56 Bauwesen
Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (46)
- Article (31)
- Master's Thesis (17)
- Conference Proceeding (11)
- Preprint (9)
- Bachelor Thesis (6)
- Report (4)
- Book (2)
- Periodical (2)
- Study Thesis (1)
Institute
- Institut für Strukturmechanik (ISM) (28)
- Junior-Professur Computational Architecture (16)
- Professur Baubetrieb und Bauverfahren (12)
- Professur Informatik in der Architektur (12)
- Professur Modellierung und Simulation - Konstruktion (8)
- F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde (FIB) (6)
- Professur Stahl- und Hybridbau (4)
- Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKI) (3)
- Professur Bauphysik (3)
- Professur Betriebswirtschaftslehre im Bauwesen (3)
Keywords
- Architektur (8)
- OA-Publikationsfonds2022 (7)
- Aerodynamik (5)
- BIM (5)
- Bridge (5)
- OA-Publikationsfonds2020 (5)
- Beton (4)
- CAD (4)
- Erdbeben (4)
- Ingenieurwissenschaften (4)
- Maschinelles Lernen (4)
- Simulation (4)
- Buffeting (3)
- Computational Urban Design (3)
- Concrete (3)
- Denkmalpflege (3)
- Finite-Elemente-Methode (3)
- Gips (3)
- Projektmanagement (3)
- damaged buildings (3)
- machine learning (3)
- simulation (3)
- Bauablauf (2)
- Bauantrag (2)
- Baugenehmigung (2)
- Bauphysik (2)
- Bender elements (2)
- Brückenkappe (2)
- Building Information Modeling (2)
- Building application (2)
- Cement (2)
- Computational Design (2)
- Decision-making (2)
- Energieeffizienz (2)
- Entscheidungsmodell (2)
- Erdbebensicherheit (2)
- Finite Elemente Methode (2)
- Flutter (2)
- Frost (2)
- Fuzzy-Logik (2)
- IFC (2)
- Lebenszyklus (2)
- Lehm (2)
- Lehmbau (2)
- Machine learning (2)
- Modellbildung (2)
- Nanoverbundstruktur (2)
- Optimierung (2)
- Optimization (2)
- Polymere (2)
- Process management (2)
- Project management (2)
- Prozessmanagement (2)
- Quantitative Sozialforschung (2)
- Rissausbreitung (2)
- Shear modulus (2)
- Soil (2)
- Tricalcium silicate (2)
- Umweltbilanz (2)
- Uncertainty (2)
- Vortex particle method (2)
- Vulnerability assessment (2)
- Zement (2)
- earthquake (2)
- earthquake safety assessment (2)
- multiscale (2)
- nanocomposite (2)
- rapid visual screening (2)
- soft computing techniques (2)
- stochastic (2)
- vulnerability assessment (2)
- Ökobilanz (2)
- 0947 (1)
- 0948 (1)
- 0949 (1)
- 2D/3D Adaptive Mesh Refinement (1)
- Abbruch (1)
- Abfall (1)
- Abwasser (1)
- Acceleration (1)
- Adalbert (1)
- Adalbert / Der Nachsommer (1)
- Aerodynamic admittance (1)
- Aerodynamic derivatives (1)
- Aerodynamic nonlinearity (1)
- Aerodynamics (1)
- Aeroelasticity (1)
- Aeroelastizität (1)
- Aktionsraumforschung (1)
- Algorithmus (1)
- Alkali-Kieselsäure-Reaktion (1)
- Alker (1)
- Alterung (1)
- Analytische Lösung (1)
- Arbeitsablauf (1)
- Arbeitsplanung (1)
- Architekturausbildung (1)
- Architekturentwicklung (1)
- Architekturgeschichte Shanghai (1)
- Architekturtheorie (1)
- Artificial coral reefs (1)
- Artificial neural network (1)
- Ausbau (1)
- Autogenous (1)
- Autokorrelationslänge (1)
- Automatisierung (1)
- Autonomous (1)
- BIM <CAD> (1)
- Bau-Ist (1)
- Bauchemie (1)
- Bauhaus (1)
- Bauklimatik (1)
- Baulogistik (1)
- Bauprozess (1)
- Bausoll (1)
- Bausteinbibliothek (1)
- Baustoff (1)
- Bautechnik (1)
- Bauwerkszuordnungskatalog (BWZK) (1)
- Bauwesen (1)
- Bayesian Inference, Uncertainty Quantification (1)
- Bayesian parameter update (1)
- Bayes’schen Inferenz (1)
- Bemessung (1)
- Bending Stiffness of cable elements (1)
- Benutzung (1)
- Berechnung (1)
- Bergbau (1)
- Bergeteich (1)
- Berlin / Ausstellung Exil (1)
- Beschädigung (1)
- Betongelenk (1)
- Betonverflüssiger (1)
- Biegesteifigkeit (1)
- Biegetheorie (1)
- Bogenstaumauer (1)
- Bonding Methods (1)
- Brandschutz (1)
- Bridge aerodynamics (1)
- Bridges (1)
- Brücke (1)
- Brückenbau (1)
- Budgetierung (1)
- Building Permit (1)
- Building performance (1)
- Building permit (1)
- Building safety assessment (1)
- Bühnenbild (1)
- CAAD (1)
- Calciumsulfat (1)
- Calciumsulfatfließestrich (1)
- Cancel Culture (1)
- Category Theory (1)
- Cellular automata (1)
- Censorship (1)
- Climatic conditions (1)
- Cognitive design computing (1)
- Complexation (1)
- Computational Bridge Aerodynamics (1)
- Computational Fluid Dynamics (1)
- Computational fluid dynamics (1)
- Computational modelling (1)
- Computational urban design (1)
- Computer (1)
- Concrete catenary pole (1)
- Construction (1)
- Corrosion (1)
- Corruption (1)
- Coupled-Eulerian–Lagrangian (1)
- Crack (1)
- Cracks 3D Modelling (1)
- Cracks Segmentation (1)
- Cross-Section Distortion (1)
- Cross-Section Warping (1)
- Cryogenic Suction (1)
- Curved thin-walled circular pipes (1)
- Damage (1)
- Damage Identification (1)
- Damage Information Modelling (1)
- Damage accumulation (1)
- Damage mechanism (1)
- Damm (1)
- Data Mining (1)
- Data-driven (1)
- Deal ii C++ code (1)
- Deck cross-sections (1)
- Defekt (1)
- Deformationsverhalten (1)
- Demolition (1)
- Denkmalschutz (1)
- Design synthesis (1)
- Digital Games Based Learning (1)
- Dresden (1)
- Druckglied (1)
- Dynamic Analysis (1)
- Dynamische Analyse (1)
- EDA <Optimierung> (1)
- Earthquake (1)
- Ecology in design (1)
- Emigration to China (1)
- Emotion (1)
- Energieverbrauch (1)
- Entropie (1)
- Entscheidungsfindung (1)
- Entwicklungsländer (1)
- Entwurf , Psychologie , Orientierung , Methode , Architektur (1)
- Entwurfsmethodik (1)
- Entwurfsprojekt (1)
- Entwurfssystem, computerbasiertes Planen, evolutionäre Optimierung, Grundrisse, generative Methoden (1)
- Ergebnisorientierte Steuerung (1)
- Ergänzungsbaustoffe (1)
- Erinnerungskultur (1)
- Ertüchtigung (1)
- Ethiopia (1)
- Euthanasie <Nationalsozialismus> (1)
- Evolutionary algorithm (1)
- Evolutionäre Algorithmen (1)
- Evolutionärer Algorithmus (1)
- Experiment (1)
- Explicit finite element method (1)
- Extended Finite-Elemente-Methode (1)
- Extreme value distribution (1)
- Facility Management (1)
- Faseroptischer Sensor (1)
- Fatigue life (1)
- Feldversuch (1)
- Feuer (1)
- Finite Element (1)
- Finite Element Method (1)
- First Order Reliability Method (1)
- Fließestrich (1)
- Fließmittel (1)
- Fliplife (1)
- Flucht und Emigration Europäischer Künstler 1933-1945 <1998> (1)
- Fluid memory (1)
- Flächen zweiter Ordnung (1)
- Forschungseinrichtung (1)
- Fracture mechanics (1)
- Frost-Tausalz-Angriff (1)
- Frost-Tausalz-Widerstand (1)
- Fuzzy Logic (1)
- Fuzzy logic (1)
- Fuzzylogik (1)
- GIS (1)
- GaBi Software (1)
- Gebäude (1)
- Gebäudebestand (1)
- Geheimdienst (1)
- Generalized Beam Theory (GBT) (1)
- Generalized Bean Theory (1)
- Geo-Statistical Analysis (1)
- Geografie (1)
- Geometrically nonlinear analysis (1)
- Geotechnik (1)
- Geschwindigkeit (1)
- Gestaltoptimierung (1)
- Gesundheitspolitik (1)
- Gesundheitsverwaltung im Nationalsozialismus (1)
- Glue Spall (1)
- Goal-oriented A Posteriori Error Estimation (1)
- Gravel-bed rivers (1)
- Greater Shanghai (1)
- Großbaustelle (1)
- Grundriss (1)
- Grundrissgenerierung (1)
- Grundstücksumlegung (1)
- Guyed antenna masts (1)
- Hans Poelzig . Architekturgeschichte der DDR (1)
- Hauptachsentransformation (1)
- Healing (1)
- Heritage Studies (1)
- High precision underwater monitoring (1)
- Hitze (1)
- Hochbau (1)
- Hochschulbau (1)
- Hochschule (1)
- Hochschulgebäude (1)
- Holzbau (1)
- Homogeneity (1)
- Homogenität (1)
- Hydraulic geometry (1)
- Hydro-mechanically coupled (1)
- Hydrologie (1)
- Hypoplasticity (1)
- Identifikation (1)
- Immobilienlebenszyklus (1)
- Immobilienportfolio (1)
- Industry Foundation Classes (IFC) (1)
- Informatik (1)
- Infrastruktur (1)
- Interaktion (1)
- Interaktion, Layouts, generierung (1)
- Interaktive numerische Simulation (1)
- Inverse Probleme (1)
- Inverse Problems (1)
- Investition (1)
- Isogeometrische Analyse (1)
- Isovist (1)
- Jahresarbeitsplanung (1)
- Jena (1)
- Judenvernichtung (1)
- K-d Trees (1)
- Kabel (1)
- Kalk (1)
- Kalkulation (1)
- Kapitalisierung (1)
- Kegelschnitt (1)
- Kirchoff--love theory (1)
- Klebstoff-Faser-Verbundwerkstoff; Alu-Carbon-Hybridelement; Glas-Kunststoff-Hybridelement; ANSYS; CFK; Klebverbindungen (1)
- Klebtechnik (1)
- Klima (1)
- Klimawandel (1)
- Klimaänderung (1)
- Koelnbrein (1)
- Kollektives Gedächtnis (1)
- Kopplungsmethode (1)
- Korallenriff (1)
- Korruption (1)
- Kosten- und Leistungsentwicklung (1)
- Kulturerbe (1)
- Kulturgeschichte (1)
- Kölnbrein (1)
- Künstliche Intelligenz (1)
- Künstliche Korallenriffe (1)
- Landesgebäude (1)
