Leichtstahl-Decke: Deckenträger und Scheibe

Dieser Artikel behandelt drei Themen zur Decke in Leichtstahlgebäuden: den Nachweis der Deckenträger (Joists), die automatische Erzeugung der Deckenträger durch Unterteilung der Leichtstahl-Decke in Streifen und die Prüfung der Decke als Scheibe (Diaphragma), die Erdbeben- und Windkräfte in die Paneele einleitet. Zur allgemeinen Bemessung von Trägern und Stützen siehe Bemessung von Leichtstahl-Trägern und -Stützen, für die Gleichungen den Artikel Theoretische Grundlagen der Leichtstahl-Bemessung. Der Artikel Berechnungsbeispiel: Zweigeschossiges Leichtstahlgebäude wendet Schritt für Schritt alle diese Funktionen an.

info

In welchen Editionen? Die Leichtstahl-Berechnungen und die Register Hafif Çelik (Leichtstahl) in den Fenstern Eigenschaften Ringbalken und Eigenschaften Decke sind in der Edition StatiCAD Ultimate enthalten.

1. Nachweise der Deckenträger (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Träger vom Typ Leichtstahl werden als Deckenträger nachgewiesen. Im Register Hafif Çelik (Leichtstahl) des Fensters Eigenschaften Ringbalken stehen die deckenträgerspezifischen Eingaben. Sie gelten nur für den Trägertyp Leichtstahl; die Standardwerte (0) liegen auf der sicheren Seite.

Eingabe	Bedeutung	Standard
Obergurt durchgehend mit Beplankung verbunden	Ist die Deckenbeplankung (OSB, Sperrholz, Trapezblech) durchgehend mit dem Obergurt verschraubt, tritt beim positiven Moment (Feld, Obergurt auf Druck) kein Biegedrillknicken auf; Md+ ergibt sich aus den Zeilen für lokales und distortionales Beulen.	Aus (Lb+ = Elementlänge)
Seitlicher Haltungsabstand des Untergurts Lb (mm)	Abstand von Aussteifungen, Querriegeln (Bridging) oder Unterbeplankung beim negativen Moment (Auflagerbereich, Untergurt auf Druck).	0 = Elementlänge
Auflagerart	Automatisch: Ist am Ende keine Stütze vorhanden und eine Wand vorhanden, gilt das Auflager als aufliegend (Stegkrüppeln wird nachgewiesen); an einer Stütze gilt es als am Steg angeschlossen. Aufliegend oder Am Steg angeschlossen (Knotenblech; kein Krüppelnachweis) können von Hand gewählt werden.	Automatisch
Auflagerlänge ss (mm)	Auflagerlänge am Auflager. HCBTİE 7.4(e) fordert mindestens 40 mm; bei kleineren Eingaben wird eine Warnung ausgegeben.	0 = 40 mm
Stegaussteifung am Auflager	Wird sie angegeben, gelten statt des Stegkrüppelns die Bedingungen nach 7.4; bei Biegung + Querkraft wird Gl. 4.8.6 verwendet.	Keine
Auflast am Auflager	Befindet sich über dem Auflager eine Wand oder ein Ständer des Obergeschosses (zwei gegenüberliegende Einzelkräfte), wird das Stegkrüppeln mit der entsprechenden Gleichung berechnet.	Keine
Trägerabstand < 40 cm und mindestens zwei Reihen Bridging	Zweiter Weg nach HCBTİE 7.5: Überschreitet das Verhältnis Spannweite/Höhe 18 oder liegt die Frequenz unter 8 Hz, hebt diese Angabe die Schwingungswarnung auf.	Keine

Bei Mehrfachauswahl erscheinen die Felder, die sich in den ausgewählten Trägern unterscheiden, unbestimmt (Kontrollkästchen grau, Text leer, Liste ohne Auswahl) und werden nicht übernommen, solange sie nicht geändert werden. Die Eingaben werden mit dem Projekt gespeichert; vor diesen Eingaben gespeicherte Projekte werden mit den Standardwerten geöffnet.

