Berechnung eines ebenen Rahmens

Bauteil

Values shared by every analysis.

Über diesen Nachweis

Ziffern, Berechnungsbeispiel und Fragen

Berechnet einen beliebigen Rahmen in einer vertikalen Ebene, Knoten für Knoten oder aus seinen Feldern und Geschossen: die Auflagerkräfte, Biegemomente, Quer- und Normalkräfte und Verschiebungen, mit geneigten Stäben und Stäben mit Vouten, Gelenken, Federn, Setzungen, Temperaturänderungen und den veränderlichen Lasten in ihrer ungünstigsten Anordnung. Jeder Schritt zeigt seine Formel.

Was nachgewiesen wird

Was Sie eingeben und was Sie erhalten

Sie beschreiben den Rahmen Knoten für Knoten oder über Felder und Geschosse mit einem Querschnitt für die Stützen und einem für die Riegel. Sie geben E ein, für alle Stäbe gleich, und ob die Längsverformung der Stäbe berücksichtigt wird. Für jeden Knoten: seine Koordinaten x und y, das Auflager (frei, festes Lager, eingespannt, zwei Arten von beweglichen Lagern, zwei Arten von Führungen oder Federn in x, y und gegen Verdrehung) und seine Setzungen. Für jeden Stab: seinen Anfangs- und seinen Endknoten, I, A, einen konstanten Querschnitt oder gerade oder parabolische Vouten sowie biegesteife oder gelenkige Enden.

Lasten: bis zu acht verteilte Lasten, nach unten pro Meter Stablänge oder pro Meter Grundriss, horizontal pro Meter Höhe oder rechtwinklig zum Stab, gleichmässig oder veränderlich; bis zu acht Kräfte auf Stäben; bis zu sechs Knotenlasten; bis zu vier Temperatureinwirkungen, gleichmässig oder auf den beiden Seiten verschieden. Jede Last wirkt wie eingegeben oder in ungünstigster Anordnung. Dann die Grenzwerte und die gewählten Querschnitte.

Sie erhalten die Diagramme, alle oben genannten Resultate und den Vermerk erfüllt oder nicht erfüllt für jeden Nachweis.

Annahmen und Grenzen

Berechnungsbeispiel

Ein zweifeldriger Rahmen von 16 m Breite und 6 m Höhe mit E = 32000 N/mm²: Stützen bei x = 0 und 16 m eingespannt und bei 10 m gelenkig gelagert, wo sich der Fuss um 8 mm setzt; ein Riegel von 10 m mit parabolischen Vouten von 2 m Länge an beiden Enden und ein Riegel von 6 m; die rechte Stütze an ihrem Kopf gelenkig angeschlossen. Die Riegel tragen 30 kN/m wie eingegeben und 20 kN/m in ungünstigster Anordnung; ebenfalls in ungünstigster Anordnung 4.5 kN/m Wind auf die linke Stütze, 15 kN horizontal an ihrem Kopf und auf dem langen Riegel eine Erwärmung von 15 °C mit 10 °C zwischen seinen Seiten. Grenzwerte l/300 und h/300. Alle Nachweise sind erfüllt. Die folgenden Resultate sind jene des Moduls für sein Berechnungsbeispiel, berechnet beim Erstellen dieser Seite.

