Wie führt man eine nichtlineare Pushover-Analyse durch?

Dieser Artikel beschreibt, wie mit dem Fenster Nichtlineare Pushover-Analyse von StatiCAD die verformungsbasierte Leistungsbewertung eines bestehenden Stahlbetongebäudes nach TBDY 2018 Kapitel 15 und EK 5B durchgeführt wird. Zum Hintergrund des Verfahrens siehe Theoretische Grundlagen der Pushover-Analyse, für den Vergleich der Ergebnisse mit unabhängiger Software siehe Validierungsstudien zur Pushover-Analyse.

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In welchen Editionen? Die Leistungsbewertung und Ertüchtigung von Stahlbetongebäuden ist in den Editionen Ultimate, Profesyonel und Betonarme enthalten.

1. Voraussetzungen

• Das Projekt muss sich im Modus Leistungsbewertung von Stahlbetongebäuden (bestehendes Gebäude) befinden: Er wird über Allgemeine Projekteinstellungen → Normauswahl → Gruppe Leistung Kap. 15 aktiviert. Querschnitte, Bewehrung und die vorhandenen Materialfestigkeiten müssen definiert sein.
• Eine statische/dynamische Analyse muss durchgeführt worden sein. Der Pushover-Löser übernimmt Elementquerschnitte, die Stabendkräfte aus Vertikallasten (G und Q) und die Ergebnisse der Modalanalyse aus dieser Berechnung. Wird die Pushover-Analyse ohne vorherige Analyse gestartet, gibt das Fenster die Meldung „UYARI: önce analiz yapılmalıdır“ (Warnung: zuerst muss eine Analyse durchgeführt werden) aus.
• Sollen die SAP2000-Optionen verwendet werden, muss SAP2000 V27 auf dem Rechner installiert und lizenziert sein (siehe Abschnitt 4). Ohne SAP2000 werden alle Analysen und Berichte mit dem eigenen Löser von StatiCAD erstellt.

2. Überblick über das Fenster

Das Fenster wird mit dem Befehl Analyse → Nichtlineare Pushover-Analyse geöffnet.

Fenster Nichtlineare Pushover-Analyse: links die Einstellungen, rechts oben die Pushover-Kurve, rechts unten das Fortschritts-/Ergebnisfenster.

Bereich	Funktion
Richtungsoptionen	Pushover-Richtungen und grundlegende Analyseparameter
Bewertungsmethode des Gebäudes	Wahl des Informationsstandes (umfassend / begrenzt)
SAP2000-Verifikation	Optionaler Vergleich mit SAP2000 oder Berechnung mit der SAP2000-Lösung
Analyse / Schließen	Berechnung der gewählten Richtungen
Richtung + Bericht	Bericht eines der berechneten Lastfälle erstellen
Grafik	Pushover-Kurve und Performance-Punkt der gewählten Richtung
Fortschrittsfenster	Gelenkbildungen, Erdbebenanforderung und Gebäudeentscheid

3. Analyseeinstellungen

Einstellung	Erläuterung
Richtungsfelder (8 Stück)	TBDY-Richtungskombinationen: ±X-Hauptrichtung ± 0,3·Y und ±Y-Hauptrichtung ± 0,3·X. Für jede markierte Kombination wird eine eigene Pushover-Analyse durchgeführt. Bei einer typischen Bewertung werden alle 8 Richtungen markiert; für eine schnelle Vorprüfung genügt eine Richtung.
Faktor der Nebenrichtung	Faktor der orthogonalen Komponente in der Kombination; der Normwert beträgt 0,30.
Definierter Performance-Punkt [mm]	Ist die Option markiert, wird die Pushover-Analyse anstelle der Berechnung der Erdbebenanforderung bis zur direkt eingegebenen Kopfverschiebung fortgeführt (zu Forschungs- und Vergleichszwecken). Bei der normalen Bewertung bleibt sie unmarkiert; die Anforderung wird automatisch nach EK 5B berechnet.
Beteiligung der Nutzlast (n)	Beiwert N = G + nQ, der bei der Normalkraft von Stützen und Wandscheiben sowie bei den Massen verwendet wird; entsprechend der Nutzung des Gebäudes (0,30 für Wohn- und Bürogebäude).
Gelenke mit Verfestigung (bilinear, My → MMax)	Unmarkiert verhalten sich die Gelenke elastisch–ideal plastisch (EPP) (Standard, auf der sicheren Seite). Ist die Option markiert, steigt das Gelenk nach dem Fließen mit der tatsächlichen Verfestigungssteigung des Querschnitts bis MMax an; die Tragfähigkeit erhöht sich typischerweise um 5–10 %.
Informationsstand ŞGDT	Bei „Umfassend“ beträgt der Informationsstandsbeiwert 1,0, bei „Begrenzt“ 0,75; die vorhandenen Materialfestigkeiten werden mit diesem Beiwert multipliziert.
Nebenträger auch im SH-Kriterium (20 %) ausschließen	Nebenträger (Träger, die auf einem anderen Träger aufliegen und nicht Teil des horizontalen Lastabtragungssystems sind) werden bei den Trägeranteilen von 35 % (Kontrollierte Schädigung) und 20 % (Einsturzverhinderung) stets ausgeschlossen. Da diese Ausnahme im Wortlaut der 20-%-Regel für Begrenzte Schädigung nicht vorkommt, zählen Nebenträger bei unmarkiertem Feld zur SH-Zählung; ist das Feld markiert, werden sie auch im SH-Kriterium ausgeschlossen. Die Wahl wirkt sich sowohl auf die lineare als auch auf die Pushover-Bewertung aus; Nebenträger erscheinen in den Berichten mit dem Zusatz „[Tali]“ (Nebenträger).

