlegt, deren Tragfähigkeit und Steifigkeit im 36 FRILO-Magazin 2012 Der Nachweis der Schweißnaht erfolgt durch: - Richtungsbezogenes Verfahren Dieses Verfahren ist ein Vergleichsspannungsnachweis, wobei die Spannungen auf eine Bezugsfläche, die in der Winkelhalbierenden der Naht liegt, zu beziehen sind. - Vereinfachtes Verfahren Unabhängig von der Orientierung der wirksamen Kehlnahtfläche wird die Resultierende aller auf die wirksame Kehlnahtfläche einwirkenden Kräfte je Längeneinheit mit der Grenzkraft der Kehlnaht je Längeneinheit zur einwirkenden Kraft verglichen. EN 1993 Einzelnen bestimmt wird. Durch Zusammensetzen dieser Komponenten unter Berücksichtigung der Verteilung der angreifenden Kräfte ergibt sich die Tragfähigkeit und Verformbarkeit des Anschlusses. Aus den Kennwerten der beteiligten Grundkomponenten lässt sich die Charakteristik des Gesamtanschlusses ermitteln. Anhand der Tragfähigkeit wird der Anschluss als gelenkig, teil- oder volltragfähig und anhand der Steifigkeit als gelenkig, verformbar oder starr klassifiziert. Damit ist es möglich, die Zusammenwirkung der Bauteile detailliert zu berechnen und den Einfluss ihrer Verbindungen auf die Schnittgrößenverteilung im Tragwerk zu berücksichtigen. Es werden insgesamt 20 einzelne Grundkomponenten aufgeführt. Einige dieser Komponenten können durch Geometrie und statisches Modell als T-Stummel betrachtet werden. In biegetragfähigen Anschlüssen werden etwa die Stirnplatte oder der Stützenflansch als äquivalenter T-Stummel unter Zugbeanspruchung modelliert. Diesen T-Stummeln liegt ein einheitliches Modell möglicher Versagensmechanismen zugrunde, wie Schraubenversagen, vollständiges Flanschfließen oder idealerweise gleichzeitiges Schraubenversagen und Flanschfließen. Ausführung Die Ausführung von Stahlkonstruktionen, die nach Eurocode dimensioniert wurden, ist in der DIN EN 1090 (Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerke) Teil 1 und 2 geregelt. Geschweißte Stahlbauten werden in vier verschiedene Ausführungsklassen EXC1 bis EXC4 eingeteilt. Die Wahl der Ausführungsklasse ist abhängig von der Schadensfolgeklasse CC (siehe [1], Anhang B), der Beanspruchungskategorie SC und der Herstellungskategorie PC. Von diesen Ausführungsklassen hängen die Anforderungen für die Betriebe und das Aufsichtspersonal maßgeblich ab. Literaturverzeichnis [1] DIN EN 1990 (12/2010) – Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung. [2] DIN EN 1993(12/2010) – Eurocode: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten [3] DIN 1055-100 (03/2001) – Einwirkungen auf Tragwerke. Teil 100: Grundlagen der Tragwerksplanung, Sicherheitskonzept und Bemessungsregeln. [4] DIN 18800 Stahlbauten – Teil 1: Bemessung und Konstruktion (09/2008) Autor: Dipl.-Ing. Matthias Friedrich Friedrich + Lochner GmbH FRILO-Magazin 2012 37 EN 1995 Holzbau nach DIN EN 1995:2010 und DIN EN 1995/NA:2010 Prof. Dr.-Ing. Kai Haase Einführung Dem im Holzbau tätigen Ingenieur wurde in den letzten Jahren die Arbeit mit Normen nicht gerade einfach gemacht. Die im Jahre 1988 erschienene DIN 1052 [1] [2] wurde im Jahre 1996 durch die Einführung von Sortierklassen nur unwesentlich ergänzt [3] [4]. Der Umbruch kam mit der Veröffentlichung der neuen DIN 1052 im Jahre 2004 [5]. Die Einführung des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes und die damit verbundene Harmonisierung der Sicherheitskonzepte war sicher zu begrüßen. Und einzelne (wie bei den Verbindungsmitteln auch drastisch) geänderte Nachweisverfahren konnten bei genauer Betrachtung dem geneigten Ingenieur mit einer stärkeren Aussagekraft der Ergebnisse helfen. Jahrelange Diskussion um die Einführungsfristen, fehlende Bemessungshilfen, Warnvermerke in den Jahren 2005 und 2007 sowie eine geänderte Fassung der DIN 1052 im Jahre 2008 [6] verunsicherten und verwirrten jedoch viele Anwender. Parallel musste auch die Bemessung im Brandfall auf das neue Sicherheitskonzept angepasst werden. Dazu wurde DIN 4102-4 [7] bzw. die ebenfalls infolge der Sortierklassen eingeführte DIN 4102-4/A1 [8] durch DIN 4102-22 [9] ergänzt. Da dieser Teil 22 aber keine konsolidierte Fassung, also keinen vollen neuen Normtext des Teil 4 enthielt, sondern immer nur die Änderungen, war eine Anwendung stets sehr mühselig. Im Rahmen der Umstellung der deutschen Normenlandschaft von nationalen zu europäischen Normen, die voraussichtlich am 1. Juli 2012 per Stichtag durchgeführt wird, hält nun auch der für den Holzbau zuständige Eurocode 5 in Form der DIN EN 1995 Einzug in deutsche Ingenieurbüros. Hierbei ist allerdings erwähnenswert, dass die europäische Vorgängernorm ENV 1995 seit den 1990er Jahren als DIN V ENV 1995 [10] [11] in der Musterliste der technischen Baubestimmungen als eingeführte und damit (zusammen mit „NAD zu DIN ENV 1995“ [12] [13] ) anwendbare Baubestimmung geführt wurde – man also danach hätte rechnen und konstruieren dürfen. Wie in allen Eurocodes besteht der „Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten“ aus mehreren Teilen: 38 FRILO-Magazin 2012 DIN EN 1995-1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau [14] DIN EN 1995-1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall [15] DIN EN 1995-2: Brücken [16] Zusätzlich gibt es zu jedem Teil den notwendigen Nationalen Anhang, in welchem die NDPs (Nationally Determined Parameter, national festzulegende Parameter) und NCIs (Non-contradictory Complementary Information, nicht widersprechende Regelungen und Erläuterungen) festgelegt sind: DIN EN 1995-1-1/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1995-1-1 [17] DIN EN 1995-1-2/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1995-1-2 [18] DIN EN 1995-2/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1995-2 [19] Im Folgenden sollen nun einige wichtige Änderungen der DIN EN 1995 bzw. des zugehörigen Nationalen Anhangs DIN EN 1995/NA gegenüber der letzten Ausgabe der DIN 1052 aus dem Jahre 2008 dargestellt werden. Anzumerken ist allerdings, dass es seit Februar 2012 schon den Entwurf zu DIN EN 1995-1-1/NA/A1, also den ersten Änderungen des nationalen Anhangs, gibt [20]. Da die Einspruchsfrist Anfang Juni 2012 endet, ist damit zu rechnen, dass diese Änderungen zum Stichtag am 1. Juli 2012 noch eingeführt werden. Eine endgültige Aussage war zu Drucklegung dieses Artikels aber noch nicht möglich. Materialien und Festigkeiten In DIN 1052 waren für Vollholz, Brettschichtholz, Balkenschichtholz, Furnierschichtholz, Brettsperrholz, Sperrholz, OSB, kunstharzgebundene und zementgebundene Spanplatten, Faserplatten sowie Gipskartonplatten die zuständigen Materialnormen beschrieben und die zugehörigen charakteristischen Werte der Festigkeiten im Anhang F angegeben. In EN 1995 sind nur noch Vollholz, Brettschichtholz, Furnierschichtholz, Sperrholz, OSB, kunstharzgebundene Spanplatten und Faserplatten erwähnt, die charakteristischen Werte der Festigkeiten sind generell nicht mehr enthalten. EN 1995 Die DIN EN 1995/NA ergänzt nun für Deutschland die fehlenden Holzwerkstoffe: Balkenschichtholz, Brettsperrholz, Massivholzplatten, zementgebundene Spanplatten und Gipsplatten/Gipsfaserplatten, gibt für diese aber auch keine Festigkeitswerte mehr an. Diese Festigkeitswerte findet man nun in den zugehörigen „Produktnormen“ oder Zulassungen. Für Vollholz ist dies zum Beispiel EN 338 [21], für Brettschichtholz EN 1194 [22] oder der neue Entwurf von EN 14080 [23]. Für Produkte, die über nationale Zulassungen geregelt sind, gibt es europäische Zulassungen (European Technical Approval, ETA). Somit sind die charakteristischen Festigkeiten eigentlich europaweit gleich geregelt, wenn die einzelnen Länder dies nicht durch eigene oder geänderte Regeln umgehen oder allgemeine Regeln gar missbräuchlich anwenden. Festigkeitserhöhung Vollholz und Brettschichtholz So kennt man schon aus der Fußnote b der Tabelle F.9 der DIN 1052 die Erhöhung der Biegefestigkeit von Brettschichtholz mit einer Querschnittshöhe von weniger als 600 mm. EN 1995 erweitert diese Festigkeitserhöhung „kleiner“ Querschnitte nun auf die Zug- und Biegefestigkeit von Vollholz und Brettschichtholz. Für Vollholz mit Rechteckquerschnitt und einer charakteristischen Rohdichte von weniger als 700 kg/m3 dürfen die charakteristischen Werte für fm,k und ft,0,k mit dem Beiwert kh erhöht werden, wenn die Querschnittshöhe bei Biegung oder die Querschnittsbreite bei Zug weniger als 150 mm betragen: 150 kh h 0 ,2 1, 3 Für Brettschichtholz gilt eine ähnliche Regelung für Rechteckquerschnitte mit einer Querschnittshöhe bei Biegung oder einer Querschnittsbreite bei Zug von weniger als 600 mm: 600 kh h 0 ,1 1,1 In Analogie zu DIN 1052 darf auch nach DIN EN 1995-1-1/NA bei einer Hochkant-Biegebeanspruchung der Lamellen (z.B. bei in Richtung der Klebefugen wirkenden Lasten) der charakteristische Wert der Biegefestigkeit von homogenem Brettschichtholz mit mindestens vier Lamellen um 20 % vergrößert werden. Teilsicherheitsbeiwerte und Modifikationsbeiwert Die Änderungen in den Teilsicherheitsbeiwerten zeigt Tabelle 1. In Deutschland ist nun in nahezu allen Fällen im Holzbau mit einem Teilsicherheitsbeiwert von 1,3 zu rechnen. Eine wichtige Abweichung findet sich jedoch bei der Anwendung des vereinfachten Verfahrens zur Berechnung der Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln (siehe später). DIN 1052 EN 1995-1-1 DIN EN 1995-1-1/NA Vollholz 1,3 1,3 1,3 Brettschichtholz 1,3 1,25 1,3 Auf Biegung beanspruchte stiftförmige Verbindungsmittel aus Stahl 1,1 1,3 1,3 Tabelle 1: Teilsicherheitsbeiwerte Die Modifikationsbeiwerte bleiben dagegen mit Ausnahme der Werte einzelner Holzwerkstoffe nahezu unverändert. Die Ermittlung des Modifikationsbeiwertes findet weiterhin auf Basis einer Nutzungsklasse sowie der Lasteinwirkungsdauer statt. Bei letzterer ist allerdings erwähnenswert, dass der deutsche NA Windlasten entgegen der Regelungen der DIN 1052 und EN 1995 nicht in die Klasse der Lasteinwirkungsdauer „kurz“ einordnet, sondern „kurz / sehr kurz“ angibt. In der Fußnote b findet sich dann der Hinweis: „Bei Wind darf für kmod das Mittel aus kurz und sehr kurz verwendet werden“. Damit wird quasi eine weitere, sechste Klasse der Lasteinwirkungsdauer „ziemlich sehr kurz“ eingeführt, was der Anwendung und der europäischen Vergleichbarkeit deutlich abträglich ist. Nachweise der Tragfähigkeit Bei den Nachweisen der Tragfähigkeit von Bauteilen werden weiterhin Bemessungswerte der Spannungen den Bemessungswerten der Festigkeiten gegenübergestellt. Vorsicht ist bei der Benennung der in diesen Nachweisen verwendeten Beiwerte geboten: Tabelle 2 zeigt, dass km nicht mehr den Kippbeiwert bezeichnet (dieser heißt nun kcrit), sondern den Reduktionsbeiwert bei Doppelbiegung (ehemals kred). Beiwert Name nach DIN 1052 Name nach EN 1995 kred km Knickbeiwert kc kc Kippbeiwert km kcrit Reduktionbeiwert Tabelle 2: Nomenklatur ausgewählter Beiwerte FRILO-Magazin 2012 39 EN 1995 Die Spannungsnachweise, also die Nachweise der Querschnittstragfähigkeit, auf Normalkraft, Biegung und deren Kombinationen sind unverändert geblieben. Mit Hilfe des bereits erwähnten Reduktionsbeiwertes kred ließ sich im Falle der Doppelbiegung von Rechteckquerschnitten der geringere Biegeauslastungsanteil auf 70% abmindern. Die in den Augen des Autors sinnvolle Begrenzung dieser Regelung auf gedrungene Querschnitte mit h/b ≤ 4 entfällt in EN 1995 allerdings. Die Stabilitätsnachweise, also die Nachweise für Stäbe nach dem Ersatzstabverfahren, haben sich jedoch deutlich geändert. DIN 1052 schaffte die klare Trennung in „Druckstäbe mit planmäßig mittigem Druck“ sowie „Biegestäbe ohne Druckkraft“. Kombinationen von Biegung und Längskraft wurden dann sinnvoll aus diesen beiden Nachweisen abgeleitet. EN 1995 führt nun jedoch ein „Biegeknicken von Druckstäben“ m , y ,d c , 0 ,d m ,z , d km 1 EN 1995-1-1 (6.23) kc ,y fc ,0 ,d fm,y ,d fm,z ,d m,y,d m,z,d c ,0 ,d EN 1995-1-1 (6.24) km 1 fm,z,d kc ,z fc ,0 ,d ffm,y,d und ein „Biegedrillknicken von Biegestäben“ ein. 2 c , 0 ,d kc ,z fc ,0 ,d m ,d 1 kcrit fm,d EN 1995-1-1 (6.35) Da letzteres im Gegensatz zu DIN 1052 den Fall der Doppelbiegung nicht erfasst, ergänzt DIN EN 1995-1-1/NA dies durch c , 0 ,d kc ,y fc ,0 ,d 2 m,y ,d kcrit fm,y ,d m,z ,d 1 EN 1995-1-1/NA (NA.58) fm,z ,d 2 c , 0 ,d kc ,z fc ,0 ,d m , y ,d m ,z , d 1 EN 1995-1-1/NA (NA.59) k f fm,z ,d crit m,y ,d Da im Vorfeld häufig nicht ersichtlich sein wird, welcher Nachweis maßgebend wird, ist ein deutlich höherer Rechenaufwand erforderlich. Die für diese Stabilitätsnachweise nach dem Ersatzstabverfahren notwendigen Knick- bzw. Kippbeiwerte sind nahezu unverändert geblieben: Beim Knickbeiwert findet sich jetzt die Klarstellung, dass für bezogene Knickschlankheiten λrel,c ≤ 0,3 kein Stabilitätsnachweis zu führen ist. Der Kippbeiwert errechnet sich für Rechteckquerschnitte nach einer etwas vereinfachten Formel, die aber nahezu identische Ergebnisse liefert, solange E0,05/G05 ≈ 16 ist: rel,m lef h 2 b 40 FRILO-Magazin 2012 fm,k E0 ,05 G05 DIN 1052 (70) rel,m lef h 2 b fm,k 0, 78 E0 ,05 EN 1995-1-1 (6.32) Aufpassen muss man allerdings bei Anwendung der aus DIN 1052 bekannten Regelung, dass bei Biegestäben aus Brettschichtholz zur Berechnung des bezogenen Kippschlankheitsgrades λrel,m das Produkt der 5%-Quantilen der Steifigkeitskennwerte mit dem Faktor 1,4 multipliziert werden darf. Diese Regelung wurde nahezu wortwörtlich nach DIN EN 1995-1-1/NA übernommen, obwohl in der Gleichung für λrel,m nach EN 1995 gar kein Produkt der Steifigkeitskennwerte auftritt. Die Anwendung dieser Sonderregel für Biegestäbe aus Brettschichtholz führt daher zu folgendem bezogenen Kippschlankheitsgrad nach DIN EN 1995-1-1/NA: rel,m lef h 2 b fm,k 0, 78 1, 4 E0 ,05 Bei den Schubspannungsnachweisen gibt es eine bedeutende Änderung in EN 1995: Um die Rissbildung und die damit geringere effektiv zur Verfügung stehende Querschnittsbreite zu berücksichtigen, wird eine „wirksame Breite“ bef = kcr ⋅ b eingeführt. Für kcr wird in DIN EN 1995-1-1 für Vollholz und Brettschichtholz der Wert 0,67 empfohlen. Vor diesem Hintergrund werden auch die im Rahmen der DIN 1052 aus dem Jahre 2004 veröffentlichten bzw. die in EN 338 zu findenden höheren Schubfestigkeiten verständlicher, da durch die geringere anzusetzende Breite auch höhere Schubspannungen berechnet werden. DIN EN 1995-1-1/NA wendet für den Ansatz von kcr in „NDP Zu 6.1.7(2)“ jedoch einen Kunstgriff an, indem definiert wird: kcr = 2, 0 fv ,k für Vollholz aus Nadelholz kcr = 2, 5 fv ,k für Brettscchichtholz Damit wird erreicht, dass die in Deutschland anzusetzenden Schubfestigkeiten für Vollholz aus Nadelholz bzw. Brettschichtholz unabhängig von den Regelungen der EN 338 bzw. EN 1194 auf 2,0 N/mm2 bzw. 2.5 N/mm2 festgelegt sind, da sich der Wert fv,k aus dem Nachweis herauskürzt. Daher wird auch die aus DIN 1052 bekannte Regelung, dass die Schubfestigkeit an Orten, die mindestens 1,50 m vom Hirnholzende des Holzes entfernt liegen, um 30 % erhöht werden dürfen, in DIN EN 1995-1-1/NA, NDP Zu 6.1.7(2) auf den Wert kcr übertragen. EN 1995 Seit DIN 1052:2008 darf für Biegeträger mit Auflagerung am unteren Trägerrand und Lastangriff am oberen Trägerrand der Nachweis der Schubspannungen im Bereich von End- und Zwischenauflagern, wenn dort keine Ausklinkungen und Durchbrüche sind, mit der maßgebenden Querkraft geführt werden. Als maßgebend darf die Querkraft im Abstand h vom Auflagerrand angenommen werden, wobei h die Trägerhöhe über Auflagermitte darstellt. Träger mit auflagernahen Einzelasten, das waren Lasten im Abstand bis zu 2,5 h, durften mit einer reduzierten Querkraft nachgewiesen werden. EN 1995 erlaubt nun bei unausgeklinkten Auflagern, dass der Anteil an der gesamten Querkraft einer Einzellast F, die auf der Oberseite des Biegestabes innerhalb eines Abstandes h vom Auflagerrand wirkt, unberücksichtigt bleiben darf. Der deutsche NA ergänzt dies um die oben genannte Regelung der DIN 1052 über die maßgebene Querkraft. Schub aus Torsion Während in DIN 1052:1988 noch unterschiedliche zulässige Schubspannungen für Schub aus Querkraft und Schub aus Torsion festgelegt wurden, gibt es seit 2004 nur noch eine Schubfestigkeit für beide Spannungsarten. Einerseits führen jedoch Querkraft und Torsion zu sehr unterschiedlichen Schubspannungsverteilungen, andererseits ist die Schubspannungsverteilung bei Torsion stark von der Geometrie abhängig. Daher findet sich in EN 1995 ein geänderter Nachweis bei Schub aus Torsion: tor ,d 1 EN 1995-1-1 (6.14) kshape fv ,d runder Querschnitt 1,2 kshape h 1 0,15 b 2, 0 rechteckiger Quersschnitt EN 1995-1-1 (6.15) Druck unter einem Winkel α Für Holz sind im Allgemeinen die Festigkeiten parallel und senkrecht zur Faser untersucht und festgelegt. Bei einem Lastangriff unter einem Winkel zur Faserrichtung muss nun eine „interpolierte“ Festigkeit festgelegt werden, deren Interpolationsformel in EN 1995 von der aus DIN 1052 abweicht: fc ,0 ,d EN 1995-1-1 (6.16) fc , ,d fc ,0 ,d 2 2 sin cos kc ,90 fc ,90 ,d Die leicht positiven Auswirkungen zeigt Abbildung 1. Abb. 1: Abminderung der Druckfestigkeit in Abhängigkeit des Winkels α Schwingungsnachweis DIN 1052 empfiehlt im Abschnitt 9.3 bei Decken unter Wohnräumen, um Unbehagen verursachende Schwingungen zu vermeiden, die am ideellen Einfeldträger ermittelten Durchbiegungen aus ständiger und quasi-ständiger Einwirkung auf 6 mm zu begrenzen. Hintergrund dieser Regelung ist es, eine Eigenfrequenz der Decke von mehr als 8 Hz einzuhalten. Löst man die Formel für die erste Eigenfrequenz eines Einfeldträgers der Länge l und Masse m E I E I 9, 81 EN 1995-1-1 (7.5) f1 2 2 m q 2 l 2 l nach der Belastung q auf, so erhält man folgende Beziehung zwischen Last und Eigenfrequenz: q 2 9, 81 E I f12 4 l4 Berechnet man mit dieser Gleichlast q nun die Durchbiegung des Einfeldträgers, so ergibt sich eine Beziehung zwischen der Durchbiegung w und der Eigenfrequenz f: w 5 q l4 5 2 9, 81 E I l4 0, 315 384 E I 384 4 l4 E I f12 f12 Für die gewünschte Eigenfrequenz von 8 Hz ergibt sich damit eine Durchbiegung von 5 mm, die geforderten 6 mm erlauben eine Absenkung bis auf 7,2 Hz. Nach EN 1995 sind nun zwei andere Nachweise zu führen. Der erste begrenzt wieder die Durchbiegung: w ≤ a [mm/kN] F EN 1995-1-1 (7.3) w ist dabei die größte vertikale Anfangsdurchbiegung infolge einer konzentrierten vertikalen statischen Einzellast F, an beliebiger Stelle wirkend und unter Berücksichtigung FRILO-Magazin 2012 41 EN 1995 der Lastverteilung ermittelt. a stellt den weiter unten angegebenen Grenzwert der Durchbiegung dar, der in Abhängigkeit des Parameters b für den zweiten Nachweis zu bestimmen ist – nicht zu verwechseln mit der an anderer Stelle benötigten Breite b! Dieser zweite Nachweis begrenzt die vertikale Schwingung: f 1 EN 1995-1-1 (7.4) v b 1 [m/(Ns2 )] Dabei ist v ist die Einheitsimpulsgeschwindigkeitsreaktion, d.h. der maximale Anfangswert der vertikalen Schwingungsgeschwindigkeitsamplitude der Decke (in m/s) infolge eines an