CADCRETE (XV)CAD-KOLOM, VOOR BEREKENEN, ONTWERPEN EN TEKENENVAN KOLOMWAPENINGirJB.N.Blans*ingX.Toepoel, TU Delft, faculteit Civiele Techniek, sectie BetonconstructiesIn deze artikelenserie thans aandacht voor de ontwikkeling van een CAD-systeemwaarmee kolomwapening kan worden berekend, ontworpen en getekend. Hetonderzoek hiervoor is uitgevoerd als afstudeerwerk aan de TU Delft. Doelstelling isdat gebruik van het CAD-systeem moet leiden tot kwaliteitsbeheersing en-verbetering, zonder verhoging van de kosten ten opzichte van de huidigewerkmethode. Dat betekent dat bij gebruik van het CAD-systeem een verkortingvan de totale procestijd met meer dan 50% noodzakelijk is. De onderzoekmethodeen -resultaten -worden toegelicht.en adviesbureau wil voor het totde realisatie van een CAD-sys-teem overgaat, inzicht hebben inprestaties, kosten en baten. Dit kan hetbeste gebeuren aan de hand van een zo-genaamd functioneel model van hetCAD-systeem. Als belangrijke rand-voorwaarde voor het informatiesysteemgeldt, dat de gebruiker op eenvoudigewijze gegevens in bestanden moet kun-nen wijzigen en dat de bestanden altijdvolledig zijn. De kosten en baten van hetsysteem worden sterk be?nvloed door demogelijke vormvariaties van de kolom.Het was daarom noodzakelijk de varia-tiemogelijkheden te beperken.Uitgaande van het huidige werkpakketleken de volgende uitgangspunten ac-ceptabel:- de kolom is onderdeel van een utilitai-re in het werk gestorte monoliet-con-structie;- de kolom kan onderdeel zijn van zo-wel een geschoord als een onge-schoord raamwerk;- de dwarsdoorsnede verandert nietover de lengte van de kolom;- de dwarsdoorsnede kan rechthoekigof cirkelvormig zijn;- de kolom kan ??n geheel vormen meteen betonnen wand;- aan de kolom kunnen willekeurig ge-vormde consoles, kolomplaten of ko-lomkoppen aansluiten;* Dit artikel is een samenvatting van het afstu-deerwerk van ir. Blans, die thans in militairedienst is. Het onderzoek werd uitgevoerd in sa-menwerking met Adviesbureau D3BN te Am-sterdam.- eventuele sparingen in de kolom heb-ben geen invloed op het ontwerp vande wapening.Huidige werkmethodeOm een goed inzicht te krijgen in deverschillende deelprocessen en infor-matiestromen werd de huidige werk-methode geanalyseerd en in beeld ge-bracht. Hiervoor werd de methodeIDEF-0 gebruikt [1,2]. Een diagramvoor het hoogste niveau is in figuur 1weergegeven. De blokjes geven de pro-cessen weer. Elk proces met bijbehoren-de informatiestromen wordt weer ver-der opgedeeld, tot voldoende inzichtbestaat om het informatiesysteem tekunnen ontwikkelen.De ontwerptekening van de constructieen de vormtekeningen worden reedsmet een geautomatiseerd standaard-te-kensysteem gemaakt (activiteiten 1 en6). De krachtsverdeling in de constructiewordt meestal berekend met een pro-gramma, gebaseerd op de raamwerk- ofeindige-elementenmethode (activitei-ten 2 en 3). De overdracht van gegevenstussen alle processen gebeurt thans niet-digitaal, dus via schetsen, tekeningen,lijsten en dergelijke.Het ontwerpen van de wapening (om-zetten van de berekende hoeveelheidlangswapening en beugels in het ont-werp van een wapeningsconstructie) isthans het minst geformaliseerde proces.Praktisch inzicht in het produktie- enuitvoeringsproces, alsmede creativiteitspelen hier een belangrijke rol. Hier-door treden bij de uitvoering van ditproces door de verschillende medewer-kers grote verschillen op.Aanvullende standaardisatieOm een effici?nt werkend en kwali-teitsverhogend informatiesysteem tekunnen ontwikkelen, was daarom aan-vullende standaardisatie binnen hetproces 'Bepaal kolomwapening' nood-zakelijk. Deze standaardisatie betrof zo-wel het proces als het produkt en om-vatte:Introductie van het begrip 'wapeningsele-ment'De constructeur of tekenaar definieert,op basis van het krachtsverloop en deuitvoeringsmethode, eerst het type, deafmetingen en de positie van een wape-ningselement. E?n of meer elementenvormen de kolomwapening. Daarnaworden per element de staven in ken-middellijn, aantal, plaats en vorm vast-gelegd. Een element kan zowel bestaanuit een korf van aan elkaar bevestigdelangswapening en beugels als uit eengroep losse staven (fig. 