In de wereld van structurele analyse sta je als ingenieur voortdurend voor keuzes. Eén van je eerste keuzes is: maak je een 2D- of een 3D-model? In Diamonds, software voor structurele analyse, kan je beide. Maar wat is nu de beste aanpak? Wanneer volstaat een 2D-model en wanneer biedt een 3D-model meerwaarde? In dit artikel nemen we je mee in de praktische afwegingen, met de bedoeling jou efficiënter, nauwkeuriger én toekomstgericht te laten werken.
Wat is 2D-rekenen?
Bij 2D-rekenen modelleer je structurele elementen typisch in het vlak: balken (1D) en platen of schijven (2D) worden in hun doorsnede of vlak voorgesteld.
Voorbeeld : 2D model
Het Mundo-A kantoorgebouw in Antwerpen staat boven een ondergronds metrostation. Om een vrije doorgang te realiseren en omdat afdragen naar het metrostation niet mogelijk was, werd dit gebouw ontwerpen als een brug. De brugstructuur werd opgevat als 3 vakwerken uit gelamelleerd hout.
Eerder dan 1 groot rekenmodel te ontwikkelen voor het hele bouwwerk, gaf het studiebureau er de voorkeur aan het geheel op te splitsen in afzonderlijke rekenmodellen voor de verschillende vakwerken.
(Foto: Ilse Liekens)
Voordelen van 2D-rekenen
Een belangrijk voordeel van 2D-rekenen is de snelheid en efficiëntie van de berekeningen. Doordat het model minder onbekenden bevat en de stijfheidsmatrices kleiner zijn, verlopen de rekentijden aanzienlijk korter. Dit maakt het bijzonder geschikt voor iteratief ontwerpen, waarbij snel en herhaaldelijk aanpassingen aan doorsneden of materiaaleigenschappen kunnen worden doorgevoerd zonder te hoge rekentijden.
Daarnaast zorgt 2D-rekenen voor een heldere interpretatie van de resultaten. Interne krachten (momenten, dwarskracht), reacties en verplaatsingen zijn eenvoudig te visualiseren en te controleren. Dit maakt het model inzichtelijk, niet alleen voor de ontwerper zelf, maar ook tijdens projectvergaderingen of bij het opstellen van rapporten.
Ook de toegankelijkheid is een pluspunt. Omdat 2D-modellen minder rekencapaciteit vereisen, zijn er minder zware softwarelicenties nodig en kan er worden gewerkt met beperkte hardware. Hierdoor is deze aanpak met name geschikt voor kleine tot middelgrote projecten. Bovendien is een basiskennis van de Eindige Elementen Methode (EEM) doorgaans voldoende voor het correct opzetten en interpreteren van 2D-berekeningen.
Nadelen van 2D-rekenen
Toch kent 2D-rekenen ook beperkingen. Zo zijn complexe geometrieën, zoals driedimensionale knooppunten of knikvormen, moeilijk rechtstreeks te modelleren. Dit vereist vereenvoudigingen in het model, bijvoorbeeld door het inschatten van de stijfheid van knooppunten, die de werkelijkheid wel benaderen maar niet volledig kunnen opvangen.
Verder vervagen de interacties tussen verschillende structuurelementen, zoals balken, platen en schalen. De onderlinge wisselwerkingen moeten handmatig of via vereenvoudigde koppelingen worden ingebracht in het model. Dit verhoogt het risico op onnauwkeurigheden, vooral wanneer verdraaiingen of torsie een rol spelen.
Tot slot is 2D-rekenen minder geschikt voor dynamische analyses. Aangezien natuurlijke trillingsvormen (eigenmodes) zich vaak in drie dimensies voordoen, is het moeilijk om deze correct te modelleren met een 2D-aanpak. Hierdoor is deze methode niet ideaal voor toepassingen waarbij het gedrag onder seismische belasting of windanalyse centraal staat, aangezien die een volwaardige 3D-analyse vereisen.
Wat is 3D-rekenen?
Bij 3D-rekenen modelleer je alle structurele elementen in een driedimensionale ruimte: balken, kolommen, platen en platen vormen samen de “werkelijke” geometrie van het gebouw.