Eingaben
EingabeWertRef.
Beschreibung des RahmensKnoten für Knoten
Anzahl Knoten j6
Anzahl Stäbe m5
Elastizitätsmodul E32000 N/mm²
Längsverformung der StäbeBerücksichtigt
Horizontale Koordinate x10 m
Vertikale Koordinate y10 m
AuflagerEingespannt
Horizontale Auflagerverschiebung Δx,10 mm
Vertikale Setzung Δy,10 mm
Horizontale Koordinate x20 m
Vertikale Koordinate y26 m
AuflagerFrei (ein Knoten)
Horizontale Koordinate x310 m
Vertikale Koordinate y36 m
AuflagerFrei (ein Knoten)
Horizontale Koordinate x410 m
Vertikale Koordinate y40 m
AuflagerFestes Lager
Horizontale Auflagerverschiebung Δx,40 mm
Vertikale Setzung Δy,48 mm
Horizontale Koordinate x516 m
Vertikale Koordinate y56 m
AuflagerFrei (ein Knoten)
Horizontale Koordinate x616 m
Vertikale Koordinate y60 m
AuflagerEingespannt
Horizontale Auflagerverschiebung Δx,60 mm
Vertikale Setzung Δy,60 mm
AnfangsknotenKnoten 1
EndknotenKnoten 2
Trägheitsmoment I17200 10⁶ mm⁴
Querschnittsfläche A1240000 mm²
Querschnitt entlang des StabsKonstant
Anschluss an seinen EndenAn beiden Enden starr
AnfangsknotenKnoten 2
EndknotenKnoten 3
Trägheitsmoment I224300 10⁶ mm⁴
Querschnittsfläche A2360000 mm²
Querschnitt entlang des StabsParabolische Vouten
Länge der Voute am Anfang aA,22 m
Trägheitsmoment am Anfang IA,248600 10⁶ mm⁴
Länge der Voute am Ende aB,22 m
Trägheitsmoment am Ende IB,248600 10⁶ mm⁴
Anschluss an seinen EndenAn beiden Enden starr
AnfangsknotenKnoten 4
EndknotenKnoten 3
Trägheitsmoment I37200 10⁶ mm⁴
Querschnittsfläche A3240000 mm²
Querschnitt entlang des StabsKonstant
Anschluss an seinen EndenAn beiden Enden starr
AnfangsknotenKnoten 3
EndknotenKnoten 5
Trägheitsmoment I424300 10⁶ mm⁴
Querschnittsfläche A4360000 mm²
Querschnitt entlang des StabsKonstant
Anschluss an seinen EndenAn beiden Enden starr
AnfangsknotenKnoten 6
EndknotenKnoten 5
Trägheitsmoment I57200 10⁶ mm⁴
Querschnittsfläche A5240000 mm²
Querschnitt entlang des StabsKonstant
Anschluss an seinen EndenGelenk am Ende
Anzahl verteilte Lasten5
OnStab 2
RichtungNach unten, pro Meter Stablänge
AusdehnungDer ganze Stab
Intensität am Anfang qa,130 kN/m
Intensität am Ende qb,130 kN/m
AnordnungWie eingegeben
OnStab 4
RichtungNach unten, pro Meter Stablänge
AusdehnungDer ganze Stab
Intensität am Anfang qa,230 kN/m
Intensität am Ende qb,230 kN/m
AnordnungWie eingegeben
OnStab 2
RichtungNach unten, pro Meter Stablänge
AusdehnungDer ganze Stab
Intensität am Anfang qa,320 kN/m
Intensität am Ende qb,320 kN/m
AnordnungUngünstigste Anordnung
OnStab 4
RichtungNach unten, pro Meter Stablänge
AusdehnungDer ganze Stab
Intensität am Anfang qa,420 kN/m
Intensität am Ende qb,420 kN/m
AnordnungUngünstigste Anordnung
OnStab 1
RichtungHorizontal (nach rechts), pro Meter Höhe
AusdehnungDer ganze Stab
Intensität am Anfang qa,54.5 kN/m
Intensität am Ende qb,54.5 kN/m
AnordnungUngünstigste Anordnung
Anzahl Kräfte auf Stäben0
Anzahl Lasten an Knoten1
AtKnoten 2
Horizontale Kraft (nach rechts positiv) Fx,115 kN
Vertikale Kraft (nach unten positiv) Fy,10 kN
Moment (im Uhrzeigersinn positiv) M10 kN·m
AnordnungUngünstigste Anordnung
Anzahl Temperatureinwirkungen1
Wärmeausdehnungskoeffizient αT10 10⁻⁶/°C
OnStab 2
Gleichmässige Änderung ΔT115 °C
Differenz, rechte Seite minus linke Seite ΔTd,110 °C
