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Der Zusammenhang zwischen Schädigung und der Veränderung dynamischer und statischer Eigenschaften von Stahlbetonstrukturen wird untersucht. Auf der einen Seite stehen die statischen Lastversuche in Verbindung mit dynamischen Experimenten an Stahlbetonstrukturen (Platten und Balken). Auf der anderen Seite wird für die Balkenstrukturen ein nichtlineares Stochastisches Finite Elemente Modell entwickelt. Dies berücksichtigt zufällige Material- und Festigkeitseigenschaften durch räumlich korrelierte Zufallsfelder. So werden stochastische Rissentwicklungen für den Stahlbeton simuliert. Für die Berechnungen vieler Realisationen und damit verschiedenartige "Lebensgeschichten" einer Struktur wird als Monte Carlo Methode Latin Hypercube Sampling verwendet. Die Auswertung der Strukturantworten für die Lastgeschichte zeigt den Einfluss der zufälligen Eigenschaften auf die Schädigungsentwicklung. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Bewertung und zum zukünftigen Einsatz dynamischer Untersuchungsmethoden im Bauwesen.
Der junge Beton ist durch thermische und hygrische Einwirkungen sowie die Entwicklung der Festigkeitseigenschaften und die Relaxation der Zwangsspannungen gekennzeichnet. Ziel der Arbeit ist es, ausgehend vom Materialverhalten eine Strategie zur wirlichkeitsnahen Berechnung von Spannungen in jungen Betonbauteilen infolge von Temperaturfeldern zu entwickeln. Die Berechnungsergebnisse wurden für die Temperatur mit Versuchen im Labor und in situ verifiziert; für die Spannung wurde die Überprüfung der Berechnung mit Hilfe von Versuchen im Labor durchgeführt. Am Beispiel eines Hochofenfundamentes wurde zur Minimierung der Beanspruchungen der Einfluss der Betonrezeptur und der Herstellungstechnologie auf die Temperatur und Spannung des Bauteils untersucht. Anschließend wurde daraus der Einfluss der Erhärtung auf die Materialfelder im Querschnitt beurteilt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur rechnerischen Lösung von therm! ischen und mechanischen Problemen des jungen Betons.
Die nach dem kumulativen Verfahren verfasste Habilitationsschrift fasst in 3 Kapiteln wissenschaftliche Beiträge des Autors aus den Jahren 1995 – 1999 zusammen. Kapitel 1 befasst sich mit Fragen einer Integration von Aspekten des energiesparenden, ressourcenschonenden und gesundheitsgerechten Bauens in die Prozesse der Planung und Entscheidungsfindung. Dargestellt werden u.a. die methodischen Grundlagen für die Ermittlung und Bewertung des Energie- und Stoffstromes während des Lebenszyklusses von Bauwerken, eine Systematik energiebezogener Grenz- und Zielwerte sowie eine Analyse verfügbarer Planungs- und Bewertungshilfsmittel. Im Kapitel 2 wird ein System zur Sicherung der Qualität bei der Planung und Errichtung von Niedrigenergiehäusern vorgestellt sowie dessen Wechselwirkung mit Energieausweisen und Gebäudepässen diskutiert. Kapitel 3 analysiert Unterschiede und Gemeinsamkeiten einer ökologischen Bewertung von Standort, Unternehmen, Prozess und Produkt.
Die Stadt Weimar nimmt in der deutschen Geschichte und in deren Rezeption eine besondere Stellung ein. Sie steht als Metapher für verschiedene kulturhistorische Epochen. Seit der Jahrhundertwende avancierte sie zum komprimierten Spiegelbild deutscher Befindlichkeiten. Für die Nationalsozialisten stellte Weimar eine wesentliche Station für ihren Aufstieg von München nach Berlin, einen erfolgreichen "Kampf- und Experimentierort" dar. Doch auch von 1932-1945 konnten sie in der Stadt außerordentlich aktiv werden. Beispielhaft äußerte sich das in den zeitgenössischen Bauprojekten, in der zeitgenössischen Baupolitik. Die Dissertation behandelt die gesamte Spannbreite der baulichen und planerischen Aktivitäten in und um Weimar in der Zeit des Nationalsozialismus. Sie thematisiert sowohl die repräsentativen Projekte, als auch die Baulichkeiten des Komplexes zum Konzentrationslager Weimar-Buchenwald, ebenso die Wohn- und Kulturbauten, die Kasernenarchitekturen, die Industrie-, Verkehrs- und Behelfsbauten sowie städtebauliche Planungen. Die Gebäude und Komplexe werden im kulturpolitischen Kontext betrachtet, planungs- und baugeschichtlich untersucht, umfassend architektonisch-gestalterisch und städtebaulich-gestalterisch analysiert, dokumentiert, in ihrer gegenseitigen Beeinflussung dargestellt, verglichen und gewertet. Gegebenenfalls werden Querbeziehungen zu anderen Objekten in Deutschland, außerdem zu zeitgleichen nichtbaulichen Ereignissen in Weimar bzw. Deutschland aufgezeigt. Ein Gesamtbild zur Bauplanung und zum Bauschaffen im Dritten Reich in einer Stadt, beispielhaft in der symbolbeladenen Stadt Weimar wird erstellt; ein Stück verdrängter Kulturgeschichte der Stadt Weimar wird rekonstruiert.
