56.03 Methoden im Bauingenieurwesen
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Für eine Abschätzung des Heizwärmebedarfs von Gebäuden und Quartieren können thermisch-energetische Simulationen eingesetzt werden. Grundlage dieser Simulationen sind geometrische und physikalische Gebäudemodelle. Die Erstellung des geometrischen Modells erfolgt in der Regel auf Basis von Bauplänen oder Vor-Ort-Begehungen, was mit einem großen Recherche- und Modellierungsaufwand verbunden ist. Spätere bauliche Veränderungen des Gebäudes müssen häufig manuell in das Modell eingearbeitet werden, was den Arbeitsaufwand zusätzlich erhöht. Das physikalische Modell stellt die Menge an Parametern und Randbedingungen dar, welche durch Materialeigenschaften, Lage und Umgebungs-einflüsse gegeben sind. Die Verknüpfung beider Modelle wird innerhalb der entsprechenden Simulations-software realisiert und ist meist nicht in andere Softwareprodukte überführbar. Mithilfe des Building Information Modeling (BIM) können Simulationsdaten sowohl konsistent gespeichert als auch über Schnittstellen mit entsprechenden Anwendungen ausgetauscht werden. Hierfür wird eine Methode vorgestellt, die thermisch-energetische Simulationen auf Basis des standardisierten Übergabe-formats Industry Foundation Classes (IFC) inklusive anschließender Auswertungen ermöglicht. Dabei werden geometrische und physikalische Parameter direkt aus einem über den gesamten Lebenszyklus aktuellen Gebäudemodell extrahiert und an die Simulation übergeben. Dies beschleunigt den Simulations-prozess hinsichtlich der Gebäudemodellierung und nach späteren baulichen Veränderungen. Die erarbeite-te Methode beruht hierbei auf einfachen Modellierungskonventionen bei der Erstellung des Bauwerksinformationsmodells und stellt eine vollständige Übertragbarkeit der Eingangs- und Ausgangswerte sicher.
Thermal building simulation based on BIM-models. Thermal energetic simulations are used for the estimation of the heating demand of buildings and districts. These simulations are based on building models containing geometrical and physical information. The creation of geometrical models is usually based on existing construction plans or in situ assessments which demand a comparatively big effort of investigation and modeling. Alterations, which are later applied to the structure, request manual changes of the related model, which increases the effort additionally. The physical model represents the total amount of parameters and boundary conditions that are influenced by material properties, location and environmental influences on the building. The link between both models is realized within the correspondent simulation soft-ware and is usually not transferable to other software products. By Applying Building Information Modeling (BIM) simulation data is stored consistently and an exchange to other software is enabled. Therefore, a method which allows a thermal energetic simulation based on the exchange format Industry Foundation Classes (IFC) including an evaluation is presented. All geometrical and physical information are extracted directly from the building model that is kept up-to-date during its life cycle and transferred to the simulation. This accelerates the simulation process regarding the geometrical modeling and adjustments after later changes of the building. The developed method is based on simple conventions for the creation of the building model and ensures a complete transfer of all simulation data.
Für eine Abschätzung des Heizwärmebedarfs von Gebäuden und Quartieren können thermisch-energetische Simulationen eingesetzt werden. Grundlage dieser Simulationen sind geometrische und physikalische Gebäudemodelle. Die Erstellung des geometrischen Modells erfolgt in der Regel auf Basis von Bauplänen oder Vor-Ort-Begehungen, was mit einem großen Recherche- und Modellierungsaufwand verbunden ist. Spätere bauliche Veränderungen des Gebäudes müssen häufig manuell in das Modell eingearbeitet werden, was den Arbeitsaufwand zusätzlich erhöht. Das physikalische Modell stellt die Menge an Parametern und Randbedingungen dar, welche durch Materialeigenschaften, Lage und Umgebungs-einflüsse gegeben sind. Die Verknüpfung beider Modelle wird innerhalb der entsprechenden Simulations-software realisiert und ist meist nicht in andere Softwareprodukte überführbar.
Mithilfe des Building Information Modeling (BIM) können Simulationsdaten sowohl konsistent gespeichert als auch über Schnittstellen mit entsprechenden Anwendungen ausgetauscht werden. Hierfür wird eine Methode vorgestellt, die thermisch-energetische Simulationen auf Basis des standardisierten Übergabe-formats Industry Foundation Classes (IFC) inklusive anschließender Auswertungen ermöglicht. Dabei werden geometrische und physikalische Parameter direkt aus einem über den gesamten Lebenszyklus aktuellen Gebäudemodell extrahiert und an die Simulation übergeben. Dies beschleunigt den Simulations-prozess hinsichtlich der Gebäudemodellierung und nach späteren baulichen Veränderungen. Die erarbeite-te Methode beruht hierbei auf einfachen Modellierungskonventionen bei der Erstellung des Bauwerksinformationsmodells und stellt eine vollständige Übertragbarkeit der Eingangs- und Ausgangswerte sicher.
