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In der jüngeren Vergangenheit haben die Entwicklungen von neuen Programmen und der Rechentechnik zu radikalen Veränderungen in den Methoden der Berechnung von ingenieurtechnischen Bauten geführt. An erster Stelle sind hier die Matrizenmethoden für notwendige Berechnungen der Aufgaben anzuführen, welche eine kompakte und allgemeine Form der Aufschreibung von Gleichungen gestatten und geeignet für die Bearbeitung an Computern sind. Die elektronischen Maschinen wurden damit befähigt nicht nur Systeme linear-algebraischer Gleichungen mit hundert oder tausend von Unbekannten zu lösen, sonder auch die Bearbeitung von Differentialgleichungen, sowie die Formierung dieser Gleichungen zu übernehmen. Damit übernehmen die Computer den Grossteil des Prozesses der Berechnung und der Projektierung einer Konstruktion. Zweifellose Aktualität haben die Fragen über die Benutzung dieser Eigenschaften für die Aufgaben der Bauinformatik und Baumechanik. Diesen ist der vorliegende Artikel gewidmet. In der Praxis der Projektierung kommen oft komplexe Stabsysteme und zylindrische-gefaltete Flächensysteme vor. Dabei ist zu berücksichtigen: die Verschiebung in Stabsystemen, ihre elastischen Gründungen und die auftretenden längs- und querlaufenden Biegungen sowie harmonische Schwingungen. In diesem Artikel wird ein universeller Algorithmus zur Ausarbeitung von Matrizen für Härte- und Festigkeitsbetrachtungen für Stäbe vorgestellt. Der entwickelte Algorithmus erlaubt die Berechnung von komplizierten Stabsystemen, die in der Praxis weit verbreitet sind. Für die Ausarbeitung der Matrizen für die Festigkeitsbetrachtung wurde die symbolische Programmiersprache MAPLE benutzt. Weiterhin zeigt dieser Artikel die Berechnung von gefalteten Flächensystemen unter Verwendung des diskret- kontinuierlichen Modells von W. S. Wlasow, mit Hilfe eines universellen Algorithmus auf. Für die Aufstellung der Matrix für Festigkeitsbetrachtung werden als Systemeinstellungen die Schichtformierung und der Ausschluss nach Gauss vorgeschlagen. Am Ende des Artikels werden Beispiele für die Berechnung von komplizierten Konstruktion aufgeführt.
Neue Konstruktionsentwicklungen erwarten von Bauingenieuren auch neue Berechnungs- und Analysenmethoden. Zu solchen Konstruktionen gehören Polystyrol-Massiv-Rippendecken. Die Decken, die eine wichtige Rolle im Neubau sowie in der Sanierung und Rekonstruktion von Altbauten spielen, haben eine umfangreiche Technologiebeschreibung, jedoch relativ kleine Berechnungsbase zur statischen Analyse der Ausnutzugs- und Statischfestigkeitsparametern. In den Vortrag wurde eine Methode zu Analyse solche Decken dargestellt. Das interessante Problem befindet sich in der sogennaten zweiten Phase, wenn der Decke keine elastische Platte ist. Eine wichtige Rolle bei Berechnung spielen die veränderte Steifigkeit und Rheology.
