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Wissenschaftliches Kolloquium vom 27. bis 30. Juni 1996 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Techno-Fiction. Zur Kritik der technologischen Utopien'
Atopisierung
(1997)
Die in der Praxis häufig vorkommenden Rahmenecken werden zur Ermittlung ihrer Wölb- und Drehsteifigkeiten untersucht. Die Kontinui- tätsbedingungen dafür werden formuliert. Mit Finite- Schalenelementen werden Gesamthallenrahmen mit unterschiedlichen Abmessungen, Profilen, Dachneigungen, Stabilisierungen und Rahmeneck- formen modelliert. Dadurch werden die Auswirkungen und Einflüsse der Rahmeneckkonstruktion auf die Stabilität des Tragwerkes untersucht. Durch vergleichende Untersuchungen mit dem Ersatzstabverfahren nach der DIN 18800 werden für jede Rahmenecke realitätsnahe ßo- und ßz Werte vorgeschlagen.
Bei der Tragwerksplanung sowohl für Massivkonstruktionen als auch für Stahlkonstruktionen werden zukünftig nichtlineare Berechnungsverfahren in größerem Umfang Anwendung finden, als das in der Vergangenheit üblich bzw. möglich war. Wichtige Impulse gehen dabei von der europäischen Normung aus. Bei der Anwendung von Berechnungsverfahren, die die Nichtlinearität des Materialverhaltens berücksichtigen und bei der Ermittlung der Tragsicherheit planmäßig ausnutzen, ist es notwendig, die Entwicklung plastischer Deformationen zu verfolgen und bei der Beurteilung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit als Kriterium mit heranzuziehen. Im vorliegenden Beitrag werden mathematische Modelle für folgende Berechnungsaufgaben vorgestellt: Ermittlung der Schnittgrößen und Formänderungen in ebenen Stabtragwerken nach Theorie II. Ordnung unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität und Ermittlung von Grenzlasten, die durch Spannungs- und Verformungskriterien definiert sind. Dabei zeigt sich, daß mathematische Modelle auf der Grundlage von Extremalprinzipien und unter Einbeziehung der mathematischen Optimierung effektiv und hinreichend universell formuliert werden können. Wie Beispielrechnungen zeigen, ist die Beurteilung der Tragfähigkeit unter Berücksichtigung von Deformationsbegrenzungen von entscheidender Bedeutung, um Fehleinschätzungen der Tragsicherheit zu vermeiden.
Für geometrisch imperfekte Strukturen wird die Versagenswahrscheinlichkeit bezüglich Stabilitätskriterien bestimmt. Eine probabilistische Beschreibung der geometrischen Imperfektionen erfolgt mit skalaren ortsdiskretisierten Zufallsfeldern. Die Stabilitätsberechnungen werden mit der Finite Elemente Methode durchgeführt. Ausgangspunkt der Berechnung ist eine systematische Formulierung probabilistisch gewichteter Imperfektionsformen durch eine Eigenwertzerlegung der Kovarianzmatrix. Wenn mit einer strukturmechanisch orientierten Sensitivitätsanalyse ein Unterraum zur näherungsweisen Beschreibung des probabilistischen Strukturverhaltens gefunden wird, kann die Versagenswahrscheinlichkeit numerisch sehr effizient durch ein Interaktionsmodell bestimmt werden. Es zeigte sich, daß dies genau dann möglich ist, wenn die Beulform merklich im Imperfektionsfeld enthalten ist. Die Imperfektionsform am Bemessungspunkt entspricht dann, unabhängig vom Lastniveau, gerade der Beulform. Wenn die Beulform im Imperfektionsfeld einen untergeordneten Beitrag liefert, erscheint eine Reduktion des stochastischen Problems auf wenige Zufallsvariablen dagegen nicht möglich.
