Stabilisierung von Z-Kantprofilen unter abhebenden Lasten

Sandwichelemente sind in der Lage, ihre Unterkonstruktion gegen Versagen infolge Stabilitätsverlusts zu stützen. Besonders für die im Metallleichtbau eingesetzten dünnwandigen Z-Kantprofile als Dachpfette lassen sich praxisübliche Spannweiten häufig nur durch Berücksichtigung genannter Stabilisierung realisieren. Die Stabilisierung kann in der Mechanik als eine Kombination aus Schubfeld und Drehbettung beschrieben werden. Für die Lastkombination aus Eigengewicht und Windsog liegt jedoch i. d. R. das Schubfeld am unter Zugspannungen stehenden Gurt an, womit dem System lediglich marginale Stabilisierungseffekte zugeführt werden können. Zudem darf gem. deutschem NA zu DIN EN 1993-1-3 (NCI zu 10.1.5.2(2)) für zuvor genannte Lastkombination keine Stabilisierung infolge einer Drehbettung in Ansatz gebracht werden. Jüngste Untersuchungen zeigten zum einen, dass die in der Literatur angegebene Reduzierung der Drehbettung unter abhebenden Lasten zutrifft, bieten zum anderen jedoch abweichend von den in Fachkreisen kursierenden Ingenieurannahmen zwischen 100 % und 50 % Reduktion eine konkrete Quantifizierungsmöglichkeit. Somit wird eine qualifizierte Einschätzung der ansetzbaren Drehbettung unter abhebenden Lasten, begründet auf Bauteilversuchen sowie Berechnungen mithilfe der Methode der finiten Elemente, anhand eines mechanischen Modells ermöglicht. Die wissenschaftlichen Hintergründe hierzu sowie das mechanische Modell sind im nachfolgenden Aufsatz beschrieben.

Stabilization of thin-walled profiles under uplift loads
Sandwich panels are able to support their supporting structure against failure due to loss of stability. Especially for thin-walled Z-profiles used in lightweight metal construction as a purlin, customary span-lengths often only can be reached by taking into account stabilization effects, which can be described as a combination of diaphragm and torsional restraint. However, for the load combination of dead weight and wind suction, the diaphragm is usually located on the flange under tensile stress, which means that only marginally stabilization effects can be added to the system. In addition, acc. to the German NA to DIN EN 1993-1-3, no stabilization due to a torsional restraint may be used for the aforementioned load combination. Recent investigations showed on the one hand that the reduction of the torsional restraint under uplifting loads stated in the literature is true, but on the other hand the investigations also offers a quantification of this reduction others than the roughly engineering assumptions of 100 % to 50 % reduction often used in the past. Thus, a qualified estimation of the applicable torsional restraint under uplifting loads is possible, based on component tests and FE-calculations and derived from a mechanical model. The following publication describes the scientific background as well as the mechanical mode.