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sensd.02 - Bemessung kaltgeformter Stahlbauteile nach EC3

sensd.02.en

Highlights

Vollständig in die Stahlbemessungsumgebung von SCIA Engineer integrierte Funktion zur Bemessung kaltgeformter Stahlbauteile gemäß Eurocode 3.
Ableitung der wirksamen Form, einschließlich Forminstabilität für interne Steifen und Randsteifen und Doppelrandfalten.
Wirksamer Querschnitt von Querschnitten aus der Bibliothek und von allgemeinen Querschnitten: Unterstützung für beliebige Formen, auch von aus CAD-Software importierten Formen.
Erweiterte Nachweise für lokale Transversalkräfte, auch für Querschnitte mit ausgesteiften Stegen.
Besondere Nachweise für die Bemessung von Pfetten, einschließlich Ableitung der Geometrie des freien Flansches, Nachweisen unter Schwerkraft und Auftrieb.
Genaue und umfangreiche Nachweise gemäß den relevanten Teilen von EN 1993-1-3, EN 1993-1-5 und EN 1993-1-1.

 

Das Modul Bemessung kaltgeformter Stahlbauteile nach EN 1993 ist eine Erweiterung des Moduls Stahlnachweise, sensd.01.en. Das Modul dient der Bemessung kaltgeformter Stahlbauteile gemäß den Europäischen Normen EN 1993-1-3, EN 1993-1-5 und EN 1993-1-1.

  • Querschnitt- und Stabilitätsnachweise werden unterstützt. Sie werden auf gleiche Weise wie für herkömmliche Stahlbauteile ausgeführt.
  • Integrierte Mechanismen ermitteln basierend auf der Geometrie, den Schnittgrößen, dem Vorhandensein von Blech und anderen Modellparametern, welche Normvorschriften anwendbar sind.
  • Die Eigenschaften der durch Ausbeulen und Forminstabilität abgeschwächten wirksamen Querschnitte werden berücksichtigt.
  • Spezielle Bemessungsprozeduren für Versagen unter lokalen Transversalkräften und für an Blechteilen befestigte Pfetten werden gemäß Vorschrift angewendet.

 Design of cold-formed steel members  Design of cold-formed steel members

Vorteile

 Design of cold-formed steel members

  • Mit sensd.02 können vielfältige offene Stahlquerschnitte auf Ausbeulwirkungen analysiert werden.
  • Wirksame Querschnitte werden für Druck und Biegen um die starke oder schwache Achse abgeleitet. Die Querschnitte werden dann in den allgemeinen Stahlnachweisen verwendet und können bei Bedarf grafisch angezeigt werden.
  • Die Ableitung der wirksamen Form berücksichtigt die Forminstabilität von Rand- und Zwischensteifen und Doppelrandfalten.
  • Die intelligente Berechnung der wirksamen Querschnitte steigert die Produktivität, da nur minimale Benutzereingaben erforderlich sind.
  • Die Profilbibliothek enthält zahlreiche Produkte von Herstellern von kaltgewalztem Stahl. Die Bemaßungen der Profile können außerdem vom Benutzer bearbeitet werden, sodass sich die Profilbibliothek um zusätzliche Produkte erweitern lässt.
  • Mit dem Editor für allgemeine Querschnitte (in Modul sen.05 enthalten) können benutzerdefinierte Querschnitte definiert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Querschnitte aus DXF- und DWG-Dateien zu importieren.
  • Die tragende Wirkung von Stahlblech wird bei der wirtschaftlichen Bemessung von Pfetten berücksichtigt. Eine Bibliothek mit Blechprodukten von führenden Herstellern ist ebenfalls verfügbar.
  • Die automatisierte Optimierungsprozedur (AutoDesign) in der Stahlnachweisfunktion wählt je nach (1) den Schnittgrößen in der Struktur und der Schlankheit der Bauteile und (2) dem Satz der vom Benutzer bevorzugten Profile geeignete Profile aus.

 

Funktionsweise

Diese einzigartige Funktion von SCIA Engineer analysiert die Querschnittgeometrie und ermittelt interne Elemente, Überstände und Rand- und Zwischensteifen. Anschließend wird eine detaillierte Berechnung gemäß den Regeln der spezialisierten Norm EN 1993-1-3:2006/AC:2009 ausgeführt.

