Bemessung von Leichtstahl-Paneelen und -Ständern

Dieser Artikel beschreibt die Anwendung des Leichtstahl-Wandpaneelmoduls (kaltgeformter Stahl) von StatiCAD. Das Modul führt zwei grundlegende Nachweise: die Schubtragfähigkeit der Beplankung des Paneels (TBDY 2018) und den Nachweis der Ständer im Paneelrahmen für Normaldruckkraft und Biegung aus Wind quer zur Wandebene (Methode der wirksamen Breiten — EGM nach Kapitel 4 der HCBTİE; YDKT oder GKT). Die Schnittgrößen stammen aus der Analyse des Programms; die Ergebnisse erscheinen in den Analysewarnungen und in den türkischen/englischen Berechnungsberichten.

Verwandte Artikel: Bemessung von Leichtstahl-Trägern und -Stützen, Normanforderungen, Verankerung und Fundament, Theoretische Grundlagen, Validierung.

info

In welchen Editionen? Die Leichtstahl-Berechnungen sind in der Edition StatiCAD Ultimate enthalten. Die Paneeldaten werden in jeder Edition mit dem Projekt gespeichert.

1. Allgemeiner Ablauf

1. Zeichnen Sie die Wand wie gewohnt und öffnen Sie das Fenster Wandeigenschaften.
2. Aktivieren Sie als Bemessungstyp die Option „Hafif Çelikte Panel“ (Paneel in Leichtstahl).
3. Nehmen Sie im Register Hafif Çelik Paneli (Leichtstahl-Paneel) die Eingaben zu Beplankung und Ständern vor (Kapitel 2) und speichern Sie mit OK.
4. Aktivieren Sie bei Paneelen in der Außenfassade in den Wandeigenschaften das passende Kontrollkästchen für die Randachse (Auf oberer/unterer/linker/rechter Randachse); die Biegung aus Wind wird nur für diese Wände berechnet (Kapitel 5).
5. Prüfen Sie in den Allgemeinen Projekteinstellungen das Bemessungsverfahren (YDKT/GKT), den Windstaudruck und die Durchbiegungsgrenze der Ständer (Kapitel 5 und 6).
6. Starten Sie die Analyse. Schubtragfähigkeit des Paneels und Ständernachweise werden während der Analyse automatisch berechnet; Defizite erscheinen in der Warnungsliste am Ende der Analyse (Kapitel 8).
7. Aktivieren Sie im Baum des Registers Bericht im Fenster Berichtsauswahl die Gruppe „Hafif Çelik Eleman Raporları“ (Berichte Leichtstahl-Elemente) und ihre Unterberichte und erzeugen Sie den Bericht (Kapitel 9).

2. Eingaben im Register „Hafif Çelik Paneli“

Eingabe	Erläuterung	Standardwert
Sol/Üst Panel Kaplama Var (Beplankung links/oben vorhanden)	Ob die linke (obere) Seite des Paneels eine Beplankungsplatte hat	Vorhanden
Sağ/Alt Panel Kaplama Var (Beplankung rechts/unten vorhanden)	Ob die rechte (untere) Seite des Paneels eine Beplankungsplatte hat	Vorhanden
vc,sol, vc,sağ (kN/m)	Charakteristische Schubfestigkeit der Beplankung je Längeneinheit (nach Plattentyp sowie Schraubendurchmesser und -abstand; die Erläuterung im Register nennt typische Werte aus TBDY Tabelle 10.5)	10,2 (OSB 11 mm)
Dikme Profili (C / Sigma) (Ständerprofil)	Kaltgeformter Querschnitt für die Paneelständer; die Liste wird aus der bei der Installation mitgelieferten Profiltabelle gefüllt	Leer (vom Benutzer zu wählen)
Dikme aralığı s (mm) (Ständerabstand)	Achsabstand der Zwischenständer	600
Kenar dikme adedi n (Anzahl Randständer)	Anzahl der Ständer an jedem Ende des Paneels; die Kippkraft wird auf diese Ständer verteilt	2

hinweis

Ältere Projektdateien ohne diese Eingaben lassen sich ohne Änderung öffnen; die Felder werden mit den Standardwerten belegt.

