WMF-Balken

Der WMF-Balken ist ein konkurrenzfähiges Open-Source Programm für Excel und dient zur Berechnung von Durchlaufträgern. Das Programm liest aus einem Excelblatt die Angaben raus und kreiert daraus ein statisches System. Dieses statische System wird berechnet. Während der Berechnung wird eine RTF-Datei generiert, in der die Berechnung dokumentiert ist. Der Nutzer kopiert den RTFinhalt in seine Statik. Empfohlen wird Word 2007.

 

Dieses Dokument unterliegt der Creative Commons Lizenz cc-by-sa

und das zugehörige Programm WMF-Balken unterliegt der GNU GPLv3.

 

Der WMF-Balken hat 4 Vorteile gegenüber herkömmlichen Durchlaufträgern

  1. Wirtschaftlichkeit durch gute Anbindung an Excel und Word
  2. kunstvolle Gestaltung des statischen Systems
  3. gestochen scharfe Grafiken durch starke Datenkompression
  4. GNU GPL

 

Die statischen Fähigkeiten des WMF-Balkens sind diese:

  • Ermittlung der Schnittgrößen und Auslastungen nach Theorie 1.Ordnung
  • Trapezlasten, Einzellasten, Momente
  • Lager und Einspannungen
  • Lager mit Federsteifigkeit oder Lagersenkung
  • Gelenke für Moment und Querkraft
  • Gelenke mit Federsteifigkeiten oder Knicke
  • Balken mit unterschiedlichen Querschnitten
  • parametrische symmetrische Querschnitte: runde Rechtecke, Rohre, Hohlrechtecke, I-Profile, U-Profile und Dreipunktquerschnitte.
  • Holz und Stahl

 

Herkömmliche selbstgemachte Durchlaufträger haben eine 4x4 Elementsteifigkeitsmatrix, während man bei kaufbaren Durchlaufträgern nie weiß, was drin ist. FEM ist mit der 4x4 Matrix nur eine Näherungslösung. Der große Vorteil von FEM ist, dass dieses Verfahren ALLE statischen Systeme berechnen kann, ohne diverse Formeln wie qL²/8; qL²/2; FL/4... wissen zu müssen. Je mehr Elemente man nimmt, desto genauer wird das Ergebnis. Aber es wird nie exakt: Restmomente über die Gelenke und der konstanter Querkraftverlauf weggemittelt mit faulen Tricks. Viele Elemente bedeuten eine große Gesamtsteifigkeitsmatrix. Für den Gaußalgorithmus steigt die Rechenzeit kubisch mit der Anzahl der Elemente. Bei 10 Felder mit 20 Stabteilungen und 3 Lastfälle wird die Berechnung bereits zur Geduldsprobe. Den Gaußalgorithmus habe ich auf eine quadratische Rechenzeit beschleunigt und zur LR-Zerlegung verbessert.

Der wesentliche Vorteil des WMF-Balkens liegt in seiner Elementsteifigkeitsmatrix. Statt der klassischen 4x4 Matrix hat er eine 6x6 Matrix. Dadurch steigt der Polynomgrad von 3 auf 5 und das Näherungsverfahren FEM wird zu einer exakten Berechnung umfunxioniert. Da die Berechnung exakt geworden ist, ist nur noch ein Element zwischen den Knoten erforderlich, um exakte Ergebnisse zu erhalten. Die Rechenzeit wird beschleunigt, die Genauigkeit maximiert. Der WMF-Balken kann problemlos 20feldträger mit 50 Einzellasten rechnen.

 

Das ist die Statik des Programms:

 

Nicht vorhanden sind Normalkräfte, Theorie 2.Ordnung, Fließgelenke, Lagerausfall, Biegedrillknicken, Wölbkrafttorsion, plastische Interaktion zwischen Moment und Querkraft, unsymmetrische Querschnitte, Überhöhungen, Doppelbiegung, Betonbewehrung, Wanderlasten und es gibt nur eine Lastfallkombination.

