CS-STATIK Stabwerke

Das Programm CS-SUSI (Statisch Unbestimmte Systeme im Ingenieurbau) dient zur Berechnung ebener und räumlicher Stabwerke nach der Elastizitätstheorie 1. und 2.Ordnung. Dabei stehen folgende Module zur Verfügung.

  • Grundmodul 3D-Stabwerk
  • Erweiterung Stahl-, Alu-, Holz-, Stahlbeton-Bemessung
  • Erweiterung nichtlineare Berechnung
  • Erweiterung Dynamik
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Stabwerke

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Das Programm CS-SUSI dient zur Berechnung ebener und räumlicher Stabwerke. Die integrierten Untersysteme „Ebener Rahmen" und „Trägerrost" ermöglichen eine vereinfachte Eingabe und eine entsprechend reduzierte Ausgabe. Darüber hinaus eignet sich das Programm durch die sehr einfache Definition gelenkiger Stabanschlüsse auch zur Berechnung ebener oder räumlicher Fachwerke. Die Ergebnisse können lastfallweise oder, nach Extremwerten überlagert, sowohl numerisch, als auch grafisch ausgegeben werden.

Der seit vielen Jahren bewährte Rechenkern basiert auf einer Kombination aus Weggrößen- und Übertragungsverfahren. Ein gerade bei großen Systemen entscheidender Vorteil dieser Kombination ist, dass die Genauigkeit der Ausgabe weitgehend unabhängig von der Berechnung des Gesamtsystems ist. So können die Ergebnisse im Nachlauf jederzeit verfeinert werden, ohne das gesamte System neu zu berechnen.

Aufgrund der dynamischen Speicherverwaltung ist die maximale Problemgröße im Wesentlichen nur von dem zu Verfügung stehenden Massenspeicher abhängig.

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Die Eingabe erfolgt grafisch interaktiv am 3D-Modell, so dass jederzeit die direkte optische Kontrolle aller Details gegeben ist. Alternativ ist auch eine tabellarische Eingabe, sowie der Import der Systemdaten aus einer DWG-Datei möglich. In allen Fällen sorgen integrierte logische Kontrollen für ein hohes Maß an Sicherheit bei der Eingabe.

Umfangreiche Generierungsmöglichkeiten erleichtern die Eingabe selbst sehr großer komplexer Systeme erheblich und helfen Eingabefehler weitgehend zu vermeiden.

Die integrierte Toolbox ermöglicht übergeordnete Arbeitsschritte wie das Löschen, Drehen, Verschieben oder (auch mehrfach) Kopieren beliebiger Teile des Systems und reduziert somit den Eingabeaufwand ganz erheblich.

Generatoren bieten die Möglichkeit, durch Eingabe weniger vordefinierter Parameter rechenfertige Modelle für verschiedene Rahmen-, Hallen- oder Wendeltreppenformen inklusive Belastung zu erzeugen. Diese können anschließend selbstverständlich beliebig verändert oder erweitert werden. Sie eignen sich insbesondere für den Einstieg in das Programm.

Umfangreiche Systeme lassen sich auf einfache Weise in Gruppen unterteilen, so dass die Übersicht auch bei komplizierten 3D-Modellen sowohl bei der Ein- als auch bei der Ausgabe gewährleistet bleibt. Die Definition dieser Gruppen kann nach einer Vielzahl von Kriterien wie Auswahl der Stäbe per Mausklick, nach Eigenschaften, Nummerierung, Bezeichnung oder geometrischer Lage erfolgen. Außerdem können Gruppen kopiert, gedreht, verschoben oder insgesamt belastet werden.

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Stabendgelenke können für jeden einzelnen Freiheitsgrad als fest, frei oder über eine Federkonstante definiert werden.

Auflager können für jeden einzelnen Freiheitsgrad als fest, frei oder über eine Federkonstante definiert und in jede beliebige Richtung gedreht werden.

