Semiprobabilistisches Sicherheitskonzept: Unterschied zwischen den Versionen

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Semiprobabilistisches Sicherheitskonzept (Quelltext anzeigen)

Version vom 28. November 2010, 10:55 Uhr

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→‎Kurzdarstellung semiprobabilistisches Sicherheitskonzept
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==Kurzdarstellung semiprobabilistisches Sicherheitskonzept==
==Kurzdarstellung des semiprobabilistischen Sicherheitskonzeptes==
;Nachweise nach Normen basierend auf dem semi-probabilistischem Sicherheitskonzept Anmerkung zum folgenden Kapitel:
;Anmerkung
Dieses Kapitel stellt zum Zweck des Überblicks eine inhaltliche Kurzfassung der derzeit geltenden Europäischen Normenwerke dar und erhebt naturgemäß keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es ersetzt im Anwendungsfall keinesfalls die detaillierten Festlegungen der jeweiligen Normen, welche in jedem Fall heranzuziehen sind. <br />
Dieser Artikel enthält eine inhaltliche Kurzfassung der derzeit geltenden Europäischen Normenwerke
sowie der derzeit geltenden Bemessungs- und Konstruktionsnorm für Holztragwerke in Deutschland
und erhebt naturgemäß keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es ersetzt im Anwendungsfall keinesfalls
die detaillierten Festlegungen der jeweiligen Normen, welche in jedem Fall heranzuziehen und als
bindend zu betrachten sind. <br />
Die redaktionelle Erarbeitung erfolgte im Hinblick auf die Darstellung der Eigenschaften vom [[SHERPA Holzverbinder]]-System.
Die redaktionelle Erarbeitung erfolgte im Hinblick auf die Darstellung der Eigenschaften vom [[SHERPA Holzverbinder]]-System.


===Einführung===
===Einführung===
Der Holzbau hat sich durch die verschiedenen Baukulturen der Völker, den unterschiedlichen regionalen
Der Holzbau hat sich durch die verschiedenen Baukulturen der Völker, den unterschiedlichen regionalen Holzarten und nicht zuletzt von den getrennt durchgeführten Holzforschungen und den damit verbundenen Erfahrungen, regional in sehr unterschiedlichen Bauweisen weiterentwickelt [22]. Durch die Europäisierung und dem damit einhergehenden Wunsch Handelshemmnisse abzubauen, wurde ab den 70er-Jahren mit der Harmonisierung nationaler Regelungen begonnen [22]. Mit der Normenserie [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 und [[EN 1995]]-1-2:2006 stehen dem Holzbau heute Dokumente zur Verfügung, die durch gesichertes Fachwissen eine auf europäischer Ebene einheitliche Bemessung von Holzbauten ermöglichen [22]. Damit den regionalen Bedürfnissen und Anforderungen der Länder nachgekommen werden kann, erfolgte eine Erweiterung der Grundlagendokumente der Eurocodes durch nationale Anhänge. Für die Anwendung des Eurocode 5 [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 sind gewisse Vorkenntnisse nötig, damit ein sicherer Umgang mit den semi-probabilistischen Bemessungskonzepten erfolgen kann.
Holzarten und nicht zuletzt von den getrennt durchgeführten Holzforschungen und den damit verbundenen Erfahrungen, regional in sehr unterschiedlichen Bauweisen weiterentwickelt. Durch die Europäisierung und dem damit einhergehenden Wunsch Handelshemmnisse abzubauen, wurde ab den 70er Jahren mit der Harmonisierung nationaler Regelungen begonnen [Step 1]. Mit der Normenserie [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 und [[EN 1995]]-1-2:2006 stehen dem Holzbau heute Dokumente zur Verfügung, die durch gesichertes Fachwissen eine auf europäischer Ebene einheitliche Bemessung von Holzbauten ermöglichen [Step 1]. Damit den regionalen Bedürfnissen und Anforderungen der Länder nachgekommen werden kann, erfolgte eine Erweiterung der Grundlagendokumente der Eurocodes durch nationale Anhänge. Für die Anwendung des Eurocode 5 [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 sind gewisse Vorkenntnisse nötig, damit ein sicherer Umgang mit den semi-probabilistischen Bemessungskonzepten erfolgen kann.