  •  Design of cold-formed steel members
  • Den Bauteilen im 3D-Modell werden Querschnitte für kaltgeformten Stahl zugewiesen.
  • Diese kaltgeformten Stahlprofile werden analysiert. Ihre Wände werden als intern, symmetrische/asymmetrische Überstände (mit oder ohne Zwischenversteifung) und starre Teile klassifiziert. Für allgemeine Querschnitte kann die automatisch ermittelte Klassifizierung angepasst werden.
  • Das System prüft, ob die modellierten Querschnitte die Einschränkungen der Norm erfüllen (in Bezug auf das Verhältnis von Breite zu Dicke, die geeignete Größe der Steifen usw.).
  • Dieser Ansatz der Analyse der wirksamen Breite wird für jedes Profilelement angewendet. Dabei werden durch Ausbeulen verursachte Schwächungen berücksichtigt.
  • Zur Bestimmung der Eigenschaften des wirksamen Querschnitts werden theoretische Breiten verwendet.
  • Das Ausbeulen wird durch Reduzieren der Breite gerader Teile und die Forminstabilität durch Reduzieren der wirksamen Dicke der Steifen berücksichtigt.
  • Um eine genauere Geometrie der Steifen und eine genauere Spannungsverteilung im Querschnitt zu erhalten, können Iterationen (für die Versteifung bzw. den gesamten Querschnitt) ausgeführt werden.
  • Für die Fälle des reinen Biegens und reinen Drucks wird eine reduzierte Querschnittgeometrie abgeleitet. Für das Biegen der schwachen und starken Achse werden ordnungsgemäß Spannungsgefälle generiert. Die Interaktion der Lasteffekte wird im Querschnitts- und Stabilitätsnachweis gemäß EN 1993-1-1 berücksichtigt.
  • Für Querschnitte aus der Profilbibliothek können Sie wahlweise direkt die vom Hersteller bereitgestellten Querschnitteigenschaften übernehmen. In diesem Fall werden keine Berechnungen des wirksamen Querschnitts ausgeführt und stattdessen die Katalogwerte verwendet.
  • Mit den erreichten Querschnitteigenschaften und Verschiebungen der Neutralachsen werden dann die Querschnitt- und Stabilitätsnachweise gemäß EN 1993-1-3 ausgeführt.
  • Zur Verbesserung der Stabilität können zusätzliche Elemente in das Modell eingefügt werden: Blechdiaphragmen, Einschränkungen des Biegedrillknickens, Stegsteifen.
  • Für die Bemessung von mit Blech eingespannten Pfetten (gemäß Kapitel 10 von EN 1993-1-3) werden besondere Erwägungen berücksichtigt.
  • Die Vorschriften für den Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit werden auf Grundlage der Regeln für herkömmliche Stahlbauteile angewendet. Durchbiegungen für variable Lasten und Gesamtlasten werden nachgewiesen; die Vorverwölbung kann auch auf die kaltgeformten Querschnitte angewendet werden (entweder durch manuelle Eingabe oder automatisch von der Software erstellt).

 

 

Mittlere Streckgrenze

In Fällen, die die Vorschriftenanforderungen erfüllen (z. B. voll wirksame Querschnitte im Falle einer Axialdruckbeanspruchung) wird beim Ableiten des Widerstands eines Bauteils die Streckgrenze berücksichtigt. Der Benutzer muss lediglich das Herstellungsverfahren (rollgeformt oder biegegrepresst) angeben; der richtige Wert des Beiwerts k wird entsprechend berücksichtigt.

Dicke des Stahlelements

SCIA Engineer reduziert automatisch die definierte (bzw. bei Profilen aus der Profilbibliothek, die im Herstellerkatalog angegebene) Nenndicke, um die Dicke der Korrosionsschutzschichten zu berücksichtigen. Standardmäßig wird eine Reduzierung von 0,04 mm angewendet. Dies entspricht den üblichen Galvanisationsverfahren, d. h. 275 g/m2 Verzinkung auf beiden Profilseiten.