Starre oder elastische Kopplungen ermöglichen die exakte Beschreibung von Exzentrizitäten, die Definition von Scherengelenken oder die Simulation starrer Scheiben.

Materialien können frei definiert, oder aus einer erweiterbaren Materialdatei übernommen werden. Selbstverständlich können in einem System verschiedene Materialien wie Stahl, Holz oder Beton kombiniert werden. In Abhängigkeit vom Material werden automatisch die relevanten Nachweise, bzw. die Bemessung durchgeführt.

Querschnitte können aus einer umfangreichen Profilbibliothek übernommen, oder nach Belieben frei definiert werden. Außerdem können viele Standardquerschnitte durch Eingabe weniger Parameter erzeugt werden. Jeder vorhandene Querschnitt kann auf einfache Weise auch linear veränderlich, also als Voute definiert werden.

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Für die Belastung steht eine Vielzahl von Lastarten zur Verfügung wie:

  • automatische Erfassung des Eigengewichtes in beliebiger Richtung wirkend
  • Auflagerzwangsverformungen für jede Komponente in lokaler Richtung
  • Einzellasten und Momente auf Knoten in lokaler und globaler Richtung
  • Relativverformungen innerhalb eines Stabes an beliebiger Stelle in lokaler Richtung z.B. zur Ermittlung von Einflusslinien
  • Einzellasten und Momente innerhalb eines Stabes an beliebiger Stelle in lokaler und globaler Richtung
  • Trapezlasten auf beliebige Teilbereiche eines Stabes lokal, global oder auf die Projektion bezogen
  • Streckentorsionsmomente, trapezförmig verteilt, in beliebigen Teilbereichen eines Stabes
  • Temperaturbelastung (gleichmäßig / ungleichmäßig) in beliebigen Teilbereichen eines Stabes.
  • Vorverformungen für die Berechnung nach Theorie 2.Ordnung (Vorkrümmung und Schiefstellung)

Hierbei sind die Bezugslängen für alle Stablasten frei wählbar (lokal, global, Projektion oder relativ)

In der linearen Berechnung werden alle Lastfälle einzeln berechnet. Die Ergebnisse können anschließend unter Berücksichtigung der erforderlichen Teilsicherheits- und Kombinationsbeiwerte verschiedener Normen zu Extremwerten für die verschiedenen Nachweissituationen (Traglast, Gebrauchslast, u.s.w.) überlagert werden.

Die Lastfallüberlagerung kann nach DIN 18800, DIN 1055-100 oder SIA 260:2003 erfolgen. Die für die jeweilige Nachweissituation (Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, u.s.w.) geforderten Teilsicherheits- und Kombinationsbeiwerte werden hierbei automatisch berücksichtigt. Durch Zuordnung der Eigenschaften „Ausschluss", „ständig", „additiv", „(gruppenweise) alternativ" zu den einzelnen Lastfällen ist die Überlagerung einfach zu steuern. Da die Überlagerung im Nachlauf erfolgt, kann sie jederzeit geändert werden, ohne die gesamte Berechnung zu wiederholen. Das verwendete Überlagerungsverfahren unterliegt keinerlei Einschränkungen bezüglich der Anzahl der Lastfälle und daraus resultierenden möglichen Kombinationen.

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Die nichtlineare Berechnung erfolgt iterativ für vorgegebene Lastkollektive. Sie ermöglicht die Berechnung nach Theorie 2.Ordnung, den Ausschluß von Zug- oder Druckstäben sowie positiver oder negativer Lagerreaktionen. Die Kollektive können aus den vorhandenen Lastfällen manuell gebildet, oder automatisch gemäß der gewählten Norm und Nachweissituation erzeugt werden.

Die Kollektivbildung für die nichtlinearen Berechnungen kann wahlweise manuell oder entsprechend der gewählten Überlagerungsvorschrift vom Programm vorgenommen werden. Im Nachlauf können die berechneten Kollektive verschiedenen Gruppen zugeordnet werden, so dass auch hier Extremwerte für mehrere Nachweissituationen ermittelt werden können.

