Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke

Abstract

Modulare Tragwerke erfordern maßhaltige Bauteile, da große prozess‐ oder materialbedingte Maßabweichungen bei einzelnen Modulen die Montage zur Gesamtstruktur verhindern. Im Beitrag wird dazu eine Methode zur optimalen Platzierung auf Basis von Metaheuristiken vorgestellt. Sie hilft kostenintensive Nacharbeitungen zu vermeiden. Das Konzept wird auf Wabenstrukturen angewendet, in denen die einzelnen Module durch Permutation getauscht werden. Mit dem sog. Tabu Search und dem Simulated Annealing werden methodisch zwei Lösungsverfahren verwendet. Dazu werden die maximalen Knotenabweichungen der assemblierten Module mit einer direkten Kinematik ermittelt und mit dem zulässigen Nennlochspiel von Schraubenverbindungen verglichen, um die Montierbarkeit der Module zu beurteilen. Berücksichtigt werden zum einen Toleranzen aus dem Schwinden des Betons und zum anderen solche aus den Produktionsschritten der Fertigung. Im Vergleich zu einer zufälligen Anordnung der Module gelingt die Reduzierung maximaler Knotenabweichungen von 9 mm auf das normierte Nennlochspiel von 3 mm mithilfe der Metaheuristiken. Wabenstrukturen mit einer Breite von ca. 7 m und einer Höhe bis 45 m, die besonders sensitiv hinsichtlich der Montierbarkeit sind, benötigen damit keine Nacharbeit mehr. Dabei erweist sich der Tabu Search mit sechsmal weniger Rechenzeit und bis zu 24 % geringeren zu kompensierenden Abweichungen als der deutlich effizientere Lösungsalgorithmus. Ein Beispiel zeigt die praktische Anwendung.

Modularisation Strategies for Individualised Precast Construction—Conceptual Fundamentals and Research Directions

“…However, the vast majority of projects in the precast sector are still conducted in a conventional manner, without systematic consideration of cross-project scale and rationalisation effects. Many existing studies tried to improve the situation, yet they focus on selected fields and disciplines, for example, digital configurators [16], interfaces [17], production technology [18], or modularisation strategies [19,20]. However, due to the extremely diverse range of disciplines and fields of specialisation that contribute to modular and automated construction, there is a need for a uniform language and clear vocabulary that enables effective cooperation and equal understanding between the various disciplines.…”

“…As soon as a set of modules and their desired connectivity have been defined in a first iteration, the interfaces' requirements and different working principles can be compiled. The two most critical requirement types in the design of modular precast elements are the load-bearing capacity [59] and geometrical tolerance [18,47,57].…”