Werden bei der Tragwerksauslegung Schnittgrößenumlagerungen infolge Plastizierungen zugelassen, dann ist die Lastintensität durch die Einhaltung von entsprechenden Grenzzustandskriterien, passend zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten, zu begrenzen. Für Tragwerke, die von mehreren unabhängig voneinander, wiederholt und in beliebiger Reihenfolge auftretenden Lasten beansprucht werden, stellt die adaptive Grenzlast (Einspiellast), ausgedrückt durch den adaptiven Grenzlastfaktor, ein geeignetes Grenzzustandskriterium dar. Bedingt durch zufällige Systemeigenschaften und zeitlich zufälliges Lastverhalten stellt der adaptive Grenzlastfaktor eine Zufallsgröße dar. Für die Bestimmung des stochastischen adaptiven Grenzlastfaktors und der Versagenswahrscheinlichkeit gegenüber dem Grenzzustand der Adaption für einen Zeitraum [0,T] werden die mathematische Optimierung (mechanische Problemlösung) und die Monte-Carlo-Simulation (stochastische Problemlösung) herangezogen, wobei eine Überführung von zeitvarianten Lastmodellen in äquivalente zeitinvariante Lastmodelle erforderlich wird. Am Beispiel eines eingespannten Stahlbetonrahmens wird untersucht, wie sich eine unterschiedliche stochastische Modellbildung des Tragwerks und eine unterschiedliche Vorgehensweise bei der Überlagerung von Extremwerten der Belastung auf die Beurteilung der Versagenswahrscheinlichkeit des Tragwerks für verschiedene Lebensdauern auswirken. Im Ergebnis dieser Untersuchungen zeigt sich, dass sich die Versagenswahrscheinlichkeit signifikant erhöht, wenn stochastische Tragwerkseigenschaften in Ansatz gebracht werden. Die größte Bedeutung besitzt dabei die Zufälligkeit der Zugfestigkeit der Bewehrung. Alle anderen Zufallsgrößen beeinflussen die Versagenswahrscheinlichkeit nur in ihrer Gesamtheit, einzeln betrachtet sind sie nahezu bedeutungslos. Es stellt sich weiterhin heraus, dass eine vereinfachte Überlagerung der Last-Extremwerte zu einer deutlichen Überschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit führt und somit als konservatives Modell zu bewerten ist.
In der vorliegenden Arbeit geht es um die Anwendung von biorthogonalen Waveletsystemen in der Parameteridentifikation. Es sollen Grundlagen geschaffen werden, um bei der Auswertung dynamischer Experimente derartige Wavelets und damit die schnelle Wavelet-Transformation (FWT) systematisch und effektiv zu nutzen. Zu diesem Zweck wird von den Waveletfiltern ein System von Verbindungskoeffizienten abgeleitet. Mit deren Hilfe erfolgen die Projektionen von Operatoren, insbesondere die von Differentiations- und Integrationsoperatoren, in die entsprechenden Wavelet-Räume. Sämtliche Verbindungskoeffizienten können rekursiv und in endlich vielen Schritten exakt berechnet werden. Ausgehend von den dynamischen Krafteinwirkungen und den gemessenen Reaktionsbeschleunigungen oder Reaktionsgeschwindigkeiten bezüglich der einzelnen Freiheitsgrade können dann unbekannte Steifigkeiten und Dämpfungen identifiziert werden. Dazu erfolgt nach entsprechenden Wavelet-Zerlegungen aller relevanten Zeitsignale ein Abgleich auf den einzelnen Frequenzbändern. Dieser führt insbesondere zu einem System von linearen Matrizengleichungen zur Bestimmung der unbekannten Parameter. Vorgeschlagen wird im Falle einer größeren Zahl von Freiheitsgraden und Parametern, ein mehrstufiges Optimierungsverfahren anzuwenden. Gegenüber Identifikationsverfahren im Zeitbereich werden aufwendige numerische Quadraturverfahren und die daraus resultierenden Fehlerquellen und Stabilitätsprobleme vermieden. Gegenüber Verfahren im Frequenzbereich, die ausschließlich mit Hilfe der FFT formuliert werden, sind Störungen in den Randspektren besser beherrschbar und eliminierbar. Außerdem werden mit einem FWT-Verfahren einfachere Denoising-Algorithmen anwendbar. Letztendlich wird im Vergleich zu einem FFT-Verfahren ein späterer Übergang zur Identifikation nichtlinearer MDOF-Systeme methodisch erleichtert.
In Bauplanungssystemen können XML-Technologien in vielen Bereichen eingesetzt werden mit dem Ziel, diese Systeme modular und webfähig zu gestalten. Der Einsatz lohnt als Basis-Datenstruktur für verschiedene rechnerinterne Modelle, Steuerungsstruktur für Customizing von Anwendungen, Bindeglied zwischen objektbasierten Systemen, Kommunikationsprotokoll zwischen Komponenten. Es ist möglich, komplexe Objekte aus dem Planungsalltag mittels XML arzustellen, zu speichern und zu verarbeiten. Es ist möglich, entsprechende Komponenten im Netz zu verteilen bzw. über Internet zu verbinden. Die heute dominierende Sicht auf XML als Austauschmedium wird ergänzt um die Idee eines XML-basierten Systems: Entwurfsobjekte können als >XML-Objekte< formuliert und im Sinne eines late binding verwendet werden.