Im Gegensatz zu anderen Programmen hat der WMF-Balken keine grafische Benutzeroberfläche. Grafische Benutzeroberflächen haben den Vorteil, dass man komplizierte Geometrien grafisch einklicken kann und man sieht auf dem Bildschirm was man einklickt. Herkömmliche Programme können nicht nur über die Maus bedient werden, sondern haben auch Eingabetabellen und nutzen damit die Vorteile beider Möglichkeiten. Dem WMF-Balken fehlt die Grafik auf dem Bildschirm und man sieht eine stinknormale Exceltabelle. Das statische System wird ganz primitiv nach einer vorgegebenen Syntax in die gewohnten Excelzellen eingetippt. Dafür können die Vorteile der Excelzellen genutzt werden. Ein so großer Nachteil ist dies aber nicht, weil ein Durchlaufträger von der Geometrie so einfach ist, sodass man sich ihn noch im Kopf vorstellen kann. Auch die Eingabedaten sind von der Menge her nur ein paar Zeilen, die man mal schnell irgendwo zwischen schieben kann.

 

Einige Einschränkungen des WMF-Balkens kann man mit Excel aufheben. Wie das geht, siehst du hier.

 

1.Wirtschaftlichkeit

In vielen Ingenieurbüros wird Excel eingesetzt. Für einfache Systeme werden die Lasten per Excel ermittelt, dann in ein Programm abgeschrieben, dann die Ergebnisse nach Excel abgeschrieben und in Excel weiter verarbeitet. Später werden die Lasten geändert, dann in ein Programm abgeschrieben, dann die Ergebnisse nach Excel abgeschrieben, in Excel weiter verarbeitet, später werden wieder die Lasten geändert, dann in ein Programm abgeschrieben, dann die Ergebnisse nach Excel abgeschrieben und in Excel weiter verarbeitet. Das nervt!

 

So widerlich sieht die Menüleiste einer proprietären Exceltabelle aus:

 

An proprietären Programmen auf Excelbasis stört, dass sie zwar in Excel rechnen, aber mit so vielen Passwörtern, Ketten, Beschränkungen, Kopierschutz und Restriktionen versehen sind, dass man sie einfach nicht sinnvoll einsetzen kann. Man sieht zwar Excel, aber man kann Excel nicht nutzen. Das Layout ist vorgegeben, irgendwelche Wasserzeichen, Zellen sind gesperrt, Arbeitsblätter blockiert, der Rechenweg uneinsehbar, total unflexibel, kein individuellen Anpassungen möglich. Die Ausgabe ist in einigen Programmen miserabel, da nur PDF, die dann als Bitmap in Word landet. Proprietäre Excelprogramme sind für die Mülltonne.

 

Dies ist der klassische Arbeitsweg

          Tabelle davor          weg blockiert            Tabelle danach

          Eingabewerte                                                Ausgabewerte

          ermitteln                   Umweg nehmen            weiterverarbeiten

Die Berechnung wird an einem externen Programm gemacht. Da zu viele Ingenieure keine Ahnung haben, wie man ein Bild in Word rein bekommt, leidet die Dokumentqualität. Billige Snippingtoolz sind zwar schnell schnell, aber das Resultat sieht einfach nur kacke aus.

 

Ganz anders hingegen ist der WMF-Balken. Hier ist der Nutzer nicht Sklave des Programms, sondern der absolute King. Der WMF-Balken kann nahtlos mit der Tabelle davor und der Tabelle danach verbunden werden. Auch im Code kann nach Belieben geschaut, experimentiert, bearbeitet oder erweitert werden.

 

Der WMF-Balken bildet einen geschlossenen Arbeitsablauf:

 

Tabelle davor         WMF-Balken               Tabelle danach

Eingabewerte           Berechnung                  Ausgabewerte

ermitteln                   durchführen                  weiterverarbeiten

Dadurch ist der WMF-Balken sehr wirtschaftlich, weil ein lückenloser Arbeitsfluss ermöglicht wird.

