Portalrahmen Satteldach

[Fritz Schupferling]

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Funktionen und Eigenschaften

Im Industrie und Gewerbebau werden Stahltragwerke häufig mit Portalrahmen realisiert, einer wirtschaftlichen Konstruktion  aus  zwei  Stützenprofilen  und  einem  Trägerprofil. An den Eckpunkten sind Träger und Stützen biegesteif verbunden, die Befestigung der Stützen am Fundament (Fußpunkt) sind gelenkig ausgebildet. Als Profile werden häufig die marktgängigen genormten Stahlwalzprofile eingesetzt: Für den Träger sind dies meist IPE Stahlwalzprofile Die Stützen werden häufig mit HE-A oder den schwereren HE-B Profilen geplant; wobei abhängig von der Rahmengeometrie und den anfallenden Lasten auch IPE Profile für die Stützen zum Einsatz kommen. Neben Stahlwalzprofilen kommen seltener auch geschweisste I-förmige Profile zum Einsatz, welche prinzipiell in beliebigen individuellen Abmessungen hergestellt werden können.

Vorteile des Objekts „Portalrahmen Pultdach“ gegenüber andern Möglichkeiten in ArchiCAD:

In ArchiCAD können Stahlbauteilewie der Portalrahmen schon seit längerem mit unterschiedlichen Methoden erstellt werden:

• Objekt „einseitiges Rahmenwerk“ aus der Standardbibliothek
• Zusammenbau aus Profilen aus der Standardbibliothek
• Erstellen mit Trussmaker

Diese Methoden haben alle den Nachteil, dass Anschlußdetails  zunächst fehlen und manuell  mit  Deckenstücken u.ä. hinzumodelliert werden müssen. Relevante Punkte wie Kopfplatte,  Fußpunkt, die Anschlüsse Träger  mit Diagonaler  Verstärkung  in  der  Ecke sind daher nicht nur mit hohem Aufwand beim Erstellen, sondern auch beim Ändern des Tragwerks verbunden. Außerdem fehlt eine praktikabel verwendbare geschossabhängige Darstellung.

Das Objekt „Portalrahmen Satteldach“ ist für die Planung des Architekten konzipiert und beinhaltet daher eine für Architektenpläne angemessene leicht vereinfachte Darstellung. Für den Stahlbaukonstrukteur relevante Aspekte und Darstellungsweisen, wie etwa Schweissnähte oder Lochbilder sind im Objekt nicht enthalten.

Das Bibliothekselement beinhaltet Träger, Stützen, sowie die genannten Anschlußdetails als zuschaltbare Optionen in einem Objekt. Die Hauptabmessungen können direkt in Grundriss und 3D eingestellt werden. Profilwahl und Details erfolgen im User Interface.

Das Objekt hat eine variabel einstellbare geschossabhängige 2D Darstellung für bis zu 4 Geschosse.

Das User Interface

Die Parameter des Objekts können im User Interface eingestellt oder verändert werden. Die Ansteuerung der einzelnen Seiten des User Interface erfolgt – wie gewohnt bei ArchiCARD Objekten – im oberen Bereich der Objekteinstellungen:

Portalrahmen Abmessungen

In der ersten Seite des User Interface können die Hauptabmessungen der Rahmengeometrie eingestellt werden. Diese Parameter können auch mittels grafischer Hotspots in Grundriss und 3D direkt verändert werden. Der Achsabstand A bezieht sich auf den Abstand Achse Stütze 1 zum First. Achsabstand B ist der Abstand First zur Achse Stütze 2. Durch die Möglichkeit, die beiden genannten Werte unabhängig voneinander einzustellen, kann man problemlos asymmetrische Satteldachrahmen mit dem Tool erstellen. Die Höhenangabe der Stützen bezieht sich auf den Abstand von der Einsetzhöhe des Objekts im ArchiCAD Plan bis zur Oberkante der Stütze bzw. Kopfplatte. Durch die Option, die Stützen unten jeweils zu verkürzen oder zu verlängern, kann die tatsächliche Höhe um den entsprechenden Wert abweichen. Die Höhe der Stütze 1 ist direkt einstellbar; die Höhe der zweiten Stütze ergibt sich aus Winkeln A und B und den zugehörigen Achsabständen. Die Neigung Winkel A und B kann für beide Seiten jeweils unabhängig eingestellt werden, und kann kann sowohl ein positiver, als auch ein negativer Winkel sein. Unten kann die Höhe der Stützen jeweils individuell angepasst werden. Dies ist nicht nur für unterschiedlich hoch ausgebildete Fundamente sinnvoll, sonder kann auch verwendet werden, wenn der Portalrahmen einseitig auf einem Sockelgeschoss oder Nebenraumtrakt aufsitzt.

