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Briefly, the two basic questions that this research is supposed to answer are:
1. Howmuch fiber is needed and how fibers should be distributed through a fiber reinforced composite (FRC) structure in order to obtain the optimal and reliable structural response?
2. How do uncertainties influence the optimization results and reliability of the structure?
Giving answer to the above questions a double stage sequential optimization algorithm for finding the optimal content of short fiber reinforcements and their distribution in the composite structure, considering uncertain design parameters, is presented. In the first stage, the optimal amount of short fibers in a FRC structure with uniformly distributed fibers is conducted in the framework of a Reliability Based Design Optimization (RBDO) problem. Presented model considers material, structural and modeling uncertainties. In the second stage, the fiber distribution optimization (with the aim to further increase in structural reliability) is performed by defining a fiber distribution function through a Non-Uniform Rational BSpline (NURBS) surface. The advantages of using the NURBS surface as a fiber distribution function include: using the same data set for the optimization and analysis; high convergence rate due to the smoothness of the NURBS; mesh independency of the optimal layout; no need for any post processing technique and its non-heuristic nature. The output of stage 1 (the optimal fiber content for homogeneously distributed fibers) is considered as the input of stage 2. The output of stage 2 is the Reliability Index (b ) of the structure with the optimal fiber content and distribution.
First order reliability method (in order to approximate the limit state function) as well as different material models including Rule of Mixtures, Mori-Tanaka, energy-based approach and stochastic multi-scales are implemented in different examples. The proposed combined model is able to capture the role of available uncertainties in FRC structures through a computationally efficient algorithm using all sequential, NURBS and sensitivity based techniques. The methodology is successfully implemented for interfacial shear stress optimization in sandwich beams and also for optimization of the internal cooling channels in a ceramic matrix composite.
Finally, after some changes and modifications by combining Isogeometric Analysis, level set and point wise density mapping techniques, the computational framework is extended for topology optimization of piezoelectric / flexoelectric materials.
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potential von Webanwendungen in 3D zur Vermittlung von Informationen im Allgemeinen und zur Darstellung von städtebaulichen Zusammenhängen im Speziellen.
Als grundlegender Faktor der visuellen und funktionalen Qualität - welche die Wahrnehmung des Nutzers direkt beeinflusst -, erfolgt die Bewertung der Machbarkeit von 3D Webinhalten unter Anwendung einer explorativen, qualitativen Evaluierung von Webagenturen.
Darauf aufbauend wird das Potential von 3D Webanwendungen aus Nutzerperspektive untersucht, um Zusammenhänge herstellen zu können: einerseits zwischen der Machbarkeit bei der Entwicklung und anderseits die Akzeptanzkriterien beim Rezipienten betreffend.
Die empirische Studie, die mit dem Forschungspartner Bosch für diese Arbeit modelliert wurde, eruiert zum einen, inwiefern 3D im Vergleich zu 2D und 2,5D, und zum anderen WebGL im Vergleich zu bisherigen 3D Webtechnologien die visuelle Wahrnehmung und kognitive Leistungsfähigkeit des Nutzers beeinflusst.
Die Erkenntnisse der Untersuchung zeigen Parallelen zu bestehenden Studien aus web-fernen Bereichen.
Um die Bedeutung von 3D Webanwendungen zur Verbesserung von Entscheidungsprozessen in Stadtplanungsprojekten ableiten zu können, werden Aspekte zur Interaktion und visuellen Wahrnehmung in den speziellen Kontext von Stadtplanungswerkzeugen gebracht. Dabei wird überprüft, ob sich web-basierte 3D Visualisierungen sinnvoll zur Vermittlung städtebaulicher Zusammenhänge einbinden lassen und inwieweit bestehende Projekte, wie in dieser Arbeit beispielhaft das vom Fraunhofer IGD entwickelte Forschungsprojekt urbanAPI, die Technologie WebGL nutzen können.
Vor diesem Hintergrund soll die Arbeit Akzeptanzkriterien und Nutzungsbarrieren von 3D Webanwendungen auf Basis der Technologie WebGL identifizieren, um einen Beitrag zur Machbarkeit von Webanwendungen und zur Entwicklung entsprechender Stadtplanungswerkzeuge zu leisten.
