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Funktionsintegrative Leichtbaustrukturen für Tragwerke im Bauwesen

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[Quelle: http://d-nb.info]

In den letzten Jahren gewinnt der Leichtbau im Bauwesen im Zuge der Ressourceneinsparung wieder stärker an Bedeutung, denn ohne eine deutliche Steigerung der Effizienz ist zukunftsfähiges Bauen und Wohnen nur schwer zu bewerkstelligen. Optimiertes Bauen, im Sinne der Errichtung und Unterhaltung von Bauwerken mit geringem Einsatz an Material, Energie und Fläche über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg, bedarf des Leichtbaus in punkto Material, Struktur und Technologie. In der Arbeit wird ein wissenschaftlicher Überblick zum aktuellen Stand der eigenen Forschungen in Bezug auf funktionsintegrativen Leichtbau im Bauwesen gegeben sowie erweiterte Methoden und Ansätze abgeleitet, die eine Konzeption, Bemessung und Erprobung von neuartigen Hochleistungs-Tragstrukturen in Leichtbauweise gestatten. Dabei steht die Entwicklung leistungsstarker und zugleich multifunktionaler Werkstoffkombinationen und belastungsgerecht dimensionierter Strukturkomponenten unter dem Aspekt der Gewichtsminimalität in Material und Konstruktion im Fokus. Ein breit gefächertes Eigenschaftsprofil für "maßgeschneiderte" Leichtbauanwendungen besitzen textilverstärkte Verbundbauteile, denn sowohl die Fadenarchitektur als auch die Matrix können in weiten Bereichen variiert und an die im Bauwesen vorliegenden komplexen Anforderungen angepasst werden. In der Arbeit werden hierzu vor allem Methoden und Lösungen anhand von Beispielen zu: multifunktionalen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), funktionsintegrierten faserverstärkten mineralischen Tragelemente und Verbundstrukturen in textilbewehrter Beton-GFK-Hybridbauweise betrachtet. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Schaffung von materialtechnischen, konstruktiven und technologischen Grundlagen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Leichtbauidee über Demonstrator und Referenzobjekt bis hin zur technologischen Umsetzung zur Überführung der Forschungsergebnisse in die Praxis.

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Bücher, Broschüren

Bionisch bauen
Von der Natur lernen
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Bionik ist ein faszinierendes Grenzgebiet zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung, zwischen Architektur und Biologie: Die Analyse biologischer Konstruktionen kann zu verblüffenden technischen Lösungen führen. Das Buch verfolgt an einer Vielzahl von Beispielen den Weg von der Erkenntnis, wie etwas funktioniert, über die Abstraktion in Computermodellen und den Bau erster Prototypen bis zur funktionierenden Fertigung und Produktion.

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Andreas Öchsner
Leichtbaukonzepte anhand einfacher Strukturelemente
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Neuer didaktischer Ansatz mit zahlreichen Übungsaufgaben
2019, xiv, 224 S., 144 SW-Abb., 71 Farbabb. 240 mm, Softcover
Springer, Berlin

 

 

In der Ingenieurpraxis werden in der Regel recht komplexe Systeme, auch unter der Verwendung kommerzieller Programmpakete, optimiert. Zur Einführung der unterschiedlichen Leichtbaukonzepte im Rahmen eines Hochschulingenieurstudiums kann jedoch auch zuerst auf einfache Strukturelemente, die im Rahmen der technischen Mechanik vorgestellt werden, zurückgegriffen werden. Die einfachsten Elemente sind hierbei Stäbe und Balken, die neben Federn den eindimensionalen Strukturelementen zugerechnet werden. Anhand dieser Elemente können recht anschaulich Fragestellungen zur Werkstoffauswahl und der geometrischen Gestaltung und Optimierung von lasttragenden Strukturen diskutiert werden. Somit bietet das Lehrbuch eine einfache und umfassende "Anleitung" zur Anwendung der unterschiedlichen Leichtbaukonzepte, wobei der Schwerpunkt auf dem Stoff- und Formleichtbau beziehungsweise der Kombination dieser beiden Konzepte liegt.

