BIM-Kompetenz: Der Einsatz parametrischer Technik bei Verbunddecken im Fertigteilbau

WeChat-Sync · Xiaowei · 2023-09-13

Der folgende Artikel stammt aus: Engineering BIM Learning

Zusammenfassung:

Nach Abschluss der statischen Berechnung und Analyse erfolgen das Anfertigen der Ausführungs- und Fertigungszeichnungen sowie das Aufteilen und Nummerieren der Verbunddecken derzeit noch überwiegend von Hand. Beim Aufteilen können dabei Probleme auftreten, etwa stark springende Nummernfolgen oder ungleichmäßige Plattenelemente nach der Aufteilung; zugleich binden diese mühsamen Arbeiten einen großen Teil der Zeit der Planer, sodass ihnen keine Zeit für wichtigere Planungsaufgaben bleibt. Um die Effizienz und Genauigkeit des Aufteilens zu erhöhen, wurde die Parametrisierungstechnik für Teilbereiche der Forschung und Anwendung herangezogen.

Stichwörter:Fertigteilbauweise, Verbunddecke, Parametrisierung

0 Einleitung

Die Parametrisierungstechnik wird immer breiter angewendet, doch viele glauben fälschlich, Parametrisierung diene nur dazu, Sonderformen, kuriose Gebilde, Vorhangfassaden oder Architekturkonzepte zu erzeugen. In Wahrheit ist das nur ein Teil ihres Anwendungsspektrums – weder das Ganze noch ihrem Grundgedanken entsprechend. Um ihre Wirkung besser mit der Fertigteilbauweise zu verbinden, wird hier die Parametrisierung vollständig für das Aufteilen, Nummerieren und statistische Erfassen von Verbunddecken eingesetzt; im Vergleich zur herkömmlichen Methode soll damit ihr Anwendungswert bei Fertigteilgebäuden aufgezeigt werden. Die in diesem Einsatz parametrisch umgesetzten Teile umfassen:

① Unterscheidung von einachsig und zweiachsig gespannten Platten

② Gleichmäßige Aufteilung der Plattenelemente

③ Bemaßung der Aufteilungskanten

④ Nummerierung der Plattenelemente nach Bereichen

⑤ Beschriftung von Fläche und Gewicht der aufgeteilten Plattenelemente

⑥ Statistische Erfassung der Auflasten der Gebäudewände auf den aufgeteilten Plattenelementen

Davon gehören ①②③ zur Aufteilung der Plattenelemente, ③ zur Nummerierung der Plattenelemente und ⑤⑥ zur statistischen Erfassung.

2 Projektübersicht

Das Projekt „Erster Bauabschnitt auf dem dritten Grundstück an der südlichen Industrieallee im Bezirk Huadu“ liegt nördlich der Kaiyuan-Allee und westlich der Yuyan-Straße im Bezirk Huangpu der Stadt Guangzhou. Es ist ein begleitendes Bauvorhaben für Wohngebäude mit einer Gesamtgrundstücksfläche von 25204 m² und einer Gesamtgeschossfläche von 84738.6500m², davon 61041.82m² oberirdisch und 23696.83 m² unterirdisch; das Gebäude hat 33 oberirdische und 2 unterirdische Geschosse.

3 Parametrisierungstechnik für das Aufteilen und Nummerieren von Verbunddecken

3.1 Bestimmung von einachsig und zweiachsig gespannten Platten

Bei Fertigteilgebäuden ist die Bestimmung, ob eine Platte ein- oder zweiachsig gespannt ist, von großer Bedeutung^[1], da sie sich auf die spätere Ausbildung der Plattenfugen, die Bewehrung, die Montage usw. auswirkt. Eine genaue Bestimmung ist daher sehr wichtig. Sie erfolgt gemäß Abschnitt 9.1.1 der „Norm für die Bemessung von Betonkonstruktionen“: Bei einer normalen viereckigen Platte genügen die beiden Abmessungen in den zwei Richtungen für eine einfache Bestimmung; ist die Platte in den einzelnen Richtungen unterschiedlich ausgebildet, berechnet das Programm ein umhüllendes Rechteck und beurteilt die Platte anhand dessen. Wie in der Abbildung unten zu sehen ist, stellt der grüne Bereich die Platte dar und der blaue Bereich das umhüllende Rechteck; die Beurteilung erfolgt anhand der Maße des umhüllenden Rechtecks. Bei dieser Anwendung traten bei der Bestimmung keine Fehler auf.

