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Complex timber structures from simple elements. Computational design of novel bar structures for robotic fabrication and assembly

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[Quelle: https://www.research-collection.ethz.ch]

.Diese Dissertation präsentiert Entwurfsmethoden für neuartige Holzstabwerke, die aus neuen roboterbasierten Fabrikations- und Assemblierungsprozessen hervorgehen. Im Fokus liegen insbesondere Tragwerke die: a) aus vielen kurzen Nadelholzstäben bestehen, b) mittels geometrisch generischen, kerbfreien und relativ schwachen Holzverbindungen zusammengesetzt werden und c) vom Prinzip her nicht auf standardisierten, repetitiven Aufbau eingeschränkt werden müssen. Die daraus resultierende geometrische Flexibilität ermöglicht einerseits die Anwendbarkeit im Bereich der Freiform-Architekturen, andererseits bietet sie Potenzial, die Geometrie der Einzelteile präzise gemäss den lokalen Anforderungen zu variieren. Wie jedoch durch zwei Fallstudien gezeigt, stellt die Ausnutzung dieses Potenzials eine grosse Herausforderung dar. Bedingt durch Wechselwirkungen zwischen Geometrie, Materialeigenschaften, statischen Phänomenen und Anforderungen der ro botischen Fabrikar tion weisen solche Systeme eine hohe Komplexität auf. Diese Wechselwirkungen wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Um sie in einem architektonischen Entwurfsprozess ausschöpfen zu können, wurden dazu entsprechende Entwurfswerkzeuge entwickelt. Erstens, es werden computerbasierte Methoden für geometrisches Modellieren zweier exemplarischer Topologien - geschichtete, fachwerkähnliche Träger und Strukturen bestehend aus T-Stoss Verbindungen - vorgestellt. Zweitens, um die weiteren Aspekte - Fabrikation und Tragverhalten - berücksichtigen und deren Zusammenspiel mit der Geometrie erforschen zu können, wurden Methoden zur Erstellung interdisziplinärer Datenflüsse und Arbeitsprozesse erarbeitet. Drittens, die eigens für diese Arbeit entwickelten algorithmischen Strategien ermöglichen die interdisziplinär gesammelten Daten zur Verfeinerung des Entwurfsmodels auszuschöpfen. Die Relevanz dieser Forschung zeigt sich u.a. am Beispiel eines grossmassstäblichen Prototyps, welcher mithilfe der präsentierten Werkzeuge und Methoden entwickelt und als Bauprojekt in einem vollrobotischen Fabrikationsverfahren realisiert wurde.

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Bücher, Broschüren

Tagungsband: Sachverstand am Bau - Immobilienbewertung - Holzschutz 2021
Beiträge aus Praxis, Forschung und Weiterbildung
2021, 292 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Tilo Haustein
Schäden durch fehlerhaftes Konstruieren mit Holz
Schadenfreies Bauen, Band 39
2., vollst. neu bearb. Aufl.
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Bauen+ Schwerpunkt: Gebäudetechnik
Edition Bauen+, Band 1
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Johannes Cramer, Wolfgang Müller-Wiener
Wohnhausbau im osmanischen Istanbul
Berliner Beiträge zur Bauforschung und Denkmalpflege, Band 19
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Die osmanische Hauptstadt Istanbul war bis weit in das 20. Jahrhundert hinein eine Stadt von Holzhäusern in grüner Umgebung. Verheerende Brände und der Umbau zur modernen Metropole haben von diesem Idyll nur wenig zurückgelassen. Heute beherrschen Hochhäuser das Bild. Die letzten historischen Quartiere, seit 1984 auf der Liste des UNESCO Weltkulturerbes, verfallen. Die Publikation wertet Berichte europäischer Reisender aus und analysiert historische Quellen. Sie dokumentiert den Hausbestand mit historischen Fotos aus dem 19. und frühen 20. Jahrhundert ebenso wie mit Bauaufnahmen und Bildern aus den achtziger Jahren. Die Bauweise und Organisation des osmanischen Hauses wird analysiert. So entsteht ein umfassendes Bild des städtischen Lebens in osmanischer Zeit. Wolfgang Müller-Wiener, Architekt und Archäologe, war bis 1988 Erster Direktor des Deutschen Archäologischen Instituts, Abteilung Istanbul. Johannes Cramer, Architekt und Bauforscher, lehrte bis 2016 Bau- und Stadtbaugeschichte an der Technischen Universität Berlin.