- Large deformation (1)
- Layout, generative Methode, evolutionäres Verfahren (1)
- Lebenszyklusorientiertes Management (1)
- Lernspiele (1)
- Life cycle assessment (1)
- Loading sequence (1)
- Local maximum entropy approximants (1)
- Long-span Bridges (1)
- Long-span bridges (1)
- Luci (1)
- Machine Learning (1)
- Machttheorie (1)
- Management (1)
- Marmara Region (1)
- Meeresökologie (1)
- Mesh Refinement (1)
- Messtechnik (1)
- Mikrokapsel (1)
- Mikrostruktur (1)
- Milieuforschung (1)
- Mongolia (1)
- Monte-Carlo-Simulation (1)
- Motion-induced forces (1)
- Multi-criteria (1)
- Multi-criteria decision making (1)
- Multikriterielle Optimierung (1)
- Museum (1)
- Musterjahresganglinien (1)
- NS-Architektur (1)
- NURBS (1)
- Nachbehandlung (1)
- Nachbehandlungsmittel (1)
- Nachkriegsmoderne (1)
- Nachsommer (1)
- Nationalsozialismus (1)
- Netscape Internet Foundation Classes (1)
- Neuronales Netz (1)
- Nichtwohngebäude (1)
- Non-Destructive Testing (1)
- Nonlinear Cable Analysis (1)
- Numerische Berechnung (1)
- Nutzerorientierte Bausanierung (1)
- OA-Publikationsfonds2018 (1)
- OA-Publikationsfonds2021 (1)
- Oberleitungsmasten (1)
- Operante Konditionierung (1)
- PU Enrichment method (1)
- Parameteridentif (1)
- Parameteridentifikation (1)
- Paramter Identification (1)
- Pareto Front (1)
- Pareto optimization (1)
- Partikel-Schwarm-Optimierung (1)
- Paulick (1)
- Pfahl (1)
- Pfahlgründung (1)
- Pfahlprobebelastung (1)
- Phase-field model (1)
- Pile Foundation (1)
- Pile Load Test (1)
- Planspiel (1)
- Plastische Deformation (1)
- Plastizität (1)
- Portfoliomanagement (1)
- Post Occupancy Evaluation (1)
- Potenzialanalyse (1)
- Power Ultrasound (1)
- Preservation (1)
- Priorisierung (1)
- Probabilistik (1)
- Prozessoptimierung (1)
- Public Private Partnership (1)
- Punktwolke (1)
- Quadrik (1)
- Quarz (1)
- RC Buildings (1)
- Rainflow counting algorithm (1)
- Rapid Visual Assessment (1)
- Rapid Visual Screening (1)
- Re-use (1)
- ReCiPe (1)
- Relative acceleration (1)
- Reliability (1)
- Reliability Analysis (1)
- Reliability-based design optimization (1)
- Reliabilität (1)
- Residentielle Mobilität (1)
- Reststoff (1)
- Retardation (1)
- Ric (1)
- Risiko (1)
- Risikoerfassung (1)
- Risikomanagement (1)
- Risk management (1)
- Riss (1)
- Rosenhaus (1)
- Rudolf Hamburger (1)
- SHM (1)
- Safety factor (1)
- Salt frost attack (1)
- Salt-Frost-Attack (1)
- Sanierung (1)
- Schaden (1)
- Schadenerkennung (1)
- Schadensakkumulation (1)
- Schadensanalyse (1)
- Schadensmechanismus (1)
- Schloss (1)
- Schwingung (1)
- Schwingungsanalyse (1)
- Schwingungsdämpfer (1)
- Sediment (1)
- Seismic Vulnerability (1)
- Selbstheilung (1)
- Shape optimization (1)
- Shear wave (1)
- Sicherheitsfaktor (1)
- Simulationsmodell (1)
- Simulationsprozess (1)
- Social Game (1)
- Software (1)
- Soil dynamics (1)
- Sowjetunion / GRU (1)
- St. John's University (1)
- Stabilisierung (1)
- Stadtentwicklung (1)
- Stadtgestaltung (1)
- Stadtklima (1)
- Stahlbeton (1)
- Stampflehm (1)
- Staumauer (1)
- Stifter (1)
- Straßenbeton (1)
- Straßenbetriebsdienst (1)
- Structural health monitoring (1)
- Strukturanalyse (1)
- Strukturdynamik (1)
- Strukturoptimierung (1)
- Studentenarbeiten (1)
- Stuttgart / Sonderforschungsbereich Rechnergestützte Modellierung und Simulation zur Analyse (1)
- Stärkefließmittel (1)
- Suffosion (1)
- Super Healing (1)
- Superplasticizer (1)
- Synthese (1)
- Talsperre (1)
- Termincontrolling (1)
- Thermoelasticity (1)
- Thermoelastizität (1)
- Thin shell (1)
- Thin-walled Structures (1)
- Thüringen (1)
- Thüringen im Nationalsozialismus (1)
- Tragfähigkeit (1)
- Träger (1)
- Tsallis entropy (1)
- UDDT (1)
- UML (1)
- Umweltbelastungspunkte (1)
- Unbewegliche Sache (1)
- Ungewissheit (1)
- Unschärfequantifizierung (1)
- Unterteilungsalgorithmen (1)
- Unterteilungsalgorithmus (1)
- Unterwasserarchitektur (1)
- Verallgemeinerte Technische Biegetheorie (1)
- Verbrauchszähler (1)
- Vergleichswerte (1)
- Vibration (1)
- Vibratory pile driving (1)
- Virtuelle Realität (1)
- Volumenstabilität (1)
- Vortex Particle Method (1)
- Vortex-induced vibration (1)
- Vulnerability (1)
- Wechselwirkung (1)
- Weimar / Bauhaus-Universität (1)
- Wind Energy (1)
- Wind Turbines (1)
- Wind load (1)
- Windenergie (1)
- Windlast (1)
- Windturbine (1)
- Wissenschaftliche Einrichtung (1)
- Wohnstandortentscheidungen (1)
- Wohnstandortpräferenzen (1)
- Zementbeton (1)
- Zementhydratation (1)
- Zensur (1)
- Zusatzmittel (1)
- Zuverlässigkeit (1)
- Zuverlässigkeitsanalyse (1)
- adaptive pushover (1)
- alkali-silica-reaktion (1)
- architecture and urban planning history of Shanghai (1)
- artificial intelligence (1)
- artificial neural networks (1)
- automatic modal analysis (1)
- backcasting (1)
- bauphysikalische Methoden (1)
- big data (1)
- bim; cad; citygml; gbxml; thermal design (1)
- bridge curb (1)
- bridge inspection (1)
- building information modelling (1)
- capitalization (1)
- capsular clustering (1)
- cement (1)
- circumferential contact length (1)
- climate change (1)
- climate loads (1)
- climatic loading (1)
- cluster analysis (1)
- clustering (1)
- complex data analysis (1)
- composite cement (1)
- computational design (1)
- computational hydraulics (1)
- concrete pavements (1)
- construction progress (1)
- cost estimation (1)
- cplan (1)
- critical path monitoring (1)
- curing compounds (1)
- damage identification (1)
- damage information model (1)
- dams (1)
- depthmapx (1)
- design synthesis (1)
- destructive testin (1)
- distributed computing (1)
- durability (1)
- effects of architecture (1)
- ereignisbasiert (1)
- evolutionary optimization (1)
- experiment (1)
- fiber optical Sensor (1)
- finite element method (1)
- fire (1)
- full-waveform inversion (1)
- genetic algorithm (1)
- genetic programming (1)
- grasshopper (1)
- gypsum (1)
- housing (1)
- iPiT® (1)
- iconic architecture (1)
- influence of architecture (1)
- integrated sanitation system (1)
- interactive (1)
- interaktiv (1)
- inverse analysis (1)
- isogeometric analysis (1)
- job description (1)
- long-term examination (1)
- maschinelles Lernen (1)
- material aging (1)
- metakaolin (1)
- microcapsule (1)
- microstructure (1)
- middleware (1)
- modal parameter estimation (1)
- modal tracking (1)
- modern architecture (1)
- mortar method (1)
- multi-objective optimization (1)
- nailed constructions (1)
- nailed trusses (1)
- new alternative sanitation systems NASS (1)
- non-destructive testing (1)
- nonstationarity (1)
- occupant requirements (1)
- occupant satisfaction (1)
- optimization (1)
- passive control (1)
- plasterboard (1)
- power theory of value (1)
- process optimisation (1)
- property sector (1)
- python (1)
- questionnaire (1)
- rapid assessment (1)
- rapid classification (1)
- recovery-based and residual-based error estimators (1)
- reinforcement learning (1)
- residential buildings (1)
- scheduling (1)
- secret service Soviet Union (1)
- seismic control (1)
- seismic hazard analysis (1)
- seismic risk estimation (1)
- self-healing concrete (1)
- semi-probabilistic concept (1)
- sequence (1)
- singular value decomposition (1)
- site-specific spectrum (1)
- slow-late-aggregate (1)
- smooth rectangular channel (1)
- space syntax (1)
- stabilisierter Lehm (1)
- stochastic subspace identification (1)
- strain (1)
- strategic limitation (1)
- stress (1)
- structural analysis (1)
- structural control (1)
- städtische Strukturen (1)
- supervised learning (1)
- tailings dam (1)
- tailings facility (1)
- tall buildings (1)
- tangible user interface (1)
- tuned mass damper (1)
- tuned mass dampers (1)
- urban planning (1)
- urban reagent (1)
- urban regeneration (1)
- urban research-quantitative (1)
- urban simulation (1)
- urban transformation (1)
- urban virus (1)
- wave propagation (1)
- zerstörungsfreie Prüfung (1)
- Äthiopien (1)
- Öffentliche Gebäude (1)
- Öffentliche Liegenschaften (1)
- Öffentlicher Sektor (1)