derjenigen Stelle der Decke aufgebrachten idealen Einheitsimpulses (1 Ns), der die größte Eigenfrequenz erzeugt – hierbei dürfen Anteile über 40 Hz vernachlässigt werden. ζ ist der modale Dämpfungsgrad (der empfohlene Wert liegt bei 0,01) und f1 die erste Eigenfrequenz. Die Einheitsimpulsgeschwindigkeitsreaktion v berechnet sich wie folgt: v 4 0, 4 0, 6 n40 m b l 200 EN 1995-1-1 (7.6) Dazu benötigt man die Schwingungsanzahl 1. Ordnung mit der Resonanzfrequenz bis zu 40 Hz: n40 4 2 40 b EIl 1 f1 l EIb 0 ,25 EN 1995-1-1 (7.7) (EI)l stellt dabei die äquivalente Plattenbiegesteifigkeit der Decke um eine Achse rechtwinklig zur Balkenrichtung und (EI)b die äquivalente Plattenbiegesteifigkeit der Decke um eine Achse in Richtung der Balken jeweils in Nm2/m dar. b und l sind hierbei die geometrischen Abmessungen der Decke. Die Durchbiegung a ist auf 0,5 ≤ a ≤ 4,0 beschränkt, der Parameter b berechnet sich dann in Abhängigkeit der Durchbiegung a: 180 60 a für a 1 mm b 160 40 a für a 1 mm Diese Nachweise entsprechen denjenigen, die auch schon im Zusammenhang mit den Erläuterungen der „6 mm-Regel“ nach DIN 1052, 9.3 in der Literatur behandelt wurden (z.B. in [24], [25] oder [26]) Brandschutz Im Brandfall erlaubt EN 1995-1-2 die Anwendung von zwei Verfahren: Die Methode mit reduziertem Querschnitt oder die Methode mit reduzierten Eigenschaften. Diese Methoden entsprechen den beiden aus DIN 4102-22 bekannten Verfahren: Dem vereinfachten Verfahren der Bemessung 42 FRILO-Magazin 2012 mit ideellen Restquerschnitten bzw. dem genaueren Verfahren der Bemessung mit reduzierter Festigkeit und Steifigkeit. EN 1995-1-2 empfiehlt jedoch eindeutig die Anwendung der Methode mit reduziertem Querschnitt. Hintergrund dürfte sein, dass mit diesem Verfahren nahezu alle Spannungs- und Stabilitätsnachweise geführt werden dürfen, während die Methode mit reduzierten Eigenschaften nur für Nachweise angewendet werden kann, für die die Temperaturabhängigkeit der Materialkennwerte bekannt ist. DIN EN 1995-1-2/NA erlaubt jedoch ausdrücklich die Anwendung beider Berechnungsmethoden in Deutschland. Die Regelungen nach EN 1995-1-2 erlauben – abweichend von DIN 4102 – eine günstigere Betrachtung des Abbrandes sowie des Einflusses der Temperatur auf die Materialkennwerte bei einer Brandbeanspruchung von weniger als 20 Minuten. Da die meisten Nachweise aber wohl für mindestens 30 Minuten Brandbeanspruchung geführt werden, dürften diese Regelungen für den praktischen Einsatz von geringer Bedeutung sein. Positiv anzumerken ist, dass es für Verbindungsmittel nun neben den konstruktiven Möglichkeiten durch Abdeckungen mit einzuhaltenden Mindestdicken auch ein Verfahren zur Berechnung der Tragfähigkeitsabminderung im Brandfall gibt, das zum Verfahren von Johansen passt. Stiftförmige Verbindungsmittel Die Berechnung der Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln war eine der größten Änderungen in DIN 1052:2004. Das verwendete Verfahren basiert auf den von Johansen [27] bestimmten Versagensarten ein- und zweischnittiger Holz-Holz- und Stahlblech-Holz-Verbindungen. Für eine zweischnittige Holz-Holz-Verbindung ergeben sich zum Beispiel die folgenden Tragfähigkeiten bei den unterschiedlichen Versagensarten, wobei die unterschiedlichen Teilsicherheitsbeiwerte aufgrund der unterschiedlichen Materialien zu beachten sind: Rk1 fh,1,k t1 d M 1, 3 Holzversagen Rk2 0, 5 fh,1,k t2 d M 1, 3 Holzversagen Rk 3 Rk 4 fh,1,k t1 d 2 M 1,2 Mischversagen 2 2 My ,k fh,1,k d M 1,1 Verbindungs 1 mittelversagen mittelversa gen EN 1995 verwendet nun die gleichen theoretischen Grundlagen, benutzt jedoch einheitlich den Teilsicherheitsbeiwert für Holz. Daher müssen die Johansen-Formeln beim Misch- und Verbindungsmittelversagen Vorfaktoren EN 1995 bekommen, um zu ähnlichen Ergebnissen zu kommen: Holzversagen: Fv,Rk1 = fh,1,k ⋅ t1 ⋅ d gM = 1,3 Holzversagen: Fv,Rk 2 = 0, 5 ⋅ fh,1,k ⋅ t 2 ⋅ d ⋅ β gM = 1,3 Mischversagen: f h,1,k ⋅ t1 ⋅ d ⋅ − β Fv,Rk 3 = 1, 05 ⋅ 2+β gM = 1,3 gM = 1,3 Vergleicht man nun die Bemessungswerte der Tragfähigkeiten von EN 1995 und DIN 1052, so stellt man beim Mischversagen sowie beim (anzustrebenden) Verbindungsmittelversagen eine Abweichung von ungefähr 3% zu Ungunsten des EN 1995 fest: Mischversagen: Rd k mod k mod ⋅ Fv,Rk,EC ⋅ 1, 05 ⋅ Rk,DIN 1, 3 1, 3 = = = 0, 969 k mod k mod ⋅ Rk,DIN ⋅ Rk,DIN 1, 2 1, 2 ( ( ) ) Verbindungsmittelversagen: Fv,Rd Rd k mod k mod ⋅ Fv,Rk,EC , ⋅ Rk,DIN ⋅ 115 1, 3 1, 3 = = = 0, 973 k mod k mod ⋅ Rk,DIN ⋅ Rk,DIN 11 , , 11 ( ) ( Fv ,Rd kmod 2 2 My ,k fh,1,k d 1,15 1 1,3 Bei Anwendung des vereinfachten Verfahrens des NA: Verbindungsmittelversagen: 2⋅β ⋅ 2 ⋅ My,k ⋅ fh,1,k ⋅ d Fv,Rk 4 = 115 , ⋅ 1+ β Fv,Rd Dieses „vereinfachte Verfahren“ wird nun in DIN EN 19951-1/NA auch eingeführt. Hierbei wird jedoch in NA 8.2 der in DIN 1052 verwendete, aber für EN 1995 völlig unbekannte Teilsicherheitsbeiwert von γM = 1,1 eingeführt. Dadurch müssen die Bemessungswerte der Tragfähigkeiten nun auf zwei unterschiedliche Weisen berechnet werden: Bei Anwendung von EN 1995-1-1: ) Diese Abweichung ist einzig und allein den geänderten Teilsicherheitsbeiwerten und den damit erforderlichen Vorfaktoren der Johansen-Formeln geschuldet – die theoretischen Ansätze sind in EN 1995 und DIN 1052 identisch! Änderungen bei Johansen Da das genaue Verfahren nach Johansen in Deutschland zu aufwändig erschien, wurde es in DIN 1052 in den Anhang G verbannt und durch ein „vereinfachtes Verfahren“ nach Abschnitt 12 ergänzt. Hierbei ist eine Mindestholzdicke zu bestimmen, bei deren Einhaltung garantiert ein Verbindungsmittelversagen auftritt, so dass die Tragfähigkeit über diese eine Formel des Verbindungsmittelversagens nach Johansen ermittelt werden kann. Wird die Mindestholzdicke nicht eingehalten, so ist die Tragfähigkeit linear abzumindern, wodurch die Tragfähigkeit der Verbindungsmittel aber deutlich unterschätzt wird, da die Tragfähigkeiten der anderen Versagensarten nicht berücksichtigt werden. Fv ,Rd kmod 2 2 My ,k fh,1,k d 1,1 1 Während jedoch in DIN 1052 beim Verbindungsmittelversagen die gleiche Tragfähigkeit nach dem vereinfachten Verfahren und nach Johansen auftrat, da identische Formeln und identische Teilsicherheitsbeiwerte verwendet wurden, ist dies bei Anwendung des deutschen NA nun leider nicht mehr der Fall. Aufgrund der abweichenden Berechnungsformel für die Tragfähigkeit und dem aus dem Rahmen fallenden Teilsicherheitsbeiwert wird nach dem vereinfachten Verfahren gemäß DIN EN 1995-1-1/NA nun eine stets rund 3% höhere Tragfähigkeit erzielt – hier ist das Verfahren des NA einfach nicht sauber in die Methoden von EN 1995-1-1 integriert worden, sondern eine Regelung der DIN 1052 blind übernommen worden. Diese Abweichung sollte beachtet werden, wenn Tragfähigkeiten, die nach NA „vereinfacht“ ermittelt werden, mit den Ergebnissen der Frilo-Programme (z.B. HO13) verglichen werden, da die Programme stets nach dem genauen Verfahren rechnen, um genaue Aussagen zu den Versagensarten zuzulassen. Nomenklatur Mindestabstände und Winkel Kleine Änderungen gibt es bei der Benennung der Mindestabstände zum Rand, die statt a1,t/c und a2,t/c nun a3,t/c und a4,t/c heißen. Außerdem wird der Winkel zwischen Kraft und Faserrichtung nun nicht mehr nur auf 90°, sondern auf 360° bezogen. Dies vereinfacht die Aussage, ob die Verbindungsmittelkraft zum Hirnholzende oder davon weg gerichtet ist (Abbildung 2). Abb. 2: Bezeichnung von Randabständen und des Winkels FRILO-Magazin 2012 43 EN 1995 Stabdübel: Lochleibungsfestigkeit, wirksame Anzahl, Mindestabstände Kleine Änderungen gibt es bei den Stabdübeln bei der Berechnung der Lochleibungsfestigkeit und der wirksamen Anzahl. Bei der Berechnung der Lochleibungsfestigkeit fh,0 ,k fh,k EN 1995-1-1 (8.31) 2 k90 sin cos2 EN 1995-1-1 (8.32) k90 1, 35 0, 015 d (für NH) entfällt der Zusatz, dass für Stabdübel bis 8 mm der Einfluss des Winkels zwischen Kraft-und Faserrichtung des Holzes durch den Faktor k90 vernachlässigt werden darf. Dadurch sinkt deren Bemessungswert der Tragfähigkeit um bis zu 10%. Bei der effektiven Anzahl für mehrere in Faserrichtung hintereinander angeordnete Stabdübel wird der Bezugsabstand von 10 d auf 13 d vergrößert: nef n0 ,9 4 a1 n 13 d EN 1995-1-1 (8.34) Nägel: wirksame Anzahl Die wirksame Anzahl von n in Faserrichtung hintereinander angeordneten Nägeln ist völlig neu definiert: Wenn die Nägel in dieser Reihe rechtwinklig zur Faserrichtung nicht um mindestens 1d gegeneinander versetzt angeordnet sind, gilt: nef = nkef EN 1995-1-1 (8.17) Vor allem die in der Fußnote genannte Möglichkeit der linearen Interpolation von Zwischenwerten ist für die schnelle praktische Anwendung eher hinderlich. Nagelabstand a) a) kef nicht vorgebohrt vorgebohrt a1 ≥ 14d 1,0 1,0 a1 = 10d 0,85 0,85 a1 = 7d 0,7 0,7 a1 = 4d - 0,5 Für Zwischenwerte der Nagelabstände ist eine lineare Interpolation für kef zulässig. Tabelle 3: Werte für kef (aus [14]) Queranschluss Queranschlüsse, die bislang nach recht aufwändigen Gleichungen nachgewiesen werden mussten, haben nun eine deutlich einfachere, aber genauso unverständliche Nachweisform. Ebenso wenig nachvollziehbar ist, dass der 44 FRILO-Magazin 2012 bisherige gute konstruktive Grundsatz, die Lasten höher als 70% der Trägerhöhe zu befestigen, nicht mehr unterstützt wird und der Nachweis immer zu führen ist. Im Entwurf der Änderungen des NA [20] wird aber die aus DIN 1052 [6] bekannte Regelung wieder eingeführt. Zusammenfassung Die Einführung der DIN 1052 im Jahre 2004 hat eine große Anzahl an Änderungen bei der Bemessung und den Nachweisen von Holzbauteilen und Verbindungsmitteln mit sich gebracht. Da diese Norm sich schon in den meisten Bereichen eng am Eurocode 5 orientierte, fallen die Veränderungen zur DIN EN 1995 nun entsprechend kleiner aus. Einzig einige mit wenig Augenmerk aus der DIN 1052 in den Nationalen Anhang übertragene Regelungen irritieren hier unsinnigerweise. Es bleibt zu hoffen, dass die nächsten Änderungen der Eurocodes ganz generell wieder zu einfacheren und vor allem wirklich „europäischen einheitlichen“ Werken führen. Nationale Anhänge, die teilweise mehr Seiten als der Eurocode enthalten, sind sicher der falsche Weg. Glücklicherweise zeigt so manche im Rahmen der Einführung der Eurocodes geführte Diskussion solche Einsicht auch bei Vertretern der entscheidenden Gremien. Literaturverzeichnis [1] DIN 1052-1. Holzbauwerke - Berechnung und Ausführung. April 1988. [2] DIN 1052-2. Holzbauwerke - Mechanische Verbindungen. April 1988. [3] DIN 1052-1/A1. Holzbauwerke - Teil 1: Berechnung und Ausführung - Änderung A1. Oktober 1996. [4] DIN 1052-2/A1. Holzbauwerke - Teil 2: Mechanische Verbindungen - Änderung 1. Oktober 1996. [5] DIN 1052. Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken - Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau. August 2004. [6] DIN 1052 . Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken - Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau. Dezember 2008. [7] DIN 4102-4. Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile. März 1994. [8] DIN 4102-4/A1. Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile Änderung A1. November 2004. EN 1995 [9] DIN 4102-22. Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Teil 22: Anwendungsnorm zu DIN 4102-4 auf der Bemessungsbasis von Teilsicherheitsbeiwerten. November 2004. [10] DIN V ENV 1995-1-1. Eurocode 5: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln, Bemessungsregeln für den Hochbau. Juni 1994. [11] DIN V ENV 1995-1-2. Eurocode 5 - Bemessung und Konstruktion von Holzbauwerken - Teil 1-2: Allgemeine Regeln; Tragwerksbemessung für den Brandfall. Mai 1997. [12] NAD DIN V ENV 1995-1-1. Richtlinie zur Anwendung von DIN V ENV 1995-1-1 - Eurocode 5: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln, Bemessungsregeln für den Hochbau. Februar 1995. [13] NAD DIN V ENV 1995-1-2. Richtlinie zur Anwendung von DIN V ENV 1995-1-2:1997-05 - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln; Tragwerksbemessung für den Brandfall. 2000. [14] DIN EN 1995-1-1. Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau. Dez. 2010. [15] DIN EN 1995-1-2. Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Dezember 2010. [16] DIN EN 1995-2. Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 2: Brücken. Dezember 2012. [17] DIN EN 1995-1-1/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau. Dezember 2010. [18] DIN EN 1995-1-2/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Dezember 2010. [19] DIN EN 1995-2/NA. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 2: Brücken. Dezember 2011. [20] E-DIN EN 1995-1-1/NA/A1. Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Änderung A1 (Entwurf). Februar 2012. [21] DIN EN 338. Bauholz für tragende Zwecke - Festigkeitsklassen. Februar 2010. [22] DIN EN 1194. Holzbauwerke - Brettschichtholz - Festigkeitsklassen und Bestimmung charakteristischer Werte. Mai 1999. [23] DIN EN 14080. Holzbauwerke - Brettschichtholz und Balkenschichtholz - Anforderungen (Norm-Entwurf). Januar 2011. [24] Blaß, H.J., et al. Erläuterungen zu DIN 1052:2004-08. s.l. : Bruderverlag, März 2005. [25] Bemessungs- und Konstruktionsregeln zum Schwingungsnachweis von Holzdecken. Hamm, Patricia und Richter, Antje. Leinfelden-Echterdingen : Landesbeirat Holz Baden-Württemberg e.V., Stuttgart, 26. November 2009. Fachtagungen Holzbau 2009. S. 1529. [26] Mohr, Bernhard. Schwingungen von Wohnungsdecken aus Holz, Stahl und Beton. Ingenieurholzbau Karlsruher Tage. 2001. [27] Johansen, K.W. Theory of Timber Connections. s.l.: International Association of Bridge and Structural Engineering, 1949. S. 249-262. 9. Autor: Prof. Dr.-Ing. Kai Haase Hochschule Deggendorf FRILO-Magazin 2012 45 EN 1996 DIN EN 1996 – Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten Msc Jens Hoffmann Überblick Als letzter Eurocode für die Bemessung von Tragwerken soll ab Juli 2012 auch der Eurocode 6, also die Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten, in Deutschland zur Anwendung freigegeben und voraussichtlich ab Januar 2013 die bislang gültigen deutschen Mauerwerksnormen DIN 1053-1 und DIN 1053-100 vollständig ablösen. Aufgrund der im europäischen Vergleich langen Tradition der ingenieurmäßigen Bemessung von Mauerwerk in Deutschland tat man sich schwer, die entsprechenden Nationalen Anhänge zu entwerfen und anschließend im Konsens zwischen den drei beteiligten Interessengruppen Wissenschaft, Bauaufsicht und Industrie zu verabschieden. Die im Januar 2012 als Weißdruck erschienenen Fassungen für die Kaltbemessung und Ausführung von Mauerwerk transformieren – nicht überraschend – den EC6 für Deutschland praktisch in eine aktualisierte und erweiterte Fassung von DIN 1053-100. Das ursprüngliche Ziel der geistigen Väter der Eurocodes, nämlich die europäische Harmonisierung, ist damit vorerst noch nicht mustergültig erreicht. Regelungsumfang Anders als DIN 1055-100, die ausschließlich den Übergang der Bemessung auf das Teilsicherheitskonzept beinhaltet, wird DIN EN 1996 die derzeit immer noch bauaufsichtlich eingeführte DIN 1053 (mit ihren Teilen 1, 3 und 4) gänzlich ersetzen. Sie regelt die Bemessung und Ausführung von bewehrtem und unbewehrtem Mauerwerk während der gewöhnlichen Nutzungsphase der Gebäude sowie im Brandfall. Für DIN EN 1996-2, welche die Heißbemessung regelt, liegt bislang aber noch keine öffentliche Fassung des Nationalen Anhangs vor. DIN EN 1996-1-1 regelt neben konstruktiven Gesichtspunkten die Bemessung mit einem Verfahren, das dem genaueren Nachweisverfahren nach DIN 1053 entspricht. Eine dem vereinfachten Verfahren nach DIN 1053 entsprechende Vorgehensweise wird von DIN 1053-3 bereitgestellt. Der Teil 1-2 behandelt die Ausführung von Mauerwerk. Gleichfalls konnten bezüglich des in Deutschland nur ein Nischendasein fristendes bewehrten Mauerwerks nicht alle Sicherheitsbedenken seitens der Bauaufsicht ausgeräumt werden. Im Nationalen Anhang zu DIN EN 1996-1-1 schlägt sich das in einem Teilsicherheitsbeiwert auf der 46 FRILO-Magazin 2012 Widerstandsseite von 10,0 für bewehrtes Mauerwerk und Bewehrungsstahl nieder, wodurch die Anwendung dieser Konstruktionsweise auch weiterhin der Ausnahmefall bleiben wird. Geringere Teilsicherheitsbeiwerte können im Einzelfall mit der Bauaufsichtsbehörde ausgehandelt werden. Erweiterungen gegenüber DIN 1053 Die Originalfassung von EN 1996 enthält gegenüber der bisher gültigen deutschen Mauerwerksnorm einige interessante Erweitungen, z.B. einen Ansatz zur besseren rechnerischen Erfassung des plattenartigen Tragverhaltens von Wänden unter Horizontallasten wie Wind und Erddruck (EN 1996-1-1, Anhang I), die von Nationalen Anhängen oftmals wieder relativiert oder gänzlich von der Anwendung ausgeschlossen werden. Gegenüber DIN 1053 haben durch die Nationalen Anhänge jedoch drei Punkte Berücksichtigung gefunden, welche der Veränderung der typischen Anwendungsformen von unbewehrtem Mauerwerk Rechnung tragen. Diese Punkte umfassen die Festigkeitskennwerte von Rezeptmauerwerk, teilaufgelagerte Deckenplatten und die Verwendung von Mauerwerk aus großformatigen Mauersteinen (Elementmauerwerk). Nachdem bislang die Angabe von Steinfestigkeitsklasse und Mörtelgruppe ausreichten, um die ansetzbare Druckfestigkeit von Rezeptmauerwerk zu bestimmen, ist jetzt auch die Festlegung auf ein bestimmtes Steinmaterial und die Steinsorte („Lochbild“) notwendig. Ebenso ist es von Bedeutung, ob die Wand als Einstein- oder Verbandsmauerwerk ausgeführt werden soll. Dieser Entwicklungsschritt sorgt für ein einheitlicheres Sicherheitsniveau, indem mauerwerksspezifische Tragreserven nutzbar gemacht und Überbewertungen vermieden werden. Rezeptmauerwerk mit Dünnbettmörtel ist weiterhin nur für Mauerwerk aus Kalksand- und Porenbetonsteinen geregelt. Für derartiges Ziegel- und Leichtbetonmauerwerk muss wie gewohnt auf zulassungsgeregelte Bauprodukte zurückgegriffen werden. Abhängig vom gewählten Steinmaterial sind auf Außenwänden nur teilweise aufliegende Deckenplatten heute der Standardfall (z.B. Ziegel-, Leicht- und Porenbetonmauerwerk). DIN 1053 geht auf derartige Ausbildungen des Wand-Decken-Knotens ausschließlich bei der Knicklängenbestimmung für die Wand ein. Die aufgrund des komplexen EN 1996 Kraftflusses jedoch reduzierten Tragfähigkeiten finden nun durchgehend bei der Nachweisführung Berücksichtigung. Im Rahmen des vereinfachten Verfahrens erfolgt einfach eine Begrenzung der maximal ansetzbaren Tragfähigkeitsbeiwerte für die Normalkrafttragfähigkeit von Wänden. Bei Rückgriff auf das genauere Verfahren müssen Lastausmitten infolge der vollständig aufliegenden Deckenplatten schon bei der Schnittgrößenermittlung berücksichtigt werden. Dies erfolgt stark vereinfachend durch die Verwendung einer rechnerischen Wanddicke, die der Deckenauflagertiefe entspricht. An Wandkopf und -fuß muss anschließend auch beim Nachweis der Querschnittstragfähigkeit mit dieser rechnerischen Wanddicke gearbeitet werden. Für Nachweise innerhalb der lichten Wandhöhe ist der Bezug auf die volle Wanddicke erlaubt (z.B. Knicknachweis in halber Wandhöhe), wenn der Schwerachsenversatz zwischen Wandmittelebene und halber Auflagertiefe als zusätzliche Ausmitte e = (t – a)/2 (t = Wanddicke, a = Deckenauflagertiefe) berücksichtigt wird. Dem Trend zu großen Steinformaten folgend berücksichtigt DIN EN 1996 den Einfluss von reduzierten Überbindemaßen auf die Knicklängen mehrseitig gehaltener Wände und auf die Schubtragfähigkeit in Scheibenrichtung. Die zuerst genannte Auswirkung folgt aus der reduzierten Bie- getragfähigkeit in Bezug auf den horizontalen Lastabtrag. Bei der Scheibenschubtragfähigkeit können bei reduzierten Überbindemaßen zum Reibungsversagen und schrägen Zugversagen zwei weitere Versagensmechanismen auftreten. Diese sind das Schubdruckversagen (maßgebend am Wandfuß) und Klaffen der Lagerfugen der einzelnen Steine (maßgebend in halber Wandhöhe), die folglich im Rahmen des Wandnachweises nachgewiesen werden müssen. Ein vereinfachtes Verfahren zum Schubnachweis wird im übrigen nicht mehr angeboten. Falls erforderlich ist er stets nach dem genaueren Verfahren zu erbringen. Ansonsten werden durch die Nationalen Anhänge für Deutschland fast gänzlich die Anwendungsgrenzen und Nachweisgleichungen der Originalfassung mit denen aus DIN 1053-100 überschrieben (unter Berücksichtigung der oben aufgeführten Erweiterungen). Unverändert gelassene Regelungen haben nur eine vernachlässigbar kleine Auswirkung auf die Tragfähigkeiten (z.B. Kriechausmitte für den Knicknachweis nach DIN EN 1996-1-1). Erwähnenswert ist, dass die bislang legitime Vernachlässigung von Windlasten auf Außenwände (d ≥ 24 cm, h ≤ 3,0 m) im genaueren Verfahren nicht mehr durch DIN EN 1996-1-1 abgedeckt ist. Windlasten sind nunmehr ausnahmslos nachzuweisen. FRILO-Magazin 2012 47 EN 1996 Ebenfalls nicht mehr erwähnt wird die Vorgehensweise, wie Biegemomente infolge Horizontalbelastung mit den Knotenmomenten infolge Deckenendverdrehung zu überlagern sind. Der in DIN 1053 enthaltene Hinweis, dass Wandmomente infolge Wind- oder Erddruck an einem Ersatzstab bestimmt werden dürfen, dessen Einspanngrad an den Enden unter Einhaltung des Gleichgewichts beliebig gewählt werden kann (DIN 1053-100, Abschn. 