Masters Thesis in der Vertiefungsrichtung Holzbau:

Computergesttzte Tragwerksplanung im Holzbau

Lehrstuhl:

Technische Universitt Mnchen Lehrstuhl fr Holzbau und Baukonstruktion Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter Univ.-Prof. Dr.-Ing. Mike Sieder

Betreuer:

Dipl.-Ing. Stefan Loebus M.Sc. Fabian Ritter Dipl.-Ing. (FH) Simon Daum

Verfasser:

Beatrice Kutterer

eingereicht am:

25. Juni 2014

Lehrstuhl fr Holzbau und Baukonstruktion Masters Thesis Computergesttzte Tragwerksplanung im Holzbau Kurzfassung

Kurzfassung

Thema der Masterarbeit ist die computergesttzte Tragwerksplanung innerhalb des Holzbaus. Im

ersten Teil der Arbeit werden eine Marktbersicht und eine Bewertung der verfgbaren

Bemessungsprogramme durchgefhrt. Die verfgbaren Programme knnen einerseits in allgemeine

Stabwerks- und FEM-Berechnungsprogramme mit zustzlichem Holzbemessungsmodul und

andererseits in speziell fr den Holzbau entwickelte Programme unterteilt werden. Als Fazit der

Untersuchung wird festgestellt, dass auch wenn der Umfang der verfgbaren Programme noch

wesentlich geringer ist als fr andere Bauarten, auch fr den Holzbau schon einige brauchbare

Programme zur Verfgung stehen. Diese Programme stecken jedoch teilweise noch in der

Entwicklungsphase und weisen Einschrnkungen auf. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden

Arbeit die Idee einer modularen, offenen Programmplattform vorgestellt. Eine zentrale Fragestellung

hierbei ist, inwieweit ein Programm, das stndig von verschiedenen Entwicklern durch weitere

Elemente ergnzt werden kann, eine Verbesserung zu vorhandenen kommerziellen

Bemessungsprogrammen darstellt. Als Ergebnis des ersten Teils der Arbeit zeigt sich, dass das dabei

entstehende multifunktionale Bemessungsprogramm eine gute, kostenfreie und vor allem universell

anpassbare und anwendbare Alternative zu den vorhandenen Programmen darstellt.

Im zweiten Teil der Arbeit wird die Struktur eines solchen Programmes entworfen und beispielhaft

durch eigene Programmierung umgesetzt. Hierzu wird vorerst die Nachweisfhrung nach dem

Eurocode 5 bezglich ihrer Systematik und Struktur genauer untersucht, da diese als Vorlage fr die

Programmentwicklung dient. Als Ergebnis der Untersuchung wird eine erste, objektorientierte

Programmarchitektur entworfen. Auf Basis dieses Entwurfs werden die objektorientierte .NET-Sprache

C# als Programmiersprache und als Programmieroberflche Visual Studio von Microsoft fr die

Umsetzung des Programms ausgewhlt.

Im nchsten Schritt wird anhand der beispielhaften Umsetzung der ersten Programmversion, eine

prinzipielle Programmstruktur fr ein multifunktionales Berechnungsprogramm entwickelt. Nach der

Entwicklung des ersten Programms wurde deutlich, dass eine gute, grundlegende Bauteil- und

Nachweisstruktur umgesetzt werden konnte, die Erweiterung jedoch nur umstndlich und nicht ohne

Zugriff auf den bestehenden Programmcode mglich ist. Um die Erweiterungsmglichkeit zu

optimieren, wurde ein zweites Programm entwickelt, welches das Managed Extensibility Framework,

das MVVM-Pattern und WPF verwendet. Hier wird eine dynamische Erweiterung des Programms

durch weitere Module ermglicht und durch die Trennung von Logik und Darstellung innerhalb des

Codes, zustzlich eine klare und nachvollziehbare Struktur geschaffen.