Bolted connections are widely employed in structures like transmission poles, wind turbines, and television (TV) towers. The behaviour of bolted connections is often complex and plays a significant role in the overall dynamic characteristics of the structure. The goal of this work is to conduct a fatigue lifecycle assessment of such a bolted connection block of a 193 m tall TV tower, for which 205 days of real measurement data have been obtained from the installed monitoring devices. Based on the recorded data, the best-fit stochastic wind distribution for 50 years, the decisive wind action, and the locations to carry out the fatigue analysis have been decided. A 3D beam model of the entire tower is developed to extract the nodal forces corresponding to the connection block location under various mean wind speeds, which is later coupled with a detailed complex finite element model of the connection block, with over three million degrees of freedom, for acquiring stress histories on some pre-selected bolts. The random stress histories are analysed using the rainflow counting algorithm (RCA) and the damage is estimated using Palmgren-Miner's damage accumulation law. A modification is proposed to integrate the loading sequence effect into the RCA, which otherwise is ignored, and the differences between the two RCAs are investigated in terms of the accumulated damage.
Revisiting vernacular technique: Engineering a low environmental impact earth stabilisation method
(2022)
The major drawbacks of earth as a construction material — such as its low water stability and moderate strength — have led mankind to stabilize earth. Different civilizations developed vernacular techniques mainly focussing on lime, pozzolan or gypsum stabilization. Recently, cement has become the most commonly used additive in earth stabilization as it improves the strength and durability of plain earth. Also, it is a familiar and globally available construction material. However, using cement as an additive reduces the environmental advantages of earth and run counter to global targets regarding the reduction of CO2 emissions. Alternatives to cement stabilization are currently neither efficient enough to reduce its environmental impact nor allow the possibility of obtaining better results than those of cement. As such, this thesis deals with the rediscovery of a reverse engineering approach for a low environmental impact earth stabilization technique, aiming to replace cement in earth stabilization.
The first step in the method consists in a comprehensive review of earth stabilization with regards to earthen building standards and soil classification, which allows us to identify the research gap. The review showed that there is great potential in using other additives which result in similar improvements as those achieved by cement. However, the studies that have been conducted so far either use expansive soils, which are not suitable for earth constructions or artificial pozzolans that indirectly contribute to CO2 emissions. This is the main research gap.
The key concept for the development in the second step of the method is to combine vernacular additives to both improve the strength and durability of plain earth and to reduce the CO2 emissions. Various earth-mixtures were prepared and both development and performance tests were done to investigate the performance of this technique. The laboratory analyses on mix-design have proven a high durability and the results show a remarkable increase in strength performance. Furthermore, a significant reduction in CO2 emissions in comparison to cement stabilization could be shown.
The third step of the method discusses the results drawn from the experimental programme. In addition, the potential of the new earth mixture with regards to its usability in the field of building construction and architectural design is further elaborated on.
The method used in this study is the first of its kind that allows investors to avoid the very time-consuming processes such as finding a suitable source for soil excavation and soil classification. The developed mixture has significant workability and suitability for production of stabilized earthen panels — the very first of its kind. Such a panel is practically feasible, reasonable, and could be integrated into earthen building standards in general and in particular to DIN 18948, which is related to earthen boards and published in 2018.
The fracture of microcapsules is an important issue to release the healing agent for healing the cracks in encapsulation-based self-healing concrete. The capsular clustering generated from the concrete mixing process is considered one of the critical factors in the fracture mechanism. Since there is a lack of studies in the literature regarding this issue, the design of self-healing concrete cannot be made without an appropriate modelling strategy. In this paper, the effects of microcapsule size and clustering on the fractured microcapsules are studied computationally. A simple 2D computational modelling approach is developed based on the eXtended Finite Element Method (XFEM) and cohesive surface technique. The proposed model shows that the microcapsule size and clustering have significant roles in governing the load-carrying capacity and the crack propagation pattern and determines whether the microcapsule will be fractured or debonded from the concrete matrix. The higher the microcapsule circumferential contact length, the higher the load-carrying capacity. When it is lower than 25% of the microcapsule circumference, it will result in a greater possibility for the debonding of the microcapsule from the concrete. The greater the core/shell ratio (smaller shell thickness), the greater the likelihood of microcapsules being fractured.
BIM-basierte Digitalisierung von Bestandsgebäuden aus Sicht des FM am Beispiel von Heizungsanlagen
(2022)
Das Ziel der Arbeit ist, für das Facility Management relevante Informationen für die mit Building Information Modeling basierende Erstellung von Bestandsgebäuden am Beispiel einer Hei- zungsanlage zu definieren. Darauf basierend sind die notwendigen Arbeitsschritte der Objek- taufnahme abgeleitet. Für die Definition der Arbeitsschritte wurden das grundlegende Vorge- hen bei einer Objektaufnahme sowie die gesetzlichen Gegebenheiten für den Betrieb einer Heizungsanlage dargelegt. Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausarbeitung die Vorteile und Herausforderungen hinsichtlich des Zusammenspiels von Building Information Modeling und Facility Management analysiert. Die definierten Arbeitsschritte sind anhand eines Beispiel- projektes angewendet worden. Im Rahmen des Beispielprojekts sind die entscheidenden Be- triebsdaten je Anlagenteil in Form von Informationsanforderungen nach DIN 17412 definiert. Das Gebäudemodell ist durch Parameter mit den für das Facility Management relevanten In- formationen ergänzt. Die Resultate des Beispielprojektes sind mit aussagekräftigen Schnitten, Plänen sowie 3-D-Visualisierungen dargestellt. Abschließend sind die Ergebnisse in Bezug auf das FM validiert. Aus den Arbeitsschritten und Ergebnissen ist eine Leitlinie erstellt worden für den Digitalisierungsprozess von Bestandsgebäuden für das Facility Management.
Data acquisition systems and methods to capture high-resolution images or reconstruct 3D point clouds of existing structures are an effective way to document their as-is condition. These methods enable a detailed analysis of building surfaces, providing precise 3D representations. However, for the condition assessment and documentation, damages are mainly annotated in 2D representations, such as images, orthophotos, or technical drawings, which do not allow for the application of a 3D workflow or automated comparisons of multitemporal datasets. In the available software for building heritage data management and analysis, a wide range of annotation and evaluation functions are available, but they also lack integrated post-processing methods and systematic workflows. The article presents novel methods developed to facilitate such automated 3D workflows and validates them on a small historic church building in Thuringia, Germany. Post-processing steps using photogrammetric 3D reconstruction data along with imagery were implemented, which show the possibilities of integrating 2D annotations into 3D documentations. Further, the application of voxel-based methods on the dataset enables the evaluation of geometrical changes of multitemporal annotations in different states and the assignment to elements of scans or building models. The proposed workflow also highlights the potential of these methods for condition assessment and planning of restoration work, as well as the possibility to represent the analysis results in standardised building model formats.