In Deutschland findet durch die [[DIN 1052]]:2008 dasselbe Sicherheitskonzept Anwendung, weshalb es unter anderem noch zu keiner vollständigen Umstellung auf den Eurocode 5 gekommen ist. Da mit der [[DIN 1052]]:2008 ein sehr gutes Normenwerk zur Verfügung steht, werden auch in anderen Ländern sehr häufig noch Bemessungsregeln daraus verwendet. Mit der Zeit wird es allerdings auch hierzu einer Angleichung kommen müssen.
In Deutschland findet durch die [[DIN 1052]]:2008 dasselbe Sicherheitskonzept Anwendung, weshalb es unter anderem noch zu keiner vollständigen Umstellung auf den Eurocode 5 gekommen ist. Da mit der [[DIN 1052]]:2008 ein sehr gutes Normenwerk zur Verfügung steht, werden auch in anderen Ländern sehr häufig noch Bemessungsregeln daraus verwendet. Mit der Zeit wird es allerdings auch hierzu einer Angleichung kommen müssen.


Der [[SHERPA Holzverbinder|SHERPA<sup>®</sup>-Verbinder]] mit der bauaufsichtlichen Zulassung Z-9.1-558 vom [[Deutschen Institut für Bautechnik]] (DIBt) unterliegt den Regeln der [[DIN 1052]]:2008. In den folgenden Punkten werden die Methoden der Berechnung von Holzbauwerken nach den semi-probabilistischen Sicherheitskonzeptender beiden Regelwerke [[DIN 1052]]:2008 und der [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 vorgestellt. Durch den Sitz der Vinzenz Harrer GmbH in Frohnleiten bei Graz, werden in bestimmten Punkten auch Angaben aus dem nationalen Anhang für Österreich [[ÖNORM B 1995]]-1-1:2009 gemacht. Im Anschluss daran werden die Nachweise für die Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit der [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 und der [[DIN 1052]]:2008 vorgestellt und auch miteinander verglichen.
Der [[SHERPA Holzverbinder|SHERPA<sup>®</sup>-Verbinder]] mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-9.1-558 vom [[Deutschen Institut für Bautechnik]] (DIBt) unterliegt den Regeln der [[DIN 1052]]:2008. In den folgenden Punkten werden die Methoden der Berechnung von Holzbauwerken nach den semi-probabilistischen Sicherheitskonzeptender beiden Regelwerke [[DIN 1052]]:2008 und der [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 vorgestellt. Durch den Sitz der Vinzenz Harrer GmbH in Frohnleiten bei Graz, werden in bestimmten Punkten auch Angaben aus dem nationalen Anhang für Österreich [[ÖNORM B 1995]]-1-1:2009 gemacht. Im Anschluss daran werden die Nachweise für die Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit der [[EN 1995]]-1-1:2004/A1:2008 und der [[DIN 1052]]:2008 vorgestellt und auch miteinander verglichen.


