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Complex gridshell structures used in architecturally ambitious constructions remain as appealing as ever in the public realm. This paper describes the theory and approach behind the software realisation of a tool which helps in finding the affine self-weight geometry of gridshell structures. The software tool DOMEdesign supports the formal design process of lattice and grid shell structures based upon the laws of physics. The computer-aided simulation of suspension models is used to derive structurally favourable forms for domes and arches subject to compression load, based upon the input of simple architectonic parameters. Irregular plans, three-dimensional topography, a choice different kinds of shell lattice structures and the desired height of the dome are examples of design parameters which can be used to modify the architectural design. The provision of data export formats for structural dimensioning and visualisation software enables engineers and planners to use the data in future planning and to communicate the design to the client.
The paper describes a concept for the step-by-step computer-aided capture and representation of geometric building data in the context of planning-oriented building surveying. Selected aspects of the concept have been implemented and tested as prototypes. The process of step-by-step capture and representation is determined by the order in which the user experiences the building. Only the information that the user knows (can see) or can reasonably deduce is represented. In addition approaches to the flexible combination of different measuring techniques and geometric abstractions are described which are based upon geodetic computational adjustment.
Die Arbeit beschreibt ein Konzept zur computergestützten, schrittweisen Erfassung und Abbildung der Geometrie von Gebäuden im Kontext der planungsrelevanten Bauaufnahme. Zunächst wird die Bauaufnahme als Erstellung eines verwendungsspezifischen Modells betrachtet. Anschließend wird der Fokus auf das geometrische Abbild gelegt. Es werden u.a. die Aufmaßtechniken Handaufmaß, Tachymetrie und Photogrammetrie bewertet und gebäudetypische geometrische Abstraktionen aufgelistet. Danach erfolgt eine Aufstellung von Anforderungen an ein computergestütztes Aufmaßsystem, welche mit kommerziellen Lösungen aus dem nichtgeodätischen Bereich verglichen wird. Im Hauptteil wird das zu Beginn genannte Konzept beschrieben. Betrachtet wird die skizzenbasierte Erstellung eines nichtmaßlichen geometrischen Abbildes des Gebäudes in den Frühphasen der Bauaufnahme, seine anschließende schrittweise maßliche Anpassung an das Original und topologische Detaillierung im Zuge des Bauaufmaßes, sowie die Extraktion von Bauteilen und ihren geometrischen Parametern. Zur Vereinfachung der maßlichen Anpassung des geometrischen Abbildes im Aufmaßprozeß werden geometrische Abstraktionen wie Parallelitäten, rechte Winkel usw. genutzt, aber nicht erzwungen. Mit Hilfe der Ausgleichungsrechnung erfolgt eine Zusammenführung der geometrischen Abstraktionen und verschiedener Aufmaßtechniken. Es werden die nötigen Beobachtungsgleichungen und andere relevante Aspekte beschrieben. Gezeigt wird weiter ein Konzept, wie ein nutzerseitig veränderbares Bauwerksmodell mit dem geometrischen Abbild in Bezug gebracht werden kann, wobei aus dem geometrischen Abbild geometrische Parameter des nutzerseitig veränderbaren Bauwerkmodells gewonnen werden können. Ausgesuchte Problematiken der Arbeit wurden prototypisch implementiert und getestet. Hierbei stand die Verbindung der Aufmaßtechniken und geometrischen Abstraktionen im Mittelpunkt. Die geometrischen Ansätze der Arbeit beschränken sich auf planare Oberflächen.