The seismic vulnerability assessment of existing reinforced concrete (RC) buildings is a significant source of disaster mitigation plans and rescue services. Different countries evolved various Rapid Visual Screening (RVS) techniques and methodologies to deal with the devastating consequences of earthquakes on the structural characteristics of buildings and human casualties. Artificial intelligence (AI) methods, such as machine learning (ML) algorithm-based methods, are increasingly used in various scientific and technical applications. The investigation toward using these techniques in civil engineering applications has shown encouraging results and reduced human intervention, including uncertainties and biased judgment. In this study, several known non-parametric algorithms are investigated toward RVS using a dataset employing different earthquakes. Moreover, the methodology encourages the possibility of examining the buildings’ vulnerability based on the factors related to the buildings’ importance and exposure. In addition, a web-based application built on Django is introduced. The interface is designed with the idea to ease the seismic vulnerability investigation in real-time. The concept was validated using two case studies, and the achieved results showed the proposed approach’s potential efficiency
Das Ziel dieser Arbeit war es, neuartige Fließmittel auf Basis von Stärke als nachwachsenden Rohstoff zu synthetisieren und die Wechselwirkung mit Portlandzement zu charakterisieren. Die Notwendigkeit, Alternativen zu synthetischen Zusatzmittel zu erforschen, ergibt sich aus der benötigten Menge zur Verarbeitung von ca. 4,1 Gt/a, wobei ca. 85 % der Zusatzmittel auf die Fließmittel entfallen.
Um Fließmittel aus Stärke zu synthetisieren, wurden drei Basisstärken unterschiedlicher Herkunft verwendet. Es wurde eine Maniokstärke mit einer niedrigen Molekularmasse und eine Weizenstärke mit einer hohen Molekularmasse verwendet. Darüber hinaus wurde eine Kartoffelstärke mit einer mittleren Molekularmasse, die ein Abfallprodukt der kartoffelverarbeitenden Industrie darstellt, genutzt. Die Stärkefließmittel wurden durch chemische Modifikation in einem zweistufigen Prozess synthetisiert. Im ersten Schritt wurde das Molekulargewicht der Weizen- und Kartoffelstärke durch säurehydrolytischen Abbau verringert. Für die kurzkettige Maniokstärke war eine Degradation der Molekularmasse nicht notwendig. Im zweiten Syntheseschritt wurden anionische Ladungen durch das Versetzen der degradierten Stärken und Maniokstärke mit Natriumvinylsulfonat in die Stärkemoleküle eingeführt.
Beurteilung der Synthesemethode zur Erzeugung von Stärkefließmitteln
In diesem Zusammenhang sollten molekulare Parameter der Stärkefließmittel gezielt eingestellt werden, um eine Fließwirkung im Portlandzement zu erhalten. Insbesondere die Molekularmasse und die Menge anionischer Ladungen sollte variiert werden, um Abhängigkeiten mit der Dispergierleistung zu identifizieren.
1. Es konnte durch GPC-Messungen gezeigt werden, dass die Molekularmasse der langkettigen Weizenstärke durch die gewählten Modifizierungsbedingungen zum säurehydrolytischen Abbau verringert werden konnte. Durch Variation der säurehydrolytischen Bedingungen wurden 4 degradierte Weizenstärken erzeugt, die eine Reduzierung der Molekularmasse um 27,5 – 43 % aufwiesen. Die Molekularmasse der Kartoffelstärke konnte durch säurehydrolytischen Abbau um ca. 26 % verringert werden.
2. Durch PCD-Messungen wurde gezeigt, dass anionische Ladungen durch Sulfoethylierung der freien Hydroxylgruppen in die degradierten Stärken eingeführt werden konnten. Durch Variation der Dauer der Sulfoethylierung konnte die Menge der anionischen Ladungen gesteuert und gezielt variiert werden, so dass Stärkefließmittel mit steigender Ladungsmenge in folgender Reihenfolge synthetisiert wurden:
W-3 < W-2 < K-1 < W¬-4 < W¬1 < M-1
Im Ergebnis der chemischen Modifizierung konnten 6 Stärkefließmittel mit variierten Molekularmassen und anionischen Ladungen erzeugt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Herkunft der Stärke für die chemische Modifizierung unerheblich ist. Die Fließmittel lagen synthesebedingt als basische, wässrige Suspensionen mit Wirkstoffgehalten im Bereich von 23,5 – 50 % vor.
Beurteilung der Dispergierleistung der synthetisierten Stärkefließmittel
Die Dispergierperformance wurde durch rheologische Experimente mit einem Rotationsviskosimeter erfasst. Dabei wurden der Einfluss auf die Fließkurven und die Viskositätskurven betrachtet. Durch Vergleich der Dispergierleistung mit einem Polykondensat- und einem PCE-Fließmittel konnte eine Einordnung und Bewertung der Fließmittel vorgenommen werden.
3. Die rheologische Experimente haben gezeigt, dass die Stärkefließmittel eine vergleichbar hohe Dispergierleistung aufweisen, wie das zum Vergleich herangezogen PCE-Fließmittel. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Fließwirkung der 6 Stärkefließmittel gegenüber dem Polykondensatfließmittel deutlich höher ist. Das aus der Literatur bekannte Einbrechen der Dispergierleistung der Polykondensat-fließmittel bei w/z-Werten < 0,4 konnte bestätigt werden.
4. Alle 6 Stärkefließmittel führten zu einer Verringerung der Fließgrenze und der dynamischen Viskosität des Zementleimes bei einem w/z-Wert von 0,35.
5. Der Vergleich der Dispergierleistung der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die anionische Ladungsmenge einen Schlüsselparameter darstellt. Die Stärkefließmittel M-1, K-1, W-1 und W-4 mit anionischen Ladungsmengen > 6 C/g zeigten die höchste Dispergier¬performance. Die vergleichend herangezogenen klassischen Fließmittel wiesen anionische Ladungsmengen im Bereich von 1,2 C/g (Polycondensat) und 1,6 C/g (PCE) auf. Die Molekularmasse schien für die Dispergierleistung zunächst unerheblich zu sein. Aus diesem Grund wurde die Basisweizenstärke erneut chemisch modifiziert, indem anionische Ladungen eingeführt wurden, ohne die Molekularmasse jedoch zu verringern. Das Stärkederivat wies verdickende Eigenschaften im Zementleim auf. Daraus konnte geschlussfolgert werden, dass eine definierte Grenzmolekularmasse (150.000 Da) existiert, die unterschritten werden muss, um Fließmittel aus Stärke zu erzeugen. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass durch die chemische Modifizierung sowohl Fließmittel als auch Verdicker aus Stärke erzeugt werden können.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des Portlandzementes
Aus der Literatur ist bekannt, dass Fließmittel die Hydratation von Portlandzement maßgeblich beeinflussen können. Aus diesem Grund wurden kalorimetrische und konduktometrische Untersuchungen an Zementsuspensionen, die mit den synthetisierten Stärkefließmitteln versetzt wurden, durchgeführt. Ergänzt wurden die Untersuchungen durch Porenlösungsanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Hydratation.
6. Die kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der Hydratation des Portlandzementes zeigten, dass die dormante Periode durch die Zugabe der Stärkefließmittel z.T. erheblich verlängert wird. Es konnte gezeigt werden, dass, je höher die anionische Ladungsmenge der Stärkefließmittel ist, desto länger dauert die dormante Periode andauert. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine niedrige Molekularmasse der Stärkefließmittel die Verlängerung der dormanten Periode begünstigt.
7. Durch die konduktometrischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass alle Stärkefließmittel die Dauer des freien- und diffusionskontrollierten CSH-Phasenwachstums verlangsamen. Insbesondere die Ausfällung des Portlandits, welches mit dem Erstarrungsbeginn korreliert, erfolgt zu deutlich späteren Zeitpunkten. Des Weiteren korrelierten die konduktometrischen Untersuchungen mit der zeitlichen Entwicklung der Calciumkonzentration der Porenlösungen. Der Vergleich der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die Molekularmasse ein Schlüsselparameter ist. Das Stärkefließmittel M-1 mit der geringsten Molekularmasse, welches geringe Mengen kurzkettiger Anhydroglucoseeinheiten aufweist, verzögert die Hydratphasenbildung am stärksten. Diese Wirkung ist vergleichbar mit der von Zuckern. Darüber hinaus deuteten die Ergebnisse daraufhin, dass die Stärkefließmittel auf den ersten Hydratationsprodukten adsorbieren, wodurch die Hydratphasenbildung verlangsamt wird.