Die gezeigten Rechenmodelle beinhalten nur einen kleinen Teil der beiden genannten Regelwerke und dürfen somit keinesfalls als Ersatz der jeweils gültigen Normendokumente verstanden werden.
Die gezeigten Rechenmodelle beinhalten nur einen kleinen Teil der beiden genannten Regelwerke und dürfen somit keinesfalls als Ersatz der jeweils gültigen Normendokumente verstanden werden.
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Neben den Definitionen des Sicherheitskonzepts in
Neben den Definitionen des Sicherheitskonzepts in
* [[EN 1990]] Grundlagen der Tragwerksplanung
* [[EN 1990]] Grundlagen der Tragwerksplanung
sind für den Bereich des konstruktiven Holzbaues weiters die Normengruppe der Einwirkungen
sind für den Bereich des konstruktiven Holzbaues die Normengruppe der Einwirkungen
* [[EN 1991]] Einwirkungen auf Tragwerke
* [[EN 1991]] Einwirkungen auf Tragwerke
sowie die Bemessungs- und Konstruktionsnormengruppen
sowie die Bemessungs- und Konstruktionsnormengruppen
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Neben den angeführten „Grundlagendokumenten“ besteht für die jeweiligen nationalen Normeninstitute noch die Möglichkeit der Herausgabe von sog. „nationalen Anhängen“, in denen nationale Festlegungen, Erläuterungen und Ergänzungen zu den Grundlagendokumenten definiert werden können. All diese Dokumente (ÖNORM EN 199x und ÖNORM B 199x) sind als geschlossene Einheit anzuwenden, und das Vermischen mit anderen Normenserien (ÖNORM B 4xxx, ÖNORM ENV 199x) ist nichtzulässig.
Neben den angeführten „Grundlagendokumenten“ besteht für die jeweiligen nationalen Normeninstitute noch die Möglichkeit der Herausgabe von sog. „Nationalen Anhängen“, in denen nationale Festlegungen, Erläuterungen und Ergänzungen zu den Grundlagendokumenten definiert werden können.  
 
All diese Dokumente (ÖNORM EN 199x und ÖNORM B 199x) sind als geschlossene Einheit anzuwenden, und das Vermischen mit anderen Normenserien (ÖNORM B 4xxx, ÖNORM ENV 199x) ist nicht zulässig.


===Grundsätzliches zur Bemessung nach Grenzzuständen===
===Grundsätzliches zur Bemessung nach Grenzzuständen===
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====Grenzzustände der Tragfähigkeit (engl.: Ultimate Limit State (ULS))====
====Grenzzustände der Tragfähigkeit (engl.: Ultimate Limit State (ULS))====
Grenzzustände der Tragfähigkeit sind Zustände, bei deren Überschreitung es zu einem Einsturz des Tragwerks oder anderen Formen des Versagens (plastische Deformationen) kommen kann. <br />
[22]
Grenzzustände der Tragfähigkeit sind Zustände, bei deren Überschreitung es zu einem Einsturz des Tragwerks oder anderen Formen des Versagens kommen kann. <br />
Kennzeichen der Grenzzustände der Tragfähigkeit sind:
Kennzeichen der Grenzzustände der Tragfähigkeit sind:
* Gleichgewichtsverlust des gesamten Tragwerkes oder einzelner Tragwerksteile (Montagezustände berücksichtigen)
* Gleichgewichtsverlust des gesamten Tragwerkes oder einzelner Tragwerksteile (Montagezustände berücksichtigen)
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====Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit (engl.: Serviceability Limit State (SLS))====
====Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit (engl.: Serviceability Limit State (SLS))====
[22]
Die Verformungen bzw. Durchbiegungen eines Tragwerkes infolge von Beanspruchungen sollen in definierten Grenzen gehalten werden, um mögliche Schäden (wie z. B. Rissbildungen) an Bauteilen, wie Decken, Fußboden, Trennwänden, Installationen, etc. zu vermeiden. Auch gilt es, die Anforderungen hinsichtlich der Benutzbarkeit (Durchbiegungen, Schwingungen) und des Erscheinungsbildes bzw. des Wohlbefindens der Nutzer zu erfüllen.
Die Verformungen bzw. Durchbiegungen eines Tragwerkes infolge von Beanspruchungen sollen in definierten Grenzen gehalten werden, um mögliche Schäden (wie z. B. Rissbildungen) an Bauteilen, wie Decken, Fußboden, Trennwänden, Installationen, etc. zu vermeiden. Auch gilt es, die Anforderungen hinsichtlich der Benutzbarkeit (Durchbiegungen, Schwingungen) und des Erscheinungsbildes bzw. des Wohlbefindens der Nutzer zu erfüllen.


