VDI 6201 Blatt 1-2015 Software-based structural analysis - Fundamentals requirements modeling.pdf

1、ICS 35.240.99, 91.010.30 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2015 December 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Softwaregesttzte Tragwerksberechnung Grundlagen, Anforderungen, Modellbildung Software-based structural analysis Fundamentals, requirements, modeling VDI 6201 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issu

2、e German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG) Fachbereich Bautechnik VDI-Handbuch Bautech

3、nik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:09.14 Entwurf,deutschFormeredition:09/14Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten / Allrightsreserved Verein Deu

4、tscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Begriffe . 3 2.1 Allgemein 3 2.2 Strukturmodell . 4 2.3 Mechanisches Modell 4 2.4 Numerisches Modell 5 2.5 Software . 5 3 Abkrzungen 8 4 Anforderungen bei der Softwareherstellung 8 4.1

5、Darstellung der Grundlagen der Software 8 4.2 Evaluierungsbeispiele fr den Softwareanwender . 9 4.3 Interne Qualittssicherung . 10 4.4 Fehlerverfolgung und -berichterstattung 10 4.5 Aus- und Weiterbildung. 11 4.6 Eingabe- und Ausgabestandards 11 4.7 Anwenderberatung und Schulung 11 4.8 Haftungsumfan

6、g des Softwareherstellers . 12 5 Anforderungen bei der Softwareanwendung . 12 5.1 Nachweis der fachlichen Eignung und beruflichen Weiterbildung . 12 5.2 Dokumentation und Kontrolle der Berechnung 13 5.3 Haftungsumfang des Softwareanwenders 16 5.4 Anforderungen an die Prfung. 16 6 Grundstzliches Form

7、at von Evaluierungsbeispielen . 17 6.1 Zweck und Organisation der Evaluierungsbeispiele 17 6.2 Aufbau einer Sammlung von Evaluierungsbeispielen 18 7 Qualittssicherung 18 Anhang A Selbstverpflichtungserklrung Softwareherstellung (Beispiel) . 20 Anhang B Selbstverpflichtungserklrung Softwareanwendung

8、(Beispiel) . 22 Schrifttum 24 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 3 2 Terms and definitions 3 2.1 General 3 2.2 Structural model. 4 2.3 Mechanical model 4 2.4 Numerical model . 5 2.5 Software . 5 3 Abbreviations . 8 4 Software production requirements . 8 4.1 Explanation of the basics of the

9、software 8 4.2 Examples for evaluations by the software user 9 4.3 Internal quality assurance 10 4.4 Bug tracking and reporting 10 4.5 Initial and continuing training 11 4.6 Input and output standards . 11 4.7 User advice and training 11 4.8 Software producers scope of liability . 12 5 Software usag

10、e requirements . 12 5.1 Proof of professional competence and continuing professional education . 12 5.2 Documentation and checking of analyses . 13 5.3 Software users liability . 16 5.4 Requirements for checking the analyses 16 6 General format of examples used for evaluations . 17 6.1 Purpose and o

11、rganization of examples used for evaluations . 17 6.2 Compilation of a collection of examples used for evaluations . 18 7 Quality assurance 18 Annex A Declaration of commitment by the software producer (example) 21 Annex B Declaration of commitment by a software user (example) 23 Bibliography 24 B97

12、4908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12 2 VDI 6201 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter B

13、eachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts un

14、d unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar u

15、nter www.vdi.de/6201. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data proces

16、sing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to t

17、his standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/6201. Einleitung Entwicklung und Anwendung von Software fr die Tragwerksplanung sind in Deutschland nicht gere-gelt. Statik-Software kann von jedermann auf den Markt gebracht un

18、d ebenfalls von jedermann an-gewandt werden. Fr die Qualittssicherung beste-hen weder auf Hersteller- noch auf Anwenderseite spezifische Vorgaben oder allgemein gltige Richt-linien. Einige der mglichen Folgen sind: Software wird fehlerhaft ausgeliefert, ihr defi-nierter Anwendungsbereich ist ungenau

19、 be-schrieben. Die den Programmen zugrunde liegende Theo-rie wird nur unvollstndig umgesetzt und erlu-tert. Es gibt kein herstellerbergreifendes System fr Referenzbeispiele. Ein- und Ausgabeprotokolle sind unbersicht-lich und entziehen sich weitgehend der Kontrol-le. Die Antwort seitens der Herstell

