@inproceedings{WolkowiczRuthStahr, author = {Wolkowicz, Christian and Ruth, J{\"u}rgen and Stahr, Alexander}, title = {TOOL TO CHECK TOPOLOGY AND GEOMETRY FOR SPATIAL STRUCTURES ON BASIS OF THE EXTENDED MAXWELL'S RULE}, editor = {G{\"u}rlebeck, Klaus and K{\"o}nke, Carsten}, organization = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.3037}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170327-30370}, pages = {8}, abstract = {One of the simplest principle in the design of light-weight structures is to avoid bending. This can be achieved by dissolving girders into members acting purely in axial tension or compression. The employment of cables for the tensioned members leads to even lighter structures which are called cable-strut structures. They constitute a subclass of spatial structures. To give fast information about the general feasibility of an architectural concept employing cable-strut structures is a challenging task due to their sophisticated mechanical behavior. In this regard it is essential to control if the structure is stable and if pre-stress can be applied. This paper presents a tool using the spreadsheet software Microsoft (MS) Excel which can give such information. Therefore it is not necessary to purchase special software and the according time consuming training is much lower. The tool was developed on basis of the extended Maxwell's rule, which besides topology also considers the geometry of the structure. For this the rank of the node equilibrium matrix is crucial. Significance and determination of the rank and the implementation of the corresponding algorithms in MS Excel are described in the following. The presented tool is able to support the structural designer in an early stage of the project in finding a feasible architectural concept for cable-strut structures. As examples for the application of the software tool two special cable-strut structures, so called tensegrity structures, were examined for their mechanical behavior.}, subject = {Architektur }, language = {en} } @phdthesis{Wolkowicz2008, author = {Wolkowicz, Christian}, title = {Ein Beitrag zur Evolution des Tensegrity-Konzeptes - Zur Erh{\"o}hung der Steifigkeit von Seil-Stab-Systemen}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.1473}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090417-14659}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2008}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit werden auf Basis des Tensegrity-Konzeptes Strukturen entwickelt und vorgestellt, welche durch einen signifikanten Steifigkeitszuwachs in der Lage sind, die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken zu erf{\"u}llen. Selbstverankerte Strukturen mit aufgel{\"o}sten Druckst{\"a}ben werden als Seil-Stab-Systeme bezeichnet und sind alleiniger Gegenstand aller angestellten Betrachtungen. Tensegrity-Strukturen sollen eine Untergruppe der Seil-Stab-Systeme darstellen, deren symptomatische Eigenschaft eine sich im Tensegrity-Zustand befindliche Geometrie ist. Einer Definition des Tensegrity-Zustandes folgt ein {\"U}berblick {\"u}ber die zur Untersuchung von Seil-Stab-Systemen notwendigen Berechnungsalgorithmen. Der Kern der Arbeit besch{\"a}ftigt sich zun{\"a}chst mit dem Einfluss der Geometrie auf die Empfindlichkeit von Seil-Stab-Systemen gegen{\"u}ber unvermeidlichen Herstellungstoleranzen sowie dem Einfluss von Topologie, Vorspannung, lokaler Steifigkeit der Elemente und Geometrie auf die Steifigkeit dieser Systeme. Darauf aufbauend wird eine M{\"o}glichkeit gezeigt, die Steifigkeit von beweglichen Seil- Stab-Systemen merklich zu erh{\"o}hen, ohne die Strukturen durch zus{\"a}tzliche Elemente oder Verbindungen optisch zu ver{\"a}ndern. Der zu erzielende Steifigkeitszuwachs wird mittels Vergleichrechnungen und durchgef{\"u}hrten Belastungsversuchen verifiziert.