Zur sinnvollen Anwendung ganzheitlicher Gebäudemodelle in der Tragwerksplanung von Hochbauten

Abstract

Ausgehend von den kritischen Randbedingungen der Berechnung mit ganzheitlichen Gebäudemodellen werden typische und häufig anzutreffende Konstruktionsfälle diskutiert, bei denen Gesamtmodelle Vorteile für den Entwurf aufzeigen. Hier sind räumliche Tragwirkungen zu nennen, die Erfassung von Zwangsbeanspruchungen bei komplexen Grundrissen mit vielfältigen Festhaltungen sowie die Beanspruchung schlanker Gebäudestrukturen aus Windlasten und seismischen Einwirkungen. Für die genannten sinnvollen Anwendungsfälle werden die notwendigen Randbedingungen diskutiert. Die jeweiligen Anwendungsfälle werden anhand konkreter Gebäudebeispiele vorgestellt. On the reasonable use of total building models in the design of building structures Coming from the critical boundary conditions of the calculation with total building models, typical and prevalent constructions, where total models show advantages for the design, will be discussed. Here, spatial load‐bearing impact, the registration of unforced interactions of complex ground plans with various supports as well as the stressing of slender building structures resulting from wind loads and seismic impacts have to be mentioned. For the stated reasonable use cases the necessary boundary conditions will be discussed. The respective use cases will be presented by means of concrete building examples.

Der BIM‐Prozess in der Tragwerksplanung

“…Ebenso können komplexe Tragstrukturen eine 3D‐Betrachtung am Teil‐ oder Gesamtsystem erfordern, um den Kraftfluss sinnvoll und realitätsnah abbilden und nachweisen zu können. Nach Fastabend et al zählen hierzu vor allem Sonderkonstruktionen aus einer Kombination von Stahl und Stahlbeton. Bei sehr vielen Gebäuden des üblichen Hochbaus handelt es sich allerdings um klare Tragstrukturen, sodass in diesen Fällen die ganzheitliche Betrachtung keinen Erkenntnisgewinn bringt.…”

Building Information Modeling – Umsetzung in der Tragwerksplanung

“…Stützen, die in der Nähe von steiferen Bauteilen wie Wänden oder Aussteifungskernen liegen, waren aufgrund der Steifigkeitsunterschiede zwischen Stütze und Wand stärker betroffen (Bild ). Eine Überschätzung der Stützenlasten bei gebetteten 3‐D‐Modellen, wie sie Fastabend et al in beschreiben, konnte im Rahmen eigener Untersuchungen bisher nicht festgestellt werden.…”

“…Rombach geht in kurz auf die Problematik ein und weist auf die Unverzichtbarkeit einer Grenzwertbetrachtung hin, um mögliche Streuungen der Bodenparameter abzudecken. Fastabend et al raten in nur in enger Kooperation mit dem Baugrundgutachter zu einer integrierten Bodenmodellierung. Ansonsten empfehlen sie eine starre Lagerung des Gesamtmodells und eine separate Berechnung der Gründungsbauteile.…”

“…Hinsichtlich einer umfassenden statischen Berechnung am 3‐D‐Gesamtmodell im Hochbau besteht derzeit viel Klärungsbedarf. Wohingegen sich 3‐D‐Modelle für Sondernachweise, insbesondere bei der Erdbebenbemessung, etabliert und bewährt haben .…”

Statische Analyse mit linear elastischen 3D‐Gebäudemodellen

“…Aufgrund der statischen Unbestimmtheit in 3D‐Gebäudemodellen führen (lastbedingte) Differenzverformungen innerhalb des Systems zu signifikanten Umlagerungen. Unter anderem wurde dies von Bischoff [1], Rombach [6] und Fastabend et al [7] an einzelnen Beispielen aufgezeigt und darauf verwiesen, dass eine Überschätzung dieses Effekts zu Ergebnissen auf der unsicheren Seite führt. Im Gegensatz zu Betrachtungen im Einzelfall präsentiert dieser Beitrag detaillierte systematische Untersuchungen an einem repräsentativen Untersuchungsobjekt, um die Auswirkungen verschiedener Modellierungsarten im Einzelnen und deren gegenseitige Beeinflussung möglichst allgemeingültig aufzeigen zu können.…”