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Strategic Developments
(2006)
Für das städtische Leben hat die Existenz sich verändernder Personenströme eine grundlegende Bedeutung.
Ein Werkzeug, das solche kollektiven Bewegungsmuster sichtbar machen kann, wäre dabei ein bedeutendes Hilfsmittel für die Stadtplanung. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Auseinandersetzung mit der Space Syntax Methode.
Diese untersucht den Zusammenhang räumlicher Strukturen mit deren Nutzung. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass das kollektive menschliche Verhalten im öffentlichen Raum berechenbar ist. Die Tatsache, dass Passanten bestimmte Wege bevorzugen und andere meiden, führt Space Syntax dabei auf stadträumliche Ursachen zurück. Der Begriff des Natural Movement beschreibt den Anteil dieser räumlich bedingten Nutzung.
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in einen theoretischen und einen praktischen Teil. Zunächst werden die für das Verständnis der Space Syntax Methode wichtigen Begriffe und Maßgrößen beschrieben. Der methodische Teil wird ergänzt durch eine Gegenüberstellung nutzer-basierter wissenschaftlicher Ansätze mit der räumlich-orientierten Space Syntax Methode.
Im zweiten Teil der Arbeit wird die praktische Anwendung der Space Syntax Methode am Beispiel des Leipziger City-Tunnels vorgenommen. Das Fallbeispiel ist prädestiniert für die Untersuchung, wie die regionale Vernetzung des Schienenverkehrs aktuell betrieben wird. Von Interesse ist dabei sowohl die Konzeption des zukünftigen Liniennetzes als auch dessen stadträumliche Einbindung.
The use of virtual reality techniques in the development of educational applications brings new perspectives to the teaching of subjects related to the field of civil construction in Civil Engineering domain. In order to obtain models, which would be able to visually simulate the construction process of two types of construction work, the research turned to the techniques of geometric modelling and virtual reality. The applications developed for this purpose are concerned with the construction of a cavity wall and a bridge. These models make it possible to view the physical evolution of the work, to follow the planned construction sequence and to visualize details of the form of every component of the works. They also support the study of the type and method of operation of the equipment necessary for these construction procedures. These models have been used to distinct advantage as educational aids in first-degree courses in Civil Engineering. Normally, three-dimensional geometric models, which are used to present architectural and engineering works, show only their final form, not allowing the observation of their physical evolution. The visual simulation of the construction process needs to be able to produce changes to the geometry of the project dynamically. In the present study, two engineering construction work models were created, from which it was possible to obtain three-dimensional models corresponding to different states of their form, simulating distinct stages in their construction. Virtual reality technology was applied to the 3D models. Virtual reality capacities allow the interactive real-time viewing of 3D building models and facilitate the process of visualizing, evaluating and communicating.