9.2.5), ist aber letztendlich keine Erleichterung, sondern eher ein Hinweis, der sich aus dem zugrunde liegenden Konzept der Rücksatzregel ergibt (Approximation des nichtlinearen Tragverhaltens am Wand-Decken-Knoten). Die bekannte Vorgehensweise ist somit auch beim Nachweis nach DIN EN 1996-1-1 anwendbar. Abb.: 1: Modell zur Berücksichtigung teilaufliegender Deckenplatten nach DIN EN 1996-1-1, informativer Anhang C 48 FRILO-Magazin 2012 Auswirkungen auf die nutzbaren Tragfähigkeiten Zielstellung bei der Erarbeitung der deutschen Nationalen Anhänge war unter anderem die Aufrechterhaltung des bekannten Zuverlässigkeitsniveaus. Aus diesem Grund sind für Aufgabenstellungen, die schon durch DIN 1053-100 abgedeckt wurden, keine signifikanten Abweichungen in den nutzbaren Tragfähigkeiten zu erwarten. Die neu hinzugekommenen Regeln für Elementmauerwerk und Systeme mit teilaufliegenden Deckenplatten berücksichtigen hingegen Effekte, die vorher nicht abgedeckt waren bzw. eine geringere Bedeutung hatten. So fällt der Schubnachweis für Elementmauerwerk i.d.R. zwangsweise ungünstiger aus als für gewöhnliche Steinformate. Ebenso reagieren Wände mit teilaufgelagerten Deckenplatten vergleichsweise empfindlich. Dies betrifft nicht nur die Normalkrafttragfähigkeit, sondern auch die Tragfähigkeit bezüglich Horizontallasten. Dabei ist jedoch die Wirkungsrichtung ausschlaggebend. Sie reduziert sich nicht (sie vergrößert sich sogar geringfügig), solange die Horizontallasten in Richtung der Deckenplatten wirken (z.B. Wind- oder Erddruck). Bei entgegengesetzter Wirkungsrichtung kommt es jedoch zu einer ggf. erheblichen Reduzierung der Tragfähigkeit, so dass unter Umständen auch der betragsmäßig gewöhnlich kleinere Windsog bei Außenwänden maßgebend werden könnte. Abbildung 2 veranschaulicht diesen Sachverhalt. Der maximal mögliche Stich des sich einstellenden Druckbogens unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Beanspruchungsrichtung maßgeblich. Dieser Effekt ist in diesem Ausmaß der Annahme einer Ausbildung ohne Abmauerung geschuldet, der in diesem Fall eine Stützwirkung entwickeln würde. Abb.: 2: Unterschiedliche Horizontallasttragfähigkeit bei Druck und Sog. a) Ausgangszustand (Deckenendverdrehung vernachlässigt), max. möglicher Stich für Druckbogen bei Winddruck (b) und Windsog (c) EN 1996 Fazit Literaturverzeichnis Obwohl die Lektüre der Normtexte von DIN EN 1996 und der Nationalen Anhänge keine triviale Beschäftigung ist, „fühlt“ sich die in Deutschland letztendlich gültige Nachweissystematik in der praktischen Anwendung weiterhin wie gewohnt an. Vor allem für die mit DIN 1053-100 vertrauten Anwender sollte der Umstieg unproblematisch sein. Ganz allgemein ist jedoch eine Auseinandersetzung mit der neuen Mauerwerksnorm anhand der in Kürze zahlreich einscheinenden Fachpublikationen lohnenswert. Bis auf etwas detailliertere Angaben zum Material (Steinmaterial und -sorte, ggf. auch Überbindemaß und Steinabmessungen) brauchen sich die Nutzer von Softwareprogrammen auf keinen Mehraufwand einstellen. Die gewohnten Nachweisabläufe können weiterhin angewendet werden. Gleichzeitig räumt DIN EN 1996 an mancher Stelle Erleichterungen (die zu einer Nutzung von Tragfähigkeitsreserven führen) ein. Auch die Ausdrucke der Softwareprogramme als prüfbarer Nachweis der Standfestigkeit werden im Wesentlichen ihre bekannte Struktur behalten. Die einzelnen Auslastungsgrade der Tragfähigkeit werden freilich immer dann größer sein, wenn bislang von der Norm nicht detailliert behandelte Ausführungsvarianten zur Anwendung kommen (teilaufliegende Deckenplatten oder Elementmauerwerk mit reduziertem Überbindemaß). [1] DIN EN 1996-1-1:2010-12: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk; Deutsche Fassung EN 1996-1-1:2005 + AC: 2009. [2] DIN EN 1996-3:2010-12: Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3: Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrte Mauerwerksbauten; Deutsche Fassung EN 1996-3:2006 + AC:2009. [3] DIN EN 1996-1-1/NA:2012-01: Nationaler Anhang - National festzulegende Parameter - Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk. [4] DIN EN 1996-3/NA:2012-01: Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Teil 3: Vereinfachte Berechnungsmethoden für unbewehrtes Mauerwerk. [5] Wagner, I., Hoffmann, J.: Berechnung von Mauerwerk. Vergleich DIN 1053-1 / DIN 1053-100. Frilo-Magazin 2008. Download unter www.frilo.de. [6] Wagner, I., Hoffmann, J.: Berechnung von unbewehrten Mauerwerkspfeilern aus künstlichen Steinen nach DIN 1053 und EN 1996. Frilo-Magazin 2010. Download unter www.frilo.de. Autor: Msc Jens Hoffmann (Friedrich und Lochner GmbH) FRILO-Magazin 2012 49 EN 1994 DIN EN 1994 – Verbundtragwerke aus Stahl und Beton Dipl.-Ing. Steffen Majaura, Dipl.-Ing. Matthias Friedrich Überblick Der Eurocode 4[1], Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton, ersetzt im Sommer 2012 als DIN EN 1994 die bestehende DIN 18800-5. Die DIN 18800-5 wurde bereits in Anlehnung an den Eurocode verfasst. Somit fallen die inhaltlichen Unterschiede zur DIN EN 1994 relativ gering aus. Im Nationalen Anhang für Deutschland wurden darüber hinaus einige Regelungen der DIN 18800-5 dem Eurocode 4 angepasst. DIN EN 1994 Teil 1-1 enthält die Regelungen für den Hochbau, die erforderlichen Nachweise für die Grenzzustände der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit, der Verbundanschlüsse und Regelungen für die Anwendung von Profilblechen. Der Teil 1-2 enthält Regelungen für die Tragwerksbemessung im Brandfall. Ziel ist die optimale Ausnutzung der beiden Werkstoffe, d.h. der Stahl liegt im auf Zug beanspruchten, der Stahlbeton im auf Druck beanspruchten Teil des erstellten Verbundquerschnitts. Die Verbindung der beiden Baustoffe erfolgt i.d.R. durch Kopfbolzendübel, die primär die zwischen Stahl und Stahlbeton entstehenden Schubkräfte aufnehmen. DIN EN 1994 enthält weitere Ergänzungen, um die besonderen Eigenschaften des Verbundverhaltens zu berücksichtigen. Vor allem sind dies Regelungen von Zwangsbeanspruchungen wie Kriechen und Schwinden des Betons. Nachweisführung nach EN 1994-1-1 Tragsicherheitsnachweise Für das Versagen eines Querschnittes eines Biegeträgers sind im Allgemeinen die Schnitte, welche die Querschnittstragfähigkeit (I-III) und die Längsschubtragfähigkeit (IV-VI) betreffen, maßgebend. Bei biegebeanspruchten Trägern mit scheibenförmigen Gurten ist die Voraussetzung vom Ebenbleiben des Gesamtquerschnittes wegen der auftretenden Schubverzerrung nicht mehr erfüllt. Der Einfluss der Schubweichheit wird über eine mittragende Gurtbreite beff angenommen. Für den Untergurt und den Stahlträgersteg gelten analog zur DIN EN 1993 die Regelungen zur Einteilung des Querschnittes in Querschnittsklassen, um plastische Reserven im Querschnitt zu aktivieren. Die Ausnutzung dieser Reserven ist von großer Wichtigkeit, um möglichst viel von dem „teuren“ Werkstoff Stahl zu sparen. 50 FRILO-Magazin 2012 Belastungsgeschichte Bei der Tragwerksberechnung eines Verbundträgers müssen die Einflüsse aus der Belastungsgeschichte berücksichtigt werden. Hierzu zählen Einflüsse aus einer abschnittsweisen Herstellung des Tragwerks, aus Systemwechseln und gegebenenfalls Einflüsse aus Einwirkungen, die teilweise auf das Stahl- oder Verbundtragwerk wirken. Man unterscheidet in Eigengewichtsverbund und Verkehrslastverbund. Werden keine Hilfsstützen im Bauzustand verwendet, liegt Verkehrslastverbund vor. Durch das Herstellungsverfahren werden die Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sowie der Beginn des Fließens im Untergurt beeinflusst. Ebenso müssen die Einflüsse aus dem Kriechen und Schwinden mit ausreichender Genauigkeit berücksichtigt werden. Verdübelung Verbundbauteile werden hinsichtlich der Beanspruchbarkeit (vollständig / teilweise) und der Nachgiebigkeit (starr / nachgiebig) des Verbundes eingeteilt. Vollständiger Verbund liegt vor, wenn eine Vergrößerung der Dübelanzahl nicht zur Erhöhung der Momententragfähigkeit führt. Bei Teilverbund kann die volle Biegetragfähigkeit des Verbundträgers nicht erreicht werden. Es entstehen aufgrund des Schlupfes in der Verbundfuge zwei Nulllinien. Eine entsprechende Duktilität der Verbundmittel ist Grundvoraussetzung für den Teilverbund. Literaturverzeichnis [1] DIN EN 1990 (12/2010) - Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung [2] DIN EN 1994 (12/2010) - Eurocode: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton EN 1997 DIN EN 1997 – Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Dipl.-Ing. (FH) Christian Spiering Überblick Die DIN EN 1997-1:2009-09, der Nationale Anhang DIN EN 1997-1/NA:2010-12 und die DIN 1054:2010-12 ersetzen zusammen DIN 1054:2005-01 einschließlich zugehöriger Änderungen und Berichtigungen. DIN 1054:2010-12 – Unterschiede zur bisherigen Normung Wesentliche Änderungen sind unter anderem die Übernahme der Gliederung der DIN EN 1997-1:2009-09, der Ersatz der Lastfälle durch Bemessungssituationen, die Einführung von Kombinationsbeiwerten für geotechnische Nachweise sowie die Ergänzung von Teilsicherheitsbeiwerten als auch der Ersatz der zulässigen Bodenpressung durch Bemessungswerte des Sohlwiderstandes. Zu den Nachweisen Nach DIN 1054:2010-12 sind für die Grundbruchberechnung die in DIN 4017:2006-03 genannten Verfahren anzuwenden. Für die Ermittlung des Grundbruchwiderstands sollte die Exzentrizität und die Lastneigung aus den charakteristischen bzw. repräsentativen Einwirkungen ermittelt werden. Eine etwas unwirtschaftlichere Ermittlung aus den Bemessungswerten der Gesamtbeanspruchung ist erlaubt. Die Gleitwiderstände werden, wie in DIN 1054:2005-01 bereits gehabt, unter Verwendung charakteristischer Vertikalkräfte und Scherparameter in Verbindung mit Teilsicherheitsbeiwerten ermittelt. repräsentativen Vertikalbeanspruchungen verrechnet wird, damit sich ein Bemessungswert der Sohldruckbeanspruchung ergibt. Dieser wird dann einem Bemessungswert des Sohldruckwiderstandes aus Tabellen der DIN 1054:2010-12 gegenübergestellt. Literaturverzeichnis [1] DIN EN 1997-1:2009-09 Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; Deutsche Fassung EN 1997-1:2004 + AC:2009 [2] DIN EN 1997-1/NA:2010-12 Nationaler Anhang National festgelegte Parameter - Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln [3] DIN 1054:2010-12 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 [4] DIN 1054:2005-01 Baugrund. Sicherheitsnachweise im Erd-und Grundbau Die klaffende Fuge wird, wie bereits aus DIN 1054:2005-01 bekannt, mit charakteristischen Lasten aus ständigen und veränderlichen Lasten errechnet. Mit nur ständigen Lasten ist keine klaffende Fuge erlaubt, für Kombinationen aus ständigen und veränderlichen Lasten muss die Gründungssohle des Fundamentes noch bis zu ihrem Schwerpunkt belastet sein. Ein vereinfachter Nachweis in Regelfällen ist nach wie vor möglich, jedoch wird hierzu der Bemessungswert des Sohlwiderstandes herangezogen. Dabei ist zu beachten, dass die Exzentrizität der Sohldruckresultierenden mit charakteristischen bzw. repräsentativen Beanspruchungen ermittelt wird und die sich ergebende Ersatzfläche mit Teilsicherheitsbeiwerten und charakteristischen bzw. FRILO-Magazin 2012 51 FRILO-Software Eurocode - Weiterentwicklung Zur Weiterentwicklung der Eurocodes Dipl.-Ing. Bert Ziems Während in Deutschland die Einführung des Eurocodes noch in vollem Gang ist, wird im Hintergrund bereits an der nächsten Generation des Eurocodes gearbeitet. Dieser Artikel betrachtet dies im Hinblick auf den Eurocode für Stahlbeton EN 1992. Konsolidierungsphase Die neue Eurocodegeneration 2015+ Nach der europaweiten Einführung des Eurocodes im Jahre 2010 befinden wir uns momentan in der Konsolidierungsphase, in die erste Anwendungserfahrungen einfließen und zur Veröffentlichung konsolidierter Fassungen des Originaleurocodes führen. So ersetzt z.B. DIN EN 1992-1-1:2011-01 die bisherige Fassung DIN EN 1992-1-1:2005 mit den Änderungen AC:2008 und AC:2010. In diesem Zusammenhang veröffentlichen einige Länder auch neue Versionen nationaler Anhänge. Eine Übersicht für Deutschland findet sich in /1/, für den internationalen Bereich siehe auch /2/. Während also der Eurocode in Europa gängige Bemessungspraxis wurde bzw. wird, beginnt gerade die Arbeit an der neuen Generation des Eurocodes. Beim Beuth Verlag erscheinen dazu von den zuständigen Normenausschüssen autorisierte Handbücher für alle Eurocodeteile, die sowohl den Text des Originaleurocodes als auch die an den entsprechenden Stellen eingefügten NDP (Nationally Determined Parameter national festzulegenden Parameter) und NCI (Non-contradictory Complementary Information nicht widersprechende Regelungen und Erläuterungen) der deutschen Nationalen Anhänge enthalten. Damit soll die Arbeit mit den Eurocodes einfacher gestaltet werden. Zur Einführung des Eurocode 2 fand im Jahre 2010 die „Gemeinschaftstagung Eurocode 2 für Deutschland“ /4/ und im Jahr 2011 der internationale Workshop “Design of Concrete Buildings“ in Brüssel /5/ und /6/ jeweils unter Beteiligung von Nemetschek Frilo statt. Neben der Erläuterung der Inhalte der Eurocodes und der Regelungen in den Nationalen Anhängen bestand das Anliegen in der Bereitstellung von Hintergrundinformationen und Anwendungsbeispielen sowie dem Hinweis auf entsprechende Hilfsmittel wie z.B. Software /7/. In diesem Zusammenhang sollte auch die Veröffentlichung der Eurocode 2 Commentary und Eurocode 2 Worked Exambles /8/ sowie der Beispielsammlung des DBV zum EN 2 /9/ erwähnt werden. 52 FRILO-Magazin 2012 In der Strategie des CEN TC250 zur Weiterentwicklung des Eurocode /3/ werden u.a. folgende Schwerpunkte für eine Weiterentwicklung genannt: Weitere Harmonisierung durch Analyse der bisher ca. 1500 NDP und Erarbeitung von Vorschlägen für deren Reduzierung Weiterentwicklung der Brandschutzeurocodes Weiterentwicklung der Eurocodes hinsichtlich der Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit des Bauens Erarbeitung neuer Eurocodes für Glas und zur Tragwerkverstärkung mit Faserverbundwerkstoffen (FRP) Für die zeitliche Umsetzung dieser neuen Eurocodegeneration gibt es folgende Vorstellungen: März 2013: Start der Bearbeitung Oktober 2015: Start der CEN- Umfrage zu den bearbeiteten Teilen Oktober 2017: Abstimmung (CEN Formal Vote) Oktober 2018: Veröffentlichung der 2. Generation des Eurocode Im für den Eurocode 2 zuständigen Gremium gibt es seit dem letzten Meeting im Dezember 2012 in Mailand bereits detaillierte Vorstellungen zu Inhalt und Umsetzung. Eine sogenannte Working Group (WG) mit bis zu 5 Vertretern je Land wird die Arbeit von aus Experten gebildeten Task Groups (TG) koordinieren. Zur Zeit sind folgende 4 TG geplant: TG1 Verstärken mit FRP (fibre reinforced polymers) TG2 Faserbeton TG3 Bauen im Bestand TG4 Querkraft / Torsion /Durchstanzen Eurocode EC in den - Weiterentwicklung Frilo-Programmen Stichtag 1. Juli 2012 Einführung der Eurocodes – Fachlich fit mit Beuth! Kommentare mit Erläuterungen NormenHandbücher Eurocode Praxisbücher mit Beispielen Infos/Bestellmöglichkeiten: www.beuth.de/eurocode Telefon +49 30 2601-2260 Telefax +49 30 2601-1260 E-Mail [email protected] ≤≥ FRILO-Magazin 2012 53 FRILO-Software Eurocode - Weiterentwicklung Die Arbeit der WG wird national im Normenausschuss Bemessung und Konstruktion gespiegelt. Entsprechend den TG1-4 werden sich Arbeitskreise des Normenausschusses konstituieren. „Initiative Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen“ In Deutschland wird durch die nahende verbindliche Anwendung des Eurocodes verstärkt über eine Vereinfachung des Eurocodes diskutiert. Dazu wurde die „Initiative Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen“ unter Beteiligung namhafter Ingenieur- und Bauindustrieverbände gegründet. Das Ziel einer solchen Initiative sollte dabei eine Reduzierung der NDP und NCI und eine bessere Strukturierung und Lesbarkeit der Norm sein. Ein Vergleich verschiedener nationaler Anhänge zeigt, dass Deutschland im Hinblick auf nationale Besonderheiten in den Anhängen eine Spitzenstellung einnimmt. Ziel kann es dabei nicht sein, die Normen wieder auf ein Niveau herunterzubrechen, das erlaubt, alle Nachweise ausschließlich ohne Inanspruchnahme der Rechentechnik durchführen zu können. Ein Kampf gegen den wissenschaftlich-technischen Fortschritt ist wenig zielführend. Ein großer Vorteil der Eurocodes ist, dass sie beiden Anforderungen gerecht werden. Einerseits enthalten sie aufwändige und moderne Berechnungsmethoden für Bauaufgaben, die diesen Aufwand rechtfertigen (Fertigteilhersteller, große Infrastrukturprojekte etc.), andererseits wird es aber ermöglicht, bei weniger anspruchsvollen Projekten mit mehr oder weniger großen Vereinfachungen zu arbeiten, z.B. mit dem Modellstützenverfahren bei der Stützenbemessung oder mit dem Verzicht auf eine Abminderung der veränderlichen Lasten zur Reduzierung der zu untersuchenden Einwirkungskombinationen. Durch die Anwendung der fortgeschrittenen computerbasierten Berechnungsmethoden werden die Anforderungen an die Softwarehersteller im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Ergebnisse immer höher.Dem versucht auch Nemetschek-Frilo durch die Beteiligung am deutschen EN 2 Pilotprojekt /10/, bei der Weiterentwicklung der Worked Examples für Eurocode 2 /8/ und durch Vergleiche der Bemessungsergebnisse verschiedener nationaler Anhänge wie in /11/ Rechnung zu tragen. Es ist wünschenswert, dass bei anspruchsvollen Bemessungsaufgaben, die die Anwendung von Computerprogrammen voraussetzen, nach einheitlichen Voraussetzungen geprüfte Software zum Einsatz kommt. 