}, subject = {Tensegrity }, language = {de} } @inproceedings{StahrRuthWolkowicz, author = {Stahr, Alexander and Ruth, J{\"u}rgen and Wolkowicz, Christian}, title = {... WITHOUT RIGHT ANGLE.}, editor = {G{\"u}rlebeck, Klaus and K{\"o}nke, Carsten}, organization = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.3024}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170327-30248}, pages = {8}, abstract = {Currently sculptural design is one of the most discussed themes in architecture. Due to their light weight, easy transportation and assembly, as well as an almost unlimited structural variety, parameterised spatial structures are excellently suited for constructive realisation of free formed claddings. They subdivide the continuous surface into a structure of small sized nodes, straight members and plane glass panels. Thus they provide an opportunity to realise arbitrary double-curved claddings with a high degree of transparency, using industrial semi-finished products (steel sections, flat glass). Digital design strategies and a huge number of similar looking but in detail unique structural members demand a continuous digital project handling. Within a research project, named MYLOMESH, a free-formed spatial structure was designed, constructed, fabricated and assembled. All required steps were carried out based on digital data. Different digital connections (scripts) between varying software tools, which are usually not used in the planning process of buildings, were created. They allow a completely digital workflow. The project, its design, meshing, constructive detailing and the above-mentioned scripts are described in this paper.}, subject = {Architektur }, language = {en} } @phdthesis{Stahr2008, author = {Stahr, Alexander}, title = {Das wohltemperierte Netz - Zum Konstruktiven Entwurf direkt verglaster Stabnetze auf Freiformfl{\"a}chen}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.1383}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090427-14602}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2008}, abstract = {Direkt verglaste Stabnetze repr{\"a}sentieren ein strukturell und geometrisch hochgradig variables Prinzip zur Realisierung transparenter architektonischer Freiformfl{\"a}chen. Dieses beinhaltet die funktionale Entkopplung der Fassadenkonstruktion in ein tragendes Stabnetz und eine h{\"u}llende Verglasung. Ein formal universales, dimensional variables Knotenelement bildet dabei das Herzst{\"u}ck der Konstruktion. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Konstruktiven Entwurf frei geformter, direkt verglaster Stabnetze. Dieser umfasst schwerpunktm{\"a}ßig die formale und dimensionale Konzeptionierung der Knotenelemente. Er wird maßgeblich beeinflusst von der Dimensionalit{\"a}tsdifferenz zwischen dem formbeschreibenden Fl{\"a}chennetz aus nulldimensionalen Knoten und eindimensionalen Kanten sowie dem Stabnetz aus dreidimensionalen Knoten bzw. St{\"a}ben. Dar{\"u}ber hinaus definieren das freiformbedingte Erfordernis einer unikaten Ausrichtung der Stabnetzelemente sowie die materialspezifische Anforderung einer zw{\"a}ngungsfreien Lagerung der Gl{\"a}ser weitere dominante Einflussgr{\"o}ßen im Entwurfsprozess. In der Arbeit werden zun{\"a}chst die geometrischen und konstruktiven Randbedingungen des Konstruktiven Stabnetzentwurfs dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Zylinder-Achsen- Modell entwickelt, welches die unikate lokale Situation am Knoten unter Ber{\"u}cksichtigung einer variablen Ausrichtung der Stabnetzelemente sowie beliebig