Bemessung von Stahlträgern und Stahlstützen
Dieser Artikel beschreibt die Verwendung des Bemessungsmoduls für Stahlträger und Stahlstützen in StatiCAD. Die Berechnungen erfolgen nach TBDY 2018 und ÇYTHYE (türkische Bemessungs-, Berechnungs- und Ausführungsgrundsätze für Stahlbauten – LRFD-Ansatz): bei Trägern Biegung (einschließlich Biegedrillknicken), Querkraft, Interaktion und Durchbiegung; bei Stützen Biegeknicken unter Längsdruck sowie die Interaktion aus Normalkraft und zweiachsiger Biegung. Die Schnittgrößen stammen aus der Finite-Elemente-Berechnung des Programms, zusammen mit den Einhüllenden und den zugehörigen Lastkombinationen. Die Formeln finden Sie im Artikel Theoretische Grundlagen der Stahlbemessung, Vergleiche mit Handrechnungen im Artikel Verifikationsstudien für Stahlbauten.
In welchen Editionen? Die Berechnungen für Stahlbauten sind in der Edition StatiCAD Ultimate enthalten.
Anwendungsbereich: Der Tragfähigkeitsnachweis wird für warmgewalzte I-/H-Profile (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP) geführt. U-, L-, T-, Kasten- und Rohrprofile können zugewiesen werden; sie sind im Modell und in der 3D-Ansicht enthalten. Die Berechnung kaltgeformter Profile (C, Z, Sigma usw.) erfolgt im Modul Leichte Stahlbauten (Kaltprofile).
1. Allgemeiner Ablauf
- Modellieren Sie das Gebäude wie gewohnt (Träger als horizontale Ringbalken, Stützen als vertikale Ringbalken).
- Öffnen Sie das Fenster Eigenschaften des Bauteils, das aus Stahl sein soll, und weisen Sie über die Schaltfläche Querschnitt wählen im Formular Fabrikatprofil wählen das Profil zu (Abschnitt 2). Mit dem Profil wird auch das Stahlmaterial (S235 usw.) zusammen mit dem Querschnitt dem Bauteil zugewiesen.
- Markieren Sie im selben Fenster den Bemessungstyp des Bauteils als „Stahl“ (Abschnitt 3) und klicken Sie auf OK.
- Führen Sie die Berechnung aus. Die Stahlbemessungsnachweise werden am Ende der Berechnung automatisch geführt.
- Aktivieren Sie im Berichtsauswahlbaum die Gruppe Stahlbauteil-Berichte, um den Bericht zu erstellen (Abschnitt 6).
Wurde einem Bauteil ein Profil zugewiesen, ohne den Bemessungstyp „Stahl“ zu markieren, ist das Bauteil mit dem Stahlquerschnitt im Modell enthalten (Gewicht, Steifigkeit, 3D-Ansicht), geht aber nicht in den Stahlbemessungsnachweis ein.
2. Fabrikat-Profilbibliothek und Querschnittszuweisung
Das Formular Fabrikatprofil wählen öffnet sich über die Schaltfläche Querschnitt wählen in den Fenstern für Träger (Ringbalken-Eigenschaften) und Stützen (Eigenschaften vertikaler Ringbalken).
| Formularfeld | Funktion |
|---|---|
| Herstellungsart | Gewalzt (Standard): warmgewalzte Profile. Kaltgeformt: kaltgeformte Profile (Modul für leichte Stahlbauten). |
| Kategorie | Im Modus „Gewalzt“: Tümü / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Suchfeld | Filtert nach Namen (z. B. „IPE 3“). |
| Vorschau | Der gewählte Profilquerschnitt wird mit seiner tatsächlichen Geometrie gezeichnet; die wichtigsten Abmessungen und Querschnittswerte werden aufgelistet. |
| Material... | Auswahl der Stahlgüte (S235, S275, S355 usw.). Ohne Auswahl wird die Standard-Stahlgüte verwendet. Das Material wird zusammen mit dem Querschnitt dem Bauteil zugewiesen. |
| Zuweisen | Schreibt Profil und Material in das geöffnete Bauteilfenster; der Querschnitt wird außerdem der Querschnittsbibliothek des Projekts hinzugefügt und das Querschnittsbild für die Berichte erzeugt. |
| Benutzerdefinierter Querschnitt... | Wechselt anstelle der Fabrikat-Bibliothek zur benutzerdefinierten Querschnittseingabe. |
Dasselbe Formular lässt sich sowohl vom Träger als auch von der Stütze aus öffnen; die Zuweisung erfolgt an das Bauteil, aus dessen Fenster es geöffnet wurde. Das zugewiesene Profil wird in der Projektbibliothek gespeichert und mit der Datei weitergegeben.