Versatzstücke
(2016)
Bei studentischen Entwürfen, die sich mit dem Bauen im Bestand befassen, zeigt sich in jüngerer Zeit ein gestiegenes Interesse nicht nur an denkmalpflegerischen Fragen, sondern auch am historischen Material als solchem. Man schätzt es im Sinne eines begrenzt verfügbaren, daher wertvollen Reservoirs, aus dem man auf vielfältige Weise schöpfen kann, z. B. durch Integration von Recycling-Materialien oder aber auch durch Anleihen an den historischen Formenapparat. Dabei bedient man sich einer alten Methode: des Arbeitens mit Versatzstücken.
Per Definition ist ein Versatzstück der bewegliche, beliebig zu versetzende Teil einer Bühnendekoration. Im übertragenen Sinne ist damit jedoch ein künstlerisches Verfahren gemeint, nämlich Teile eines Werkes in einem anderen Kontext – einem neuen Werk – schöpferisch wiederzuverwenden. Dieses Einfügen am neuen Ort ist in der Architektur meist mit einem räumlichen „Versetzen“ verbunden. Stets jedoch geht es auch um eine zeitliche Differenz: Denn das Versatzstück stellt einerseits den Bezug zu einem älteren Kontext her und veranschaulicht andererseits den Bruch, das Anders- und Fremdartige. Daher wohnt einer derartigen Zwiesprache zwischen Alt und Neu häufig ein ästhetisch bereicherndes, zugleich ein narratives Moment inne.
Vom kunsthistorischen Begriff der „Spolie“ unterscheidet sich derjenige des „Versatzstückes“ durch seine größere Offenheit für verschiedene Interpretationen, wie die Beiträge dieses Heftes belegen. Allen gemeinsam ist die Frage nach den Bedeutungen, die man den jeweiligen Relikten beimisst: Sind derartige Wiederverwendungen pragmatisch oder programmatisch intendiert? Stehen ökonomische, politisch-ideologische, religiöse oder künstlerische Motive dahinter? Die Beiträge des Heftes zeigen, dass es sich wohl meist um eine Gemengelage handelt – mit allerdings unterschiedlichen Gewichtungen je nach Bauaufgabe, Anspruchsniveau und Zeitgeist.
In der Gegenwart ist ein Arbeiten mit Versatzstücken u. a. ökologisch, vor allem aber wohl ästhetisch motiviert. Mit dem auf seine Verletzlichkeit verweisenden Fragment, mit dem durch Altersspuren angereicherten Relikt lassen sich Qualitäten des Poetischen erzeugen, die wir in einer weitgehend durchrationalisierten Welt zu schätzen wissen. In Reaktion auf die Spezifik des wiederverwendeten Materials scheint ein von normativen Vorstellungen abweichendes Arbeiten hier nicht nur erlaubt, sondern stellt sich oft als ein Gewinn heraus.
Szenarien der Moderne
(2016)
Wenige Begriffe vermögen so viel Faszination und Unbehagen gleichzeitig auszulösen wie die Moderne. Der Begriff birgt so viele Unschärfen, dass man eigentlich gut daran tun würde, ihn zu vermeiden. Allein die Frage, was modern sei, oder wann die Moderne begann, lässt sich nicht eindeutig beantworten. Vielleicht am meisten Kontur besitzt die Moderne als Epochenbegriff der Geschichtswissenschaften, wobei auch dort zwischen ökonomischen, politischen und weiteren Modernen unterschieden wird. Geradezu inflationär ist die Verwendung in der Kunsthistoriografie: Über weite Strecken des 20. Jahrhunderts wurde die Moderne als hauptsächlich ästhetisches Phänomen verstanden und tradiert, bis zur Konstruktion des längst relativierten Mythos der Begründung der Moderne allein durch das Neue Bauen oder gar das Bauhaus.
