Ganzheitliche 3D-Gebäudemodelle in der statischen Tragwerksanalyse

Thomas Markus Laggner

Publikation: StudienabschlussarbeitDissertation

Abstract

In der heutigen Tragwerksplanung stellen ganzheitliche 3D-Gebäudemodelle mittlerweile ein verbreitetes Werkzeug für die statische Analyse von komplexen und / oder unkonventionellen Bauwerken dar. Des Weiteren führen Analysen mit ganzheitlichen 3D-Gebäudemodellen im Vergleich zu üblichen Berechnungen mit extrahierten 2D-Teilmodellen zu einer Qualitätssteigerung in der Vorhersage des tatsächlichen Tragverhaltens von Gebäuden. Konkret begründet sich dies auf der Berücksichtigung des räumlichen Zusammenwirkens von vertikalen und horizontalen Bauteilen über die Verformungskompatibilität am Gesamttragwerk. Zusätzlich werden die fehleranfälligen Schnittstellen der Berechnungen mit extrahierten 2D-Teilmodellen reduziert und eine weitgehend automatisierte Integration der Tragwerksplanung ins Building Information Modelling (BIM) ist möglich. Somit besteht durch die Nutzung von ganzheitlichen 3D-Gebäudemodellen das Potential zur Effizienzsteigerung sowie Ressourcenschonung in der Tragwerksplanung. Allerdings reagieren die errechneten Lastverteilungen der 3D-Gebäudemodelle sensibel auf differentielle Verformungen innerhalb der Tragstruktur des Bauwerks, die beispielsweise durch unterschiedliche Beanspruchungen der vertikalen Bauteile in einem Stockwerk auftreten. In Abhängigkeit von der gewählten Modellierungsdetailliertheit / -methode können dabei sogar deutlich unsichere Ergebnisse auftreten. Vor diesem Hintergrund gilt es, die Auswirkungen unterschiedlicher Modellierungen zu erforschen und damit einen validierten praktischen Einsatz von ganzheitlichen 3D-Gebäudemodellen zu ermöglichen.
Im Rahmen dieser Dissertation werden die Auswirkungen verschiedener Modellierungsmethoden auf die vertikale Lastverteilung in einem vereinfachten 15-stöckigen Stahlbetonhochhaus mit Kernaussteifung und Flachdecken systematisch untersucht. Die untersuchten Modellierungsmethoden umfassen den Bauprozess unter Berücksichtigung des Verformungsausgleichs zwischen den Bauabschnitten, die Modellierung der Verbindungssteifigkeit zwischen den Bauteilen, die Boden-Bauwerk-Interaktion, die Steifigkeitsreduktion der Decken infolge Biegerissbildung und das zeitabhängige Verformungsverhalten von Beton (Kriechen und Schwinden) mitsamt der inneren Behinderung durch die vorhandene Bewehrung. Die Auswirkungen werden dabei zunächst getrennt und abschließend in Kombination miteinander analysiert. Dabei werden ingenieurmäßige Vorgehensweisen aufgezeigt, welche komplexe und rechenintensive Simulationen vereinfachen können. Anhand der geschaffenen Datenbasis werden Empfehlungen für den sicheren und nachvollziehbaren Einsatz von ganzheitlichen 3D-Gebäudemodellen in der praktischen Anwendung gegeben.
Originalsprachedeutsch
QualifikationDoktor der Technik
Gradverleihende Hochschule
  • Technische Universität Graz (90000)
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Nguyen, Viet Tue, Betreuer
  • Schlicke, Dirk, Betreuer
Datum der Bewilligung4 Juli 2022
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 4 Juli 2022

Schlagwörter

  • Strukturanalyse
  • ganzheitliches 3D-Gebäudemodell
  • Bauphasenberechnung
  • Steifigkeitsreduktion
  • Rissbildung
  • Boden-Bauwerk-Interaktion
  • Schnittgrößenumlagerung
  • Kriechen
  • Schwinden
  • zeitdiskrete Analyse
  • innere Behinderung
  • ingenieurmäßige Vorgehensweise

Fields of Expertise

  • Sustainable Systems

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