Richtungsbestimmung der Platte

3.2 Gleichmäßige Aufteilung der Plattenelemente

Nach Fertigstellung der Aufteilungslogik und der Extraktion der Plattenkonturlinien wurden die insgesamt 36 Verbunddecken im Erdgeschoss der Gebäude C1C2 aufgeteilt – die Aufteilung war innerhalb einer Minute abgeschlossen. Das Programm zeigt alle gleichmäßigen Aufteilungsvarianten für jedes Plattenelement innerhalb der festgelegten Toleranz, zeichnet die Konturlinien der aufgeteilten Plattenelemente und legt zugleich eine neue Ebene für den Text des Aufteilungsschemas an. Nach Auswahl der gewünschten Aufteilungsmethode kann diese Ebene gelöscht oder als nicht druckende Ebene eingestellt werden, sodass sie in der endgültigen Fertigungszeichnung nicht mehr erscheint. Das Ergebnis sieht wie folgt aus:

Ergebnis der Aufteilung

3.3 Bemaßung der Aufteilungskanten

Diese Arbeiten werden gleichzeitig mit der Bestimmung der ein- und zweiachsig gespannten Platten ausgeführt; ihr Hauptzweck besteht darin, einen Teil der Bemaßung zu erzeugen und zugleich die aufgeteilten Plattenelemente zu prüfen. Auch diese Bemaßung wird über eine neu angelegte Ebene verwaltet, was Massenbearbeitungen erleichtert.

Bemaßung der Aufteilungskanten

3.4 Nummerierung der aufgeteilten Plattenelemente nach Bereichen

Die Einteilung in Bereiche folgt im Wesentlichen der üblichen Lesereihenfolge des Menschen, sodass die Nummerierung innerhalb jedes Bereichs fortlaufend ist und keine Sprünge auftreten. Man braucht nur jeden Bereich per Rahmenauswahl oder Punktauswahl anzuwählen, um die Nummerierung dieses Bereichs abzuschließen. Bei der Auswahl des nächsten Bereichs wird auf der letzten Nummer des vorherigen Bereichs aufgesetzt: Hat beispielsweise Bereich 1 nach der Aufteilung 7 Plattenelemente und ist bis C1C2-PCB-7 nummeriert, so beginnt der ausgewählte Bereich 2 automatisch bei C1C2-PCB-8, und so weiter.

Bemaßung der Aufteilungskanten

3.5 Beschriftung von Fläche und Gewicht der aufgeteilten Plattenelemente

Gemäß Anhang A der „Norm für Lasten von Baukonstruktionen“ wird die Wichte von Beton mit 25KN/m³ angesetzt und daraus das Gewicht ermittelt. Zugleich werden die Flächen der Plattenelemente erfasst, um später unter anderem die Berechnung der Fertigteilquote zu ermöglichen. Mit Plattenkonturlinie und Plattendicke lassen sich die Beschriftungen schnell erzeugen; auch diese Flächen- und Gewichtsbeschriftungen werden über eine neue Ebene verwaltet^[2]。

Beschriftung von Fläche und Gewicht der Plattenelemente

3.6 Ermittlung der Auflasten der Gebäudewände auf den aufgeteilten Plattenelementen

Mithilfe der Plattenkonturlinien und der dreidimensionalen Gebäudewände lassen sich die Volumen der Gebäudewände auf den Plattenelementen rasch extrahieren; mit der gemäß Anhang A der „Norm für Lasten von Baukonstruktionen“ oder den einheitlichen technischen Maßgaben des Planungsinstituts bestimmten Wichte lassen sich die Flächenlasten der Wände auf den Plattenelementen schnell umrechnen, wie folgt:

Schnittmenge des aus der Plattenkontur extrudierten Körpers mit den dreidimensionalen Gebäudewänden