Spätestens die Postmoderne hat den Begriff endgültig diversifiziert und dazu beigetragen, dass lange „als antimoderne Rückfälle" (G. Weckerlin) beschriebene Strömungen in einer erweiterten Sichtweise als Phänomene modernen Kunstschaffens wahrgenommen werden, wie etwa die Heimatschutzarchitektur oder die Monumentalbaukunst im Nationalsozialismus. Angesichts des entstandenen Spektrums ist heute von einem pluralistischen Begriff der Moderne auszugehen. Für die zweite Jahrhunderthälfte spricht man von Nachkriegsmoderne, Spätmoderne und Postmoderne. Stilistisch decken diese Varianten ein breites Feld ab – vom Funktionalismus über Strukturalismus, Brutalismus bis zum postmodernen „anything goes“. Dass diese Strömungen in ihrer Begriffsdefinition sowie in der Abgrenzung zueinander teils große Ungenauigkeiten aufweisen, verdeutlicht der Begriff der Nachkriegsmoderne, der sich auf das Ende des Zweiten Weltkrieges bezieht und dabei andere Konflikte außer Acht lässt. In manchen osteuropäischen Ländern spricht man daher eher von Ostmoderne oder Sozmoderne.
Unabhängig von der Wirkungsweise der Begriffe ragt die Moderne in verschiedensten Szenarien in unser alltägliches Leben hinein. Dieses Heft zeigt die Vielfalt solcher Situationen an verschiedenen Orten: bei der Betrachtung von Fassaden im Straßenraum, im Museum für Gegenwartskunst, an der Bushaltestelle oder beim Stadtlauf. Die Moderne ist so allgegenwärtig, dass ihre Werte, aber auch ihre Verletzlichkeit gerade deshalb oft nicht erkannt und erfasst werden. Mit dem Problem einer voreingenommenen Wahrnehmung und fehlenden Auseinandersetzung kämpfen zurzeit viele Denkmalämter und bürgerschaftliche Initiativen, die sich zunehmend mit den Baubeständen der Moderne beschäftigen. Das vorliegende Heft bildet eine Spurensuche nach verschiedenen Szenarien
der Moderne ab, die ganz bewusst abseits der breiten Pfade verläuft. Dabei versucht das Heft, die schillernden Facetten und die trotz allem große Bindekraft des Moderne-Begriffes aus verschiedenen Perspektiven zu beleuchten und zu ergründen.
Im Kontext
(2016)
Die etymologische Herkunft des Wortes Kontext findet sich im lateinischen Begriff contexere, bedeutet somit zusammenweben, zusammenflechten. Während die immanente Deutung, z.B. eines Bildes oder einer Architektur, auf formale oder symbolische Aspekte und deren Verbindung zueinander abzielt, wird bei einer kontextuellen Betrachtungsweise der Blick außerhalb des Werkrahmens gelenkt. Etwas im Kontext zu betrachten bestimmt das Verständnis von Äußerungen und Gegenständen, da Zusammenhänge und Beziehungen sichtbar gemacht und aktiv hergestellt werden. Ein umfassenderer Blick wird gewährleistet, der das Objekt vielleicht in einem neuen Licht erscheinen lässt, oder aber auch die dazugehörige Umgebung. Nicht nur der Standpunkt der Betrachtung, auch wie nah oder fern man dem Betrachtungsgegenstand kommt, welchen Ausschnitt man wählt, aus welchem Erfahrungshorizont man an ihn herantritt – all dies beeinflusst letztlich das Ergebnis, sei es einer Deutung oder einer neuen Architektur, eines neuen Stadtteils etc. Der Kontext ist somit kein abgeschlossenes Konstrukt.
„Im Kontext“ ist ein Begriff, der gerade in Architektur und Städtebau von zentraler Bedeutung ist, und vielleicht gerade deshalb gewisse Abnutzungserscheinungen zeigt. Die Frage, inwiefern sich Neubauten in den architektonischen, stadträumlichen oder auch naturräumlichen „Kontext“ fügen (sollten), ist ein immer wiederkehrendes Thema in Architektur und Städtebau, über das leidenschaftlich gestritten wird und wurde. Heutzutage, wo es kaum noch Freiflächen gibt, steht alles in irgendeinem Kontext oder soll zumindest in diesem betrachtet werden. Wird in einer (historischen) Stadt eine Lücke geschlossen, so muss sich das Implantat „in den Kontext“ fügen, sei es architektonisch, räumlich, inhaltlich, historisch, konstruktiv, emotional, theoretisch… Hier hat der Kontext sicherlich auch seine Grenzen. Die Suche nach dem genius loci, nach einer Eigenart des Ortes, nach Traditionen und Kontinuität wird an manchen Orten, die bereits, um die berühmte Metapher Freuds zu bemühen, als Palimpsest erscheinen, geradezu zu einem Manierismus. "Im Kontext" darf also durchaus kritisch hinterfragt werden. Doch können wir deshalb auf die Frage nach dem Kontext verzichten? Gerade, wenn in der Gegenwart die historischen Zusammenhänge verloren zu gehen scheinen, wenn Bedeutungen losgelöst werden von ihrem historischen Gewordensein, kann es wichtig sein, diese wieder zu verankern.