54 FRILO-Magazin 2012 EUROCODE 2 EUROCODE 2 COMMENTARY WORKED EXAMPLES 1 Ein gutes Beispiel hierfür sind die Validierungsbeispiele für die Brandschutzbemessung in DIN EN 1991-1-2/NA, zu deren Erarbeitung auch unser Unternehmen seinen Beitrag leisten konnte. Literaturverzeichnis /1/ Eurocodes und Nationale Anhänge in der Übersicht www.eurocode-online.de /2/ Legal situation per country www.eurocodes-online /3/ Standardisation needs, proposed topics http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/ /4/ Gemeinschaftstagung Eurocode 2 für Deutschland http://www.ernst-und-sohn.de/ /5/ DESIGN OF CONCRETE BUILDINGS, 20-21 October 2011, Brussels http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/ /6/ FRILO beim Eurocode Workshop in Brüssel 2011 www.frilo.eu /7/ COMMERCIAL EUROCODE DESIGN SOFTWARE http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/doc/EurocodeSoftW.htm /8/ European Concrete Platform, Publications Eurocode http://www.europeanconcrete.eu/publications/ eurocodes /9/ Beispiele zur Bemessung nach Eurocode 2 http://www.ernst-und-sohn.de/ /10/Abschlussbericht des DIBt-Forschungsvorhabens ZP 52-5-7.278.2-1317/09: „Eurocode 2 Hochbau – Pilotprojekte” /11/Bert Ziems, Nemetschek Frilo; „Experiences with the implementation of EUROCODE 2”, International Workshop at CTU Prague 2010 www.frilo.eu Autor: Dipl.-Ing. Bert Ziems (Friedrich + Lochner GmbH) EC in den Frilo-Programmen Eurocode mit deutschem NA in den Frilo-Programmen Programmname Kürzel Normen Programmname Kürzel Normen Gebäudemodell GEO EN 1, EN 2, EN 8*) Holzstütze HO1 EN 5 ab 7/2012 Anschluss mit Versatz HO2 EN 5 Zugstoß Holz HO3N EN 5 Rahmenecke HO6 EN 5 Holzträger HO7 EN 5 Durchlaufträger DLT EN 2, EN 3, EN 5 Stabwerke ESK/TRK/RS EN 2, EN 3, EN 5 Holzbemessung HO11 EN 5 Platten mit finiten Elementen PLT EN 2 Ausklinkung-Durchbruch-Holz HO12 EN 5 Scheiben mit finiten Elementen SCN EN 2 Fachwerkknoten Holz HO13 EN 5 Einzelverbindungsmittel Holz HO14 EN 5 Fachwerkträger Holz/Stahl FWT EN 5 Stahlbetonbemessung B2 EN 2 Stahlbetonstütze B5 EN 2 Durchstanzen B6 EN 2 Kehlbalkendach symmetrisch D1 EN 1, EN 5 Treppenlauf B7 EN 2 Pfettendach symmetrisch D2 EN 1, EN 5 Spannbettbinder B8 EN 2 ab 7/2012 Sparrendach symmetrisch D3 EN 1, EN 5 D5 EN 1, EN 5 Stahlbetonkonsole B9 EN 2 ab 7/2012 Kehlbalkendach unsymmetrisch Auflagerkonsole B10 EN 2 ab 7/2012 Grat- und Kehlsparren D6 in Arbeit Rissbreitennachweis B11 EN 2 Koppel- und Gelenkpfetten D7 in Arbeit Behälter BHA EN 2 Durchlaufsparren D9 EN 1, EN 5 Leimholzbinder D10 EN 1, EN 5 D11 EN 1, EN 5 Fundament FD EN 2 Allgemeines Pfettendach Blockfundament FDB EN 2 Allgemeines Kehlbalkendach D12 EN 1, EN 5 Randstreifenfundament FDR EN 2, EN 7 Streifenfundament FDS EN 2, EN 7 Mauerwerk mehrgeschossig MWM EN 6*) Mauerwerk Kellerwand MWK EN 6*) MWP EN 6*) Stahlstütze STS EN 3 Mauerwerk Pfeiler Einfeldträger Stahl STT EN 3 Mauerwerk Bemessung MWX EN 6*) Stahlstütze - Fußplatte ST3 EN 3 ab 7/2012 Trägerauflager ST4 EN 3 Verbundstütze V1 EN 4 Schweißnaht ST5 EN 3 Verbundträger V3 EN 4 Fußpunkt eingespannte Stahlstützen ST6 EN 3 Tragsicherheitsnachweis ST7 in Arbeit Böschungsbruch BBR EN 7 Typisierte Anschlüsse ST8 EN 3 Balken auf elastischer Bettung BEB EN 2 Schraubanschlüsse Stahl ST9 EN 3 ab 7/2012 Kellerwand Stahlbeton BWA EN 2 Geschraubte Rahmenecke ST10 EN 3 Grundbruchnachweis GBR EN 7 Winkelstützmauer WSM2 EN 2 Geschweißte Rahmenecke ST14 EN 3 Fußpunkt Flansch ST15 in Arbeit Hallenrahmen S7 EN 3 ab 7/2012 Tunnelrahmen auf elastischer Bettung TEB EN 2 Schornstein Stahl S8 in Arbeit Windlasten WL EN 1 Kranbahnträger S9 EN 3 ab 7/2012 Antennenbemessung ATB in Arbeit *) Deutscher NA noch nicht verfügbar Biegetorsionstheorie BTII EN 3 Beuluntersuchung PLII EN 3 ab 7/2012 NA´s anderer Länder: Aktuelle Infos hierzu finden Sie auf www.frilo.de unter der Rubrik →Service - Eurocode FRILO-Magazin 2012 55 FRILO-Software Frilo.System.Next Mit Frilo.System.Next wird zum einen die gesamte Umgebung von Frilo bezeichnet, die zur Anwendung der Frilo Programme installiert und verwendet wird und zum anderen die Anwendung Frilo.System.Next (FSN), die den zentralen Eingang in das Frilo Programmsystem darstellt. FSN bietet neben der Auswahl der verschiedenen Verwaltungsprogramme auch einen umfangreichen Befehlssatz zur Installation, Konfiguration und Wartung des Programmsystems. Installation Die Installation ist der erste Schritt zu den Frilo Programmen. Nach dem Download der kleinen Installationsdatei für Frilo.System.Next werden alle weiteren Schritte von FSN automatisch ausgeführt. Alle erforderlichen Daten werden aus dem Web heruntergeladen, eine CD ist nicht mehr erforderlich. Optional kann eine CD auch bei der Auslieferung angefordert werden, auf der alle Daten enthalten sind, die für eine Installation ohne Web erforderlich sind. Eine CD kann auch aus den vorhandenen Daten selbst erstellt werden. Jede Installation legt ein neues Verzeichnis für ein neues Release an, alle vorherigen Installationen bleiben damit erhalten. Installationen können über FSN jederzeit gelöscht werden, die entsprechende Funktion ist im Kontextmenü bei der Auswahl der Installationen enthalten. Wird die aktuell aktive Installation gelöscht, aktiviert FSN automatisch die nächste neueste Installation. Ist keine mehr vorhanden wird automatisch ein Download angeboten. Frilo.System.Next bietet seit Mitte 2012 ein besonderes UpdateVerfahren an: die automatische 56 FRILO-Magazin 2012 Frilo.System.Next in Stichworten § Neue moderne Oberfläche für die Frilo Programme § Einfache und komfortable Installation § Automatische Aktualisierung für Release und Lizenzen § Effektives Arbeiten in Netzwerken § Übersichtliche Verwaltung aller Projekte und Positionen § Dokumentenverwaltung für Frilo und externe Dokumente § Einfache Verwaltung mehrerer Installationen Aktualisierung der Programme über einen Download aus dem Web. Dabei werden dem Anwender die aktuellsten Änderungen angezeigt und der Anwender kann selbst entscheiden, ob das Update ausgeführt wird oder nicht. Eine komfortable Verwaltung der verschiedenen Release-Versionen ermöglicht es dem Anwender auch, schnell und unkompliziert auf vorherige Versionen zurückzuschalten, sollte sich doch einmal ein Problem mit der aktuellsten Version ergeben. Ebenfalls neu in 2012 ist die automatische Aktualisierung der Lizenz über das Web. Bei jeder Änderung der Lizenzbasis, z.B. durch einen Nachkauf eines Programms oder einer Option, steht die aktuelle Lizenzdatei auf dem Frilo Webserver zur Verfügung und kann mit einem Mausklick installiert werden. Voraussetzung dafür ist natürlich eine bereits vorhandene Lizenz, damit die Zuordnung zum Kunden korrekt und zweifelsfrei ermittelt werden kann. Projektverwaltung Bereits seit Mitte 2011 ist die neue Projektverwaltung auf Basis eines SQL-Servers im Einsatz. Die bisherigen Erfahrungen mit der Verwendung von Firebird als SQL-Server sind sehr positiv, die Stabilität und die Geschwindigkeit sind wie erwartet sehr gut. Die normale Standardinstallation läuft nahezu automatisch ab - i.d.R. müssen die Vorgaben nur per Klick bestätigt werden. Bei Installationen im Netzwerk treten teilweise wiederkehrende Fragen auf, die auf der Frilo Webseite unter der Rubrik „FAQ“ für die meisten Fälle beschrieben sind. Frilo.Control.Center Die Projektverwaltung mit dem Frilo.Control.Center bietet die volle Übersicht über alle Projekte. Auch bei sehr vielen, in verteilten Standorten abgelegten Projekten geht der Überblick nicht verloren und durch das Konzept der verteilten Datenablage ist auch das Arbeiten in großen Netzwerken immer effektiv und sicher. Verteilte Datenablage bedeutet in Kurzform: zentrale Verwaltungsdaten über den SQL-Server und dezentrale Projektdaten auf dem Server, der den Anwendern am nächsten ist. Die Projektdaten liegen nicht in der Datenbank, sondern in Verzeichnissen, die vom Anwender vollkommen frei definiert werden können. Mehr dazu ist im Artikel Frilo.Control.Center beschrieben → siehe Seite 58. Frilo.Document.Designer Alle Ergebnisse aus den Frilo Programmen werden als PDF-Dokumente abgelegt. Mit dem Frilo.Document. Designer werden alle Dokumente eines Projektes verwaltet, sichtbar gemacht, in eine Reihenfolge gebracht und zu einem digitalen Statikdokument zusammengestellt. Die Einbindung von fremden Anwendungen oder auch die Einbindung von fremden PDF-Dokumenten ermöglicht die Erstellung einer kompletten digitalen Statik. Im Artikel Frilo.Document. Designer ist die Arbeitsweise genauer dargestellt → siehe Seite 60. Programmentwicklung Frilo.Start Eine besondere Eigenschaft der FriloProgramme ist der schnelle Einsatz im Sinne einer Toolbox ohne besondere Vorarbeiten zur Definition von Projekten, Datenablagen usw. Das einfache Programm Frilo.Start zeigt alle installierten Programme an, ein Klick auf das Programmsymbol startet die Anwendung mit den hinterlegten Standarddaten. Daten anpassen, rechnen, Dokument anschauen, eventuell ausdrucken – alles das kann ohne Projekt- oder Positionsdefinition ausgeführt werden. Natürlich ist auch ein Speichern in die Projektverwaltung möglich. Demo Option Das Programm Frilo.Start verfügt über eine besondere Option zum Anzeigen aller installierten Programme. Links oben unter dem großen Knopf kann die Option „Alle Programme“ gewählt werden. Der Anwender bekommt dann alle installierten Programme angezeigt, mit der Ergänzung „Demo“ hinter dem Programmnamen kann man erkennen, welche Programme lizensiert sind und welche nicht. Jedes Programm kann maximal 30 Tage mit dem vollen Funktionsumfang ohne Einschränkungen beim Drucken genutzt werden. Die Zeitprüfung bezieht sich auf das einzelne Programm, so dass verschiedene Programme zu verschiedenen Zeiten jeweils 30 Tage ausprobiert werden können. Frilo.Configuration Unter Frilo.Config sind alle Funktionen zusammengefasst, die für Wartung, Diagnose, Installation und Konfiguration erforderlich sind. Die wichtigsten Funktionen befinden sich nach dem Öffnen an oberster Stelle. Wichtig dabei ist, dass es Funktionen gibt, die der normale Benutzer ausführen kann, z.B. die „persönlichen Einstellungen“ oder auch das „Lizenzmanagement“ und im Unterschied dazu Funktionen, die Administratorrechte erfordern. Alle Funktionen, die Einstellungen zur Installation verändern, sind im Regelfall nur mit Administratorrechten ausführbar. Insbesondere die Einstellungen zum Datenbankserver fallen auch in die „Admin-Kategorie“. Die ebenfalls angebotenen Windows-Funktionen sind nur für den schnellen Zugriff gedacht – alle diese Funktionen findet man auch in der Windows Systemsteuerung. Frilo.Data.Control Frilo arbeitet aktuell an der Umstellung aller Programme auf ein neues modernes Design und eine verbesserte und übersichtliche Benutzerführung. Ein Kernstück dieses neuen Designs ist das Frilo.Data.Control (FDC), erstmalig im Einsatz beim Programm HO13 und bei den Mauerwerksprogrammen. Mit der Version FDC.NET ist eine Weiterentwicklung begonnen worden, die noch zusätzlichen Komfort durch die Verwendung der Ribbon-Menüleiste bietet, wie sie z.B. aus den OfficeAnwendungen bekannt ist. Die Logik der Bedienung ist bei dieser Weiterentwicklung gleich geblieben, alle Eingabewerte werden mit der Eingabetaste der Reihe nach durchlaufen, der Anwender muss nirgendwo nach Werten suchen. Alle geometrischen Werte sind dazu noch direkt in der Grafik bearbeitbar, was die Änderungsarbeiten an einer Position deutlich vereinfacht und beschleunigt. FRILO-Magazin 2012 57 FRILO-Software Frilo.Control.Center Das Frilo.Control.Center (FCC) ist die zentrale Schaltstelle zur Verwaltung aller Projekt- und Positionsinformationen. Die Informationen im Frilo. Control.Center kommen aus einer zentralen Datenbank, in der alle Projekte erfasst sind, unabhängig davon wo die Daten der Projekte wirklich abgelegt sind. Dieses Konzept der verteilten Datenhaltung hat sehr viele Vorteile. Die Verwaltungsdaten sind getrennt von den eigentlichen Projektdaten. Die Projektdaten können beliebig im Netzwerk verteilt werden und passen sich damit jeder vom Anwender vorgegebenen Ablagestruktur an. Frilo benötigt also keine eigene Ablagestruktur, Frilo kann sich in bestehende Strukturen integrieren lassen. Die Projektübersicht im FCC wird durch das Abfragen der Datenbank erstellt, was in jedem Fall sehr schnell geht, da kein aufwändiges Suchen auf den Festplatten oder auf den Netzwerklaufwerken erforderlich ist. Die Verwendung eines SQL-Servers garantiert immer schnelle Zugriffszeiten. Der SQL-Server läuft als Windows Dienst im Hintergrund und hat seine eigenen Rechte. Projektordner Die oberste Ebene in der Ablagehierarchie des FCC ist der Projektordner. Beim Anlegen eines Projektordners kann ein beliebiger Pfad angegeben werden. Je nachdem, ob der Pfad öffentlich im Büronetzwerk zugäng- lich ist, kann als weitere Auswahl die Einstellung „sichtbar für alle“ gewählt werden. Wird diese Einstellung gesetzt, kann jedes FCC, das mit diesem Server verbunden ist, auf den Projektordner zugreifen. Ist die Einstellung „sichtbar für alle“ nicht gesetzt, so kann nur der Anwender den Ordner sehen, der ihn angelegt hat. Ist der Pfad zum Ordner ein lokales Laufwerk, so wird dieser Ordner nur sichtbar, wenn der Anwender und der Computer, von dem aus der Ordner angelegt wurde, gleich sind. Damit sind also beliebige Sichtbarkeiten der Projektordner möglich, bei gleichzeitig zentraler Verwaltung über einen Server. Auf einen Blick § Übersichtliche und vollständige Ablage aller Frilo Projekte § Unbeschränkt netzwerkfähig bei gleichbleibender Performance § Stabile und sichere Verwaltung ohne Rechteprobleme § Automatische Aktualisierung aller Informationen § Sicherheit durch Historie und verzögertes Löschen § Synchronisierung mit Tablet-Computer (IPAD) § Integration in vorhandene Projektverwaltungen möglich Vorschaubild 58 FRILO-Magazin 2012 Projektordner Projektliste Positionsliste Programmentwicklung Projekte In einem Projektordner können beliebig viele Projekte definiert werden. Die Projekte werden im Projektordner in codierter Form abgelegt, mit einer eindeutigen ID und nicht mit dem Projektnamen. Auf dem Dateisystem kann man also die einzelnen Projekte nicht mehr erkennen, es ist nur eine Sammlung von IDs sichtbar. Mit diesen sogenannten Global Unique Identifier (GUID) wird sichergestellt, dass auch beim Transport von Projekten zwischen verschiedenen Ablagen, niemals doppelte Projekte entstehen können. Die Daten sind immer eindeutig. Eine Kopie eines Projektes auf einen anderen Namen ist in FCC selbstverständlich möglich. Positionen In jedem Projekt können beliebig viele Positionen definiert werden. Auch die Position bekommt, wie bei den Projekten beschrieben, eine GUID zur eindeutigen Kennzeichnung, egal auf welchem Rechner eine Position erstellt wurde. Damit ist auch beim Austausch von Positionen zwischen verschiedenen Anwendern mit verschiedenen Datenbanken sichergestellt, dass immer die gleiche Position bearbeitet wird und nicht versehentlich Kopien entstehen. Jede Position kann via Mail verschickt werden und auf einem anderen System wieder importiert werden. Positionen im Dokument Ist eine Position im Frilo.Document. Designer enthalten, so wird dies im FCC mit dem Dokumentsymbol angezeigt. In diesem Fall sind einige Funktionen nicht zugelassen, insbesondere kann die Position im FCC nicht gelöscht werden, solange das Dokument darauf referenziert. Historie Eine besondere Eigenschaft der neuen Frilo Projektverwaltung ist das Mitführen einer Historie bei den Positionen. Bei jedem Speichern wird eine Kopie des vorherigen Zustandes abgelegt, so dass es möglich ist, auf den Stand einer früheren Berechnung zuzugreifen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Position einen komplexen Datenbestand hat, der nach dem Speichern nicht mehr so einfach zurückgesetzt werden kann, z.B. bei FEM-Analysen oder beim Gebäudemodell. Mit einer zentralen Bereinigungsfunktion können alle Daten der Historie nach Abschluss des Projektes vor der Archivierung gelöscht werden. Sicherheit Die Sicherheit der Daten ist ein besonderes Anliegen der Frilo Projektverwaltung. Aus diesem Grund werden beim Löschen von Positionen oder Projekten zunächst nur die Löschaktionen in der Datenbank vermerkt, die physikalischen Daten in Form von Dateien bleiben erst einmal bestehen. Erst wenn der Anwender die Funktionen zum Aufräumen aufruft, werden alle gelöschten Daten wirklich entfernt. Import / Export Projekte aus den bisherigen Datenverwaltungen der letzten Jahre können problemlos importiert werden. Als besonderes Feature steht aber auch ein Export der neuen Projekte in die alten Strukturen zur Verfügung. Beim Import werden immer Kopien aus den alten Daten angelegt, die alten Projekte werden nicht verändert. Backup Eine Backup Funktion (Sicherungen) für Projekte ist vorhanden und sichert den kompletten Datenbestand in einer Archivdatei. Diese Datei mit der Namenserweiterung „archive“ ist auch gleichzeitig die Austauschdatei, wenn ganze Projekte zwischen verschiedenen Anwendern ausgetauscht werden sollen. Für die Sicherung des Backup-Projektordners ist der Anwender selbst verantwortlich. Dies kann mit der normalen Datensicherung erledigt werden, die in jedem Büro in unterschiedlicher Form aktiv ist. Vorlagen Mit der Verwendung von FCC ist auch ein neues Vorlagenkonzept für die Programme verfügbar. Es können beliebige Positionen aus verschiedensten Projekten als Vorlagen definiert und beim Start der Programme über einen Dialog ausgewählt werden. Synchronisierung mit Tablet Computer Im FCC können verschiedene Projekte zur Synchronisierung mit einem Tablet Computer angemeldet werden. Es stehen Anwendungen für das IPAD und auch für verschiedene Android Geräte zur Verfügung. → Siehe hierzu Seite 62. Ergebnisvorschau Alle Berechnungsausgaben der Frilo Programme werden als PDF-Datei im Verzeichnis der Positionen abgelegt. Im FCC können diese Dokumente direkt angezeigt werden, ein erneutes Aufrufen der Programme oder gar eine neue Berechnung zum Erstellen des Ausdrucks ist nicht