Thermal building simulation based on BIM-models. Thermal energetic simulations are used for the estimation of the heating demand of buildings and districts. These simulations are based on building models containing geometrical and physical information. The creation of geometrical models is usually based on existing construction plans or in situ assessments which demand a comparatively big effort of investigation and modeling. Alterations, which are later applied to the structure, request manual changes of the related model, which increases the effort additionally. The physical model represents the total amount of parameters and boundary conditions that are influenced by material properties, location and environmental influences on the building. The link between both models is realized within the correspondent simulation soft-ware and is usually not transferable to other software products.
By Applying Building Information Modeling (BIM) simulation data is stored consistently and an exchange to other software is enabled. Therefore, a method which allows a thermal energetic simulation based on the exchange format Industry Foundation Classes (IFC) including an evaluation is presented. All geometrical and physical information are extracted directly from the building model that is kept up-to-date during its life cycle and transferred to the simulation. This accelerates the simulation process regarding the geometrical modeling and adjustments after later changes of the building. The developed method is based on simple conventions for the creation of the building model and ensures a complete transfer of all simulation data.
The high resource demand of the building sector clearly indicates the need to search for alternative, renewable and energy-efficient materials. This work presents paper-laminated sandwich elements with a core of corrugated paperboard that can serve as architectural components with a load-bearing capacity after a linear folding process. Conventional methods either use paper tubes or glued layers of honeycomb panels. In contrast, the folded components are extremely lightweight, provide the material strength exactly where it is statically required and offer many possibilities for design variants. After removing stripes of the paper lamination, the sandwich can be folded in a linear way at this position. Without the resistance of the missing paper, the sandwich core can be easily compressed. The final angle of the folding correlates with the width of the removed paper stripe. As such, this angle can be described by a simple geometric equation. The geometrical basis for the production of folded sandwich elements was established and many profile types were generated such as triangular, square or rectangular shapes. The method allows the easy planning and fast production of components that can be used in the construction sector. A triangle profile was used to create a load-bearing frame as supporting structure for an experimental building. This first permanent building completely made of corrugated cardboard was evaluated in a two-year test to confirm the efficiency of the developed components. In addition to the frame shown in this paper, large-scale sandwich elements with a core of folded components can be used to fabricate lightweight ceilings and large-scale sandwich components. The method enables the efficient production of linearly folded cardboard elements which can replace normal wooden components like beams, pillars or frames and bring a fully recycled material in the context of architectural construction.
Der vorliegende Text beschreibt die intensive Erforschung von Wabenplatten aus Papierwerkstoffen, die durch Faltprozesse neue räumliche Zustände einnehmen können und somit ihr ursprüngliches Anwendungsspektrum erweitern. Die gezeigten Lösungsansätze bewegen sich dabei im Spannungsfeld von Architektur und Ingenieurbau, denn die gefalteten Bauteile sind nicht nur äußerst tragfähig sondern besitzen auch eine ästhetische Form. Die entwickelten Verfahren und Konstruktionen werden auf einem hohen architektonischen Niveau präsentiert und mit einfachen ingenieurtechnischen Methoden verifiziert. Zur Lösungsfindung werden geometrische Verfahren ebenso angewendet wie konstruktive Faustformeln und Recherchen aus Architektur und Forschung.
Der Fokus der Arbeit liegt auf der Untersuchung von Faltungen in Wabenplatten. Während der Auseinandersetzung mit der Thematik erschienen jedoch viele weitere Aspekte als sehr interessant und bearbeitungswürdig. Als theoretische Grundlage dieser Arbeit werden deshalb die geschichtliche Entwicklung und die gesellschaftliche Bedeutung von Papier und Papierwerkstoffen analysiert und deren Produktionsprozesse beleuchtet. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Einordnung des Potentials und der Bedeutung des Werkstoffs Papier. Der Kontext der Arbeit wird dadurch gestärkt und führt zu interessanten zukünftigen Forschungsansätzen.
Intensive Untersuchungen widmen sich der geometrischen Bestimmung von Faltungen in Wabenplatten aus Papierwerkstoffen sowie deren Manifestation als konstruktive Bauteile. Auch die statischen Eigenschaften der Elemente und ihr Konstruktionspotential werden erforscht und aufbereitet. Wichtige Impulse aus Forschung und Technik fließen in die Recherche der Arbeit ein und erlauben die Verortung der Ergebnisse im architektonischen Kontext. Versuchsreihen und Materialstudien an Prototypen belegen die Ergebnisse virtueller und rechnerischer Studien. Konzepte zur parametrischen Berechnung und Visualisierung der Forschungsergebnisse werden präsentiert und zeigen zukunftsfähige Planungshilfen für die Industrie auf. Etliche Testreihen zu unterschiedlichsten Abdichtungskonzepten führen zur Realisierung eines sehenswerten Experimentalbaus. Er erlaubt die dauerhafte Untersuchung der entwickelten Bauteile unter realistischen Bedingungen und bestätigt deren Leistungsfähigkeit. Dadurch wird nicht nur ein dauerhaftes Monitoring und eine Evaluierung der Leistungsdaten möglich sondern es wird auch der sichtbare Beweis erbracht, dass mit Papierwerkstoffen effiziente und hochwertige Architekturen zu realisieren sind, welche das enorme gestalterische Potential von gefalteten Wabenplatten ausnutzen.
