BEAMS2FEM : Automatisierte Generierung parametrischer FEA-Modelle aus Scandaten zur Tragwerksanalyse und vertikalen Aufstockung von Bestandsindustriegebäuden

Abstract

Die zunehmende Flächenversiegelung und der steigende Wunsch zukünftig nachhaltiger zu bauen, erfordern innovative Ansätze zur effizienteren Nutzung bestehender Industriegebäude. Diese Arbeit untersucht die automatisierte Generierung parametrischer Finiter-Elemente Modelle aus Scandaten für die Bewertung des Bestandtragwerks und des Aufstockungspotenzials von Industriegebäuden.Hierzu wurde das BEAMS2FEM Framework Tool entwickelt. Dieses Tool ergänzt Strukturinformationen aus Scandaten mit Nutzereingaben, um effizient FE-Analysemodell für eine schnelle Bewertung der tragenden Struktur zu erstellen. Der Workflow kombiniert dabei Excel, zur Daten Ein- und Ergebnisausgabe, mit der Tragwerksberechnungssoftware Dlubal RFEM über ein, auf Python basiertes, Backendskript. Diese Methodik ermöglicht eine effektive Analyse der Tragfähigkeit bestehender Strukturen und reduziert den Planungsaufwand bei Aufstockungen.Zur Validierung des Tools wurde BEAMS2FEM an zwei realen Industriehallen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Kombination von Scandaten und Nutzereingaben realistische Tragwerksmodelle semi-automatisch, schnell und unkompliziert generiert und analysiert werden können. Für beide untersuchten Hallen wurde ein Aufstockungspotenzial identifiziert. Eine Einschränkung des Tools liegt in der derzeit noch fehlenden Berücksichtigung horizontaler Lasten.Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur digitalen Tragwerksanalyse und zur nachhaltigeren Nutzung bestehender Industriebauwerke. Künftige Forschungsarbeiten könnten das Framework durch eine ganzheitlichere Lastenbetrachtung und die Implementierung gezielter Bestandsertüchtigungsmaßnahmen erweitern.

The increasing land sealing and the growing demand for more sustainable construction methods require innovative approaches for the more efficient use of existing industrial buildings. This thesis examines the automated generation of parametric finite element models from scan data for structural assessment and potential for vertical extensions in industrial buildings.For this purpose, the BEAMS2FEM framework tool was developed. This tool combines structural information from scan data with user inputs to efficient create FE analysis model for quick evaluation of the load-bearing structure. The workflow integrates Excel for data input and result output with the structural calculation software Dlubal RFEM through a Python-based backend script. This methodology enables efficient analysis of the load-bearing capacity of existing structures and reduces planning uncertainties when for extensions.To validate the approach, the method was tested on two real industrial halls. The results show that realistic structural models can be semi-automatically generated and analysed quickly by combining scan data and user inputs. For both examined halls, potential for vertical extensions was identified. A current limitation of the tool is the lack of consideration of horizontal loads.This work contributes to digital structural analysis and the more sustainable use of existing industrial buildings. Future research could extend the framework by considering a more comprehensive load analysis and implementing targeted reinforcement measures for existing structures.