Neben der reinen Bauausführung und den damit verbundenen Roh- und Ausbaukosten stellt insbesondere die Bewirtschaftung von Gebäuden einen wesentlichen Kostenfaktor dar, den zu minimieren Ziel der Bestrebungen auf dem Gebiet des Facilities Management ist. Insbesondere die Integration der verteilt vorliegenden Informationen muß hierbei das Ziel sein, um durch effiziente Informationsverarbeitung eine Einsparung von Unterhaltskosten zu erreichen. Bereits in der Planungsphase lassen sich die späteren Kosten für die Bewirtschaftung modellieren. Dies gilt auch für die Modellierung des Energiehaushaltes von Gebäuden. Für die Modellierung des Wärmeschutzes und der damit verbundenen Ermittlung des Heizenergiebedarfs werden z.Zt. starke Vereinfachungen getroffen, die durch die aktuelle Wärmeschutzverordnung vorgegeben sind, so daß die errechneten Werte meist sehr ungenau sind. Für eine DV-gerechte Modellierung eines Gebäudes während seiner Bewirtschaftung reichen herkömmliche CAD-Systeme nicht aus, da das Modell verschiedene Sichten zulassen muß: Neben einer bauteilorientierten Sicht muß auch eine raumorientierte Sicht vorgehalten werden, damit eine Modellierung von flächenbezogenen Parametern wie z.B. Kosten möglich wird. Dieser Beitrag zeigt einen Ansatz, der eine intensive Nutzung heterogener Ressourcen und Informationen auf der Grundlage eines dreidimensionalen Gebäudemodells ermöglicht. Exemplarisch für die Bereiche Raummanagement (im Sinne von kosten- und nutzungsorientierter Bestandsverwaltung) und Bauphysik wird dieser Ansatz erläutert und die Eingliederung dieser Teilgebiete der Bestandsverwaltung und -bewirtschaftung in ein Gesamtsystem aufgezeigt.
Bewertung der Grenzlast von elastisch-plastischen Tragwerken mit Hilfe stochastischer Methoden
(1997)
Für die Analyse von Tragwerken sowohl des Stahlbaus als auch des Massivbaus eröffnet die nationale und internationale Normengebung in zunehmendem Maße die Anwendung physikalisch nichtlinearer Berechnungsmodelle. Es ist zu erwarten, daß neben dem traditionellen elastischen Berechnungsmodell das linearelastisch-idealplastische Materialmodell in die Tragwerksanalyse Eingang finden wird. Während bei den traditionellen Berechnungsverfahren auf der Grundlage der Elastizitätstheorie hinreichende Erfahrungen durch die Planungspraxis bestehen und umfangreiche Untersuchungen zur dabei erreichten Sicherheit vorliegen, stellen die nichtlinearen Berechnungsmethoden sowohl in mechanischer als auch in sicherheitstheoretischer Hinsicht ein neues Erfahrungsfeld dar. Im vorliegenden Beitrag werden aus der Vielzahl der anstehenden Probleme folgende Teilprobleme behandelt: Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit elasto-plastischer Tragsysteme nach dem Kriterium der plastischen Grenzlast Ermittlung stochastischer Eigenschaften des plastischen Grenzlastparameters elasto-plastischer Tragsysteme. Die Lösung des mechanischen Problems geschieht über eine lineare Optimierungsaufgabe, die nach dem statischen Theorem der plastischen Grenzlast formuliert ist. Als stochastische Methode wird die Simulation angewandt, die zum einen auf einer zufälligen Erzeugung der Realisierungen (stochastische Simulation) und zum anderen auf einer planmäßigen Erzeugung der Realisierungen (konstruktive Simulation) beruhen kann. Für jedes der Teilprobleme wird ein Beispiel vorgestellt.
Bauwerke sind in ihrer Betriebszeit vielen nutzungseinschränkenden Einflüssen ausgesetzt. Die dadurch erforderliche Instandhaltung dient zur Gewährleistung und zur Erhöhung der geplanten Nutzungsfähigkeit sowie Dauerhaftigkeit von Bauwerken. Sie spielt eine immer größere Rolle im Bauwesen. Die Kosten der Bauwerksinstandhaltung betragen je nach Art des Bauwerkes in Deutschland pro Jahr ca. 1-6% des Wiederbeschaffungswertes. Die Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes durch Technik- und Management-Maßnahmen ist daher wirtschaftlich sinnvoll. Der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie auf dem Gebiet der Bestandsaufnahme und -analyse ist erforderlich, um einerseits die Bearbeitung von multimedialen Informationen über Ist- und Soll-Zustände von Bauwerken effektiver durchzuführen und um andererseits die Analyse von Schäden im Sinne einer Entscheidungshilfe zu unterstützen. Durch den Einsatz der WWW-Technologie kann die Bearbeitung auch verteilt im Datennetz über ferne Rechner hinweg erfolgen. Im Beitrag werden die Konzeptionierung und Implementierung des WWW-fähigen DV-Systems BINAS zur Unterstützung der Bestandsaufnahme und -analyse sowie die dafür erforderlichen Methoden und Werkzeuge vorgestellt.