polygonaler Stabquerschnitte abstrahiert. Die Modellierung erm{\"o}glicht eine Bewertung des knotenbezogenen Status unter konstruktiven und mechanischen Aspekten. Sie bildet somit die Grundlage f{\"u}r eine Konstruktive Optimierung direkt verglaster Stabnetze. Mit Hilfe des Zylinder-Achsen-Modells werden alle bisher bekannten Prinzipien zur Ausrichtung der Stabnetzelemente analysiert. Dabei offenbaren sich verschiedene Defizite. Zu deren {\"U}berwindung werden drei neuartige L{\"o}sungsans{\"a}tze entwickelt. Eine alternative Methode dient folglich zur Bestimmung einer konstruktiv optimierten Ausrichtung der Knotenachse. Ein zweiter Ansatz zielt auf die Definition einer neuartigen Stabl{\"a}ngsbezugsachse, welche unabh{\"a}ngig von der Fl{\"a}chenkr{\"u}mmung eine zw{\"a}ngungsfreie Lagerung der Glaselemente gew{\"a}hrleistet. Schließlich erm{\"o}glicht das dritte innovative Prinzip die konsistente Bestimmung einer Stabquerachse auch bei nicht ebenen Viereckmaschen.}, subject = {Entwurf}, language = {de} } @misc{Kramer2005, type = {Master Thesis}, author = {Kramer, Roman}, title = {Der konstruktive Entwurf von Stabnetzwerken am Beispiel des Naturtheaters Gr{\"o}tzingen}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.639}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-6397}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2005}, abstract = {Im Ergebnis dieser Arbeit ist es gelungen, die Form der {\"U}berdachung des Frei-lufttheaters in Gr{\"o}tzingen als Stabnetzschale zu generieren und in einer Vorbe-messung konstruktiv durchzubilden. Im iterativen Prozess der Formfindung bilden Form, Last, Auflager und Tragver-halten eine Einheit, welche die letztendliche Form eines Tragwerks bestimmt. Kommt es auf Effizienz, Leichtigkeit und große Spannweiten an, so ist die Form eines Tragwerks dem gew{\"u}nschten Beanspruchungszustand anzupassen. Die Form sollte somit die Folge des Sollkraftzustandes sein und nicht umgekehrt. W{\"a}hrend der Formfindung in DOMEdesign ist es nicht gelungen, die Schalen-form {\"u}ber ein Netz mit quadratischen Maschen zu erzeugen, da sich die Berech-nung immer an derselben Stelle der Generierung festgefahren hat. Die Ursache hierf{\"u}r kann durch die Anzahl der Unbekannten je Knoten w{\"a}hrend Iterations-schritte in der Berechnung erkl{\"a}rt werden. Die genaue Form wurde durch die Verwendung eines Hexagonnetzes realisiert. Vorher musste das Netz jedoch mittels AutoCad in die geneigte Lage gedreht werden. Den entscheidenden Ein-fluss f{\"u}r die entstehende Form haben die Gr{\"o}ßen der Radien des ebenen Aus-gangsnetzes. Je kleiner der Radius des Randes, desto schlanker und filigraner bildet sich die Form der Schale aus. Als sehr positives Programmtool soll die Im- und Exportfunktion von DOMEdesign erw{\"a}hnt werden. Mit deren Hilfe kann jede Konstruktion problemlos als dxf-File in CAD - Programmen bearbeitet und wieder importiert werden. Die {\"U}berf{\"u}hrung der Netztopologie in eine dreieckige Vermaschung ist im Pro-gramm AutoCad durchgef{\"u}hrt worden. Hierzu war es notwendig, jeden zweiten Punkt eines Hexagons zu fangen und durch Verbinden, Dreiecke zu erzeugen. Nach der ersten Vorbemessung schien die Entscheidung sinnvoll, aufgrund der zunehmenden Normalkr{\"a}fte zum Auflager hin, eine Staffelung der Stabquer-schnitte vorzusehen. Die Querschnitte variieren von 120/70 (in Schalenmitte) bis 180/70 (am Auflager). Am {\"U}bergang zweier Stabgr{\"o}ßen werden gevoutete St{\"a}be angeordnet. Im Rahmen dieser Vorbemessung stellte sich heraus, dass sich eine reine Schalentragwirkung (nur Druckkr{\"a}fte) in der gefundenen Konstruktion nicht zu 100 \% einstellt. Grund daf{\"u}r ist der Zusammenhang