erforderlich. FRILO-Magazin 2012 59 FRILO-Software Frilo.Document.Designer Dokumentenverwaltung mit PDF Mit dem neuen Frilo.Document.Designer lassen sich die Dokumente eines Projektes wesentlich einfacher und komfortabler organisieren. Neben den Statikausgaben aus den Frilo-Berechnungsprogrammen können mit FDD auch externe Formate und Anwendungen ins Dokument eingebunden werden. Mit Unterstützung der praxisnahen Funktionen und umfangreichen Layoutmöglichkeiten werden im FDD die einzelnen Teildokumente im Handumdrehen zu einem Gesamtdokument auf PDF-Basis formatiert. Gestartet wird der Frilo.Document. Designer entweder direkt aus dem Frilo.System.Next Startfenster oder – praktischer – aus der Projekt- und Positionsverwaltung Frilo.Control. Center (FCC) über das Symbol „Dokument öffnen“ - siehe Bild unten. Eigenschaften des Frilo.Document.Designer § Schnelle Verwaltung auch bei großen Dokumenten § Schnelles Formatieren § Paralleles Arbeiten mit mehreren Dokumenten § Flexible Kapitelstruktur § Frei definierbarer Seitenkopf § Automatische Seitennummerierung § Fixierbare Seitennummern § Beliebig verschiebbare Reihenfolge der Teildokumente § Umfangreiche Layoutgestaltung der Frilo-Ausgabe § Freier Text innerhalb des Dokuments und der Frilo-Positionen § Frilo-Ausgabe erweiterbar/reduzierbar durch Ein- und Ausblenden § Eingebundene externe Anwendungen können per Doppelklick auf das Teildokument gestartet und der Inhalt bearbeitet werden § Direktes Einbinden von - Frilo Positionen - MS-Office Dokumenten - Open Office - Grafiken - PDF - ... und aller Formate, die das Drucken im Hintergrund unterstützen Weitere Funktionen § Mögliche Elemente des Dokuments: -Titelblatt -Vorbemerkungen -Vorlagen -Kapitel -Abschnitte § Frei definierbares/konfigurierbares Seitenlayout (Format, Ränder, Schrift, Überschriften, Tabellen, Struktur, Seitenkopf usw.) § Starten der einzelnen Positionen aus dem Dokument per Doppelklick und Aktualisierung des entsprechenden Ausgabeinhalts. Layoutvorlagen Komfortables Erstellen und Verwalten von Layoutvorlagen über den Layout Editor. Definierbare Elemente des Statikdokumentes sind: § Seitenköpfe § Papierformat § Seitenränder § Schriften (Font, Größe, Farbe, fett, kursiv) können für verschiedene Elemente im Statikdokument (Überschriften, Standard, hervorgehoben, Warnungen ...) separat festgelegt werden. § Tabellen (Titel, Farbe, Trennlinien, Abstände, Kopf, Körper, Fuß) § Struktur (Inhaltsverzeichnis, Dokument, Nummerierungs- und Darstellungsoptionen, Formatierung Einfrier-Funktion Austauschseiten und Änderungen sofort an der Nummerierung erkennen? Kein Problem, einfach den Button „Einfrieren“ anklicken und die bisherige Seitennummerierung bleibt erhalten, Änderungen und Austausch- 60 FRILO-Magazin 2012 Programmentwicklung Beispiel Erstellen eines Statikdokuments Der Ablauf bis zur Erstellung eines Statikdokumentes ist ganz einfach: seiten werden mit Buchstaben und Erweiterungsnummern formatiert dargestellt – eine Erleichterung für Statiker und Prüfer. PDF-Dokument immer aktuell Das PDF-Dokument muss nicht „extra“ erzeugt werden - es wird immer automatisch mitgeführt. Sie wählen im Frilo.Control.Center ein vorhandenes Projekt, klicken auf „Dokument öffnen“ - FDD wird gestartet. Sofern für das gewählte Projekt noch kein Dokument existiert, ist das Inhaltsverzeichnis leer. Wählen Sie nun z.B. „Vorhandene Position“, so werden alle Positionen des Projektes in einem Auswahlfenster angezeigt und Sie können eine Position wählen, die ins Dokument eingebunden werden soll (oder mit gedrückter „Strg“-Taste auch mehrere). Das entsprechende Programm startet mit der gewählten Position und Sie können Änderungen vornehmen. Ansonsten beenden Sie das Programm wieder und FDD beginnt mit der Formatierung des Dokuments. Nach der Formatierung sehen Sie das „Teildokument“ im Inhaltsverzeichnis auf der linken FDD-Seite aufgeführt. So können Sie mehrere vorhandene Positionen – natürlich auch neue Positionen – einfügen, dazu noch fremde (druckbare) Dateien wie Word, Excel oder Open-Office, Grafiken, gescannte Zeichnungen einbinden oder freien Text und bei Bedarf Leerseiten eingeben. Durch Einfügen von Kapiteln lässt sich das Dokument noch mit einer hierarchischen Struktur sinnvoll unterteilen. Später können Sie z.B. die Kapitel durch einfaches „Drag&Drop“ anders anordnen und einzelne Abschnitte im Dokument per Mausklick ein- und ausblenden. FRILO-Magazin 2012 61 FRILO-Software Frilo und die Tablet Computer Anfangs mehr als Spielzeug belächelt hat der Tablet PC einen weltweiten neuen Standard geschaffen. Besonders herausragend gegenüber einem normalen Computer ist die schnelle Verfügbarkeit, ohne langes Hochfahren des Rechners. Die Tablet PCs sind immer einsatzbereit und mit AkkuLaufzeiten von knapp 10 Stunden auch den ganzen Tag ohne Stromanschluss verfügbar. Es ist klar, dass ein Tablet Computer keinen Arbeitsplatz ersetzen kann und auch kein Ersatz für einen Laptop ist. Aber es sind Geräte, die im Bereich Kommunikation und Information alles bieten, was man normalerweise braucht. Auch das Schreiben von Notizen ist sehr gut möglich, die integrierte elektronische Tastatur ist gut bedienbar und vor allem vollkommen geräuschlos. Man kann also auch in Meetings gut mitschreiben, ohne mit dem Klappern der Tasten zu stören. Das flache Gerät wird auch mehr wie ein normaler Schreibblock benutzt und nicht wie ein Laptop mit aufgeklapptem Bildschirm als Versteck für den dahinter Sitzenden. Marktführer ist seit der Einführung des ersten IPAD am 3. April 2010 die Firma Apple, die auch die dritte Generation des IPAD sehr erfolgreich in den Markt eingeführt hat. Die beeindruckenden Verkaufszahlen lassen sich in Wikipedia unter den Stichworten Apple, IPAD nachlesen. Von den ersten beiden Generationen des IPAD sind bis Ende 2011 insgesamt 55 Millionen Geräte verkauft worden, nach Angaben von Apple sind das etwa zwei Drittel des gesamten Marktes. Die Geräte anderer Hersteller auf der Basis des Betriebssystems Android haben kleinere Marktanteile und sind auch in der Bedienung nicht so locker 62 FRILO-Magazin 2012 und elegant wie das Apple IPAD. Deswegen liegt das Hauptaugenmerk in diesem Artikel auch auf dem IPAD, die beschriebene Frilo-Anwendung ist aber auch auf anderen Geräten verfügbar. Informationen auf dem IPAD stehen immer schnell zur Verfügung. Dazu gibt es eine Fülle von sogenannten Apps, mit denen Informationen aller Art auf das IPAD übertragen werden können. So kann man problemlos ganze Verzeichnisse vom Arbeitsplatz auf den IPAD synchronisieren und hat dann alle Dokumente immer dabei und schnell verfügbar. Alle Arten von Dokumenten können auf dem IPAD angezeigt werden, insbesondere alle Office-Formate und natürlich PDF. Mail und Termine sind ebenfalls vorhanden, so dass dem Anwender alle organisatorischen Daten in vollem Umfang zur Verfügung stehen. Jedes IPAD verbindet sich automatisch mit einem WLAN-Netzwerk, wenn es dafür einmalig autorisiert worden ist. Eine optionale SIM-Karte ermöglicht die Verbindung zum Internet auch dann, wenn kein WLAN verfügbar ist. Die Anwendung „Static To Go“ Frilo hat für das IPAD und auch für Android Tablets eine neue Anwendung entwickelt, mit der es möglich ist, den kompletten Projektdatenbestand in Form von PDF-Dateien immer aktuell dabei zu haben, ohne besonderen Aufwand und genau in derselben Struktur wie auf dem Rechner im Büro. Die Frilo-App „Static To Go“ synchronisiert alle Dokumente eines Projektes zusammen mit der Projektstruktur auf das IPAD. Einzige Voraussetzung ist, dass alle Dokumente dem Frilo.Control.Center (FCC) bekannt sind. Für die statischen Positionen gilt dies uneingeschränkt und für weitere Dokumente auch, wenn man die Optionen des Frilo.Document.Designer (FDD) mit dem Hinzufügen beliebiger Dokumente aus anderen Anwendungen nutzt. Zu jedem Dokument können Notizen erstellt werden, die auch zwischen Arbeitsplatz und IPAD synchronisiert werden. Ein Arbeiten ohne Verbindung zum Netzwerk ist selbstverständlich möglich. Die Daten werden nur synchronisiert, wenn das IPAD im Netzwerk mit dem Arbeitsplatz über WLAN Kontakt hat. Im FCC werden die Projekte ausgewählt, deren Dokumente synchronisiert werden sollen. Die Notizen zu den Dokumenten der Positionen werden ebenfalls im FCC angezeigt. Die Synchronisierung erfolgt auf Anforderung durch den Anwender. Nach der Synchronisierung sind alle Dokumente auf dem IPAD gespeichert und man kann mit diesem kleinen Gerät das Büro zu externen Besprechungen verlassen und hat alle Informationen in beliebiger Detailtiefe dabei. Technische Details Die Technik für die Synchronisierung zwischen IPAD und Arbeitsplatz ist einfach aufgebaut und einfach zu installieren. Die Kommunikation wird über einen Dienst ausgeführt, der über Frilo.System.Next zu installieren ist. Die erforderliche Datei steht Online auf dem Frilo Server zur Verfügung. Über die Service-Funktionen im Frilo.Config wird unter dem Stichwort „Installation“ die Funktion „Frilo Sync Programmentwicklung Service für IPAD“ ausgeführt, es sind keine weiteren Eingaben erforderlich. Anschließend wird die App auf dem IPAD installiert. Dazu wird im Apple Store das Stichwort „Static To Go“ eingegeben und die passende App heruntergeladen. Die App ist kostenlos. Die Nutzung der gesamten Anwendung hängt von einer Option für FCC ab – diese Option ist kostenpflichtig und kann wie ein normales FriloProgramm über Frilo gekauft werden. Die ersten 30 Tage der Nutzung sind kostenfrei. Beim ersten Start von „Static To Go“ wird die Synchronisierung automatisch mit dem Standardserver ausgeführt. Das ist ein von Frilo definierter Server im Internet, auf dem eine Demo-Installation der Frilo-Programme läuft, mit Beispielprojekten und den dazugehörigen Dokumenten. Zur Synchronisierung mit den eigenen Daten werden der Computername und der Benutzername bei den Einstellungen zur Synchronisation auf dem IPAD eingegeben, auf dem die Frilo Anwendung FCC verfügbar ist. Es spielt keine Rolle, ob die Daten auf dem lokalen Computer liegen oder im Netzwerk, es wird alles synchronisiert, was im FCC angezeigt wird und für die Synchronisierung aktiviert ist. Ein Hindernis für die Synchronisierung könnte eine aktive Firewall sein. Sollte eine Firewall aktiv sein, so muss der Frilo Sync Service mit seinem entsprechenden Port als Ausnahme eingetragen sein. Eine detaillierte Beschreibung steht als PDF auf der Homepage von Frilo zur Verfügung. Projekte, die aktuell auf dem IPAD verfügbar sind. Ein Klick auf eines der Projekte wechselt in die Positionsliste. Für jede Position kann dann sofort das zugehörige Dokument angezeigt werden. Das Dokument kann entsprechend den Bedienregeln für das IPAD vergrößert, verschoben und umgeblättert werden. Optional ist eine Vollbildansicht möglich, dann werden alle anderen Informationen ausgeblendet. Mit einem Klick auf „Notizen“ wird das Fenster mit den Notizen eingeblendet, zugehörig zur aktuell aktiven Position, also zu der Position, die aktuell gerade rechts im Fenster angezeigt war. Die PDF-Datei und optional die Notizen können als Mail verschickt werden, so dass entsprechende Anweisungen von unterwegs an das Büro gegeben werden können. Eine Suchfunktion kann nach Inhalten in den Notizen suchen, nicht nach Inhalten einer PDF! Ist die Notiz gefunden, kann das entsprechende Dokument ebenfalls angezeigt werden. Anmerkung Mit „Static To Go“ werden alle Dokumente aus dem Frilo Projekt auf das IPAD synchronisiert. Es sind also alle Hinweis zum IPAD Der Name des Arbeitsplatzes, z.B. „AP001“, muss bei der Angabe in der App noch um „.local“ ergänzt werden – es muss also „AP001.local“ eingegeben werden, damit der Name des eigenen Computers richtig aufgelöst wird. Alternativ kann auch die IP-Adresse des Arbeitsplatzes eingegeben werden – so gibt es definitiv immer eine korrekte Verbindung. Eine IP-Adresse ist aber in einem üblichen Netzwerk keine fixe Größe, sondern kann sich von Anmeldung zu Anmeldung verändern. Verwenden Sie also die IP-Adresse nur, wenn Sie sicher sind, dass diese Adresse auch fix dem Arbeitsplatz zugewiesen ist. relevanten Unterlagen auf dem IPAD für einen schnellen Zugriff vorhanden, die mit Frilo-Anwendungen erstellt wurden oder von Frilo-Anwendungen verwaltet werden. Weitere Daten aus anderen Ordnern werden nicht über „Static To Go“ synchronisiert. Für diese Aufgabe sind andere Apps aus dem Apple Store geeignet. Zu empfehlen ist die Anwendung „Documents To Go“, mit der verschiedene Ordner vom Arbeitsplatz auf das IPAD synchronisiert werden können. Diese App erlaubt auch das Öffnen und Bearbeiten von Office-Dateien. Nutzung der App Mit der Frilo App „Static To Go“ werden alle PDF Dateien aus den gewählten Projekten auf das IPAD kopiert. Der Startbildschirm von „Static To Go“ zeigt eine Liste aller FRILO-Magazin 2012 63 FRILO-Software FDC.NET - Weiterentwicklung der Benutzerführung Frilo hat schon in 2009 das erste Programm mit einer neuen Benutzerführung auf den Markt gebracht. Kernstück der neuen Benutzerführung ist die Zusammenfassung aller Eingabewerte im neuen Frilo.Data.Control und die große Grafik mit direkten Änderungsmöglichkeiten. Diese Option war bei den ersten Programmen noch nicht enthalten, wird aber zunehmend mehr zum Einsatz kommen. Die Weiterentwicklung des Frilo. Data.Control (FDC) zum FDC.NET hat zum einen technische Gründe – es wird eine moderne Programmiersprache verwendet – und zum anderen Gründe in Bezug auf eine bessere Übersicht. Dies wird erreicht durch den Einsatz einer sogenannten Ribbon-Menüleiste, eine Zusammenfassung von Funktionen und Informationen, wie sie aus den aktuellen Office-Versionen bereits bekannt sind. Das neue FDC.NET ist von den Grundlagen der Eingabe genau gleich wie das bereits in verschiedenen Programmen aktive FDC der ersten Generation. Der Anwender muss also nichts Neues lernen, die Oberfläche ist nur in einem neuen Layout verpackt und mit neuen zusätzlichen Optionen ausgestattet, die das Arbeiten noch einfacher machen. 64 FRILO-Magazin 2012 Ribbon Menüleiste Die Ribbon-Menüleiste ersetzt die bisherige schmale Menüleiste, kann deutlich mehr Funktionen enthalten und trotzdem übersichtlich bleiben. Die Frilo-Programme nutzen die optionale Verwendung verschiedener Registerkarten derzeit nicht – alle Funktionen sind aktuell auf der ersten Seite zusammengefasst. Durch die Verwendung von Auswahlboxen werden die Informationen permanent angezeigt, der Anwender weiß also sofort, was in der Position eingestellt ist. Ein besonderes Element in der Leiste zeigt den Stand der Berechnung an, im Beispiel ist ein großer gelber Punkt mit dem Text „Warnungen!“ vorhanden, was darauf hinweisen soll, dass in der Berechnung an irgendeiner Stelle die Nachweise noch nicht vollkommen erfüllt sind. Die grüne Variante zeigt an, dass alles OK ist, die rote Variante zeigt an, dass Nachweise definitiv nicht erfüllt sind. Arbeiten in der Grafik Ein wesentliches Element der neuen Frilo Benutzerführung ist das Arbeiten in der Grafik, direkt am Objekt. Dies ist die schnellste und effektivste Art der Bearbeitung, die Zuordnung der Eingaben ist eindeutig. Dabei können entweder Zahlenwerte direkt bearbeitet werden oder man kommt durch Anklicken von Objekten und dem Aufruf der Eigenschaften zu einem Dialog, der genau die mit diesem Objekt verbundenen Daten zeigt und zur Bearbeitung anbietet. Das permanente Fenster mit dem Frilo.Data.Control kann optional sogar ausgeblendet werden, weil es zum Bearbeiten der Daten nicht mehr zwingend erforder- Programmentwicklung FDC-Bereich lich ist. Die Eingabe erfolgt dann im Grafikfenster, z.B. direkt in der Maßkette. Wenn das FDC sichtbar ist, wird mit einem Klick auf das Objekt, z.B. die Last, der zugehörige Bereich im FDC aktiviert und geöffnet. Erste Programme Mit dem Release 2012-2 sind erste Programme mit dieser neuen Oberfläche zur Auslieferung vorgesehen. Neue Versionen des Fundamentprogramms FD, des Durchstanzpro- gramms B6 und ein neues Programm zur Berechnung von Holztafeln werden die ersten sein, die mit FDC.NET auf den Markt kommen. FRILO-Magazin 2012 65 FRILO-Software LWS - Neues Design beim Wind- und Schneelastprogramm Das Frilo-Wind- und Schneelast-programm WS wird noch in diesem Jahr in einer komplett neu entwickelten Version mit dem Frilo-Programmkürzel LWS auf den Markt kommen. Neben inhaltlichen Ergänzungen wird das Programm auch auf die neue FDCEingabeoberfläche umgestellt - die Möglichkeiten der grafische Ergebnisdarstellung werden somit erheblich erweitert. Neue Eingabeoberfläche Die Programmentwicklung von LWS nutzt die Möglichkeiten der neuen Frilo-Eingabeoberfläche „Frilo.Data. Control“ (FDC) in ihrer ganzen funktionellen Vielfalt. Mit dieser stark grafisch orientierten Oberfläche ist es möglich, das Programm komplett über die Grafik zu bedienen. Hilfreich dabei ist ein sogenannter Assistent, mit dem in einem Fenster die wichtigsten Parameter voreingestellt werden können. Alle weiteren Eingaben können dann wahlweise direkt in der Grafik oder über die nach wie vor verfügbaren Eingabefelder definiert werden. Änderungen sind auf dieselbe Art und Weise möglich. Erweiterung der grafischen Ergebnisdarstellung Die Wind- und Schneelasten können in verschiedenen Ansichten und Schnitten grafisch dargestellt werden. In der Grundrissdarstellung sind die Schnittspuren für Längs- und Querschnitt dargestellt. Diese können durch Eingabe eines Maßwertes verschoben werden. Die Darstellung der Lasten im zugehörigen Schnitt wird dabei automatisch angepasst. Inhaltliche Erweiterungen Zusätzlich zu den bisher bereits verfügbaren Dachtypen Flachdach, Pultdach, Satteldach und Walmdach sind jetzt zusätzlich Vordach und freistehende Wand im Programm enthalten. Weiterhin können dann auch Lasten aus Schneeverwehung, Höhensprung und Windinnendruck mit dem Programm berechnet werden. 