Die effektive Kooperation aller beteiligten Fachplaner im Bauplanungsprozess ist die Voraussetzung für wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Bauen. Bauprojektorganisationen bestehen in der Regel aus zahlreichen unabhängigen Planungspartnern, die örtlich verteilt spezifische Planungsaufgaben bearbeiten und die Ergebnisse in Teilproduktmodellen ablegen. Da Planungsprozesse im Bauwesen stark arbeitsteilig ablaufen, sind die Teilproduktmodelle der einzelnen Fachplanungen in hohem Maße voneinander abhängig. Ziel des hier vorgestellten Ansatzes ist die Integration der Teilproduktmodelle der Gebäudeplanung in einem netzwerkbasierten Modellverbund am Beispiel der Brandschutzplanung. Im Beitrag werden die Probleme der Verteiltheit und insbesondere der semantischen Heterogenität der involvierten Teilproduktmodelle betrachtet. Der verteilte Zugriff wird mithilfe mobiler Software-Agenten realisiert. Die Agenten können sich dabei frei im netzwerkbasierten Planungsverbund bewegen und agieren als Vertreter der Fachplaner. Das Problem der semantischen Heterogenität der Teilproduktmodelle wird auf der Basis von Ontologien gelöst. Dazu werden erstens Domänenontologien entwickelt, die Objekte der realen Welt einer abgeschlossenen Domäne, hier des Brandschutzes, abbilden. Zweitens werden Applikationsontologien entwickelt, die die einzelnen proprietären Datenhaltungen (im Sinne von Teilproduktmodellen) der jeweiligen Fachplanungen repräsentieren. Beide Ontologien werden mit einem regelbasierten Ansatz verknüpft. Im vorgestellten Anwendungsfall Brandschutz dient die Domänenontologie als einheitliche Schnittstelle für den Zugriff auf die verteilten Modelle und abstrahiert dabei von deren Datenbankspezifika und proprietären Schemata. Mithilfe von mobilen Agenten und semantischen Technologien kann so eine Plattform zur Verfügung gestellt werden, die erstens die dynamische Integration von Ressourcen in den Planungsverbund erlaubt und zweitens auf deren Basis unabhängig von der Verteiltheit und Heterogenität der eingebundenen Ressourcen ingenieurgerechte Verarbeitungsmethoden realisiert werden können.
Eine zielführende Anwendung von Zusatzmitteln bei der Ausführung anspruchsvoller Betonbauten setzt einen hohen Kenntnisstand bezüglich der Wirkungsmechanismen und Interaktionen der einzelnen Betonkomponenten voraus. In der vorliegenden Arbeit wurden einige Aspekte der Zementhydratation in Abhängigkeit von der Fließmittelzugabe diskutiert. Im Ergebnis liefern die Teile eins und zwei der vorliegenden Arbeit einen Beitrag dazu, Veränderungen der Fließfähigkeit von Zementleim in Abhängigkeit der Zementhydratation und Fließmittelzugabe besser zu verstehen. Es konnte so z.B. gezeigt werden, dass Bildung langprismatischer Kristalle (z.B. Syngenit, Gips) die Fließfähigkeit von Zementleim und Beton vermindert. Infolge anhaltender Scherung von Zementleimen / Betonen mit langprismatischen Kristallen wird ein Zuwachs an Fließfähigkeit erzielt. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Kristalle in eine Vorzugsorientierung relativ zur Scherbewegung rotieren. Weiterhin wurde der Mechanismus einer so genannten Zement-Fließmittel-Inkompatibilität aufgezeigt. Durch diese Erweiterung des Kenntnisstandes zum Einfluss von Fließmitteln auf die Zementhydratation ist es möglich der Zement-Fließmittel-Inkompatibilität durch gezielte Auswahl des Zementes vorzubeugen. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass der Zement ein ausgewogenes Verhältnis an zur Reaktion zur Verfügung stehendem C3A und Menge / Löslichkeit des Abbindereglers besitzt. Fließmittel verändern nicht nur die Verarbeitungseigenschaften sondern auch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Zementstein und Beton. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit wird daher der Einfluss der Fließmittel und deren verflüssigender Wirkung auf die Festigkeitsentwicklung von Zementstein und C3S untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die dispergierende Wirkung der Fließmittel auch ohne Verminderung des Wasserzementwertes, eine Verdichtung des Zementsteingefüges erzielt werden kann. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass durch die Erhöhung der Partikelpackungsdichte am Anfang der Hydratation die Ausbildung der festigkeitsgebenden C-S-H Phasen verändert wird. Ein dichteres Verwachsen dieser nanostrukturierten C-S-H Phasen ermöglicht einen zusätzlichen Festigkeitszuwachs.
