Universität Stuttgart
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Item Open Access Entwicklung einer Methode zur Analyse der Tätigkeitsverteilung in Laborumgebungen der Lebenswissenschaften(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Castor, Jörg; Spath, Dieter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Laborarbeit der Lebenswissenschaften verändert sich. Wichtige Treiber sind dabei die Informatisierung und Automatisierung von Laborarbeit, die fachübergreifende Zusammenarbeit und Kommunikation sowie der steigende Anteil an wissensbasierter, theoretischer Arbeit. Die Auseinandersetzung mit Forschung und Praxis der Laborarbeit in den Lebenswissenschaften zeigte einen Mangel an wissenschaftlichen Erkenntnissen und Untersuchungen zu diesem Thema. Es existiert kein wissenschaftlicher Ansatz tätigkeitsbezogene Aspekte der lebenswissenschaftlichen Forschung und ihren Arbeitsorten systematisch zu untersuchen, um ein besseres Lagebild zur Arbeit in lebenswissenschaftlichen Laborumgebungen zu erhalten. Eine fundierte gestalterische Auseinandersetzung mit den prognostizierten und wahrnehmbaren Veränderungen von Laborarbeit kann so kaum erfolgen. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist daher die Entwicklung einer wissenschaftlichen Methode zur Analyse der Tätigkeitsverteilung in Laborumgebungen der Lebenswissenschaften, um Anhaltspunkte für mögliche Fehlnutzungen, Verdrängungseffekte und andere Wirkungen im Spannungsfeld von Raum und Tätigkeiten zu bekommen. Die Methode ermöglicht zudem Aussagen zur Flächeneffizienz von Laborumgebungen. Der Begriff Laborumgebung beschreibt in der Arbeit den räumlichen Zusammenhang von Laboren mit Laborbänken, Laborabzügen, Schreib-/Auswerteplätzen, Sonderlaboren, Laborlagern sowie Büros und Kommunikationsflächen. Für die Anwendung der Methode werden jeweils nass-präparative Tätigkeiten, Schreib-, Lese- und Auswertetätigkeiten sowie Kommunikationstätigkeiten gebündelt. Kommunikationstätigkeiten werden eine besondere Relevanz in der modernen Forschungsarbeit zugeschrieben. Sie sind zudem die einzigen Tätigkeiten, die an allen Arbeitsorten in Laborumgebungen vorkommen. Als weitere Anwendung lässt die Methode daher eine Beurteilung der Qualität des raumbezogenen Informationsflusses und der tätigkeitsadäquaten Nutzung der Arbeitsorte in der Laborumgebung mittels eigener Qualitätsparameter für Kommunikation zu. In der praktischen Anwendung der Methode wird deutlich, dass die wissenschaftliche Herangehensweise gerade bei Einzeluntersuchungen einen gewissen Aufwand erfordert. Die Methode zeigte aber einen guten Praxisnutzen - insbesondere bei einer vergleichenden Untersuchung wie im Anwendungsbeispiel. So wurden durch die Vergleichsmöglichkeit im Anwendungsbeispiel sowohl Vorteile der effizienten Flächennutzung einer modernen »Multi-Space« Laborumgebung sichtbar, als auch die dadurch bedingten Schwierigkeiten hinsichtlich der Verdrängung raumtypischer Arbeitsweisen in dichteren räumlichen Funktionszusammenhängen.Item Open Access HAUS TRADITION GLÜCK - Die Korrelation traditioneller Architektur und Stadtstrukturen mit dem subjektiven Wohlbefinden der Altstadtbewohner von Tunis(2021) Humpert, Raoul Cyril; Hannemann, Christine (Prof. Dr.)Das Haus, die Tradition und das Glück; die drei charakteristischen Termini dieser Forschung stehen explizit und markant in ihrer direkten Aneinanderreihung und sollen als Hyperonyme einer Metaebene für den folgenden Diskurs dienen. Diese setzt sich mit der Wechselbeziehung und Symbiose dieser drei Themenfelder auseinander. HAUS - als Synonym für (domestikale) Architektur und Stadtstruktur sowie Planung. TRADITION - für traditionelles Bauen und verwandte traditionelle Bräuche sowie kulturelle Gegebenheiten. GLÜCK - als Überbegriff von Wohnzufriedenheit, Lebensqualität, Glück und subjektivem Wohlbefinden in Bezug zur gebauten Umwelt. Die Zielsetzung der vorliegenden Forschungsarbeit ist die Erkenntnis darüber, ob, inwiefern und auf welche Weise traditionelle Architektur und traditionelle Stadtstrukturen das Wohlbefinden von Bewohnern beeinflusst. Prinzipiell setzt sich die Abeit somit aus zwei Teilen zusammen. Im ersten Teil, der theoretisch-konzeptionellen Rahmung, wird sich in einem (Architektur-)theoretischen Diskurs mit der Forschungsthematik auseinandergesetzt. Darauf aufbauend, wird das Konzept für die Feldforschung entwickelt. Deren Ergebnisse die Grundlage des zweiten empirischen Teils der Arbeit bilden.Item Open Access 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.Item Open Access Granular architectures : granular materials as "designer matter" in architecture(Stuttgart : Institute for