Fachwerk-Rechner (Knotenpunktverfahren)

Gib deine Werte ein. Ergebnis und vollständiger Lösungsweg aktualisieren sich während der Eingabe.

Ergebnis

Ax0 kN
Ay20 kN
Cy20 kN
Größte Zugkraft13,33 kN
Größte Druckkraft24,04 kN
StabLänge (m)Kraft (kN)Art
AB413,33Zug
BC413,33Zug
CD3,60624,04Druck
DE420Druck
EA3,60624,04Druck
BE3,60612,02Zug
BD3,60612,02Zug

Positive Stabkräfte sind Zug, negative Druck. Es wird angenommen, dass die Stäbe gelenkig verbunden und nur an den Knoten belastet sind.

Löse ein statisch bestimmtes ebenes Fachwerk. Gib die Knoten mit ihren Koordinaten, die Stäbe, die Auflager (feste und lose Lager) und die Lasten ein. Der Rechner prüft die Bestimmtheit mit m + r = 2j, bestimmt die Auflagerreaktionen, löst jede Stabkraft und zeigt die Knotengleichungen des Knotenpunktverfahrens in der Reihenfolge, in der du sie von Hand lösen würdest. Das Diagramm markiert Zug- und Druckstäbe und die Kraft in jedem.

Fachwerk und Stabkräfte

Ay​ = 20Cy​ = 2020 kN10 kN10 kNABCDE13,33 T13,33 T24,04 C20 C24,04 C12,02 T12,02 TT = Zug (tension), C = Druck (compression) (gestrichelte Linie)

Schritt-für-Schritt-Lösung

Bestimmtheit

m + r = 7 + 3 = 10, 2j = 2·5 = 10
m + r = 2j: Das Fachwerk ist statisch bestimmt (wenn es auch stabil ist).

Auflagerreaktionen aus dem Gleichgewicht des gesamten Fachwerks

ΣFx = 0: Ax = 0
ΣFy = 0: Ay + Cy + (−20) + (−10) + (−10) = 0
ΣMA = 0 (Gegen den Uhrzeigersinn positiv): Cy·8 + (−80) + (−60) + (−20) = 0
Ax = 0 kN, Ay = 20 kN, Cy = 20 kN

Knotenpunktverfahren (Zug positiv)

An jedem Knoten müssen sich die Kräfte der Stäbe (als Zug angenommen, vom Knoten weg ziehend), die Auflagerreaktionen und die Lasten im Gleichgewicht befinden. Beginne an einem Knoten mit höchstens zwei unbekannten Kräften.
Knoten A: ΣFx = 0: FAB·1 + FEA·0,5547 = 0; ΣFy = 0: FEA·0,8321 + 20 = 0 → FAB = 13,33 kN, FEA = −24,04 kN
Knoten C: ΣFx = 0: FBC·(−1) + FCD·(−0,5547) = 0; ΣFy = 0: FCD·0,8321 + 20 = 0 → FBC = 13,33 kN, FCD = −24,04 kN
Knoten B: ΣFx = 0: FBE·(−0,5547) + FBD·0,5547 = 0; ΣFy = 0: FBE·0,8321 + FBD·0,8321 + (−20) = 0 → FBE = 12,02 kN, FBD = 12,02 kN
Knoten E: ΣFx = 0: FDE·1 + 20 = 0; ΣFy = 0: 0 = 0 → FDE = −20 kN

Wichtige Formeln

Knotenpunktverfahren
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Schnittverfahren
ΣM = 0 about a cut point
Stabkraft
positiv = Zug, negativ = Druck

So analysierst du ein Fachwerk mit dem Knotenpunktverfahren

  1. Prüfe die Bestimmtheit: Bei m Stäben, r Reaktionskomponenten und j Knoten braucht ein lösbares Fachwerk m + r = 2j und eine stabile Geometrie.
  2. Bestimme die Auflagerreaktionen aus dem Gleichgewicht des gesamten Fachwerks: ΣFx = 0, ΣFy = 0 und ΣM = 0 um ein Auflager.
  3. Beginne an einem Knoten mit höchstens zwei unbekannten Stabkräften. Nimm an, dass jeder Stab auf Zug beansprucht ist und vom Knoten weg zieht.
  4. Schreibe ΣFx = 0 und ΣFy = 0 für diesen Knoten mit den Richtungskosinus der Stäbe an und löse nach den beiden Unbekannten.
  5. Gehe zum nächsten Knoten mit höchstens zwei Unbekannten über. Ein negatives Ergebnis bedeutet, dass der Stab auf Druck beansprucht ist.

Fragen und Antworten

Wie gebe ich das Fachwerk ein?

Knoten als Name x y, durch Semikolons getrennt, zum Beispiel A 0 0; B 4 0; C 2 3. Stäbe als Paare von Knotennamen, AB oder A-B, durch Kommas getrennt. Auflager als A pin, B roller (vertikale Reaktion) oder B xroller (horizontale Reaktion). Lasten als Knoten Fx Fy, wobei nach unten gerichtete Lasten negativ sind.

Was sind Nullstäbe?

Stäbe, die unter den gegebenen Lasten keine Kraft aufnehmen. An einem unbelasteten Knoten mit zwei Stäben, die nicht in einer Linie liegen, sind beide Nullstäbe; an einem unbelasteten Knoten mit drei Stäben, von denen zwei in einer Linie liegen, ist es der dritte.

Was bedeutet „statisch unbestimmt“?

Es gibt mehr unbekannte Kräfte als Gleichgewichtsbedingungen (m + r > 2j), sodass die Kräfte auch von der Steifigkeit der Stäbe abhängen. Solche Fachwerke erfordern Verfahren wie das Kraftgrößenverfahren oder eine Steifigkeitsanalyse.

Warum kann ein Fachwerk mit m + r = 2j trotzdem instabil sein?

Das Abzählen ist notwendig, aber nicht hinreichend. Sind die Stäbe oder die Reaktionen ungünstig angeordnet, zum Beispiel alle Reaktionen parallel oder ein Feld ohne Diagonale, kann sich das Fachwerk bewegen, und die Gleichungen haben keine eindeutige Lösung. Der Rechner meldet dies.

Wann sollte ich stattdessen das Schnittverfahren verwenden?

Wenn du nur die Kräfte in einigen Stäben in der Mitte eines großen Fachwerks brauchst. Schneide durch höchstens drei Stäbe mit unbekannten Kräften und bilde Momente um den Punkt, in dem sich zwei von ihnen treffen.

Übe es selbst

Fachwerk: Knotenpunktverfahren üben

Ein Rechner liefert das Ergebnis. In der Prüfung brauchst du die Methode: Übe sie mit neuen Aufgaben, Tipps und Musterlösungen.

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