Door: Ruud van Oosterhout
De afgelopen jaren hebben er belangrijke ontwikkelingen plaatsgevonden met betrekking tot 3D-(BIM) modellen in de bouw. Ook voor constructeurs kan het interessant zijn om deze 3D-modellen te gebruiken voor hun rekenmodel. Het is dan namelijk mogelijk om constructies beter te optimaliseren en deze snel in te voeren. Een IFC uitwisseling leent zich hier uitstekend voor, omdat deze in verschillende softwarepakketten gebruikt kan worden.
Aan de hand van een rekenvoorbeeld van een willekeurige constructie, wordt duidelijk wat de meerwaarde is van een IFC, als basis voor de constructieve berekening.
Inladen van de analytische lijnen
Ieder element in een 3D-model, bijvoorbeeld een balk, kolom of vloer, heeft een analytische lijn. Deze lijn ligt vaak in het centrum of het zwaartepunt van een profiel. Een 3D-model kan zodanig worden omgezet door de modelleur, dat uitsluitend de analytische lijnen zichtbaar worden. Dit ‘’draadmodel’’ is in principe de onderlegger die de constructeur kan gebruiken voor de geometrie in zijn rekenmodel. Onderstaand een afbeelding waarin een IFC-model is geïmporteerd in het rekenprogramma.
Constructieve berekening
Zodra het IFC-model is ingeladen dient het model te worden gecontroleerd op geometrische schematiseringsfouten. Dit houdt in dat alle staven goed op elkaar aansluiten en kleine maatafwijkingen worden gecorrigeerd. Vervolgens vult de constructeur het rekenmodel aan met profieleigenschappen (beton, staal of hout), opleggingen (vrijheidsgraden) en staafaansluitingen (vast, scharnierend of verend). Hierbij is het van belang dat er om drie assen wordt gewerkt in plaats van het traditionele 2D-assenstelsel.
Vervolgens worden alle belastingen op het model gezet zoals bijvoorbeeld blijvende, opgelegde, sneeuw en windbelasting. Hierbij is het belangrijk om na te gaan hoe de belasting aangrijpt op de constructie. Het is namelijk mogelijk om in een globale of lokale beschouwing de X, Y, Z en rotatierichting belastingen aan te brengen. Een groot voordeel bij het gebruik van 3D-modellen is dat er gelijkmatige vlakbelastingen kunnen worden gebruikt. Deze oppervlakte belastingen kunnen overal op de constructie worden aangebracht in de hiervoor genoemde richtingen. Het is mogelijk om staven te selecteren welke belasting ondervinden en welke niet. De windbelasting grijpt bijvoorbeeld op de kolommen en spantbenen aan en niet op de windverbanden (ondanks dat deze in hetzelfde vlak liggen). Het bepalen van de afdracht wordt decompositie van belastingen genoemd. In onderstaande afbeelding zijn diverse belastingen toegevoegd ter illustratie.
Na het aanbrengen van alle belastingen en het definiëren van de combinaties met veiligheidsfactoren kan de constructie worden berekend. De krachtswerking wordt nu over drie assen beschouwd. Het is daardoor ook mogelijk om van iedere willekeurige staaf en van ieder willekeurig belastinggeval de staafkrachten te berekenen (Nx, Vy, Vz, Mx, My, Mz). Tevens is het mogelijk om de vervorming van de constructie te bepalen. Hieronder staan de normaalkrachten van de omhullende belastingcombinatie weergegeven, met bijbehorende oplegreacties in de fundering.
Als de krachten berekend zijn kan de constructie worden getoetst aan de UGT en BGT. Hierbij wordt voor iedere staaf een materiaalspecifieke toetsing gedaan zoals bijvoorbeeld: knik, kip en doorbuiging in staalprofielen en wapeningsberekeningen in betonconstructies.
Exporteren
Zodra de profielen zijn geoptimaliseerd en de constructie voldoet aan de sterkte en doorbuigingseisen is het mogelijk om via het rekenpakket een nieuw IFC-model te genereren. Deze kan de modelleur eventueel gebruiken om te verwerken in zijn model. Onderstaand staat ter illustratie een afbeelding van het gegenereerde constructie.
Conclusie
De exacte tijd- en materiaalwinst die te behalen valt is projectafhankelijk. Om dit specifiek aan te tonen is uitgebreider onderzoek nodig.