 

2. kunstvolle Darstellung

Die zweite Funxion des WMF-Balkens ist eine bessere Darstellung des statischen Systems. Die Lasten, Lager und Gelenke können mit einem Namen versehen werden. Kennt das Programm den Namen, dann erscheint im statischen System zusätzlich ein Bild. Nennt man eine Last HEB 300, so erscheint hinter dem Lastpfeil ein grauer HEB 300 Querschnitt. Auch nicht statisch wirksame Objekte können in die Grafik des statischen Systems aufgenommen werden. Z.B. ein fetter Pfeil, ein Kreis und dazu ein Text.

 

Wichtig bei der Grafik ist, dass der Text genauso groß ist, wie im Worddokument, sodass Grafik und Fließtext ineinander verschmelzen. Grafiken aus proprietären Programmen haben eine vorgegebene Schriftart, die nicht mit dem Dokument harmoniert.

 

Dies kann der WMF-Balken statisch berechnen:

  • Einzellasten
  • Trapezlasten
  • Momente
  • Balken aus Holz oder Stahl mit Querschnittswerte
  • Auflager und Federn
  • Gelenke- und Gelenkfedern
  • Excelausgaben

 

Das statische System lässt sich mit dem WMF-Balken schminken

  • rohe Zahlen mit Formelzeichen stylen
  • Beschriftung der Trapezlasten
  • manuelle Maßkette; Lasten, Lager, Streckenlasten oder Elemente vermaßen
  • Objekte (Rechteck, Ellipse, Linie, Kreuz, Pfeile, Text) im statischen System ein malen
  • Auflager und Einzellasten mit Symbol schmücken

 

Die Eingabe ist schlicht und einfach gehalten. Der Nutzer muss die Werte korrekt eintragen. Falsche Werte werden vom Programm ignoriert.

Dort, wo Zahlenwerte eingegeben werden können, können auch Buchstaben vorgesetzt werden. Dies beeinflusst, wie das statische System beschriftet wird.

  • 4,4 beschriftet 4,4
  • F1=4,4 beschriftet F1=4,4
  • F1==4,4 beschriftet F1

 

3. scharfe Grafiken

Die besondere Fähigkeit des WMF-Balkens ist eine hochwertige grafische Ausgabe im Vektorformat WMF. WMF kann in Word eingefügt werden und bleibt auch im PDFexport Vektor. Der große Vorteil von WMF ist, dass der Speicherbedarf selten über 5kB ist und schärfere Grafiken liefert als 1000kB PNG oder 10000kB JPG. Das statische Beispielsystem (erste beiden Bilder) hat 4kB und mit Make-Up 8,8kB.

 

Die grafische Ausgabe des WMF-Balkens ist allen herkömmlichen Programmen weit überlegen.

Dies betrifft sowohl

  • die Schärfe
  • die Datenkompression

 

Schärfe

Herkömmliche Programme haben entweder gar keine Vektorausgabe oder dessen Vektorgrafiken sind krank. Bei proprietären Programmen habe ich dieses entdeckt:

  • RStab und RFEM von Dlubal geben zwar EMF aus, aber das einzige, was da Vektor ist, sind die Texte. Das statische System und die Schnittgrößen sind eine billige Bitmap! Früher war RStab Vektorfähig.
  • Ich habe bisher mit Frilo gearbeitet und kenne die Ausgabedateien genau. Der Frilo Durchlaufträger ist vektorfähig aber mit Krankheiten: Es fehlen Strichstärken, Füller werden weggeworden anstatt bei Seite gelegt, zusammenhängende Objekte in Fragmenten.
  • Nun gibt es noch Durchlaufträger von D.I.E., MBstatik und vielen weiteren Anbietern. Ob die Vektordateien innerlich krank sind kann ich nur teilweise sehen, denn benutzt habe ich diese nie. D.I.E. scheint zu schwächeln, während die Ausgabe von MBstatik gesund aussieht.