Lehrstuhl fr Holzbau und Baukonstruktion Masters Thesis Computergesttzte Tragwerksplanung im Holzbau Abstract

Abstract

This Masters Thesis deals with the topic of computer-aided structural design of timber structures.

Issue of the first section is a market review and an assessment of the available design programs. The

disposable programs can be divided into frame- and FEM-calculation programs with an additional

timber design module and programs, especially developed to design wooden structures. The result of

the study shows, that even if the extent of the programs available is less than for other construction

types, there are already some useful programs on hand. However, these programs are partly still in

their development phase and show limitations. Out of this reason the idea of a modular and open

program platform is presented. It is discussed in which way a program, which can be constantly

extended by further elements, evolved by different developers, outlines an improvement to the present

design programs. The conclusion of the first part of the thesis is, that the resulting multifunctional

design program would be a good, free and most of all universally customizable and usable alternative

to the available programs.

In the second part of this Masters Thesis the structure of such a program is designed and

exemplarily implemented by own programming. Therefore the designing process according to the

Eurocode 5 is examined, regarding its classification and structure. As a result of the examination a

first, object-oriented program architecture is created. Based on this design, the object-oriented .Net-

language C# and the programming environment Visual Studio by Microsoft are selected to implement

the program.

Next a basically program structure for a multifunctional design program is developed by the exemplary

implementation of the first version of the program. The outcome of the development of the first

program is that a good, basic pattern for structural elements and verifications could be implemented.

The extension by further elements however is inconvenient and not possible without accessing the

existing code. For this reason a second program was developed using the Managed Extensibility

Framework, the MVVM-pattern and WPF. Thus a dynamic extension of the second program by further

modules is enabled and especially by the separation of logic and design in the code, a plain and

comprehensible structure is created.

http://www.dict.cc/englisch-deutsch/computer-aided.htmlhttp://www.dict.cc/englisch-deutsch/development.htmlhttp://www.dict.cc/englisch-deutsch/phase.htmlhttp://www.dict.cc/englisch-deutsch/exemplarily.htmlhttp://www.dict.cc/englisch-deutsch/exemplarily.html

Lehrstuhl fr Holzbau und Baukonstruktion Masters Thesis Computergesttzte Tragwerksplanung im Holzbau Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ............................................................................................................................................. 6

2 Marktbersicht und Bewertung verfgbarer Bemessungsprogramme .............................................. 7

2.1 Nemetschek Frilo ....................................................................................................................... 7

2.2 Nemetschek Scia Engineer ....................................................................................................... 8

2.3 RX-HOLZ ................................................................................................................................... 8

2.4 RFEM/ RSTAB-Zusatzmodule: RF-/ HOLZ Pro ...................................................................... 10

2.5 HoB.Ex ..................................................................................................................................... 11

2.6 DC Statik 12.04 ..................................................................................................................... 11

2.7 Harzer Statik ......................................................................................................................... 13

2.8 RIBtec RTholzbau und RTbsholz ......................................................................................... 13

2.9 CSSTATIK Holzbau ................................................................................................................ 14

2.10 D.I.E. CAD- und Statik-Software .......................................................................................... 15

2.11 mb WorkSuite 2013 ................................................................................................................. 16

2.12 SOFiSTiK ................................................................................................................................. 16

2.13 STAAD.Pro ............................................................................................................................... 17

2.14 VCmaster ................................................................................................................................. 17

2.15 Hersteller-Software .................................................................................................................. 18

2.16 bersicht ber bestehende Holzbauprogramme ................................................................... 20

2.17 Bewertung und Fazit ............................................................................................................... 25

3 Errterung einer modularen, offenen Programmplattform ............................................................... 27

4 Untersuchung der Struktur und Systematik des EC 5 ..................................................................... 30

5 Entwurf einer eurocodeorientierten Programmarchitektur ............................................................... 34

5.1 Nachweisstruktur ..................................................................................................................... 34

5.2 Bauteilstruktur ................