Recently, many reseraches on active control systems of building structures are preformed based on modern control theory and are installed real buildings. The authors have already proposed intelligent fuzzy optimal active control (IFOAC) systems. IFOAC systems imitate intelligent activities of human brains such as prediction, adaptation, decision-kaking and so on. In IFOAC systems, objective and subjective judgements on the active control can be taken into account. However, IFOAC systems are considered to be suitable for far-field erathquake and control effect becomes small in case of near-field earthqaukes which include a few velosity pules with large amplitudes. To improve control effect in case of near-souece earthquakes, the authors have also proposed hybrid control (HC) systems, in which IFOAC systems and fuzzy control system are combined. In HC systems, the fuzzy control systems are introduced as a reflective fuzzy active control (RFAC) system and imitates spinal reflection of human. In HC systems, active control forces are activated to buildings in accordance with switching rules on active control forces. In this paper, optimizations on fuzzy control rules in RFAC system and switching rules of active control forces in HC system are performed by Parameter-Free Genetic Algorithms (PfGAs). Here, the optimization is performed by using different earthquake inputs. The results of digital simulations show that the HC system can reduce maximal response displacements under restrictions on strokes of the actuator effectively in case of a near-source earthquake and the effectiveness of the proposed HC system is discussed and clarified.
The truss model for predicting shear resistance of reinforced concrete beams has usually been criticized because of its underestimation of the concrete shear strength especially for beams with low shear reinforcement. Two challengers are commonly encountered in any truss model and are responsible for its inaccurate shear strength prediction. First: the cracking angle is usually assumed empirically and second the shear contribution of the arching action is usually neglected. This research introduces a nouvelle approach, by using Artificial Neural Network (ANN) for accurately evaluating the shear cracking angle of reinforced and prestressed concrete beams. The model inputs include the beam geometry, concrete strength, the shear reinforcement ratio and the prestressing stress if any. ...
Indentation experiments have been carried out over the past century to determine hardness of materials. Modern indentation machines have the capability to continuously monitor load and displacement to high precision and accuracy. In recent years, research interests have focussed on methods to extract material properties from indentation load-displacement curves. Analytical methods to interpret the indentation load-displacement curves are difficult to formulate due to material and geometric nonlinearities as well as complex contact interactions. In the present study, an artificial neural network model was constructed for interpretation of indentation load-displacement curves. Large strain-large deformation finite element analyses were first carried out to simulate indentation experiments. The data from finite element analyses were then used to train the artificial neural network model. The artificial neural network model was able to accurately determine the material properties when presented with load-displacement curves which were not used in the training process. The proposed artificial neural network model is robust and directly relates the characteristics of the indentation loaddisplacement curve to the elasto-plastic material properties.
This paper describes monitoring of the in-valley discharge and underground water level at the place where the tunnel will be constructed and also, the numerical analysis for prediction applying the Tank Model and Linear Filter Method to calculate the prediction. The application of these analyses has actually allowed the change of underground water level to be grasped and more effective information system to be established by comparing the real-time monitoring data with the real-time calculation of prediction.
Current building product models explicitly represent components, attributes of components, and relationships between components. These designer-focused product models, however, do not represent many of the design conditions that are important for construction, such as component similarity, uniformity, and penetrations. Current design and construction tools offer limited support for detecting these construction-specific design conditions. This paper describes the ontology we developed using the manufacturing concept of features to represent the design conditions that are important for construction. The feature ontology provides the blueprint for the additions and changes needed to transform a standard product model into a constructionspecific product model. The ontology formalizes three classes of features, defines the attributes and functions of each feature type, and represents the relationships between features explicitly. The descriptive semantics of the ontology allows practitioners to represent their varied preferences for naming features, specifying features that result from component intersections and the similarity of components, and grouping features that affect a specific construction domain. A software prototype that implements the ontology enables practitioners to transform designer-focused product models into feature-based product models that represent the construction perspective.
Collaborative Design Processes: A Class on Concurrent Collaboration in Multidisciplinary Design
(2004)
The rise of concurrent engineering in construction demands early team formation and constant communication throughout the project life cycle, but educational models in architecture, engineering and construction have been slow to adjust to this shift in project organization. Most students in these fields spend the majority of their college years working on individual projects that do not build teamwork or communication skills. Collaborative Design Processes (CDP) is a capstone design course where students from the University of Illinois at Urbana-Champaign and the University of Florida learn methods of collaborative design enhanced by the use of information technology. Students work in multidisciplinary teams to collaborate from remote locations via the Internet on the design of a facility. An innovation of this course compared to previous efforts is that students also develop process designs for the integration of technology into the work of multidisciplinary design teams. The course thus combines both active and reflective learning about collaborative design and methods. The course is designed to provide students the experience, tools, and methods needed to improve design processes and better integrate the use of technology into AEC industry work practices. This paper describes the goals, outcomes and significance of this new, interdisciplinary course for distributed AEC education. Differences from existing efforts and lessons learned to promote collaborative practices are discussed. Principal conclusions are that the course presents effective pedagogy to promote collaborative design methods, but faces challenges in both technology and in traditional intra-disciplinary training of students.