Der WMF-Balken erzeugt gesunde WMF-Dateien. Diese haben Strichstärken, Texte und sind frei von Müll und Fragmenten. Beim ran zoomen mit Word2007 oder in PDF erscheinen keine Pixel, denn Linien sind Linien.

 

Datenkompression

Die Datenkompression korreliert mit der Schärfe der Grafik. Je schärfer eine Grafik ist, desto niedriger ist der Speicherbedarf.

  • Hässliche Bitmap = hohes Datenvolumen
  • schwer kranke Vektordatei= sehr hohes Datenvolumen
  • kranke Vektordatei = mittleres Datenvolumen
  • gesunde Vektordatei = geringes Datenvolumen
  • WMF-Balken = winziges Datenvolumen

 

Diese Tabelle zeigt den Unterschied zwischen den Vektordateien

 

schwer kranke WMF

kranke WMF

gesunde WMF

Strichstärken

dünne Dreiecke

fehlt

nativ

Text

Polygone oder

einzelne Buchstaben

Text

Text

Rechtecke

einzelne Linien

Polygon

Rechteck

Kreis

einzelne Linien

Polygon

Kreis

Bogen

einzelne Linien

Polylinie

Bogen

Flächenfüllung

fragmentierte Dreiecke oder Bitmap

Vierecke

nativ

Farbe wexeln

Füller und Pinsel werden jedes Mal weggeworfen

Füller und Pinsel werden jedes Mal weggeworfen

Füller und Pinsel werden bei Seite gelegt, um diese später zu nutzen

Auflösung

Integer wird nur bis 1000 genutzt

Integer gut ausgenutzt

Integer gut ausgenutzt

 

Einige speicherfressenden Symptome kann man an den Grafiken sehen

 

(schwer) kranke WMF

Strichstärken

unpassende Dicke oder im Druck hauch dünn

Text

Der Text ist eckig und das scrollen ruckelt.

Rechtecke

(nicht zu sehen)

Kreis

Der Kreis ist eckig

Bogen

Der Bogen ist eckig

Flächenfüllung

weiße diagonale hauch dünne Linien in PDF

Farbe wexeln

(nicht zu sehen)

Auflösung

zikzackige Rundungen (kein Problem bei gesunde WMF, da Bögen rund sind)

 

Der WMF-Balken verwendet zusätzlich nicht sichtbare Kompressionsmechanismen. Diese sind:

  • Objekte einsparen und zusammenfassen bei Maßketten
  • Beim Pfeilrechteck wird eine Polylinie mit dem nativen Polypolygon kombiniert
  • Polylinie im Diagramm glätten
  • verdecke Werte im Auslastungsdiagramm auf 0 gesetzt

 

Um die ganze Theorie zu verdeutlichen, gibt es ein anschauliches Beispiel unter diesem Link:

Grafikvergleich

Dort rönche ich die Ausgabe des statischen Systems der Programme Rstab, FriLo DLT und WMF-Balken.

 

4. GNU GPL

Die general public Lizenz bietet weitere Vorteile, die andere Lizenzen niemals bieten können.

