Statische Analyse mit linear elastischen 3D-Gebäudemodellen - Auswirkungen unterschiedlicher Modellierungsarten auf den vertikalen Lastfluss

3D-Gebäudemodelle sind heutzutage ein weit verbreitetes Werkzeug für die Tragwerksanalyse in der Praxis. Die ermittelte Lastverteilung mittels 3D-Gebäudemodell unterscheidet sich allerdings mitunter deutlich von den Ergebnissen einer konventionellen Berechnung mit extrahierten 2D-Teilmodellen. Hintergrund ist, dass im 3D-Berechnungsmodell die Verformungskompatibilität im Gesamttragwerk abgebildet wird, während die damit einhergehende Umlagerung bei einer Berechnung mit extrahierten 2D-Teilmodellen vernachlässigt wird. Am Beispiel eines repräsentativen 15-stöckigen Stahlbetonhochhauses mit Flachdecken und aussteifendem Kern wurden daher verschiedene Modellierungsansätze untersucht, um daraus allgemeine Empfehlungen für die praktische Anwendung von ganzheitlichen 3D-Gebäudemodellen zu entwickeln.
Dieser Beitrag zeigt zunächst auf, inwieweit sich die linear elastisch ermittelte Lastverteilung mittels 3D-Gebäudemodell von jener einer Berechnung mit extrahierten 2D-Teilmodellen unterscheidet. Hierbei werden zudem die Einflüsse aus der Baugeschichte, der Boden-Bauwerk-Interaktion, der Steifigkeiten der Anschlüsse und der Steifigkeitsreduktion der Decken durch Biegerissbildung dargestellt. Weitere Einflüsse auf die Lastverteilung in einem ganzheitlichen 3D-Gebäudemodell infolge des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Beton (viskoelastische Betrachtung) werden in einem weiteren Beitrag der Autoren diskutiert. Insgesamt resultieren aus den verschiedenen Einflüssen signifikante Änderungen in der vertikalen Lastverteilung, die bei der Praxisanwendung von 3D-Gebäudemodellen zu beachten sind.

Static analysis with linear elastic 3D building models - Effects of different modelling types on the vertical load distribution
3D building models are nowadays a widely used tool for structural analysis in practice. However, the determined load distribution using 3D building models sometimes differs significantly from the results of a conventional calculation with extracted 2D submodels. The background is that the results in a 3D calculation model are obtained with respect to the deformation compatibility in the entire structure, whereas the associated redistribution of stresses is neglected in a calculation with extracted 2D submodels. Using the example of a representative 15-storey reinforced concrete high-rise building with flat slabs and bracing core, different modelling approaches were therefore investigated in order to develop general recommendations for the practical application of holistic 3D building models.
This article first shows to what extent the results of a linear-elastic analysis with a 3D building model differ from those of a calculation with extracted 2D submodels. In addition, the influences from the construction progress, the soil-structure interaction, the connection stiffnesses and the stiffness reduction of the slabs through bending crack formation are presented. Further influences on the load distribution in a holistic 3D building model as a result of the time-dependent deformation behavior of concrete (viscoelastic consideration) are discussed in a further contribution of the authors. All in all, the various influences result in significant changes in the vertical load distribution, which are to be regarded in the practical application of 3D building models.