Höhe des Stabs h1900 mm
AnordnungUngünstigste Anordnung
Durchbiegung der Stäbe mit einem Grenzwert vergleichenJa
Grenzwert: Stablänge geteilt durch nlim300
Horizontale Verschiebung der Knoten nachweisenJa
Grenzwert: Höhe geteilt durch nh300
Anzahl Querschnitte mit eigenen Resultaten1
OnStab 2
Position, ab dem Anfangsknoten aS15 m
Berechnung: Der Rahmen
SchrittWertRef.
Gesamtbreite und Gesamthöheaus den KnotenkoordinatenB × H = 16.00 × 6.00 m
Unbekannte im Vergleich zu den Gleichgewichtsbedingungenm = 5 Stäbe, r = 8 Auflagerreaktionen (Federn inbegriffen), j = 6 Knoten, c = 1 Bedingungen an den Gelenkenstatisch unbestimmt, Grad 4: Die Schnittkräfte hängen von der Steifigkeit ab; Setzungen und Temperatur erzeugen Schnittkräfte3m + r − (3j + c) = 4
Schritt1Stab 1Knoten 1 → 22Stab 2Knoten 2 → 33Stab 3Knoten 4 → 34Stab 4Knoten 3 → 5Ref.
Länge l m6.0010.006.006.00
Neigung gegenüber der Horizontalen α °im Gegenuhrzeigersinn ab der x-Achse, Anfang nach Ende90.00.090.00.0
Biegesteifigkeit E·I MN·m²zwischen den Vouten230.4777.6230.4777.6
Dehnsteifigkeit E·A MN812812
Vouten, Anfang / Ende aA / aB m·2.00 / 2.00··
Gelenke————
Schritt5Stab 5Knoten 6 → 5Ref.
Länge l m6.00
Neigung gegenüber der Horizontalen α °im Gegenuhrzeigersinn ab der x-Achse, Anfang nach Ende90.0
Biegesteifigkeit E·I MN·m²zwischen den Vouten230.4
Dehnsteifigkeit E·A MN8
Vouten, Anfang / Ende aA / aB m·
Gelenkeend
Berechnung: Die Lasten
SchrittWertRef.
Totale horizontale Last wie eingegebennach rechts positivohne die Lasten in ungünstigster AnordnungΣFx = 0.0 kN
Totale vertikale Last wie eingegebennach unten positivΣFy = 480.0 kN
Lasten in ungünstigster Anordnung, alle vorhandenΣFx,var / ΣFy,var = 42.0 / 320.0 kN
Berechnung: Die ungünstigste Anordnung
SchrittWertRef.
Lasten, die jeweils vorhanden sein oder fehlen könnenverteilte Last 3, verteilte Last 4, verteilte Last 5, Last an einem Knoten 1, Temperatureinwirkung 1k = 5
Erfasste AnordnungenNarr = 2ᵏ; max = Basis + Σ (positive Beiträge), min = Basis + Σ (negative Beiträge)Jede Last wird einmal berechnet; in jedem Querschnitt werden die Lasten, die den Wert erhöhen, für das grösste Resultat addiert, jene, die ihn verringern, für das kleinste — dasselbe wie alle 2ᵏ Kombinationen, mit k + 1 BerechnungenNarr = 32
Berechnung: Auflagerkräfte
SchrittWertRef.
Gleichgewicht: Summe der horizontalen Auflagerkräftegleich −ΣFx = -0.00 kNeine Kontrolle der Berechnung (Lasten wie eingegeben)ΣRx = 0.00 kN
Gleichgewicht: Summe der vertikalen Auflagerkräftegleich ΣFy = 480.00 kNΣRy = 480.00 kN
Schritt1Knoten 1eingespannt4Knoten 4festes lager6Knoten 6eingespanntRef.
Horizontale Auflagerkraft, aus den Lasten wie eingegeben Rx kNnach rechts positiv30.67-20.86-9.80
largest Rx,max kN51.94-18.81-9.80
smallest Rx,min kN-2.80-40.81-21.72
Vertikale Auflagerkraft, aus den Lasten wie eingegeben Ry kNnach oben positiv170.07192.66117.27
largest Ry,max kN258.88412.23170.89
smallest Ry,min kN155.19192.6690.15
Einspannmoment, aus den Lasten wie eingegeben MR kN·mim Gegenuhrzeigersinn positiv-21.71·58.82
largest MR,max kN·m53.90·130.30
smallest MR,min kN·m-57.58·58.82
Berechnung: An den Knoten
Schritt1Knoten 1(0.00; 0.00)2Knoten 2(0.00; 6.00)3Knoten 3(10.00; 6.00)4Knoten 4(10.00; 0.00)Ref.