Bei der Untersuchung der Tageslichtnutzung in den Tropen werden zunächst die geschichtliche Entwicklung der Architektur in Rio de Janeiro und ihre klimatische Anpassung, die Tageslichtsituation vor Ort und die Bedingungen für den visuellen Komfort an Bildschirmarbeitsplätzen in Bürogebäuden analysiert. In einem zweiten Schritt werden Auslegungskriterien für Tageslichtkontrollsysteme festgelegt und ein Auslegungskonzept erarbeitet. Auf dieser Grundlage wird über Simulationen mit Siview/Radiance das Potential 12 verschiedener Tageslichtkontrollsysteme für verschiedene Himmelszustände ermittelt. Über eine neu entwickelte Methodik wird die Tageslichtautonomie für verschiedene Fassadenorientierungen unter Einsatz der entwickelten Tageslichtkontrollsysteme für den Standort Rio de Janeiro ermittelt. Der Einfluss der Möblierung wird beispielhaft untersucht. Abschließend wird eine energetische Bilanz, die sowohl die Kunstlichteinsparung als auch die Kühllast durch Kunst- und Tageslicht berücksichtigt, an zwei Systemen beispielhaft erstellt.
Die Altstadt von Sana´a ist von solchem außergewöhnlichen Interesse und hat durch die Aufnahme in die Welterbeliste einen derartig hohen Wert zugesprochen erhalten, daß ihr Schutz in der Verantwortlichkeit der gesamten Menschheit liegt; zugleich aber stehen Denkmalpfleger, Architekten, Stadtplaner und Betroffene vor einer äußertst komplizierten Aufgabe. In diesem Zusammenhang versucht der Verfasser, sich mit den realen Gegebenheiten in der Altstadt von Sana´a auseinanderzusetzen, und zwar unter denkmalpflegerischem Aspekt - das aber unter Beachtung der Problembreite, die dem modernen Denkmalbegriff entspricht. Das erfolgt mit der Zielstellung, über die mit "Sanierung" gesetzten Begrifflichkeiten hinaus einen Beitrag zu liefern, der tatsächlich einer Synthese von Erhaltungs- und Veränderungserfordernissen Aussicht auf Verwirklichung verleihen könnte. Die gegenwärtige Problematik der Bewahrung der Altstadt als lebendigen Organismus erfordert eine bestmögliche Behandlung nach den in der Arbeit formulierten Anregungen für die Theorie und Praxis denkmalpflegerischer Zielstellungen. Es werden die Ergebnisse der denkmalpflegerischen Analytik - der historiologischen, der axiologischen und Schadens- und Mangelanalyse - mit aktuellen Nutzungsanforderungen in konkrete Beziehung gesetzt und daraus Schlußfolgerungen für Zielstellungen einer Gesamtkonzeption gezogen. Erstmals erfolt eine Außeinandersetzung mit der denkmalpflegerischen Methodik in ihrer gesamten Breite mit konkretem Bezug auf die Stadt Sana´a, eine Auseinandersetzung mit dem vorhandenen "Altstadtprogramm", um Grundsätze und Erwägungen zu qualifizieren, eine Erhaltungskonzeption der Altstadt zu formulieren.