2). Op deze wijzewordt het ontwerpproces gestructu-reerd en wordt geanticipeerd op pro-duktieproces en uitvoering.Beperking van het aantal variaties in vorm ensamenstelling van de kolomwapeningIn overleg met constructeurs en teke-naars werd een aantal standaard oplos-singen ontwikkeld. Hierbij waren debelangrijkste uitgangspunten:Cement 1991 nr. 1 49EDiagram proces-analyse hoogsteniveau van huidige werkmethode2 Principe wapeningselementena. geprefabriceerde korfb. groep losse staven- voor de langswapening worden uit-sluitend rechte staven en staven metaan ??n einde een ombuiging van 90?toegepast (vormcodes 07.00 en 11.00uit NEN 6146) (fig. 3),- de aansluiting van twee elementenmet gelijke doorsnedeafmetingen enstaafposities heeft plaats door de sta-ven van een element een staafdikte teverplaatsen, het zogenaamde molen-wieken (fig. 4),- bij de overgang naar andere kolomaf-metingen worden de staven niet metzogenaamde bajonetten gemaakt,maar wordt een groep losse staven toe-gepast (fig. 5);- bij een hoger wapeningspercentagedan 4% worden de elementen doormiddel van mechanische lassen aan el-kaar verbonden;- voor de be?indiging van de kolomwa-pening aan de bovenzijde kan wordengekozen uit twee groepen varianten.Ontwerp functioneel modelBij het ontwerp van het functionele mo-del van het CAD-systeem is in eerste in-stantie uitgegaan van de analyse van hethuidige proces (AS-IS situatie). Vervol-3 Keuzemogelijkheden staafvormengens is onderzocht welke deelprocessengeheel of gedeeltelijk te automatiserenzijn. Daarna zijn de interacties tussen deactiviteiten in de nieuwe (TO-BE) situa-tie bepaald. De processen op het hoogsteniveau kunnen als volgt worden samen-gevat:1. 'Maak vormtekening'De gebruiker geeft door numerieke in-voer de belangrijkste afmetingen op vande beschouwde kolom en de kolom er-boven. Er wordt met een lokaal assen-stelsel gewerkt. Met deze gegevenswordt de 'voorlopige vormtekening' ge-maakt. Met behulp van commando'svan het standaard-tekenpakket wordtde tekening afgemaakt.2. 'Bereken kolomwapening'Uit de resultaten van een mecha-nicaprogramma worden voor de maat-gevende kolomdoorsneden de buigen-de momenten, normaalkrachten endwarskrachten geselecteerd. Daarnawordt de keuze gedaan van tweezijdig ofvierzijdig wapenen, waarna met eenprogramma op interactieve wijze delangswapening in mm2en de beugelwa-pening in mmVmm wordt bepaald.3. 'Ontwerp kolomwapening'Op basis van de vorm van de kolommen,het krachtsverloop en de berekende wa-pening wordt de kolomwapening inge-deeld in elementen. De elementen wor-den daarna ingevuld met staven en beu-gels, waarbij door het systeem staafvor-men worden aangeboden en de gebrui-ker de keuze maakt.4. 'Detailleer wapening'De elementen worden nu gedetailleerd,waarbij van twee groepen details ge-bruik kan worden gemaakt.5. 'Teken kolomwapening'De werktekening kan de volgende ver-50 Cement 1991 nr. 11Standaard-oplossing wapeningverjongde kolomFunctioneel schema 'Bereken kolomwapening'(a) met verklaring symbolen (b)schijningsvormen hebben:- de vormtekening van de kolom, zon-der wapening;- de kolomvorm met de indeling in wa-peningselementen;- de elementtekeningen, bestaande uittwee zijaanzichten en ??n of meerdwarsdoorsneden.In het functionele model wordt onder-scheid gemaakt tussen permanente ver-zamelingen, activiteiten en tijdelijkeverzamelingen als in- of uitvoer van ac-tiviteiten (fig. 6b).De volgende permanente verzamelin-gen (in het technisch ontwerp wordendeze getransformeerd in bestanden)worden onderscheiden:- vormgegevens kolom;- vormtekening kolom;- rekengegevens;- ontwerpgegevens;- gegevens van elementen;- indeling elementen;- gegevens van staven.De activiteiten die de basis vormen voorde verschillende programma's, wordenonderverdeeld in drie soorten:- actie geheel bepaald door gebruiker;- interactief proces;- volledig geautomatiseerd proces.Een model van het deelproces 'Berekenkolomwapening' is in figuur 6a weerge-geven.Kosten-baten analyseOp basis van het totale functionele mo-del kan reeds een eerste raming van dekosten en baten worden gemaakt.Daartoe is een schatting gemaakt van debenodigde tijd voor de verdere ontwik-keling van