CONSTRUCTIEF ONTWERP INFORMATICACAD/CAM OP HETCONSTRUCTllmUREAU-EENVERSLAG UIT DE PRAKTIJKir.HA van Dijk c.i., directeurir.S.F. de Ronde c.i., hoofdconstructeur/groepsleiderir.~J.Eijkman c.i., systeemontwikkelaarIngenieursbureau Grabowsky & Poort Uv, lid ONRI, Den HaagAutomatisering is in een modern ingenieursbureau niet meer weg tedenken. Ofhet nu een programmeerbare zakreke.nmachine betreft ofeen geavanceerd computersysteem, ieder ingenieursbureau heeft er inmeer ofmindere mate mee te maken en zal investeringen inautomatisering moeten doen om aan de huidige en toekomstige eisenvan kwaliteit en efficiency te kunnen voldoen. De ervaringen die menbij Grabowsky & Poort heeft opgedaan, worden in dit artikel besproken,toegespitst op het vervaardigen van beton- enwapeningstekeningen metbehulp van een interactiefgrafisch computersysteem. Hierbij krijgt debenodigde software veel aandacht, alsmede de voorwaarden voor eenrendabele inzet van een dergelijk systeem.Ingenieursbureau Grabowsky &Poort, opgericht in 1955, is werk-zaam in diverse sectoren van debouwkundige en civiele techniek.Weliswaar vormen hierbij constructieseen zwaartepunt, maar ook belangrijkewerkzaamhedenwordenverrichtop hetterrein van de civiele techniek (infra-structuur, planeconomie, waterzuive"-ring etc.), de procestechniek en debouwtechniek. Momenteel zijn bij hetbureau circa 150 personeelsleden werk~zaam, grotendeels op het hoofdkantoorin Den Haag en verder op kantoren inHoorn, Maastricht, Willemstad (Cura-?ao) en diverse kleine vestigingen inontwikkelingslanden.Begin 1982 besloot het bureau tot deaanschaf van een interactief grafischcomputersysteem. Bij de beslissingCAD/CAM binnen het bureau te intro-duceren hebben een aantal overwegin-gen een rol gespeeld:- de autonome, maar subjectiefbepaal~de, behoeftevaneeningenieursbureauzich te bedienen van de modernstetechnologie?n bij het verrichten vanhaar werkzaamheden;10- de ontwikkelingen in de bouwwereldmaakten duidelijk dat bij de hono-rering van het ontwerpwerk prijscon~currentie-overwegingen in toe-nemende mate een rol zouden gaanspelen. Een CAD/CAM systeem zouhet mogelijk maken de produktiviteitvan het bureau te verbeteren en dekostprijs van het ontwerp- en teken-werk als geheel te verlagen;- met een interactief grafisch compu-tersysteem vindt er voortdurend eenuitwisseling plaats van een grote hoe-veelheid data (gegevens) tussen deoperator (degene die het systeem be-dient, van achter het werkstation) ende processor(decentraleverwerkings-eenheid van het systeem). Daarommoet de afstand tussen werkstation enprocessor kort zijn. In feite moetenbeiden zich binnen hetzelfde gebouwbevinden. Men kan niet meer, zoals bijgeautomatiseerd rekenwerkveelal ge-schiedde, gebruik maken van een ex~terne computer. Men moet zelf eensysteem aanschaffen;- Het computergesteund tekenen doormiddel van een CAD/CAM systeem,ALFA!'UERIEK WEI1KSTATlll>lCement 1986 nr. 6schept veel meer mogelijkheden danbij tekenwerk op het tekenbordmogelijk is. Zonder dat men het zichvaak bewust is, draagt een tekeningveel impliciete informatie met zichmee. Men moet er echter het een enander hij weten enlofherekenen. Dedikte van een vloer geeft impliciet hetvolume van de vloer weer. De ge-tekende lijn van een wapeningsstaaflegt de lengte, de staafen de vormvast.Door nu de diverse gegevens intern inhetsysteemaan elkaarte koppelen (re-lationele database structuur) is hetmogelijk op simpele wijze veel meergegevens aan de tekening te ontlenen,dan op de tekening zijn weergegeven.Het is niet alleen mogelijk direct allematen en hoeveelheden exact op tevragen (data-extract) - alles ligt im-mers met exacte co?rdinaten vast -maar tevens kan men de gegevens sor-teren en normeren (stuklijsten, buig-staten, begrotingsgegevens).Ook voor de planning, produktievoor-bereiding en optimalisering levert de'tekening' direct de kant-en-klaregegevens. Zelfs is het mogelijk nume-riek gestuurde produktieapparatuur(bijv. in buig- en vlechtcentrales) directte voeden.Ook in 1982 waren er reeds diverse sys-temen op de markt. Bij vergelijking vande verschillende systemen, bleek iedersysteem zijn eigen beperkingen te heb-ben. Veelal was hetsysteem sterk gerichtop ??n toepassing ofvakdiscipline. Ge-zien de diverse disciplines waarin Gra-bowsky & Poortwerkzaam is, mOest hetsysteem mogelijkheden bieden voor aldeze disciplines.Op grond van deze overwegingen is ge-kozenvoorhetinteractiefgrafischcom-putersysteem van hetfabrikaatCompu-tervision. De configuratie omvat thanseen tweetal c?ntrale processoren, eenvijftal interactiefgrafische werkstationsen een magneetbandeenheid. Een derprocessoren werkt met een uitwissel-bare schijfeenheid van 360 Mb, de an-dere met een vaste schijf van 160 Mb.Tenslotte is een AO-Calcomp 960 pen-plotter ge?nstalleerd (fig. 1).Grabowsky & Poort heeft enerzijds ge-investeerd in standaard pakketten op degebieden van de procestechniek (pro-ces-flow schema's, instrumentatie dia-grammen, elektrotechniek) terwijlanderzijds besloten is tot investeringenin eigen software op applicatiegebiedenbinnende hoofdactiviteiten van het bu-reau, te wetende civiele techniek (infra-structuur en planeconomie) en debouwtechniek!constructie (fig. 2).Dit artikel zal ingaan op het laatsteaspect, en handelen over een binnen hetblad Cement passend onderwerp, hetmet hehulp van een interactiefgrafischcomputersysteem tekenen van beton- .en wapeningstekeningen. Het traditio-nele tekenschot wordt daarbij ~et meergebruikt. De grafische informatie (detekening) wordt met behulp van tablet,menu en cursor gedigitaliseerd. Detekenaar/operator heeft daarbij inzichtin zijn activiteiten door middel van ana-loge weergave daarvan op een beeld-scherm; De gebruikelijke tekeningenvoor overleg tijdens de projectvoor-bereiding en de uitvoering worden ge-produceerd met behulp van een plotter.Computer gesteundtekenenAlgemeenBij het tekenen van gewapend-heton~constructies kan onderscheid gemaaktworden in de volgende functionelefasen:het maken van voorlopige- en defini-tieve ontwerptekeningen;het maken van bestektekeningen1:100/200 en principedetails 1:5/10;het maken van werktekeningen:- betonvormtekeningen 1:20/50;- sparingstekeningen 1:20/50;- wapeningstekeningen 1:20/50;- details op diverse schaal.In de functionele fasen van voorlopigontwerp. tot bestektekening is in feitesteeds sprake van vormtekeningen; hetverschil zit in de schaal en de mate vangedetailleerdheid. Dat geldt ook bij deovergang naar de werktekeningenfase.EenprincipieelonderscheidontstaatpasOverzicht hardware configuratie..........."-\\\J//./, /11-.....