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Infos zum Tragverhalten der VHF-UK unter Eigen- und Windlasten

Schnittgroessen FP, GP, Rahmenwirkung

 

Hinweise:

Aus Layoutgruenden werden in den folgenden Bildern die VHF-Systeme liegend

(horizontal) dargestellt !

Rechtes Auflager = oberes Auflager im vertikalen VHF-System

Fuer die Vergleichsberechnungen wurden folgende Systemparameter

zugrunde gelegt:

Tragprofil: T 100/50/2, Jy = 5.9 cm4, A = 2.96 cm2

Festpunkt FP: L 180/140/3, hfp = 140 mm

Gleitpunkt GP: L 180/70/3, hgp = 70 mm

Werkstoff: ALU, E = 70 000 N/mm2

Einzellast Px = Bekleidung = 1 kN

Windlast = Windsog = ws = 1 kN/m2

 

 

 

Allgemeines

 

Die Unterkonstruktion von VHF-Systemen kommt in der Praxis in diversen Varianten zur Ausfuehrung.

Massgebende Einflussgroessen sind:

Neben der Bemessung/Nachweisfuehrung der Haupttragglieder (Profile, Konsolen) sind die

Verbindungs- und Verankerungsmittel statisch nachzuweisen.

Relevanter Schwachpunkt bei UK-Systemen ist oft die zu geringe Tragfaehigkeit (Zug, Momente)

bestimmter Untergruende, wie z.B. Porenbeton oder Hochlochziegel.

Der Sachverhalt erlangt umso mehr Bedeutung, je groesser die Vorlagen (Dicken der Waermedaemmung)

und je schwerer die Bekleidungen werden (Naturstein, Keramik). 

In diesem Kontext ist die realitaetsnahe Erfassung des Tragverhaltens bzw. der Schnittgroessenzustaende

der einzelnen Systemkomponenten besonders wichtig, um sichere und wirtschaftliche

VHF-Loesungen zu entwickeln. 

Die vorliegende Info betrachtet einige ausgewaehlte Themenbereiche fuer die praktische

Nachweisfuehrung. 

Da jeder Anwendungsfall seine eigene Spezifik hat, ist jedes VHF-System ingenieurmaessig

zu untersuchen und ggf. mit Parallelberechnungen/Variantenuntersuchungen zu optimieren. 

 

 

 

 

Übersicht Festpunkttypen in den VHF-Webservices

 

Der grundsaetzliche Unterschied in der Tragwirkung der einzelnen Festpunkttypen

besteht in der Aufnahme der Momente aus den Vertikallasten des VHF-Systems

(Eigenlast Bekleidung und Profile, Zusatzlasten Schnee/Eis).

Die Momentenaufnahme kann im Bereich der Verbindung Tragprofil/Konsole oder

im Bereich der Verankerung oder in beiden Bereichen erfolgen.

Damit definieren sich die Querkraft- bzw. Normalkraftbeanspruchungen der

Bohrschrauben/Niete und Duebel- bzw. Ankersysteme.

Aus statischer Sicht entstehen fuer die einzelnen Festpunkttypen unterschiedliche

Rahmen- oder Kragarmstrukturen.

Neben der sicheren Aufnahme der Kraefte und Momente ist die Minimierung der

Bohrungen und Duebel im Ankergrund ein wesentliches Ziel der VHF-Nachweise.

Hier sind u.U. umfangreiche Variantenuntersuchungen erforderlich.

Eine Sonderrolle in diesem Kontext spielen die FP-Typen 3 und 6 (siehe weiter unten).

Hier spielen neben den geometrischen Parametern (Vorlage, Stuetzweite) auch die

Steifigkeitsrelationen FP / Tragprofil eine massgebende Rolle fuer die Schnittgroessen

M, V, N des Systems.

Bei den Standardanwendungen in der VHF-Praxis spielen die FP-Typen 1 und 3

die groesste Rolle.

 

==> Hier weitere Erlaeuterungen zu den Festpunkttypen

 

 

 

 

 

 

 

Rahmenwirkung des Systems FP / GP / Tragprofil

bei der Aufnahme der VHF- Eigenlasten 

 

In Abhaengigkeit des Festpunkttyps FP Typ1, 2, 3 (Einzelfestpunkte) oder FP Typ4, 5, 6

(Doppelfestpunkte) werden die Eigenlasten (Bekleidung, Profile, Zusatzlasten)

im System unterschiedlich aufgenommen und in den Ankergrund abgetragen.

Demzufolge entstehen auch unterschiedliche Rahmenwirkungen und ggf. Mitwirkungen der

Gleitpunkte GP, die bisher in der Praxis kaum beachtet werden.