Particle Simulation and Evaluation of Personal Exposure to Contaminant Sources in an Elevation Space
(2004)
An elevator, which figures a small volume, is normally used by everyone for a short period of time and equipped with simple ventilation system..Any contaminant released within it may cause serious problem. This research adapt a fire and smoke simulation software (FDS) into non-fire indoor airflow scario. Differently from previous research, particles are chosen as a risk evalution unit. A personal and multi-personal exposure model is proposed. The model takes the influence of the human thermal boundary, coughing, inhalation, exhalation, standing position, and the fan factor into account. The model is easy-to-use and suitable for the design of elevator system in practice.
This paper presents an innovative software platform OpenSTEP intended to build advanced distributed integrated systems and to conduct multidisciplinary collaborative projects in both academy and industry. The paper discusses an open system architecture, methodology, component library and CASE toolkit enabling the developers to build a wide range of interoperable applications and systems compliant with STEP and, particularly, with IFC becoming the increasingly important standard for information integration in architecture, engineering and construction.
The paper presents a general map-based approach to prototyping of products in virtual reality environments. Virtual prototyping of products is considered as a consistent simulation and visualization process mapping the source product model into its target visual representations. The approach enables to interrelate formally the product and visual information models with each other by defining mapping rules, to specify a prototyping scenario as a composition of map instances, and then to explore particular product models in virtual reality environments by interpreting the composed scenario. Having been realized, the proposed approach provides for the strongly formalized method and the common software framework to build virtual prototyping applications. As a result, the applications gain in expressiveness, reusability and reliability, as well as take on additional runtime flexibility...
Möglichkeiten der Projektrealisierung: Einzelvergabe der Planungs- und Bauaufgaben, Vergabe aller Planungs- und Bauaufgaben an einen Generalunternehmer. Die frühzeitige Einbindung eines erfahrenen und fachkundigen Generalunternehmers gibt dem Auftraggeber die Möglichkeit, bei minimiertem Risiko zu einer wirtschaftlich und bautechnisch optimalen Lösung seiner Bauaufgabe zu kommen.
Als Folge des hohen Termindrucks während des Bauablaufes, ist es besonders wichtig den Fortschritt eines Bauvorhabens zeitnah zu überwachen. Auf Großbaustellen kann die effektive Kontrolle nicht mehr ohne technische Hilfsmittel durchgeführt werden. Die Arbeit stellt verschiedene Szenarien für die verteilte Fortschrittserfassung vor und untersucht welche Anforderungen an ein System für die verteilte Erfassung gestellt werden. Dazu wird zuerst das bestehende CVS-System analysiert, um anschließend daraus ein Konzept für die Versionierung von Objekten und den automatischen Abgleich von Objektversionen zu entwickeln. Später wird gezeigt, wie dieses Konzept mit Hilfe von C# und dem Microsoft®-.NET-Framework umgesetzt werden kann.
Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen auftretenden thermischen Effekte und ihres Einflusses auf Wasser- und Wasserdampftransporte im Boden. Die Erwärmung beruht vorrangig auf einer chemischen Reaktion, bei der das dem Boden zugemischte Calciumoxid mit Bodenwasser unter Freisetzung von Wärmeenergie zu Calciumhydroxid reagiert. Hierzu wurden zunächst die thermischen Eigenschaften feinkörniger Böden und ihre Beeinflussung durch das Herstellen des Bindemittel-Boden-Gemisches in situ untersucht. Weiterhin wurden Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der chemischen Reaktion und zur Größe der dabei freigesetzten Reaktionswärme vorgenommen. Mit dem Vorhaben, die mit der Säulenherstellung einhergehenden Temperaturfeldänderungen zu erfassen, wurden danach die thermischen Anfangs- und Randbedingungen des Bodens und der Bodenoberfläche untersucht und festgelegt. Anschließend wurden die zeitabhängigen Temperaturfeldänderungen auf der Grundlage der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung mit Hilfe des Finite-Elemente-Methode Programms Ansys® 6.1 numerisch simuliert. Das Finite-Elemente-Modell wurde durch die Nachrechnung von Feldversuchen verifiziert. Im Rahmen der Finite-Elemente-Berechnungen wurde die infolge der Hydratation des Branntkalkes stattfindende Erwärmung des Bindemittel-Boden-Gemisches und des angrenzenden Bodens simuliert und hinsichtlich relevanter Einflussgrößen überprüft. Untersucht wurde der Einfluss herstellungsbedingter Faktoren wie Bindemittelkonzentration, Säulendurchmesser und Säulenanordnung sowie der Einfluss natürlicher Faktoren wie Trockendichte und Sättigungsgrad des Bodens. Die mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelten zeitabhängigen, im Boden auftretenden Temperaturgefälle bilden die Grundlage für die Untersuchung der thermisch bedingten Wassertransportvorgänge in der Stabilisierungssäule und deren Umfeld. Zu diesem Zweck wurde die durch die Temperaturfeldbeeinflussung geänderte energetische Situation des Bodenwassers analysiert. Auch nicht-thermische, infolge der Säulenherstellung auftretende Effekte wie die durch den >Stopfeffekt< bedingte lokale Sättigungsänderung und die Beeinflussung des osmotischen Potentials einschließlich der daraus resultierenden Wasserbewegungen wurden berücksichtigt. Alle thermisch verursachten Wasser- und Dampfflüsse bewirken ein Abströmen von Porenwasser aus dem stabilisierten Erdkörper in den umliegenden Boden. Baupraktisch bleiben die durch thermische Einflüsse hervorgerufenen Wassertransportvorgänge aufgrund ihres geringen Betrages jedoch unbedeutend. In abschließenden Temperaturfeldberechnungen wurden die thermischen Bodenkennwerte an die sich zeitlich verändernde Wassersättigung des Bodens angepasst. Anhand der ermittelten Temperaturverläufe wurde aufgezeigt, dass der Einfluss der Sättigungsänderung auf die Berechnungsergebnisse sehr gering ist, und damit die Voraussetzung für die vorangegangene entkoppelte Betrachtung des Wärme- und Massestromes erfüllt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse muss der mehrfach in der Literatur zitierte, auch mit der tiefgründigen Bodenstabilisierung in Zusammenhang gebrachte, Einfluss der Erwärmung auf die Verdunstung des Bodenwassers kritisch betrachtet und in Frage gestellt werden. Voraussetzung hierfür ist der Transport von Wasser an die Bodenoberfläche. Nennenswerte, auf Temperatureinflüssen beruhende Wasserbewegungen sind, wie die Berechnungsergebnisse gezeigt haben, nicht zu erwarten. Weitere Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung von Branntkalk-Boden-Säulen und deren Vorhersage sollten sich daher auf die mechanischen Effekte und auf die mineralogisch-chemischen Prozesse, wie die puzzolanischen Reaktionen, und die Möglichkeiten ihrer Prognose konzentrieren. Die Berechnungen haben gezeigt, dass die Temperaturentwicklung in der Stabilisierungssäule im Wesentlichen durch die Bindemittelkonzentration, und ihr Auskühlungsverhalten vorrangig durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt wird. Diese Sachverhalte sind von den Bodenparametern, der für die Stabilisierung in Frage kommenden Böden, weitestgehend unabhängig. Temperaturmessungen stellen daher ein geeignetes Mittel zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen dar, mit deren Hilfe sich Inhomogenitäten bei der Bindemittelverteilung oder Störungen beim Hydratationsvorgang (Ablöschen des Branntkalkes) nachweisen lassen. Entsprechende Hilfsmittel wurden angegeben.
Today’s building industry not only demands more and more reduced construction time on building site, but also an advanced and mostly construction attendant design phase. Even though there is software available to support design processes in distributed environments, most applications only support simple document based exchange of information. In this paper a knowledge based system is presented to support cooperative, comprehensive design processes in distributed environments. The presented research project is financially supported by the German Research Community (DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft).