An einem Beispiel wird belegt, dass unzureichende Beachtung von sicherheitsrelevanten Aspekten in der Phase der Projektplanung nachteilige Auswirkungen für die Bewirtschaftung eines Objektes hat. Einziger praktikabler Ausweg für eine dauerhafte wirtschaftliche Lösung komplette Reinigung der Glasfassade, die den überwiegenden Teil der Gesamtfassadenfläche ausmacht, bleibt in diesem Beispiel, unter Abwägung aller Umstände und unter Berücksichtigung der einschlägigen arbeitsschutzrechtlichen Bestimmungen, das nachträgliche Installieren von so genannten Flachdachauslegern in Verbindung mit einer Arbeitsbühne, die der Beschaffenheit des Daches, der unterschiedlichen Zahl von Geschossebenen und der unmittelbaren Nähe der Gleisanlage der Straßenbahn Rechnung trägt.
Am Fraunhofer ISE wurde in den letzten Jahren die Simulationsumgebung ColSim entwickelt, die sich speziell zur Untersuchung von Regelungssystemen in Gebäudeenergieversorgungssystemen eignet. Zielsetzung des Designs ist die Umsetzung des simulationsbasierten Regelungsentwurfs, der einen unmittelbaren Einsatz der Regelungsmodule auf sog. Enbedded Systems gestattet. Das Simulationswerkzeug zeichnet sich durch die modulare offene Struktur aus, die eine flexible Erweiterung ermöglicht (vgl. TRNSYS [1]). Die Implementierung erfolgte im genormten ANSI-C Code, der einen plattform- unabhänigen Einsatz gewährleistet. Entwicklungsplattform stellt derzeit ein Linux Cluster dar, als Zielplattform wurden bisher sowohl eingebettete Industrie-PCs wie auch klassische Micro- controller Boards verwendet. Die Entwurfsmethode wird anhand einer Systemregelung für eine solarthermische Anlage mit 120m2 Kollektorfläche (SolarThermie2000 Anlage) demonstriert, bei der ein vernetztes Regelungssystem mit Internet-Integration zum Einsatz kommt. Das Regelungssystem verfügt seinerseits über ein Betriebssystem (schlankes embedded linux system), das die Kommunikation nach aussen gestattet. Das Regelungssystem vefügt somit über Klima- bzw Strahlungsdaten, die für den Regelungsprozess von Bedeutung sind. Die externen Informationen können einerseits zur >Einsparung< von Sensorik genutzt werden, andererseits gestatten sie den Einsatz von prädiktiver Regelungsmethodik, um den fossilen (Nachheiz-) Energieeinsatz zu minimieren. Mit Hilfe von simulationstechnischen Systemstudien kann ein adaptives Verhalten des Regelungssystems erprobt werden, das eine selbstständige Strecken- identifikation realieren kann. Beispielsweise soll beim näher beschriebenen solarthermischen System die Totzeit bestimmt werden, die sich infolge der Verrohrung zwischen Speicher und Entladegruppe ergibt. Der Betrieb der Entlade- pumpe wird einerseits in Abhängigkeit der Verfügbarkeit des Pufferwassers erfolgen, andererseits in Abhängigkeit des erwarteten Zapfvolumens durch den Verbraucher. Die vernetzten Regelungssysteme, die auf Basis der Simulationsmodelle ent- wickelt werden, sollen künftig die gesamte Energieflußanalyse des Gebäudes realisieren, wobei eine transparente Darstellung des Systemverhaltens auf Basis einer Internet Visualisierung erfolgt. Der Betreiber und Nutzer wird unmittel- bar durch die Online Dienste (SMS,Email,Fax) über das (fehlerhafte) Anlagen- verhalten informiert. Gerade die sensitiven regenerativen Systeme neigen durch ihre Komplexität zu Störungen, die oftmals nicht erkannt werden, weil die konventionellen Teilsysteme (z.B. Ergasbrenner) den Ausfall in der Regel >kompensieren<.
