Was ist die Leichtstahlbaubemessung?

Bei Leichtstahlgebäuden besteht das Tragsystem aus Wandtafeln, die aus kaltgeformten Ständern mit C- oder Sigma-Querschnitt aus dünnem Blech und der aufgebrachten Beplankung aus OSB, Sperrholz oder Gipsplatten gebildet werden. Die Horizontallasten werden von den Tafeln über die Schubfestigkeit der Beplankung abgetragen; die Ständer leiten die Vertikallasten und die Abhebekräfte weiter.

Bei dünnwandigen Querschnitten bestimmt meist das Beulen die Tragfähigkeit: lokales Beulen von Steg und Flanschen, distortionales Beulen, bei dem sich Flansch und Lippe gemeinsam verdrehen, und das Knicken des gesamten Bauteils. Die HCBTİE berechnet diese Querschnitte mit der Methode der effektiven Breite; TBDY 2018 Kapitel 10 regelt die Erdbebenberechnung von Leichtstahlgebäuden, die Schubtragfähigkeit der Wandtafeln und die Verankerungsregeln.

StatiCAD führt beide Regelwerke in einem Ablauf zusammen: Das Modell wird berechnet, die Beanspruchungen von Tafeln und Ständern werden abgeleitet, Beul- und Windnachweise werden geführt, Anker und Fundamente werden nach den Normregeln bemessen, und die Ergebnisse werden auf Türkisch oder Englisch berichtet.

Was leistet StatiCAD im Leichtstahlbau?

Die Bemessungskette des Leichtstahlgebäudes von der Erdbebenberechnung bis zum Fundament.

Schubtragfähigkeit der Wandtafeln und Erdbeben

  • Schubtragfähigkeit beplankter Wandtafeln (TBDY Tabelle 10.5); OSB, Sperrholz, Blech und Gipsplatte
  • Erdbebenlast mit dem Ersatzlastverfahren bei T = 0,2 s (TBDY 10.2.6.1)
  • Tafelsteifigkeiten im Finite-Elemente-Modell proportional zur Tragfähigkeit; die Erdbebenlast wird entsprechend ihrer Tragfähigkeit auf die Tafeln verteilt
  • Prüfung des Erdbebenanteils von Tafeln mit Gipsplatten (TBDY 10.2.7.2)

Ständernachweis (Methode der effektiven Breite)

  • Bemessungstragfähigkeit aus den Zeilen für lokales, distortionales und Biegedrillknicken
  • Beim distortionalen Beulen das allgemeine Verfahren nach HCBTİE 4.10.3.3 oder wahlweise die Finite-Streifen-Methode
  • Abhebekraft bei Randständern mit dem Überfestigkeitsbeiwert (TBDY 10.4.1.1)
  • Berücksichtigung der durch die Beplankung am Ständer gegebenen Drehbehinderung in der Tragfähigkeit

Wind und Durchbiegung

  • Windbiegung quer zur Wandebene bei Außenwandständern und Interaktion mit der Normalkraft
  • Untergrenze der Windlast nach HCBTİE und Prüfung des Winddrucks in Abhängigkeit von der Gebäudehöhe
  • Durchbiegung von Ständern und Trägern mit dem effektiven Trägheitsmoment beim Gebrauchsmoment
  • Je nach Beplankungsart wählbarer Durchbiegungsgrenzwert (h/120 – h/360)

Leichtstahlträger und -stützen

  • 527 vordefinierte Leichtstahlprofile: C, Z, U, C+, Sigma und Sigma+
  • Träger: Biegung, Querkraft, kombinierte Wirkung von Normalkraft und Biegung, Durchbiegung
  • Stütze: Druck, Interaktion mit zweiachsiger Biegung, Querkraft und Zug
  • Prüfung der ausreichenden Randsteife (Lippe) und der Querschnittsbedingungen

Anker, Anschlüsse und konstruktive Bedingungen

  • Bemessung von Abhebe-(Zug-)Ankern (Hold-down) und Schubankern an den Tafelenden
  • Abscher-, Lochleibungs- und Betonfestigkeitsverhältnisse bei Bolzen- und Schraubverbindungen
  • Tafelbedingungen nach HCBTİE Kapitel 6: Ständerabstand, Wanddicke, Steg- und Lippenmaße
  • Gebäudehöhe, Grenzen für R und D (HCBTİE Tabelle 1.2)

Fundamentbemessung und Bemessungsverfahren

  • Bemessung der Fundamente mit durch den Überfestigkeitsbeiwert vergrößerten Erdbebenkräften (TBDY 10.4.1.2)
  • Wahl zwischen LRFD (HCBTİE) und dem ASD-Bemessungsverfahren zum Vergleich
  • Automatisches Hinzufügen der vertikalen Lastkombinationen nach HCBTİE
  • Berichte für Wandtafeln, Ständer, Träger und Stützen auf Türkisch oder Englisch

Wie funktioniert es?