-,//12 Schema van de software-structuur//II\\lJRAFlsa-J WERKSTATIOOAlFMUERIEK WERKSTATJOOCement 1986 nr. 6NNCONSTRUCTIEF ONTWERP INFORMATICAbij het maken van de wapenings- c.q.sparingstekeningen. Nu wordt nietmeer de mate van gedetailleerdheidvergroot, maar wordt aanvullende in-formatie toegevoegd aan (ingetekendin) de vormtekening.VormtekeningenDe CADDS basis grafische softwarevanComputervision maakt het - evenals desoftware van de meeste turn-key sys-temen - mogelijk het zogenaamde ver-schalen te automatiseren. Hier is eengrote produktiviteitsverbetering moge-lijk Immers, waar in de traditionelewijze van werk in elk der functionelefasen vanwege de schaalverandering detekening opnieuw opgezet moet wor-den, wordt met een CAD/CAMsys-teem in feite op schaal 1:1 gewerkt. Aanhet beeldscherm bepaalt de operator opwelke schaal hij het model waaraan hijwerktgepresenteerdwilhebben. Opde-zelfde wijze wordt de plotter opgedra...gen 'op schaal' te tekenen.De enige. ve.rstor.ing hierbij vormden. deteksten. Deze zijn afhankelijk van deschaal in de tekening gebracht en zou-denbij wijzigingvande schaalingroottemeeveranderen. Hiervoor is specia.lesoftware ontwikkeld, zodat de tekstennu bij iedere schaal even groot wordengepresenteerd.Bij het gebruik van de basis grafischesoftware binneningenieursbureau Gra-bowsky& Poortis geblekendatdeze eenaantal wensen nog niet honoreerde.Daarom is een aantal eigen softwareontwikkelingen daaraan toegevoegd,zoals:- de boven al genoemde software om deproblematiek van teksten bij het ver-schalen op te lossen. Daarbij valt ooksoftware te rekenen welke lijndikteSautomatisch bepaalt en bijv. de plaats...bepaling van maatlijnen definieert;- een programma om de maatvoeringsnel en eenduidig op de tekening aante geven;- een programma om onderdelen vanhet hoofdmodel (op de vormtekeningweergegeven) apart uit te tekenen en!ofin een elementen-bibliotheek op teslaan. Bijv. bij prefab platen in eenvloer, worden de prefab platen op dehoofdtekening aangegeven (de ver-deling aangebracht); het programmamaakt nu automatisch de platenboek-jes;- software om automatisch de nood-3 Operator/tekenaar werkzaam aaneen interactiefgrafisch werkstation 4 Gedeelte van een menu voor hetvervaardigen van wapeningstekeningenSTAAF COOERJNGAZVAAHORVERTDIAM'6AFSTVAA~ L- _ ---l V~l~ STAA.F CODERING H2~~ C- L.. L-J ...--J ~L-=:J ~---./l -.33---"l ~L-J-::rJ31 C-J33 I'\...-34 ~:?1 ~45 ~~45 "---T? ol11 L-.J!5?KK/~EN12 L..-.J L-....J-12? ~jL...........J BEAM__ ___?l13 ~oI14 LJ~fWlll415 I:L.....J L.-.!J-15 ca.. -:-?1 -:-?100 rDZ2ZI-----........I -11-------4 -13-----' -14-------::J -21~-22-----c-23~-240011 L---13~14 ~21 C--22 ~23 ~24 \....--:l5 "---/26 '---/Z1~28~12 Cement 1986 nr. 6zakelijke arceringen te genereren;-software om automatisch teksten optekening te plaatsen waar het hoort.In de eerste plaats wordt echter veelvul-dig gebruik gemaakt van de eigen capa~citeiten van een basis grafisch teken-pakket, de zogenaamde basiscomman~do's voor het kopieeren, spiegelen vanconstructie-onderdelen, roteren, kor~ter/langer maken enz.Een goede werkvoorbereiding van eenprojectis absoluut noodzakelijk tenein~de de capaciteiten vaneen CAD/CAMsysteem optimaal te benutten. Dit geldtzowel voor de organisatie van hetgeheleprojectals voorde aanpak van elke teke~ning afZonderlijk. Deze noodzaakspeeltmet name voor het vooraf bepalen vanrepetitie~effecten en spiegelingsmoge-lijkheden. Maar ook de analyse vanmogelijkheden om bestaande databases(bibliotheken) met bij vroegere of bijhetzelfde project gebruikte