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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Leichtbau, Entwerfen und KonstruierenSubject: search.filters.subject.620

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    Untersuchungen zur Manipulation des Lastabtrages biegebeanspruchter Betonbauteile durch integrierte fluidische Aktoren
    (2022) Kelleter, Christian; Sobek, Werner (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)
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    Designing actuation concepts for adaptive slabs with integrated fluidic actuators using influence matrices
    (2022) Nitzlader, Markus; Steffen, Simon; Bosch, Matthias J.; Binz, Hansgeorg; Kreimeyer, Matthias; Blandini, Lucio
    Previous work has shown that floor slabs make up most of the material mass of building structures and are typically made of reinforced concrete. Considering the associated resource consumption and greenhouse gas emissions, new approaches are needed in order to reduce the built environment’s impact on the ongoing climate crisis. Various studies have demonstrated that adaptive building structures offer a potential solution for reducing material resource consumption and associated emissions. Adaptive structures have the ability to improve load-bearing performance by specifically reacting to external loads. This work applies the concept of adaptive structures to reinforced concrete slabs through the integration of fluidic actuators into the cross-section. The optimal integration of actuators in reinforced concrete slabs is a challenging interdisciplinary design problem that involves many parameters. In this work, actuation influence matrices are extended to slabs and used as an analysis and evaluation tool for deriving actuation concepts for adaptive slabs with integrated fluidic actuators. To define requirements for the actuator concept, a new procedure for the selection of actuation modes, actuator placement and the computation of actuation forces is developed. This method can also be employed to compute the required number of active elements for a given load case. The new method is highlighted in a case study of a 2 m × 2 m floor.
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    Zur konstruktiven Durchbildung ausschließlich zugbeanspruchter Membranränder
    (1985) Gropper, Hans; Sobek, Werner
    Über Randausbildungen von Membrantragwerken werden theoretische Überlegungen angestellt. Anschließend wird über die Neuentwicklung eines textilen Randelementes berichtet, von dem ein Prototyp in Zusammenarbeit mit einer Weberei verwirklicht werden konnte. Dieser Prototyp wurde unter Einsatz verschiedener Verankerungen getestet. Die Verankerung von Synthesefaserzuggliedern stellt sich dabei als problematisch heraus und wird deshalb näher untersucht.
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    Entwerfen adaptiver Strukturen
    (2004) Teuffel, Patrick; Sobek, Werner (Prof. Dr.-Ing.)
    Im Rahmen der Arbeit wird ein Entwurfskonzept für adaptive Tragstrukturen entwickelt, mit dem gewichtsminimale Tragwerke unter Beibehaltung von Spannungs- und Verformungskriterien entworfen werden können. Die Adaption an verschiedene Belastungszustände wird durch den Einsatz von längen- und steifigkeitsvariablen Elementen ermöglicht. Dieses Verfahren wird als Lastpfadmanagement (LPM) bezeichnet. Unter adaptiven Tragstrukturen werden Systeme verstanden, die auf äußere Einwirkungen reagieren und ihren Beanspruchungszustand anpassen können. Um die Adaption zu ermöglichen, sind in die Systeme Sensoren, ein Steuerungs- bzw. Regelungssystem sowie Aktuatoren integriert. Das entwickelte Verfahren (LPM) besteht im Wesentlichen aus 3 Schritten: - Bestimmung der optimalen Kraftpfade für verschiedene Lastfälle - Ermittlung der Anzahl und Lage der erforderlichen Sensoren und Aktuatoren - Adaptionsvorgang Die optimalen Kraftpfade werden für verschiedene Lastfälle mit Hilfe der mathematischen Programmierung bestimmt: Ziel ist es, das Eigengewicht (bei gleichzeitiger Berücksichtung von Gleichgewichtsbedingungen und Einhaltung der zulässigen Spannungen) zu minimieren. Im Gegensatz zu einer „normalen“ statischen Berechnung werden die geometrischen Kompatibilitätsbedingungen in diesem Schritt nicht berücksichtigt. Neben der Querschnittsoptimierung kann auch eine Formoptimierung des Systems durchgeführt werden. Durch die nicht berücksichtigte geometrische Kompatibilität ergeben sich Differenzkräfte im System, die durch die adaptiven Elemente ausgeglichen werden müssen. Die Auswahl der hierfür notwendigen Aktuatoren erfolgt in zwei Schritten: Zuerst wird anhand eines Effizienzkriteriums untersucht, welchen Beitrag die einzelnen Elemente am Adaptionsprozess leisten können. Anschließend werden verschiedene Kombinationen der effizientesten Aktuatoren auf Regelbarkeit überprüft. Nach der Wahl der Anzahl und Position der adaptiven Elemente kann die erforderliche Reaktion derselben ermittelt werden. Die erforderlichen Längenänderungen der Elemente können mit Hilfe der geometrischen Kompatibilitätsbedingungen ermittelt werden. Die Kraft- und Verformungsadaption kann auf zweierlei Arten erfolgen, entweder durch eine direkte Längenvariation der Elemente (z. B. durch Linearaktuatoren) oder indirekt über eine Anpassung der Steifigkeiten (z. B. eine Variation der Materialeigenschaften). Weitere Untersuchungen berücksichtigen den Energiebedarf sowie die Tragwerkszuverlässigkeit dieser Systeme. Anhand von numerischen Beispielen wird das Tragverhalten verschiedener Systeme untersucht und hinsichtlich des Gewichtseinsparpotenzials bewertet.