3. Schubtragfähigkeit des Paneels (TBDY 2018)

Für jedes Leichtstahl-Paneel wird die Schubtragfähigkeit der beplankten Seite(n) berechnet:

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Vc = 0,6 · vc · L (L: Wandlänge)

• Im Bereich 2 ≤ h/L ≤ 4 wird die Tragfähigkeit mit dem Faktor 2L/h abgemindert; bei h/L > 4 oder L < 0,30 m trägt das Paneel nicht zur Schubtragfähigkeit bei.
• Ist nur eine Seite beplankt, gilt die Tragfähigkeit dieser Seite; sind beide Seiten beplankt, gilt bei gleicher Beplankung die Summe, bei unterschiedlicher Beplankung die Regel max(2·kleinerer, größerer).

Das Ergebnis wird bei der Querkraftverteilung im Geschoss als horizontale Tragfähigkeit des Paneels berücksichtigt und im Bericht je Paneel aufgeführt.

4. Ständernachweis (EGM — HCBTİE Kapitel 4)

4.1 Beanspruchungen

Die Analyse ermittelt für jedes Paneel in allen Lastkombinationen die Hüllkurve der Querkraft in der Wandebene (V) und der vertikalen Normalkraft (N); der Name der maßgebenden Kombination wird im Bericht angezeigt. Die Ständerbeanspruchungen werden aus dieser Hüllkurve abgeleitet:

Bauteil	Normalkraftbeanspruchung	Erläuterung
Zwischenständer	Nzwi = N · s / L	Anteil der vertikalen Last nach Einflussbreite
Randständer	Nrand = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Einflussbreitenanteil + Anteil der aus dem Kippmoment stammenden Endkraft, geteilt durch die Anzahl der Randständer. Cd ist dieselbe Verteilung, für jede Kombination mit dem Überfestigkeitsbeiwert D vergrößert berechnet (TBDY 10.4.1.1(a)); der größere Wert ist maßgebend. Im Bericht steht neben der Beanspruchung „(D ile)“ (mit D) oder „(zarf)“ (Hüllkurve).

4.2 Tragfähigkeit

Für den gewählten Querschnitt wird mit der EGM die Drucktragfähigkeit (Pd) bestimmt: Maßgebend ist die kleinste der Zeilen lokales Beulen (wirksame Breiten), distortionales Beulen und Biegedrillknicken (global). Knicklängen:

• Starke Achse: Lx = Paneelhöhe h.
• Ist mindestens eine Seite beplankt, werden für die schwache Achse und die Torsion Ly = Lz = Ständerabstand s angesetzt, und das Kippen gilt als gehalten; ohne Beplankung gilt Ly = Lz = h.

Die Bruttoquerschnittswerte (A, Ix, Iy) sind die Katalogwerte des Herstellers aus der Profiltabelle; Torsionsträgheitsmoment, Schubmittelpunkt und Wölbwiderstand werden automatisch aus der Querschnittsgeometrie berechnet. Bei beplankten Paneelen ist die maßgebende Zeile meist das distortionale Beulen; die distortionale kritische Spannung wird nach dem allgemeinen Verfahren der HCBTİE 4.10.3.3 oder, falls gewählt, mit der Finite-Streifen-Methode berechnet (siehe Theoretische Grundlagen).

Für jedes Paneel werden Rand- und Zwischenständer als getrennte Zeilen nachgewiesen. Es werden zwei Ausnutzungsgrade berechnet; der größere ist maßgebend und entscheidet über Yeterli (ausreichend) / YETERSİZ (unzureichend):

• Normalkraft-Ausnutzung = PEd/Pd (Hüllkurve aller Lastkombinationen),
• Ausnutzung der Windkombination = P/Pd + M/Md (nur bei Außenwänden; HCBTİE Gl. 4.8.4).