66 FRILO-Magazin 2012 Programmentwicklung Grafische Eingabe und Darstellung Nach Vorgabe der Grundparameter können nahezu alle Werte direkt in der Grafik eingegeben und geändert werden. Natürlich ist auch die gewohnte Eingabe über Eingabefelder möglich. Verschiedene grafische Darstellungsmöglichkeiten: Einzel-, Isometrie- Mosaikdarstellung per Mausklick. FRILO-Magazin 2012 67 FRILO-Software Programmübersicht Das Frilo Gebäudemodell GEO Gebäudemodell Horizontallasten Erdbebenlasten Träger DLT Durchlaufträger Bewehrungsführung zu DLT zweiachsige Beanspruchung Stahl/Holz zweiachsige Beanspruchung Stahlbeton Stabwerke ESK+TRK Ebenes Stabwerk + Trägerrost Räumliches Stabwerk Platten + Scheiben PL5 Durchlaufplatten DIN PLT Platten mit Finiten Elementen, beliebig SCN Scheiben mit finiten Elementen Stahlbeton B2 Stahlbetonbemessung Polygonale Bemessung B5 Stahlbetonstütze Heißbemessung zu B5 B6 Durchstanzen B7 Treppenlauf B8 Spannbettbinder B9 Stahlbetonkonsole B10 Auflagerkonsole B11 Rissbreitennachweis BHA Behälter BX TA Dauerhaftigkeit - Brandschutz Temperaturanalyse im Querschnitt Stahlbau STS STT ST3 ST4 ST5 ST6 ST7 ST8 ST9 ST10 ST12 ST13 ST14 ST15 STX S7 S8 S9 ATB BTII PLII Q3 Stahlstütze Einfeldträger Stahl Stahlstütze - Fußplatte Trägerauflager Schweißnaht Fußpunkt eingespannte Stahlstützen Tragsicherheitsnachweis Typisierte Anschlüsse Schraubanschlüsse Stahl Geschraubte Rahmenecke Aussteifungsverband Stahl Schubfeldsteifigkeit Geschweißte Rahmenecke Fußpunkt Flansch Stabilitätsnachweis Hallenrahmen Schornstein Stahl Kranbahnträger Antennenbemessung Biegetorsionstheorie Beuluntersuchung Querschnitte Stahl Fundamente FD Fundament FDB Blockfundament FDR Randstreifenfundament FDS Streifenfundament Grundbau BBR Böschungsbruch BEB Balken auf elastischer Bettung BWA Kellerwand Stahlbeton EDB Erddruckberechnung GBR Grundbruchnachweis SPU Spundwand TRA Trägerbohlwand WSM2 Winkelstützmauer 68 FRILO-Magazin 2012 Programmübersicht Hausdächer D6 Grat- und Kehlsparren D7 Koppel- und Gelenkpfetten D9 Durchlaufsparren D10 Leimholzbinder D11 Allgemeines Pfettendach D12 Allgemeines Kehlbalkendach Holzbau HO1 HO2 HO3N HO6 HO7 HO9 HO11 HO12 HO13 HO14 HTW FWT Holzstütze Anschluss mit Versatz Zugstoß Holz Rahmenecke Holzträger Aussteifungsverband Holzbemessung Ausklinkung-Durchbruch-Holz Fachwerkknoten Holz Einzelverbindungsmittel Holz Wandtafel Fachwerkträger Holz/Stahl Mauerwerk MWM Mauerwerk mehrgeschossig MWK Mauerwerk Kellerwand MWP Mauerwerk Pfeiler MWX Mauerwerk Bemessung Günstige Programmpakete Unsere Standardprogrammpakete FRILO-Auswahl-Paket (15 aus einer Liste wählbare Programme), Stahlbeton, Stahl, Holz und Dach, Grundbau und Mauerwerk finden Sie auf unserer Homepage www.frilo.de. Euronormen Bei Programmen mit implementierter Euronorm ist ein Nationaler Anhang – i.d.R. des Landes, in dem der Kunde seinen Hauptfirmensitz hat – im Programmpreis enthalten. Nationale Anhänge weiterer Länder können als Zusatzoption (Aufpreis) erworben werden. Kurzbezeichnungen für die Nationalen Anhänge Aus Platzgründen werden im Text teilweise folgende Kürzel für die Nationalen Anhänge verwendet: NA-D/AT/GB/IT/NL/BE/CZ für die Länder Deutschland/Österreich/Großbritannien/Italien/ Niederlande/Belgien/Tschechien Englische Versionen Alle unsere Programme stehen mit umschaltbarer Ein- und Ausgabe in englischer Sprache zur Verfügung. Englische PDF-Manuals und Produktdatenblätter finden Sie auf unserer englischen Homepage www.frilo.com Verbundbau V1 Verbundstütze V3 Verbundträger TCC Topfloor Holz-Beton-Verbund Verschiedenes FDD Frilo.Document.Designer LAST Lastzusammenstellung LWS Lastermittlung Wind und Schnee Q2 Querschnittswerte von Polygonflächen TEB Tunnelrahmen auf elastischer Bettung SL3 Stückliste Profilstahl WL Windlasten Das Programm FD - Fundament mit der neuen FDC.NETOberfläche und eingeblendetem Ausgabedokument FRILO-Magazin 2012 69 FRILO-Software GEO - Das FRILO-Gebäudemodell ... Das praxisnahe Konzept des Programms GEO beruht auf einfach nachvollziehbaren Ansätzen. Hierbei steht nicht das Gebäudemodell mit allen Details im Zentrum der Betrachtung, sondern die einfache, schnelle Lastermittlung und die Vorbemessung. Die endgültige Bemessung erfolgt dann über die einzelnen Frilo-Bemessungsprogramme. Während mit dem Grundmodul GEO die vertikale Lastabtragung berechnet werden kann, bietet die Ergänzung GEO-HL die Möglichkeit, die Verteilung der Horizontallasten zu berechnen. Mit dem Zusatzmodul GEO-EB können die Erdbebenlasten nach dem vereinfachten Antwortspektrenverfahren berechnet werden. Das FRILO-Gebäudemodell basiert auf Bauteilen, die alle ihre eigenen Eigenschaften haben. Gemischte Konstruktionen aus Stahlbeton, Mauerwerk, Stahl und Holz sind damit sehr gut erfassbar. Grafische Eingabe aller Bauteile und deren Eigenschaften, z.B. Decke mit unterschiedlichen Bereichen (Tragrichtung, Dicke, Bettung, Bewehrung). Weitere Bauteile sind Wände, Stützen, Unterzüge und Brüstungen (analog PLT). Schnelle Lastermittlung für die Fundamente Übersichtliche Darstellung der Lastabtragung, auch bei komplexen Bauwerken Prüffähige Ausgabe der Lastabtragung, Lasten je Geschoss und Bauteil getrennt in G, P und Volllast Schnittstellen zu Bemessungsprogrammen CAD-Anbindung 70 FRILO-Magazin 2012 Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Programminformationen DLT - Durchlaufträger Das Programm DLT berechnet Einfeldund Durchlaufträger mit maximal 12 Feldern mit oder ohne Kragarme. Trägertypen Stahlbetonplatte Stahlbetonträger Stahlträger Holzträger Träger ohne Bemessung (freie Eingabe des E-Moduls) Aluminiumträger Die Querschnitte können im Feld konstant oder veränderlich sein. Schubverformungen werden beim Holzträger optional berücksichtigt. Optimierungsmöglichkeit für Dimensionierung und Bemessung bei Stahl- und Holzträgern. Gelenke sind möglich. Neu 2012: EN 1993 (NA-D/A), EN 1995:2010 (NA-D/A/) oder die γ-fachen Lasten ausgegeben. Zusätzlich werden die Auflagerreaktionen geordnet nach Einwirkungsgruppen ausgegeben. Lastübernahme Zusatzoptionen (Aufpreis) Zweiachsige Bemessung bei Stahlbeton, Stahl- und Holzträgern sowie bei Stahlbetonträgern (einschließlich Querkraftbemessung). Bewehrungsführung für Stahlbetonträger mit Schnittstelle zum CAD Bereits ermittelte Auflagerlasten aus anderen Programmen können über die <F5>-Taste eingelesen werden. Aussparungen Bei Stahlbetonträgern sind runde oder rechteckige Aussparungen möglich – Berechnung nach Heft 399 DAfStb. Bemessung Für Beton, Stahl und Holz führt das Programm die Bemessung bzw. den Spannungsnachweis für die vorgewählten Querschnittsabmessungen durch. Automatische Ermittlung der mitwirkenden Plattenbreite nach DIN 1045-1/EN 1992. Berechnung der Verformungen im Zustand II für Stahlbetonquerschnitte nach DIN 1045-1/EN 1992. Rissbreitennachweis (Grenzdurchmesser) und Spannungsnachweis. Berücksichtigung der Anforderungen aus Dauerhaftigkeit. Ermittlung und Berücksichtigung von Kriechzahl und Schwindmaß bei den Nachweisen der Gebrauchstauglichkeit. Nachweis der Schubfuge für Platten und Plattenbalken. Nachweis für den Anschluss des Druckgurtes (Schulterschubnachweis) für Plattenbalken. Auflagerreaktionen Die Auflagerreaktionen werden je nach Programmsteuerung und Aufgabenstellung für die einfachen und/ Schnittstellen Die Lasten können an die Programme - B5, - ST1 - HO1 - B9 - B10 weitergeleitet werden. Die Nachweise für Biegedrillknicken und Elastisch-Plastisch können per Datenübergabe an das Programm BTII - Biegetorsionstheorie II. Ordnung bzw. ST7 erfolgen. Abb.: DLT mit neuem Design FRILO-Magazin 2012 71 FRILO-Software Stahlbeton Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Stahlbetonbemessung B2 Das Programm B2 dient der Querschnittsbemessung für Biegung mit Längskraft sowie für Querkraft, außerdem können Rissbreitennachweise (Lastbeanspruchung) und Spannungsnachweise geführt oder die effektive Steifigkeit ermittelt werden. Zusatzmodul B2-Poly: Bemessung polygonaler Querschnitte für zweiachsige Biegung mit Längskraft mit bis zu 100 geraden Teilstücken. Bei vorhandenem Programm TA-Temperaturanalyse: Biegebemessung und Steifigkeitsermittlung in der außergewöhnlichen Bemessungssituation Brand. Stahlbetonstütze B5 B5 berechnet ein- oder zweiachsig beanspruchte Stahlbetonstützen und -wände. § Allgemeine Stützen mit bis zu 10 Geschossabschnitten, Pendel-, Kragund Rahmenstützen § Bewehrungsführung § Erdbebenlastfall Zusatzoptionen § Heißbemessung Brandschutznachweis nach DIN 4102 für Pendelstützen und optional Heißbemessung für Pendel- und allgemeine Kragstützen nach dem allgemeinen Rechenverfahren § Temperaturanalyse auf FE-Basis Treppenlauf B7 Durchstanzen B6 Spannbettbinder B8 Mit diesem Programm kann der Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen bei punktförmig gestützten Platten und Fundamenten geführt werden. B8 berechnet Stahlbetonträger und im Spannbett vorgespannte Binder mit sofortigem Verbund oder einzelne Querschnitte. Es werden alle erforderlichen Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise geführt. Auch die Berücksichtigung außergewöhnlicher Bemessungssituationen ist durch die lastbezogene Zuordnung von Einwirkungen möglich. Berechnung eines einläufigen Treppenlaufs. Die Geometrie, bestehend aus Podesten/Konsolen und Treppenlauf wird exakt berücksichtigt. Lagerung/Podeste: § Einspannung in ein Podest § Gelenkige Lagerung mit/ohne Konsole Binderformen § parallelgurtiger Binder § symmetrische und asymmetrische Binder mit Sattel bzw. Kehle § Pultdachbinder Querschnittsformen § Rechteckquerschnitte § Plattenbalken § Pi-Platten § Schichtenquerschnitt 72 FRILO-Magazin 2012 Programminformationen Ortbetonergänzung möglich: § Massivplatte § Massivplatte mit Fertigteilschalung § Ergänzung mit zusätzlichen Schichten Stahlbetonkonsole B9 Bemessung unmittelbar von oben belasteter Konsolen. Als direkte Belastung sind möglich: § Vertikallast § Zusatzlast horizontal § Anteil der Schrägbewehrung wählbar § Bemessung einer Zusatzlast § FE-Modellierung zur Kontrolle der Tragwirkung § Darstellung der Hauptspannung aus FE-Modellierung § Berechnung der Bewehrung mit Darstellung der Bewehrungsführung Dauerhaftigkeit - Brandschutz BX § Nachweis der Dauerhaftigkeit § Ermittlung von Kriechzahl- und Schwindmaß § Brandschutzanforderungen nach DIN 4102-04, Änderung A1 sowie DIN 4102-22 § Stützen nach MLTB Durchlaufträger DLT Rissbreitennachweis B11 Dabei werden ermittelt: § Sicherheit gegen Stegdruckbruch § Druckspannung unter der Last § erforderlich As der Zug- und Stegbewehrung § Verankerungs- und Übergreifungslängen der Bewehrung § Schnittgrößen im Konsolenschnitt § Bewehrungsbild Das Programm führt den Rissbreitennachweis nach DIN 1045-1, DAfStb H.525 und Eurocode. Der Nachweis für Zwang aus Hydratation für Wände wurde komplett neu gestaltet. Das bisher verwendete Verfahren nach DAfStb Heft 466 entsprach nicht mehr dem Stand der Technik und wurde durch das Verfahren nach Lohmeyer, Ebeling „Weiße Wannen einfach und sicher“ ersetzt. Auflagerkonsole B10 Behälter BHA Berechnung ausgeklinkter Auflager. § Kombiniertes Fachwerkmodell aus lotrechter und schräger Aufhängebewehrung Berechnung rotationssymmetrischer zylindrischer Behälter unter rotationssymmetrischer Belastung. DLT berechnet Einfeld- und Durchlaufträger mit maximal 12 Feldern mit oder ohne Kragarme - siehe Seite 71 Temperaturanalyse TA Das Programm dient der Berechnung von Temperaturfeldern in rechteckigen und kreisförmigen Betonquerschnitten unter Brandangriff mit beliebigen stahlbetontypischen Abmessungen entsprechend dem deutschen und weiteren nationalen Anhängen des Eurocodes. Schnittstellen zu B2, B5. FRILO-Magazin 2012 73 FRILO-Software Stahlbau Stahlstütze STS STS führt Tragsicherheitsnachweise von Stützensystemen aus einteiligen, doppeltsymmetrischen Querschnitten. Der Nachweis erfolgt auf Grundlage idealer Verzweigungslasten für Biegeknicken und Drill- und Biegedrillknicken. Einfeldträger Stahl STT STT führt Tragsicherheitsnachweise von einfeldrigen Trägersystemen aus einteiligen, doppelt-symmetrischen Querschnitten. Der Nachweis erfolgt auf Grundlage idealer Verzweigungslasten für Biegeknicken und Drill- und Biegedrillknicken. Stahlstütze - Fußplatte ST3 Mit ST3 können unausgesteifte Fußplatten mit den Anschluss-Schnittkräften N (Druck), dem Moment My und den Querkräften Qz/Qy nachgewiesen werden. Die Auflagerung der Fußplatte erfolgt auf einer Mörtelfuge auf Beton oder Mauerwerk (bzw. freie Eingabe einer zulässigen Druckspannung). Als Stützenquerschnitte sind doppeltsymmetrische Stahlprofile (Doppel-T-, Rohr- und Hohlprofile) zugelassen. Trägerauflager ST4 Berechnung verschiedener Trägerauflager, wobei die Krafteinleitung mit oder ohne Rippen erfolgen kann. Lasteinleitungsmöglichkeiten § Träger auf Träger, Wand, Knagge, Stütze § Last auf Träger Schweißnaht ST5 Nachweis der Schweißnähte (Konsolanschluss) für beliebige Standardwalzprofile (außer Z-Profile). Neu: EN 3 74 FRILO-Magazin 2012 Fußpunkt eingespannte Stahlstützen ST6 Fußpunktnachweise für in Hülsenfundamente eingespannte Stahlstützen mit 1-achsiger Beanspruchung in z-Richtung bzw. um die y-Achse. Als Stützenquerschnitte sind I-Profile, Rechteck- und Rundrohre zugelassen (Stützenfuß mit angeschweißter Aufstandsplatte). Neu: EN 3 für I-Profile Tragsicherheitsnachweis ST7 ST7 ist ein Programm zum Nachweis der Tragsicherheit eines Stahlquerschnittes nach dem Verfahren e-e bzw. e-p (Interaktionen nach DIN, Rubin oder TSV) mit Schnittstellen zu S7 - Symmetrischer Hallenrahmen, BTII - Biegetorsionstheorie II. Ordnung, DLT - Durchlaufträger. Typisierte Anschlüsse ST8 Mit dem Programm ST8 können momententragfähige und gelenkige I-Trägeranschlüsse der Typenreihe IH, sowie der Typenreihe IS in Verbindung mit Trägerausklinkungen IK, nach dem DSTV-Ringbuch „Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau“, 2. Auflage 2002, bemessen werden. Schraubanschlüsse Stahl ST9 ST9 bemisst Schraubverbindungen im Stahlbau. Mögliche Verbindungstypen sind: § Zugstoß mit Laschen, § Trägeranschluss (Querkraftanschluss mit Winkel), § Biegesteifer Stoß mit Laschen § Stirnplattenstoß Geschraubte Rahmenecke ST10 ST10 ist ein Programm zur Berechnung von geschraubten Rahmenknoten aus Doppel-T Profilen: § T-Eck ohne Eckverstärkung § T-Eck mit Eckverstärkung (Voute) ein- oder beidseitig § Knie-Eck mit / ohne Eckverstärkung § Knie-Eck mit geschweißter / geschraubter Zuglasche sowie Eckverstärkung Aussteifungsverband Stahl ST12 Das Programm eignet sich zur statischen Berechnung und Bemessung von im Hallentragwerksbau gebräuchlichen Aussteifungsverbänden: Fachwerkverband mit druckschlaffen Stahldiagonalen für Halle mit Fachwerkbindern. Schubfeldsteifigkeit ST13 ST13 berechnet Schub- und Drehfedersteifigkeiten von Trapezblechen (mit Schnittstelle zu BTII - Biegetorsionstheorie) Geschweißte Rahmenecke ST14 ST14 berechnet geschweißte biegesteife Rahmenknoten aus Doppel-T Profilen für die Anschlussarten: Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Programminformationen § T-Eck ohne Eckverstärkung § T-Eck mit Eckverstärkung (Voute) ein- oder beidseitig § K-Eck mit/ohne Eckverstärkung § K-Eck, angeschweißte Zuglasche mit/ohne Eckverstärkung § K-Eck mit langer Voute und Montagestoß als DSTV-Schraubverbindung Fußpunkt Flansch ST15 Das Programm berechnet Rohrflanschverbindungen und Fußpunkte von kreisringförmigen Bauteilen, sowie Einzelflanschverbindungen. Stabilitätsnachweis STX Mit dem Programm STX kann für einteilige, gabelgelagerte Stäbe der Biegeknick- und Biegedrillknicknachweis mit dem Ersatzstabverfahren nach DIN 18800, Teil 2 durchgeführt werden. Optional wird der Spannungsnachweis elastisch - elastisch nach DIN 18800, Teil 1 geführt. Hallenrahmen S7 S7 ermöglicht die Berechnung eines symmetrischen Rahmens mit geknicktem oder ebenem Riegel. Der Firstpunkt kann gelenkig oder biegesteif, die Stützenfüße können gelenkig oder eingespannt sein. Riegel und Stiel können im Bereich der Rahmenecke gevoutet sein. An den Stielen sind Kranbahnträger möglich. § Schnittstellen: BTII, ST7, ST9, ST10, ST14 § Lastweiterleitung: ST3, ST6 Stahlschornstein S8 Antennenbemessung ATB Das Programm S8 berechnet Stahlschornsteine auf der Grundlage von DIN 4133. Antennenmasten können mit dem Programm ATB nach DIN 4131 berechnet werden. Systeme Frei auskragende, ungestützte und mehrfach, räumlich abgestützte Tragrohre mit beliebigem Verlauf der Querschnitte. Beim Programm ATB können außerdem 3 oder 4 Seile als Abspannung mit mehreren Lagerpunkten über die Masthöhe gewählt werden. Die Seile können mit Eisbehang besetzt sein und vom Wind angeströmt werden. versteifter Rechteckplatten aus Stahlblech am Gesamtsystem durch. Werden die entsprechenden Randbedingungen eingehalten, wird der Beulnachweis nach Norm ausgewiesen. PLII eignet sich daher insbesondere für Stegbeulnachweise von Kranbahnträgern. Kranbahnträger S9 Querschnitte Stahl Q3 S9 berechnet Kranbahnen, die von bis zu zwei Brücken- oder Deckenkranen befahren werden können. Das Programm Q3 ermittelt für zusammengesetzte Profile des Stahlbaus: § Querschnittswerte, § Kernfläche, § Normalspannungen, § Schubspannungen, § Torsionsspannungen. Biegetorsionstheorie BTII BTII führt die Tragsicherheitsnachweise an geraden, beliebig gelagerten Stabsystemen aus Stahl. Der Nachweis kann sowohl nach Biegetorsionstheorie II. Ordnung als auch nach dem Ersatzstabverfahren auf Grundlage ideeller Verzweigungslasten geführt werden. Die ideellen Verzweigungslasten werden getrennt für die Versagensfälle Biege- und Biegedrillknicken am Gesamtsystem numerisch ermittelt. Beuluntersuchung PLII Das Programm führt eine Beuluntersuchung beliebig gelagerter und Genormte Profile stehen in einer Datenbank zur Verfügung. Die Eingabe von selbstdefinierten Doppel-T-Profilen, Blechen, Rundstahl, U-, Winkel-, Hohl- und dünnwandig offenen Profilen erfolgt über die Abmessungen. Weitere Stahlprogramme § Stabwerke ESK, RS, TRK § Durchlaufträger - DLT § Fachwerkträger - FWT FRILO-Magazin 2012 75 Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de FRILO-Software Holzbau und Hausdächer Holzstütze - HO1 Rahmenecke - HO6 Holzbemessung - HO11 Nachweis der Knicksicherheit ein- und zweiteiliger Druckstäbe mit geleimten, genagelten oder gedübelten Zwischenhölzern. Stützenlagerung: Pendelstütze, Kragstütze, Fußpunkt eingespannt, Kopf gelenkig. Bemessung von Verbindungen biegesteifer Rahmenecken von Hallenbindern aus Brettschichtholz, die mit Dübelkreisen aus Stabdübeln, Dübeln besonderer Bauart oder mit Keilzinkfugen (ein/zwei Fugen) ausgeführt werden. Anschluss mit Versatz - HO2 Holzträger - HO7 Bemessung druckbeanspruchter Holzverbindungen als Stirn-, Fersen-, doppelte Versätze. Mit HO7 kann ein Durchlaufträger mit bis zu 12 Feldern unter Gleichstrecken-, Einzel- und Trapezlasten berechnet und als konstanter, rechteckiger Balken bemessen werden. Zusätzlich zu Rechteckquerschnitten können auch Stegträger der Firma STEICO gerechnet werden. Spannungsnachweise für zug-, druckoder biegebeanspruchte Holzstäbe sowie Knick- bzw. Stabilitätsnachweise. Bei Querkraft- und Torsionsbeanspruchung werden die Schubspannungsnachweise ausgeführt. Die Nachweise für die Tragsicherheit werden mittels Schnittgrößen aus Theorie I. Ordnung geführt. Die Knick- und Kippnachweise werden an einem Ersatzstabsystem geführt. Brandschutznachweise nach DIN 4102, EN 1995. Zugstoß - HO3N Tragsicherheitsnachweis für mindestens zweischnittige Zugstoßverbindungen Holz -Holz/Stahl-Holz. Holz-Holz: einteilige Zugstäbe Laschen außen, zwei- und dreiteilige Zugstäbe, Laschen innen/außen. Stahl-Holz: einteilige Zustäbe, bis zu vier innenliegende Schlitzbleche oder zwei außenliegende Stahlbleche, zweiund dreiteilige Zugstäbe mit innenund außenliegenden Stahlzuglaschen. Aussteifungsverband - HO9 Berechnung und Bemessung von im Hallentragwerksbau gebräuchlichen Aussteifungsverbänden: § Fachwerkverband mit Stahldiagonalen für Halle mit Fachwerkbindern § Dachscheibe aus Holzwerkstoffplatten mit BSH-Parallelbindern/ Satteldachbindern Ausklinkung-Durchbruch-Holz - HO12 Nachweis von Ausklinkungen