Durch die Betrachtung des Produktions-Prozesses als zentrales Transformationselement wird die Struktur der Bauproduktion realitätsnah gefasst. Die Integration der prozessorientierten Kostendefinition setzt relevante Kostenparameter und Produktionsfaktoren so in Beziehung, dass sie im Einklang mit der realen Kostenstruktur und Kostendynamik einer Baustelle stehen. Die Beziehung zwischen Bauzeit und Kosten wird direkt erfasst und ausgewertet. Der hohen Dynamik der Bauproduktion zwischen kapazitätsbeschränkten Einsatzmitteln und Produktionsprozessen wurde durch das Poolmodell und der Simulation als Berechnungsmethode Rechnung getragen. Eine einfache Modellierung von sich zyklusartig wiederholenden Arbeitsvorgängen (Taktplanung) ist möglich. Die Taktbildung vollzieht sich bei der Simulation durch Kapazitätsbeschränkungen ohne Zutun des Benutzers. Durch eine Optimierungsmethode kann automatisiert nach der kostengünstigsten oder zeitlich schnellsten Produktionsvariante gesucht werden
MODELLING THE PLASTIC HINGE IN THE STATICALLY INDETERMINABLE REINFORCED CONCRETE BAR ELEMENTS
(2006)
The paper presents the example numerical model to calculate the reinforced concrete bar structures. Usually applied methods of structure dimensioning do not include the case of plastic hinges occurrence under the limit load of construction. The model represented by A. Borcz is based on the differential equation of deflection line of the beam and it includes the effects of rearrangement of the internal forces and reological effects. The experimental parameters obtained in earlier investigations describe effects resulting from the rise of plastic hinges in the proposed equation.
This research focuses on the Case-based Reasoning paradigm in architectural design (CBD) and education. Initial point for further exploring this only seemingly comprehensive investigated field of research constitutes the finding that promising looking concepts exist but that they do not play a role in daily routine of designing architects or in university education. In search of reasons for this limited success a critical review of the CBR approach to architectural education and design was performed. The aim was to identify gaps in the CBD research and to discover potential fields of research within CBR research in architectural education and design to improve acceptance and practical suitability. Two major shortcomings could be identified. In the first place the way retrieval mechanisms of systems under investigation relate to the needs of architectural designers and students. At second: Successful CBD systems rely on the work of third-parties in sharing their experiences with others and filling the databases with relevant cases. Therefore two questions remain unanswered: The question of which projects become part of the database and how get existing projects not only described but evaluated. This is an essential task and prerequisite to meet the requirements of the underlying theory of CBR.
The presented method for an physically non-linear analysis of stresses and deformations of composite cross-sections and members based on energy principles and their transformation to non-linear optimisation problems. From the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy a kinematic formulation of the mechanical problem can be developed, which has the general advantage that pre-deformations excited by shrinkage, temperature, residual deformations after unloading et al., can be considered directly. Thus the non-linear analysis of composite cross-sections with layers of different mechanical properties and different preloading becomes possible and cracks in concrete, stiffness degradation and other specifics of the material behaviour can be taken into account without cardinal modification of the mathematical model. The impact of local defects on the bearing capacity of an entire element can also be analysed in this principle way. Standard computational systems for mathematical optimisation or general programs for spreadsheet analysis enable an uncomplicated implementation of the developed models and an effective non-linear analysis for composite cross-sections and elements.
A new approach to the non-linear analysis of cross-sections loaded by normal forces and bending moments is presented in the paper. The mechanical model is based on the LAGRANGE principle of minimum of total potential energy. Deformations, stresses and limit load parameters are obtained by solving a non-linear optimisation problem. The mathematical model is independent of the specifics of material. In addition to the stress strain relation and the specific strain energy W(ε) two further functions F(ε) and Φ(ε) are introduced to describe the material behaviour. Thus cracks in concrete, non-linearity of material etc. can be taken into account without basic modification of the numerical algorithm. For polygonal cross-sections the GAUSS' integral theorem is used. Numerical solutions of the non-linear optimisation problems can be found by application of standard software. Thus the analysis of reinforced concrete cross-sections or more general composite cross-sections with non-linear behaviour of material is as simple as in the case of linear elasticity. The application of the method is demonstrated for polygonal cross-sections. Pre-stresses or pre-strains can easily be included in the mathematical model.