5. Biegung aus Wind quer zur Wandebene und Durchbiegung

Die Ständer der Wände mit markierter Randachse (Außenwände) biegen sich unter dem Winddruck senkrecht zur Wandfläche wie ein einfacher Balken:

• w = max(0,8 · q ; 0,5) kN/m² (0,8: Druckbeiwert nach TS 498; 0,5 kN/m²: Untergrenze der charakteristischen Windlast nach HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: beim Zwischenständer s, beim Randständer s/2; die Vergrößerung nach Theorie II. Ordnung wird angewendet)

q ist das Feld „Rüzgar Yükü“ (Windlast) im Register Allgemeine Projekteinstellungen → Lastkombinationen; es ist nach TS 498 passend zur Gebäudehöhe einzugeben (0–8 m: 0,5; 8–20 m: 0,8; 20–100 m: 1,1 kN/m²). Die Schneelast aus demselben Register geht in die Normalkraft der Windkombination ein. Windkombinationen — YDKT: 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W und 1,2G + 1,6S + 0,8W; GKT: G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W und G + 0,6W.

hinweis

Ist im Projekt kein Leichtstahl-Paneel als Außenwand markiert, erscheint in der Warnungsliste der Analyse eine entsprechende Zeile; die Windbiegung wird nicht stillschweigend übersprungen. Auch wenn q nicht eingegeben wurde oder unter dem für die Höhe der Paneeloberkante geltenden TS-498-Wert liegt, wird eine Warnung ausgegeben (q wird vom Programm nicht verändert).

Durchbiegungsnachweis: Bei den Ständern von Außenwänden wird die Durchbiegung quer zur Wandebene mit dem charakteristischen Windwert berechnet und δ ≤ h/K geprüft. Die Durchbiegung wird mit dem wirksamen Trägheitsmoment beim Gebrauchsmoment (HCBTİE 4.9.5) berechnet; bei schlanken Querschnitten kann sie größer ausfallen als mit dem Brutto-Trägheitsmoment. K wird in der Liste Dikme sehim sınırı (Durchbiegungsgrenze der Ständer) des Feldes „Hafif Çelik Eleman Tasarım Yöntemi“ (Bemessungsverfahren Leichtstahl-Elemente) im Register Allgemeine Projekteinstellungen → Normauswahl gewählt (h/120, h/200, h/240 als Standard, h/300, h/360). Da die HCBTİE keine ständerspezifische Grenze vorgibt, ist die Wahl ingenieurmäßig nach der Art der Beplankung zu treffen: üblich sind h/120 bei flexibler Beplankung, h/240 bei Gips- oder OSB-Beplankung und h/360 bei Putz oder Keramikbekleidung. Das Ergebnis steht im Bericht in einer eigenen Zeile „Sehim“ (Durchbiegung); bei Überschreitung gilt der Ständer als unzureichend.

6. Bemessungsverfahren: YDKT / GKT

Es wird im Feld „Hafif Çelik Eleman Tasarım Yöntemi“ im Register Allgemeine Projekteinstellungen → Normauswahl gewählt (sichtbar, wenn der Gebäudetyp Leichtstahl ist oder das Projekt Leichtstahl-Paneele enthält) und mit dem Projekt gespeichert:

Option	Tragfähigkeit	Lastkombinationen
YDKT (LRFD, Standard)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Kombinationen des Programms; bei Kombinationen mit Erdbeben 1,2G statt G; zusätzlich werden die vertikalen Kombinationen nach HCBTİE 4.3.1 (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + Q) aus den reinen G/Q/S-Ergebnissen erzeugt und der Hüllkurve hinzugefügt.
GKT (ASD)	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Die Kombinationen des Programms werden in ihre GKT-Entsprechungen umgewandelt; zusätzlich werden G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S und die Form G + 0,7E der Erdbebenkombinationen der Hüllkurve hinzugefügt.

gefahr

Die HCBTİE definiert nur YDKT; die Option GKT dient dem Vergleich und der Vorbemessung. Verwenden Sie für offizielle Berechnungen YDKT. Ältere Projekte werden mit YDKT geöffnet.

