Über das Projekt
Das Projekt umfasste ein Stahlbeton-Wohngebäude in Prag mit einem Querwand-Tragsystem. Aufgrund der Anforderung an Garagenstellplätze wurde im Erdgeschoss ein Stützensystem verwendet. Durch die Grundrissgestaltung war es nicht möglich, alle Stützen so anzuordnen, dass sie direkt mit dem Wandtragsystem fluchten.
Die Struktur wurde mit einem Wand-Platten-Modell in einem gängigen FEA-Programm bemessen, wobei ausgewählte Bauteile separat in IDEA StatiCa Detail modelliert und bemessen wurden.
Der folgende Bericht konzentriert sich auf die Bemessung und den Normnachweis einer der tragenden Wände mithilfe des Kompatiblen Spannungsfeldverfahrens in IDEA StatiCa Detail.
Technische Herausforderungen
Die Tragwerksanordnung des Gebäudes warf mehrere Fragen hinsichtlich der tatsächlichen Interaktion der Wand- und Horizontalelemente auf. Bei dieser Wand war das Hauptproblem der Einfluss der vertikalen Steifigkeit des am Wandfuß befindlichen Trägers. Da das Material in einem üblichen FEM-Modell traditionell als linear betrachtet wird, bestand die Befürchtung, dass die Steifigkeit des Trägers auf der „unsicheren Seite" überschätzt werden könnte.
Daher wurde in IDEA StatiCa Detail ein Teilmodell der Wand erstellt. Um eine sichere Bemessung zu gewährleisten, wurde das Modell in zwei Varianten der Randbedingungen erstellt. In der ersten Variante wurde der Träger durch eine elastische Lagerung mit einer Steifigkeit entsprechend der Durchbiegung des Trägers unter Berücksichtigung von Rissbildung und Kriechen abgebildet. In der zweiten Variante wurde die den Träger darstellende Lagerung vollständig entfernt. Auf Höhe der Geschossdecken wurden elastische Lagerungen mit Steifigkeitswerten auf Basis der horizontalen Verformung des Gebäudes erstellt.
Mit klar visualisierten Ergebnissen ermöglichte uns IDEA StatiCa Detail einen Einblick in das tatsächliche Verhalten der Struktur, was entscheidend war, um unsere Bemessungsannahmen zu validieren.
Ing. Roman Kalamar, Ph.D.
Geschäftsführer und Chef-Tragwerksplaner von KRStatic s.r.o.
Lösung und Ergebnisse
Die Bewehrungsbemessung basierte auf der Topologieoptimierung. Das Ergebnis dieses Werkzeugs ist eine Topologie der Druckfelder und Zugbereiche. Die Form dieses „Fachwerks" kann genutzt werden, um die Bewehrung möglichst effizient anzuordnen und kritische Druckbereiche in der Struktur zu identifizieren.
Im ersten Schritt haben wir die Bewehrung auf Grundlage einer Topologieoptimierung bemessen. Während die traditionelle Bewehrungsbemessung auf Basis von Bemessungsmomenten Ergebnisse für eine orthogonale Anordnung liefert, ermöglichte uns IDEA StatiCa Detail, die Bewehrung in einer optimalen Position anzuordnen.
Ing. Roman Kalamar, Ph.D.
Geschäftsführer und Chief Structural Engineer von KRStatic s.r.o.
Der nächste Schritt war die Überprüfung der Struktur in IDEA StatiCa Detail für den Grenzzustand der Tragfähigkeit sowie den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. All dies ist dank eines speziellen Finite-Elemente-Modells möglich, das die Bewehrung als 1D-Elemente modelliert. Dadurch kann das Tragverhalten der Struktur auf Basis der tatsächlichen Bewehrung berechnet werden, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Form der Struktur oder der Bewehrung.
IDEA StatiCa Detail ermöglichte es uns, die Bemessung im 2. Grenzzustand – Rissnachweis – zu überprüfen. Risse können bei solchen Strukturen ein Problem darstellen, und es ist ein großer Vorteil, eine Analyse zu haben, die uns bestätigt hat, dass alles in Ordnung war.
Ing. Roman Kalamar, Ph.D.
Geschäftsführer und Leitender Tragwerksplaner, KRStatic s.r.o.
Fazit
Durch die Erstellung eines Teilmodells der Struktur in IDEA StatiCa Detail gewann das Team von KRStatic die Gewissheit, dass die atypische Tragwerksanordnung die Tragfähigkeit des Gebäudes nicht negativ beeinflussen würde. Die in IDEA StatiCa erstellten Modelle wurden mit mehreren Varianten der Randbedingungen berechnet, um die Sicherheit der Bemessung zu gewährleisten. Das Ergebnis war eine sichere und optimierte Tragwerkslösung für das Wohngebäude.
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