In
kaum einem anderen Bereich hat CAD Planer so nachhaltig von zeitraubenden
manuellen Tätigkeiten befreit wie im Stahlbau. Mussten früher
Standard-Profile, -Verbindungen oder -Knotenpunkte immer wieder neu
gezeichnet werden, so ruft man sie heute einfach per Mausklick aus
Bauteilbibliotheken ab. Doch Stahlbau-CAD unterstützt Planer nicht nur
beim Zeichnen. Was CAD-Lösungen für den Stahl-, Hallen- und Anlagenbau
sonst noch bieten, zeigt dieser Beitrag.
Text:
Marian Behaneck
Bild:
Nemetschek
Komplexe
räumliche Tragstrukturen von Industrie- und Hallenbauten werden heute nicht
mehr zeitraubend Strich für Strich gezeichnet. Alle für die Ausführung
erforderlichen Grundrisse, Ansichten, Schnitte, Detailzeichnungen oder Mengen
werden einfach aus einem zentralen 3D-CAD-Modell generiert. Änderungswünsche
des Bauherren während der Planungs- und Ausführungsphase oder die Entwicklung
von Varianten zur Optimierung der Konstruktion machen viel Arbeit. Der daraus
resultierende Mehraufwand wird dem Planer nur unzureichend honoriert.
CAD-Anwender sind auch hier im Vorteil: Dank “intelligenter” Bauteile,
weitgehend automatisierter Stahlverbindungen und effizienter Editierfunktionen
verlieren Änderungen und Folgeänderungen ihre Schrecken. Auch die Ergebnisse
statischer Berechnungen lassen sich bei einigen Lösungen unmittelbar in die
CAD-Software übernehmen, so dass eine Durchgängigkeit von statischen und
konstruktiven Arbeitsprozessen gewährleistet ist. Da die Kostenkalkulation
immer auf Basis des aktuellen CAD-Modells erfolgt, lassen sich auch
Kostenvergleiche von Konstruktionsvarianten schnell anstellen. “Steht” die
Konstruktion, können aus dem CAD-Modell die exakten Stahlmengen ermittelt und
an AVA-Programme übergeben oder die Projektkosten ermittelt werden.
Visualisierungen vermitteln dem Bauherrn einen anschaulichen Eindruck vom
Bauvorhaben. Auch in der Realisierungsphase helfen Strichzeichnungen oder farbig
angelegte (geshadete) Darstellungen, Missverständnisse im Gespräch mit ausführenden
Unternehmen zu vermeiden. Insgesamt resultiert aus dem CAD-Einsatz eine
erhebliche Zeit- und Kosteneinsparung, vor allem aber eine Verbesserung der
Planungs- und Ausführungsqualität.
Vom
Strich zum Bauteil
Waren
erste Lösungen noch zeichnungsorientiert (d.h. Pläne wurden – wie auf dem
Zeichenbrett – Linie für Linie “gezeichnet”), so basiert modernes
Stahlbau-CAD auf einem zentralen dreidimensionalen Datenmodell. Dieses setzt
sich aus Objekten zusammen, die Bauteile nicht nur geometrisch sondern auch
alphanumerisch beschreiben (Material, Abmessungen, Gewicht etc.). Das hat
Vorteile: So lassen sich aus dem zentralen Datenmodell nicht nur alle Pläne
automatisch ableiten, sondern auch Mengen, Massen und Kosten sowie
gegebenenfalls alle für die spätere Gebäudenutzung relevante Daten.
