HSS-Stahl-Baumskulptur

Ein Stahlbaumkronenprojekt 

Das architektonische Projektziel war die Errichtung einer Skulptur, die einem Baum ähnelt. Das tragwerksbezogene Ergebnis war ein Stahlrahmen-Pavillon/Bandshell mit einer gestuften Überdachung und einem Astsystem. Das Projekt durchlief jedoch mehrere Iterationen mit verschiedenen Konfigurationen, darunter eine gläserne geodätische Kuppel und Stahlrippen-Blätter, bevor es schließlich als HSS- und Stahlrohrrahmen mit Holzbelag realisiert wurde.

Aufgrund der Geometrie der gewünschten Struktur gab es komplexe HSS- und Stahlrohrverbindungen, bei denen mehrere Bauteile an einem Punkt zusammentrafen.  Die exzentrische Natur der Windbelastung auf die Struktur, insbesondere angesichts der Notwendigkeit, eine Seite ohne Stützen als Bandshell freizulassen, erzeugte komplexe Lastbedingungen an stark belegten Stellen. 

HSS-Verbindungsherausforderung

Bei der Bemessung von HSS-zu-HSS-Verbindungen ist die Verwendung der AISC 360-Normformeln nahezu unmöglich, da die Verbindungen innerhalb der Anwendbarkeitsgrenzen liegen müssen. Diese Grenzen sind in Kapitel K der AISC 360-Spezifikation für Stahlbauten zu finden. Zusammenfassend beziehen sich die Grenzen auf den Winkel zwischen den Bauteilen, das Breitenverhältnis, die Verbindungsexzentrizität, Spalte, Wanddicken usw. Die Norm erlaubt jedoch die Verwendung der Methode der finiten Elemente als Alternative. 

Stability Engineering verwendete die IDEA StatiCa Connection-Anwendung für diese Verbindungen, was es ihnen ermöglichte, alle Verbindungen im Projekt zu modellieren, von sehr einfachen bis hin zu komplexen Verbindungen, ohne Einschränkungen. 

Es war überraschend einfach, verschiedene Verbindungen zu erstellen, auch wenn man für dieses Projekt ohne Vorkenntnisse in die Software eingestiegen ist. Nach kurzer Durchsicht von Tutorials und Dokumentation ging es recht schnell.

Justin Downey

Projektingenieur – Stabilitätsingenieurwesen

Vereinigte Staaten

Nach der Integration der Software in ihre Arbeitsabläufe setzt Stability Engineering die IDEA StatiCa-Anwendung in anderen Projekten mit einer Vielzahl von Bedingungen ein. Im Vergleich zum anfänglichen Durchlauf von Handberechnungen und der Zusammenstellung von Berechnungen aus mehreren Programmen, um die komplexesten Verbindungen vollständig zu analysieren, wurde dadurch wahrscheinlich bis zu einem Tag Zeit beim endgültigen Entwurf eingespart. 

Der Einsatz von IDEA StatiCa hat ihnen nicht nur Zeit gespart, sondern ihren Ingenieuren auch ermöglicht, effizientere Bemessungen zu erstellen als mit anderen Softwarelösungen und Tabellenkalkulationen. Die FEM-Modellierung dieser Verbindungen gab ihnen zudem ein höheres Maß an Sicherheit bei der Bemessung.

Warum IDEA StatiCa?

Stability Engineering nutzte IDEA StatiCa für: 

• Modellierung von Verbindungen mit komplexer Geometrie 
• Modellierung von HSS-Verbindungen außerhalb der Anwendbarkeitsgrenzen der Norm
• Mehrere Bauteile in einem Knoten
• Modellierung von Lastexzentrizitäten 
• Höheres Maß an Sicherheit bei der Bemessung
• Zeitersparnis im Vergleich zu Handberechnungen
• Schnelle Einarbeitungszeit, da IDEA erstmals in diesem Projekt eingesetzt wurde