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Stefan Rack
Formadaptive Tensegrity-Strukturen : ein Beitrag zur numerischen Simulation
Berichte zum Stahl- und Leichtbau, Band 10
Dissertationsschrift
2019, 286 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
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Obwohl Tensegrity-Strukturen seit ihrer Erfindung vor nahezu 70 Jahren eine ungebrochene Faszination auf Architekten und Ingenieure ausüben, begegnen wir diesen Strukturen in unserer gebauten Umwelt praktisch nie. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt in der, im Vergleich zu konventionellen Tragsystemen, großen Nachgiebigkeit dieser Strukturen. Wird für eine Tragwerksaufgabe, für die eine konventionelle Struktur geeignet ist, alternativ eine Ausführung des Tragwerks als Tensegrity-Struktur untersucht, so stellt diese Eigenschaft zumeist einen ausschließenden Nachteil dar. Der erfolgreiche Einsatz von Tensegrity-Strukturen erfordert aus Sicht des Autors einen Perspektivwechsel - nicht trotz, sondern gerade wegen ihrer hohen Nachgiebigkeit bieten diese Strukturen Vorteile gegenüber konventionellen Tragsystemen. Großes Potential sieht der Autor in der Anwendung von Tensegrity-Strukturen zur Erzeugung formadaptiver Gebäudehüllen. In der vorliegenden Arbeit wird ein auf der Kraftdichtemethode basierendes, numerisches Verfahren zur Simulation des Formadaptionsprozesses von Tensegrity-Strukturen vorgestellt.

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Flexible Verbundmaterialien in Architektur, Bauwesen und Innenarchitektur
2013, 232 S., 200 b/w and 300 col. ill. 280 mm, Hardcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Textilien faszinieren wegen der besonderen Formen, die diese Gewebestrukturen ermöglichen und aufgrund ihres außergewöhnlichen Charakters als weiche Materialien. Gemeinsam mit ihren funktionalen und konstruktiven Eigenschaften bieten sie ein Leistungsspektrum, das bei spektakulären wie auch alltäglichen Aufgaben genutzt wird. Der Band widmet sich den technischen Textilien in drei Teilen: Im ersten Kapitel wird das Material in seinen spezifischen Eigenschaften vorgestellt, das zweite Kapitel befasst sich mit den Anwendungen in den Bereichen Architektur, textile Fassaden, Sonnenschutz und Innenarchitektur unter besonderer Berücksichtigung von Verarbeitungsweisen und Konstruktionsprinzipien. Das dritte Kapitel dokumentiert eine Auswahl von ca. 20 internationalen gebauten Projekten, um die verschiedenen Einsatzgebiete auch unmittelbar zu veranschaulichen.

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Jan Knippers, Jan Cremers, Markus Gabler, Julian Lienhard
Atlas Kunststoffe und Membranen. Werkstoffe und Halbzeuge, Formfindung und Konstruktion
2010, 296 S., zahlr. Zeichn. u. farb. Fotos. 29.7 cm, Softcover
Detail

 

 

Ob als transluzente Platten, weit gespannte Membranen, luftgefülltes Folienkissen oder in organisch geschwungener Gestalt: In den unterschiedlichsten Formen und Anwendungsbereichen finden Kunststoffe Verwendung in der Architektur. Innovative technische Entwicklungen verbessern stetig seine Materialeigenschaften. Kunststoffe sind heute im Bauwesen eine ernstzunehmende Alternative, sei es als Tragkonstruktion, Dach, Fassade oder Inneneinrichtung. Der Atlas bringt von den Werkstoffeigenschaften bis hin zu Anforderungen an Entwurf und Konstruktion fundiertes und umfassendes Fachwissen auf den Punkt. Ausgewählte Projektbeispiele runden das Nachschlagewerk ab. Zum Inhalt: - Geschichtliche Entwicklung von Kunststoffen und Membranen in der Architektur, - Grundlagenvermittlung zu Herstellung, Verarbeitung und Anwendung, - Materialbeschreibung zu Werkstoffen und Halbzeugen, - Bauphysikalische Eigenschaften und Umwelteinwirkungen, - Formfindung und Berechnung von Kunststofftragwerken und Membranen, - nach neustem Forschungsstand zusammengestellte Übersicht von Leitdetails.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Walter Haase, Clemens Freitag, Andreas Kaufmann, Herbert Sinnesbichler, Matthias Kersken, Almuth Schade, Florian Hess, Angela Püls
Bewertungsverfahren Leichtbau
Entwicklung eines vereinfachten Bewertungsverfahren zur Bestimmung der wärmetechnischen Eigenschaften (U-Wert, g-Wert) von Membranhüllen-Konstruktionen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3182
2019, 269 S., 200 Abb. u. 50 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die übergeordnete Zielsetzung des Projekts war es, ein praktikables und einfach anzuwendendes Bemessungsverfahren für das wärmetechnische Verhalten von Ultraleichtbau-Konstruktionen, insbesondere für Textile-Mehrlagen- und Membrankissen-Konstruktionen bereitzustellen. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere zur energetischen Bewertung im Rahmen des öffentlich-rechtlichen Nachweises (EnEV) von großer Bedeutung und soll in die einschlägigen Nachweisverfahren (z. B. DIN V 18599) eingebracht werden können. Nachdem sich zeigte, dass planparallele Leichtbauteile wie Polycarbonat-Platten und schaltbare Verglasungen bereits normativ mit der bei anderen Bauprodukten üblichen Genauigkeit berücksichtigt werden, lag das Hauptaugenmerk des Projekts auf Textilen-Mehrlagen-Systemen und pneumatisch stabilisierten Membrankissen-Konstruktionen. Für diese beiden Konstruktionstypen wurden Anpassungen der etablierten Bewertungsverfahren erarbeitet.