Die kalorimetrischen und konduktometrischen Daten sowie die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik des Zementes, erforderten eine genauere Betrachtung der Beeinflussung der Hydratation der Klinkerphasen C3A und C3S, durch die Stärkefließmittel. Demzufolge wurden die Untersuchungen mit den Klinkerphasen C3A und C3S in Analogie zum Portlandzement durchgeführt.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3A
Während die kalorimetrischen Untersuchungen zur C3A-Hydratation eine Tendenz zur verlangsamten Hydratphasenbildung durch die Stärkefließmittel aufzeigten, lieferten die konduktometrischen Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse zur Beeinflussung der C3A-Hydratation. Das Stadium I der C3A-Hydratation ist durch einen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit geprägt. Dies korreliert mit dem Absinken der Calciumionenkonzentration und dem Anstieg der Aluminiumionenkonzentration in der Porenlösung der C3A-Suspensionen. Im Anschluss an das Stadium I bildet sich ein Plateau in den elektrischen Leitfähigkeitskurven aus.
8. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel das Stadium I der C3A-Hydratation, d.h. die Auflösung und Bildung erster Calciumaluminathydrate verlangsamen. Insbesondere die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erhöhten die Dauer des Stadium I. Das Stadium II wird durch die Stärkefließmittel in folgender Reihenfolge am stärksten verlängert: M-1 > W-3 > K-1 > W-2 ≥ W-4 und verdeutlicht, dass keine Abhängigkeit von der anionischen Ladungsmenge identifiziert werden konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass speziell die kurzkettige Stärke M-1, das Stadium II länger aufrechterhalten.
9. Das Stadium III und IV der C3A-Hydratation wird insbesondere durch die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse verlängert.
Die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik korrelieren mit den Ergebnissen der elektrischen Leitfähigkeit. Speziell die zeitlichen Verläufe der Calciumionenkonzentration bildeten die Verläufe der Konduktivitätskurven der C3A-Hydratation mit großer Übereinstimmung ab.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3S
Die Ergebnisse der kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der C3S-Hydratation durch die Stärkefließmittel zeigen, dass diese maßgeblich verlangsamt wird. Das Maximum des Haupthydratationspeaks wird zu späteren Zeiten verschoben und auch die Höhe des Maximums wird deutlich verringert. Durch die konduktometrischen Experimente wurde aufgeklärt, welche Stadien der C3S-Hydrataion beeinflusst wurden.
10. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Menge der eingebrachten anionischen Ladungen als auch das Vorhandensein sehr kleiner Stärkefließmittelmoleküle (Zucker), Schlüsselparameter der verzögerten Hydratationskinetik des C3S sind. Der grundlegende Mechanismus der Hydratationsverzögerung beruht auf einer Kombination aus verminderter CSH-Keimbildung und Adsorptionsprozessen auf den ersten gebildeten CSH-Phasen der C3S-Partikel.
Beurteilung des Adsorptionsverhaltens am Zement, C3A und C3S
Die Bestimmung des Adsorptionsverhaltens der Stärkefließmittel erfolgte mit der Phenol-Schwefelsäure-Methode an Zement,- C3A- und C3S-Suspensionen. Durch den Vergleich der Adsorptionsraten und Adsorptionsmengen in Abhängigkeit von den molekularen Parametern der Stärkefließmittel wurde ein Wechselwirkungsmodell identifiziert.
11. Die Ursache für die hohe Dispergierleistung der Stärkefließmittel liegt in Adsorptionsprozessen an den ersten gebildeten Hydratphasen des Zementes begründet. Die Molekularmasse der Stärkefließmittel ist ein Schlüsselparameter der entscheidend für den Mechanismus der Adsorption ist. Während anionische, langkettige Stärken an mehreren Zementpartikeln gleichzeitig adsorbieren und für eine Vernetzung der Zementpartikel untereinander sorgen (Verdickerwirkung), adsorbieren kurzkettige anionische Stärken lediglich an den ersten gebildeten Hydratphasen der einzelnen Zementpartikel und führen zu elektrostatischer Abstoßung (Fließmittelwirkung).
12. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit geringerem Molekulargewicht bei höheren Konzentrationen an den Hydratphasen des Zementes adsorbieren. Die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erreichen bei einer Zugabemenge von 0,7 % ein Plateau. Daraus wird geschlussfolgert, dass die größeren Fließmittelmoleküle einen erhöhten Platzbedarf erfordern und zur Absättigung der hydratisierenden Oberflächen bei geringeren Zugabemengen führen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit höherer anionischer Ladungsmenge zu höheren Adsorptionsmengen auf den Zement-, C3A- und C3S-Partikeln führen.
13. Die Adsorptionsprozesse finden an den ersten gebildeten Hydratphasen der C3A-Partikel statt, wodurch sowohl die Auflösung des C3A als auch die Bildung der Calciumhydroaluminate verlangsamt wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verlangsamung des freien- und diffusionskontrollierten Hydratphasenwachstums des C3S, durch die Adsorption der Stärkefließmittel auf den ersten gebildeten CSH-Phasen hervorgerufen wird. Des Weiteren wurde festgestellt, dass sehr kleine zuckerähnliche Moleküle in der kurzkettigen Maniokstärke in der Lage sind, die Bildung der ersten CSH-Keime zu unterdrücken. Dadurch kann die langanhaltende Plateauphase der elektrischen Leitfähigkeit der C3S-Hydratation erklärt werden.
Beurteilung der Porenstruktur- und Festigkeitsausbildung
Die Beurteilung der Qualität der Mikrostruktur erfolgte durch die Bestimmung der Rohdichte und der Porenradienverteilung mit Hilfe der Quecksilberhochdruckporosimetrie. Durch das Versetzen der Zementleime mit den Stärkefließmitteln konnten bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit Zementsteinprobekörper mit einem um 17,5 % geringeren w/z-Wert von 0,35 hergestellt werden. Die Absenkung des w/z-Wertes führt zu einem Anstieg der Rohdichte des Zementsteins.
14. Durch die Zugabe der Stärkefließmittel und den verringerten w/z-Wert wird die Porenstruktur der Zementsteinproben im Vergleich zum Referenzzementstein verfeinert, da die Gesamtporosität sinkt. Insbesondere der Kapillarporenanteil wird verringert und der Gelporenanteil erhöht. Im Unterschied zu den PCE-Fließmitteln führt die Zugabe der Stärkefließmittel zu keinem erhöhten Eintrag von Luftporen. Dies wiederum hat zur Folge, dass bei der Verwendung der Stärkefließmittel auf Entschäumer verzichtet werden kann.
15. Entsprechend der dichteren Zementsteinmatrix wurden für die Zementsteine mit den Stärkefließmitteln nach 7 d und 28 d, erhöhte Biegezug- und Druckfestigkeiten ermittelt. Insbesondere die 28 d Druckfestigkeit wurde durch den verringerten w/z-Wert um die Faktoren 3,5 - 6,6 erhöht.
In recent years, lightweight materials, such as polymer composite materials (PNCs) have been studied and developed due to their excellent physical and chemical properties. Structures composed of these composite materials are widely used in aerospace engineering structures, automotive components, and electrical devices. The excellent and outstanding mechanical, thermal, and electrical properties of Carbon nanotube (CNT) make it an ideal filler to strengthen polymer materials’ comparable properties. The heat transfer of composite materials has very promising engineering applications in many fields, especially in electronic devices and energy storage equipment. It is essential in high-energy density systems since electronic components need heat dissipation functionality. Or in other words, in electronic devices the generated heat should ideally be dissipated by light and small heat sinks.
Polymeric composites consist of fillers embedded in a polymer matrix, the first ones will significantly affect the overall (macroscopic) performance of the material. There are many common carbon-based fillers such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), carbon nanobuds (CNB), fullerene, and graphene. Additives inside the matrix have become a popular subject for researchers. Some extraordinary characters, such as high-performance load, lightweight design, excellent chemical resistance, easy processing, and heat transfer, make the design of polymeric nanotube composites (PNCs) flexible. Due to the reinforcing effects with different fillers on composite materials, it has a higher degree of freedom and can be designed for the structure according to specific applications’ needs. As already stated, our research focus will be on SWCNT enhanced PNCs. Since experiments are timeconsuming, sometimes expensive and cannot shed light into phenomena taking place for instance at the interfaces/interphases of composites, they are often complemented through theoretical and computational analysis.
While most studies are based on deterministic approaches, there is a comparatively lower number of stochastic methods accounting for uncertainties in the input parameters. In deterministic models, the output of the model is fully determined by the parameter values and the initial conditions. However, uncertainties in the input parameters such as aspect ratio, volume fraction, thermal properties of fiber and matrix need to be taken into account for reliable predictions. In this research, a stochastic multiscale method is provided to study the influence of numerous uncertain input parameters on the thermal conductivity of the composite. Therefore, a hierarchical multi-scale method based on computational homogenization is presented in to predict the macroscopic thermal conductivity based on the fine-scale structure. In order to study the inner mechanism, we use the finite element method and employ surrogate models to conduct a Global Sensitivity Analysis (GSA). The SA is performed in order to quantify the influence of the conductivity of the fiber, matrix, Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the macroscopic conductivity. Therefore, we compute first-order and total-effect sensitivity indices with different surrogate models.