Computational Design and Construction, University of Stuttgart, 2020) Dierichs, Karola; Menges, Achim (Prof.)The thesis investigates designed granular materials in architecture. Granular materials are defined as high numbers of particles larger than a micrometre, between which mainly short-range repulsive contact forces are acting. In a designed granular material the geometry and material of the individual particle are determined by a designer. Consequently, the overall granular material can have characteristics which are novel in comparison to non-designed granular materials. In architecture, designed granular materials are understood to have new characteristics which fulfil specific architectural performance criteria. The relevance of designed granular materials in architecture is threefold. All granular materials are both fully recyclable and reconfigurable due to the fact that the individual particles are in no way bound to each other. These first two aspects alone make any granular material, whether it is designed or not, a highly pertinent strand of architectural design research. However, designed granular materials, in addition to being recyclable and reconfigurable, bear the potential for the development of entirely novel material behaviours. In the context of architecture, designed granular materials can be considered as a form of "material systems", and more specifically as a sub-group of "aggregate systems". In the wider transdisciplinary context, designed granular materials for architecture can be considered a form of "designer matter (DM)". "Designer matter (DM)" is understood as matter which is designed in its structural characteristics at its mesoscale rather than its macro- or its microscale. The current state of research into designed granular materials is presented for both architecture and granular physics, on a conceptual as well as on a project-based level. In this context the thesis aims to establish and validate a first version of a comprehensive design system for exploring designed granular materials in architecture and for interfacing with granular physics. The research development of this thesis is presented and evaluated with respect to the practical, methodological and conceptual foundations which have been laid during this phase. The methods are introduced in terms of methodological frameworks, tools and techniques and the applied research methodology. The core part of the thesis comprises a design system with a related design system catalogue as well as two case studies. The design system is established for particle systems and for related construction systems. It formulates the basic system categories and corresponding parameters. The design system catalogue is presented in the appendix and summarizes tests which investigate individual aspects of the overall design system for particle and construction systems. Each of the two case studies explores the integration of a different set of design system categories. They were conducted both through full-scale prototypes and a related set of tests with statistical repetition. Case study 1 investigates vertical structures made from a designed granular material consisting of highly non-convex particles. Case study 2 combines two designed granular materials, one consisting of convex particles and the other of highly non-convex particles, in order to form spatial enclosures. The case studies are evaluated with respect to their practical, methodological and conceptual contributions to architectural design research. The thesis is summarized and its contributions are assessed in conclusion both with respect to the field of architecture and for the field of granular physics. Further research in the field of designed granular materials in architecture can be conducted on the practical, methodological and conceptual levels of design. On the practical level, in the area of particle systems the investigation of graded granular materials, of different mechanical properties of the particles' material or of designed granular materials consisting of particles with variable geometry is highly promising. In the area of construction systems, the development of behavioural models of robotic construction is very relevant. Another key direction is for the construction systems to become increasingly simple, while the particles are progressively designed to perform parts of the construction process by themselves. On the methodological level, the integration of "inverse" design methods is the logical next step. This can be done on the basis of the proposed design system. On the conceptual level, the framework of "designer matter (DM)" needs to be further established both as a transdisciplinary model and within the field of architecture. Only then can designed granular materials be fully discussed as one form of "designer matter (DM)" in architecture. Key to any further development of the overall research field is the integration of the two fields of architecture and granular physics.Item Open Access Behavior of concrete structures subjected to static and dynamic loading after fire exposure(2021) Lacković, Luka; Ožbolt, Joško (Prof. Dr.