7. Drehbettung durch die Beplankung (kφ)

Eine Beplankung aus OSB oder Sperrholz hält die Flansche des Ständers gegen Verdrehen und erhöht so die Tragfähigkeit gegen distortionales Beulen (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Werden keine Daten eingegeben, wird kφ = 0 angenommen.

• Im Register Wandeigenschaften → Leichtstahl-Paneel werden im Feld „Kaplamanın dikmeye dönme tutulumu“ (Drehbettung des Ständers durch die Beplankung) für die linke und rechte Seite der Plattentyp (Tanımsız / Alçı levha / OSB / Kontrplak / Kullanıcı kφ), die Plattenbiegesteifigkeit (0 = Standardwert des Typs), der Schraubenabstand und nur für „Kullanıcı kφ“ der Wert kφ eingegeben. In der Berechnung wird der kleinere Wert der beiden Seiten verwendet: Ist eine Seite eine Gipsplatte, nicht definiert oder unbeplankt, wird kφ = 0.
• Bedingungen: Schraubenabstand ≤ 305 mm und Ständerabstand ≤ 625 mm; andernfalls wird kφ = 0 angesetzt und der Grund im Bericht genannt. Gipsplatten werden in der Tragfähigkeitsberechnung nicht berücksichtigt.
• Im Bericht werden in der Ständeranmerkung der kφ-Wert jeder Seite oder der Grund für Null sowie der verwendete Wert angegeben.

8. Analysewarnungen

Warnung	Bedeutung / Maßnahme
„… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi“ (Ständerberechnung des Leichtstahl-Paneels nicht möglich: kein Ständerprofil gewählt)	Im Register des Paneels wurde kein Ständerprofil gewählt. Wählen Sie das Profil unter Wandeigenschaften → Leichtstahl-Paneel.
„… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)“ (Rand-/Zwischenständer des Leichtstahl-Paneels unzureichend)	Der maßgebende Ausnutzungsgrad des betreffenden Ständers überschreitet 1. Wählen Sie ein größeres oder dickeres Profil, verringern Sie den Ständerabstand oder erhöhen Sie die Anzahl der Randständer.
„Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …“ (Bei den Leichtstahl-Paneelen ist keine Wand mit Gebäuderandachse (Außenwand) markiert)	Da kein Paneel als Außenwand markiert ist, wurde die Windbiegung nicht berechnet. Markieren Sie bei Fassadenpaneelen die Kontrollkästchen der Randachse.
„… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)“ (Ständerdurchbiegung des Leichtstahl-Paneels zu groß)	Die Durchbiegung des Außenwandständers quer zur Wandebene überschreitet die gewählte Grenze. Wählen Sie ein steiferes Profil, verringern Sie den Ständerabstand oder überprüfen Sie die Grenze, sofern sie zur Beplankungsart passt.
„Rüzgâr basıncı q girilmemiş …“ (Winddruck q nicht eingegeben) / „… TS 498 yükseklik kademesinin altında …“ (unter der TS-498-Höhenstufe)	Geben Sie unter Allgemeine Projekteinstellungen → Lastkombinationen → Windlast einen zur Gebäudehöhe passenden Wert ein.

9. Berichte

Im Baum des Registers Bericht der Berichtsauswahl befindet sich die Gruppe „Hafif Çelik Eleman Raporları“ (sichtbar, wenn das Projekt Leichtstahl-Paneele enthält):

