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A: Entwurfs- und Planungsmethodik

A06 – Bautechnische Integration von aktiven Elementen in die Gebäudestruktur

Bestehende Methoden zur Dimensionierung von Bauwerken beschreiben die zu erwartenden Maximallasten über die Gesamtlebensdauer des Gebäudes.

Dies hat zur Folge, dass Tragwerke für den Großteil ihrer Lebensdauer überdimensioniert sind. Diese Überdimensionierung kann bei adaptiven Tragwerken vermieden werden, indem die Masse durch bei Bedarf kurzzeitig zugeführte Energie ersetzt wird.

Das Teilprojekt A06 verfolgt das Konzept, Gebäude durch den Einsatz von Aktorik und Sensorik in der Tragstruktur hinsichtlich Lastabtrag und Schwingungsreduktion aktivierbar zu gestalten. Ziel ist es, das Gesamttragverhalten der Gebäudestruktur zu optimieren und Baumasse einzusparen.

Schematische Darstellung der Schwingungseigenformen eines Stabtragwerks (c) ILEK
Schematische Darstellung der Schwingungseigenformen eines Stabtragwerks

Um dieses Ziel zu erreichen, werden im Teilprojekt A06 folgende Fragestellungen untersucht:

  • Wie lassen sich adaptive Elemente bautechnisch in Tragsysteme integrieren?
  • Wie können passive Tragsysteme wie Hochhausstrukturen zu aktiv beeinflussbaren Tragwerken weiterentwickelt werden?
  • Auf welche Weise können die ausgelegten Aktoren in den Bauteilen konstruktiv integriert werden, um aktive Elemente zu schaffen?
  • Welche Gütemaße eignen sich für die Wahl und die Platzierung der einzusetzenden Sensoren bzw. Aktoren?

Um Baumasse einzusparen, soll ein Konzept zur Manipulation der Tragstruktur entwickelt werden. Als Grundlage dienen dafür die maßgebenden Lasten, abhängig von der Wahrscheinlichkeit, mit der diese jeweils auftreten. Ausgehend von Aktuierungskonzept und -größen wie Kräften oder Schwingungsamplituden lässt sich bestimmen, wie die Aktor- bzw. Sensorsysteme des adaptiven Tragwerks funktionieren und zu platzieren sind. Um das passende Aktuierungskonzept mit den relevanten Größen und der idealen Materialbelegung des Tragwerks zu ermitteln, sind Simulationsmodelle unerlässlich. Im Teilprojekt A06 soll unter anderem ein solches Modell entwickelt werden, sodass die aktiven Elemente in der Strukturanalyse berücksichtigt werden können.

Basierend auf dem Aktuierungskonzept und den Ergebnissen der Strukturauslegung wird ein Anforderungsprofil für die eingesetzten Sensoren und Aktoren erstellt, sodass diese im Anschluss optimal ausgewählt werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse bei der Erarbeitung der Aktuierungskonzepte dienen als Grundlage, um ein neuartiges, integrales Planungskonzept adaptiver Tragsysteme zu entwickeln.

Teilprojektleiter

  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Dr. h.c. Werner Sobek, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
     
  • Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Oliver Sawodny, Institut für Systemdynamik

Ansprechpersonen

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Dipl.-Ing.

Michael Böhm

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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M.Sc.

Simon Steffen

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Dr.-Ing.

Nicu Toader

Wissenschaftlicher Mitarbeiter