====Nachweise durch die Methode der Teilsicherheitsbeiwerte====
====Nachweise durch die Methode der Teilsicherheitsbeiwerte====
Das in den Eurocodes und der [[DIN 1052]]:2008 verankerte Sicherheitskonzept beruht - im Gegensatz zum deterministischen Sicherheitskonzept mit einem globalen Sicherheitsbeiwert („Verfahren mit zulässigen Spannungen“) - auf der Nachweisführung mit sogenannten Teilsicherheitsbeiwerten.<br />
Das in den Eurocodes und der [[DIN 1052]]:2008 verankerte Sicherheitskonzept beruht - im Gegensatz zum deterministischen Sicherheitskonzept mit einem globalen Sicherheitsbeiwert („Verfahren mit zulässigen Spannungen“ [23]) - auf der Nachweisführung mit sogenannten Teilsicherheitsbeiwerten. Diese Sicherheitsfaktoren werden verwendet, um das Versagensrisiko einer Tragstruktur, mit den für die Berechnung verbundenen Modellannahmen, so niedrig wie möglich zu halten. Dabei ist zu zeigen, dass in allen maßgebenden Bemessungssituationen beim Ansatz der Bemessungswerte für Einwirkungen oder deren Auswirkungen, für die Tragwiderstände keiner der maßgebenden Grenzzustände überschritten wird. Ein Vorteil dieser Methode ist die eindeutige Trennung der wichtigsten Einflussfaktoren für die Bemessung von Tragwerken.
Diese Sicherheitsfaktoren werden verwendet, um das Versagensrisiko einer Tragstruktur, mit den für die Berechnung verbundenen Modellannahmen, so niedrig wie möglich zu halten. Dabei ist zu zeigen, dass in allen maßgebenden Bemessungssituationen beim Ansatz der Bemessungswerte für Einwirkungen oder deren Auswirkungen, für die Tragwiderstände keiner der maßgebenden Grenzzustände überschritten wird. Ein Vorteil dieser Methode ist die eindeutige Trennung der wichtigsten Einflussfaktoren für die Bemessung von Tragwerken.


Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:
Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:
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In Abb. 1.2 ist dieser Zusammenhang an Hand typischer Verteilungsfunktionen für die Einwirkung E und die Tragfähigkeit R eines Bauteils grafisch dargestellt. Beide Zufallskenngrößen weisen dabei streuenden Charakter auf. Ein Versagen lässt sich in dieser Darstellung durch den Zusammenhang R − E < 0 definieren. Für den Fall R − E = 0 wird dementsprechend gerade der Grenzzustanderreicht. Auf Grund der Tatsache, dass für die beiden Verteilungsfunktionen - insbesondere an den Verteilungsenden - im Allgemeinen unzureichende empirische Kenntnisse vorliegen, begnügt man sich im Rahmen des semi-probabilistischen Sicherheitskonzeptes damit dafür Sorge zu tragen, dass zwischen definierten Werten (charakteristischen Werten bzw. Bemessungswerten) der Verteilungsfunktionenein ausreichender Sicherheitsabstand gewährleistet bleibt.
In Abb. 1.2 ist dieser Zusammenhang an Hand typischer Verteilungsfunktionen für die Einwirkung E und die Tragfähigkeit R eines Bauteils grafisch dargestellt. Beide Zufallskenngrößen weisen dabei streuenden Charakter auf. Ein Versagen lässt sich in dieser Darstellung durch den Zusammenhang R − E < 0 definieren. Für den Fall R − E = 0 wird dementsprechend gerade der Grenzzustand erreicht. Auf Grund der Tatsache, dass für die beiden Verteilungsfunktionen - insbesondere an den Verteilungsenden - im Allgemeinen unzureichende empirische Kenntnisse vorliegen, begnügt man sich im Rahmen des semi-probabilistischen Sicherheitskonzeptes damit, dafür Sorge zu tragen, dass zwischen definierten Werten (charakteristischen Werten bzw. Bemessungswerten) der Verteilungsfunktionen ein ausreichender Sicherheitsabstand gewährleistet bleibt.


