Computergestützte Tragwerksplanung im · PDF fileProgramm STAAD.Pro, ohne dass sich die...

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Master’s Thesis in der Vertiefungsrichtung Holzbau: Computergestützte Tragwerksplanung im Holzbau Lehrstuhl: Technische Universität München Lehrstuhl für 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

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  • 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 ................