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Aussteifungselemente: Rahmen

Bisher wurden Aussteifungselemente aus Fachwerkstäben (Verbände) untersucht, die nur Normalkräfte erhalten. Im Gegensatz dazu tragen Rahmen horizontale Lasten über Biegemomente, Querkräfte und Normalkräfte ab. Ein Rahmen kann als Aussteifungselement wirken, wenn er entweder eingespannte Stützenfüße, biegesteife Rahmenecken oder beides hat.

Positive Definition der Schnittgrößen M(x), Q(x) und N(x) in einem Balken:

Rahmen werden sowohl im Stahl- als auch im Stahlbetonbau verwendet. Zur Dimensionierung der Konstruktionsteile eines Rahmens (Stützen, Riegel) benötigt man zunächst seine Schnittgrößen. Danach kann man durch Vergleich der vorhandenen mit der zulässigen Spannungen den erforderlichen Bauteilquerschnitt berechnen. An den Konstruktionsteilen von Rahmen aus Stahl oder Stahlbeton werden häufig außer den Spannungsnachweisen auch Stabilitätsnachweise erforderlich.

Je nach Ausführung der Rahmenecken und Stützenfüße ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten der Rahmenausbildung. Je nach Lagerungsart handelt es sich um statisch bestimmte oder unbestimmte Tragwerke. Für viele Rahmenarten gibt es Tafelwerke, mit denen man die Schnittgrößen schnell bestimmen kann. Im folgenden sollen drei mögliche Rahmentragwerke mit ihren qualitativen Biegemomentverläufen unter einer horizontalen Belastung vorgestellt werden.

1. Rahmen mit eingespannten Stützenfüßen und gelenkigen Rahmenecken:
   Diese Rahmen werden häufig bei Bauwerken aus Stahlbetonfertigteilen verwendet, da dort biegesteife Rahmenecken schwer zu realisieren sind.
   
   
   
   Die maximalen Momente aus der horizontalen Last treten an den Stützenfüßen auf.
2. Rahmen mit gelenkigen Stützenfüßen und biegesteifen Rahmenecken:
   
   
   
   Die maximalen Momente aus der horizontalen Last treten an den Rahmenecken auf.
3. Rahmen mit eingespannten Stützenfüßen und biegesteifen Rahmenecken:
   Rahmen aus Stahlbeton werden häufig durch dieses statische System abgebildet. Wenn man das Tragwerk ohne Arbeitsfugen in den Eck- und Fußbereichen des Rahmens betoniert, kann man von einer biegesteifen Verbindung in den Knotenpunkten ausgehen und an den Fußpunkten eine Einspannung ansetzen.
   
   
   
   Es ergeben sich sowohl an den Ecken als auch an den Stützenfüße Momente.

Bei der dritten Variante verteilen sich die Momente und sind dadurch insgesamt kleiner als bei den beiden anderen Möglichkeiten. Das hat den Vorteil, dass man geringere Querschnittsabmessungen für Stütze und Riegel benötigt. Allerdings muss man dafür sowohl den Anschluss der Rahmenecke als auch den Stützenfuß biegesteif ausführen, was bei Stahlkonstruktionen zu einem erheblichen Mehraufwand führen kann. Es sind daher immer die wirtschaftlichen, materialtechnischen und fertigungstechnischen Faktoren bei der Wahl des statischen Systems zu berücksichtigen.

Wurde ein statisches System gewählt, muss sichergestellt werden, dass die Konstruktion auch tatsächlich so ausgeführt wird. Eine biegesteife Rahmenecke muss durch ihre konstruktive Ausbildung in der Lage sein, das auftretende Eckmoment vollständig vom Riegel in die Stütze zu übertragen.

Beispiele und Hinweise zur Konstruktion von biegesteifen Rahmenecken gibt es hier:

Einige Bilder und Beispiele zu gelenkigen und eingespannten Stützenfüßen sind hier zu finden:

Bei Rahmentragwerken sollte man bedenken, dass sie selten so steif wie Verbände oder Wandscheiben sind. Setzt man Rahmen als Aussteifungselemente ein, muss mit gewissen seitliche Verschiebungen gerechnet werden.

Merke!
	Ein Rahmen ist ein aus Stützen und Riegeln zusammengesetztes Tragsystem, das entweder eingespannte Stützenfüße, biegesteife Rahmenecken oder beides hat. Am Rahmen treten Biegemomente M(x), Querkräfte Q(x) und Normalkräfte N(x) auf. Es muss sichergestellt werden, dass das statische System zur Schnittgrößenermittlung der tatsächlichen Konstruktion entspricht.