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Claudia Lüling, Iva Richter
3dTEX - Textiles Leichtwandelement. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3041
2018, 145 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Vorfertigung und Leichtbau sind im Bauwesen wie in der Automobil- und Luftfahrtindustrie essentiell zur Steigerung von Qualität und Nachhaltigkeit. Im Gegensatz zum klassischen textilen Leichtbau zeigt 3dTEX, wie durch den Transfer dreidimensionaler textiler Herstelltechnologien und im Zusammenspiel mit Verfahrenstechniken wie Schäumen, textile Wandelemente mit integrierter Trag- und Dämmstruktur entstehen. Im Fokus stehen sogenannte Abstandstextilien, d.h. mehrlagige, untereinander verbundene Textilflächen, die zur Herstellung von Leichtwandelementen verwendet werden sollen. Abstandstextilien sind in einem Arbeitsgang gefertigte Gewebe oder Gewirke, deren Flächen untereinander durch eingewebte Polfäden in definierter Distanz verbunden sind.

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Lutz Weber, Bernd Kaltbeitzel, Waldemar Maysenhölder
Verbesserung der Schalldämmung von leichten Ständerwänden bei tiefen Frequenzen
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3076
2018, 83 S., 71 Abb. u. 2 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Vergleich zu Massivwänden mit dem gleichen bewerteten Schalldämm-Maß weisen Ständerwände wegen ihrer zweischaligen Bauweise bei tiefen Frequenzen eine erheblich geringere Schalldämmung auf. Da herkömmliche bauliche Maßnahmen das Problem nicht lösen können, wurden alternative Möglichkeiten zur Verbesserung der Schalldämmung von Ständerwänden bei tiefen Frequenzen untersucht. Bei den Untersuchungen wurden vor allem solche Maßnahmen betrachtet, deren Grundprinzip bereits bekannt war, zu deren Wirkung in Verbindung mit Ständerwänden aber bislang nur wenige Erkenntnisse vorlagen. Nach Vorversuchen zur Beurteilung des Verbesserungspotenzials wurden die besten Maßnahmen ausgewählt, weiterentwickelt und optimiert. Dies erfolgte auf experimenteller Basis, wobei die erforderlichen Messungen - ohne Beeinträchtigung der Aussagefähigkeit - an Wänden mit verringerter Bauteilfläche vorgenommen wurden. Das Forschungsvorhaben hat gezeigt, dass sich die Schalldämmung von Ständerwänden durch periodische Beschwerung der Wandschalen bei tiefen Frequenzen wirksam verbessern lässt. Außerdem wurden die wichtigsten akustischen und technischen Grundlagen für die Umsetzung in die bauliche Praxis gelegt.

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IL 24, Prinzip Leichtbau; IL 24, Lightweight Principle
Mitteilungen des Instituts für leichte Flächentragwerke der Universität Stuttgart
Dtsch.-Engl
1998, 288 S., m. zahlr. Abb., 2 Beil. 21 x 27 cm, Softcover
Krämer, Stuttgart

 

 

Abhandlungen über die Form, die Konstruktion und die Tragfähigkeit von weit gespannten Flächentragwerken mit einer Darstellung des "Prinzips Leichtbau" und der Notwendigkeit des Experimentierens zur Erfassung des Prinzips Leichtbau: Aufwand und Optimierung von Bauelementen und Konstruktionen. Die Bic-Lambda-Methode. Energiesysteme.

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Dampfsperrenfehlstellen in hoelzernen Aussenwandelementen. Abschlussbericht
Bau- und Wohnforschung
1977, 74 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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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Gutzwiller, Isabel
Leichtbau - Bauen mit System
Steeldoc, 2020

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Stimpfle, Bernd
Lunar Dome. Zelt für die Apollo 11 Roadshow in den USA
Stahlbau, 2020

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Blandini, Lucio; Sobek, Werner
Das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren ILEK: Über 100 Jahre Forschung im Stahlbetonbau
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

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Heyden, Aaron von der; Lange, Jörg
Sandwichelemente mit Wellpappe als Kernmaterial
Stahlbau, 2020

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Kuhnhenne, Markus; Vontein, Marius; Pauli, Gesa; Schaffrath, Simon
Wärmetechnisch verbesserte Stahl?Unterkonstruktionen für Metallfassaden
Stahlbau, 2020

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