1.1 Durchgeführte Nachweise

• Vorzeichenbehaftete Biegung: Positive (Feld-) und negative (Auflager-)Momente werden getrennt umhüllt. Jedes wird mit Md+ und Md− verglichen, die mit der jeweiligen seitlichen Haltungslänge und dem Beiwert Cb berechnet werden (AISI S100 F2.1.1, HCBTİE 1.3). Bei Kragarmen und bei Längen mit Zwischenhalterung wird Cb = 1 angesetzt.
• Gleichzeitige Biegung + Querkraft (HCBTİE 4.8.2): M und V im selben Querschnitt und in derselben Kombination werden gemeinsam betrachtet. Im Nenner wird die Biegetragfähigkeit Mdlo ohne Biegedrillknicken verwendet (bei Stegen mit Aussteifung der kleinere Wert zusammen mit der distortionalen Tragfähigkeit).
• Stegkrüppeln (HCBTİE 4.8.3): Da 4.8.3 keine Gleichung für die Tragfähigkeit enthält, wird nach TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 gerechnet (HCBTİE 1.3). Am Zwischenauflager (in derselben Richtung durchlaufender Leichtstahlträger) ist die Beanspruchung die Summe der Endquerkräfte beider Seiten. Querschnitte mit Sigma-Steg (Σ) sowie mit r/t > 6 und hw/t > 200 liegen außerhalb des Geltungsbereichs dieser Gleichungen; in diesem Fall wird die Warnung „nicht nachweisbar“ ausgegeben.
• Erfordernis einer Stegaussteifung (HCBTİE 7.4): Bei ebenem Steg ist eine Zwischenaussteifung erforderlich, wenn h/t > 180 oder V > 0,8Vd.
• Durchbiegung nur aus Verkehrslast (HCBTİE Tabelle 7.1): Grenzwert L/250. Wird beim Durchbiegungstyp Kragarm nicht angewendet.
• Schwingung (HCBTİE 7.5): Spannweite/Höhe ≤ 18 und geschätzte Eigenfrequenz des Einfeldträgers ≥ 8 Hz.

hinweis

Die Berichtsseite für Leichtstahl-Träger enthält Zeilen zu Stegkrüppeln, Stegaussteifung und Schwingung; die Zeilen für Geometrie, Beanspruchung, Biegung, Querkraft und Durchbiegung zeigen vorzeichenbehaftete (positive/negative Moment-)Werte. Die Analysewarnungen melden das Erfordernis einer Stegaussteifung, die Schwingungsbedingung, nicht nachweisbares Stegkrüppeln, Auflagerlängen unter 40 mm und, als Information, die Interaktion von Moment + örtlicher Kraft nach TS EN 1993-1-3 6.1.11. Die automatische Auflagerart beruht auf der Nachbarschaft von Stütze und Wand am Ende. Wird die Nachbarschaft nicht erkannt (z. B. bei Leichtstahl-Stützen mit Polygonquerschnitt), gilt der Träger als Kragarm (Cb = 1) und Stegkrüppeln wird nicht geprüft; wählen Sie in diesem Fall die Auflagerart von Hand als Oturmalı (aufliegend).

2. Leichtstahl-Decke: Streifen und Deckenträger

Um eine viereckige Decke in eine Leichtstahl-Decke umzuwandeln, verwenden Sie das Register Hafif Çelik (Leichtstahl) im Fenster Eigenschaften Decke (nur sichtbar, wenn eine einzelne Decke bearbeitet wird):

1. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Leichtstahl-Decke und geben Sie das Deckenträgerprofil (aus der vordefinierten Profilliste, z. B. CC C200x80x16x2), das Material (leer = S235), den größten Trägerabstand (mm), die Trägerrichtung (parallel zur X- oder Y-Achse), die Beplankungsart und die Angabe zum Bridging ein.
2. Aktivieren Sie Bei OK Streifen und Deckenträger erzeugen / erneuern und klicken Sie auf OK.

Das Programm teilt die Spannweite gleichmäßig so, dass der vorgegebene Abstand nicht überschritten wird (z. B. 4,0 m und 400 mm → 10 Felder, 9 Träger). Die Träger werden als Ringbalken vom Typ Leichtstahl erzeugt: beide Enden mit Gelenken M2 + M3, Obergurt mit der Beplankung verbunden (Abschnitt 1), Beplankungsart und Trägerabstand für die Drehbettung der Beplankung (kφ) zugewiesen. Die Decke wird zwischen den Trägern in Streifen mit denselben Eigenschaften (Dicke, G, Q, Material) unterteilt; Streifen und Träger werden in der Auswahlgruppe der Decke zusammengefasst (gibt es keine Gruppe, wird sie mit dem Namen der Decke angelegt).