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Ingo Gabriel
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2021, 117 S., zahlr. meist farb. Abb. 21 cm, Hardcover
Ökobuch Verlag u. Versand

 

 

Das Praxishandbuch zeigt nicht nur die vielfältigen gestalterischen Möglichkeiten moderner Holzfassaden auf der Basis der geltenden Fachregeln, sondern stellt - systematisch aufbereitet - zahlreiche vorbildliche Beispiele und Detaillösungen für Ecken, Sockel-, Dach- und Fensteranschlüsse vor. Planungs- und Ausführungsfehler werden ebenso thematisiert wie die entwurflichen und konstruktiven Voraussetzungen für das würdevolle Altern unbehandelter Hölzer. Die 30-jährige Erfahrung des Autors bei Planung und Bau von Holzfassaden und -häusern zieht sich als roter Faden durch das gesamte Buch, abgerundet durch sehr unterschiedliche Ausführungsbeispiele aus Deutschland und den europäischen Nachbarländern.

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Forschungsberichte

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Thomas Oberndorfer, Frank Hunger, Oliver Fischer
Ultra High Performing Timber Walls - Einsatz von schlanken Lamellen aus ultrahochfestem Beton in Brettsperrholzelementen zur Steigerung der Tragfähigkeit
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3233
2021, 165 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei mehrgeschossigen Hochbauten ergeben sich vor allem in den unteren Etagen hohe Vertikallasten in den tragenden Wandscheiben. Durch die Kombination von ultrahochfestem Beton mit Holz soll ein nachhaltiger und hochleistungsfähiger Verbundwerkstoff geschaffen werden, der sich neben den allgemeinen Vorzügen von Holz insbesondere durch seine hohe und an die örtliche Belastung anpassbare Tragfähigkeit auszeichnet. Das Forschungsprojekt konnte zeigen, dass eine tragfähige Verklebung von ultrahochfestem Beton und Holz mit zugelassenen Klebstoffen, die in der Brettsperrholzproduktion üblich sind, hinsichtlich des Kurzzeittragverhaltens herstellbar sind.

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Ulrich Schanda, Andreas R. Mayr, Fabian Schöpfer
Übertragungsfunktionen im Holzbau
Prognose der Schallübertragung aus haustechnischen Anlagen mit einem tabellarischen, praxistauglichen Ingenieurersatzverfahren
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3163
2020, 105 S., 64 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für den gesetzlich geforderten Schallschutznachweis ist eine Prognose der Schallemissionen von Installationsgeräuschen und gebäudetechnischen Anlagen sowie der Köperschallübertragung im Gebäude erforderlich. Für den Holzbau sind hierfür bislang keine Prognoseverfahren verfügbar. Somit kann der Nachweis des geforderten Schallschutzes im Holzbau formal nur durch bauakustische Messungen im ausgeführten Gebäude erbracht werden. Hierfür wird ein empirisches Verfahren basierend auf gemessenen Übertragungsfunktionen vorgeschlagen. Um ein empirisches Prognosemodell abzuleiten, wurden die vorhandenen Daten anhand von Kategorien gruppiert. Aus diesen Gruppen wurden repräsentative Spektren für die Übertragungsfunktionen abgeleitet. Damit ist nun erstmals eine Abschätzung des resultierenden Schalldruckpegels im Holzbau möglich.

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Ondrej Kyjanek, Oliver David Krieg, Tobias Schwinn, Achim Menges
Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau: Potentiale für die Vorfertigung
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3180
2020, 69 S., 24 Abb. u. 2 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Holzbau basiert heute auf Leichtbausystemen mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad. Der Automatisierungsgrad der Fertigung im Holzbau ist jedoch im Vergleich zu anderen Industriebranchen immer noch sehr gering. Ziel dieses Projektes ist es daher, einen möglichen Einsatz der Mensch-Roboter-Kooperationsfertigung zu analysieren und zu bewerten, um den Automatisierungsgrad in der Holzbauvorfertigung zu erhöhen und flexibel zu halten. Die Forschungsarbeit verfolgt einen vierstufigen Forschungsansatz bestehend aus Analyse, Systematisierung, Entwicklung und Evaluierung: basierend auf der Analyse des aktuellen Stands der Technik im Holzbau und der verfügbaren Technologien der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) und der Systematisierung der Ergebnisse, werden praktikable MRK-Workflows entwickelt und diese abschließend durch eine Reihe von Produktionssystemprototypen bewertet.

