Forschungsprojekt Tragwerk-FMEA

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1 F 2803 Michael Eisfeld, Friedel Hartmann, Jörg Dietz, P. Jahn, Dominik Liening, Tesfaye Regassa, Werner Seim, Alexander Steffens, Peter Struss, Borys Takunov, Tobias Vogt Forschungsprojekt Tragwerk-FMEA Präventive Qualitätssicherung in der computerbasierten Tragwerksplanung durch Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse Fraunhofer IRB Verlag

2 F 2803 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlußberichtes einer vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung -BMVBS- im Rahmen der Forschungsinitiative»Zukunft Bau«geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder. Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt. Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur Verfügung gestellt wurde. by Fraunhofer IRB Verlag 2012 ISBN Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages. Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Telefax

3 Projektleiter: Dr.-Ing. Michael Eisfeld MSc Professor Dr.-Ing. Friedel Hartmann Autoren: Dr.-Ing. Jörg Dietz Dr.-Ing. Dr. P. Jahn Dr.-Ing. Michael Eisfeld MSc Professor Dr.-Ing. Friedel Hartmann Dipl.-Ing. Dominik Liening Dr. Tesfaye Regassa Professor Dr.-Ing. Werner Seim Dr.-Ing. Alexander Steffens Professor Dr. Peter Struss Dipl.-Ing. Borys Takunov MSc Dipl.-Ing. Tobias Vogt Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gefördert. (Aktenzeichen: Z /II 2 F ). Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt beim Autor.

4 III Vorwort II 1 Einleitung Motivation Definiton der Fragestellung Forschungshypothese Struktur des Abschlussberichtes 4 2 Ist-Zustand und Zielspezifikation Motivation Skizze Tragwerk-FMEA System-FMEA auf Basis eines Modells Probelmstellung - Ist-Zustand Zielspezifikation 12 Literaturverzeichnis 14 Anhang A: Dokumentation der Umfrageergebnisse A1 3 Selbsttests Vorbereitende Überlegungen zur Tragwerk-FMEA Beschreibung der Fallstudie Bürohaus X Durchführung der Tragwerk-FMEA an dem Bürohaus X Erkenntnisse und Anforderungen für FMEA-Sitzung 9 Literaturverzeichnis 11 Anhang A: Globaler Lastabtrag Bürohaus X A1 Anhang B: Sitzungsmappe B1 Anhang C: Ergebnisse Eisfeld Ingenieure C1 Anhang D:Ergebnisse WTM Engineers D1 4 Leitfaden mit Praxisbeispielen Einleitung Vorbemerkungen Begriffe Vorgehensweise Tragwerk-FMEA Einordnung des Bauwerks in Gefährungsklassen Tragwerksentwurf und Vorbemessung Einordnung des Bauwerks in Robustheitsklassen Einordnung des Bauwerks in FMEA-Klassen Darstellung des globalen Lastabtrags Fehleranalyse Risikobewertung Optimierung Dokumentation der Ergebnisse Begleitung der weiteren Planung und Ausführung Fehlerkategorien und Fehlerursachen Fehlerarten und Entdeckungsmaßnahmen 19

5 IV 4.3 Anwendungsbeispiele Anleitung zur Durchführung der FMEA mit Anwendungsbeispielen Beispiel Mauerwerksbau Formblätter zu Mauerwerksbau Beispiel Holzbau Formblätter zu Holzbau 46 Literaturverzeichnis 27 Anhang 1: Mauerwerksbau A1.1 Anhang 2: FMEA-Formblätter A2.1 Anhang 3: Holztafelbau A3.1 Anhang 4: FMEA-Formblätter A4.1 5 Fallstudien Fallstudie WTM Engineers Projekt FMEA-Sitzung Fallstudie Werner Sobek Einleitung Projektbeispiel FMEA Isometrie Tragwerk Durchführung FMEA Diskussion der Strukturanalyse im Projektteam Erkenntnisse Zusammenfassung 10 Anhang A: Formblätter A1 6 Bauteilkatalog 1 7 Modellierung Das FMEA-Modell Konzepte Diagramme Beziehung zur FMEA-Tabelle Fehler und Effekte Fehlerursachen, Effekt(typen), Fehlertypen Fehlerklassifikation Beispiele Weitere Objekte 9 8 Standsicherheitsnachweise mit finiten Elementen Einleitung und Methode mit Hintergrundwissen Was finite Elemente sind und nicht sind Vergleich des gerechneten Lastfalls mit dem eingegebenen Lastfall Adaptive Verbesserung Einflussfunktionen der Schlüssel zu den finiten Elementen Statik ist angewandte Kinematik Abklingverhalten Dipole und Monopole oder warum Querkräfte ungenauer sind als Momente 20

6 V Einflussfunktionen, die mit dem Abstand vom Aufpunkt wachsen Singularitäten Oszillierende Lagerkräfte Pollution Maxwell und die Folgen Das wahre Tragweksmodell Ist 3-D genauer als 2-D? Hierarchie der Werte Zahlengläubigkeit Biege- und Diskontinuitätsbereiche Auskragende Bauteile Lagerkräfte Lagersteifigkeiten Ausrunden der Momente? Lagerkräfte von Scheiben Stützen Unterzüge Mängel in der Konstruktion Gleichgewicht Die Konsequenzen für die Statik 61 9 Sensitivitätsanalyse Einleitung und Methode mit Validierung Validierung, Verifizierung und Einflussfunktionen Wie wird die Sensitivitätsanalyse angewandt? Implementierung der Sensitivitätsanalyse Änderungen und Steifigkeiten Kurze Einführung Anwendungsskizze - Frage Anwendungsskizze - Frage Rechentechnische Umsetzung Nachgiebige Lager Kollaps von Tragwerken kritischer Pfad Softwarebeschreibung Funktionalität Benötigte Fremdsoftware Funktionale Anforderungen Allgemeiner Lösungsansatz, Architektur Lösungsideen Struktur und Ablauf der Software Entwurf und Schnittstellen Datenstrukturen Konzeptionelle Klassen Datenaustausch mit Modulen zur numerischen Berechnung und Visualisierung Datenaustausch mit QFE Datenaustausch mit dem TableEditor 16

7 VI 11 Softwareprototyp 1 12 Zusammenfassung Schlussfolgerungen Offene Fragen und weiterer Forschungsbedarf Ergebnisse und deren Veröffentlichung 2

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