VOORBEELD : 3D model
De uitkijktoren in de Lommelse Sahara werd bewust 3D gemodellerd omdat de toren een unieke, niet-standaard, architecturale vorm heeft. De krachtswerking in dergelijke vormen is moeilijk te beschrijven met een 2D model.
Voordelen van 3D-rekenen
Met 3D-rekenen is het mogelijk om complexe knooppunten en continuïteiten zeer nauwkeurig te modelleren. Verschijnselen zoals torsie, verdraaiing en ruimtelijke interacties worden automatisch in de berekening meegenomen, wat zorgt voor een realistisch en volledig beeld van het constructieve gedrag.
3D-rekenen maakt het uitvoeren van geavanceerde analyses mogelijk, waaronder seismische analyse en wind effecten in alle richtingen.
Een belangrijk voordeel is de directe koppeling met BIM-modellen, zoals die uit Revit of Tekla. Hierdoor kunnen geometrie en belastingen automatisch geëxporteerd worden naar het rekenmodel. Bovendien maakt 3D-rekenen het mogelijk om één enkel model te gebruiken voor diverse soorten analyses, waaronder statica, dynamica en stabiliteit.
Nadelen van 3D-rekenen
Maar al die functionaliteit komt ook aan een bepaalde prijs: een 3D-model is minder transparant. Je moet vertrouwen op de software én je eigen inzicht om resultaten correct te interpreteren. Een onvolmaaktheid in de geometrie of een vergeten belasting kan grote gevolgen hebben en valt door de complexiteit minder snel op.
Het creëren van een 3D-model vereist het instellen van veel parameters. De belangrijkste (maar helaas ook de meest onderschatte), is de randvoorwaarden: welke krachtswerking kunnen de structurele elementen onderling uitwisselen? Dit moet overeenstemmen met de realiteit wil je dat het 3D model representatief is voor het gebouw dat je wil ontwerpen.
Doordat 3D-modellen vaak groot zijn, leidt dit tot langere rekentijden en stelt het hoge eisen aan de gebruikte hardware. Bovendien vraagt de interpretatie van de resultaten een zekere ervaring.
Zit er toekomst in 2D-rekenen?
Ja, absoluut! Zolang er repetitieve, eenvoudige structuren bestaan, blijft 2D de snelste manier om te rekenen. Denk aan voorstudies, controleberekeningen, herhalende structuurelementen zoals portieken en hallen.
Bovendien kan je met 2D ook didactisch blijven werken: het dwingt je tot inzicht. Wat gebeurt er met het moment als ik die steun verplaats? Waar komt de dwarskracht vandaan?
De toekomst ligt in hybride werken: een goede ingenieur schakelt tussen 2D en 3D zoals een bestuurder schakelt tussen z’n versnellingen. En Diamonds maakt die wissel kinderspel.
Voorbeeld : hybride model
Voor het ontwerp van de SKY One toren (zie cover foto van dit artikel) in Oostende werden zowel 2D als 3D modellen gemaakt.
- Het 3D model werd o.a. gebruikt voor de lastendaling, nazicht van de horizontale stabiliteit, wapenen van wanden, vloeren, balken en kolommen.
- De 2D modellen werden gebruikt om de minimale dikte van de uitkragende terrassen te bepalen. Maar ook voor het ontwerp van de gevel en voor de dimensionering van wandopeningen.
Conclusie
Beide rekentechnieken hebben hun eigen rol. 2D-rekenen blinkt uit in snelheid, overzicht en kostenefficiëntie voor eenvoudige structuren en vroege ontwerpfases. 3D-rekenen biedt ultieme nauwkeurigheid en geavanceerde analysemogelijkheden, essentieel voor complexe, dynamische en grote projecten.
Diamonds combineert het beste van beide werelden:
- Een intuïtieve 2D-module voor snelle ontwerpchecks en plaatstuctuurberekeningen.
- Een volwaardige 3D-omgeving met automatische meshing, BIM-koppelingen én niet-lineaire analyseopties.
- Flexibele licentiemodellen voor rekencapaciteit op jouw maat.
Met Diamonds doorloop je jouw projecten efficiënter, met behoud van volledige controle over resultaten en risico’s. Neem vandaag nog contact op voor een vrijblijvende demonstratie en ontdek hoe je jouw calculaties naar een hoger niveau tilt!