Profilauswahl

In der zweiten Seite des Userinterface werden die Profile für Stützen und Träger ausgewählt. Zur Wahl stehen IPE, HE-A, HE-B sowie freie Einstellungen für Schweissprofile. In der Grafik rechts sind die Profile im Vergleich dargestellt. Werden Walzprofile ausgewählt, so kann man die Größe des Profils wählen, z.B. IPE 300. Die Detaildimensionen sind für die Walzprofile festgelegt und werden zur Information angezeigt. Wählt man  die freie Einstellung, so kann man die Detailmaße von Höhe, Breite, Stegdicke und Flanschdicke selbst definieren. Die Maße werden im Objekt nicht geprüft, man kann also beliebige Werte einstellen. Auch die Kombination von Stütze und Träger kann frei gewählt werden. Tipp: Bei der Kombination von Stützen und Träger wird in der Regel die Breite des Trägerprofils gleich oder schmaler gewählt, als das Stützenprofil. Z.B. Stützen HE-A 180 und Träger IPE 300, wie im Bild dargestellt

Träger Anschluß First

Auf Seite 5 des User Interface wird die Ausführung des Firstanschlusses definiert. Genau wie beim Anschlußpunkt Träger zu Stütze besteht auch hier die Möglichkeit, eine Ausführung mit oder ohne Anschlußplatte zu wählen. Die Automatikfunktion für Breite und Höhe der Platte ist ebenfalls verfügbar. Die Ausrichtung des Firststoßes in Bezug zur Grundrißebene ist lotrecht. Tipp: In der Regel sollte der First mit Anschlußplatte konstruiert werden. Nur bei sehr flachem Winkel oder bei geringer statischer Auslastung der Profile kann man nach Rücksprache mit dem Statiker darauf verzichten.

Stütze 1 bzw. 2 Kopf- & Fußplatte

In der sechsten und siebten User Interface Seite kann man Kopfplatte und Fußplatte der beiden Stützen einstellen. Auch hier steht nochmals die Automatikfunktion zur Verfügung: Wird der Wert 0 eingetragen, so erfolgt eine automatische Anpassung an das Stützenpofil (Länge / Tiefe): Tipp: Beim Entwurf kann man die Automatikfunktion für die schnelle Anwendung des Objekts effektiv einsetzen. Nach Klärung mit dem Statiker können die danach definierten Werte einfach geändert werden.

Geschoßabhängige 2D Darstellung

Auf der achten Seite des Userinterface kann die Einstellung für die geschossabhängige 2D Darstellung vorgenommen werden. Es gibt Einstellungen für das Geschoss darunter, das Einfügegeschoss, das Geschoss darüber, sowie die Geschosse oberhalb. Die Sichtbarkeit der einzelnen Bauteile kann hier detailliert ein- oder ausgeschaltet werden. Dies ist zum Beispiel sinnvoll, wenn der Portalrahmen einseitig auf einem Nebenraumbereich aufsitzt, und daher die Stütze und Fußplatte im Einfügegeschoss nicht dargestellt werden soll. Eine „typische Einstellung für Hallentragwerk“ ist unten wählbar und beinhaltet eine in der Praxis bewährte Voreinstellung. Rechts kann zusätzlich gewählt werden, in welchen Geschossen die Achse eingeblendet wird.

2D / 3D Darstellung

Auf der neunten und letzten Seite des Userinterface können Stifte, Schraffuren und Materialien eingestellt werden: Die Bauteildarstellung beinhaltet zuerst die Schraffureinstellungen der Aufsichtdarstellung für von oben gesehene Teile des Portalrahmens. Dies sind immer Kopfplatte, Fußplatte, sowie der Träger in Aufsichtdarstellung. Dann folgen die Schraffureinstellungen für geschnittene Bauteile, also die beiden Stützen. Danach folgen Linieneinstellungen für Bauteile in Untersicht, die für den oberhalb liegenden Träger vorgesehen sind. Für die Achsdarstellung kann neben der Linieneinstellung auch der Überstand gegenüber der Stützenmitte festgelegt werden. Dieser Überstand kann auch grafisch im Grundriss  verändert werden, aber nur im Einfügegeschoss.

Unten auf dieser letzten Seite des User Interface folgen Einstellmöglichkeiten für den 3D Stift, sowie für die Materialien von Stützen und Träger.