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Die dynamische Berechnung umfasst die Ermittlung der Eigenfrequenzen auf der Basis eines Mehrmassensystems. Die schwingenden Massen des Systems werden hierbei in den Knoten konzentriert angesetzt. Die Masseverteilung kann als eigener Lastfall definiert, oder einfach automatisch über eine Kollektivbildung aus vorhandenen Lastfällen ermittelt werden. Dieses Nachweiskollektiv bildet mit den ermittelten Eigenfrequenzen die Grundlage für die weitere Untersuchung von Erdbebenbeanspruchungen nach dem Antwortspektrenverfahren.

Die Ermittlung der Beanspruchungen aus Erdbeben kann wahlweise nach DIN 4149, SIA 261 oder EC 8 erfolgen. Sie wird im Nachlauf durch Auswertung der aus der dynamischen Berechnung resultierenden Eigenfrequenzen durchgeführt und kann daher mit geänderten Parametern beliebig oft erfolgen, ohne die gesamte dynamische Berechnung wiederholen zu müssen. Aus den je nach Vorschrift unterschiedlichen Eingangsparametern (Erdbebenzone, Bauwerksklasse, Baugrundbeiwert, Baugrund-Untergrundsklasse, Duktilität) werden die maßgebenden Beschleunigungskurven ermittelt. Die horizontale Beschleunigungsrichtung kann beliebig vorgegeben und optional eine hierzu orthogonale und vertikale Beschleunigung berücksichtigt werden. Alle Ergebnisse der Erdbebenberechnung (Auflagerreaktionen, Schnittgrößen, Spannungsnachweise) stehen sowohl in der grafischen als auch in der numerischen Ausgabe zur Verfügung.

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Die Nachweise im Stahlbau können wahlweise nach EC 3, DIN 18800 oder SIA 263:2003 geführt werden. Sie erfolgen für beliebig zusammengesetzte dünnwandige Blechquerschnitte nach dem Verfahren elastisch/elastisch. Für Rohre und nahezu alle Standardquerschnitte kann der Nachweis ab einem einstellbaren Ausnutzungsgrad auch elastisch/plastisch erfolgen. Hierbei kommt das Teilschnittgrößenverfahren mit Umlagerung nach Prof. Dr. Ing. R. Kindmann zu Anwendung.

Die Nachweise für Aluminium können nach DIN-EN 1999 geführt werden.

Die Nachweise im Holzbau können wahlweise nach EC 5, DIN 1052-N oder SIA 265:2003 geführt werden. Sie erfolgen unter Berücksichtigung der sich aus Nutzklasse und Lasteinwirkungsdauer ergebenden Abminderungen der zulässigen Spannungen (kmod).

Die Stahlbetonbemessung kann wahlweise nach EC 2, EC 2 NAD, DIN 1045-1 oder SIA 262:2003 durchgeführt werden. Sie berücksichtigt sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Bewehrungen für zweiachsige Biegung mit Normalkraft. Die Schubbemessung erfolgt für Querkraft und Torsion. Bemessen werden können alle Rechteck-, Kreis-, Plattenbalken- und Doppel-T-Querschnitte.

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Der Nachweis des Biegedrillknickens erfolgt über den Verbund des Stabwerksprogrammes CS-SUSI mit den Programmen CS-STAB/S3 oder CS-STAB/S4 (siehe Paket Stahlbau Träger XL). Über den in CS-SUSI integrierten Dialog können Sie die nachzuweisenden Stabzüge definieren. Aus den im Stabwerk bekannten Informationen (Geometrie, Querschnitte, Belastungen und Schnittgrößen) wird dann für jeden definierten Stabzug eine eigene Position für das Programm CS-STAB erzeugt. Mit diesem kann anschließend die weitere Bearbeitung und Berechnung des Stabzuges erfolgen.