Alles Heritage?
(2016)
Die Erweiterung des Denkmalbegriffs hat zu einer Expansion des Erinnerns, Schützens, Bewahrens und Tradierens auf alle Bereiche des Lebens geführt. Heute werden nicht nur Scheunen, Tankstellen und Großwohnsiedlungen als Teil des historischen Erbes unter Denkmalschutz gestellt, sondern auch kulturelle Praktiken und Bräuche zum „immateriellen“ Weltkulturerbe erklärt. Die Folge dieser als „Denkmal-Inflation“ kritisierten Entwicklung ist eine verschärfte Konkurrenz um Aufmerksamkeit und finanzielle Zuwendungen. Letzteres spiegelt sich nicht zuletzt in einer zunehmenden, maßgeblich von der Tourismusindustrie geförderten publikumswirksamen Inszenierung des Erbes.
Im Zeitalter der „Heritage Industry“ (Robert Hewison, 1987) bilden Kulturgüter aber nicht nur einen wichtigen Standortfaktor, sondern wird das „Erbe“ selbst zunehmend mittels internationaler Charten, Deklarationen, Plaketten und Social Media-Kampagnen konstruiert. Dies geschieht vorwiegend innerhalb eines anglophonen Diskurses, der aber an die deutschsprachigen begriffs- und ideengeschichtlich geprägten Diskussionen strenggenommen nicht anschlussfähig ist. Dort lässt sich ein – in einem ähnlichen Sinne umfassend zu nennender – Erbe-Begriff zwar bereits für die Heimatschutzbewegung konstatieren, eine fachlich ausdifferenzierte Denkmalpflege, wie wir sie heute
kennen, tut sich jedoch schwer, ein solches universelles Konzept zu integrieren. Während die „Heritagisierung“ durch internationale Organisationen zu einer Verschiebung des Fokus von Baudenkmalen hin zur allgemeinen Bewahrung von Kulturerbe führt (das immaterielle eingeschlossen, siehe etwa die Burra Charter), bleibt der Denkmal- und Erbe-Diskurs in den deutschsprachigen Ländern bislang klar auf Baudenkmale und städtebauliche Ensembles konzentriert. Letzteres zeigt sich auch im Vorfeld des European Cultural Heritage Year 2018, das in Deutschland im Gegensatz zu anderen europäischen Ländern maßgeblich von Denkmalschutzorganisationen getragen wird.
Die Wende hin zum Heritage lässt sich gleichermaßen bei neuen Forschungsfeldern und Ausbildungswegen der Denkmalpflege beobachten. So werden heute „Heritage Tourism“ und „Dark Heritage“ als spezifische Formen der „Denkmalnutzung“ untersucht und bilden – in Ergänzung zu den klassischen Disziplinen Kunstgeschichte, Architektur und Planung – „Heritage Management“ und „Heritage Studies“ grundständige Studiengänge. Letzteres gilt inzwischen auch für die deutschsprachigen Länder. Der Weg führt damit weg von der spezialisierten Kennerschaft zum Allrounder mit neuen Schwerpunkten auf Marketing, Verwaltung und Vermittlung. Mit Blick auf sozio-kulturelle Entwicklungen erweist sich, dass der Heritage-Begriff vor allem im ökonomischen und politischen Diskurs weitgehend affirmativ gebraucht wird. Heritage geht demnach mit einem gewissen moralischen wie missionarischen Impetus einher, verbunden mit einer (Kultur-)Politik der „Identitätsstiftung“. In Zeiten, in denen „Identität“ wieder als politisches Schlagwort im gesellschaftlichen Diskurs fungiert, scheint es um so wichtiger, die wissenschaftliche Beschäftigung mit Heritage, die zugrunde liegenden begrifflichen Konzepte und präskriptiven Programme, kritisch zu reflektieren.