und Trägerdurchbrüchen in BSH-Trägern. Ausklinkungen: § ohne Verstärkung, Ausklinkung oben oder unten, wahlweise mit Voute § mit Verstärkung durch seitliche Laschen § mit Verstärkung durch eingeleimte Gewindestangen § mit Verstärkung durch selbstbohrende Vollgewindeschrauben (Spax) § Vollgewindeschrauben nach DIN/EN Trägerdurchbrüche: § wahlweise mit Verstärkung durch seitliche Laschen § bei DIN 1052:2008 auch mit eingeleimten Gewindestangen und Vollgewindeschrauben § selbstbohrende Schrauben SPAX-S 76 FRILO-Magazin 2012 Programminformationen Fachwerkknoten Holz - HO13 Berechnung gebräuchlicher Fachwerkknoten mit ein- und mehrteiligen Querschnitten im Holzbau. Verbindungsmittel: Stabdübel/Passbolzen/Bolzen/Nägel, für Holz-Holz-und Stahlblech-HolzVerbindungen mit außen liegendem Blech auch Dübel besonderer Bauart. In den Holz-Holz-Verbindungen sind kombinierte Anordnungen von Stabdübeln und Passbolzen möglich. HO13 Einzelverbindungsmittel - HO14 HO14 ermittelt Tragfähigkeiten einzelner Verbindungsmittel unter verschiedenen Eingabekombinationen und unter Berücksichtigung des gegebenen Winkels zwischen Kraft- und Faserrichtung. Konstruktionsvarianten: § Einschnittige Holz-Holz oder Stahlblech-Holz Verbindung § Mehrschnittige Verbindung aus ein- bis dreiteiligem Holz-Bauteil mit innen-/ außenliegenden Laschen aus Holz oder Stahl Fachwerkträger - FWT Berechnung und Bemessung von im Hallentragwerksbau gebräuchlichen Fachwerkbindern aus Holz bzw. Stahl. Wählbare Typen: § Parallelbinder § Satteldachbinder § Pultdachbinder § Trapez- und Doppeltrapezbinder D10 Grat- und Kehlsparren - D6 Pfettendach - D11 Die Berechnung der Grat-/Kehlsparren erfolgt als Biegeträger. Der Durchbiegenachweis setzt voraus, dass die angeschlossenen Schifter an der Traufe verschieblich gelagert sind. Berechnung von Sparrenpaaren eines Pfettendachsystems in einem Rechengang. § Die Dachhälften können unterschiedliche Dachneigungen haben. § Die Fußpfetten können auf verschiedenen Höhen liegen. § Die linke und rechte Haushälfte können verschieden breit sein. § Es kann mit oder ohne Firstgelenk gerechnet werden. § Horizontale Lager unverschieblich bzw. verschieblich. Systeme: § Einfeldträger § Einfeldträger mit Kragarm oben § Zweifeldträger Koppel- und Gelenkpfetten - D7 Das Programm bemisst Einfeld-, Koppel- und Gelenkpfetten bei beliebiger Dachneigung, die durch Eigengewicht, Schnee und Wind belastet werden. Durchlaufsparren - D9 Kehlbalkendach - D12 Das Programm berechnet Kehlbalkendächer mit verschieblichem / unverschieblichem Kehlriegel und Sparrendächer. D9 berechnet und bemisst ein- und mehrfeldrige durchlaufende Sparren als Biegeträger. Leimholzbinder - D10 Das Programm D10 eignet sich zur Bemessung und Optimierung von Leimholzbindern einschließlich Querzugverstärkungen. D12 Mögliche Formen sind: § Pultdachbinder § Satteldachbinder mit gerader oder gekrümmter Unterkante § Bogenträger HO14 FRILO-Magazin 2012 77 FRILO-Software Grundbau Kellerwand BWA Balken auf elastischer Bettung BEB BWA bemisst Kellerwände aus Stahlbeton, die sowohl am Kopf durch Vertikallast und Moment als auch auf einer Seite durch Erddruck belastet sein können. BEB berechnet elastisch gebettete Balken und einachsig gespannte Platten nach dem Bettungsziffernverfahren. Lastenzug Nichtlineare Berechnung Optionale Ausschaltung der Zugfeder Berechnung der As-Werte Verschiedene Querschnitte und Bettungsbereiche Gelenke, Lager Optionale Schubbemessung als Platte Decke - Wand - Fundament Die Decke kann gelenkig gelagert, teilweise oder voll eingespannt sein Einzellasten auf Wandkopf und Fundamentgrenze innen Einzelmomente auf Wandkopf Auflast auf Gelände Böschung Blocklasten Bodenschichten Wasser Bodenpressungen, DIN 1054 Wandbemessung (Kopf, Mitte, Fuß) Schubbewehrung Fundament Böschungsbruch - BBR Das Programm BBR ermittelt die Böschungsbruchsicherheit eines definierten Geländes und stellt diese in Form eines Ausnutzungsgrades dar. Neu: DIN EN 1997-1 Erddruckberechnung EDB Das Programm EDB berechnet die Erddruckordinaten von der Geländeoberkante bis zu einer vorgegebenen Tiefe. Die ermittelten Erddruckordinaten können sowohl über einen Teilbereich als auch über die gesamte Tiefe detailliert ausgegeben werden. Gleichzeitig ermittelt das Programm die resultierende, horizontale und vertikale Erddruckkraft. Aktiver Erddruck Erdruhedruck Mittelwert aus aktivem Erddruck und Erdruhedruck Passiver Erddruck (Erdwiderstand) Bis zu 21 Bodenschichten Gebrochene/kontinuierliche Böschung Wasserstand rechts/links Unbegrenzte Auflast auf dem Gelände 5 Blocklasten in beliebiger Tiefe Einzelfundament FD Mit dem Programm FD können quadratische und rechteckige Fundamente ohne oder mit Köcher nachgewiesen werden. Die äußeren Lasten können zentrisch bzw. mit 1-achsiger oder 2-achsiger Lastausmitte angreifen. Köcherberechnung nach Leonhardt Köcherbemessung für raue oder glatte Schalung Nachweis auf Durchstanzen Bemessungsoptimierung des Fundaments Berechnung der Bodenpressung unter den vier Eckpunkten bzw. Ermittlung der klaffenden Fuge Berechnung mehrerer Lastfälle Zusatzlasten: Auflast, Einzellasten Schubbemessung Leichtbetonauswahl bei DIN 1045-1 Mindestbewehrung abschaltbar Einwirkung Erdbeben Lastweiterleitung zu GBR Blockfundament FDB Mit dem Programm FDB können Blockfundamente nach dem im Betonkalender 1988 Teil II S. 453 beschriebenen Verfahren bemessen werden. Unter Blockfundamenten versteht man Fundamente, in die ein Köcher eingelassen ist. Ein Blockfundament ist durch eine entsprechende Verzahnung des Stützenfußes und der Köcherwandung gekennzeichnet, so dass es wie ein mit der Stütze monolithisch hergestelltes 78 FRILO-Magazin 2012 Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Programminformationen Fundament wirkt. Die Bemessung erfolgt für Normalkraft und Moment getrennt. Lastweiterleitung zu GBR Option „Block-FD für Masten ...“ Eingespannte Blockfundamente für Masten, Schilder, Signaltafeln und Lärmschutzwände. Randstreifenfundament FDR Mit dem Programm FDR können exzentrisch belastete Grenzfundamente bemessen werden, die biegesteif an eine Stahlbetonplatte angeschlossen sind. Bis zu 50 Lastfälle Berücksichtigung der außergewöhnlichen Bemessungssituation sowie von Erdbebenlasten Biegebemessung des Fundamentes und Prüfung auf mögliche unbewehrte Ausführung Biegebemessung am Anschluss Fundament/Stahlbetonplatte Nachweis der Betondruckund Stahlzugspannungen am Plattenanschluss Rissbreitennachweis am Plattenanschluss Grundbruchnachweis unter Berücksichtigung von Berme und Einbindetiefe des Fundamentes Nachweis des Sohldruckes Bewehrung: Betonstahlmatten und/ oder Stabstahl Bemessungsschnittstelle GEO - FDR Neu: DIN EN 1992-1-1 mit DIN EN 1997-1 Streifenfundament FDS Mit dem Programm FDS können die erforderlichen Abmessungen von zentrisch und einachsig ausmittig beanspruchten Streifenfundamenten ermittelt werden. Für die gewählten Abb.: Das Programm FD - Fundament mit moderner FDC.NET-Oberfläche FDC.NET-Oberfläche Mit der Weiterentwicklung hin zu einer optimalen und modernen Programmoberfläche legt Frilo den Grundstein für noch mehr Effizienz in der täglichen Arbeit des Bauingenieurs. Durch eine sinnvolle Ergonomie und das Konzept der „on-place-Datenbearbeitung“ sowie der vermehrten Einbindung grafischer Bedienfunktionen wird die Bedienung der Programme intuitiver und effektiv schneller. on-place-Datenbearbeitung Daten wie z.B. Systemmaße oder Lastwerte können im neuen FRILO-Layout an mehreren Stellen editiert werden: im Eingabebereich oder in der Grafik. Abmessungen wird die erforderliche Biege- und Schubbewehrung ermittelt. Grundbruchnachweis GBR Das Programm führt den allgemeinen Grundbruchnachweis für mehrschichtige Böden, deren Reibungswinkel um nicht mehr als 5 Grad vom mittleren Reibungswinkel abweichen. Weitere Nachweise: Kippen, Lagesicherheit, zulässigen Sohldruck, Gleiten Schnittstellen: WSM, FD, FDB Spund- /Trägerbohlwand SPU/TRA Bis zu 10 Anker Einbindetiefe wählbar (Spundwand) Bemessung der Spundwand Nachweis der Tiefen Gleitfuge Beliebige Bodenschichten Grundwasser Böschung Zusatzlasten Winkelstützmauer WSM2 Das Programm WSM2 liefert den Standsicherheitsnachweis einschließlich der Bemessung einer Winkelstützmauer aus Stahlbeton. Stützmauer mit vo. und hi. Sporn Geländeoberfläche hinter der Wand polygonal beschreibbar Bis zu 21 Bodenschichten Berechnung von Geländestützmauern Schnittstelle: GBR FRILO-Magazin 2012 79 FRILO-Software Mauerwerk Mauerwerksprogramme Das Programmpaket Mauerwerk enthält eine Reihe von Berechnungsmodulen zum Nachweis verschiedener Bauteile aus unbewehrtem Mauerwerk aus künstlichen Steinen. MWM- Mauerwerk mehrgeschossig MWK - Mauerwerk Kellerwand MWP - Mauerwerk Pfeiler MWX - Mauerwerk Bemessung Mauerwerksarten Bei Berechnung nach DIN 1053 kann Rezeptmauerwerk und Mauerwerk nach Zulassung (Zulassungsdatenbank) berechnet werden. Weiterhin kann benutzerdefiniertes Mauerwerk definiert werden. Nach EN 1996 sind die entsprechenden Materialparameter in Abhängigkeit der nationalen Festlegungen einzugeben. Allgemeine Merkmale MWM/K/P/X Berechnungsgrundlagen Die Bemessung kann wahlweise nach § DIN 1053-1:1996-11 § DIN 1053-100:2007-09 § EN 1996-1-1 (genaueres Verfahren) § EN 1996-3 (vereinfachtes Verf.) jeweils in Verbindung mit den nationalen Anhängen durchgeführt werden: § Österreich (MWM/K/P/X) § Großbritannien (MWM/K/P/X) § Niederlande (MWM/P/X) § Belgien (MWM/P/X) § Tschechien (MWM/P/X) Einwirkungskombinationen Entsprechend der definierten Einwirkungen werden automatisch die entsprechenden Lastfälle und Lastfallkombinationen gebildet und die notwendigen Nachweise geführt, wobei die für jeden Einzelnachweis maßgebende Lastfallkombination bestimmt wird. Sicherheitskonzept DIN 1053-1: Globales Sicherheitskonzept DIN 1053-100: Teilsicherheitskonzept nach DIN 1055-100. Die allg. Anforderungen an Tragwerke nach EN 1990 bilden die Grundlage für die Berechnung nach EN 1996. 80 FRILO-Magazin 2012 Bemessung Die Bemessung erfolgt in Form eines Tragsicherheitsnachweises für das definierte System nach der vom Anwender gewählten Fachnorm. Bei Anwendung des vereinfachten Berechnungsverfahrens prüft das Programm die Einhaltung der Anwendungsgrenzen. Sind diese nicht eingehalten, steht alternativ das genauere Berechnungsverfahren zur Verfügung. Lastweiterleitung MWM/K: FDS - Streifenfundament FDR - Randstreifenfundament MWX - Mauerwerk Bemessung MWP: FD - Einzelfundament MWX: FDS - Streifenfundament FDR - Randstreifenfundament Wandpositionen können von MWX selbst aufgenommen werden, so dass die Lasten darüberliegender Geschosse übernommen werden. Einbindung in GEO Die Mauerwerksprogramme sind im Frilo-Gebäudemodell integriert. Mauerwerk Bemessung MWX MWX ist ein allgemeines Bemessungsprogramm zum Nachweis der Tragsicherheit von einzelnen Wänden aus künstlichem Mauerwerk mit rechteckigem Querschnitt. Der Nachweis kann nach dem vereinfachten oder dem genaueren Berechnungsverfahren erfolgen. Neben vorwiegend auf Druck beanspruchtem Mauerwerk können auch horizontal in Scheiben-/Plattenrichtung beanspruchte Wände nachgewiesen werden. Damit ist der Nachweis von Aussteifungsscheiben möglich. System Neben der Einzelwand können die statischen Systeme von § Untergeschosswänden § Zwischengeschosswänden § Obergeschosswänden gewählt werden. Geschossdecken können links und/oder rechts abliegend beliebig definiert werden. Die Eingabe von auskragenden Deckenplatten (Balkonplatten) ist ebenfalls möglich. Dabei wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass die nachzuweisende Wand durch eine flächig aufgelagerte Massivdecke abgedeckt ist. Nachweisführung In Abhängigkeit der gewählten Norm und der Beanspruchung werden folgende Nachweise geführt: § Druckbeanspruchung § Plattenschub § Scheibenschub § Randdehnungsnachweis § klaffende Fuge § maximal zulässige Erdbebenzone Jeder Nachweis erfolgt im Grenzzustand der Tragfähigkeit. Die zugrunde liegenden Lastkombinationen werden ausgewiesen. Programminformationen Mauerwerk Kellerwand MWK Das Programm MWK wurde für den Nachweis von Kelleraußenwänden aus Mauerwerk unter komplexen Baugrund- und Einwirkungssituationen entwickelt. MWK bietet auch dann Nachweismöglichkeiten, wenn das vereinfachte Nachweisverfahren (ohne expliziten Ansatz des Erddrucks) zu konservative Ergebnisse liefert oder die Anwendungsgrenzen überschritten werden, z.B. bei § geneigter Geländeebene § mechanischer Verdichtung des Verfüllmaterials § anstehendem Grundwasser § bindigen Böden § Erdreichbelastung durch Nachbarbebauung etc. Mauerwerk Pfeiler MWP Mauerwerk mehrgeschossig MWM Die Eingabe beschränkt sich für den Nutzer auf die Definition von Material, Geometrie und Lasten. MWK übernimmt dann Erddruck- und Schnittkraftermittlung, Kombinatorik und Nachweisführung. Über vielfältige Einstellmöglichkeiten ist dabei das Programmverhalten an die vorherrschenden Gegebenheiten anpassbar. MWP führt die Tragsicherheitsnachweise für Mauerwerkspfeiler aus künstlichen Steinen, wobei zweiachsige Lastausmitten und Biegeknicken in beide Achsrichtungen Berücksichtigung finden. Der Nachweis kann für planmäßig zentrisch beanspruchte Pfeiler nach dem vereinfachten, in allen anderen Fällen nach dem genaueren Berechnungsverfahren erfolgen. Das Programm MWM ergänzt das allgemeine Bemessungsmodul MWX in der Art, dass mehrere übereianderstehende Mauerwerkswände in einer Position berechnet werden können. Dem steht die Einschränkung gegenüber, dass mit MWM keine Aussteifungslasten angesetzt werden können. System Für die Berechnung kann neben der Einzelwand das statische System von Untergeschosswänden gewählt werden. Dabei wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass die nachzuweisende Wand durch eine flächig aufgelagerte Massivdecke abgedeckt ist. System Der Mauerwerkspfeiler kann als § Kragstütze § Pendelstütze § eingespannte Stütze berechnet werden. Die Lagerbedingungen werden dabei getrennt für die beiden Hauptachsen angegeben. Nachweisführung In Abhängigkeit der gewählten Norm und der Beanspruchung werden folgende Nachweise geführt: § Druckbeanspruchung § Plattenschub § Teilflächenpressung § klaffende Fuge Die zugrunde liegenden Lastkombinationen werden ausgewiesen. Nachweisführung In Abhängigkeit der gewählten Norm und der Beanspruchung werden folgende Nachweise geführt: § Druckbeanspruchung ggf. unter zweiachsiger Ausmitte § Plattenschub ggf. unter zweiachsiger Ausmitte § klaffende Fuge ggf. unter zweiachsiger Ausmitte Normen Die aktuell implementierten Normen entnehmen Sie bitte unseren jeweiligen Produktdatenblättern auf unserer Homepage www.frilo.de FRILO-Magazin 2012 81 FRILO-Software Platten und Scheiben FEM-Platten PLT Das Programm PLT berechnet beliebige Plattentragwerke nach der Methode der finiten Elemente. Die leistungsfähige grafische Bedienung ermöglicht durch zahlreiche Funktionen eine schnelle und effiziente Bearbeitung des komplexen Rechenmodells. Leistungen von PLT § Beliebige Grundrisse mit geraden und gekrümmten Kanten sowie Aussparungen § Berechnung von drillsteifen oder drillweichen Platten § Optionale Berücksichtigung der Schubverformungen von dicken Platten § Biege- und Schubbemessung § Rissnachweis § Automatische FE-Vernetzung § Freie Lagerbedingungen, Federsteifigkeiten werden auf Wunsch automatisch ermittelt § Optional automatische Neuberechnung der Federsteifigkeiten der vertikalen Bauteile nach Änderungen (z.B. der Geschosshöhe) § Integrierte Unterzüge mit skalierbarer Biegesteifigkeit § Beliebige Punkt-, Linien-, Flächenund Temperaturlasten § Umfangreiche Auswertungs- und Darstellungsmöglichkeiten der Ergebnisse nach Bedarf in einem vom FE-Netz unabhängigen Ausgaberaster, durch ISO-Linien oder entlang von Ergebnis-Schnitten § Bemessungssituationen infolge Erdbeben Bemessung / Material § Automatische Bemessung bei Stahlbeton sowohl für die Platte als auch für die Unterzüge § Ohne Bemessung ist ein beliebiges orthotropes Material möglich § Datenübergabe an die Programme DLT zur Unterzugsbemessung und B6 für den Durchstanznachweis für Stützen Bereichsdefinitionen § Bettungsbereiche für elastische Bettung, optional kann Bettungsausfall definiert sein § Bewehrungsbereiche zur Definition einer Grundbewehrung sowie zur Vorgabe von gedrehten Richtungen der Bewehrung und zur Definition von einachsig tragenden Bereichen § Dickenbereiche zur Beschreibung von Teilbereichen der Platte mit unterschiedlichen Plattendicken Lager Punkt- oder Linienlager werden über die Objekte Stütze oder Wand erzeugt, wobei das Programm auf Wunsch automatisch die realen Steifigkeitswerte ermittelt. Die Auflagerreaktionen an Wänden können wahlweise in verschiedenen Diagrammformen dargestellt werden. Berechnung mit Zugfederausfall für Stützen und Wände ist möglich. Grafische Oberfläche § Objektorientierte Eingabe mit Bauteilen § Schnelle Eingabe selbst von komplizierten Grundrissflächen und beliebiges Ändern § Direkte Übernahme von Geometriedaten aus den CAD-Programmen Nemetschek ALLPLAN und GLASER -isb cad§ DXF-Daten können als Konstruktionshilfe im Hintergrund verwendet werden 82 FRILO-Magazin 2012 Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Programminformationen Lasten Einzel-, Strecken-, Flächen- und Temperaturlasten in beliebiger Anordnung sind möglich. Überlagerung Das Programm PLT enthält bei Berechnung ohne Zugfederausfall eine vollautomatische Überlagerung entsprechend der eingestellten Vorschrift. Der Anwender kann bestimmte Lastfälle von der Überlagerung ausschließen. Eine Berechnung mit alternativen Lastfällen ist möglich. Ergebnisdarstellung Alle Ergebnisse werden unabhängig vom Elementnetz an beliebigen Rasterpunkten oder längs von Schnitten dargestellt. Schnitt- und Unterzugsergebnisse können sowohl in einem separaten Fenster als auch im Grundriss dargestellt werden. Ebenso sind die Ergebnisse mit Isolinien darstellbar. Datenübergabe Bewehrung Das verwendete ASF-Format erlaubt die Übergabe aller Daten aus der FEM-Berechnung. Im CAD-System Nemetschek-ALLPLAN können damit alle Ergebnisse visualisiert werden. Scheiben mit finiten Elementen SCN Das Programm SCN berechnet beliebige Scheibentragwerke und wandartige Träger nach der Methode der finiten Elemente. In SCN kommt die bekanntermaßen leistungsfähige grafische Bedienung aus den Programmen „GEO“ und „PLT“ zum Einsatz. Zahlreiche Funktionen ermöglichen eine schnelle und effiziente Bearbeitung von komplexen Geometrien. Leistungen von SCN § Beliebige Umrisse mit geraden und gekrümmten Kanten sowie Aussparungen § Automatische FE-Vernetzung § Freie Lagerbedingungen mit Punktund Linienlagern § Beliebige Punkt- und Linienlasten § Umfangreiche Auswertungs- und Darstellungsmöglichkeiten wie bei PLT Durchlaufplatten PL5 Es können ein-/zweiachsig gespannte, einfeldrige und durchlaufende Platten berechnet und bemessen werden. Lastweiterleitung Das Programm ermöglicht die Auswertung der dreieckigen bzw. trapezförmigen Lasteinzugsflächen, um damit die