We describe the database requirements of SEED (Software Environment to Support the Early Phases in Building Design). The requirements are typical for a database that intends to support a heterogeneous design support environment consisting of independent software modules with diverse internal design models, requirements not met by any commercial database system. The design and implementation of this database is an integral part of the overall software engineering effort. We describe the SEED approach that integrates external and in-house software based on a shared information model specified in the modeling language SPROUT, which allows for the specification of domains, and classes, relationship types and their behavior, and multiple classifications. The SPROUT run-time system organizes and coordinates the communication between the software modules and the database
Review of Discrete Optimization Techniques for CAD Discrete optimization in the structure design Morphological method The alternative graph approach Convex discrete optimization without objective function Matroidal Decomposition in design Decomposition of layered matrices Discrete Optimization in Designing Packing problem Optimal arrangement of rectangles and shortest paths in L1-metrics Partition problems Discrete optimization in computational geometry and computer graphics Maxima of a point set on the plane Triangulation One of the main problems in computer graphics is removing hidden lines and surfaces
The problem of the computation of stresses and settlements in the half-space under various types of loads is often presented in geotechnical engineering. In 1885 Boussinesq advanced theoretical expressions to determine stresses at a point within an ideal mass. His equation considers a point load on the surface of a semi-infinite, homogeneous, isotropic, weightless, elastic half-space. Newmark in 1942 performed the integration of Boussinesq's equations for the vertical stress under a corner of a rectangular area loaded with a uniform load. The problem of the determination of vertical stresses under a rectangular shaped footing has been satisfactorily solved with renewal integration of the Boussinesq's equation over the arbitrary rectangle on surface of the half-space, with a non-uniform load represented with piecewise linear interpolation functions. The problem of the determination of stresses in the case when the footing shape is an arbitrary quadrilateral however remains unsolved. The paper discusses an approach to the computation of vertical stresses and settlements in an arbitrary point of the half-space, loaded with a uniform load, which shape in the ground plan can be a general four noded form with straight edges. Since the form is transformed into a biunit square and all integrations are performed over this area, all solutions are valid also for an arbitrary triangle by the implementation of the degeneration rule.
Designing lightings in a 3D-scene is a general complex task for building conception as it is submitted to many constraints such as aesthetics or ergonomics. This is often achieved by experimental trials until reaching an acceptable result. Several rendering softwares (such as Radiance) allow an accurate computation of lighting for each point in a scene, but this is a long process and any modification requires the whole scene to be rendered again to get the result. The first guess is empirical, provided by experience of the operator and rarely submitted to scientific considerations. Our aim is to provide a tool for helping designers to achieve this work in the scope of global illumination. We consider the problem when some data are asked for : on one hand the mean lighting in some zones (for example on a desktop) and on the other hand some qualitative information about location of sources (spotlights on the ceiling, halogens on north wall,...). The system we are conceiving computes the number of light sources, their position and intensities, in order to obtain the lighting effects defined by the user. The algorithms that we use bind together radiosity computations with resolution of a system of constraints.
The paper describes a development of the analytical finite strip method (FSM) in displacements for linear elastic static analysis of simply supported at their transverse ends complex orthotropic prismatic shell structures with arbitrary open or closed deformable contour of the cross-section under general external loads. A number of bridge top structures, some roof structures and others are related to the studied class. By longitudinal sections the prismatic thin-walled structure is discretized to a limited number of plane straight strips which are connected continuously at their longitudinal ends to linear joints. As basic unknowns are assumed the three displacements of points from the joint lines and the rotation to these lines. In longitudinal direction of the strips the unknown quantities and external loads are presented by single Fourier series. In transverse direction of each strips the unknown values are expressed by hyperbolic functions presenting an exact solution of the corresponding differential equations of the plane straight strip. The basic equations and relations for the membrane state, for the bending state and for the total state of the finite strip are obtained. The rigidity matrix of the strip in the local and global co-ordinate systems is derived. The basic relations of the structure are given and the general stages of the analytical FSM are traced. For long structures FSM is more efficient than the classic finite element method (FEM), since the problem dimension is reduced by one and the number of unknowns decreases. In comparison with the semi-analytical FSM, the analytical FSM leads to a practically precise solution, especially for wider strips, and provides compatibility of the displacements and internal forces along the longitudinal linear joints.