20、er auf Fehler-meldungen ist unbefriedigend. Die Anwender werden ber erkannte Software-fehler nicht zeitnah und gezielt informiert. Unkritische und nicht sachkundige Anwender knnen die immer komplexeren Programme weder zuverlssig anwenden noch deren Ergeb-nisse wirksam berprfen. Software wird auerhal

21、b ihres definierten An-wendungsbereichs eingesetzt. Erkannte Softwarefehler werden dem Hersteller nicht gemeldet. Introduction The development and application of structural en-gineering software is not regulated in Germany. Anyone can sell structural analysis and design software and everybody is all

22、owed to use it. There are no specific standards or generally applicable guidelines which assure the quality for either pro-ducers or users. Some possible consequences are: Software is supplied with bugs and the defined field of application is not adequately described. The theory on which the program

23、s are based is insufficiently implemented and explained. There is no standardized producer-independent system of reference examples. Input/output documents are unclear and to a large extent cannot be verified. Producers responses to bugs reported by users are unsatisfactory. Users are not informed o

24、f detected software bugs in a timely and purposeful manner. Uncritical and unprofessional users are not able to use the increasingly complex programs relia-bly or check the results effectively. Software is applied beyond its defined field of application. Detected software bugs are not reported to th

25、e software producer. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 6201 Blatt 1 / Part 1 3 Es werden veraltete Programmversionen ver-wen

26、det. Aus diesen Defiziten und dem Trend zu immer komplexeren Tragwerksmodellen resultieren nicht nur unntige Diskussionen ber die Relevanz der Ergebnisse zwischen Entwurfsverfasser, Prfinge-nieur und Bauunternehmer, sondern auch Bau-werksschden und im Grenzfall Tragwerksein-strze. Die Anwendung der

27、Richtlinie hilft Mngel beim softwaregesttzten Nachweis der Tragfhigkeit und der Gebrauchstauglichkeit zu minimieren, hheren Qualittsansprchen gerecht zu werden und ermg-licht hierdurch eine hhere Akzeptanz der soft-waregesttzten Tragwerksberechnung im internati-onalen Wettbewerb. Obsolete program ve

28、rsions are still in use. These deficiencies and the trend towards increas-ingly complex models of structures not only lead to unnecessary discussions between the structural engineer, the checking engineer (Prfingenieur) and the building contractor regarding the relevance of results, but also to buil

29、ding damage and in the worst case to structural collapse. The application of this standard helps to minimize deficiencies in the software-based verification of ultimate and serviceability limit states to satisfy higher quality requirements and thus to improve the acceptance of software-based structu

30、ral analy-sis in international competition. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gilt fr die Entwicklung und Her-stellung von Software zur Tragwerksberechnung sowie fr das Aufstellen und Prfen von software-gesttzten Standsicherheitsnachweisen. 1 Scope This standard applies to the development and pro

31、-duction of structural engineering software as well as the performance and check of a software-based structural analysis. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: 2.1 Allgemein Anmerkung: In dieser Richtlinie wird zwischen den fr die Tragwerksberechnung relevanten

32、 Stufen der Modellbildung differenziert. mechanisches Modell Wahl geeigneter mechanischer Abstraktionen/ Grundgleichungen fr die Bearbeitung des Struk-turmodells im Hinblick auf die Bestimmung einer wirklichkeitsnahen Tragwerksantwort unter den gegebenen Einwirkungen (lineare und nicht lineare Theor

33、ie, Stabilittstheorie, Zeitabhngigkeit, Mate-rialverhalten u. .) numerisches Modell Wahl geeigneter Rechenalgorithmen fr die L-sung des mechanischen Modells Beispiel: bei der Finite-Elemente-Methode die Diskretisie-rung der kontinuierlichen Informationen des mechanischen Modells in einzelnen Punkten

34、 Anmerkung: Dies beinhaltet auch die Umsetzung in der Software. Strukturmodell Abbild des wirklichen Bauwerks, das auf die trag-verhaltensrelevanten Komponenten reduziert wur-de (statisches System: eben oder rumlich, ein-, zwei- oder dreidimensionale Tragelemente, Lage-2 Terms and definitions For th