As stochastic multiscale models are computational expensive, surrogate approaches are commonly exploited. With the emergence of high performance computing and artificial intelligence, machine learning has become a popular modeling tool for numerous applications. Machine learning (ML) is commonly used in regression and maps data through specific rules with algorithms to build input and output models. They are particularly useful for nonlinear input-output relationships when sufficient data is available. ML has also been used in the design of new materials and multiscale analysis. For instance, Artificial neural networks and integrated learning seem to be ideally for such a task. They can theoretically simulate any non-linear relationship through the connection of neurons. Mapping relationships are employed to carry out data-driven simulations of inputs and outputs in stochastic modeling.
This research aims to develop a stochastic multi-scale computational models of PNCs in heat transfer. Multi-scale stochastic modeling with uncertainty analysis and machine learning methods consist of the following components:
-Uncertainty Analysis. A surrogate based global sensitivity analysis is coupled with a hierarchical multi-scale method employing computational homogenization. The effect of the conductivity of the fibers and the matrix, the Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the ’macroscopic’ conductivity of the composite is systematically studied. All selected surrogate models yield consistently the conclusions that the most influential input parameters are the aspect ratio followed by the volume fraction. The Kapitza Resistance has no significant effect on the thermal conductivity of the PNCs. The most accurate surrogate model in terms of the R2 value is the moving least square (MLS).
-Hybrid Machine Learning Algorithms. A combination of artificial neural network (ANN) and particle swarm optimization (PSO) is applied to estimate the relationship between variable input and output parameters. The ANN is used for modeling the composite while PSO improves the prediction performance through an optimized global minimum search. The thermal conductivity of the fibers and the matrix, the kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio are selected as input parameters. The output is the macroscopic (homogenized) thermal conductivity of the composite. The results show that the PSO significantly improves the predictive ability of this hybrid intelligent algorithm, which outperforms traditional neural networks.
-Stochastic Integrated Machine Learning. A stochastic integrated machine learning based multiscale approach for the prediction of the macroscopic thermal conductivity in PNCs is developed. Seven types of machine learning models are exploited in this research, namely Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS), Support Vector Machine (SVM), Regression Tree (RT), Bagging Tree (Bag), Random Forest (RF), Gradient Boosting Machine (GBM) and Cubist. They are used as components of stochastic modeling to construct the relationship between the variable of the inputs’ uncertainty and the macroscopic thermal conductivity of PNCs. Particle Swarm Optimization (PSO) is used for hyper-parameter tuning to find the global optimal values leading to a significant reduction in the computational cost. The advantages and disadvantages of various methods are also analyzed in terms of computing time and model complexity to finally give a recommendation for the applicability of different models.
Hitze in der Stadt Jena
(2022)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den spezifischen Faktoren und Wechselwirkungen des städtischen Klimas und Strategien zur Prävention und Kompensation lokaler Klimaveränderungen. Problematische Merkmale des Stadtklimas werden sich infolge des Klimawandels stärker ausprägen. Insbesondere die Hitzebelastung wird zunehmen und die Lebensbedingungen in der Stadt negativ beeinflussen. Infolge höherer Temperaturen in Städten und einer höheren Temperaturdifferenz zum Umland verändern sich Windströme und die Wasserbilanz. Es sind Strategien notwendig, um den Schadstoffausstoß, die Flächeninanspruchnahme, die Abfallproduktion und den Wasser-, Energie- und Ressourcenverbrauch zu verringern, um sowohl langfristig den Klimawandel als auch dessen bereits unvermeidbaren Auswirkungen auf Städte zu begrenzen.
Beispielhaft untersucht die Arbeit das Stadtklima, dessen zukünftige Veränderungen infolge des Klimawandels, bauliche Maßnahmen und Anpassungsstrategien der Stadt Jena. Jena ist die zweitgrößte Stadt im Bundesland Thüringen und gehört heute zu den wärmsten und trockensten Großstädten Deutschlands.
Die Ergebnisse der Arbeit werden anschließend anhand eines städtebaulichen Konzepts und Entwurfs angewendet. Das Bachstraßenareal liegt in der Innenstadt, dem am stärksten von Hitze betroffenen Stadtteil. Als ehemaliger Hauptstandort des Jenaer Universitätsklinikums, soll es zu einem nachhaltigen Wissenschaftscampus der Lebenswissenschaften umgebaut werden, wobei ein Großteil der denkmalgeschützten, ehemaligen Klinikgebäude erhalten bleibt. Der Fokus liegt dabei auf der Umsetzung der zuvor formulierten, nachhaltigen Strategien zur Verbesserung des lokalen Stadtklimas und einer Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels auf den besonders stark betroffenen Innenstadtbereich Jenas.
Tropical coral reefs, one of the world’s oldest ecosystems which support some of the highest levels of biodiversity on the planet, are currently facing an unprecedented ecological crisis during this massive human-activity-induced period of extinction. Hence, tropical reefs symbolically stand for the destructive effects of human activities on nature [4], [5]. Artificial reefs are excellent examples of how architectural design can be combined with ecosystem regeneration [6], [7], [8]. However, to work at the interface between the artificial and the complex and temporal nature of natural systems presents a challenge, i.a. in respect to the B-rep modelling legacy of computational modelling.
The presented doctorate investigates strategies on how to apply digital practice to realise what is an essential bulwark to retain reefs in impossibly challenging times. Beyond the main question of integrating computational modelling and high precision monitoring strategies in artificial coral reef design, this doctorate explores techniques, methods, and linking frameworks to support future research and practice in ecology led design contexts.
Considering the many existing approaches for artificial coral reefs design, one finds they often fall short in precisely understanding the relationships between architectural and ecological aspects (e.g. how a surface design and material composition can foster coral larvae settlement, or structural three-dimensionality enhance biodiversity) and lack an integrated underwater (UW) monitoring process. Such a process is necessary in order to gather knowledge about the ecosystem and make it available for design, and to learn whether artificial structures contribute to reef regeneration or rather harm the coral reef ecosystem.
For the research, empirical experimental methods were applied: Algorithmic coral reef design, high precision UW monitoring, computational modelling and simulation, and validated through parallel real-world physical experimentation – two Artificial Reef Prototypes (ARPs) in Gili Trawangan, Indonesia (2012–today). Multiple discrete methods and sub techniques were developed in seventeen computational experiments and applied in a way in which many are cross valid and integrated in an overall framework that is offered as a significant contribution to the field. Other main contributions include the Ecosystem-aware design approach, Key Performance Indicators (KPIs) for coral reef design, algorithmic design and fabrication of Biorock cathodes, new high precision UW monitoring strategies, long-term real-world constructed experiments, new digital analysis methods and two new front-end web-based tools for reef design and monitoring reefs. The methodological framework is a finding of the research that has many technical components that were tested and combined in this way for the very first time.
In summary, the thesis responds to the urgency and relevance in preserving marine species in tropical reefs during this massive extinction period by offering a differentiated approach towards artificial coral reefs – demonstrating the feasibility of digitally designing such ‘living architecture’ according to multiple context and performance parameters. It also provides an in-depth critical discussion of computational design and architecture in the context of ecosystem regeneration and Planetary Thinking. In that respect, the thesis functions as both theoretical and practical background for computational design, ecology and marine conservation – not only to foster the design of artificial coral reefs technically but also to provide essential criteria and techniques for conceiving them.
Keywords: Artificial coral reefs, computational modelling, high precision underwater monitoring, ecology in design.
In recent years, the discussion of digitalization has arrived in the media, at conferences, and in committees of the construction and real estate industry. While some areas are producing innovations and some contributors can be described as pioneers, other topics still show deficits with regard to digital transformation. The building permit process can also be counted in this category. Regardless of how architects and engineers in planning offices rely on innovative methods, building documents have so far remained in paper form in too many cases, or are printed out after electronic submission to the authority. Existing resources – for example in the form of a building information model, which could provide support in the building permit process – are not being taken advantage of. In order to use digital tools to support decision-making by the building permit authorities, it is necessary to understand the current situation and to question conditions before pursuing the overall automation of internal authority processes as the sole solution.
With a substantive-organizational consideration of the relevant areas that influence building permit determination, an improvement of the building permit procedure within authorities is proposed. Complex areas – such as legal situations, the use of technology, as well as the subjective alternative action – are determined and structured. With the development of a model for the determination of building permitability, both an understanding of influencing factors is conveyed and an increase in transparency for all parties involved is created.
In addition to an international literature review, an empirical study served as the research method. The empirical study was conducted in the form of qualitative expert interviews in order to determine the current state in the field of building permit procedures. The collected data material was processed and subsequently subjected to a software-supported content analysis. The results were processed, in combination with findings from the literature review, in various analyses to form the basis for a proposed model.
The result of the study is a decision model that closes the gap between the current processes within the building authorities and an overall automation of the building permit review process. The model offers support to examiners and applicants in determining building permit eligibility, through its process-oriented structuring of decision-relevant facts. The theoretical model could be transferred into practice in the form of a web application.