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Catherina Thiele, Dirk Lorenz, Thomas Scherer, Stephan Birk, Sebastian Simon
Leitungsdurchführungen im Holzbau
Abschlussbericht LeitHolz.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3159
2019, 118 S., 55 Abb. u. 19 Tab., Softcover
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Das Forschungsprojekt "Leitholz" beschäftigte sich mit der Anwendung und Prüfung von Leitungsabschottungen im Holzbau. Bekannte, im Massiv- oder Trockenbau zugelassene, Abschottungssysteme sollten bezüglich ihrer Anwendbarkeit im Holzbau untersucht werden. Weiterhin sollte überprüft werden, ob die Prüfbedingungen für Abschottungen im Massivbau auf Abschottungen in Holzbauteilen übertragen werden können. Aktuell stellt zur Leitungsabschottung im Holzbau eine gewerkübergreifende Lösung die gängige Praxis dar. An der Stelle der Leitungsdurchführung wird der Werkstoff Holz durch ein massives Bauteil (Beton / Mörtel) substituiert. Die Leitungsabschottung erfolgt dann innerhalb des massiven Bauteils. Abschottungssysteme können unter nicht wesentlicher Abweichung von ihren Anwendbarkeitsnachweisen eingebaut werden. Im Forschungsprojekt wird eine neue Methode "Holz-in-Holz" erarbeitet. Ziel ist an der Stelle der Leitungsdurchführung nicht weiter einen anderen Werkstoff einzubringen. Die Abschottung soll in Holzmodulen stattfinden.

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Stefan Bacher, Camille Châteauvieux-Hellwig, Melina Martin, Thomas Ecker, Michael Rudolph, Andreas Rabold
Schallschutz von Flachdächern in Holzbauweise
Luft- und Trittschalldämmung von Flachdächern und Dachterrassen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3179
2019, 120 S., 23 Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Planung von modernen Büro- und Wohngebäuden ist vor allem im Bereich der mehrgeschossigen Bauweise i.d.R. ein Flachdach oder ein flachgeneigtes Dach mit ausgebautem Dachgeschoß vorgesehen. Mangelnde Planungsdaten erschweren es gerade klein- und mittelständigen Unternehmen, zu denen sehr viele Holzbaubetriebe gehören, den Einstieg in den mehrgeschossigen Holzbau, der nicht nur aus ökologischer Sicht vorteilhaft ist. So wurden auch in der neuen DIN 4109 nur drei Aufbauten für leichte Flachdächer berücksichtigt. Die Zielsetzung des Projektes besteht daher in der Bereitstellung von Planungsunterlagen für verschiedene Konstruktionsvarianten von Flachdächern und leicht geneigten Dächern, die insbesondere den Anforderungen an den Schallschutz genügen sowie den weiteren Leistungseigenschaften wie Wärme- und Feuchteschutz entsprechen. Die Untersuchungen wurden an praxisnahen Dachaufbauten durchgeführt, um die Einflussgrößen auf die Schalldämmung von Flachdächern und leicht geneigten Dächern beschreiben und Planungsunterlagen gut geeigneter Konstruktionen zur Verfügung stellen zu können.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Jacob-Freitag, Susanne
Ökologisch durch leicht rückbaubare Bauteile. Klebetechnologie im Holzskelettbau
Deutsches Ingenieurblatt, 2022

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Holz ganz groß. Einer der ältesten Baustoffe der Menschheit erlebt eine Renaissance
Bild der Wissenschaft, 2022

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Stüssi, Ulrich
Im Schatten der Brücke. Ein Stararchitekt, ein Holzbauer von Weltrang und ein famoses Stück Ingenieurbaukunst: wie ein Übergang über der Glatt grosse Fragen ans Immaterialgüterrecht stellte.
Tec 21, 2022

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Knuth, Susanne
Sonnensegel im neuen Glanz. Abdichtung
DDH Das Dachdeckerhandwerk, 2022

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Dahlhoff, Nadine; Wenker, Jan; Kloster, Nina
Effekte von Grünpflanzen in Holzgebäuden. Vertikale Innenraumbegrünung
Bauen mit Holz, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022