-Ing. habil.)The resistance of concrete structures exposed to extreme loading conditions such as explosion, impact, industrial accidents, tsunami, earthquake or their combination represents one of the major topics in research today. Such loading conditions are characterized with high loading rates often acting in conjunction with fire exposure. Especially vulnerable are the structures located in the seismically active areas with high level of urbanization and proximity to HAZMAT landfills, which additionally exacerbate fire conflagrations. The behavior of concrete changes significantly when exposed to elevated temperatures resulting in the decrease of its mechanical properties. Reinforced concrete (RC), when exposed to high temperature culminates in a simultaneous thermal behavior of its two constituents, steel and concrete, that should be considered in the analysis. It is also known that the resistance, crack pattern and failure mode in concrete are strongly influenced by the loading rate. The dynamic response of RC structures previously exposed to fire changes significantly when compared to initially undamaged RC structures. The main objective of the present work is to further improve the existing rate sensitive thermo-mechanical model for concrete through the following: (i) the implementation of the experimentally obtained thermal dependence of concrete fracture energy in the thermo-mechanical model, (ii) the calculation of concrete thermally dependent mechanical properties by means of nonlocal (average) temperature and (iii) to perform parametric study on fastening elements and RC frames in order to investigate the interaction between the thermally induced damage and mechanical behavior of structures. The experimental investigations in the present work indicated that the concrete fracture energy has a declining tendency with the temperature increase, measured on small and mid-sized concrete beams. This is implemented in the thermo-mechanical model and it is indicated that the decrease of fracture energy has a relatively mild influence on reaction values in terms of loading rate. However, its effect on the fracture patterns and reaction-time histories can be considered as more significant. The influence of the nonlocal temperature is validated against the experimental results carried out on RC frames which had been thermally pre-damaged and subsequently loaded with impact. Currently there are almost no models that can realistically predict the structural behavior at this level of complexity. Furthermore, a parametric study is carried out to show the influence of preloading of single-headed stud anchor and anchor group with two and four studs, on the residual concrete edge failure capacity after fire exposure. The anchors are exposed to fire and loaded in shear, perpendicular to the free edge of the concrete member up to failure, in both hot and cold state (after cooling). The influence of different geometry configurations and initial conditions such as the edge distance, embedment depth, anchor diameter and duration of fire on the load-bearing behavior of anchors is investigated. It is demonstrated that the preloading has a strong negative influence on the residual load-bearing capacity of the concrete. Finally, the numerical parametric study is performed to investigate the influence of fire duration and the loading rate on the resistance of RC frames. The response of the RC structures strongly depends on whether it was loaded in hot or residual (cold) state, i.e. after being naturally cooled down to ambient temperature. Furthermore, an extensive numerical investigation on the influence of post-earthquake fire on the residual capacity of RC frames with and without ductile detailing is conducted. The numerical investigation encompassed the validation of the thermo-mechanical model in terms of temperature distributions, thermal deflections and load-bearing capacity against the test data and subsequent parametric analysis with different levels of fire exposure ranging from 15 to 120 min.Item Open Access Ludwig Hilberseimer und das Primitive in der Kunst(2018) Jüttner, Frank; Philipp, Klaus Jan (Prof. Dr. phil.)