Statische Berechnung im CAD

Autostage Analysis

Vom Beleuchtungsplan zur prüffähigen Statik in einem Rutsch: Mit dem neuen Analysis-Modul von Autostage ist diese enorme Effizienzsteigerung möglich.

Berechnung der Statik eines Traversensystems in 3D.
Berechnung der Statik eines Traversensystems in 3D. (Bild: AutoSTAGE)

Der übliche Workflow, um eine Statik für ein Traversensystem zu berechnen, ist aufwändig: Erst wird eine CAD Zeichnung in Vektor Works, AutoCAD Planer oder Autostage erstellt. Diese übergibt man an einen Statiker oder berechnet selber die Stabkräfte, indem man die Parameter in ein StabkräfteBerechnungsprogramm erneut eingibt. Bei großen Systemen dauert die Übertragung wahnsinnig lange. Und wenn unerfahrene Nutzer dies versuchen, können auch „komische Werte“ dabei herauskommen … man benötigt für die Handhabung des Stabwerks schon einiges Know-how. Mit Autostage Analysis wird die statische Berechnung nun bereits in die Erstellung der Zeichnung integriert. Das Programm generiert automatisch eine Struktur, berechnet daraus die Kräfte und stellt die Ergebnisse in der Zeichnung dar.

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Zeichnungsorientierte Eingabe

In der Praxis nimmt man beispielsweise aus einer Bibliothek einfach sein gewünschtes Traversenstück (wie fünf Meter H30 von Prolyte), zieht es in die Zeichnung und hängt es an zwei Punkten auf, wie an zwei 250-kg-Kettenzügen. Bereits dort erfolgen schon Warnungen, falls die Gewichte nicht von den Komponenten getragen werden können. Die Ansicht kann sowohl in 3D wie auch in 2D erfolgen. Das Einfügen dieser drei Komponenten wie „Traverse mit zwei Kettenzügen“ erfolgt mit nur ganz wenigen Mausklicks und reicht schon aus, um das einfache Beispiel zu berechnen. Mit dem Werkzeugkasten von Analysis ruft man meist als erstes den Systemcheck auf, der prüft, ob alle Daten vorliegen, um ein lösbares System zu berechnen. Daraufhin kann die Berechnung gestartet werden und man erhält Ergebnisse wie eine Hängepunktreaktion (z. B. 0,22 kN bzw. 8 % Auslastung am 250-kg-Kettenzug) angezeigt. Dabei kann auch das Eigengewicht des Motors und der Kette berücksichtigt werden. Auch der Biegemomentverlauf oder – falls vorhanden – die Torsion werden dargestellt. Bleiben wir bei unserem einfachen Beispiel, können wir an die in den Plan eingefügte Traverse nun Scheinwerfer oder einfach nur eine Last, wie man sie für Dekoelemente benötigten würde, anfügen – und sehen nach der Berechnung die Folgen der Belastung.

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Komplexe Strukturen mit Pre-Rig sicher im Griff. (Bild: AutoSTAGE)

Man sieht sehr schön grafisch dargestellt die Sprünge im Querkraftverlauf. Damit kann man bereits während der Planerstellung reagieren und z. B. den Beamer (also die Last) verschieben. Ungünstige Belastungssituationen lassen sich so besser gestalten, indem man beispielsweise die Last näher an den Hängepunkt setzt, bis die kritischen Werte wieder unterschritten werden. Dass man also bereits bei der Planerstellung die kritischen Elemente beobachten kann, ist ein enormer Vorteil und eine nicht zu unterschätzende Hilfe. Umgekehrt wird ohne eine solche Hilfe in der Praxis auch gerne deutlich überdimensioniert, was sich dann natürlich auch in den Kosten des Gesamtsystems widerspiegeln kann. Das funktioniert natürlich nicht nur bei unserem kleinen Beispiel, sondern auch bei komplexen Anordnungen, bei denen z. B. auch Traversen auf andere Traversen aufgelegt werden können. Dabei sind der Systemgröße eigentlich keine Grenzen gesetzt, so dass neulich erst ein System mit ca. 10 km Traversen incl. Pipes berechnet wurde.

Prüfung ungleichmäßiger Belastung

Gegenüber allgemeinen Stabwerksprogrammen, die eigentlich sehr schnell unübersichtlich werden, kann man mit Autostage Analysis für jede einzelne Traverse separat die Biegemomente und Schnitte ansehen oder schnell zwischen zwei Linien hin und her switchen. Die Plausibilität der Berechnung ist dadurch sehr gut nachvollziehbar. Dabei kann Autostage Analysis sogar das statische System prüfen, ob es auch prinzipiell ausreichend gelagert ist. Das ist besonders interessant bei Über-Eck-Konstruktionen oder auch beim Traversenkreis, der nur an drei Punkten hängt, der bei ungleichmäßiger bzw. einseitiger Belastung zwischen zwei Kettenzügen also auch kippen könnte. Auch hier kann Analysis den Fehler als statisch unbestimmt anzeigen und man erkennt, wenn sich die Konstruktion um eine Achse zu drehen anfangen würde. Das hilft ungemein, die richtige Platzierung der Hängepunkte zu finden. Das System überprüft dabei nicht nur den Ausfall von Lagern, also wenn ein Tragseil schlaff werden sollte, sondern auch ob die verbleibenden Seile das Konstrukt noch halten können. Man erkennt so sehr schnell, warum etwas nicht funktionieren kann – und das alles bereits in der Erstellung eines Plans.