• Neuerzeugung: Ändern Sie die Definition im Register Leichtstahl eines beliebigen Streifens und bestätigen Sie mit Erzeugen / erneuern; die Streifen derselben Gruppe und die erzeugten Träger werden gelöscht, die ursprüngliche Decke wird wiederhergestellt und mit der neuen Definition unterteilt.
• Rückgängig machen: Deaktivieren Sie das Kontrollkästchen Leichtstahl-Decke und bestätigen Sie mit Erzeugen / erneuern; die ursprüngliche Decke kommt zurück, die erzeugten Träger werden gelöscht.
• Geometrie: Die beiden zu den Trägern parallelen Ränder müssen achsparallel sein (bei X-Richtung der untere und obere Rand, bei Y-Richtung der linke und rechte Rand); die beiden anderen Ränder dürfen schräg sein. Polygonale (Schalen-)Decken werden nicht unterstützt.
• Last: Damit die Träger Lasteinzugsbreite × G/Q erhalten, werden in den Allgemeinen Projekteinstellungen die klassische Lastabtragung und „Decken nicht in die Systemsteifigkeit einbeziehen“ empfohlen. Bei Schalenabtragung oder bei Einbeziehung der Decken in die Steifigkeit verteilen die Streifen die Last zwischen den Trägern; sind die Randträger weich, wandert die Last zu den stützennahen Trägern, und die Analyse gibt eine Warnung aus.

hinweis

Ist eine Definition vorhanden, sind aber Streifen und Träger nicht erzeugt, gibt die Analyse eine Warnung aus. Die bei Stahl- und Leichtstahlträgern definierten Endgelenke werden in der Finite-Elemente-Berechnung angesetzt; die erzeugten Deckenträger wirken als Einfeldträger.

tipp

Setzen Sie an jeder Tür- und Fensteröffnung, an der Deckenträger enden, einen Leichtstahl-Sturz; andernfalls bleibt dieses Trägerende ungelagert, die Finite-Elemente-Berechnung gibt eine Warnung zu singulärer Steifigkeit aus, und die Träger sind unzureichend.

3. Leichtstahl-Deckenscheibe (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4)

In jeder Deckenebene mit Leichtstahl-Deckendefinition (Abschnitt 2) prüft die Analyse, ob die Decke als Scheibe die Erdbeben- und Windkräfte in die vertikalen Paneele einleitet. Die Eingaben befinden sich in der Gruppe Deckenscheibe im unteren Teil des Registers Eigenschaften Decke › Hafif Çelik (Leichtstahl) (0 = Standard):

• Schubtragfähigkeit der Beplankung vn (kN/m): Die Norm gibt für Decken keinen Wert an. Bleibt das Feld 0, wird sinngemäß der Wert des Wandpaneels aus TBDY Tabelle 10.5 verwendet (11 mm OSB 10,2, 12 mm Sperrholz 11,4 kN/m); bei Gipsplatten und nicht definierter Beplankung erfolgt kein Beplankungsnachweis. Geben Sie den Versuchswert (TBDY Anhang 10.C) oder den Herstellerwert ein.
• Schraube Decke → Obergurt des unteren Paneels: Durchmesser und Abstand (0 → 4,8 mm / 300 mm), optional die Schaftschubtragfähigkeit Pnvs der Schraube laut Hersteller.

Eine Änderung an einem Streifen wird bei OK auf alle Streifen der Familie übertragen (auch ohne Markierung von Erzeugen / erneuern). Folgendes wird geprüft:

1. Kraft der Wandlinie (TBDY 4.5.6.4, mit D): Paneele des unteren und oberen Geschosses in derselben Richtung innerhalb von 20 cm bilden eine Linie; F = Querkraft am Kopfquerschnitt der Paneele des unteren Geschosses − Querkraft am Fußquerschnitt der Paneele des oberen Geschosses.
2. Schubfluss der Beplankung: v = F/B (B: Deckentiefe an der Linie, TBDY Abbildung 10.11) ≤ φ·vn (Erdbeben 0,60 / Ω 2,5; Wind 0,65 / 2,0).
3. Sammler (Collector, Längskraft-Übertragungselement): Normalkraft entlang der Linie; sie wächst, wenn die Wand die Linie nicht vollständig abdeckt oder obere und untere Wände versetzt sind. Sie wird mit der Zugtragfähigkeit des Deckenträgerprofils verglichen.
4. Anschluss Decke → unteres Paneel: Kopfquerkraft des Paneels im unteren Geschoss (mit D) ≤ n·Ps (TBDY 10.3.4). Der Anschluss Paneel des oberen Geschosses → Decke steht in der Ankertabelle des Paneels (Schubankertyp „vida“ (Schraube)).
5. Gurtkraft (Chord): In jeder Deckenfamilie T = C = F·L/(8·B).
6. Öffnung: Überschreitet die Öffnungsfläche 3 % der Deckenfläche, ist die Decke als Schalenelement (semi-steife Scheibe) zu modellieren (HCBTİE 7.4(d)); das Verhältnis wird bei eingeschalteten Unregelmäßigkeitsprüfungen berechnet.