Die Dissertation exploriert und evaluiert Faktoren für alternative Entwurfsmethoden in räumlich verteilten Arbeitsstrukturen. Der erste Teil motiviert die Arbeit durch eine theoretische Exploration von Alltagserfahrungen im Vergleich zu historischen Analogien beim Einsatz neuer Techniken / Technologien. Im zweiten Teil werden empirisch Faktoren für alternative digitale Entwurfsmethoden exploriert. Im dritten Teil erfolgt eine Theoriebildung und die Entwicklung einer Entwurfsmethode auf der Basis der Explorierten Hypothesen aus Teil eins und zwei. Der vierte und fünfte Teil widmet sich der explanativen Falsifikation der Theorie durch einen Feldversuch. Dieser wird durch eine sozialwissenschaftliche Evaluation unterstützt. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf die entwickelte Methode und weitere Untersuchungen diskutiert.
Beitrag zur Berechnung von nachgiebig gelagerten Behältertragwerken unter seismischen Einwirkungen
(2001)
In der Baupraxis werden zur Erfassung der bei seismischen Einwirkungen auftretenden Interaktionseffekte zwischen Behältertragwerk, Flüssigkeit und Untergrund oftmals sogenannte Ingenieurverfahren eingesetzt. Diese sind durch die ihnen zugrundeliegenden einfachen mechanischen Modelle und die Anwendung der Strukturmethode zur Berücksichtigung der Behälter-Boden-Interaktion gekennzeichnet. Die modale Analyse der Interaktionsschwingung von Flüssigkeit und Behälterschale wird in der Arbeit durch die Integralgleichungsmethode behandelt. Diese wird sowohl auf die ideale Flüssigkeit als auch zur Untersuchung des Einflusses der Flüssigkeitskompressibilität angewendet. Es wird ein Modell zur Berücksichtigung der Flüssigkeitsviskosität entwickelt und daraus Dämpfungsfaktoren für die Schwingung der Flüssigkeitsoberfläche abgeleitet. Für die Behältergründung werden in Abhängigkeit von der Gründungsflexibilität Impedanzfunktionen bestimmt. Aus dem Gesamtsystem von Behälter, Flüssigkeit und Untergrund werden Dämpfungsmaße und Frequenzänderungen ermittelt, die für die Anwendung in einem normentauglichen Berechnungskonzept bestimmt sind.
Es werden sowohl analytische als auch numerische Verfahren zur Berechnung der Wärmeverluste von Verglasungen vorgestellt, wobei alle am Energietransport beteiligten Prozesse, die Wärmeleitung, die thermisch getriebenen Konvektionsströmungen und die infrarote Strahlungswechselwirkung, korrekt und vollständig berücksichtigt werden. Mit Hilfe numerischer Strömungssimulation werden Verglasungen systematisch hinsichtlich der Füllgasart, der Infrarotverspiegelung, der Einbaulage und des Scheibenabstandes sowie der Anzahl der Gaszwischenräume (Zwei-, Drei- und Vierscheiben-Verglasung) untersucht und verglichen. Die Abhängigkeit des k-Wertes von den Temperaturen der angrenzenden Klimate (Atmosphäre und Innenraum) wird dargestellt.
Der Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung eines Berechnungskonzeptes, mit dem die Auswirkungen des zeitabhängigen Materialverhaltens des Betons und der Spannbewehrung auf das Tragverhalten von Stahlbeton und Spannbetonbauteilen wirklichkeitsnah abgeschätzt werden können. Dabei wird auf die Berücksichtigung des nichtlinearen Kriechens und der Rißbildung besonderer Wert gelegt. Das Konzept basiert auf der sukzessiven Ermittlung der Schnittgrößenanteile und der Deformationen zu festgelegten Zeitpunkten, wobei die Ergebnisse der vorausgehenden Zeitschritte berücksichtigt werden können. Ausgehend von der Formulierung des mechanischen Problems als Extremalaufgabe wird die Berechnung innerhalb eines Zeitschritts auf die Lösung einer quadratischen Optimierungsaufgabe zurückgeführt, wobei die Rißbildung des Betons und geometrisch nichtlineare Einflüsse berücksichtigt werden können. Die Einbeziehung des nichtlinearen Kriechens erfolgt durch Beschleunigung der linearen Kriechgeschwindigkeit mit einem, von der aktuellen Betonspannung abhängigen Kriechzahlerhöhungsfaktor. Das Berechnungsmodell wird anhand von Langzeitversuchen an hochbelasteten Betonprismen und Stahlbetonstützen verifiziert. In umfangreichen numerischen Untersuchungen wird der Einfluß des nichtlinearen Kriechens auf das Tragverhalten von vorgespannten Querschnitten und Stahlbetonstützen analysiert.