IV-1: Zusammenführung dimensionsreduzierter und volumenorientierter Berechnungsmodelle in ein Gesamtmodell für die Tragwerksberechnung.

Die Berechnung komplexer Tragwerksstrukturen erfolgt traditionell über eine ingenieurgerechte Abstraktion der Gesamtstruktur in eine Menge unabhängiger Teilmodelle. Diese sind vereinfacht über Ein- und Ausgabedaten verknüpft. Dies bedeutet eine schwache Kopplung der Teilmodelle. Die Teilmodelle bestehen in der Regel aus dimensionsreduzierten Abstraktionen des Tragverhaltens des Gesamtmodells in z.B. Balken, Platte, Scheibe, Schale. Die Begründung für dieses Vorgehen liegt einerseits in den ursprünglich stark begrenzten Rechen- und Speichermöglichkeiten im Zusammenhang mit den gängigen Lösungsverfahren und andererseits in ingenieurgerechten Interpretationsmöglichkeiten der Ergebnisse.

Mit diesem Vorgehen sind einige gravierende Einschränkungen verbunden, welche die konsistente Einbindung der Berechnungsverfahren in moderne Technologien für Bauwerks-Informations-Modelle (BIM-Technologien) stark erschweren oder gar unmöglich machen. Nach dem gängigen Vorgehen trifft der Ingenieur bei der Definition der entsprechenden Teilmodelle Entscheidungen über das Tragverhalten der Struktur, die das Tragverhalten quasi a-priori festlegen, als Eingangsgrößen in der Berechnung behandelt werden und die in einer anschließenden konstruktiven Ausbildung der Tragstrukturen berücksichtigt werden müssen. Fernerhin liegt es in der Verantwortung des Ingenieurs, die vollständige und konsistente Überleitung der Ein- und Ausgabedaten, wobei es sich hier überwiegend um Schnittgrößen handelt, zwischen den einzelnen Teilmodellen zu berücksichtigen. Aus der Theorie der dimensionsreduzierten Abstraktionen von Tragwerken ist bekannt, dass solche Teilmodelle nicht notwendigerweise zu konsistentem Verhalten im Zusammenhang mit einem Gesamtsystem führen, da es an den Schnittstellen der Teilmodelle zu Modellinkonsistenzen kommt.

Im Rahmen dieser Dissertation soll untersucht werden, inwieweit eine Verwendung strikt finiter Volumenmodelle in diesem Gesamtprozess den Ingenieur bei der Wahrnehmung seiner Aufgaben besser unterstützen kann. Bei diesem Vorgehen stünde am Anfang des Prozesses der Tragwerksanalyse nicht mehr die ingenieurgerechte Aufteilung des Gesamtmodells in dimensionsreduzierte Teilmodelle die als Eingangsgrößen einer weiteren Berechnung definiert werden, sondern eine vollkommen volumenorientierte Tragwerksanalyse, bei der das grundsätzliche Tragverhaltens des Gesamtsystems, d.h. die Frage nach der u.U. in Teilsystemen möglichen Wahl von dimensionsreduzierten Analysemodellen, ein Ergebnis der Analyse wäre.

Mit diesem Ansatz wird das Ziel verfolgt, den Ingenieur bei dem Finden eines geeigneten Gesamtmodells besser zu unterstützen und mögliches alternatives Tragverhalten besser einschätzen zu können, nicht jedoch automatisch auf der Basis eines digitalen Gesamtmodells zu einem Ergebnis der Tragwerksplanung zu gelangen.

Eine geeignete Art der Einbettung des Tragwerksmodells in ein übergeordnetes Bauwerks-Informations-Modell muss dann im folgenden untersucht werden und ist stark von der Form der Abstraktion des Tragverhaltens abhängig, welches das Ergebnis des o.a. Prozesses darstellt.

Die Voraussetzungen für die Untersuchung eines solchen Ansatzes in Bezug auf Rechen- und Speicherkapazitäten sind inzwischen zweifelsfrei gegeben. Auch für die Interpretation der Ergebnisse stehen leistungsfähige Visualisierungsverfahren zur Verfügung, so dass frühere Bedenken bezüglich der Beurteilung der Ergebnisse für eine anschließende Bemessung der Bauteile ausgeräumt werden können. Die generellen Konsequenzen eines solchen Vorgehens bezüglich der Bemessung der Bauteile, die gegenwärtig nahezu ausschließlich auf dimensionsreduzierten Teilmodellen beruht, bedürfen noch grundlegender Untersuchungen.

Tutors: K. Beucke, K. Gürlebeck, S. Bock

Kontakt: Peter Stein