von Netztopologie, Ge-l{\"a}ndeneigung- bzw. Lage der Lagerpunkte und Art der Beanspruchung. Deshalb treten in der Stabnetzschale vereinzelt Zugkr{\"a}fte auf, welche vom Dreieck hin zum Hexagon abnehmen. Im maßgebenden Lastfall bewegen sich die Betr{\"a}ge der Verformungen in einem tolerierbaren Bereich von bis zu maximal 3,7 cm, welche die Zul{\"a}ssigen von maximal 13,3 cm deutlich unterschreiten. Die Fortschritte durch Computer - orientierte - Verfahren zur Formfindung und Bemessung haben die Formvielfalt beim Bau von doppelt gekr{\"u}mmten Fl{\"a}chen aus Stahl und Glas erweitert. Die automatisierte Fertigung erlaubt es, sich von den bisher immer geforderten gleichen Stabl{\"a}ngen und gleichen Knotenausbil-dungen loszul{\"o}sen. Um die gefundene Schalenform konstruktiv umzusetzen, ist es notwendig einen Knoten zu finden, welcher den Anspr{\"u}chen in Bezug auf Stabverdrehung, Glasauflagerung und Schalenkr{\"u}mmung gen{\"u}gt. Hierbei gibt es eine Vielzahl an m{\"o}glichen Konstruktionen. Da an bestimmten Knoten große Un-terschiede zwischen Vertikalwinkeln auftreten, fiel in dieser Arbeit die Entschei-dung zu Gunsten eines Zylinderknotens, dessen lokale Geometrie durch die unterschiedlichen Stabenden realisiert wird. Der Knoten selbst {\"u}bernimmt nur die Einstellung der Horizontalwinkel. Die Verbindung zwischen Stab und Knoten wird mittels zweier Schrauben, die {\"u}bereinander und senkrecht zur Knotenachse aus-gerichtet sind, hergestellt. Dazu wird an den Stabenden ein 1 cm starkes Blech angeschweißt, wodurch die Schrauben vom Knoten her vorgespannt werden k{\"o}nnen. Die Oberkante des Knotens darf dabei nicht {\"u}ber die Staboberseiten herausragen, da sonst keine durchgehende Auflage der Glasscheiben m{\"o}glich ist.}, subject = {Gitterschale}, language = {de} } @phdthesis{Hollberg, author = {Hollberg, Alexander}, title = {A parametric method for building design optimization based on Life Cycle Assessment - Appendix}, series = {A parametric method for building design optimization based on Life Cycle Assessment}, journal = {A parametric method for building design optimization based on Life Cycle Assessment}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.2688}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20161101-26884}, abstract = {The building sector is responsible for a large share of human environmental impacts, over which architects and planners have a major influence. The main objective of this thesis is to develop a method for environmental building design optimization based on Life Cycle Assessment (LCA) that is applicable as part of the design process. The research approach includes a thorough analysis of LCA for buildings in relation to the architectural design stages and the establishment of a requirement catalogue. The key concept of the novel method called Parametric Life Cycle Assessment(PLCA) is to combine LCA with parametric design. The application of this method to three examples shows that building designs can be optimized time-efficiently and holistically from the beginning of the most influential early design stages, an achievement which has not been possible until now.