Max. horizontale Verschiebung ux,max mmnach rechts positiv0.005.546.800.00
Min. horizontale Verschiebung ux,min mm0.002.903.070.00
Max. vertikale Verschiebung w,max mmnach unten positiv0.000.208.328.00
Min. vertikale Verschiebung w,min mm0.000.128.158.00
Max. rotation θ,max mradim Gegenuhrzeigersinn positiv; keine an einem Knoten, der nur gelenkige Enden verbindet0.000-1.7961.016-1.009
Min. rotation θ,min mrad0.000-2.6510.445-2.188
Schritt5Knoten 5(16.00; 6.00)6Knoten 6(16.00; 0.00)Ref.
Max. horizontale Verschiebung ux,max mmnach rechts positiv6.790.00
Min. horizontale Verschiebung ux,min mm3.060.00
Max. vertikale Verschiebung w,max mmnach unten positiv0.130.00
Min. vertikale Verschiebung w,min mm0.070.00
Max. rotation θ,max mradim Gegenuhrzeigersinn positiv; keine an einem Knoten, der nur gelenkige Enden verbindet2.0860.000
Min. rotation θ,min mrad1.7140.000
Berechnung: An den Stabenden
Schritt1Stab 1Knoten 1 → 22Stab 2Knoten 2 → 33Stab 3Knoten 4 → 34Stab 4Knoten 3 → 5Ref.
Max. Normalkraft am Anfang Ni,max kNZug positiv-155.2-28.8-192.7-9.8
Min. Normalkraft am Anfang Ni,min kN-258.9-62.4-412.2-21.7
Max. Normalkraft am Ende Nj,max kN-155.2-28.8-192.7-9.8
Min. Normalkraft am Ende Nj,min kN-258.9-62.4-412.2-21.7
Max. Querkraft am Anfang Vi,max kNV = dM/dx2.8258.940.8157.3
Min. Querkraft am Anfang Vi,min kN-51.9155.218.861.7
Max. Querkraft am Ende Vj,max kN-19.5-129.940.8-90.1
Min. Querkraft am Ende Vj,min kN-56.6-256.018.8-170.9
Max. Biegemoment am Anfang Mi,max kN·mZug auf der rechten Seite positiv57.6-118.10.0169.9
Min. Biegemoment am Anfang Mi,min kN·m-53.9-254.00.0-43.6
Max. Biegemoment am Ende Mj,max kN·m-118.138.4244.80.0
Min. Biegemoment am Ende Mj,min kN·m-254.0-269.9112.90.0
Schritt5Stab 5Knoten 6 → 5Ref.
Max. Normalkraft am Anfang Ni,max kNZug positiv-90.1
Min. Normalkraft am Anfang Ni,min kN-170.9
Max. Normalkraft am Ende Nj,max kN-90.1
Min. Normalkraft am Ende Nj,min kN-170.9
Max. Querkraft am Anfang Vi,max kNV = dM/dx21.7
Min. Querkraft am Anfang Vi,min kN9.8
Max. Querkraft am Ende Vj,max kN21.7
Min. Querkraft am Ende Vj,min kN9.8
Max. Biegemoment am Anfang Mi,max kN·mZug auf der rechten Seite positiv-58.8
Min. Biegemoment am Anfang Mi,min kN·m-130.3
Max. Biegemoment am Ende Mj,max kN·m0.0
Min. Biegemoment am Ende Mj,min kN·m0.0
Berechnung: Entlang jedes Stabs
Schritt1Stab 1Knoten 1 → 22Stab 2Knoten 2 → 33Stab 3Knoten 4 → 34Stab 4Knoten 3 → 5Ref.
Grösstes positives Moment Mmax kN·m57.6462.4244.8292.0
seine Lage a mab dem Anfangsknoten0.005.006.002.63
Grösstes negatives Moment Mmin kN·m-254.0-269.9·-43.6
seine Lage a m6.0010.00·0.00
Grösste Querkraft |V|max kN56.6258.940.8170.9
Grösste Zugkraft Nmax kN····
Grösste Druckkraft Nmin kN-258.9-62.4-412.2-21.7
Grösste Durchbiegung quer zum Stab wrel mmab der Verbindungslinie seiner verschobenen Enden (ein Kragarm: ab seinem gelagerten Ende), in Richtung der rechten Seite positiv-2.056.122.451.45
seine Lage a m3.635.003.502.88
Bezogene Durchbiegung im Verhältnis zur Länge l/|wrel|2’9281’6342’4454’138
Schritt5Stab 5Knoten 6 → 5Ref.
Grösstes positives Moment Mmax kN·m·
seine Lage a mab dem Anfangsknoten·
Grösstes negatives Moment Mmin kN·m-130.3
