Statische Analyse mit 3D-Gebäudemodellen unter Berücksichtigung zeitabhängiger Verformungen in den vertikalen Bauteilen - Auswirkungen unterschiedlicher Modellierungsarten auf den vertikalen Lastfluss

Die statische Analyse des Lastflusses mittels 3D-Gebäudemodellen ist in der Praxis weit verbreitet - aber nicht unumstritten. Üblicherweise werden linear elastische Berechnungsmodelle aufgebaut, die aber mitunter deutlich andere Ergebnisse als eine konventionelle Berechnung mit extrahierten 2D-Teilmodellen liefern. Diese Unterschiede wurden in einem vorangegangenen Beitrag der Autoren behandelt. Der vorliegende Beitrag schließt daran an und beschäftigt sich nun eingehend damit, wie sich zeitabhängige Betonverformungen in den vertikalen Bauteilen auf die Berechnungsergebnisse von 3D-Gebäudemodellen auswirken. Zeitabhängige Betonverformungen treten natürlich auch in den horizontalen Bauteilen auf und beeinflussen den vertikalen Lastfluss zusätzlich. Diese Effekte wurden aber zunächst bewusst ausgeklammert und sollen in zukünftigen Beiträgen der Autoren behandelt werden. Die Untersuchungen erfolgen an einem 15-stöckigen repräsentativen Stahlbetonhochhaus, das bereits Grundlage für die linear elastischen Untersuchungen in dem vorangegangenen Beitrag war. Im Detail werden die vertikalen Bauteile im verwendeten Rechenmodell nun mit zeitdiskreten Materialmodellen angereichert und durch die vorhandene Bewehrung ergänzt, um die Auswirkungen durch “innere” Behinderung abzubilden. Insgesamt bewirkt das zeitabhängige Verformungsverhalten von Beton in den vertikalen Bauteilen deutliche Unterschiede in der Schnittgrößenverteilung im Vergleich zu einer linear elastischen Analyse. Zur Vereinfachung der hohen Komplexität von zeitdiskreten Analysen wurde auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse eine ingenieurmäßige Vorgehensweise für die praktische Anwendung entwickelt und auf Tauglichkeit überprüft.

Static analysis with 3D building models considering the time-dependent deformations in vertical members - Effects of different modelling types on the vertical load distribution
The static analysis of the load flow in structures by means of 3D building models is widely used in practice - but not without controversy. Usually, linear elastic analysis models are created, although they could show significantly different results compared to a conventional analysis using extracted 2D submodels. These differences were discussed in a previous article by the authors. The present article follows on from this and now deals with the influence of the time-dependent deformation behaviour of concrete in the vertical elements on the calculation results of 3D building models. Of course, the time-dependent deformation behaviour of concrete occurs also in the horizontal elements and affects the calculation results additionally. However, these effects were conceivably excluded and will be addressed in future publications of the authors. The investigations are carried out on the 15-storey representative reinforced concrete high-rise building. This building was already the basis of the linear elastic investigations in the previous article. In detail, the analysis model is now extended using time-discrete material models, and reinforcement is added in order to represent the effects of the “internal” restraint. Overall, the time-dependent deformation behaviour of concrete causes significant differences in the force distribution compared to a linear elastic analysis. Due to the high complexity of these time-discrete analyses, an engineering approach for practical application was developed and tested for its suitability.