Major problems of applying selective sensitivity to system identification are requirement of precise knowledge about the system parameters and realization of the required system of forces. This work presents a procedure which is able to deriving selectively sensitive excitation by iterative experiments. The first step is to determine the selectively sensitive displacement and selectively sensitive force patterns. These values are obtained by introducing the prior information of system parameters into an optimization which minimizes the sensitivities of the structure response with respect to the unselected parameters while keeping the sensitivities with respect to the selected parameters as a constant. In a second step the force pattern is used to derive dynamic loads on the tested structure and measurements are carried out. An automatic control ensures the required excitation forces. In a third step, measured outputs are employed to update the prior information. The strategy is to minimize the difference between a predicted displacement response, formulated as function of the unknown parameters and the measured displacements, and the selectively sensitive displacement calculated in the first step. With the updated values of the parameters a re-analysis of selective sensitivity is performed and the experiment is repeated until the displacement response of the model and the actual structure are conformed. As an illustration a simply supported beam made of steel, vibrated by harmonic excitation is investigated, thereby demonstrating that the adaptive excitation can be obtained efficiently.
The paper presents a linear static analysis on continuous orthotropic thin-walled shell structures simply supported at the transverse ends with a random deformable contour of the cross section. The external loads can be random as well. The class of this structures involves most of the bridges, scaffold bridges, some roof structures etc. A numerical example of steel continuous structures on five spans with an open contour of the cross-section has been solved. The examination of the structure has used the following two computation models: a prismatic structure consisting of isotropic strips, a plates and ribs, with considering their real interaction, and a smooth orthotropic plate equivalent to the structure in the first model. The displacements and forces of the structure characterizing its stressed and deformed condition have been determined. The results obtained from the two solutions have been analyzed. The study on the structure is made with the force method in combination with the analytical finite strip method (AFSM) in displacements. The basic system is obtained by separating the superstructure from the understructure at the places of intermediate supports and consists of two parts. The first part is a single span thin-walled prismatic shell structure; the second part presents supports (columns, space frames etc.). The connection between the superstructure and intermediate supports is made under random supporting conditions. The forces at the supporting points in the direction of the connections removed are assumed to be the basic unknowns of the force method. The solution of the superstructure has been accomplished by the AFSM in displacements. The structure is divided in only one (transverse) direction into a finite number of plain strips connected to each other in longitudinal linear nodes. The three displacements of the points on the node lines and the rotation around those lines have been assumed to be the basic unknown in each node. The boundary conditions of each strip of the basic system correspond to the simply support along the transverse ends and the restraint along the longitudinal ones. The particular strip of the basic system has been solved by the method of the single trigonometric series. The method is reduced to solving a discrete structure in displacements and restoring its continuity at the places of the sections made in respect to both the displacements and forces. The two parts of the basic system have been solved in sequence under the action of single values of each of the basic unknowns and with the external load. The solution of the support part is accomplished using software for analyzing structures by the FEM. The basic unknown forces have been determined from system of canonic equations, the conditions of the deformations continuity on the places of the removed connections under superstructure and intermediate supports. The final displacements and forces at a random point of a continuous superstructure have been determined using the principle of superposition. The computations have been carried by software developed with Visual Fortran version 5.0 for PC.
The paper is dedicated to decidability exploration of market segmentation problem with the help of linear convolution algorithms. Mathematical formulation of this problem represents interval task of bipartite graph cover by stars. Vertices of the first partition correspond to types of commodities, vertices of the second – to customers groups. Appropriate method is offered for interval problem reduction to two-criterion task that has one implemented linear convolution algorithm. Unsolvability with the help of linear convolution algorithm of multicriterion, and consequently interval, market segmentation problem is proved.