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Vom Lichtplan zur Traversenstruktur: Alles in einem Programm. (Bild: AutoSTAGE)

Die Software ist voll zum Eurocode kompatibel und kann bei den Traversen die Einwirkungsseite bei der Traverse berücksichtigen. Auch kann man in den Presets einstellen, ob man Eurocode statisch, dynamisch bzw. die Sicherheitsbeiwerte selber einstellen will. So wird z. B. als Defaultwert der dynamische Beiwert von Kettenzügen von 1,2 gemäß BGI verwendet. Dabei werden bei einer neuen Zeichnung – um den ungeübteren Anwender auf der sicheren Seite zu haben – die Sicherheitsbeiwerte auf Eurocode-Werte voreingestellt, also 1,5 für veränderliche Lasten und 1,35 für ständige Lasten. Analysis erhöht die Eigenlasten noch mal um 10 %, um die zusätzlichen Lasten wie Verbindungsmittel zu berücksichtigen, damit niemand anfangen muss, noch die Rundschlingen einzuzeichnen. Dazu kommen für Traversen noch mal eine Kabelpauschale von 5 kg pro Meter und bei Pipes 1 kg/m. Die Planung könnte zwar exakt die Kabel vorsehen, aber in der Praxis werden dann die Kabel genommen, die gerade verfügbar sind und so geht die Pauschale voll in Ordnung, insbesondere wenn man sich nicht tot planen möchte.

Prüfbare Statik

Zu jeder Berechnung von Schnittreaktion, Auflagekräften, Biegemomenten, Torsion, Belastung der Gurte und Verbindungselemente wird ein Berechnungsprotokoll erstellt, womit dann ein prüffähiger Ausdruck vorliegt. Standardmäßig werden von der Zeichnung alle Teile berechnet bzw. für diese das prüffähige Protokoll erstellt. Natürlich kann man auch von Gruppen oder Einzelteilen ein Berechnungsprotokoll erstellen lassen. Neben der Traversengeometrie wird auch der Nachweis zur vereinfachten Tragfähigkeit der Konstruktion prüfbar. Bei aufwändigeren Konstruktionen, in denen auch Überlagerungen auftreten, wird die Berechnung für jeden Gurt durchgeführt, da dann auch Torsionskräfte mitspielen und die Gurte nebeneinander wie auch Obergurte und Untergurte unterschiedlich belastet werden. Das Protokoll ist nicht nur in Deutsch, sondern auch in Englisch exportierbar. Natürlich kann man auch Hinweise und Erklärungen mit hinzufügen. Es ist auch möglich, gezielt Informationen zusammenzustellen: Eine Messe interessiert sich eher für den Nachweis der Hängepunkte als für die Traversenkonstruktion selbst.

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Berechnung zur Prüfung, ob der Traversenkreis nicht kippen kann: (Bild: AutoSTAGE)

Natürlich werden die üblichen Listen erzeugt, also wie viele Meter Traversen verbaut sind, was sie für ein Gewicht haben und es werden die Gewichte der Lichttechnik, Tontechnik usw. gelistet. Sehr schön ist auch die Visualisierung gelungen, und bei einer Belastung bis zu 80 % signalisiert ein grünes Häkchen, dass alles in Ordnung ist. Bei 80 % wird es gelb (man sollte sich das Projekt noch einmal genauer anschauen) und ab 90 % wird es rot. Eine Besonderheit der Software ist schließlich, da es sich um statisch unbestimmte Systeme handelt, dass die Auflagekräfte sehr stark von der Verformung der Traversen abhängen. Auch in der Praxis kommt es darauf an, wie gut der Rigger den Hängepunkt positioniert und damit die Auflagebelastung ändert. Mit Analysis kann man die Auswirkungen solcher Kürzungen und Abweichungen des Hängepunktes sehr schnell kontrollieren.

Fazit

Mit dieser Software ist es möglich, bereits in der Angebotsphase mit einfachen Mitteln sehr schnell zu einem Ergebnis zu kommen. Wenn man z. B. die Anzahl der benötigten Hängepunkte und deren Auslastung wissen muss (die sich die Messe pro Hängepunkt ja gut bezahlen lässt), dann kann man dies mit diesem Tool sehr gut definieren. Ebenso ist eine Stärke der Software, dass man Änderungen sehr schnell ein- fließen lassen kann und die Ergebnisse und Folgen dieser Änderung sofort angezeigt werden.

Moritz Staffel
Moritz Staffel ist Geschäftsführer von DeerSoft. Neben seinem Studium der Theatertechnik hat er Autostage Analysis in Kooperation mit Mediaengineer entwickelt. Aktuell schreibt er seine Abschlussarbeit über die Belastung von Traversen-Ecken unter Berücksichtigung des Eurocode 9. (Bild: AutoSTAGE)

Gegenüber anderen „industriellen“ Lösungen wird hier sehr detailliert ohne große Einschränkungen bzw. Annahmen exakt berechnet. Muss z. B. innerhalb eines Wochenendes ein komplettes Rig mit der Hängepunktauslastung geplant werden, ist dies mit Analysis sehr schnell umzusetzen. Mit einem Statik-Büro, das am Wochenende in der Regel schlecht zu erreichen ist, wäre dies kaum machbar. So hat man aber direkt eine Einschätzung und kann sein Angebot für den Kunden erstellen. Wird dann noch eine geprüfte Statik benötigt, bietet Analysis für alle gängigen Stabwerks-Berechnungsprogramme eine Export-Funktion, der Prüfstatiker muss also nicht alles noch einmal eingeben. Für alle, die ihre Beleuchtungspläne und deren Traversenkonstruktionen sowieso in CAD anlegen, ist Autostage Analysis damit ein Tool, das durchgängig alle wichtigen Daten integriert, überprüft und exportiert. Neben der Zeitersparnis erhält man damit eine erhebliche Portion Planungssicherheit.

 

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