Computational Steering provides methods for the integration of modeling, simulation, visualization, data analysis and post processing. The user has full control over a running simulation and the possibility to modify objects (geometry and other properties), boundary conditions and other parameters of the system interactively. The objective of such a system is to explore the effects of changes made immediately and thus to optimize the target problem interactively. We present a computational steering based system for fluid flow problems in civil engineering. It is based on three software components as shown in figure 1. The modeler is the CAD-system AutoCAD, which offers a powerful programming interface allowing an efficient access to the geometric data. It also offers convenient manipulators for geometric objects. The simulation kernel is a Lattice-Boltzmann (LB) solver for the Navier-Stokes equations, which is especially suitable for instationary flows in complex geometries. For the visualization and postprocessing we use the software tool AVS, which provides a powerful programming interface and allows the efficient visualization of flow fields. These three components are interconnected through two communication modules and three interfaces as depicted in figure 1. Interface 1 is responsible for the transformation of the modified system for the simulation kernel, interface 2 is responsible for the proper preparation of the simulation data whereas interface 3 transforms the data from the modeler into a format suitable for the visualization system. The whole system is synchronized by the two communication modules.
Poland is not situated in any seismic region of the earth, however there are still areas were underground mining is being conducted. In these areas, so-called 'paraseismic tremors', are very frequent phenomena. In the situation when a building examination is realized in order to define its safety, it is necessary to make a complete analysis, in which an influence of tremors should be included. To decide if a building is able to carry out any dynamic loads or not, it is necessary to compute its dynamic characteristics, i.e. natural frequencies. It is not possible using any standard techniques. After diagnosis a building in situ by an expert, computer techniques together with specialized software for dynamic, static, and strength analyses become a suitable tool. In this paper a special attention was paid to a typical twelve-store WGP (Wroclaw Great Plate) prefabricated building, concerning special type of joints. During dynamic actions these joints have a decisive influence on building's behavior. Paraseismic tremors are especially dangerous for these buildings and can be the reason of pre-failure states. It can be difficult and very expensive to prepare laboratory investigations of the part of a building or of a separate joint; therefore the computer modeling suitable to investigate behavior of such elements and whole buildings under different kinds of loads was used.
Die digitale Unterstützung der Planungsprozesse ist ein aktueller Forschungs- und Arbeitsschwerpunkt der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) und der Juniorprofessur Architekturinformatik der Fakultät Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Verankert in dem DFG Sonderforschungsbereich 524 'Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken' entstehen Konzepte und Prototypen für eine fachlich orientierte Planungsunterstützung. Vor dem Hintergrund zunehmender Komplexität der Bauaufgaben steigt die Zahl der an einem Projekt Beteiligten und deren örtliche Verteilung. Planungsvorhaben sind dadurch verstärkt gekennzeichnet durch einen erhöhten Aufwand in Planungskoordination, -organisation und Kommunikation. Globale Computernetzwerke - das Internet - bieten Potential zur Lösung dieser Aufgaben. Vor diesem Hintergrund sind in der letzten Zeit eine Vielzahl von Systemen die sich unterschiedlichsten Techniken bedienen entstanden. Allen diesen Systemen gemein ist die Vision der Optimierung des Planungsprozesses, Vereinfachung der Kommunikation und die Verbesserung des Zeitmanagements. Aus Sicht der Architekten stellt sich die Situation derzeit als ambivalent dar: Einerseits sind die Ideen, die den 'IBPM - Systemen' zugrunde liegen, nachvollziehbar und offerieren einen sofort messbaren Nutzen. Auf der anderen Seite stehen vielfältige Aspekte, die den uneingeschränkten Einsatz dieser Systeme augenscheinlich verhindern. Ein Focus bei der Beleuchtung dieser Schwachstellen liegt auf dem omnipräsentem Problem der mangelhaften Unterstützung graphischer Daten als die bedeutendste Informationsgrundlage im Planungsprozess. Aus der konkreten, fachspezifischen Analyse des Planungsprozesses, der Untersuchung potentieller Entwicklungsmöglichkeiten vorhandener Systeme und der intensiven Auseinandersetzung mit neuen Internettechnologien entstand im Zuge dieses Forschungsschwerpunktes eine architekturpraxisnahe Applikation, die das Internet weg vom reinen Präsentationsmedium, über ein reines Kommunikationsmittel hinaus, hin zu einer leistungsfähigen interaktiven Schnittstelle für alle am Entwurfs- und Planungsprozess Beteiligten erschließt.