3. Auswahl des Bemessungstyps
| Bauteil | Fenster | Option |
|---|---|---|
| Träger | Ringbalken-Eigenschaften → Gruppe Bemessungstyp | Stahl (neben den Optionen Stahlbeton / Mauerwerk / Holz) |
| Stütze | Eigenschaften vertikaler Ringbalken → Gruppe Bemessungstyp | Stahl |
Wird die Option markiert und mit OK bestätigt, wird der Bemessungstyp des Bauteils als Stahl gespeichert; nach der Berechnung gehen diese Bauteile in den Stahlbemessungsnachweis ein, und die Gruppe Stahlbauteil-Berichte wird im Berichtsbaum sichtbar.
4. Stahlträgerberechnung
| Nachweis | Vorschrift | Erläuterung |
|---|---|---|
| Biegung | ÇYTHYE Kapitel 9 | Fließen sowie inelastisches und elastisches Biegedrillknicken; die Grenzen Lp und Lr werden berechnet und im Bericht angezeigt. Der maßgebende Grenzzustand wird im Bericht angegeben. |
| Querkraft | Kapitel 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Interaktion | Kapitel 11 | Interaktionsnachweis aus Biegung, Normalkraft und Querkraft |
| Durchbiegung | Gebrauchstauglichkeit | Nachweis f ≤ L/K; im Bericht in der Zeile „Sehim f = ... ≤ L/K = ...“ (Durchbiegung f = ... ≤ L/K = ...) ausgegeben. |
Seitliche Stützweite Lb: Bleiben die Felder für die seitliche Stützung (Le) im Eigenschaftenfenster des Bauteils automatisch, wird die Trägerlänge zugrunde gelegt; wird ein Wert von Hand eingegeben, wird dieser verwendet. Der Momentenverteilungsbeiwert wird auf der sicheren Seite mit Cb = 1,0 angesetzt.
Durchbiegungsgrenze K: Wird je Bauteil an derselben Stelle festgelegt wie die Auswahl des Durchbiegungs-K bei Holzträgern (Standard K = 300; je nach Auswahl 200 / 150 / von Hand eingegebener Wert). Die Durchbiegung wird aus dem Moment im Gebrauchszustand (G+Q bzw. G+S ohne Teilsicherheitsbeiwerte) berechnet; beim Kragträger wird das Äquivalent der Einzellast am Ende verwendet.
5. Stahlstützenberechnung
| Nachweis | Vorschrift | Erläuterung |
|---|---|---|
| Längsdruck | Kapitel 8 | Biegeknicken um die x- und y-Achse sowie Drillknicken bei doppeltsymmetrischem Querschnitt; Fcr und φcPn (φc = 0,90) über die maßgebende elastische Knickspannung. Die maßgebende Knickform wird im Bericht angegeben. |
| Querschnittsschlankheit | Tabelle 5.1A | Es werden die Grenzen für Flansch b/2tf und Steg hw/tw geprüft. Ein Bauteil mit schlankem Querschnitt wird im Bericht ausdrücklich als „narin enkesit“ (schlanker Querschnitt) gekennzeichnet und als unzureichend gewertet. |
| Schlankheitsgrad | ÇYTHYE-Empfehlung | Bei KL/r > 200 wird im Bericht die rote Warnung „KL/r>200!“ ausgegeben. |
| Interaktion | Kapitel 11.3 | Längsdruck + zweiachsige Biegung: Gl. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) oder 11.3b; die verwendete Gleichung wird im Bericht angegeben. |
Effektive Knicklänge KL: Standardmäßig wird die Länge der Stütze innerhalb des Geschosses (Geschosshöhe und Höhenunterschiede unten/oben) angesetzt und K = 1,0 angenommen. Durch manuelle Eingabe von Werten in die Le-Felder des Fensters Eigenschaften vertikaler Ringbalken kann die Knicklänge für jede Achse getrennt definiert werden.
6. Lastkombinationen
Der Berechnungsansatz ist LRFD (φb = φc = φv = 0,90). Die Beanspruchungen werden aus der Einhüllenden der ÇYTHYE-LRFD-Kombinationen (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; bei vorhandenem Wind 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W und 0,9G + 1,6W) und der Erdbebenkombinationen des Programms (im Erdbebenfall 1,2G, Q mindestens 1,0) entnommen. Diese Kombinationen ändern die Lastkombinationsliste des Projekts nicht; sie werden nur in der Stahlbemessung verwendet. Der Name der maßgebenden Kombination der Einhüllenden wird im Bericht neben der Beanspruchung angezeigt.
Die Zeile „Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok“ (Keine Windkombinationen in der Stahlträger-/Stützenbemessung) in den Berechnungswarnungen meldet, dass im Projekt kein Windlastfall definiert ist. In der Standardliste der (TBDY-)Kombinationen kommt kein Wind vor; damit Wind in die Berechnung eingeht, wählen Sie auf der Registerkarte Lastkombinationen die definierten Lastfälle und Kombinationen aus.