A parametric method for building design optimization based on Life Cycle Assessment - Appendix
(2016)
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.
In this study, the behavior of a widely graded soil prone to suffusion and necessity of homogeneity quantifi cation for such a soil in internal stability considerations are discussed. With the help of suffusion tests, the dependency of the particle washout to homogeneity of sample is shown. The validity of the great infl uence of homogeneity on suffusion processes by the presentation of arguments and evidences are established. It is emphasized that the internal stability of a widely graded soil cannot be directly correlated to the common geotechnical parameters such as dry density or permeability. The initiation and propagation of the suffusion processes are clearly a particle scale phenomenon, so the homogeneity of particle assemblies (micro-scale) has a decisive effect on particle rearrangement and washout processes. It is addressed that the guidelines for assessing internal stability lack a fundamental, scientifi c basis for quantifi cation of homogeneity. The observation of the segregation processes within the sample in an ascending layered order (for downwards fl ow) inspired the author to propose a new packing model for granular materials which are prone to internally instability.
It is shown that the particle arrangement, especially the arrangement of soil skeleton particles or the so-called primary fabric has the main role in suffusiv processes. Therefore, an experimental approach for identifi cation of the skeleton in the soil matrix is proposed. 3D models of Sequential Fill Tests using Discrete Element Method (DEM) and 3D models of granular packings for relative, stochastically and ideal homogeneous particle assemblies were generated, and simulations have been carried out.
Based on the numerical investigations and in dependency on the soil skeleton behavior, an approach for measurement of relevant scale, the so-called Representative Elementary Volume (REV) for homogeneity investigation is proposed. The development of a new testing method for quantifi cation of homogeneity is introduced (in-situ). An approach for quantifi cation of homogeneity in numerically or experimentally generated packings (samples) based on image processing method of MATLAB has been introduced. A generalized experimental method for assessment of internal stability for widely graded soils with dominant coarse matrix is developed, and a new suffusion criterion based on ideal homogeneous internally stable granular packing is designed.
My research emphasizes that in a widely graded soils with dominant coarse matrix, the soil fractions with diameters bigger than D60 build essentially the soil skeleton. The mass and spatial distribution of these fractions governs the internal stability, and the mass and distribution of the fi ll fractions are a secondary matter. For such a soil, the homogeneity of the skeleton must be cautiously measured and verified.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema Stadthotels in Deutschland zwischen Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit - Studie auf Grundlagen der EnEV-Anforderungen. Die Arbeit setzt sich mit einer qualitativen und quantitativen Analyse über die Energieeffizienz auf Grundlagen der EnEV-Anforderungen und deren Wirtschaftlichkeit bei Stadthotels in Deutschland auseinander. Die Analyse wurde anhand von verschiedenen Untersuchungen bei Hotels aufgebaut. Diese umfassen empirische, energetische und wirtschaftliche Untersuchungen. Die durchgeführten Untersuchungen kommen schließlich zu eindeutigen Ergebnissen auf verschiedenen Ebenen. Im Ergebnis wird deutlich, dass die Optimierung der Gebäudetechnik sowie auch die Verbesserung der energetischen Qualität der Gebäudehülle der Hotels bedeutende Einflussfaktoren zur Steigerung der Energieeffizienz darstellen. Dabei ist jedoch festzuhalten, dass sich die Optimierung der Gebäudetechnik der Hotels insbesondere im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik als besonders wirksam erwiesen hat. Die Effektivität dieser Maßnahmen konnte sowohl in Hinsicht auf die Steigerung der Energieeffizienz als auch in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit bewiesen werden.
Die thermodynamischen Grundlagen der Hydratation von Hüttensand als Hauptbestandteil von Zementen werden erforscht. Hierbei werden thermodynamische Bildungs- und Reaktionsdaten experimentell bestimmt und berechnet. Darüber hinaus wird der Prozess der Feststoffauflösung von Hüttensand in wässrigen Lösungen untersucht. Lösungs- und Fällungsprozesse werden unter verschiedenen Konditionen gemessen, ausgewertet und diskutiert. Die Ergebnisse werden im weiteren Verlauf zur Bestimmung der Hydratationsgrades in Pasten sowie zum besseren Verständnis in der Wechselwirkung zwischen Hüttensanden und Mahlhilfsstoffen genutzt und angewandt.