Präzise Rohrverbindungen für eine markante Pergola in Wien
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Vertikalschnitt der Pergola}}}\]
Über das Projekt
Die Pergola, die sich in der österreichischen Hauptstadt befindet, ist ein visuell beeindruckendes Vordach, das von vier 7 Meter hohen auskragenden Stützen aus CHS 193,7×14,2 Hohlstahlprofilen getragen wird. Diese Stützen sind momentensteif mit Betonfundamenten verbunden und bilden die zentralen vertikalen Elemente der Konstruktion. Geschwungene Ringträger, sowohl innen als auch außen, sind zwischen den Stützen vorgespannt und mit Membranschalen stabilisiert. Zusätzliche Druckdiagonalen verbinden die Ringträger mit den Stützen, um die Gesamtsteifigkeit und räumliche Stabilität zu erhöhen.
Die Ringträger selbst werden aus CHS 139,7×14,2 und CHS 76,1×4 Rohren aus S355J0-Stahl gefertigt. Das Planungsteam war für alle kritischen Knotenverbindungen zwischen diesen geschwungenen und geneigten Elementen verantwortlich und stellte sicher, dass strukturelle Integrität, ästhetische Anforderungen und Montierbarkeit sorgfältig abgewogen wurden.
Ingenieurtechnische Herausforderungen
Die entscheidende Herausforderung des Projekts lag in der Geometrie und den Kraftverhältnissen an den Verbindungen der Stahlrohrprofile. Jeder Knoten musste ein vollständiges Spektrum an inneren Kräften aufnehmen, einschließlich erheblicher Torsion, Biegung, Normalkraft und Querkraft – alles innerhalb einer visuell minimalen und architektonisch akzeptablen Hülle. Schraubenpositionen mussten nach Möglichkeit verdeckt oder eingebettet werden, und die Verwendung von Ausschnitten und Öffnungen zur Erreichung dieses Ziels verkomplizierte den Lastpfad und das lokale Plattenverhalten zusätzlich.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Außenring-Stirnplattenlasche mit Ausschnitt}}}\]
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Die momentensteifen Grundplatten erforderten eine detaillierte Bemessung mit IDEA StatiCa Connection, um Spannungskonzentrationen aus den hohen auskragenden Stützen, insbesondere unter horizontalen Lastbedingungen, zu beherrschen. Diese Basisverbindungen wiesen große Ausschnitte für verdeckte Befestigungen auf, was herkömmliche Handberechnungen oder vereinfachte Verbindungsmodelle unpraktikabel machte. Dasselbe galt für Zugstabschnittstellen und geschwungene Ringträgerlaschen, bei denen Exzentrizität, beulen und lokale Stabilität gleichzeitig bewertet werden mussten.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Grundplattenverbindung mit Ausschnitt}}}\]
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Angesichts der Anzahl der Verbindungen und der hohen geometrischen Variabilität wäre ein manueller FEA-Ansatz zeitaufwendig, fehleranfällig und schwer zu dokumentieren gewesen. Darüber hinaus forderte der Auftraggeber kurze Bearbeitungszeiten und kompakte, effiziente Verbindungsdesigns, was den Druck auf das Ingenieurteam erhöhte, schnell genaue und normkonforme Lösungen zu liefern.
Lösungen und Ergebnisse
IDEA StatiCa Connection ermöglichte es E-STEEL Ltd., jedes komplexe Verbindungsszenario – ob Grundplatten, Diagonalstäbe oder geschwungene Ringlaschen – mit vollständiger Genauigkeit zu modellieren. Die Fähigkeit der Software, alle sechs inneren Kraftkomponenten, einschließlich Torsion und Biegung aus der Ebene, zu verarbeiten, war in diesem Projekt entscheidend. Dank der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) konnten die Ingenieure den Kraftfluss visualisieren, plastische Dehnungszonen bewerten und lokales Plattenbeulen überprüfen – alles in einer einheitlichen Umgebung.
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Eine herausragende Anwendung war die Bemessung der Grundplatte mit Ausschnitten und verdeckten Schrauben. Mit IDEA StatiCa konnten die Ingenieure die komplexen Kontaktwechselwirkungen explizit modellieren, den Auflagerdruck validieren und optimale Schweißnahtgröße und -positionierung bestimmen – alles ohne Überdimensionierung der Verbindung. Für die diagonalen Zugstäbe lieferte IDEA StatiCa eine klare Visualisierung der Spannungen in Winkeln und Knotenblechen, was eine verfeinerte Dimensionierung und geometrische Anpassungen ermöglichte.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Zugstabverbindung}}}\]
Die Möglichkeit, Geometrie und Schweißnähte iterativ anzupassen und Normnachweise sofort erneut auszuführen, sparte bei jedem Verbindungstyp mehrere Stunden. Schweißnahtgrößen wurden für eine wirtschaftliche Fertigung optimiert, ohne konservative Überdimensionierung. Jede Verbindung erfüllte die Eurocode-Anforderungen mit vollständiger Dokumentation, was das Risiko bei der Prüfung reduzierte und dem Team ermöglichte, enge Einreichungsfristen einzuhalten.
Messbarer Nutzen
Mit IDEA StatiCa reduzierte E-STEEL Ltd. die Zeit für die Verbindungsdetaillierung um etwa 50 % im Vergleich zu ihrem herkömmlichen FEA-basierten Arbeitsablauf. Noch wichtiger ist, dass sie architektonisch kompakte Verbindungen liefern konnten, die weder die Tragsicherheit noch die Normanforderungen beeinträchtigten. Mit mindestens sechs verschiedenen Verbindungstypen und Dutzenden von Lastkombinationen war die Möglichkeit, jedes Szenario schnell einzugeben, zu analysieren und zu dokumentieren, ein wesentlicher Erfolgsfaktor des Projekts.
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Über E-STEEL Ltd
E-STEEL Ltd bietet Tragwerksplanungsleistungen in allen Planungsphasen an, vom Konzept bis zur Ausführungsplanung, für Auftraggeber in Ungarn und im Ausland. Während der Schwerpunkt auf industriellen Stahlkonstruktionen liegt, arbeitet das Unternehmen auch an Stahlbetonstrukturen, Fassadenkonstruktionen, Silos, Maschinenfundamenten und Wohngebäuden.
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