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Sicherheitsfaktoren: Was sind sie und wie werden sie verwendet

Die Sicherheitsfaktoren gewährleisten, dass Bauwerke so ausgelegt sind, dass sie Belastungen standhalten, ohne ihre Integrität zu beeinträchtigen. Hier erfahren Sie, wie man sie verwendet

Die Aufgabe des Bauingenieurwesens besteht darin, sicherzustellen, dass jede Struktur einen angemessenen Sicherheitsmargen aufweist, um potenzielle Herausforderungen wie Laständerungen, Baumängel oder Materialalterung im Laufe der Zeit zu bewältigen. Die Verwendung angemessener Sicherheitsfaktoren in der Tragwerksplanung ist entscheidend, um dieses Ziel zu erreichen.

Im Folgenden werden wir uns auf die Bedeutung dieser Parameter konzentrieren. Wir werden verstehen, was Sicherheitsfaktoren sind und wie sie verwendet werden, um Strukturen zu entwerfen, die in der Lage sind, Lasten und Spannungen zu widerstehen, ohne Zusammenbrüche oder Schäden zu erleiden.

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Was sind Sicherheitsfaktoren?

Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „Sicherheitsfaktor“ auf einen Parameter, der in Ingenieurwissenschaften, Design und anderen technischen Bereichen verwendet wird, um den Grad der Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Systems zu bewerten, d.h. seine Fähigkeit, sicher zu funktionieren, unter Berücksichtigung möglicher Unsicherheiten oder Variabilitäten in den Daten oder Betriebsbedingungen.
In der Strukturtechnik werden Sicherheitsfaktoren als multiplikative Faktoren betrachtet, die auf die Entwurfslasten und die strukturellen Widerstände angewendet werden, um einen angemessenen Sicherheitsmargen zu gewährleisten. Diese Parameter berücksichtigen die extreme Variabilität in den realen Last- und Widerstandswerten im Vergleich zu den festgelegten Entwurfswerten. Mit anderen Worten, sie ermöglichen es, die tatsächlichen Betriebsbedingungen einer Struktur zu berücksichtigen, die sich von den vorgesehenen Entwurfsbedingungen unterscheiden können.

Wofür werden Sicherheitsfaktoren verwendet?

Sicherheitsfaktoren sind Parameter, die im Bereich des Bauingenieurwesens verwendet werden, um die Fähigkeit einer tragenden Struktur zu bewerten, sicher Lasten und Belastungen standzuhalten. Diese Faktoren spiegeln das Verhältnis zwischen der maximalen Tragfähigkeit (oder Festigkeit) eines Bauteils und der maximalen Belastung (oder Beanspruchung) wider, der die Struktur während ihrer Lebensdauer ausgesetzt sein wird.
Ihre Hauptfunktion besteht darin sicherzustellen, dass die Struktur in der Lage ist, die vorgesehenen Lasten zu tragen, ohne Zusammenbrüche oder Schäden zu erleiden. Diese Faktoren berücksichtigen die vielfältigen Aspekten, die die strukturelle Sicherheit beeinflussen können, wie Materialfehler, Variationen in den Entwurfslasten und Umgebungsbedingungen.

Sicherheitsfaktoren ermöglichen es daher, das mit der Tragwerksplanung verbundene Risiko optimal zu verwalten. Sie bieten einen Sicherheitsmargen, der Unsicherheiten und Variabilitäten berücksichtigt, um sicherzustellen, dass eine Struktur in der Lage ist, unvorhergesehene Situationen oder ungünstige Bedingungen zu bewältigen. Das bedeutet, dass selbst bei etwas höheren oder niedrigeren Lasten oder Widerständen im Vergleich zu den Entwurfswerten die Struktur sicher und zuverlässig bleibt.