The detailed structural analysis of thin-walled circular pipe members often requires the use of a shell or solid-based finite element method. Although these methods provide a very good approximation of the deformations, they require a higher degree of discretization which causes high computational costs. On the other hand, the analysis of thin-walled circular pipe members based on classical beam theories is easy to implement and needs much less computation time, however, they are limited in their ability to approximate the deformations as they cannot consider the deformation of the cross-section.
This dissertation focuses on the study of the Generalized Beam Theory (GBT) which is both accurate and efficient in analyzing thin-walled members. This theory is based on the separation of variables in which the displacement field is expressed as a combination of predetermined deformation modes related to the cross-section, and unknown amplitude functions defined on the beam's longitudinal axis. Although the GBT was initially developed for long straight members, through the consideration of complementary deformation modes, which amend the null transverse and shear membrane strain assumptions of the classical GBT, problems involving short members, pipe bends, and geometrical nonlinearity can also be analyzed using GBT. In this dissertation, the GBT formulation for the analysis of these problems is developed and the application and capabilities of the method are illustrated using several numerical examples. Furthermore, the displacement and stress field results of these examples are verified using an equivalent refined shell-based finite element model.
The developed static and dynamic GBT formulations for curved thin-walled circular pipes are based on the linear kinematic description of the curved shell theory. In these formulations, the complex problem in pipe bends due to the strong coupling effect of the longitudinal bending, warping and the cross-sectional ovalization is handled precisely through the derivation of the coupling tensors between the considered GBT deformation modes. Similarly, the geometrically nonlinear GBT analysis is formulated for thin-walled circular pipes based on the nonlinear membrane kinematic equations. Here, the initial linear and quadratic stress and displacement tangent stiffness matrices are built using the third and fourth-order GBT deformation mode coupling tensors.
Longitudinally, the formulation of the coupled GBT element stiffness and mass matrices are presented using a beam-based finite element formulation. Furthermore, the formulated GBT elements are tested for shear and membrane locking problems and the limitations of the formulations regarding the membrane locking problem are discussed.
Mitigating Risks of Corruption in Construction: A theoretical rationale for BIM adoption in Ethiopia
(2021)
This PhD thesis sets out to investigate the potentials of Building Information Modeling (BIM) to mitigate risks of corruption in the Ethiopian public construction sector. The wide-ranging capabilities and promises of BIM have led to the strong perception among researchers and practitioners that it is an indispensable technology. Consequently, it has become the frequent subject of science and research. Meanwhile, many countries, especially the developed ones, have committed themselves to applying the technology extensively. Increasing productivity is the most common and frequently cited reason for that.
However, both technology developers and adopters are oblivious to the potentials of BIM in addressing critical challenges in the construction sector, such as corruption. This particularly would be significant in developing countries like Ethiopia, where its problems and effects are acute. Studies reveal that bribery and corruption have long pervaded the construction industry worldwide. The complex and fragmented nature of the sector provides an environment for corruption. The Ethiopian construction sector is not immune from this epidemic reality. In fact, it is regarded as one of the most vulnerable sectors owing to varying socio-economic and political factors. Since 2015, Ethiopia has started adopting BIM, yet without clear goals and strategies. As a result, the potential of BIM for combating concrete problems of the sector remains untapped. To this end, this dissertation does pioneering work by showing how collaboration and coordination features of the technology contribute to minimizing the opportunities for corruption. Tracing loopholes, otherwise, would remain complex and ineffective in the traditional documentation processes.
Proceeding from this anticipation, this thesis brings up two primary questions: what are areas and risks of corruption in case of the Ethiopian public construction projects; and how could BIM be leveraged to mitigate these risks? To tackle these and other secondary questions, the research employs a mixed-method approach. The selected main research strategies are Survey, Grounded Theory (GT) and Archival Study. First, the author disseminates an online questionnaire among Ethiopian construction engineering professionals to pinpoint areas of vulnerability to corruption. 155 responses are compiled and scrutinized quantitatively. Then, a semi-structured in-depth interview is conducted with 20 senior professionals, primarily to comprehend opportunities for and risks of corruption in those identified highly vulnerable project stages and decision points. At the same time, open interviews (consultations) are held with 14 informants to be aware of state of the construction documentation, BIM and loopholes for corruption in the country. Consequently, these qualitative data are analyzed utilizing the principles of GT, heat/risk mapping and Social Network Analysis (SNA). The risk mapping assists the researcher in the course of prioritizing corruption risks; whilst through SNA, methodically, it is feasible to identify key actors/stakeholders in the corruption venture. Based on the generated research data, the author constructs a [substantive] grounded theory around the elements of corruption in the Ethiopian public construction sector. This theory, later, guides the subsequent strategic proposition of BIM. Finally, 85 public construction related cases are also analyzed systematically to substantiate and confirm previous findings.
By ways of these multiple research endeavors that is based, first and foremost, on the triangulation of qualitative and quantitative data analysis, the author conveys a number of key findings. First, estimations, tender document preparation and evaluation, construction material as well as quality control and additional work orders are found to be the most vulnerable stages in the design, tendering and construction phases respectively. Second, middle management personnel of contractors and clients, aided by brokers, play most critical roles in corrupt transactions within the prevalent corruption network. Third, grand corruption persists in the sector, attributed to the fact that top management and higher officials entertain their overriding power, supported by the lack of project audits and accountability. Contrarily, individuals at operation level utilize intentional and unintentional 'errors’ as an opportunity for corruption.
In light of these findings, two conceptual BIM-based risk mitigation strategies are prescribed: active and passive automation of project audits; and the monitoring of project information throughout projects’ value chain. These propositions are made in reliance on BIM’s present dimensional capabilities and the promises of Integrated Project Delivery (IPD). Moreover, BIM’s synchronous potentials with other technologies such as Information and Communication Technology (ICT), and Radio Frequency technologies are topics which received a treatment. All these arguments form the basis for the main thesis of this dissertation, that BIM is able to mitigate corruption risks in the Ethiopian public construction sector. The discourse on the skepticisms about BIM that would stem from the complex nature of corruption and strategic as well as technological limitations of BIM is also illuminated and complemented by this work. Thus, the thesis uncovers possible research gaps and lays the foundation for further studies.
Accurate prediction of stable alluvial hydraulic geometry, in which erosion and sedimentation are in equilibrium, is one of the most difficult but critical topics in the field of river engineering. Data mining algorithms have been gaining more attention in this field due to their high performance and flexibility. However, an understanding of
the potential for these algorithms to provide fast, cheap, and accurate predictions of hydraulic geometry is lacking. This study provides the first quantification of this potential. Using at-a-station field data, predictions of flow depth, water-surface width and longitudinal water surface slope are made using three standalone data mining techniques -, Instance-based Learning (IBK), KStar, Locally Weighted Learning (LWL) - along with four types of novel hybrid algorithms in which the standalone models are trained with Vote, Attribute Selected
Classifier (ASC), Regression by Discretization (RBD), and Cross-validation Parameter Selection (CVPS) algorithms (Vote-IBK, Vote-Kstar, Vote-LWL, ASC-IBK, ASC-Kstar, ASC-LWL, RBD-IBK, RBD-Kstar, RBD-LWL, CVPSIBK, CVPS-Kstar, CVPS-LWL). Through a comparison of their predictive performance and a sensitivity analysis of the driving variables, the results reveal: (1) Shield stress was the most effective parameter in the prediction of all geometry dimensions; (2) hybrid models had a higher prediction power than standalone data mining models,
empirical equations and traditional machine learning algorithms; (3) Vote-Kstar model had the highest performance in predicting depth and width, and ASC-Kstar in estimating slope, each providing very good prediction performance. Through these algorithms, the hydraulic geometry of any river can potentially be predicted accurately and with ease using just a few, readily available flow and channel parameters. Thus, the results reveal that these models have great potential for use in stable channel design in data poor catchments, especially in developing nations where technical modelling skills and understanding of the hydraulic and sediment processes occurring in the river system may be lacking.
Die Auseinandersetzung mit der Digitalisierung ist in den letzten Jahren in den Medien, auf Konferenzen und in Ausschüssen der Bau- und Immobilienbranche angekommen. Während manche Bereiche Neuerungen hervorbringen und einige Akteure als Pioniere zu bezeichnen sind, weisen andere Themen noch Defizite hinsichtlich der digitalen Transformation auf. Zu dieser Kategorie kann auch das Baugenehmigungsverfahren gezählt werden. Unabhängig davon, wie Architekten und Ingenieure in den Planungsbüros auf innovative Methoden setzen, bleiben die Bauvorlagen bisher zuhauf in Papierform oder werden nach der elektronischen Einreichung in der Behörde ausgedruckt. Vorhandene Ressourcen, beispielsweise in Form eines Bauwerksinformationsmodells, die Unterstützung bei der Baugenehmigungsfeststellung bieten können, werden nicht ausgeschöpft. Um mit digitalen Werkzeugen eine Entscheidungshilfe für die Baugenehmigungsbehörden zu erarbeiten, ist es notwendig, den Ist-Zustand zu verstehen und Gegebenheiten zu hinterfragen, bevor eine Gesamtautomatisierung der innerbehördlichen Vorgänge als alleinige Lösung zu verfolgen ist.