}, subject = {{\"O}kobilanz}, language = {en} } @phdthesis{Heidenreich, author = {Heidenreich, Christian}, title = {Adaptivit{\"a}t von freigeformten Fl{\"a}chentragwerken - M{\"o}glichkeiten zur Steigerung der Effizienz von Faserverbundstrukturen im Bauwesen}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.2551}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160314-25512}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, pages = {180}, abstract = {Die vorliegende Arbeit fokussiert die Optimierung freigeformter adaptiver Faserverbundfl{\"a}chentragwerke auf Basis einer entwickelten und auf einem parametrischen Gesamtmodell basierenden Entwurfsmethode. Die {\"U}bertragung adaptiver, nat{\"u}rlich inspirierter Vorg{\"a}nge stellt eine weitreichende Inspirationsquelle dar. Adaptive Tragwerke k{\"o}nnen unter Anwendung von Smart Materials als materialsparende, filigrane Tragwerke ausgef{\"u}hrt werden. Die Erf{\"u}llung der Grenzzust{\"a}nde der Tragf{\"a}higkeit und der Gebrauchstauglichkeit wird nicht allein {\"u}ber die Querschnittsabmessungen sichergestellt. Die notwendige Bauteilsteifigkeit kann vielmehr durch Eintragung von Aktivierungsenergie (Operational Energy) realisiert werden. Auf diese Weise kann die aufgrund der Bauteilabmessungen gebundene Energie (Embodied Energy) minimiert werden. Die entwickelte Entwurfsmethode erm{\"o}glicht die Auslegung und Optimierung materialminimierter Schalentragwerke in einem mehrstufigen Prozess. Hierbei wird aus tragwerksplanerischer Sicht die numerische Formfindung, die statische Berechnung und die Aktor- und Sensorpositionierung berechnet. Zudem werden Analysen hinsichtlich der Nachhaltigkeit auf Basis einer Lebenszyklusanalyse durchgef{\"u}hrt. Aufgrund der unterschiedlichen, sich aber gegenseitig beeinflussenden Kriterien, ist eine Optimierung durchzuf{\"u}hren. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Definition zul{\"a}ssiger {\"O}kobilanzkennwerte von Smart Materials auf Basis der Energiedifferenz zwischen einer passiven und einer adaptiven Struktur vorgestellt. Anhand dieser Kennwerte kann die Entwicklung zuk{\"u}nftiger Smart Materials unter dem Aspekt der ganzheitlichen Nachhaltigkeit erfolgen. Die Allgemeing{\"u}ltigkeit und {\"U}bertragbarkeit der Entwurfsmethode auf weitere Tragsysteme im Bauwesen und speziell anderer Materialkonstellationen wird anhand verschiedener Beispiele aufgezeigt.}, subject = {Entwurf}, language = {de} } @phdthesis{Genzel2006, author = {Genzel, Elke}, title = {Zur Geschichte der Konstruktion und der Bemessung von Tragwerken aus faserverst{\"a}rkten Kunststoffen 1950-1980}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.802}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20070226-8468}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2006}, abstract = {Die Arbeit befasst sich mit der Anwendung faserverst{\"a}rkter Kunststoffe f{\"u}r Tragwerke des Hochbaus. Es wird ein geschichtlicher {\"U}berblick {\"u}ber die Jahre 1950 bis 1980 gegeben und dabei herausgestellt, wie es 1. zur Einf{\"u}hrung des bis 1950 unbekannten Werkstoffes im Bauwesen kommen konnte 2. welche Personen und Institute maßgeblich an der Einf{\"u}hrung und Entwicklung des Bauens mit FVK beteiligt waren 3. welche Tragwerke verwendet wurden 4. wie die Pioniere diese Tragwerke bemaßen 5. welche konstruktiven Besonderheiten sich mit der Verwendung von FVK in der Tragstruktur ergaben Nach einer Einf{\"u}hrung werden im Kapitel 2 die wichtigsten Faktoren der Entwicklung von Tragwerken aus GFK er{\"o}rtert. Im Kapitel 3 wird die Technik der Fertigung von GFK-Teilen und deren F{\"u}gung beschrieben. Im Kapitel 4 werden die Tragwerke beschrieben und einzelne Tragwerkstypen eingehend er{\"o}rtert. Im Kapitel 5 werden die Bemessungskonzepte und deren Entwicklung er{\"o}rtert. In der Bilanz werden die Faktoren aufgez{\"a}hlt, die zum Abklingen des Bauens mit FVK in der Tragstruktur gef{\"u}hrt haben. Die Arbeit wird erg{\"a}nzt durch eine ca. 40-seitige Tabelle in der die gebauten Tragwerke in Abh{\"a}ngigkeit von den technischen Parametern Spannweiten und Lasten dargestellt werden. Im Anhang werden 10 exemplarische Bauten detailliert er{\"o}rtert.}, subject = {Tragwerk}, language = {de} }