standaarddetails of standaard elementen te ge~bruiken, speelt een grote rol.Ook binnen een project is het vaaknoodzakelijk om een projectgebondendatabasevan details enelementen aan teleggen. Dit is van belang omdat zij vaakop verschillende tekeningen wordenherhaald. Hier speelt direct de moge-lijkheid van kwaliteitsverbetering vanhet tekenwerk, omdat zonder moeiteeen detail kan worden herhaald wat bijde traditionele wijze van werken omeconomische redenen achterwege blijft.WapeningstekeningenDe wapeningwordtvolledig door betoningesloten. Het is dan ook logisch datdewapening wordt aangegeven op eenkopie (acute) van de vormtekening. Opdeze tekening worden alle wapenings-typen in Vorm en afmeting schematischweergegeven, evenals de ligging en deverdeling van de afZonderlijke staven.Aan de hand van deze tekeningen wor-den buigstaten vervaardigd die dienenomde staveninhetjuisteaantal op leng-tete knippen en in dejuistevorm te bui-gen. De wapeningstekening bevattevens de gegevens omtrent de vereistebetonkwaliteit en de betondekking.BasisprincipesDe constructeur berekent aan de handvan het krachtenverloop in de beton~constructie de benodigde wapenings-doorsnede op maatgevende plaatsenvanhet constructiedeel. Slechts op plaatsenwaar hetkrachtenverloop minder door-zichtig is, schetst hij de aan te brengenwapening in diameter, aantal enlofvorm. Op de tekenkamer wordt ditver-taald in een rationele wapeningsnet.De wapening bestaat uit stavenwelke deCement 1986 nr. 6maatgevende doorsneden verbinden enop voldoende afstand Vande buitenzijdevan het beton zijn gelegen (dekking). Bijde keuze van een rationeel wapeningwordt meestal een drietal stappendoor-lopen.a. Keuze basisnetVooral bij constructiedelen Van enigeomvang zowel in de lengte als in debreedte, wordt vaak een basisnet ge-kozen. Dit netvormt in iedere doorsne-de een onderwaarde van de noodzake-lijke aanwezige wapening. Afhankelijkvan de eisen voor de scheurwijdte wordthiervoor meestal een wapeningsdoor-snede gekozen, diejuistboven hetmini-mum wapeningspercentage ligt.Hierbij wordtin ogenschouwgenomen:~ ofvolgensde berekeningopveelplaat-sen met? dit minimum kan wordenvolstaan;- of dit net tot een rationele oplossingleidt om de momentpieken te wape~nen;- ofniet zoveel wapening moet wordentoegevoegd dat het basisnet vrijwelverwaarloosd kan worden;- ofde wapeningsstaven ter plaatse vanmomenten~maxima niet te dicht op-een komt te liggen.Het basisnet wordt zoveel mogelijk inhandelslengten gelegd, waarbij in prin-cipe lassen ter plaatse van momenten- .maxima worden vermeden.b. Bijlegstaven ter plaatse Van moment-maximaHier worden vaak dikkere staven vanbeperkte lengte aan het basisnet toe~gevoegd. Van belang is dat de diametersonderling niet teveel verschillen en dateen zekere standaardisatie van wape-ning op plaatsen met overeenkomstigemomenten-maxima wordt verkregen.c. Afsluiting van be?indigingen en aan-sluitingenVooral ter plaatse van randen van con-structiedelen en bij aansluitingen opandere constructiedelen, wordt wape-ning toegevoegd om (toevallig) aangrij-pende krachten in te leiden. Ook hierwordt er zoveel mogelijk naar gestreefdconstructiedetails met gelijke geome-trie en met een gelijksoortig krachten-spel van gelijkvormige (basis)wapeningte voorzien.VariatiesHet is algemeen bekend dat bij het wa-penen afhankelijk van de vorm van deconstructie een groot aantal