Water resources development and management is a complex problem. It includes the design and operation of single system components, often as part of larger interrelated systems and usually on the basis of river basins. While several decades ago the dominant objective was the maximization of economic benefit, other objectives have evolved as part of the sustainable development envisaged. Today, planning and operation of larger water resources systems is practically impossible without adequate computer tools, normally being one or several models, increasingly combined with data bank management systems and multi criteria assessment procedures in decision support systems. The use of models in civil engineering already has a long history when structural engineering is considered. These design support models, however, must rather be seen as expert systems made to support the engineer with his daily work. They often have no direct link to stakeholders and the decision makers community. The scale of investigation is often much larger in water resources engineering than in structural engineering which is related to different stakeholders and decision making procedures. Still, several similarities are obvious which can be summarized as the search for a compromise solution on a complex, i.e. multiobjective and interdisciplinary decision problem. While in structural engineering e.g. aestetics, stability and energy consumption might be important evaluation criteria in addition to construction and maintenance cost other or additional criteria have to be considered in water resources planning such as political, environmental and social criteria. In this respect civil engineers tend to overemphasize technical criteria. For the future the existing expert systems should be embedded into an improved decision support shell, keeping in mind that decision makers are hardly interested in numerical modelling results. The paper will introduce into the problem and demonstrate the state of the art by means of an example.
Komplexität ist ein genuin architektonisches Problem. Der Begriff von Architektur als einer universellen Praxis bzw. ganzheitlichen Erkenntnisweise enthält bereits im Kern den Begriff 'Komplexität'. Beide Konzepte fallen weithin zusammen – Architektur kann damit als spezifische Denkform des Komplexen betrachtet werden. Das in der Arbeit aufgezeigte Dilemma besteht darin, dass der modernen Architektur ihr ursprünglicher Gestaltungsgegenstand – Komplexität – abhanden gekommen ist: 'Nönnig dekonstruiert zu Recht die hoch aggregierten Begriffe des Raumes und des Entwurfs. Die gesamte Arbeit zeigt, dass die modernen Beschreibungsformen von Komplexität gerade nicht in der Architektur entwickelt sind.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar). Um dieses Defizit zu beheben und Architektur als eigenständige Wissenstechnik ('Technoepisteme') zu etablieren, wird ausgehend von spezifischen 'Praxis- und Diskursdefiziten' ein Theorieszenario entwickelt, mit dem und in dem Architektur sich als komplexe Wissensform verwirklicht (u.a. Komplexe Systeme, Design Sciences, Operationale Heuristik). 'Vorliegende Arbeit ist der Versuch […] die Architektur gewissermaßen wieder in den Stand zu setzen, der ihr im System des Denkens eigentlich zukommt […] Der Komplexitätsdiskurs in der Architektur ist zurück.' (Prof. Gerd Zimmermann, Weimar)
A Flexible Model for Incorporating Construction Product Data into Building Information Models
(2006)
When considering the integration and interoperability between AEC-FM software applications and construction products' data, it is essential to investigate the state-of-the-art and conduct an extensive review in the literature of both Building Information Models and electronic product catalogues. It was found that there are many reasons and key-barriers that hinder the developed solutions from being implemented. Among the reasons that are attributed to the failure of many previous research projects to achieve this integration aim are the proprietary developments of CAD vendors, the fragmented nature of construction product data i.e. commercial and technical data, the prefabrication versus on-site production, marketing strategies and brand-naming, the referencing of a product to the data of its constituents, availability of life-cycle data in a single point in time where it is needed all over the whole life-cycle of the product itself, taxonomy problems, the inability to extract search parameters from the building information model to participate in the conduction of parametric searches. Finally and most important is keeping the product data in the building information model consistent and up-to-date. Hence, it was found that there is a great potential for construction product data to be integrated to building information models by electronic means in a dynamic and extensible manner that prevents the model from getting obsolete. The study has managed to establish a solution concept that links continually updated and extensible life-cycle product data to a software independent building information model (IFC) all over the life span of the product itself. As a result, the solution concept has managed to reach a reliable building information model that is capable of overcoming the majority of the above mentioned barriers. In the meantime, the solution is capable of referencing, retrieving, updating, and merging product data at any point in time. A distributed network application that represents all the involved parties in the construction product value chain is simulated by real software tools to demonstrate the proof of concept of this research work.