Mit einer inhaltlich-organisatorischen Betrachtung der relevanten Bereiche, die Einfluss auf die Baugenehmigungsfeststellung nehmen, wird eine Optimierung des Baugenehmigungsverfahrens in den
Behörden angestrebt. Es werden die komplexen Bereiche, wie die Gesetzeslage, der Einsatz von Technologie aber auch die subjektiven Handlungsalternativen, ermittelt und strukturiert. Mit der Entwicklung eines Modells zur Feststellung der Baugenehmigungsfähigkeit wird sowohl ein Verständnis für Einflussfaktoren vermittelt als auch eine Transparenzsteigerung für alle Beteiligten geschaffen.
Neben einer internationalen Literaturrecherche diente eine empirische Studie als Untersuchungsmethode. Die empirische Studie wurde in Form von qualitativen Experteninterviews durchgeführt, um den Ist-Zustand im Bereich der Baugenehmigungsverfahren festzustellen. Das erhobene Datenmaterial wurde aufbereitet und anschließend einer softwaregestützten Inhaltsanalyse unterzogen. Die Ergebnisse wurden in Kombination mit den Erkenntnissen der Literaturrecherche in verschiedenen Analysen als Modellgrundlage aufgearbeitet.
Ergebnis der Untersuchung stellt ein Entscheidungsmodell dar, welches eine Lücke zwischen den gegenwärtigen
Abläufen in den Baubehörden und einer Gesamtautomatisierung der Baugenehmigungsprüfung schließt. Die prozessorientierte Strukturierung entscheidungsrelevanter Sachverhalte im Modell ermöglicht eine Unterstützung bei der Baugenehmigungsfeststellung für Prüfer und Antragsteller. Das theoretische Modell konnte in Form einer Webanwendung in die Praxis übertragen werden.
Für die Verminderung der betonspezifischen CO2-Emissionen wird ein verstärkter Einsatz klinkerreduzierter Zemente bzw. Betone angestrebt. Die Reduzierung des Klinkergehaltes darf jedoch nicht zu einer lebensdauerrelevanten Beeinträchtigung der Betondauerhaftigkeit führen. In diesem Zusammenhang stellt der Frost-Tausalz-Widerstand eine kritische Größe dar, da er bei höheren Klinkersubstitutionsraten häufig negativ beeinflusst wird. Erschwerend kommt hinzu, dass für klinkerreduzierte Betone nur ein unzureichender Erfahrungsschatz vorliegt. Ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand kann daher nicht ausschließlich anhand deskriptiver Vorgaben gewährleistet werden. Demgemäß sollte perspektivisch auch für frost-tausalzbeanspruchte Bauteile eine performancebasierte Lebensdauerbetrachtung erfolgen.
Eine unverzichtbare Grundlage für das Erreichen dieser Ziele ist ein Verständnis für die Schadensvorgänge beim Frost-Tausalz-Angriff. Der Forschungsstand ist jedoch geprägt von widersprüchlichen Schadenstheorien. Somit wurde als Zielstellung für diese Arbeit abgeleitet, die existierenden Schadenstheorien unter Berücksichtigung des aktuellen Wissensstandes zu bewerten und mit eigenen Untersuchungen zu prüfen und einzuordnen. Die Sichtung des Forschungsstandes zeigte, dass nur zwei Theorien das Potential haben, den Frost-Tausalz-Angriff umfassend abzubilden – die Glue Spall Theorie und die Cryogenic Suction Theorie.
Die Glue Spall Theorie führt die Entstehung von Abwitterungen auf die mechanische Schädigung der Betonoberfläche durch eine anhaftende Eisschicht zurück. Dabei sollen nur bei moderaten Tausalzkonzentrationen in der einwirkenden Lösung kritische Spannungszustände in der Eisschicht auftreten, die eine Schädigung der Betonoberfläche hervorrufen können. In dieser Arbeit konnte jedoch nachgewiesen werden, dass starke Abwitterungen auch bei Tausalz¬konzentrationen auftreten, bei denen eine mechanische Schädigung des Betons durch das Eis auszuschließen ist. Damit wurde die fehlende Eignung der Glue Spall Theorie aufgezeigt.
Die Cryogenic Suction Theorie fußt auf den eutektischen Eigenschaften von Tausalz-lösungen, die im gefrorenen Zustand immer als Mischung auf festem Wassereis und flüssiger, hochkonzentrierter Salzlösung bestehen, solange ihre Eutektikumstemperatur nicht unter¬schritten wird. Die flüssige Phase im salzhaltigen Eis stellt für gefrorenen Beton ein bisher nicht berücksichtigtes Flüssigkeitsreservoir dar, welches trotz der hohen Salzkonzentration die Eisbildung in der Betonrandzone verstärken und so die Entstehung von Abwitterungen verursachen soll. In dieser Arbeit wurde bestätigt, dass die Eisbildung im Zementstein beim Gefrieren in hochkonzentrierter Tausalzlösung tatsächlich verstärkt wird. Das Ausmaß der zusätzlichen Eisbildung wurde dabei auch von der Fähigkeit des Zementsteins zur Bindung von Chloridionen aus der Tausalzlösung beeinflusst.
Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die Cryogenic Suction Theorie eine gute Beschreibung des Frost-Tausalz-Angriffes darstellt, aber um weitere Aspekte ergänzt werden muss. Die Berücksichtigung der intensiven Sättigung von Beton durch den Prozess der Mikroeislinsenpumpe stellt hier die wichtigste Erweiterung dar. Basierend auf dieser Überlegung wurde eine kombinierte Schadenstheorie aufgestellt. Wichtige Annahmen dieser Theorie konnten experimentell bestätigt werden. Im Ergebnis wurde so die Grundlage für ein tiefergehendes Verständnis des Frost-Tausalz-Angriffes geschaffen. Zudem wurde ein neuer Ansatz identifiziert, um die (potentielle) Verringerung des Frost-Tausalz-Widerstandes klinkerreduzierter Betone zu erklären.
In den letzten Jahrzehnten unterlag der Straßenbetriebsdienst tiefgreifenden Veränderungen. Diese Veränderungen schließt auch die betriebliche Steuerungsphilosophie ein, um eine planungsrationale und ökonomische Gestaltung des Straßenbetriebsdienstes zu unterstützen. Dabei erfolgt eine verbindliche Vorgabe der Leistungsinhalte und -umfänge und ermöglicht eine Budgetierung für das vorgesehene Jahresarbeitsprogramm.
Ziel der Untersuchung ist die Entwicklung eines Modells für die Ermittlung von leistungsbezogenen Musterjahresganglinien zur Unterstützung der Jahresarbeitsplanung. Dafür lagen für jede Leistung des Leistungsbereiches „Grünpflege“ jeweils 260 einzelne Jahresganglinien vor.
Im Ergebnis der Untersuchung wird die leistungsbezogene Musterjahresganglinie in vier Schritten ermittelt. Im ersten Schritt erfolgt die Prüfung der Datenqualität; im zweiten Schritt eine Korrelationsanalyse; im dritten Schritt die fachliche Überprüfung der Leistungsausprägung und im vierten Schritt die Ermittlung der leistungsbezogenen Musterjahresganglinie aus den verbliebenen leistungsbezogenen Jahresganglinien.
A vast number of existing buildings were constructed before the development and enforcement of seismic design codes, which run into the risk of being severely damaged under the action of seismic excitations. This poses not only a threat to the life of people but also affects the socio-economic stability in the affected area. Therefore, it is necessary to assess such buildings’ present vulnerability to make an educated decision regarding risk mitigation by seismic strengthening techniques such as retrofitting. However, it is economically and timely manner not feasible to inspect, repair, and augment every old building on an urban scale. As a result, a reliable rapid screening methods, namely Rapid Visual Screening (RVS), have garnered increasing interest among researchers and decision-makers alike. In this study, the effectiveness of five different Machine Learning (ML) techniques in vulnerability prediction applications have been investigated. The damage data of four different earthquakes from Ecuador, Haiti, Nepal, and South Korea, have been utilized to train and test the developed models. Eight performance modifiers have been implemented as variables with a supervised ML. The investigations on this paper illustrate that the assessed vulnerability classes by ML techniques were very close to the actual damage levels observed in the buildings.
The main purpose of the thesis is to ensure the safe demolition of old guyed antenna masts that are located in different parts of Germany. The major problem in demolition of this masts is the falling down of the masts in unexpected direction because of buckling problem. The objective of this thesis is development of a numerical models using finite element method (FEM) and assuring a controlled collapse by coming up with different time setups for the detonation of explosives which are responsible for cutting down the cables. The result of this thesis will avoid unexpected outcomes during the demolition processes and prevent risk of collapsing of the mast over near by structures.
Die Haltungen des Architekten Luigi Snozzi. Untersucht am Beispiel des Projektes Monte Carasso
(2021)
Welche Haltung spricht aus den Werken von Architekt*innen? Lassen sich Werte und Handlungsanweisungen von Mauern und Plänen ablesen? Luigi Snozzis Entwürfe für Monte Carasso werden in dieser Arbeit exemplarisch darauf untersucht. Sie zeugen von der Verantwortung, die jede*r Architekt*in für das Umfeld hat, in dem sie oder er baut.