staafvor~men en staaflengten kunnen ontstaan.Omdiverse redenenis hetgewensthier-in meer eenheid te brengen. Variatie inde lengte kan worden beperkt door, in-dien mogelijk, $ebruik te maken vanhandelslengten (12 en 14 meter) ofeenbepaald gedeelte hiervan (bijv. 115, 1/4,112, 2/3, 3/4, etc.). Zo wordt onnodigknipverlies voorkomen.Teveel variatie in de vorm is te voor-komen door van te voren een aantalbasisvormen afte spreken, waarvan zo-veel mogelijk gebruik wordt gemaakt,en waarbij toch voldoende flexibiliteitvoor de ontwerper gehandhaafd blijft.Bestuderingvan de praktijkvanhet wa-penen leidt tot de conclusie dat met eenbeperkt aantal basisvormen kanwordenvolstaan. Deze wetenschap is van grootbelang bij het bepalen Van de opzet Vaneensoftware pakketvoor hetcomputer-g~steund tekenen van wapeningsteke-nmgen.Onderscheiden kunnen worden (fig. 4)- rechte staven;- staven met een haakse ombuiging;-staven met twee haakse ombuigingen(zoals beugels);- staven met meer dan twee haakse om~buigingen;- staven met niet-haakse ombuiging;- wapeningsnetten.Hierbij is in belangrijke mate aangeslo-ten bij NEN 6146 'Wapeningsstavenvoor gewapend beton'.VVapeningtekenenmetspecffiekeapplicatie softwareAlgemeenOmdat op dit specifieke applicatie-gebied ~ ook internationaal-geen soft-ware beschikbaar was, is besloten dezezelfte ontwikkelen. In dejaren 1982 en1983 is ervaring met het systeem opge-daan, met name ten aanzien van de ge-bruiksmogelijkheden voor vormteke-ningen, met als gevolg onder andere deeerder beschreven eigen software toe-voegingen. Begin 1984 is de eerste versievan het software pakket GP-STRUCT-REBAR gereed gekomen. Dit pakket isals een specifieke applicatie te beschou-wen, gericht op het tekenen van wape-ning voor betonconstructies. Eind 1984is de verbeterde versie GP~STRUCTREBAR ge?mplementeerd.ProgrammaGP-STRUCT-REBARKenmerkend is datditpakketzowel ge-bruikmaaktvan de hiervoorbeschrevendefiniering van basisvormen als van dein het computergeheugen opgeslagengeometrische informatie van de vormvan de betonconstructie.De essentie van de programmatuur is13CONSTRUCTIEF ONTWERP INFORMATICAeen zogenaamde projectgebonden rela~tionele database. Allereerst wordt in-gegaan op de betekenis daarvan.Een databasebestaatuiteenhoeveelheidgegevens, opgeslagen in het geheugen.Deze gegevens kunnen zowel grafisch(bijv. lijnen) als alfanumeriek (getallene.d.) zijn. Tussen beide soorten gegevensis een mathematische relatie te formu-leren, Wat duidelijk is te maken aan dehand van hetvolgende voorbeeld (fig. 5).Van deze betonplaat zijn de afmetingenmiddels de vormtekening in het com-putergeheugenvastgelegd (de universe~Ie gegevens). Hieraan is het gegeven 'deplaatdikte' toegevoegd.Voor het gebruikvan REBARwordt hetdatabestand nog met enkele gegevensuitgebreid: dekking, betonkwaliteit enstaalkwaliteit. Deze (specifieke) ge-gevens hebben in het computergeheu-gen een directe relatie met de beton-plaat.Om nu de aangegeven staaf te tekenenworden nog enkele specifiek bij dezestaafbehorende data gegeven: diameter,onderlinge afstand, vormtype-num-mer, randen tot waar de staaf loopt,plaatsvan de opleggingopdewandenenhet gebied waarin deze staaf wordt ge-legd (de pijl). De computer bepaalt numathematisch de lengte van het rechtestuk (Lr - 2d), de lengte van de opstaan-de zijden (ht - 2d), de lengte van de om-buiging (verankeringslengte min