7. Berichte
Nach der Berechnung erscheint im Berichtsauswahlbaum die Gruppe Stahlbauteil-Berichte:
| Bericht | Inhalt |
|---|---|
| Stahlträger-Berechnungen | Geschossweise, ein Block je Träger: Querschnittsname; Material (Fy); Querschnittswerte (A, Ix, Wel, Wpl, ry); Lb, Cb, Lp, Lr; Bemessungsmoment (mit der Kombination, die die Einhüllende liefert), Mn, Ausnutzung und maßgebender Grenzzustand; Bemessungsquerkraft, Vn und Ausnutzung; Interaktion; Durchbiegungszeile; Ergebnis: Yeterli / Yetersiz (ausreichend / unzureichend) |
| Stahlstützen-Berechnungen | Querschnittswerte (A, Ix, Iy, rx, ry); KLx, KLy, größtes KL/r (ggf. Warnung); Normalkraft (mit Kombination), φcPn, Ausnutzung und maßgebende Knickform; Momente und Kapazitäten in beiden Achsen; Interaktionsgleichung und ihr Wert; Ergebnis |
Erfüllte Nachweise werden mit einem grünen UYGUN (ERFÜLLT), nicht erfüllte mit einem roten X gekennzeichnet. Die Berichte werden bei türkischer Programmsprache auf Türkisch, in den übrigen Sprachen auf Englisch erzeugt.
8. 3D-Ansicht
Träger und Stützen mit zugewiesenem Profil werden im 3D-Fenster mit der tatsächlichen Querschnittsgeometrie dargestellt (I/H mit Steg und Flansch, Kasten, Rohr, Umriss kaltgeformter Profile). Bauteile ohne zugewiesenes Profil erscheinen als rechteckiges Prisma. Die Querschnittsbilder werden auch in die Querschnittstabellen der Berichte eingefügt.
9. Wichtige Hinweise
- Bei Stützen mit schlankem Querschnitt wird das Verfahren der wirksamen Fläche in dieser Version nicht angewendet; das Programm erzeugt keine Tragfähigkeit und kennzeichnet das Bauteil ausdrücklich. Ein Ergebnis wird niemals stillschweigend als „sicher“ ausgewiesen.
- Für die Knicklänge der Stütze wird K = 1,0 angenommen; geben Sie bei abweichenden Lagerungsbedingungen den Wert K·L von Hand in die Le-Felder ein.
- Der Elastizitätsmodul des Stahls wird aus der Materialbibliothek gelesen; es spielt keine Rolle, ob er in kg/cm² oder in MPa definiert ist (die Einheit wird automatisch erkannt).
- Die Duktilitäts-Querschnittsbedingungen für Erdbeben nach TBDY Kapitel 9, das Stützen-Träger-Kapazitätsverhältnis und Diagonalstäbe liegen außerhalb des Umfangs dieser Version.
10. Häufig gestellte Fragen
Im Berichtsbaum wird „Stahlbauteil-Berichte“ nicht angezeigt. Die Gruppe erscheint, wenn im Projekt mindestens ein Träger oder eine Stütze mit dem Bemessungstyp Stahl markiert ist und eine Berechnung durchgeführt wurde. Stellen Sie sicher, dass die Option „Stahl“ im Eigenschaftenfenster des Bauteils markiert ist und die Berechnung erneut ausgeführt wurde.
Im Bericht steht „Profil katalogda bulunamadı“. Der dem Bauteil zugewiesene Querschnittsname wurde in der Fabrikat-Profilbibliothek nicht exakt gefunden (z. B. von Hand geänderter Querschnittsname). Weisen Sie den Querschnitt im Formular Fabrikatprofil wählen erneut zu.
Die Tragfähigkeiten fallen viel niedriger oder höher aus als erwartet. Vergleichen Sie zunächst die Zeile mit den Querschnittswerten im Bericht (A, Ix, Wpl) mit der Profiltabelle; prüfen Sie dann die Werte Lb und KL – die seitliche Stützung oder die Knicklänge könnte von Hand eingegeben worden sein. Die Übereinstimmung des Grenzzustands des Trägers (Fließen / inelastisches / elastisches Biegedrillknicken) mit Lp und Lr ist im Bericht nachvollziehbar.
Der Stahlträger oder die Stahlstütze erscheint in der 3D-Ansicht als Rechteck. Dem Bauteil wurde kein Profil zugewiesen. Weisen Sie ein Profil gemäß den Schritten in Abschnitt 2 zu.
Kann dasselbe Bauteil sowohl nach Stahl als auch nach Stahlbeton nachgewiesen werden? Nein; der Bemessungstyp ist eine Einfachauswahl. Das Bauteil geht in den Nachweis des Moduls ein, als dessen Typ es markiert ist.