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    Schalungen aus pneumatisch vorgespannten Membranen
    (1990) Sobek, Werner
    Zur Lagerung von Feststoffen und Flüssigkeiten werden zunehmend Überdachungen und Speicherbehälter mit großen Abmessungen benötigt. Aufgrund der spezifischen Anforderungsprofile dieser Anlagen kommt der Wahl geeigneter Bauwerkstypen erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zu, wobei der jeweilige Kostenrahmen durch die Effizienz der tragenden Struktur und das gewählte Bauverfahren maßgebend beeinflußt wird. Im Stahlbetonbau, der mengenmäßig von besonderem Interesse ist, haben sich die Schalentragwerke aufgrund ihres günstigen Lastabtragungsverhaltens als besonders geeigneter Tragwerkstyp vielfach bewährt.
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    Investigation of a large‐scale adaptive concrete beam with integrated fluidic actuators
    (2022) Burghardt, Timon; Kelleter, Christian; Bosch, Matthias; Nitzlader, Markus; Bachmann, Matthias; Binz, Hansgeorg; Blandini, Lucio; Sobek, Werner
    As the world population keeps growing, so does the demand for new construction. Considering material resources are limited, it will be unfeasible to meet such demand employing conventional construction methods. A new resource‐saving approach is provided by adaptive structures. Using sensors, actuators and control units, structures are enabled to adapt to loads, for example, to compensate for deformations. Since deformations are dominant in the design of bending‐stressed load‐bearing structures, adaptivity enables such structures to be realized using less material and achieving the same load‐bearing capacity in comparison to conventional designs. This article presents a concrete beam of typical building dimensions that compensates deflections by means of integrated fluidic actuators. These actuators offer the possibility of reacting optimally to general loading. The investigation is carried out on an approximately 4‐m‐long beam with integrated hydraulic actuators. To ensure the overall functionality, accurate dimensioning of the beam as well as the hydraulic system is mandatory. Analytical design of the beam and actuation system are carried out for predimensioning. Experimental testing validates the function and demonstrates that the adaptive beam works as predicted. A fully compensation in deflection is possible. Therefore, a significant increase in load‐bearing capacity is possible with the same material input compared to conventional beams.
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    Technologische Grundlagen des textilen Bauens
    (1994) Sobek, Werner
    Ein tiefergehendes Verständnis des textilen Bauens wird durch die Kenntnis einer Reihe entwurfs-,material- und konstruktionsspezifischer Eigenarten der Bauweise möglich. Der nachfolgende Aufsatz gibt hierzu einen ersten Überblick. Er skizziert die grundlegenden, bei Entwurf, Materialwahl und Berechnung zu beachtenden Besonderheiten. Dabei wird eine Einschränkung auf textile Membranen vorgenommen.
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    Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) - Abschlusskolloquium der DFG-Forschergruppe 981 : Stuttgart, 10.11.2015
    (Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2016) Binz, Hansgeorg
    Die Forschergruppe hat die Ergebnisse der zweiten Förderperiode anlässlich eines Abschlusskolloquiums am 10.11.2015 in der Universität Stuttgart vor Gästen aus Industrie und Wissenschaft präsentiert. Dabei wurden die Ergebnisse der Teilprojekte in Vorträgen präsentiert, Prototypen in Form von kleineren Funktionsmustern vorgestellt sowie das Zusammenwirken der HIKE im Gesamtdemonstrator „Schalentragwerk“ vorgeführt. Der vorliegende Sammelband enthält jeweils kurze Zusammenfassungen der Teilprojekte, in denen die Ziele, das Vorgehen und die wesentlichen Ergebnisse vorgestellt werden, sowie die Präsentationsfolien der einzelnen Teilprojektvorträge samt einer Einleitung und Zusammenfassung des Sprechers der Forschergruppe.
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    Regelungskonzepte für schaltbare Verglasungen zur Optimierung des Innenraumkomforts
    (2019) Husser, Marzena; Sobek, Werner (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)
    Die Fassade, als Schnittstelle zwischen dem Innen- und dem Außenraum, wird mit zahlreichen Anforderungen konfrontiert. Wird im Innenraum eine thermische und eine visuelle Behaglichkeit angestrebt, so ist dies allein durch die Auslegung traditioneller Fassadenverglasungen mit invarianten Eigenschaften, ohne zusätzliche Funktionselemente und Energieeinsatz, meistens nicht möglich. Bei adaptiven Verglasungen kann die Licht- und Energietransmission in bestimmten Wellenlängenbereichen verändert werden, was neue bauphysikalische Potentiale zur Folge hat. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine elektrisch steuerbare Verglasung auf Flüssigkristallbasis (s.g. TN-Verglasung) behandelt. Das Ziel der Arbeit war die Untersuchung der Möglichkeiten einer Komfortsteigerung (Optimierung sowohl des visuellen als auch des thermischen Komforts) bei gleichzeitiger Minimierung des Raumenergiebedarfs durch die Anwendung unterschiedlicher Regelungsstrategien der genannten Verglasung.
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    Covering "Les Arènes de Nîmes" with an air-inflated fabric structure
    (1989) Bergermann, Rudolf; Sobek, Werner
    Together with a team of architects, we started to develop and to design a structure which should cover the central part of the arena. The design yielded to a lightweight structure which is able to be installed within 21 days, designed to withstand a windspeed of 200 km/h and able to carry a snow load of 360 to - more than twice the deadweight of the new building. The air inflated cushion consists out of PVC-coated PETP-fabric membranes.