hinweis

Die Ergebnisse stehen im Bericht am Ende des Abschnitts zur Leichtstahl-Trägerbemessung unter der Überschrift Hafif çelik döşeme diyaframı (Leichtstahl-Deckenscheibe), sofern Deckenträger erzeugt wurden; Ebenenzusammenfassungen stehen auf der Seite der Deckenscheibe, Unzulänglichkeiten in den Analysewarnungen und in der Projekt-Checkliste (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4). In Ebenen, deren Decken alle aus Leichtstahl sind, werden die Nachweise der Stahlbetonscheibe (TBDY M.7.11) nicht durchgeführt.

4. Trägerachsversatz und Verbundnormalkraft

Ist in den Allgemeinen Projekteinstellungen Offset1 und Offset2 in der Systemsteifigkeitsmatrix berücksichtigen oder bei definierter Achse Exzentrizitäten in der Systemsteifigkeitsmatrix berücksichtigen aktiviert, wird die Trägerachse unterhalb der Knotenachse modelliert. Da die starre Scheibe oder die Auflager die Achsverschiebung der Knoten festhalten, verhält sich das Profil wie ein Verbundquerschnitt mit einem unendlich steifen Flansch und erhält eine Normalkraft, die in Wirklichkeit nicht vorhanden ist.

Das Programm zieht diesen Anteil bei der Leichtstahl-Trägerbemessung, wie bei Stahlbetonträgern, von der Normalkraft jedes Lastfalls ab; das Moment bleibt unverändert, das Profil trägt also das Gesamtmoment ohne Verbundbeitrag. Daher müssen die Offset-Kontrollkästchen nicht deaktiviert werden. In den Ergebnistabellen der Finite-Elemente-Träger erscheint weiterhin die Roh-Normalkraft. Bei schweren (warmgewalzten) Stahlträgern erfolgt diese Korrektur nicht. Zu den Gleichungen siehe den Artikel Theoretische Grundlagen.

5. Häufige Fragen

Beim Deckenträger erhalte ich die Warnung „gövde buruşması denetlenemedi“ (Stegkrüppeln nicht nachweisbar). Der Querschnitt liegt außerhalb des Geltungsbereichs der Gleichungen nach TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 (Sigma-Steg, r/t > 6 oder hw/t > 200). Wählen Sie einen C-, Z-, U- oder C+-Querschnitt oder geben Sie am Auflager eine Stegaussteifung an.

Beim Deckenträger wird das Stegkrüppeln überhaupt nicht berechnet. Bei der automatischen Auflagerart wurde möglicherweise wegen einer Stütze am Ende „am Steg angeschlossen“ angenommen, oder die Nachbarschaft am Ende wurde nicht erkannt. Liegt der Träger auf einer Wand auf, wählen Sie im Register Hafif Çelik (Leichtstahl) als Auflagerart Oturmalı (aufliegend).

Wie behebe ich die Schwingungswarnung? HCBTİE 7.5 fordert Spannweite/Höhe ≤ 18 und Eigenfrequenz ≥ 8 Hz. Wählen Sie ein höheres Profil, verkleinern Sie die Spannweite, oder verringern Sie den Trägerabstand unter 40 cm, führen Sie mindestens zwei Reihen Bridging aus und markieren Sie diese Angabe.

Die Momente der erzeugten Deckenträger unterscheiden sich stark voneinander. Wirken die Decken als Schalen in der Systemsteifigkeit mit, verteilt die Beplankung die Last zwischen den Trägern; sind die Randträger weich, wandert die Last zu den stützennahen Trägern. Wählen Sie für die Bemessung mit Lasteinzugsbreite in den Allgemeinen Projekteinstellungen die klassische Lastabtragung und beziehen Sie die Decken nicht in die Systemsteifigkeit ein.

Der Nachweis der Beplankung der Scheibe ergibt „unzureichend“. Der Standardwert vn wird sinngemäß aus der Tabelle der Wandpaneele übernommen. Geben Sie bei Scheiben mit Blockierung oder engem Randschraubenabstand den Versuchs- oder Herstellerwert in der Gruppe Deckenscheibe ein; ist der Anschluss unzureichend, verringern Sie den Schraubenabstand.