Structural-modelling-and-analysis-using-BIM-tools

137 Pages·2010·4.41 MB·English

Master’s Thesis, June 2010 

Structural modelling and analysis using BIM tools 

Master of Science in Civil Engineering 
The School of Civil Engineering, Aalborg University 

Anne Kathrine Nielsen & Søren Madsen

Faculties of Engineering, Science and Medicine
The School of Civil Engineering
Aalborg University
Sohngaardsholmsvej 57
DK-9000 Aalborg
Phone [phone]
http://bsn.aau.dk
Title:
Synopsis:
Structuralmodellingand
analysisusingBIMtools
Thisstudywillfocusonthestructuralengineering
part in the detail design phase of the building
Theme:
process.
Master’sThesis
Different S-BIM tools are evaluated through ana-
lyses of five structures with varying complexity,
Projectperiod:
1st ofFebruarytothe different section properties, geometry, material
9th ofJune2010 propertiesandsoon.
TheS-BIMtoolsevaluatedare:
Madeby: • Add-ontoolforRevitStructure
AnneKathrineNielsen
• DirectlinkbetweenRevitandRobot
SørenMadsen
• DirectlinkbetweenRevitandStaadPro
• IndirectlinkbetweenRevitandRobot
Supervisor:
viaIFC
PoulHenningKirkegaard
The Revit add-on tool tested can be rather useful
for calculating section forces and deflection in
Editions: feasibility studies if a ’load-takedown’ feature is
3 introduced.
Itisfoundthatthedirectlinksingeneralarebest.
Numberofpages:
Regardingtimberstructures,thelinkbetweenRe-
81
vit and Robot works better than the link between
RevitandStaadPro.
Appendices:
The tested IFC exchange file format, IFC Coordi-
7
nation View, was not found suitable for the tests
performedinthisstudy.
Completed:
9th ofJune2010
Thecontentofthereportisfreelyavailable,butpublication(withsourcereference)isonlyallowedwithagreementbytheauthor.

Preface
This study is conductedat the 4th semester of the Masterof Science Programme in Civil Engi-
neering at Aalborg University. The title of the project is Structural modelling and analysis using
BIMtools. Thereporthasbeencomposedintheperiodfromthe1st ofFebruary2010tothe9th
ofJune2010. ThestudyhasbeensupervisedbyAssociateProfessorPoulHenningKirkegaard.
Theauthorswouldliketothank:
• Elizabeth Shulok from Structural Integrators for technical support to the software appli-
cationSIXchangeforRevitandSTAAD.
• RambøllinAalborgforprovidingdigitalmodelsoftheHouseofMusicinAalborg,Den-
mark.
In extension to this report a CD-ROM containing the employed models is enclosed. In the
report the CD-ROM is referred to when relevant. The contents of the enclosed CD-ROM are
listedinAppendixA.
References are provided by author and year [Author, year]. The references are listed in the
Bibliographyas:
• Books: Author. Title. Publisher,Year. ISBN.
• Articles: Author. Title. Journal,Volume(Number):Pages,Year.
• Webpages: Author. Title,Year. URL-address. Datevisited.
Aalborg,June2010
Anne Kathrine Nielsen Søren Madsen
iii