  1. Zeichnen Sie die Wände, wählen Sie in den Wandeigenschaften als Bemessungstyp „Wandtafel aus Leichtstahl“ und geben Sie Beplankung, Ständerprofil, Ständerabstand und Anzahl der Randständer ein.
  2. Kennzeichnen Sie die Außenwandtafeln; legen Sie Bemessungsverfahren, Winddruck und Durchbiegungsgrenzwert in den allgemeinen Projekteinstellungen fest.
  3. Weisen Sie bei Bedarf Trägern und Stützen Querschnitte aus den vordefinierten Leichtstahlprofilen zu; geben Sie die Ankerinformationen ein.
  4. Starten Sie die Berechnung; die Nachweise für Wandtafeln, Ständer, Träger, Stützen, Anker und Fundamente werden automatisch geführt, Unzulänglichkeiten erscheinen in der Warnungsliste.
  5. Erstellen Sie die Berichte über die Gruppe „Leichtstahlbauteilberichte“.

Berichte

Die Gruppe „Leichtstahlbauteilberichte“ enthält:

  • Bemessung der Leichtstahl-Wandtafeln: Beplankungsangaben und Schubtragfähigkeiten der Tafeln
  • Bemessung der Leichtstahlständer: Beanspruchungen von Rand- und Zwischenständern, Beultragfähigkeiten, Windkombination, Durchbiegung, Anker und Tafelschubzeilen
  • Bemessung der Leichtstahlträger: Biegung, Querkraft, Interaktion und Durchbiegung
  • Bemessung der Leichtstahlstützen: Druck, Interaktion, Querkraft und Zug
  • Maßgebende Lastkombinationen und Berechnungsannahmen in jedem Bericht

Verifizierung

Die Querschnittswerte wurden für alle 527 vordefinierten Profile mit den Herstellerwerten verglichen; die Torsionsgrößen wurden mit der geschlossenen Lösung und einer unabhängigen Anwendung verifiziert.

Die Tragfähigkeitskette wurde Zeile für Zeile mit den Gleichungen der Norm und die Ableitung der Beanspruchungen (Normalkraft und Wind, LRFD und ASD) mit der Handrechnung verglichen; der gesamte Ablauf von der Einstellung bis zum Bericht wurde an Beispielprojekten durchgängig durchlaufen.

Details der Verifizierungsstudien (Wissensdatenbank)

Normen

TBDY 2018 Kapitel 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 und S240 (ergänzende Referenz)
In welcher Version? Die Leichtstahlberechnungen sind in StatiCAD Ultimate enthalten.

Häufig gestellte Fragen

Nach welchen Normen wird ein Leichtstahlgebäude berechnet?

Erdbebenberechnung, Schubtragfähigkeit der Wandtafeln, Anker- und Fundamentregeln folgen TBDY 2018 Kapitel 10; die Querschnittstragfähigkeiten der Ständer, Träger und Stützen werden nach den Grundsätzen für die Bemessung von Leichtstahlgebäuden (HCBTİE) berechnet. Der Winddruck wird nach TS 498 eingegeben.

Welche Leichtstahlprofile können verwendet werden?

Verwendbar sind die 527 vordefinierten Leichtstahlprofile: C-, Z-, U-, C+-, Sigma- und Sigma+-Querschnitte mit Höhen von 100–400 mm und Wanddicken von 1,0–4,0 mm. Für Wandtafelständer stehen C-, C+-, Sigma- und Sigma+-Querschnitte zur Verfügung. Eigene Profile können Sie mit demselben Tabellenaufbau ergänzen.

Wie wird das distortionale Beulen berechnet?

Das distortionale Beulen wird mit dem allgemeinen Verfahren nach HCBTİE 4.10.3.3 berechnet; bei C+-Querschnitten standardmäßig, auf Wunsch bei allen Querschnitten kann die Finite-Streifen-Lösung verwendet werden. Sind Beplankungsdaten eingegeben, wird auch die vom Blech am Ständerflansch gegebene Drehbehinderung berücksichtigt.

Wie werden Tafeln mit Gipsplatten bei der Erdbebenberechnung bewertet?

Nach TBDY 10.2.7.2 können Tafeln mit Gipsplatten die seismische Beanspruchung nicht allein aufnehmen. Das Programm berechnet für jedes Geschoss und jede Richtung den Anteil der Gipsplatte an der Schubtragfähigkeit der Tafel und vergleicht ihn mit dem Grenzwert aus TBDY Tabelle 10.3; bei Überschreitung wird eine Warnung ausgegeben.

In welcher StatiCAD-Version ist es enthalten?

Die Leichtstahlberechnungen sind in StatiCAD Ultimate enthalten. Sie können den Ablauf mit der kostenlosen Demo-Version ausprobieren.

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