Durch das einheitliche Konzept der Eurocodes mit den Teilsicherheitsbeiwerten kann die Bemessung von Tragwerken baustoffunabhängig erfolgen und die Berechnungen für alle Baustoffe auf denselben Konzepten basieren.
Durch das einheitliche Konzept der Eurocodes mit den Teilsicherheitsbeiwerten kann die Bemessung von Tragwerken baustoffunabhängig erfolgen und die Berechnungen für alle Baustoffe können auf denselben Konzepten basieren.




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|colspan="3" | Es bedeuten:
|colspan="3" | Es bedeuten:
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|E || ||'''Beanspruchung'''
|E || ||'''Einwirkung'''
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|E<sub>mean</sub> || ||Mittelwert der Beanspruchung
|E<sub>mean</sub> || ||Mittelwert der Einwirkung
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|E<sub>k</sub> || ||charakteristischer Wert der Beanspruchung
|E<sub>k</sub> || ||charakteristischer Wert der Einwirkung
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|E<sub>d</sub> || ||Bemessungswert der Beanspruchung
|E<sub>d</sub> || ||Bemessungswert der Einwirkung
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|R || ||'''Widerstand'''
|R || ||'''Widerstand'''
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Auf Grund der zum Teil stark streuenden Eigenschaften des Roh- und Werkstoffes Holz hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, des orthotropen (unterschiedliche Eigenschaften in Richtung der Längs-, Radial- und Tangentialachse) Material- und Feuchteverhaltens (Schwinden und Quellen in den genannten Richtungen) sowie Inhomogenitäten in der Baustoffstruktur, werden in Ergänzung zum semi-probabilistischem Sicherheitskonzept für die Bemessung und Konstruktion von Holztragwerken eine Reihe weiterer Faktoren verwendet.
Auf Grund der zum Teil stark streuenden Eigenschaften des Roh- und Werkstoffes Holz hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, des orthotropen (unterschiedliche Eigenschaften in Richtung der Längs-, Radial- und Tangentialachse) Material- und Feuchteverhaltens (Schwinden und Quellen in
den genannten Richtungen) sowie der Inhomogenitäten in der Baustoffstruktur werden in Ergänzung zum semi-probabilistischen Sicherheitskonzept für die Bemessung und Konstruktion von Holztragwerken weitere Faktoren verwendet.


Diese ermöglichen zum Beispiel die Berücksichtigung unterschiedlicher [[Materialfeuchte|Feuchtegehalte]] und der Dauer der Lasteinwirkung auf das Tragverhalten, der Berücksichtigung einer verminderten Querschnittsfläche infolge von Rissen oder auch das zeitabhängige Verformungsverhalten zur Berücksichtigung des Kriechverhaltens von Holzkonstruktionen.
Diese ermöglichen unter anderem die Berücksichtigung unterschiedlicher [[Materialfeuchte|Feuchtegehalte]], der Dauer der Lasteinwirkung, die Verminderung der Querschnittsfläche infolge von Rissen oder auch des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Holzkonstruktionen.


===Einwirkungen und Einwirkungskombinationen===
===Einwirkungen und Einwirkungskombinationen===
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* „eine Gruppe von Kräften (Lasten), die auf ein Tragwerk wirken (direkte Einwirkungen)“,
* „eine Gruppe von Kräften (Lasten), die auf ein Tragwerk wirken (direkte Einwirkungen)“,
sowie
sowie
* „eine Gruppe von aufgezwungenen Verformungen oder einer Beschleunigung, die z. B. durch Temperaturänderungen, Feuchtigkeitsänderung, ungleiche Setzung oder Erdbebenhervorgerufen werden (indirekte Einwirkungen).
* „eine Gruppe von aufgezwungenen Verformungen oder einer Beschleunigung, die z. B. durch Temperaturänderungen, Feuchtigkeitsänderung, ungleiche Setzung oder Erdbeben hervorgerufen werden (indirekte Einwirkungen) (1.5.3.1 b) [N1]).