seine Lage a m0.00
Grösste Querkraft |V|max kN21.7
Grösste Zugkraft Nmax kN·
Grösste Druckkraft Nmin kN-170.9
Grösste Durchbiegung quer zum Stab wrel mmab der Verbindungslinie seiner verschobenen Enden (ein Kragarm: ab seinem gelagerten Ende), in Richtung der rechten Seite positiv-1.31
seine Lage a m2.50
Bezogene Durchbiegung im Verhältnis zur Länge l/|wrel|4’595
Berechnung: Nachweis — Durchbiegung jedes Stabs
SchrittWertRef.
Durchbiegung des Stabs 1|wrel|max,1 ≤ l1/nlimη = 0.102 · erfüllt10 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Durchbiegung des Stabs 2|wrel|max,2 ≤ l2/nlimη = 0.184 · erfüllt18 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Durchbiegung des Stabs 3|wrel|max,3 ≤ l3/nlimη = 0.123 · erfüllt12 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Durchbiegung des Stabs 4|wrel|max,4 ≤ l4/nlimη = 0.072 · erfüllt7 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Durchbiegung des Stabs 5|wrel|max,5 ≤ l5/nlimη = 0.065 · erfüllt7 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Berechnung: Nachweis — horizontale Verschiebung der Knoten
SchrittWertRef.
Knoten 2, 6.00 m über dem tiefsten Auflager|ux,2| ≤ h/nhη = 0.277 · erfüllt28 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Knoten 3, 6.00 m über dem tiefsten Auflager|ux,3| ≤ h/nhη = 0.340 · erfüllt34 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Knoten 5, 6.00 m über dem tiefsten Auflager|ux,5| ≤ h/nhη = 0.339 · erfüllt34 % des Tragwiderstands ausgenutzt
Berechnung: An den gewählten Querschnitten
Schritt1Querschnitt 1Stab 2, a = 5.00 mRef.
Grösstes Biegemoment Mmax kN·mZug auf der rechten Seite positiv462.4
Kleinstes Biegemoment Mmin kN·m235.8
Grösste Querkraft, vor dem Querschnitt Vmax,l kNauf der Seite des Anfangsknotens20.1
Kleinste Querkraft, vor dem Querschnitt Vmin,l kN-6.0
Grösste Querkraft, nach dem Querschnitt Vmax,r kN20.1
Kleinste Querkraft, nach dem Querschnitt Vmin,r kN-6.0
Grösste Normalkraft Nmax kNZug positiv-28.8
Kleinste Normalkraft Nmin kN-62.4
Grösste horizontale Verschiebung ux,max mmnach rechts positiv6.07
Kleinste horizontale Verschiebung ux,min mm3.08
Grösste vertikale Verschiebung wmax mmnach unten positiv10.35
Kleinste vertikale Verschiebung wmin mm7.98

Wie dieses Modul geprüft wird

Vor der Veröffentlichung mit unabhängigen, in realen Projekten verwendeten Berechnungen geprüft.

Fragen

Was sagt mir der Grad der statischen Unbestimmtheit?

Über null hängen die Schnittkräfte von der Steifigkeit der Stäbe ab, und Setzungen und Temperaturänderungen erzeugen Schnittkräfte. Der Rahmen des Berechnungsbeispiels ist 4-fach statisch unbestimmt: 5 Stäbe, 8 Auflagerreaktionen, 6 Knoten und 1 Bedingung am Gelenk.

Soll die Längsverformung berücksichtigt werden?

Wird sie berücksichtigt, verlängert und verkürzt sich jeder Stab unter seiner Normalkraft, E·A/l: das exakte Resultat nach Theorie 1. Ordnung. Wird sie vernachlässigt, behalten die Stäbe ihre Länge, wie bei den klassischen Handrechenverfahren.

Kann ich die Berechnung ausdrucken?

Die vollständige Berechnung erscheint gratis und ohne Konto am Bildschirm. Ein druckfertiger A4-Berechnungsbericht ist im Basic-Abonnement enthalten.

Siehe auch

Seite aktualisiert: 14. November 2026