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Membranversteifte Tragwerke

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Arbeit "Membranversteifte Tragwerke" befasst sich mit dem Tragverhalten von membranversteiften Tragwerken. Membranen tragen äußere Lasten über Zugkräfte ab und werden aufgrund ihres geringen Eigengewichts oft im Leichtbau und für große Spannweiten verwendet. Bei Anwendungen im Bauwesen werden Membranen in der Regel multifunktional eingesetzt und dienen sowohl als Tragelement als auch als Wetterschutz. In Anlehnung an Anwendungen wie Segel oder als Hüllmaterial für Luftschiffe werden in membranversteiften Tragwerken die Membranen ausschließlich als tragendes Element eingesetzt. Dies ermöglicht eine freie Anordnung der Membranen und eine monofunktionale Optimierung für das Tragverhalten. In membranversteiften Tragwerken bildet die Membran mit weiteren Druck-, Zug- und Biegeelementen ein hybrides Tragwerk. Die Membran ist dabei unverzichtbarer Teil des Tragwerks, ohne die die Tragfähigkeit nicht gegeben oder deutlich herabgesetzt ist. Während bei linearen Zugelementen die Kräftepfade vorgegeben sind, ermöglichen Membranen durch ihre zweidimensionale Geometrie eine freie Einstellung der Kräftepfade. Die Membranen können auch ohne Krümmung eingesetzt werden und sind in der Regel einachsig beansprucht. Das Tragwirkung der Membran kann nach dem Prinzip der Formstabilisierung oder dem Prinzip der Kopplung beschrieben werden: Das Prinzip der Formstabilisierung wirkt den Verformungen des Gesamtsystems entgegen. Beim Prinzip der Kopplung stellt die Membran eine kraftübertragende Verbindung zwischen zwei Tragelementen her und erzeugt einen zusammengesetzten Querschnitt. Meist überlagern sich beide Tragprinzipien. Als Anwendungen werden ein membranversteifter Bogen, eine membranversteifte Stütze und ein membranversteifter Träger untersucht. Die Untersuchungen erfolgen sowohl numerisch als auch experimentell. Die äußere Belastung, die Geometrie und Anordnung der Struktur, die Materialsteifigkeit der Membran und der übrigen Tragelemente, die Orientierung der orthotropen Membran, der Randanschluss der Membran und eine Vorspannung der Membran beeinflussen sich gegenseitig. Die Interaktion und der Einfluss der einzelnen Parameter werden beschrieben. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen membranversteiften Strukturen werden aufgezeigt. Die vorliegende Ergebnisse ermöglichen ein tieferes Verständnis über das Tragverhalten membranversteifter Tragwerke.

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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
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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
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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.
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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
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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 (kostenlos)
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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