35、e purposes of this standard, the following terms and definitions apply: 2.1 General Note: This standard differentiates the model levels relevant in structural analysis. mechanical model selection of suitable mechanical abstractions/basic equations for processing the structural model with regard to d

36、etermination of a realistic structural response under the given load actions (linear and nonlinear theory, stability theory, time dependency, material behaviour, etc.) numerical model selection of suitable computing algorithms for solving the mechanical model Example: in the finite element method, d

37、iscretization of the mechanical models continuous information into individual points Note: This also includes implementation in the software. structural model model of the actual building or structure reduced to the components relevant for its structural character-istics (structural system: planar o

38、r spatial, one-, two- or three-dimensional structural elements, sup-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12 4 VDI 6201 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldor

39、f 2015 rungen und Randbedingungen, idealisierte Einwir-kungen) Anmerkung: Das Strukturmodell kann das Tragwerk in Teil-strukturen oder als Gesamtstruktur abbilden. 2.2 Strukturmodell ebenes Tragwerk Tragwerk, dessen Tragelemente in einer Ebene liegen Anmerkung: Die Belastung kann entweder in der Ebe

40、ne wirken (Scheibe, Rahmen) oder quer zur Ebene (Platte, Tr-gerrost). Flchentragwerk Tragwerk, dessen Dicke gegenber der Lnge und der Breite klein ist Anmerkung: Unterschieden wird zwischen ebenen (Scheibe, Platte, Faltwerk) und gekrmmten (Schale) Tragelementen. Lasteinleitungsbereich lokaler Bereic

41、h, der durch die Modellierung als Stab- oder Flchentragwerk nicht erfasst wird Beispiel: Auflager, Knotenkopplung rumliches Tragwerk Tragwerk, dessen Tragelemente nicht in einer Ebe-ne liegen oder bei dem trotz ebener Geometrie eine rumliche Beanspruchung vorliegt Stabtragwerk Tragwerk, dessen Quers

42、chnittsabmessungen der Tragelemente klein gegenber deren Lnge sind Volumentragwerk Tragwerk, bei dem keine Abmessung der Tragele-mente als klein im Vergleich zu den anderen ange-sehen werden kann und demzufolge keine Verein-fachungen der Verformungskinematik mit Stab- oder Flchenelementen erfolgt 2.

43、3 Mechanisches Modell Dynamik Beanspruchungs- und Verformungszustand infolge zeitlich vernderlicher Einwirkungen unter Einbe-ziehung der Massentrgheit und Dmpfung geometrische Nichtlinearitt nicht lineare Verformungsgeometrie und Formulie-rung des Gleichgewichts am verformten Tragwerk Anmerkung: Hie

44、rbei muss zwischen kleinen und groen Verzerrungen unterschieden werden. Groe Verzerrungen sind aber im Bauwesen die Ausnahme. ports and boundary conditions, idealized actions) Note: The structural model may represent the structure as separate substructures or as an overall structure. 2.2 Structural

45、model planar structure structure in which all structural elements are in one and the same plane Note: The load can either act in the plane (panel, frame) or perpendicular to the plane (slab, grid). plate or shell structure structure of a thickness that is small in relation to its length and width No

46、te: The standard distinguishes between planar (panel, slab, folded structure) and curved (shell) structural elements. discontinuity area local area at a support or load which is not covered if a structure is modelled as a frame or plate struc-ture Example: support, node coupling spatial structure st

47、ructure with structural elements that are not all in one plane or which is subject to spatial loads alt-hough its geometry is planar framework structure in which the cross-section dimensions of the structural elements are small in relation to their length volumetric structure structure in which no d

48、imension of any of its struc-tural elements can be considered to be small in relation to its other structural elements and whose deformation kinematics will therefore not be sim-plified by models using beam, plate or shell ele-ments 2.3 Mechanical model dynamics stress conditions and state of deform

49、ation as a re-sult of time-variable action of forces, taking into consideration the mass moment of inertia and damping geometric nonlinearity nonlinear geometrical deformations and formula-tion of the equilibrium in the deformed structure Note: A distinction has to be made between small and large strains. However, large strains are an exception in structural engineering. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15