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Im unteren Bereich des Fensters befinden sich außerdem die Optionen multimodale Pushover-Analyse, IRSA, adaptive Single-Mode-Pushover-Analyse und P-Δ (Theorie 2. Ordnung). Diese Optionen werden im Artikel Multimodale Pushover-Analyse und IRSA beschrieben.

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Alle Einstellungen des Fensters werden in der Projektdatei gespeichert; beim erneuten Öffnen der Datei erscheinen die zuletzt verwendeten Einstellungen wieder.

4. SAP2000-Optionen (optional)

In der Dropdown-Liste wird eine von drei Arbeitsweisen gewählt:

Option	Funktion
SAP2000 nicht verwenden (Standard)	Die gesamte Berechnung erfolgt mit dem StatiCAD-Löser; SAP2000 wird nicht benötigt.
Mit SAP2000 verifizieren (Vergleich)	Nach Abschluss der StatiCAD-Läufe werden die Hauptrichtungen (±X, ±Y) der gewählten Richtungen zusammen mit den Gelenken desselben Modells nach SAP2000 übertragen und dort ebenfalls gepusht. In das Fortschrittsfenster werden die Pushover-Kurven beider Programme, die Gelenkzustände am Anforderungspunkt und die Verhältnisse der Fußquerkräfte nebeneinander geschrieben. Ihre Berechnungsergebnisse bleiben weiterhin die von StatiCAD; SAP2000 liefert eine unabhängige Kontrolle.
Berechnung mit dem SAP2000-Ergebnis fortsetzen	Jede gewählte Richtungskombination wird in SAP2000 gelöst; die Pushover-Kurve und die plastischen Gelenkrotationen aus SAP2000 werden zurückgelesen, während Erdbebenanforderung, Schadensbereiche, Gebäudeentscheid und Bericht weiterhin in StatiCAD über die TBDY-Kette erzeugt werden. Diese Läufe werden der Berichtsliste mit Bezeichnungen wie „SAP +X+0.30Y“ hinzugefügt, und ihre Berichte können abgerufen werden. Am Ende der Läufe wird eine zusammenfassende Vergleichstabelle beider Programme in das Fortschrittsfenster geschrieben.

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Start von SAP2000: Ist SAP2000 geöffnet, verbindet sich StatiCAD mit der laufenden Instanz; ist es geschlossen, wird es automatisch gestartet. Die erste Verbindung kann 20–30 Sekunden dauern und ist im Fortschrittsfenster Schritt für Schritt zu verfolgen.

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Die Option Gelenke mit Verfestigung wird auch auf die SAP2000-Läufe angewendet: Beide Löser arbeiten mit demselben Gelenkmodell, sodass der Vergleich stets mit denselben Annahmen erfolgt.

5. Durchführung der Analyse

1. Nehmen Sie die Einstellungen vor und klicken Sie auf die Schaltfläche Analyse.
2. Für jede gewählte Richtung wird nacheinander die Pushover-Analyse durchgeführt. Im Fortschrittsfenster wird jedes Gelenkbildungsereignis (Schritt, Lastfaktor, Kopfverschiebung, Element) zeilenweise aufgelistet; am Ende des Laufs werden die Erdbebenanforderung und der Gebäudeentscheid ausgegeben.
3. Wurde SAP2000 gewählt, laufen die SAP2000-Aufträge im Hintergrund weiter, und ihre Zeilen laufen weiterhin in dasselbe Fenster ein. Währenddessen können Sie das Fenster bedienen; für den Start einer neuen Analyse warten Sie bitte, bis die SAP2000-Warteschlange abgearbeitet ist.