The phenomenological and computational aspects of the various damage models applications for the low and multi cyclic fatigue processes are investigated. Damage is considered as internal state variable, describing macroscopic effects of the progressive material degradation, within the framework of continuum damage mechanics. Present analysis is restricted to the case of isotropic damage, which can be modeled by a scalar variable. The strain, force and power types of kinetic equations for the damage evolution description are considered. The original mixed strain-power type damage model is developed for taking into account the different physical fracture mechanism in monotone and cyclic loading. The constitutive equations of plastic flow theory coupled and uncoupled to damage has been considered. The rational algorithm of implementation into finite element code is considered for developed damage models. Set of the computational experiments has been carried out for the various structures (huge aerials, pipelines, fastening units, vessel of nuclear reactor) and cases of loading. The comparison of the predictions of the developed model with experimental data is performed for 1X18H10T steel tubular specimens for complex paths of loading and for complex profiles beams under cyclic loading. Damage field distribution is the basic information for the prediction of crack initiation in structures. The developed method of structural parameter for stress concentration zones is discussed for correcting of crack location. It allows to describe the crack initiation near surface domain as observe in numerous experiments.
Die Aufgaben des Bauingenieurwesens sind dadurch geprägt, daß sowohl die Planung als auch die Ausführung von Bauwerken häufigen Änderungen unterliegen. Beschreibt man das Verhalten der Bauwerke und den Bauprozeß im Computer mit Modellen, so ändern sich Umfang und Struktur der Modelle als Folge der Änderung in Planung und Ausführung. Diesen Vorgang nennt man Dynamisierung des Modells. Die Dynamisierung führt zu Veränderungen und Inkonsistenzen in den Modellen der Anwendungen. Die Aktualisierung und Abstimmung von Beziehungen innerhalb eines Modells sowie die Sicherung der Konsistenz der Modelle untereinander sind daher von zentraler Bedeutung für die Lösung von Bauingenieuraufgaben. Seit den letzten 10 Jahren wird die objektorientierte Methode in der Modellierung für Anwendungen im Bauingenieurwesen intensiv entwickelt und eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieser Methode in wichtigen Bereichen der Modellierung zu Verbesserungen führt. Gleichzeitig hat sich aber auch herausgestellt, daß die für das Bauingenieurwesen wichtigen Aspekte der Aktualisierung und der Konsistenz nicht zweckmäßig beschreibbar sind. In diesem Beitrag wird eine einfache Modelliermethode in ihrem Konzept und ihrer Realisierung gezeigt, mit der sich die Aktualisierung von Objekten und Modellen sowie die Sicherstellung der Konsistenz in Systemen des Bauingenieurwesens bearbeiten lassen.
Die Gesamtheit der Produktinformationen im Bauwesen stellt sich als sehr inkonsistente und redundante Informationsmenge dar. Die Hersteller stehen vor der Aufgabe, diese Produktinformationen nicht nur in der üblichen Katalogform sondern auch in neuen Medien wie CD-ROM und WWW zu publizieren. Einmal betriebener Erfassungsaufwand muß sich dabei durch eine einfache Mehrfachverwendung der Daten rentieren. Wegen seiner technologischen Eigenschaften eignet sich das WWW sehr gut als primäre Quelle für Produktinformationen. Vor allem wegen der möglichen Aktualität sollte es Grundlage für Publikationen in den anderen Medien sein. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand lassen sich die WWW-Präsentation von Produktdaten so strukturieren, daß eine automatisierte Erfassung und Verarbeitung dieser Daten vereinfacht wird. So kann die Datenkonsistenz von der visuellen Präsentation in herkömmlichen Katalogen bis zur automatisch erstellten Produktdatenbank durchgängig gesichert werden. Vor dem Hintergrund der von Schnittstellenproblemen, heterogener Softwarestruktur und unzureichender Ausnutzung der Möglichkeiten der Informatik gekennzeichneten Situation im Bauwesen wird in generalisierter Ansatz mittels SGML vorgestellt. Mit einem derartigen Datenangebot werden neue, verteilte und vernetzte Anwendungen auf Grundlage derselben Produktdaten ermöglicht.
Das utopische Comic
(1997)