Die Querkraefte V (infolge Eigenlast der Bekleidung) werden grundsaetzlich vom Festpunkt FP

aufgenommen. Bei den Momenten M und Normalkraeften N (Zug oder Druck) ist dies

abhaengig vom Festpunkttyp, Anzahl der Felder des Tragprofils und der Lage des Festpunktes FP. 

 

Beispiel 1: FP Typ1, 1-Feldsystem, Vergleich FP oberes und unteres Auflager

Durch die Lage des Festpunktes FP lassen sich die massgebenden Zugwirkungen auf

den Ankergrund im FP und GP beeinflussen.

Da im FP immer eine kombinierte Wirkung Querkraft + Normalkraft vorhanden ist, kann

je nach Verankerungsgrund unter den Auflagerpunkten eine Anpassung der Beanspruchung

vorgenommen werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Beispiel 2: FP Typ1, 2-Feldsystem, Wirkung eines Doppelrahmens

Die Eigenlast der Bekleidung erzeugt keine Normalkraftwirkung im Festpunkt FP.

Allerdings entsteht durch die Mittellage eine grosse Normal-Zugkraft infolge Windsog (1.25 * ws * L).

Insbesondere bei schweren Bekleidungen sind hier Optimierungsuntersuchungen mit

unterschiedlichen FP-Lagen sinnvoll.

 

 

 

 

 

 

 

Spezielle Rahmenwirkung des Systems FP / GP / Tragprofil

bei der Aufnahme der VHF- Windlasten 

 

Neben der Rahmenwirkung bei der Aufnahme der Vertikallasten sind bei bestimmten

Festpunkttypen auch die Effekte eine Rahmenwirkung bei der Aufnahme der Windlasten

(insbesondere Windsog) zu beachten.

Dies betrifft insbesondere die FP-Typen 3, 4 und 6. Weiterhin sind in Abhaengigkeit der

Lage des FP unterschiedliche Auswirkungen auf den Verbindungs- und Verankerungsbereich

des FP zu beruecksichtigen.

Dieser Effekt kann zu einer signifikanten Erhoehung der Beanspruchung der Verbindungs- und

Verankerungsmittel fuehren.

 

 

Beispiel 3: FP Typ3, 2-Feldsystem, FP unteres Auflager, Vergleich oberes Auflager

Durch die Lage des Festpunktes FP am unteren Auflager ergibt sich eine unguenstige

Ueberlagerung der Momente aus Vertikallast und Windsog im Bereich der Verankerung.

Die Anordnung am oberen Auflager wuerde dagegen eine Reduzierung des Duebelzuges

und eine Erhoehung der Scherwirkung der Bohrschrauben (Niete) bewirken.

 

 

 

 

 

 

Beispiel 4: FP Typ4, 2-Feldsystem, FP mittleres Auflager, Vergleich oberes Auflager

Unabhaengig von der Lage des Festpunktes FP ergibt sich immer eine unguenstige

Erhoehung des Momentes, und damit der Scherwirkung, auf die Verbindungsmittel

TP / Konsole (Bohrschraube bzw. Niet).

Dies betrifft auch FP Typ6, hier auch mit einer geringen Erhoehung des Momentes

im Verankerungsbereich (i.d.R. vernachlaessigt bei FP oben).

 

 

 

 

 

 

 

Spezielle Rahmenwirkung des Systems FP / Tragprofil

bei den Festpunkten FP Typ3 bzw. Typ6

(Verbindungs- und Verankerungsbereich steif)  

 

Ein Sonderfall unter den Festpunkttypen sind die Typen 3 und 6. Die Schnittgroessen

in diesen statisch unbestimmten Systemen sind neben der Geometrierelation

(h / l = v / L = Vorlage / Stuetzweite) auch von den Steifigkeiten des Festpunktes und des

Tragprofiles abhaengig.

Bei kompletten ALU-Systemen mit E = 70 000 N/mm2 ist die Steifigkeit der Komponenten dann

nur noch vom Querschnitt bzw. von einer evtl. elastischen Lagerung zu beeinflussen.

Das folgende Beispiel 5 verdeutlicht die Auswirkungen veraenderter Biegesteifigkeit der FP-Konsole.

 

Beispiel 5: FP Typ3, 1-Feldsystem, FP oberes Auflager

Eine Steifigkeitsabminderung der FP-Konsole hat eine Doppeleffekt:

1. Umlagerung des Einspannmomentes vom Auflager- in den Verbindungsbereich

2. Erhoehung der Normalkraft im Festpunkt

    z.B. FP oben: Erhoehung der Zugkraft

    z.B. FP unten: Erhoehung der Druckkraft

Die benachbarten Gleitpunkte GP erhalten dann auch eine entsprechende Erhoehung

der Zug- oder Drucknormalkraft, je nach Lage des FP.