Building Information Modeling is a powerful tool for the design and for a consistent set of data in a virtual storage. For the application in the phases of realization and on site it needs further development. The paper describes main challenges and main features, which will help the development of software to better service the needs of construction site managers
The fire resistance of concrete members is controlled by the temperature distribution of the considered cross section. The thermal analysis can be performed with the advanced temperature dependent physical properties provided by 5EN6 1992-1-2. But the recalculation of laboratory tests on columns from 5TU6 Braunschweig shows, that there are deviations between the calculated and measured temperatures. Therefore it can be assumed, that the mathematical formulation of these thermal properties could be improved. A sensitivity analysis is performed to identify the governing parameters of the temperature calculation and a nonlinear optimization method is used to enhance the formulation of the thermal properties. The proposed simplified properties are partly validated by the recalculation of measured temperatures of concrete columns. These first results show, that the scatter of the differences from the calculated to the measured temperatures can be reduced by the proposed simple model for the thermal analysis of concrete.
The aim of this paper is to present so-called discrete-continual boundary element method (DCBEM) of structural analysis. Its field of application comprises buildings constructions, structures and also parts and components for the residential, commercial and un-inhabitant structures with invariability of physical and geometrical parameters in some dimensions. We should mention here in particular such objects as beams, thin-walled bars, strip foundations, plates, shells, deep beams, high-rise buildings, extensional buildings, pipelines, rails, dams and others. DCBEM comes under group of semianalytical methods. Semianalytical formulations are contemporary mathematical models which currently becoming available for realization due to substantial speed-up of computer productivity. DCBEM is based on the theory of the pseudodifferential boundary equations. Corresponding pseudodifferential operators are discretely approximated using Fourier analysis or wavelet analysis. The main DCBEM advantages against the other methods of the numerical analysis is a double reduction in dimension of the problem (discrete numerical division applied not to the full region of the interest but only to the boundary of the region cross section, as a matter of fact one is solving an one-dimensional problem with the finite step on the boundary area of the region), one has opportunities to carrying out very detailed analysis of the specific chosen zones, simplified initial data preparation, simplistic and adaptive algorithms. There are two methods to define and conduct DCBEM analysis developed – indirect (IDCBEM) and direct (DDCBEM), thus indirect like in boundary element method (BEM) applied and used little bit more than direct.
The execution of project activities generally requires the use of (renewable) resources like machines, equipment or manpower. The resource allocation problem consists in assigning time intervals to the execution of the project activities while taking into account temporal constraints between activities emanating from technological or organizational requirements and costs incurred by the resource allocation. If the total procurement cost of the different renewable resources has to be minimized we speak of a resource investment problem. If the cost depends on the smoothness of the resource utilization over time the underlying problem is called a resource levelling problem. In this paper we consider a new tree-based enumeration method for solving resource investment and resource levelling problems exploiting some fundamental properties of spanning trees. The enumeration scheme is embedded in a branch-and-bound procedure using a workload-based lower bound and a depth first search. Preliminary computational results show that the proposed procedure is promising for instances with up to 30 activities.
We present an algebraically extended 2D image representation in this paper. In order to obtain more degrees of freedom, a 2D image is embedded into a certain geometric algebra. Combining methods of differential geometry, tensor algebra, monogenic signal and quadrature filter, the novel 2D image representation can be derived as the monogenic extension of a curvature tensor. The 2D spherical harmonics are employed as basis functions to construct the algebraically extended 2D image representation. From this representation, the monogenic signal and the monogenic curvature signal for modeling intrinsically one and two dimensional (i1D/i2D) structures are obtained as special cases. Local features of amplitude, phase and orientation can be extracted at the same time in this unique framework. Compared with the related work, our approach has the advantage of simultaneous estimation of local phase and orientation. The main contribution is the rotationally invariant phase estimation, which enables phase-based processing in many computer vision tasks.
Analysis of the reinforced concrete chimney geometry changes and their influence on the stresses in the chimney mantle was made. All the changes were introduced to a model chimney and compared. Relations between the stresses in the mantle of the chimney and the deformations determined by the change of the chimney's vertical axis geometry were investigated. The vertical axis of chimney was described by linear function (corresponding to the real rotation of the chimney together with the foundation), and by parabolic function (corresponding to the real dislocation of the chimney under the influence of the horizontal forces - wind). The positive stress pattern in the concrete as well as the negative stress pattern in the reinforcing steel have been presented. The two cases were compared. Analysis of the stress changes in the chimney mantle depending on the modification in the thickness of the mantle (the thickness of the chimney mantle was altered in the linear or the abrupt way) was carried out. The relation between the stresses and the chimney's diameter change from the bottom to the top of the chimney was investigated. All the analyses were conducted by means of a specially developed computer program created in Mathematica environment. The program makes it also possible to control calculations and to visualize the results of the calculations at every stage of the calculation process.