het systeem. Tevens zijn aan-namen gedaan voor aanschaf en onder-houd van apparatuur en programma-tuur. Uitgaande van het gebruik binnenproj ecten kan het tarief voor het systeemworden vastgesteld. Uit de doelstellingvan het onderzoek volgt, dat gebruikvan het CAD-systeem moet leiden totkwaliteitsbeheersing en -verbetering,zonder verhoging van de kosten ten op-zichte van de huidige werkmethode.Uit de tarieven voor constructeur en te-kenaar, de tarieven voor werkstations engebruik van het systeem en de algemeneCement 1991 nr. 1 515 6PRODUCTINFORMATIECastor freest sleuven in betonOnlangs is nieuw handgereedschap ge-?ntroduceerd voor het frezen van sleu-ven in beton. Onder de naam Castorbrengt de Rotterdamse handelsmaat-schappij Rodiam de machine van fabri-kant SMG (Frankrijk) op de markt. DeSMG Castor weegt 6,4 kg en werkt op220 Volt. Met een vermogen van 1400Watt en 3500 omwentelingen/minuutis de machine in staat sleuven te frezenmet een breedte van 8 tot 29 mm, meteen minimum diepte van 12 mm en eenmaximum diepte van 35 mm. Daartoezijn twee gediamanteerde freesbladengemonteerd met een diameter van 130mm. Twee geleiderollen maken het mo-gelij de positie en voortbeweginggoedte beheersen. De betonfreesmachinewordt gecomplementeerd met een af-zonderlijke, verrijdbare stofafzuig-installatie. Deze werkt met een onder-druk van 2 m waterkolom en heeft eenopzuigcapaciteit van 250 m3per uur.Het nieuwe gereedschap maakt deel uitvan een breed programma zaag-, frees-en boormachines voor beton en na-tuursteen, dat Rodiam vertegenwoor-digt.530 km pijpleiding met beton be-kledenOp de Maasvlakte is op 15 november1990 officieel de nieuwe fabriek vanNcoat in gebruik gesteld voor het bekle-den van pijpleidingen. Ncoat is een sa-menwerkingsverband tussen Schokin-dustrie te Zwijndrecht, Key en KramerCoatings te Maassluis, Hollandsche Be-ton- en Waterbouw te Gouda en hetNoorse aannemingsbedrijf A/S Veidek-ke. De fabriek verschaft werkgelegen-heid aan circa 200 personen. Dezen zijninmiddels druk doende met een op-dracht van het Noorse bedrijf StatoilRodiam presenteert dezebetonfreesmachine metgediamanteerde freesbladen, voor hetfrezen van sleuven in betonLuchtopname van de fabriek en hettasveld van Ncoat op de Maasvlakte.Hier zal in twee jaar tijd 530 kmpijpleiding worden voorzien van eengewichtsbekleding van zwaar betonfoto: Aeroview/Dick Sellenraad(vervolg van blz. 5l)kosten kan de tijdwinst worden bere-kend die nodig is om tegen gelijke kos-ten in een project te werken, zie ook [3].Het blijkt dan dat bij gebruik van hetCAD-systeem een verkorting van de to-tale procestijd met meer dan 50% nood-zakelijk is.Samenvatting en conclusiesHet onderzoek heeft een goed inzichtgegeven in de mogelijkheden om bin-nen een CAD-systeem het berekenen,ontwerpen en tekenen van de wapeningte integreren.In een volgende fase van de ontwikke-ling kan een technisch ontwerp van hetsysteem worden gemaakt, waarna metde bouw kan worden begonnen. Sa-menvattend kan het volgende wordengeconcludeerd:- het CAD-systeem wordt opgebouwduit een groot aantal componenten,waarbij deelprocessen afwisselenddoor de gebruiker en de computerworden uitgevoerd;- het CAD-systeem sluit aan op hetreeds geautomatiseerde gedeelte vanhet ontwerpproces;- bij het ontwerp van de wapeningwordt het begrip 'wapeningselement'gebruikt, tussen de niveaus construc-tiedeel en wapeningsstaaf;- in het CAD-systeem wordt gebruikgemaakt van standaard-oplossingenvoor het ontwerp van elementen enstaven;- de gebruiker kan op interactieve wijzetekeningen wijzigen en gegevens inbestanden aanpassen;- de werktekeningen worden in drie la-gen uitgevoerd: kolomvorm, elemen-tenoverzichten en elementenopbouw;- door gebruik van het systeem CAD-KOLOM wordt het proces geforma-liseerd. Op verschillende punten inhet traj eet zullen de resultaten door decomputer worden getoetst op normenen richtlijnen.Literatuur1. Toepoel, L., IOP-onderzoek voor hetwapeningsproces. Cement 1989, nr.10.2. Toepoel, L., Van computerpro-gramma naar informatiesysteem. Ce-ment 1990, nr. 3.3. Hertogh, M.J.C, en L. Toepoel, CAD-tekenen van wapening, kosten en baten.Cement 1989, nr. 12.52 Cement 1991 nr. 1