Die Grenzwerte der Steifigkeitsrelationen eines FP Typ3 sind dann

FP Typ2 (M,Verbindung = 0, N = 0) und FP Typ1 (M,Verankerung = 0, N = max. Wert).

Da in der Praxis i.d.R. die Steifigkeit der FP-Konsole wesentlich groesser ist, als die

Steifigkeit des Tragprofils, ist stets der Ansatz von FP Typ2 bzw. Typ5 (bei Doppelfestpunkten)

zu pruefen.

Beispiel:

FP Konsole 160/160/3, Tragprofil 50/50/2 ==> (E*J),FP / (E*J),Tragprofil = 20.86 !

Evtl. ist hier mit einer Abminderung der FP-Steifigkeit (z.B. durch Einschnitte) eine

guenstigere Schnittgroessenverteilung zu erreichen. Die praktische Umsetzung ist hier

allerdings problematisch !

 

Diverse Vergleichsberechnungen zeigen, dass insbesondere die fachgerechte Verwendung

der FP-Typen 3 und 6 ggf. umfangreiche Variantenuntersuchungen bzw. Optimierungsbetrachtungen

erfordern.

VHF-Nachweise der FP-Typen 3 und 6 mit einem oft ueblichen Ansatz  (E*J),FP / (E*J),Tragprofil = 1.0

liefern verzerrte bzw. falsche Schnitt- und Stuetzgroessen.

Eindeutigere Nachvollziehbarkeit und Verteilungen der Schnittgroessen M, V und N

bringen die FP-Typen 1 und 2 bzw. 4 und 5 als Doppelvarianten.

 

 

 

 

 

 

 

Spezielle Rahmenwirkung des Systems FP / GP / Tragprofil bei Doppelfestpunkten DFP

 

 

Die Einzelfestpunkte Typ1, 2 und 3 werden in der Praxis als "Zweierkombination" in den Doppelfestpunkten

Typ4, 5 und 6 benutzt. Ziel dieser Kombination ist die moeglichst guenstige Verteilung der massgebenden

Schnittgroessen, um z.B. die Beanspruchung von Duebeln oder Bohrschrauben zu reduzieren.

Bei genauer Betrachtung und der Beruecksichtigung der Rahmenwirkung des VHF-Systems

(was in der ueblichen Praxis oft vernachlaessigt wird !) koennen jedoch bei der Anwendung von DFP

erheblich unguestigere Beanspruchungen als bei EFP auftreten ! (siehe Bsp. 6 und 7)

Andererseits sind je nach DFP-Typ in bestimmten M/N-Kombinationen auch

statisch guenstige Varianten moeglich

Dieser Sachverhalt in abhaengig von der Art des DFP, der Anzahl der Felder des Tragprofils und der

Lage des DFP im Gesamtsystem.

Grundsaetzlich sind folgende Besonderheiten zu beachten:

Eine pauschale Anwendung der DFP kann signifikante Unsicherheiten im VHF-System erzeugen.

Wenn moeglich, sollte auch aus wirtschaftlichen Gruenden auf die Anwendung von DFP verzichtet werden.

Falls dies nicht moeglich ist, sind immer genauere (realitaetsnahe) Schnittgroessenermittlungen notwendig.

Die folgenden Beispiele 6 und 7 verdeutlichen die erheblichen Unterschiede zwischen EFP- und DFP-System

bei gleichen Belastungen, Systemkomponenten und ca. gleichen Geometrien.

 

 

Beispiel 6: FP Typ4, 1-Feldsystem, DFP unteres Auflager (EFP-Vergleich siehe Bsp. 7)

Problematisch ist hier die sehr grosse Normalzugkraft N (auf Verbindung, Konsole, Duebel).

Der Wert ergibt sich sowohl aus der Eigenlast, als auch aus dem Windsog.

Eine entsprechend grosse Normaldruckkraft ist dann fuer den Biegeknicknachweise des FP zu erwarten.

 

 

Beispiel 7: FP Typ1, 1-Feldsystem, EFP unteres Auflager (DFP-Vergleich sieh Bsp. 6)

Die folgenden Bilder zeigen im Vergleich zu Beispiel 6 die Systembeanspruchungen

mit einem Einzelfestpunkt Typ1 am unteren Auflager.

Die geringeren Kraefte im FP und groesseren im GP sind dann in der jeweiligen Nachweisfuehrung

mit der Art und Anzahl der Verbindungs- und Verankerungsmittel zu bruecksichtigen.

Die vergleichsweise geringeren Normalkraefte ergeben sich aus der Mitwirkung des Gleitpunktes

und des groesseren Hebelarmes (Abstand FP/GP = Stuetzweite L).

 

 

 

 

 

 

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