Klassifizierung und Beispiele für die Verwendung von Sicherheitsfaktoren

Die in der Tragwerksplanung häufig verwendeten Sicherheitsfaktoren lassen sich unterteilen in:

  1. Sicherheitsfaktoren für die Festigkeit: Sie werden auf die Entwurfsfestigkeiten der strukturellen Materialien angewendet, wie Beton oder Stahl, um deren Wert zugunsten der Sicherheit zu verringern. Sie berücksichtigen die Unsicherheit aufgrund der Variabilität der Materialeigenschaften, der Qualität der Herstellung und anderer Faktoren, die die tatsächliche Festigkeit der Materialien im Vergleich zu den Entwurfswerten beeinflussen können. Um die Festigkeit einer Stahlstütze zu überprüfen, beginnt man mit der Bestimmung der Entwurfsfestigkeit des Stahls, die von den Materialeigenschaften und dem Querschnitt der Stütze abhängt. Anschließend wird der Sicherheitsfaktor auf die Entwurfsfestigkeit angewendet, um die Berechnungsfestigkeit zu erhalten. Zum Beispiel, wenn die Entwurfsfestigkeit des Stahls 200000 kN/m2 beträgt und der Gesamtsicherheitsfaktor 1,1 beträgt, dann wird die Berechnungsfestigkeit 200000 kN/m2 / 1,1 = 181800 kN/m2 sein;
  2. Sicherheitsfaktoren für die Belastung: Diese Faktoren werden auf die partiellen Lasten angewendet, die im Rahmen des Strukturplanungsprozesses berücksichtigt werden. Sie werden verwendet, um die Unsicherheiten in den realen Werten der Lasten zu berücksichtigen, da diese während der Lebensdauer der Struktur unberechenbar variieren können. Entwurfsaktionen können das Eigengewicht der Struktur, permanente Lasten (wie Wände, Fußböden usw.) und variable Lasten (wie Nutzlast, Windlast usw.) umfassen. Normalerweise sind partielle Sicherheitsfaktoren größer als 1, um einen angemessenen Sicherheitsmargen zu gewährleisten. Zum Beispiel, wenn die Entwurfslast 100 kN beträgt und ein partieller Sicherheitsfaktor von 1,5 angewendet wird, wird die tatsächliche Entwurfslast, die für die strukturelle Berechnung verwendet wird, 150 kN betragen.
Klassifizierung der Sicherheitskoeffizienten

Klassifizierung der Sicherheitsfaktoren

Der Unterschied zwischen partiellen und globalen Sicherheitsfaktoren

Die soeben beschriebenen Faktoren werden als partielle Sicherheitsfaktoren bezeichnet, da sie auf spezifische Lasten und Widerstände während des Strukturplanungsprozesses angewendet werden. Dieser Begriff spiegelt wider, dass nicht ein einziger globaler Sicherheitsfaktor für die gesamte Struktur angewendet wird, sondern verschiedene partielle Sicherheitsfaktoren für jede berücksichtigte Last und jeden berücksichtigten Widerstand.
Da es schwierig ist, die Materialvariabilität und die Lastbedingungen genau vorherzusagen, verwendet der Bauingenieur partielle Sicherheitsfaktoren, um für jeden spezifischen Aspekt des Entwurfs einen angemessenen Sicherheitsmargen einzuführen. Zum Beispiel kann ein partieller Sicherheitsfaktor auf die permanenten Lasten angewendet werden und ein anderer auf die zufälligen Lasten. Dasselbe Prinzip gilt für die Widerstände. Es können also verschiedene partielle Sicherheitsfaktoren für Beton, Stahl, Holz usw. verwendet werden.

Die globalen Sicherheitsfaktoren unterscheiden sich von den partiellen Sicherheitsfaktoren, da sie sowohl die Materialfestigkeit als auch die angewendeten Lasten berücksichtigen. Sie sind oft das Ergebnis des Verhältnisses zwischen der letzten Festigkeit des Materials und der maximalen erwarteten Belastung. Diese Faktoren stellen die globale Sicherheitsmarge der Struktur dar und berücksichtigen alle Unsicherheiten und Variabilitäten, die während des Entwurfs berücksichtigt wurden. Ihr Zweck ist es, sicherzustellen, dass das Bauwerk eine ausreichende Gesamtrobustheit aufweist, um alle möglichen Belastungssituationen zu bewältigen, ohne die Integrität zu beeinträchtigen.

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Ergebnisse der Sicherheitskoeffizientenberechnung mit EdiLus

Ergebnisse der Berechnung von Sicherheitsfaktoren mit EdiLus

 

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