CAD-Objekte sind zudem Bausteine im Gesamtkomplex “Bauwerk”, die mit
angrenzenden Objekten Wechselbeziehungen eingehen und somit auch auf die Änderung
von benachbarten Bauteilen reagieren können. Damit lassen sich Folgeänderungen
weitgehend automatisch ausführen. Eine Treppe ändert beispielsweise ihre Lauflänge
bzw. Steigung, wenn sich die Geschoßhöhe ändert etc. Intelligente Gebäudebauteile
“wissen” zudem in jeder Planungsphase und jeder Projektion, wie sie korrekt
dargestellt werden. Beispiel: Je kleiner ein Bauteil auf den Monitor oder im
Planausdruck abgebildet wird, desto stärker wird es abstrahiert. Das ist bei
filigranen Stahlkonstruktionen besonders wichtig. Auch die Bemaßung,
Textdarstellung, Schraffurmuster oder Linienstärken werden dem aktuellen
Darstellungsmaßstab automatisch angepasst. Dies beschleunigt den
Bildschirmaufbau und macht die Plangrafik besser lesbar.
Stahlbau-Spezifisches
Was
unterscheidet Konstruktions-Software für den Stahl-/Metallbau von
CAD-Programmen für Architekten/Planer? Da sind zunächst einmal die
CAD-Bauteile. Im Stahlbaubereich dominieren Walzprofile, (Fachwerk-)Träger,
Platten, Wand- oder Deckenprofile oder Verbindungselemente anstelle von Wänden,
Türen oder Fenstern. Automatische Materialfügungen wie Schraub- oder Schweißverbindungen
sind weitere Besonderheiten. Über Dialogboxen können beispielsweise bei Schweißverbindungen
die Nahtart, Schweißnahtdicke, Nahtoberfläche oder der Nahtverlauf ausgewählt
und definiert werden. Zur Schweißung von Stirnplatten lassen sich die Schweißnahtdicken
für Flansch und Steg auswählen. Objektorientiertes CAD ermöglicht die
Auflistung aller verwendeten Profile, inklusive deren Abmessungen und sonstiger
Parameter. Die Stahlteile werden dazu automatisch mit Positionsnummern versehen
und damit die Zeichnung für die Stücklistenerfassung vorbereitet. Der Anwender
kann wählen, in welcher Reihenfolge und Sortierung die Stückliste aufgebaut
werden soll (nach Profilen, Längen etc.). Auf Grundlage der Stücklisten lassen
sich anschließend Kalkulationen durchführen (Gewicht, Kosten etc.). Diese
werden entweder durch separate Module oder mit externen Kalkulationsprogrammen
(z. B. Excel) durchgeführt. Auf Grundlage der exakt bemaßten CAD-Zeichnungen
lassen sich alle Einzelbauteile konventionell herstellen. Wirtschaftlicher ist
die Übergabe der CAD-Daten an numerisch gesteuerte Maschinen. Zusatzprogramme
berechnen die Bauteile mit allen Arbeitsschritten im jeweils erforderlichen
Format und übertragen diese Daten an NC-Maschinen. Diese schneiden, sägen, fräsen
oder bohren daraus selbstständig auf den Millimeter genau die benötigten
Bauteile.
Checkliste
Bei
der Programm-Auswahl sollte auf folgende Punkte geachtet werden:
Bau-CAD
vs. Stahlbau-CAD: Für Architekten, die nur hin und wieder Stahlbauten planen,
ist Bau-CAD-Software ausreichend, insbesondere dann, wenn konstruktive Elemente
individuell gestaltet werden. Werden dagegen auf gängigen Standard-Profilen
basierende Stahlkonstruktionen häufiger geplant, sind
Stahlbau-CAD-Lösungen effizienter.
CAD-Geometrie:
Der Stahlbau stellt an CAD-Programme hohe Ansprüche, da es bis ins Detail auf
die korrekte geometrische Abbildung von Bauteilen und Verbindungen ankommt
(Hinterschneidungen, Durchdringungen, Klinkungen, Bohrungen ...). Modernes
Stahlbau-CAD basiert daher auf einem bauteilorientierten, zentralen
3D-Volumenmodell.
Bauteilkataloge:
Die Bauteildatenbank sollte alle gängigen Walzprofile, Sonderprofile,
(Fachwerk-) Träger, Platten, Wand- oder Deckenprofile, Verbindungselemente,
Schraub- und Schweißverbindungen enthalten. Die Kataloge müssen regelmäßig
aktualisiert und gepflegt werden.
