Festigkeitsanalyse eines Stapelparkers zur Optimierung

Festigkeitsanalyse eines Stapelparkers unter Einfluss verschiedener Lastannahmen

Erstellt von Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle

08.04.2020

Aufgabenstellung / Berechnung

Wird der Platz knapp, sind Stapelparker eine gute Option, um auf engem Raum mehrere Autos zu parken. Gleichzeitig spielen die Kosten solcher Anlagen eine große Rolle. Jedes Kilo Stahl, das sich einsparen lässt, ergibt einen Vorteil in einem hart umkämpften Markt. Die Belastungen des Parkers sind zum einen die Auffahrt der Fahrzeuge, bei denen insbesondere auch ein Stabilitätsnachweis zu führen ist, aber auch bei der Bewegung des Liftes treten Beschleunigungslasten auf, zumal die Fahrzeuge nur im Idealfall genau mittig stehen. Eine der zu berücksichtigenden Hauptbelastungen bei der Auslegung sind aber mögliche Erdbebenlasten. Im Falle eines Erdbebens muss zumindest nachgewiesen werden, dass die Anlage stehen bleibt.

Eines unserer ersten Projekte in den 2000er Jahren war der Nachweis von Anlagen für San Francisco, berühmt und berüchtigt für heftige Erdstöße. Da die Erdbebennachweise bis dahin über quasi-statische Beschleunigungslasten erfolgten, welche den Einfluss von Eigenfrequenzen vernachlässigen, mussten wir Verfahren entwickeln, welche diese Effekte mit berücksichtigen können. Hier stellte sich heraus, dass die für Gebäude gültigen Annahmen hier schlichtweg zu falschen Ergebnissen führen. Man kann sich dies leicht verdeutlichen: Ein Stapelparker ist ein vergleichsweise weiches System, welches mehrere Eigenfrequenzen im Erregerspektrum eines Erdbebens besitzt. Eine weitere Herausforderung war, dass mehrere Parker nebeneinander mit verschiedenen Etagenzahlen verbaut wurden, für die sich die Situation jedesmal anders darstellte. Hier zeigten Untersuchungen von unterschiedlichsten Konstellationen mehrerer Parker, was die kritischen Aufstellungen waren, für die dann der Nachweis als Typenstatik geführt wurde.

Aber auch die Verwendung offener Profile ist rechnerisch nicht trivial. Eine Vernachlässigung der geometrisch nichtlinearen Effekte führt auch hier zu falschen Ergebnissen, wie entsprechende Vergleichsrechnungen zeigten. Durch die Berechnung mehrerer Anlagen und Anlagentypen eigneten wir uns hier ein Know-How an, welches wir später für Erdbebennachweise der unterschiedlichsten Anlagen erfolgreich anwenden konnten.

Bild zu Merkle & Partner Beispiel Berechnung Stapelparker

Ergebnisse

Im Rahmen der Untersuchungen wurden mehrere Schwachstellen bei unterschiedlichen Anlagen von Stapelparkern aufgezeigt und Stück für Stück optimiert. Insbesondere die Schweißverbindungen mussten optimiert werden, da für die Spannungen in Schweißnähten nach den gängigen Normen nur sehr niedrige Werte angesetzt werden konnten.

Als Grundlage für die Bewertung der Festigkeiten des Grundmaterials, aber auch der Schweißnähte, wurde die FKM-Richtlinie herangezogen. Im Bereich der Auffahrschwellen wurden die Profile optimiert, um Material und Gewicht einzusparen, gleichzeitig stiegen die Fahrzeuggewichte durch die damals immer mehr aufkommenden SUVs. Oft waren auch die Anbindung der krafttragenden Elemente an die Seitenbleche durch die Steifigkeitssprünge hohen Spannungen ausgesetzt.

Für mehrere Typen konnten hier nach entsprechenden Konstruktionsoptimierungen die Festigkeitsnachweise für die statischen Lasten aber auch die Erdbebenlasten bei den unterschiedlichsten Erdbebencodes geführt werden.