“Die nachfolgende Abbildung enthält einen Überblick über die gegebenenfalls zu berücksichtigenden „Einwirkungs-Normen“ nach [[EN 1991]].
Die nachfolgende Abbildung enthält einen Überblick über die gegebenenfalls zu berücksichtigenden „Einwirkungsnormen“ nach [[EN 1991]].


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<br clear="all" />
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'''Abb. 1.3:''' EN-Normen zur Berücksichtigung der Einwirkungen
'''Abb. 1.3:''' EN-Normen zur Berücksichtigung der Einwirkungen [24]


=====Auswirkungen von Einwirkungen auf ein Tragwerk=====
=====Auswirkungen von Einwirkungen auf ein Tragwerk=====
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=====Einteilung der Einwirkungen=====
=====Einteilung der Einwirkungen=====
;ständige Einwirkungen
;Ständige Einwirkungen (G)
Einwirkungen (direkte Einwirkungen wie z. B. das Eigengewicht von Konstruktionen, Gebäudeausrüstungen,... . Indirekte Auswirkungen wie Schwinden, ungleichmäßige Setzungen, ...) von denen vorausgesetzt wird, dass sie während der gesamten Nutzungsdauer in die gleiche Richtung wirken und deren zeitliche Größenänderungen vernachlässigt werden können.
Einwirkungen (direkte Einwirkungen wie z. B. das Eigengewicht von Konstruktionen, Gebäudeausrüstungen,... . Indirekte Auswirkungen wie Schwinden, ungleichmäßige Setzungen, ...) von denen vorausgesetzt wird, dass sie während der gesamten Nutzungsdauer in die gleiche Richtung wirken und deren zeitliche Größenänderungen vernachlässigt werden können.
;veränderliche Einwirkungen
;veränderliche Einwirkungen (Q)
Einwirkungen (z. B. Nutzlasten auf Decken, Schneelasten, Windlasten) die nicht immer in die gleiche Richtung wirken und deren zeitliche Größenänderungen nicht vernachlässigbar sind.
Einwirkungen (z. B. Nutzlasten auf Decken, Schneelasten, Windlasten) die nicht immer in die gleiche Richtung wirken und deren zeitliche Größenänderungen nicht vernachlässigbar sind.
;außergewöhnliche Einwirkungen
;außergewöhnliche Einwirkungen (A)
Einwirkungen (z. B. Brand, Explosionen, Erdbeben, Fahrzeuganprall, ... ) die in der Regel von kurzer Dauer, aber von bedeutender Größenordnung sind und die während der geplanten Nutzungsdauer mit keiner nennenswerten Wahrscheinlichkeit auftreten können.
Einwirkungen (z. B. Brand, Explosionen, Erdbeben, Fahrzeuganprall, ... ) die in der Regel von kurzer Dauer, aber von bedeutender Größenordnung sind und die während der geplanten Nutzungsdauer mit keiner nennenswerten Wahrscheinlichkeit auftreten können.
;Bemessungswert einer Einwirkung
;Bemessungswert einer Einwirkung (G<sub>d</sub> oder Q<sub>d</sub>)
Wert einer Einwirkung, der durch Multiplikation des repräsentativen Wertes mit dem Teilsicherheitsbeiwert ermittelt wird.
Wert einer Einwirkung, der durch Multiplikation des repräsentativen Wertes mit dem Teilsicherheitsbeiwert ermittelt wird.
;charakteristischer Wert einer Einwirkung
;charakteristischer Wert einer Einwirkung (G<sub>k</sub> oder Q<sub>k</sub>)
wichtigster repräsentativer Wert einer Einwirkung.
wichtigster repräsentativer Wert einer Einwirkung.


Abgerufen von „https://wissenwiki.de/Spezial:Mobiler_Unterschied/26471“

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