Immer häufiger setzen Bund, Länder und Kommunen auf die Zusammenarbeit zwi-schen öffentlicher Hand und Privatwirtschaft. Insbesondere in den Bereichen Sport, Freizeit und Kultur sagen die kommunalen Entscheidungsträger dem Instrument PPP eine große Zukunft voraus. In der vorliegenden Diplomarbeit soll die Realisierbarkeit von PPP in einem regiona-len Bädernetzwerk untersucht werden. Da zu diesem Thema bisher keine Untersu-chung durchgeführt wurde, erfolgte einleitend in die Arbeit eine Marktübersicht, in der die geschichtliche Entwicklung des Badewesens, die heutigen Strukturen und Anforderungen an Bäder sowie eine Kategorisierung der Schwimmstätten nach An-zahl und Typus dargestellt werden. Im zweiten Kapitel wird ein Extrakt der derzeitigen und künftigen Marktgegebenhei-ten vorgenommen. Diesem liegt eine Marktabfrage nebst -auswertung zugrunde, welche bei privatrechtlich firmierten Bäderbetreibern recherchiert wurde. Im darauf folgenden dritten Kapitel werden Varianten für eine regionale Zusammen-arbeit dargelegt. Neben allgemeinen Ausführungen und individuellen Bestimmungen sind Voraussetzungen sowie Vor- und Nachteile der einzelnen Alternativen be-schrieben. Um den Leser mit dem Instrument PPP vertraut zu machen, gibt der vierte Teil eine Einführung in dieses Thema. Hierbei wird der Begriff PPP definiert, eine Abgrenzung des PPP-Inhabermodells, PPP-Konzessionsmodells und des PPP-Gesellschaftsmodells vorgenommen sowie Erläuterungen hinsichtlich rechtlicher und finanzieller Rahmenbedingungen gegeben. Abgeschlossen wird dieses Kapitel mit einer Auflistung der Vor- und Nachteile von PPP. Das fünfte Kapitel befasst sich mit der Gegenüberstellung der o.g. drei PPP-Vertragsmodelle. Vorrangig werden die Unterschiede im Risiko sowie finanzielle und rechtliche Differenzen herausgearbeitet. Betrachtet wird bspw. der Defizitausgleich, die Förderfähigkeit, das Vergabe- und Haushaltsrecht u. v. m. Die Umsetzbarkeit von PPP in einem regionalen Bädernetzwerk wird als vorletztes und damit sechstes Kapitel in dieser Diplomarbeit analysiert. Innerhalb dieses Kapi-tels werden positive Aussichten sowie Problemfelder aus der Sichtweise der Privat-wirtschaft und der öffentlichen Hand näher beleuchtet. Im siebten und abschließenden Kapitel wird ein Gesamtresümee die Arbeit abrun-den. Es kann bereits jetzt gesagt werden, dass ein Ergebnis, welches zu einer fina-len Aussage gelangt und bestimmten Projekten eine uneingeschränkte PPP-Eignung attestiert, nicht gegeben werden kann. Dafür ist jedes Projekt zu verschieden und bedarf einer individuellen Untersuchung.
The paper is a proposal of calculation of internal forces and dislocations in the reinforced concrete beams before and after cracking. For the ideally elastic bars transfer matrix proposed by Rakowski was applied. The effects associated with cracking were introduced by means of the Borcz's theory in the spectrally way. Numerical example was shown. The presented attitude also enables to calculate dynamic problems and those connected with the stability of the compressed and bending cracked beams and columns.