Der Nachweis der Stahlbauanschlüsse erfolgt über den Verbund des Stabwerksprogrammes CS-SUSI mit dem Programm CS-STAV (siehe Paket Stahlbau Verbindungen). Über den In CS-SUSI integrierten Dialog können Sie direkt die nachweisbaren Detailpunkte per Mausklick oder aus einer Liste auswählen. Aus den im Stabwerk bekannten Informationen (Geometrie, Querschnitte, Anschlussschnittgrößen) wird dann für jeden dieser Detailpunkte eine eigene Position für das Programm CS-STAV erzeugt. Mit diesem kann anschließend die weitere Bearbeitung der Anschlussdetails erfolgen.

Die Ergebnisse der Stabwerksberechnung können direkt an das Programm CS-ANHO (siehe Paket Holzbau Anschlüsse) zum Nachweis der Holzbauanschlüsse übergeben werden. Anders als bei den Stahlbauanschlüssen erfolgt hierbei die Auswahl der Anschlusspunkte nicht in CS-SUSI sondern im jeweiligen Nachweisprogramm. Geometrie, Querschnitte und Anschluss-Schnittgrößen werden dabei automatisch aus der Stabwerksposition übernommen. Die Ausarbeitung der Anschlussdetails erfolgt dann im Nachweisprogramm.

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Die numerische Ausgabe erfolgt übersichtlich gegliedert im RTF-Format, so dass bei Verwendung üblicher Textverarbeitungsprogramme wie z.B. MS-Word alle Funktionen zur weiteren Textverarbeitung zur Verfügung stehen. Das Layout dieser Ergebnisdokumente basiert auf individuell gestaltbaren Anwender-Vorlagen und kann optional mit Titelblatt, Schlussblatt oder Inhaltsverzeichnis versehen werden. Eine übersichtliche Ausgabesteuerung in Baumstruktur erleichtert die Auswahl der relevanten Ergebnisse in beliebiger Genauigkeit. Ergebnisse können auch auf mehrere Dokumente verteilt, mit Grafiken versehen, oder über das CS-STATIK Projektcenter mit den Ergebnissen anderer CS-STATIK Programme zu einem Gesamtdokument zusammengefasst werden.

Die grafische Ausgabe ermöglicht die direkte Kontrolle aller Ergebnisse in der 3D-Oberfläche. Alle angezeigten Grafiken können auf Knopfdruck in beliebiger Auflösung (kein Sceenshot!) geplottet, gedruckt, als Bitmapdatei gespeichert oder in das Ergebnisdokument eingebunden werden.

Mit dem Programm CS-SUSI/ZE können Sie schnell und automatisch komplett beschriftete und vermaßte Zeichnungen eines in CS-SUSI eingegebenen Stabwerkes erstellen. Es können verschiedene Ansichten und Schnitte erstellt, auf einem Plan angeordnet und anschließend über das CAD-Programm CS-CADI weiterbearbeitet werden.

Mit dem Programm CS-SUSI/GTC können Sie schnell und automatisch die Modelldaten selektiv oder vollständig im GTC- oder DXF-Format abspeichern. Anschließend kann das Modell dann mit Advance-Steel oder Autocad weiterbearbeitet werden.

Über die Lastweiterleitung stehen alle ermittelten Auflagerkräfte aus linearer, nichtlinearer oder dynamischer Berechnung den übrigen CS-STATIK Programmen zur Verfügung. Die Weiterleitung kann wahlweise für charakteristische Werte oder jede beliebige Überlagerung erfolgen.

Das Programm kann sowohl direkt, als auch aus dem CS-STATIK Projektcenter gestartet werden. Der Aufruf aus dem Projektcenter empfiehlt sich insbesondere, wenn der Verbund zu den übrigen CS-STATIK Programmen genutzt werden soll.

Die umfassende kontextbezogene Hilfe, das umfangreiche Handbuch im PDF-Format und die mitgelieferten Beispiele erleichtern Einstieg und Bedienung.

Ein- und Ausgabe können jeweils in deutscher und/oder englischer Sprache erfolgen.