Summary in Danish
Denne rapport er udarbejdet på 4. semester af kandidatuddannelsen i Bygge- & Anlægskon-
struktion,AalborgUniversitet. Rapportenstitel,oversattildansk,er:
StrukturelmodelleringoganalysevedhjælpafBIMværktøjer
Dennerapportfokusererpådenstrukturelledelafdesignfasenibyggeprocessen,idetmulighe-
denforudvekslingafdata,fradenStrukturelleBygningsInformationsModeltilkonstruktion-
singeniørensberegningsværktøjer,behandles. Endviderevurderesgyldighedenafde,ibereg-
ningsværktøjerne,opnåederesultater. Idetfølgendebeskrivesindholdetideenkeltekapitler.
Kapitel1
IførstekapitelgivesenintroduktiontilbyggeprocessenogfordelenevedatanvendeBygnings
InformationsModellering(BIM)introducereskort.
Kapitel2
IandetkapiteluddybesBIMogdetoåbnefilformaterIFCogCIS/2præsenteres. Desudenin-
troduceres Strukturel Bygnings Informations Modellering (S-BIM). De anvendte S-BIM værk-
tøjerer:
• Revitadd-ontool: EtstrukturelttilføjelsesprogramiRevit
• IntegrationwithRobotStructuralAnalysis: EtdirektelinkmellemRevitogRobot
• SIXchangeforRevitandSTAAD:EtdirektelinkmellemRevitogStaadPro
• IFC:Etåbentfilformat,deranvendessomindirektelinkmellemRevitogRobot
Kapitletafsluttesafenproblemformuleringsamtdengenerellemetodeforprojektet.
Kapitel3
I tredje kapitel testes S-BIM værktøjerne vha. tre simple konstruktioner med forskellige tvær-
snitsegenskaber, geometri, materialeparametre osv. Testene viser at Revit add-on tool kun kan
anvendestilbestemmelseafsnitkræfterogudbøjninger. LinketIntegrationwithRobotStructural
Analysis giver generelt den bedste overførsel af data, idet linket SI Xchange ikke understøtter
trækonstruktioner. DataoverførslenviaIFCermegetmangelfuld. DetteskyldesathverkenRe-
vitellerRobotunderstøtterdenstrukturelledelafIFCformatet,StructuralAnalysisView. IFC
anvendes derfor ikke til yderligere tests. Ingen af S-BIM værktøjerne er i stand til at håndtere
armeret beton, på tilfredsstillende vis, hvorfor der ikke laves yderligere tests med betonkon-
struktioner.
v
Kapitel4
IfjerdekapiteltestesS-BIMværktøjernevha. enrammekonstruktionitræ. Konstruktionener
mere kompleks end konstruktionerne i kapitel 3, idet der er flere elementer, som alle er skrå
og flere af elementerne er pultbjælker. Ingen af de anvendte S-BIM værktøjer kan håndtere
pultbjælkerne. Disse modelleres derfor som stykvise bjælker med konstant tværsnit. Revit
add-on tool kan stadig kun anvendes til bestemmelse af snitkræfter og udbøjninger. Linket
IntegrationwithRobotStructuralAnalysisvisersigigenatværebedreendSIXchange-linket.
Kapitel5
I femte kapitel behandles importen af en model til Revit inden S-BIM værktøjerne testes. Den
behandledekonstruktionerentredimensionelstålkonstruktion,somoprindeligtermodelleret
afRambølliTeklaStructures. KonstruktionenimporteresiRevitviafilformaterneDWG,IFCog
CIS/2. Ingen af dataoverførslerne giver en tilfredsstillende repræsentation af konstruktionen,
hvorfordenistedetimportersviaCIS/2fraRobotogefterfølgendetilrettesmanuelt.
Konstruktionenharenutraditionelformogbestårafadskilligeelementer,hvilketgørdenmere
kompleks end de tidligere behandlede konstruktioner. De udførte tests viser, at S-BIM værk-
tøjet Revit add-on tool ikke kan anvendes til tredimensionelle konstruktioner idet programmet
ikke tager hensyn til lasterne fra tilstødende elementer. Heller ikke de direkte links, Integra-
tion with Robot Structural Analysis og SI Xchange, virker efter hensigten i forbindelse med den
tredimensionellekonstruktion.
Kapitel6
I sjette kapitel diskuteres resultaterne fra de udførte tests. BIM og anvendeligheden af S-BIM
værktøjerne diskuteres. Desuden gives en anbefaling for, hvilken teknologi der er mest hen-
sigtsmæssigifremtiden.
Kapitel7
Rapportenafsluttesafenkonklusion,hvordetvurderes,atselvomdedirektelinksvirkerbedst
på nuværende tidspunkt, så vil implementering af den strukturelle del af IFC i alle S-BIM og
FEMværktøjerværeatforetrækkeifremtiden.
TildennerapporthørersyvbilagsamtenCD-ROMmeddeanvendtemodeller.
vi
Contents
1 Introduction 1
1.1 Introductiontotheproject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Layoutofthereport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 OutlineofBIMandS-BIMtools 7
2.1 BuildingInformationModelling(BIM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 IndustryFoundationClasses(IFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 CIMSteelIntegrationStandards(CIS/2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 StructuralBuildingInformationModelling(S-BIM) . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 S-BIMtools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 Scopeoftheproject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.7 Generalmethodofanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 AnalysisofS-BIMtools–simplestructures 27
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Methodsofanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3 Simplysupportedsteelbeam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 Simplysupportedtimbercolumn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5 Continuousconcretebeam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 Subconclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4 AnalysisofS-BIMtools–timberframestructure 45
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Methodsofanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 Basisoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
vii
CONTENTS
4.4 Resultsoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.5 Evaluationoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.6 Subconclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5 AnalysisofS-BIMtools–3Dsteelstructure 57
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2 Methodsofanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3 Basisoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4 Resultsoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.5 Evaluationoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.6 Subconclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6 Discussion 71
6.1 BIMasavision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.2 ApplicabilitiesofcurrentS-BIMtools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3 Whichtechnologyismostpreferableforthefuture? . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4 Whichprocessismostpreferableforthefuture? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7 Conclusion 79
Bibliography 83
Appendices 87
A ContentsoftheenclosedCD-ROM A-1
B E-mailcorrespondencewithElizabethShulokfromStructuralIntegrators B-1
B.1 Questionsandanswers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1
C Simplysupportedsteelbeam C-1
C.1 Designparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-1
C.2 Procedureoftests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-4
D Simplysupportedtimbercolumn D-1
viii