Belastung der die Platte tragenden Wände bzw. Unterzüge zu ermitteln. In derselben Weise ist es möglich, die anteilige Belastung der Stürze über den Wandöffnungen zu ermitteln und als Position für das Programm Durchlaufträger DLT abzuspeichern. FRILO-Magazin 2012 83 FRILO-Software Stabwerke ESK/RS/TRK Die Stabwerkprogramme ESK/RS und TRK sind in eine einheitliche Oberfläche eingebunden. Trotz der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten wird über die Hauptauswahl ein klarer Eingabeablauf vorgegeben, so dass sich auch der Erstanwender problemlos zurechtfindet. Bei Neueingabe einer Position führt Sie das Programm automatisch durch die richtigen Eingabetabellen. Berechnungsmöglichkeiten Theorie I. und II. Ordnung Stabausfall bei Zug/Druck Plastizität (Fließgelenke) Verzweigungslast Querschnittseingabe Profildatei Abmessungen Querschnittswerte (Ablage in Datei möglich) Übernahme der Querschnittswerte aus den Programmen Q1, Q2, Q3 Überlagerung Vorgegebene Überlagerung mit Maxwertermittlung Max/min-Überlagerung der Ergebnisse Theorie I. Ordnung Systembeschreibung Vouten Mehrere Baustoffe Schräge Auflager Elastische Lager Gelenke Definition von Fachwerkstäben Elastisch gebettete Stäbe Normalkraft- und Drehfedern Deaktivieren von Stäben Automatische Generierung von Standardsystemen Ebenes Stabwerk ESK Belastung Gleich-, Einzel-, Trapez-, Dreieckslasten Temperaturlasten Stützensenkung Eigengewicht Einflusslinien System und Belastung liegen in einer Ebene. Im Sinne einer effizienten Bearbeitung der Berechnungsprobleme ist es auch bei räumlichen Systemen oft sinnvoll, das vorhandene Tragwerk als ebenes System zu simulieren, da der Umfang von Ein- und Ausgaben dadurch wesentlich reduziert wird. 84 FRILO-Magazin 2012 Nachweise Stahlbetonbemessung Spannungsnachweis Stahl Holzbemessung Schnittstellen DSTV ASCII (Frilo-Format) DHT (Datentransfer Holz) So können Sie z.B. Rahmentragwerke oder Fachwerkträger schnell und komfortabel bearbeiten. Räumliches Stabwerk RS Die umfangreichsten Anwendungsmöglichkeiten finden Sie in diesem Programm. Durch die beliebige Lage von System und Belastung im Raum kann praktisch jedes stabartige Tragwerk – eben oder räumlich – berechnet werden. Trägerrost TRK Der Trägerrost ist ein weiterer Spezialfall, bei dem das System eben ist, die Belastung aber senkrecht zu dieser Ebene wirkt. Grundprogramm ist das Ebene Stabwerk ESK in Kombination mit TRK. RS wird als Zusatzoption zum Grundprogramm angeboten. Normen und Implementierung Eurocode: siehe www.frilo.de Programminformationen Verschiedenes Verbundstütze V1 V1 berechnet Verbundstützen mit konstantem Querschnitt nach dem vereinfachten Verfahren E der DIN 18800 Teil 5 oder nach EC 4 + NA-Deutschland. Es werden die Nachweise für Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Brandschutz geführt. Es können ein- oder mehrgeschossige Stützen mit beliebiger Lagerung berechnet werden. Für eine vereinfachte Eingabe von Pendel- und Kragstützen stehen entsprechende Eingabeassistenten zur Verfügung. Verbundquerschnitte: Rechteck-Betonquerschnitte mit einbetoniertem I-Profil kammerbetonierte I-Profile ausbetonierte Rechteck- und Rundrohre Verbund Einfeldträger V3 Das Programm V3 berechnet Einfeldträgersysteme. Lastzusammenstellung Tunnelrahmen TEB Lasten aus den Eigengewichten der Bauteile und den Verkehrslasten auf den Geschossdecken können zentral erfasst und in den jeweiligen Nachweisprogrammen zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann jedem vom Anwender angelegten Projekt eine eigene Lastzusammenstellung hinzugefügt werden. Mit TEB können Rechteckrahmen (1/2-zellig) mit kontinuierlich gestützter Sohlplatte berechnet werden. Bei 1-zelligem Rahmen kann für die Sohle ein Stich und ein Überstand angegeben werden. Querschnittswerte Q1/Q2 Mit dem Programm Q2 können Querschnitte tabellarisch oder grafisch eingegeben und ihre Werte berechnet und dargestellt werden. Seit 2011 wird die bewährte grafische Eingabe aus dem Frilo-Gebäudemodell verwendet. Windlasten WL Das Programm WL ermittelt die Aufteilung der auf ein Gebäude wirkenden Horizontalkräfte. Die Verteilung erfolgt entsprechend der Steifigkeiten der aussteifenden Bauteile. Querschnitte Träger: Standardwalzprofile geschweißte Stahlprofile mit beliebigem Deckenaufbau Platte: Massivplatten gevoutete Betonplatten Filigrandecken durch Profilbleche unterstützte Platten (auch eigene Profilbleche) Topfloor Holz-Beton-Verbund TCC Das TCC Holz-Beton-Verbundsystem mit den TCC Zugverbindern ist in der DIBt Zulassung Nr. Z-9.1-603 geregelt. Das Programm führt die Nachweise für Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Schwingung durch. FRILO-Magazin 2012 85 SEMA Grat- und Kehlsparren mit SEMA und FRILO Die einfache und praxisnahe SEMA-FRILO-Lösung im Holzbau für Sparren, Pfetten, Träger und Pfosten erhielt mit der Berechnung von Grat- und Kehlsparren einen neuen Glanzpunkt. Wie schon bei den bestehenden, bidirektionalen Anbindungen werden auch hier sämtliche relevante Daten vollautomatisch aus dem SEMA Konstruktionsmodell generiert und ausgetauscht. Zur Berechnung wird der FRILO Durchlaufsparren (D9) angesteuert, welcher hierzu von FRILO um die Funktionalitäten für Grat- und Kehlsparren erweitert wurde. Grundsätzlich stehen bei der Berechnung zwei Konzepte zur Auswahl: Element mit Flächenlasten Element mit Einzellasten Beim Ansatz mit Flächenlasten werden die im SEMA Programm definierten Lasten (Ständige Last, Schnee- und Windlast) anteilig auf den zu berechnenden Grat- oder Kehlsparren verteilt. Bei der Berechnung mit Einzellasten werden vorab alle an den Grat- bzw. Kehlsparren anschließenden Sparrenschifter in gewohnt komfortabler Weise mit Lasten versehen und direkt aus dem SEMA Programm berechnet. 86 FRILO-Magazin 2012 Die automatische Lastweiterleitung (welche auch bei allen anderen Bauteilberechnungen integriert ist) sorgt dann für die nötige Belastung des Grat- bzw. Kehlsparrens. Mit diesem Konzept können auch komplexe geometrische Situationen mit z.B. anhebenden Kräften detailliert behandelt werden. Folgende Daten werden automatisch generiert und übergeben: vollständige Bauteilgeometrie statisch relevanter Vollquerschnitt Auflagerpositionen alle Lasten (u.a. aus integrierter Lastweiterleitung) Schneeansammlungen (bei Kehlsparren) voreingestellte Berechungsnorm und Statikmaterial SEMA Die schnelle, einfache und praxisorientierte Lösung von SEMA und FRILO – Jetzt auch für die Berechnung von Grat- und Kehlsparren! Weitere Informationen erhalten Sie auch unter www.sema-soft.de oder direkt bei: SEMA Deutschland SEMA GmbH Dorfmühlstr. 7-11 D-87499 Wildpoldsried Tel.: +49 (0)8304-939-0 Fax: +49 (0)8304-939-240 e-Mail: [email protected] Web: www.sema-soft.de SEMA Schweiz SEHA AG Postfach 732 CH-4501 Solothurn Tel.: +41 (0)71-940-0205 Fax: +41 (0)71-940-0206 e-Mail: [email protected] Web: www.sema-soft.ch SEMA Österreich SEMA GmbH Schillerstr. 30, im Techno-Z 10 A-5020 Salzburg Tel.: +43 (0)662-4569-30 Fax: +43 (0)662-4569-55 e-Mail: [email protected] Web: www.sema-soft.at FRILO-Magazin 2012 87 Nemetschek Allplan Allplan für den guten Ton - BIM für einen optimalen und nahtlosen Planungs- und Bauprozess Als das Ingenieurbüro Vahanen in Helsinki den Auftrag für das Helsinki Music Centre erhielt, hatte der Auftraggeber eine Bedingung: Die Projektbearbeitung muss auf Basis von Building Information Modelling erfolgen. So wird sichergestellt, dass das Gebäude in puncto Form, Funktion, Kosten und Terminen den Anforderungen entspricht. Bei der Kostenplanung, vor allem aber bei der Konstruktions- und Tragwerksplanung stellte die Methode in Verbindung mit der Software Allplan ihre Effizienz erfolgreich unter Beweis. Die neue Konzerthalle verfügt über eine ausgefeilte Akustik. 1700 Sitzplätze hat das Gebäude im großen Konzertsaal zu bieten und jeweils bis zu 400 Sitzplätze in fünf weiteren kleineren Sälen. Darüber hinaus beherbergt der Bau die weltbekannte Sibelius Akademie sowie mehrere Coffee- Shops und ein Restaurant. BIM-basierte Projektbearbeitung Beim Building Information Modeling (BIM) wird ein virtuelles Gebäudemodell über alle Phasen und Disziplinen des Planens, Bauens und Nutzens hinweg verwendet, wodurch sich erhebliche Effizienzsteigerungen erreichen lassen. Ihren Nutzen konnte diese Methode beim Helsinki Music Centre unter Beweis stellen: Bei der Kostenplanung etwa, vor allem aber bei der Konstruktions- und Tragwerksplanung durch das finnische Ingenieurbüro Vahanen. Als effizientes Werkzeug hat sich hier die Software Allplan erwiesen. Gleich mehrere Aspekte machen die Konstruktions- und Tragwerksplanung des Helsinki Music Centre besonders schwierig. So befindet sich das neue Konzertgebäude bis zu 14 Meter unter der Erde, um bestehende Sichtachsen der Stadt nicht zu unterbrechen. Gleichzeitig liegt der Grundwasserspiegel hier am Rande der Töölö-Bucht sehr hoch, wodurch der unterirdische Gebäudeteil als Weiße Wanne ausgebildet werden musste. Dies brachte erhöhte statische und konstruktive Erfordernisse mit sich. Weiterhin mussten bei der gesamten Konstruktiven Planung besondere akustische Anforde- 88 FRILO-Magazin 2012 rungen erfüllt werden – mit der zusätzlichen Schwierigkeit, dass das Gebäude in unmittelbarer Nähe einer viel befahrenen Straße liegt. Es wurden daher zusätzliche Maßnahmen notwendig, um Schwingungen und Erschütterungen zu dämpfen. Komplexe Konstruktionen Eine weitere Schwierigkeit stellt die Gebäudeform selbst dar: Die Architekten von LPR-Arkkitehdit haben das Helsinki Music Centre nach einem „Box in a box“-Prinzip konzipiert, bei dem alle fünf kleineren Säle und der zentrale Teil des großen Konzertsaals mit Hilfe von Schwingungsdämpfern als vollkommen eigenständige Räume in das umgebende Gebäude quasi „eingehängt“ sind. Zugleich ist auch die Gebäudehülle äußerst komplex – einerseits durch die großflächige Glasfassade, andererseits durch das Dach mit einer Spannweite von 40 Metern, das schon allein aufgrund der hohen akustischen Anforderungen ein hohes Eigengewicht aufweist und zusätzlich noch die eingehängten Paneele der Glasfassade tragen muss. Dazu kommt noch eine äußerst umfangreiche Belüftungsanlage. Ein komplexes Projekt mit hohem Anspruch also. Für die Software von Nemetschek hatte man sich bei dem Ingenieurbüro mit Niederlassungen in Finnland, Russland, Estland, Rumänien und der Schweiz entschieden, weil sie „die besten Möglichkeiten bietet, wenn es um die Schalund Bewehrungsplanung besonders komplexer Strukturen geht“, so Tero Aaltonen, Technischer Direktor bei Vahanen Helsinki. Zudem ist Allplan als durchgängig konzipierte Software für eine BIM-basierte Planung prädestiniert – eine Eigenschaft, die bei Vahanen nicht nur für das KonzerthausProjekt, sondern generell wichtig ist. Konstruktive Ausbildung in 3D Seit fünf Jahren ist Allplan bei Vahanen im Einsatz. Mittlerweile mit insgesamt sieben Lizenzen für Allplan Architektur sowie zwei Lizenzen für Allplan Engineering, die beim Music Centre für die Baukonstruktion sowie für die Schal- und Bewehrungsplanung zum Einsatz gekommen sind. Die Konstruktive Ausbildung erfolgte dabei in 3D. Diese Methode hat sich als idealer Weg erwiesen, um das Gebäude trotz seiner Komplexität fehlerfrei zu planen. Denn durch die 3D-Planung konnten die Ingenieure das Nemetschek Allplan » Allplan ist als durchgängig konzipierte Software für eine BIM-basierte Planung geradezu prädestiniert. Sie bietet die besten Möglichkeiten, wenn es um die Schal- und Bewehrungsplanung besonders komplexer Strukturen geht « Tero Aaltonen, Technischer Direktor bei Vahanen Helsinki Bauwerk wesentlich besser verstehen und den Überblick bewahren, so dass Planungsfehler schon am Bildschirm erkannt und eliminiert werden konnten. Außerdem wurden sämtliche Projektdaten wie Grundrisse, Ansichten und Schnitte automatisiert generiert. „Allplan hat uns geholfen, das Helsinki Music Centre trotz der Komplexität des Gebäudes effizient und fehlerfrei zu planen, so dass der Bau letztendlich reibungslos erfolgen kann“, sagt Tero Aaltonen. Besonders hilfreich erwies sich die 3D-Konstruktionsplanung in Bezug auf Wand- und Deckenaussparungen, weil sich diese Öffnungen in 3D wesentlich stimmiger als in 2D planen ließen. So ermöglichte die Darstellung im Modell nicht nur einen besseren Überblick, sondern erlaubte darüber hinaus auch einen Abgleich der 3D-Konstruktion mit den Daten des TGA-Planers. Dafür wurde die Lüftungsanlage des Haustechnikers in das Gesamtmodell integriert und mit dem Solibri Model Checker am Bildschirm auf Kollisionen hin überprüft. So konnten Unstimmigkeiten rechtzeitig entdeckt und eliminiert werden, bevor es auf der Baustelle zu teuren nachträglichen Änderungen kommt. Als Schnittstelle für die Übernahme der 3D-Daten kam dabei IFC zum Einsatz – ein Format, das anfangs noch ein wenig Probleme mit sich brachte, mittlerweile aber in Allplan „nahezu perfekt“ unterstützt wird, wie Tero Aaltonen meint: „Andere Software-Anbieter haben mehr Probleme mit IFC“. Umfassende Änderungen Eine besonders effiziente Vorgehensweise ermöglichte Allplan in der Schal- und Bewehrungsplanung. Die Ermittlung der Tragsicherheit hatte man bei Vahanen zuvor ebenfalls zumindest teilweise auf der Grundlage der 3D-Daten erbracht. So wurden Elemente wie Wände, Schächte und tragende Strukturen des Daches aus dem Modell direkt an die Software SCIA Engineer übergeben und dort berechnet, um doppelte Dateneingaben und daraus eventuell resultierende Fehler zu vermeiden. Die Schal- und Bewehrungsplanung der Konzerthalle erfolgte dann in traditioneller 2D-Arbeitsweise – eine Nutzungsart, die Allplan neben der 3D-Bewehrung ebenfalls umfassend unterstützt. Ein Punkt übrigens, den Tero Aaltonen an Allplan besonders schätzt: Die Flexibilität, die das System dem Anwender bietet: „Ob 2D, 3D oder BIM – in Allplan bleibt es mir überlassen, welche Arbeitsweise ich wähle“. Aus dem Architekturmodell erzeugt Allplan ein Tragwerksmodell als Grundlage für die Schal- und Bewehrungsplanung. Dabei erkennt das System Schalungskonturen automatisch, was eine sehr effektive Bewehrung ermöglicht, denn so vermeidet man doppelte Dateneingaben und Konstruktion, Schalung und Bewehrung stimmen garantiert überein. Zudem geht diese Art der Bewehrungsplanung sehr schnell, der Anwender muss anschließend nur noch die notwendigsten Angaben selbst definieren. Zusätzliche Erleichterungen bringen interaktive Eingabeoptionen und praxisgerechte VerlegeFunktionen. Alles in allem eine umfassende Unterstützung, die es ermöglichte, dass die Bewehrungsplanung des Music Centre bei Vahanen „einfach, genau und schnell“ erfolgen konnte. Ebenfalls sehr exakt konnte in Allplan zudem die Planung der mehr als 200 Verankerungen zwischen der akustischen Zwischendecke und dem Gebäudedach erfolgen, jede einzelne unterschiedlich in punkto Länge und Lage. So wurden auch in diesem Punkt alle Anforderungen eingehalten, die es bei diesem Gebäude zu berücksichtigen gab. Dank einer effizienten und integrierten Planung mit Allplan haben die Ingenieure bei Vahanen dafür gesorgt, dass in Helsinki ein Konzerthaus entsteht, bei dem alles stimmt: Die Konstruktion und damit auch das Klangerlebnis. Und auf das haben die Bewohner Helsinkis wahrlich lange genug gewartet. FRILO-Magazin 2012 89 Stahlbau – Grundlagen, Konstruktion, Bemessung Stahlbau – Formeln und Tabellen Alles, was Sie brauchen: Der bewährte „Stahlbau“-Band von MANZ eignet sich zur Einführung in das Fachgebiet ebenso wie als Nachschlagewerk für die Praxis. Die perfekte Ergänzung: Das Formelbuch als Ergänzung zum Lernen, Üben und Nachschlagen! Neu bearbeitet 2011 » Top-Aktuell: Neue Verfahren, neue Produkte und neue Regelwerke – inkl. Bemessung nach EN 1993 (Stahlbau) und EN 1994 (Verbundbau) » Praxisorientiert: Wichtiges Material- und Verarbeitungswissen kombiniert mit aktuellen Beispielen » Anschaulich: Neue Grafiken – neues, modernes Layout » PLUS: Alle wesentlichen Formeln und Tabellen als Formelbuch! DIE AUTOREN: » Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerald Luza arbeitet als selbständiger Planer für » » Stahlbau auf Basis einer Baumeisterbefugnis, Experte im ON-Komitee für Stahlbau. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Michael Palka unterrichtet an der HTBLuVA Mödling, Abteilung Bautechnik. Dipl.-Ing. Stefan Schnaubelt Ingenieurkonsulent für Bauwesen Stahlbau Grundlagen, Konstruktion, Bemessung Stahlbau Formeln und Tabellen Gerald Luza, Michael Palka, Stefan Schaubelt Gerald Luza, Michael Palka Detaillierte und mit vielen praktischen Hinweisen und Erläuterungen versehene Einführung in die Bemessung nach den Eurocodes EN 1993 (Stahlbau) und EN 1994 (Verbundbau). Dargestellt werden Grundlagen der Berechnung, Materialeigenschaften, Verarbeitungstechniken und Nachweise. Zahlreiche durchgerechnete Beispiele zeigen die Berechnung für unterschiedliche Tragwerke und Details. Umfassende Zusammenstellung aller wesentlichen Formeln gemäß Eurocode 3 sowie der für die Bemessung notwendigen Tabellen und Profiltabellen mit Erläuterungen und exemplarischen Skizzen. » 276 Abbildungen » 53 Tabellen » Normenverzeichnis » Literatur- und Stichwortverzeichnis Folgende Bereiche werden erfasst: » Grundlagen (Normen, Bezeichnungen) » Materialeigenschaften » Nachweise » Verbindungsmittel » Stabilität » Querschnittswerte » Querschnittswerte von Profilen Buch-Nr. Titel Auflage appr. Seiten Format ISBN Preis (€) 3937 Stahlbau – Grundlagen, Konstruktion, Bemessung 2011 4100 244 19 × 26 978-3-7068-4165-8 22,46 140753 Stahlbau – Fomeln und Tabellen 2011 4100 132 17 × 24 978-3-7068-4166-5 15,04 M ANZ Verlag Schulbuch GmbH ∙ Leopold-Moses-Gasse 4/1 ∙ 1020 Wien ∙ tel + 43 1 536 06 0 ∙ fax + 43 1 536 06 525 [email protected] ∙ www.wissenistmanz.at ∙ Stand: Jänner 2012 Ergänzend zu Frilo Statics, ebenfalls von der Nemetschek Ingenieurbau-Gruppe Anspruchsvolle 3D Statik Software für 3D Rahmen & Schalen • • • • • Hochbau,Stahlbau,Falttragwerke,Brückenbau,Anlagenbau,usw. AlleMaterialienineinerintegrierten3DOberfläche(Beton,Stahl,Holz,Alu,Verbund) FortgesschritteneAnalysemitNicht-Linearitäten,Erdbeben,Bauphasen,usw. DetaillierteUnterstützungderEurocodesmitNationalenAnhängeDIN-EN Round-TripLinkmitNemetschekAllplan Kontaktieren Sie uns für mehr Informationen oder ein Angebot! Scia Software GmbH, Emil-Figge-Straße76-80,D-44227Dortmund,(+49)02319742586,[email protected] Scia Datenservice Ges.m.b.H, Dresdnerstrasse68/2/6/9,A-1200Wien,(+43)01743323211,[email protected] Nemetschek Scia nv, Industrieweg1007,B-3540Herk-de-Stad,(+32)013551775,[email protected] www.scia-online.com Willkommen in einer Zukunft, in der alles möglich wird. Mit Allplan 2012 gestaltet sich Ihre Arbeit künftig noch effizienter. Überzeugen Sie sich jetzt und testen Sie die Vollversion für 30 Tage kostenfrei. www.allplan.com Allplan ist eine Marke der Nemetschek Gruppe NEMETSCHEK Deutschland GmbH, Konrad-Zuse-Platz 1, 81829 München, Tel: + 49 89 92793-0, www.nemetschek.de