• Hafif Çelik Panel Tasarım (Leichtstahl-Paneelbemessung): Je Paneel die Beplankungsangaben, h, L, die Eingaben vc und die Schubtragfähigkeiten der Beplankung.
• Hafif Çelik Dikme Tasarımı (EGM) (Leichtstahl-Ständerbemessung): Geschossweise und je Paneel — Paneelname und Profil, Geometrie (h, L, s, n), Bemessungsverfahren und Winddruck, Hüllkurvenschnittgrößen (mit Namen der maßgebenden Kombination), für Rand- und Zwischenständer Beanspruchung, Tragfähigkeit, Normalkraft-Ausnutzung, maßgebender Ausnutzungsgrad und Status; bei Außenwänden die Zeile der Windkombination und die Durchbiegung; Zeilen zu Verankerung und Paneelschub; Anmerkung zu den Berechnungsannahmen.
• Hafif Çelik Kiriş Tasarımı (EGM) und Hafif Çelik Kolon Tasarımı (EGM) (Leichtstahl-Trägerbemessung und -Stützenbemessung): Wenn das Projekt solche Elemente enthält (siehe Bemessung von Leichtstahl-Trägern und -Stützen).

Die Berichte werden je nach Spracheinstellung des Programms auf Türkisch oder Englisch erzeugt; sie werden nach Abschluss der Analyse mit „Tüm Seçili Raporları Oluştur“ (Alle ausgewählten Berichte erzeugen) erstellt und können als PDF/DOCX exportiert werden.

10. Häufig gestellte Fragen

Die Schubtragfähigkeit des Paneels wird als 0 angezeigt. Möglicherweise ist h/L > 4 oder L < 0,30 m, oder auf keiner der beiden Seiten ist eine Beplankung markiert. In älteren Projekten kann die Beplankungsfestigkeit mit dem alten Standardwert (2,7 kN/m) übernommen werden; prüfen Sie dies im Register.

Die Liste der Ständerprofile ist leer oder zeigt nur Sigma-Profile. Die Profile werden aus der Datei HafifCelikProfil.txt im Installationsordner (527 Profile) geladen. Wird diese Datei nicht gefunden, wird die Ersatzdatei HafifCelikSigma.txt (90 Sigma-Profile) verwendet; fehlen beide, bleibt die Liste leer. Installieren Sie das Update erneut.

Bei einer neuen Leichtstahlwand bleibt das Ständerprofil leer. Das Profil wird vom Benutzer gewählt: Wandeigenschaften → Leichtstahl-Paneel → Dikme Profili. Wird keines gewählt, gibt die Analyse eine Warnung aus.

Im Bericht fehlt die Zeile der Windkombination, es steht „iç duvar“ (Innenwand). Die Wand wurde mit keinem der Kontrollkästchen für die Randachse markiert. Handelt es sich um eine Fassadenwand, markieren Sie in den Wandeigenschaften die betreffende Randachse und wiederholen Sie die Analyse.

Neben der Beanspruchung des Randständers steht „(D ile)“. Nach TBDY 10.4.1.1(a) wird die Beanspruchung des Randständers auch aus den mit dem Überfestigkeitsbeiwert D vergrößerten Erdbebenkombinationen berechnet; bei mehrgeschossigen Gebäuden wird zudem das aus den oberen Geschossen aufsummierte Kippmoment berücksichtigt. Ist der Ausnutzungsgrad unzureichend, vergrößern Sie die Anzahl der Randständer oder das Profil.

In der Fußnote des Berichts steht der Hinweis „Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)“ (Randaussteifung). Die Randlippe reicht nicht aus, um den Flansch vollständig auszusteifen; der Plattenbeulwert des Flansches und die wirksamen Breiten wurden nach der Norm abgemindert. Wird ein Profil mit dickerer Wand oder längerer Randlippe gewählt, fällt die Abminderung geringer aus.

Warum ist bei beplankten Paneelen die maßgebende Zeile immer das distortionale Beulen? Die Beplankung begrenzt die Knicklänge für schwache Achse und Drillknicken auf den Ständerabstand; bei dünnwandigen Querschnitten liefert dann meist das distortionale Beulen die geringste Tragfähigkeit. Die Eingabe der Drehbettung der Beplankung (Kapitel 7) und die Option der Finite-Streifen-Methode (bei Sigma-Querschnitten) erfassen diese Tragfähigkeit realistischer.