3D-Konstruktion:
Neben aus Standard- und Sonderprofilen
zusammengesetzten Kombiprofilen sollte das Programm auch die Verarbeitung
gebogener Profile erlauben. Auch das Manipulieren von Bauteilen sollte möglich
sein (für Einschnitte, Durchbrüche, Kantungen
...). Schrauben- oder Schweiß-Verbindungen sollten entsprechend gültiger
Normen definiert werden können.
2D-Planerstellung:
Aus dem 3D-Modell abgeleitete Grundrisse, Ansichten
oder Schnitte müssen häufig nachgearbeitet werden, weil Linienstärken in
Schnittdarstellungen falsch zugewiesen, Maßketten unvollständig, Maßzahlen
oder Positionsnummern übereinander liegen und somit nicht lesbar sind etc.
Ein leistungsfähiger 2D-Editor beseitigt diese
plangrafischen Ungereimtheiten.
Editieren:
Änderungen einer bestimmten Profil-Dimensionierung müssen sich schnell
umsetzen lassen. Können Stahlprofile automatisch getauscht werden, z. B. HEA
160 gegen HEA 200, unter Beibehaltung von Bohrungen für die Anschlussbleche,
erspart das manuelle Arbeit und Fehlerquellen. Das Editieren der Konstruktion
wird vereinfacht, wenn sich Bauteile zu Baugruppen (und Untergruppen)
zusammenfassen lassen.
Bemaßen:
Eine stahlbaugerechte System-, Bauteil-, Einbau-, Bohrbildbemaßung etc. sollte
wahlweise automatisch, halbautomatisch oder manuell erfolgen. Wird die
Bauteilgeometrie verändert, muss sich die
Bemaßung selbstständig anpassen. Extrem lange Bauteile wie Stützen, Träger
oder Verbände sollten gestaucht dargestellt werden können. Neben der Bemaßung
sollten auch Positionsfahnen oder Schweißzeichen
automatisch gesetzt werden.
Schraffieren:
Eine automatische Konturverfolgung erübrigt das zeitraubende manuelle
Definieren von Schraffurgrenzen geschnittener Stahlbauprofile. Löcher im
Schraffurfeld sollten definierbar sein, ebenso wie wichtige Parameter (Farbe,
Linienabstand, Schraffurursprung etc.). Wird die Form des schraffierten Elements
verändert, sollte sich auch die Schraffur automatisch anpassen.
Auswerten:
Das Programm sollte neben der Gesamt-Stückliste auch einen gezielten Auszug von
Bauteilen ermöglichen. Gleiche Profilierungen oder gleich lange Bauteile sollte
das Programm automatisch erkennen. Neben der Ausgabe in eine Datei sollte auch
die Papierausgabe auf jedem beliebigen Windows-Drucker möglich sein. Dabei
sollte sich der Stücklistenkopf individuell gestalten lassen.
Preise:
Die Preise für Stahlbau-CAD bewegen sich zwischen Euro 1.500,- und Euro
15.000,- (zzgl. MwSt.), je nach Leistungsumfang bzw. Ausbaustufe. Dabei sollte
berücksichtigt werden, dass bei Applikationslösungen der Preis für das
Basisprogramm (z. B. AutoCAD) hinzugerechnet werden muss. Für bestimmte
Funktionen (Visualisierung, NC-Steuerung, Statik/FEM-Anbindung) fallen häufig
zusätzliche Modulkosten an.
Sonstiges:
Wichtig ist, dass die Software individuellen Leistungsanforderungen und
spezifischen Aufgabenschwerpunkten gerecht wird. Dies lässt sich am besten am
konkreten Projekt feststellen. Die meisten Anbieter offerieren dazu
Demo-/Testversionen oder Leihstellungen der Vollversion. Entsprechende Anfragen
lohnen sich immer .
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