op-staande zijde?min oplegbreedte) en hetaantal staven (lengte pijl/onderlinge af~stand).Al deze gegevens vormen de databasevan deze staaf. Alleen de vorm van destaaf, de pijl en het bijschrift (20 0 12 -200)wordenop tekeninggepresenteerd.Echter, alle numerieke gegevens blijvenin directe relatie tot deze staaf in dedatabase opgeslagen en kunnen dan ookdirectin eenbuigstaatworden omgezet,slechts door de betreffende staafop te-kening aan tewijzen. Ookbij eenstaafinde andere richting wordt de databasevan de eerste staafgebruikt om de dek-king in de tweede laag te bepalen.Uit het bovenstaande blijkt dat het erom gaat de informatie (data), die mini-maal noodzakelijk is. om de gedetail-leerde vorm van de wapening binneneen eenmaal gekozen basisvorm te be-palen, zoveel mogelijk automatisch be-schikbaar te hebben.Opgrondvan een uitvoerige studie vande methodiekvan hetwapenenis, geba-seerd op de VB 1974/1984 de daartoevereistesoftware ontwikkeld. De opera-tor/tekenaar hoeftzichvervolgens nau-welijks meer te bekommerenoverzakenals dekking, verankeringslengte, las- enkniplengte, de exacte maatvoering vanstaven in verband metbuigstaten, code-ringen etc.Voorts is software ontwikkeld voor hetvolledig geautomatiseerd plaatsen vanteksten bij de wapening, waarbij de ope-rator/tekenaar alleen deplaats hoeftaante geven. Ookis eenoplossinggevondenvoor scheef verlopende randen. Eenmassa routine werkvan de tekenaar metde pocket-calculator op het tekenschotwordt dus automatisch verricht en deoperator/tekenaar kan zich concentre-ren op de wezenlijke zaken zoals dekeuze van staafbe?indigingsvormen,maaswijdte, aansluitdetails etc. Tal vanformules, zoals opgenomen in deVB 1974/1984 ten behoeve van de geo~metrische detaillering van de wapeningzijn in de software opgenomen. Veel-vuldig wordt gebruik gemaakt van re-petitie-effecten, kopieer-, rotatie- enspiegelingsmogelijkheden.Recent is ook de mogelijkheid van hetwapenen met netten aanhetpakket toe-gevoegd, waarvan de verwerking optekening op analoge wijze geschiedt alsbij de wapeningsstaven.ToepassingenDe applicatie software is inmiddelszover ontwikkeld dat de meest voor~komende constructie-elementen zoalsplaten, wanden, kolommen, balken enpoeren, inclusiefalle aansluitmogelijk-heden verwerkt kunnen worden. Ooksoftwarevoor hetwapenen (incl. netten)is gerealiseerd.Gezien de beperkte beschikbaarheidvan (programmeurs-)mankracht en devoortdurende wens naar nieuwe moge-lijkheden en verbeteringen blijft de af-ronding een voortgaand proces.Er zullen altijd elementen zijn die nietbinnen het programma passen. Dit gaatslechtsOmeenzeer kleinpercentage vantekenwerk,waarvoornogaltijd debasis-software beschikbaar is. Hoewel ditveelmeer tijd vergt, zal het zeker geen be-langrijke factor zijn voor de kosten vanhet totale tekenwerk.Commando'sHetvolledigeprogrammaomvatslechtseen zestal commando's waarvan demogelijkheden worden beschreven.5 Voorbeeld van relaties tussen data 6 Fictiefvoorbeeld van eenuitkraging aan een wand201'12 -20014 Cement 1986 nr. 6onder20.40.49.boven20.40.49.staaf code 31 gespiegeldhoek Val de staaf 0 1)")staaf eerste la:g onderdekking onder eerste lcxg 20rrmdekking onder tweede lcxg 40rrmstaaf dk:rneter 20 rrmdekki1g boven eerste Icxg 20rrmdekking boven tweedelcxg 40rrmdekking links eerste Icxg 20rrmQekking rechts tweede Icxg45mndekking rechts eerste Icxg 25nmbeton enstcd kw