Fortschrittsfenster: Ereignisfolge, Erdbebenanforderung und Gebäudeentscheid.

6. Ergebnisse: Pushover-Kurve, Performance-Punkt und Bericht

Pushover-Kurve der gewählten Richtung; der dunkle Punkt ist der nach EK 5B berechnete Performance-Punkt (Anforderungspunkt).

• Wählen Sie aus der Liste Richtung einen der berechneten Lastfälle; seine Kurve wird in der Grafik dargestellt.
• Die Schaltfläche Bericht öffnet den ausführlichen Bericht für die gewählte Richtung. Der Bericht enthält die Pushover-Kurve und die modalen Kapazität–Anforderung-Diagramme, die Zusammenfassung der Anforderungsberechnung, die Anwendbarkeitsprüfungen (ηbi, Massenbeteiligung), elementweise Tabellen der plastischen Rotation und der Schadensbereiche, die Materialmodelle sowie die Dehnungsnachweise der Randbereiche von Wandscheiben. Er kann in der Vorschau gedruckt oder als PDF gespeichert werden.
• Wurde „Berechnung mit dem SAP2000-Ergebnis fortsetzen“ verwendet, können auch die mit „SAP ...“ bezeichneten Läufe aus derselben Liste gewählt und als Bericht ausgegeben werden.
• Nach dem Pushover-Lauf können die verformte Figur und die plastischen Gelenke in der 3D-Ansicht Schritt für Schritt verfolgt werden (siehe Multimodale Pushover-Analyse und IRSA, Abschnitt 5).

7. Verwendung zusammen mit der Ertüchtigung

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Erweist sich das Gebäude als unzureichend, wird die Ertüchtigung im selben Projekt den Elementen zugewiesen und mit einer einzigen Option in die Berechnung einbezogen. Die Steifigkeits- und Querschnittseinflüsse der Ertüchtigung (FRP-Umschnürung, Ummantelung, neue Wandscheibe, Ausfachungswand) werden auch in der Pushover-Analyse berücksichtigt. Einzelheiten finden Sie im Artikel Wie wird ein Stahlbetongebäude ertüchtigt?.

8. Häufige Situationen

Situation	Erläuterung / Lösung
„UYARI: önce analiz yapılmalıdır“	Die Pushover-Analyse wurde ohne vorherige statische Analyse gestartet. Führen Sie die Analyse aus und versuchen Sie es erneut.
„Önceki SAP2000 doğrulaması hâlâ koşuyor“ (Die vorherige SAP2000-Verifikation läuft noch)	Es wurde eine neue Analyse gestartet, bevor die SAP2000-Warteschlange im Hintergrund abgearbeitet war; warten Sie im Fortschrittsfenster auf die Zeile „SAP2000 doğrulaması tamamlandı“ (SAP2000-Verifikation abgeschlossen).
Warnung ηbi > 1,4 oder Massenbeteiligung < 70 %	Die Anwendbarkeitsbedingung der Single-Mode-Pushover-Analyse ist nicht erfüllt (TBDY 5.6.2.2). Die Ergebnisse werden dennoch erzeugt, im Bericht wird diese Prüfung jedoch als „SAĞLANMIYOR“ (nicht erfüllt) gekennzeichnet. Bewerten Sie solche Gebäude mit der multimodalen Pushover-Analyse oder mit IRSA.
SAP2000-Verbindungsfehler	SAP2000 V27 ist nicht installiert bzw. nicht lizenziert, oder der Start konnte nicht abgeschlossen werden. Öffnen Sie SAP2000 manuell, bestätigen Sie die Lizenz und wiederholen Sie die Analyse; Einzelheiten stehen in den Verbindungszeilen des Fortschrittsfensters.
SAP2000-Kurve endet vor dem Zielwert	Bei den SAP2000-Gelenken ist ein Festigkeitsabfall (abfallender Ast) definiert, das StatiCAD-Gelenk läuft dagegen mit einem Plateau weiter. Dies ist ein bewusster Modellierungsunterschied; Vergleiche werden in der Umgebung des Anforderungspunktes durchgeführt (siehe Validierungsstudien zur Pushover-Analyse).