This paper is a report of Radio Frequency Identification (RFID) technology and its potential applications in the commercial construction industry. RFID technology offers wireless communication between RFID tags and readers with non line-of-sight readability. These fundamental properties eliminate manual data entry and introduce the potential for automated processes to increase project productivity, construction safety, and project cost efficiency. Construction contractors, owners, and material suppliers that believe technology can further develop methods and processes in construction should feel obligated to participate in RFID studies for the advancement of the construction industry as a whole.
This paper describes an approach to support co-operation of experts in heterogeneous geotechnical engineering project environments during both regular execution and handling of exceptional situations. A co-operation platform is introduced which is based on a generalized information model mapping key information about the construction project, the construction process as well as the organization structure. Several tools are provided to operate the information model in a network based environment.
Numerische Berechnung von Mauerwerkstrukturen in homogenen und diskreten Modellierungsstrategien
(2004)
Im Zentrum der Arbeit stehen die Entwicklung, Verifikation, Implementierung und Leistungsfähigkeit numerischer Berechnungsmodelle für Mauerwerk im Rahmen der Kontinuums- und Diskontinuumsmechanik. Makromodelle beschreiben das Mauerwerk als verschmiertes Ersatzkontinuum. Mikromodelle berücksichtigen durch die Modellierung der einzelnen Steine und Fugen die Struktur des Mauerwerkverbandes. Soll darüber hinaus der durch die Querdehnungsinteraktion zwischen Stein und Mörtel hervorgerufene heterogene Spannungszustand im Mauerwerk abgebildet werden, so ist ein detailliertes Mikromodell, welches Steine und Fugen in ihren exakten geometrischen Dimensionen berücksichtigt, erforderlich. Demgegenüber steht die vereinfachte Mikromodellierung, bei der die Fugen mit Hilfe von Kontaktalgorithmen beschrieben werden. Im Rahmen der Makromodellierung werden neue räumliche Materialmodelle für verschiedene ein- und mehrschalige Mauerwerkarten hergeleitet. Die vorgestellten Modelle berücksichtigen die Anisotropie der Steifigkeiten, der Festigkeiten sowie des Ver- und Entfestigungsverhaltens. Die numerische Implementation erfolgt mit Hilfe moderner elastoplastischer Algorithmen im Rahmen der impliziten Finite Element Methode in das Programm ANSYS. Innerhalb der detaillierten Mikromodellierung wird ein neues, aus Materialbeschreibungen für Stein, Mörtel sowie deren Verbund bestehendes nichtlineares Berechnungsmodell entwickelt und in das Programm ANSYS implementiert. Die diskontinuumsmechanische Beschreibung von Mauerwerk im Rahmen der vereinfachten Mikromodellierung erfolgt unter Verwendung der expliziten Distinkt Element Methode mit Hilfe der Programme UDEC und 3DEC. An praktischen Beispielen werden Probleme der Tragfähigkeitsbewertung gemauerter Bogenbrücken, Möglichkeiten zur Bewertung vorhandener Rissbildungen und Schädigungen an historischen Mauerwerkstrukturen und Traglastberechnungen an gemauerten Stützen ausgewertet und analysiert.
The contribution describes the didactical integration of wireless access networks for the campus of the University of Karlsruhe in the education of architects and engineers. It focuses on the development of an interdisciplinary communication network to encourage and promote the communication and collaboration between students. The project assumes that significant learning progresses in net-based learning scenarios are based upon the synchronous and asynchronous cooperation between the students themselves. The remote cooperation across borders of disciplines makes high demands on capacity in communicating and cooperating of the involved persons as well as on the supporting tools. Therefore, the collective acquisition of knowledge and cooperation has to be trained intensively during the studies. Based on the design and project oriented cooperation platform netzentwurf.de the authors developed the tools “Jobadmin“ to administrate multidisciplinary workgroups, the “Swarm Knowledge Catalogue“ to collect and store knowledge and “LivingCampus“, an instrument providing basic services for dynamic communication.