  1. Der WMF-Balken ist ein Open Source Programm. Man darf den Quellcode verändern, anpassen, erweitern und modifizieren, wie man möchte.
  2. Durch die Sichtbarkeit des Quellcodes kann man das Programm verstehen. Man gewinnt Weiterbildung und neue Erkenntnisse, die man dann anderweitig anwenden kann.
  3. Man darf das Programm kostenlos benutzen und beliebig oft kopieren.
    Der WMF-Balken ist ein Open Source Programm und nicht Freeware. Beim Freewaredreck ist der Quellcode nicht einsehbar. Man weiß nicht, was das Programm macht. Freeware kann ausspionieren, trojanern oder andere zusätzliche Hinterhältigkeiten enthalten.
    Open Source Programme haben außerdem eine höhere Qualität als Freeware, weil die mit Liebe programmiert wurden und mit proprietären Programmen konkurrieren wollen.
  4. Es gibt einige Lizenzen, bei dem man den Quellcode sehen kann und man kann das Programm kostenlos zu Forschungszwecken nutzen. Nachteilig ist, dass man dieses Programm nicht kommerziell nutzen darf. Der Open Source WMF-Balken hingegen darf kommerziell genutzt werden und ich habe ihn auch so entworfen, dass man damit schnell Profite generieren kann.
  5. Geld und Zeit sparen. Ändert sich die Norm, dann leeren die etablierten Softwarefirmen das Konto, da ein Update meist ¼ des Programmpreises kostet. Da der WMF-Balken zwischen der Tabelle davor und der Tabelle danach verknüpft ist, braucht nur die Tabelle danach geändert werden. Man ändert also selbst die Formel in der Tabelle, die man selbst erstellt hat. Die Zeit bleibt erspart für den Programmupdate, Passwörter & Freischaltcodes eingeben und eine Recherche, ob das Programm schon aktualisiert wurde.
  6. kein Internet nötig. Viele Kaufprogramme laufen nur, wenn sie Internet haben. Du kaufst also ein Bett und ein Schrank bei Ikea. Die Kamera in deine Möbel ist urheberrechtlich geschützt und Ikea überprüft rund um die Uhr, ob du den Schrank auch wirklich legal erworben hast und die Anzahl der Bettnutzer nicht überschritten wird. Die Aufnahmen werden unter Einhaltung des Datenschutzes gespeichert und deine Privatsphäre bla bla ... geschützt. Der WMF-Balken kann auf sowas komplett verzichten.

Den genauen Lizenztext findest du unter diesen Link:

http://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.html

 

WMF-Balken 1.00
Nachdem du dich durch den englischen Lizenztext durchgequält hast, kannst du das Programm endlich runterladen und sofort benutzen. Durch das Lesen des Lizenztextes bleibt dir das lästige Installieren, Passwort eingeben, Registrieren und Produkt freischalten erspart.
Wichtig: Erst den Download speichern, dann benutzen.
WMFbalken.xlsb
xlsb Datei [551.9 KB]
WMF-Balken
Dies ist die Programmbeschreibung. Eine Hilfe zur Benutzung ist in der Exceltabelle enthalten. Das Innenleben des WMFzerlegers wird hier auch beschrieben, da der WMF-Balken auf diesen aufbaut.
WMFbalken.docx
Microsoft Word-Dokument [741.2 KB]

 

Ein Flashvideo zum Einstieg in das Programm. Sollte da kein Video zu sehen sein, dann Firefox benutzen oder Flash Player aktualisieren.

Änderungen

Version 1.00

  • Die Spezifikation der Grundeinstellungen ist nun nicht mehr in der Excelhilfe, sondern an seinen richtigen Platz: im Kapitel der Variablendefinition
  • Die Excelhilfe hat von 650 Zeilen auf 380 Zeilen abgenommen.
  • Die genauere Hilfe befindet sich nun in der Programmbeschreibung
  • Beim Starten der Berechnung werden die einzutragenden Werte nun ausgeblendet
  • Speedboost: Sind RTF und Grafikausgabe nicht gewollt, dann wird auf RTFausgabe, grafikerzeugen, Rechtschreibkontrolle und einzutragende Werteausblenden verzichtet.
  • großes Hilfeformular zum Eingeben von Objekten.
  • Das Formular trägt ganz primitiv 8 Werte in Excel ein, was man problemlos auch mit der Hand machen kann. Mit dem Formular hat man aber die Hilfe gleich daneben.
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