Eckabrundungen

Wenn der analysierte Querschnitt eine Standardform aufweist, berücksichtigt SCIA Engineer richtig das Vorhandensein abgerundeter Ecken im Profil. Die Standardformen werden in der Profilbibliothek bereitgestellt:

  • übliche Formen wie C-Profile, U-Profile, punktsymmetrische und asymmetrische Z-Profile (mit oder ohne Randversteifungen), Σ-Profile, Ω-Profile
  • besondere Formen wie punktsymmetrische und asymmetrische Z-Profile mit geneigten Randsteifen, C- und Σ-Profile mit komplexen (2-fachen) Randsteifen, Sigma-Formen mit geneigten Gurten oder gebogene Segmente
  • Querschnittpaare, zusammengesetzte C-Profile, zusammengesetzte Σ-Profile

Für Profile, die diese Einschränkungen nicht erfüllen, wird die Eckabrundung ignoriert und die Querschnitte werden durch flache Elemente repräsentiert.

Pfettenbemessung

 Design of cold-formed steel members - purlin design

Die besonderen Nachweise für Pfetten mit Blecheinspannung werden für Profile ausgeführt, die die Anforderungen aus Kapitel 10 von EN 1993-1-3 erfüllen. Auf diese Weise wird eine höhere Tragfähigkeit erreicht, weil nicht alle Standardnachweise für diese Bauteile ausgeführt werden müssen (z. B. für Biegedrillknicken, Stabilität bei ausmittigem Druck).

Das Modul ermöglicht die Berücksichtigung eines flexiblen Auflagers aus Diaphragmen als Drehfeder am Befestigungspunkt.

  • Die Analyse berücksichtigt richtig die Position und Steifigkeit der Dachscheiben. Je nach Lastfall wird die Scheibe an der Druck- oder Zugseite des Bauteils befestigt. Dies führt zu unterschiedlichen Stabilitätsverhalten.
  • Die Geometrie des freien Gurts und die Größenordnung der fiktiven Seitenlast werden ermittelt.
  • Aus dem berechneten Beulwiderstand des freien Gurts kann ein geeigneter Abstand zwischen den Schlaudern ermittelt werden.

 Design of cold-formed steel members Unterstützte Querschnitte

  • Standardquerschnitte aus der Profilbibliothek (siehe oben)
  • Dünnwandige Querschnitte (über eine Konzeptform, Wandbemaßungen und Dicke eingeführt).
  • Kaltgeformte Stahlprofilpaare (z. B. zusammengesetzte Sigma-Querschnitte)
  • Allgemeine dünnwandige Querschnitte oder allgemeine Vielecke mit dünnwandiger Darstellung

Übersicht der ausgeführten Nachweise

Folgende Querschnittnachweise werden ausgeführt:

  • Zentrischer Zug
  • Axialdruckbeanspruchung
  • Biegemoment
  • Querkraft
  • Torsion (Nachweis wird nicht ausgeführt, wenn die Dachscheibe ein ausreichendes Auflager bietet)
  • Lokale Transversalkräfte für versteifte oder nicht versteifte Stege
  • Ausmittiger Zug (Nachweis wird nicht ausgeführt, wenn die Dachscheibe ein ausreichendes Auflager bietet)
  • Ausmittiger Druck (Nachweis wird nicht ausgeführt, wenn die Dachscheibe ein ausreichendes Auflager bietet)
  • Kombinierte Beanspruchung durch Querkraft, Normalkraft und Biegung
  • Biegung mit lokaler Transversalkraft

Die folgenden Stabilitätsnachweise werden ausgeführt:

  • Biegeknicken
  • Drillknicken und Biegedrillknicken
  • Biegedrillknicken (gemäß EN 1993-1-1 wird die elastische Biegekraft aus der Gleichung dritten Grades der Gesamtstabilität ermittelt)
  • Bei Pfetten werden besondere Nachweise des Biegeknickens des freien Gurts gemäß Kapitel 10 ausgeführt.
  • Ausmittiger Druck (nach den Interaktionsgleichungen aus EN 1993-1-1 oder der vereinfachten Formel in EN 1993-1-3)
  • Ausmittiger Zug

Wenn die Dachscheibe ein ausreichendes Auflager darstellt, werden nur die Nachweise des Biegeknickens für die Hauptachse ausgeführt.

 

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