Durch Schleifenberechnung der Schnittmengen ermittelte Flächenlast der Wände auf der Platte

4 Zusammenfassung der Anwendung

4.1 Vorteile der Anwendung

Das parametrische Aufteilen erhöht die Arbeitseffizienz erheblich und sorgt zugleich für sehr gleichmäßige Plattenelemente; es zeigt alle Aufteilungsvarianten innerhalb eines bestimmten Größenbereichs und einer bestimmten Toleranz, von denen manche mit bloßem Nachdenken nicht so leicht zu finden wären. Aufteilen, Nummerieren und statistisches Erfassen sind recht mühsame Arbeiten; überall dort, wo sie parametrisch umgesetzt werden können, lässt sich die Effizienz deutlich steigern. Im Folgenden sind zwei Vergleichskurven dargestellt: Die Kurve steht für die parametrische Methode, die Gerade für die herkömmliche Methode. Bei der ersten parametrischen Aufteilung ist die Phase oa im Diagramm die Phase der Beobachtung von Regelmäßigkeiten, der Logikbildung und des Debuggings; in dieser Phase ist der Output null. Ist die Logik erst gebildet, übernimmt der Computer die Arbeit und liefert schnelle Ergebnisse. Nach Abschluss des Tests entfällt bei einem zweiten, anderen Projekt die oa-Phase; die Kurve lässt sich direkt an den Nullpunkt verschieben und sofort nutzen – die Effizienz ist sehr hoch.

Effizienzvergleich vor der Logikbildung

Effizienzvergleich nach der Logikbildung

4.2 Nachteile der Anwendung

Da in den meisten praktischen Fällen die Plattenränder aufgelagert sind, wurden nur die Konturlinien der Platten extrahiert, ohne die Auflagerbedingungen der Platten zu verknüpfen; bei der Aufteilung wird standardmäßig angenommen, dass alle Platten an vier Seiten aufgelagert sind. Für Platten, die eindeutig zu den einachsig gespannten gehören, etwa beidseitig aufgelagerte oder auskragende Platten, kann die Bestimmung dadurch fehlerhaft ausfallen. Sollte künftig tatsächlich eine solche Unterscheidung benötigt werden, können die Auflagerelemente wie Balken geladen und die einzelnen Plattenkanten gegen die umliegenden Auflagerelemente auf Kollision geprüft werden, um die Bestimmung zu ermöglichen.

4.3 Überlegungen zur Anwendung

In dieser Anwendung wurden die Aufgaben in die drei Blöcke Aufteilen, Nummerieren und statistisches Erfassen getrennt und nicht zu einer einmaligen Gesamterzeugung zusammengefasst. Der Grund: Die Tragwerksplanung ist eine äußerst gewissenhafte Arbeit; ich möchte, dass jede vom Programm erzeugte Ausgabe von einem Menschen überprüft wird und erst dann der nächste Schritt erfolgt, wenn keine Probleme festgestellt wurden. Im Vergleich zur herkömmlichen Methode, bei der der Mensch sowohl zeichnen als auch prüfen muss, hat der Mensch bei der parametrischen Methode nur noch einzelne Bedien- und Prüfschritte auszuführen; die eingesparte Zeit kann für wichtigere Planungsaufgaben genutzt werden. Da die Ingenieursoftware heute immer ausgereifter ist, sollte man sie stärker mit Planung oder Bauausführung verzahnen und die Teilaufgaben auswählen, bei denen BIM oder Parametrisierung klare Vorteile bieten, um Genauigkeit und Effizienz zu erhöhen und so mehr Zeit für die Verbesserung der Planungsqualität zu gewinnen.

Literaturverzeichnis: [1] XIE Zhongliang, XU Yi, ZHANG Qunli, FANG Bo, GONG Cong. Anwendung der BIM-Parametrisierungstechnologie bei der Bemessung des Dachtragwerks des Hockeystadions der Asienspiele in Hangzhou [J/OL]. Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture

[2]ZHANG Jilei, QI Henghao. Anwendung der BIM-Parametrisierungstechnologie bei Gebäuden mit Sonderformen [J]. Jiangsu Building Materials, 2019(S1): 52-54.

END

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