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Ein Beitrag zur Evolution des Tensegrity-Konzeptes - Zur Erhöhung der Steifigkeit von Seil-Stab-Systemen

A contribution to the evolution of the Tensegriy-concept - About the increase of the stiffness of cable-strut-systems

  • 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 erfüllen. Selbstverankerte Strukturen mit aufgelösten Druckstäben 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 Überblick über die zur Untersuchung von Seil-Stab-Systemen notwendigen Berechnungsalgorithmen. Der Kern der Arbeit beschäftigt sich zunächst mit dem Einfluss der Geometrie auf die Empfindlichkeit von Seil-Stab-Systemen gegenüber unvermeidlichen Herstellungstoleranzen sowie dem Einfluss von Topologie, Vorspannung, lokaler Steifigkeit der Elemente und Geometrie auf die Steifigkeit dieser Systeme. Darauf aufbauend wird eine Möglichkeit gezeigt, die Steifigkeit von beweglichen Seil- Stab-Systemen merklich zu erhöhen, ohne die Strukturen durch zusätzliche Elemente oder Verbindungen optisch zu verändern. Der zu erzielende Steifigkeitszuwachs wird mittels Vergleichrechnungen und durchgeführten Belastungsversuchen verifiziert.
  • In the here presented document structures, based on the Tensegrity concept, are developed and introduced which are able to fulfil the demands towards the service state of a load bearing structure due to a significant increase of its stiffness. Self anchored structures with dissolved compression struts are named cable-strut-systems and are the exclusive topic of considerations carried out. Tensegrity structures shall be a sub division of the cable strut systems with a geometry in the Tensegrity state as the determining characteristic. After a definition of the Tensegrity state an overview about the calculation algorithms necessary for the examination of cable-strut-systems is given. The main part initially deals with the influence of geometry on the sensitivity of cable-strut systems against unavoidable manufacturing tolerances as well as with the influence of topology, pre-stress, local stiffness of the elements and the geometry on the stiffness of those systems. Based on these considerations an opportunity to increase the stiffness of kinematic cable-strut systems significantly without changing the visual effects by adding elements is presented. Comparative calculations and mock-up tests were used to verify the achievable increase of the stiffness.

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Metadaten
Document Type:Doctoral Thesis
Author: Christian Wolkowicz
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.1473Cite-Link
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090417-14659Cite-Link
Series (Serial Number):Konstruktion und Gestalt (2008/01)
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Jürgen Ruth
Language:German
Date of Publication (online):2009/04/17
Year of first Publication:2009
Date of final exam:2008/09/29
Release Date:2011/12/16
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Architektur und Urbanistik [bis 2014 Fakultät Architektur]
Institutes:Fakultät Architektur und Urbanistik [bis 2014 Fakultät Architektur] / Professur Tragwerkslehre
Tag:Tensegrity; cable-strut-systems; mechanism; pre-stress; stiffness
GND Keyword:Tensegrity <Tragwerk>; Steifigkeit; Vorspannung; Seiltragwerk; Fuller, Richard Buckminster
Dewey Decimal Classification:700 Künste und Unterhaltung / 720 Architektur / 720 Architektur
BKL-Classification:56 Bauwesen / 56.11 Baukonstruktion
Licence (German):License Logo Creative Commons 4.0 - Namensnennung-Nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)