Adaptive Hüllen und Strukturen

Sobek, Werner; Sawodny, Oliver; Bischoff, Manfred; Blandini, Lucio; Böhm, Michael; Haase, Walter; Klett, Yves; Mahall, Mona; Weidner, Stefanie; Burghardt, Timon; Leistner, Philip; Maierhofer, Mathias; Park, Sumee; Reina, Guido; Roth, Daniel; Tarín, Cristina

doi:10.1002/bate.202000107

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“…Hier sind bspw. die Demonstratoren an der Universität Stuttgart und der TU Berlin zu nennen [6–8]. Eine Weiterentwicklung dieser aktiven Ansätze hin zu energieeffizienten und autarken hybriden Konstruktionen wird in Abschn.…”

Section: Introductionunclassified

Hybride Konstruktionen an der BTU Cottbus‐Senftenberg

et al. 2021

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Die angestrebten Ziele einer Ressourcen‐ und Klimaneutralität erfordern ein radikaleres Umdenken der Bauschaffenden, das mit einer noch viel stärkeren Sensibilisierung der Auftraggeber für die Auswirkungen des Material‐ und Energieverbrauchs im Bausektor verbunden ist. Ein Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, sind hybride Konstruktionen, in denen unterschiedliche Materialien, Elemente, Funktionen und Technologien auf mehreren Konstruktionsebenen ressourcen‐ und energieeffizient kombiniert sowie im Fall eines Rückbaus sortenrein rezykliert werden. Dieser anspruchsvolle Ansatz ist von Beginn an erklärtes Ziel des Lehrstuhls Hybride Konstruktionen – Massivbau an der BTU Cottbus‐Senftenberg und zieht sich durch alle Lehr‐ und Forschungsaktivitäten. Mit ausgewählten Forschungsprojekten werden Motivation und Methoden hybrider Konstruktionen sowie deren Potenzial für ressourcen‐ und klimaneutrale Konstruktionen anhand von Prototypen aufgezeigt. Hierbei steht neben der ökologischen Weiterentwicklung klassischer hybrider Konstruktionen aus nachwachsenden und rezyklierten Rohstoffen, bspw. Holz und Recyclingbeton, auch die Entwicklung aktiver hybrider Konstruktionen im Fokus. Die gezielte Integration von aktiven Technologien wie Sensorik, Aktuatorik und Regelungstechnik ermöglicht multifunktionale Konstruktionen, einen hohen Nutzungskomfort, einen geringeren Rohstoffverbrauch bis hin zur Energiegewinnung aus dynamischen Einwirkungen.

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Section: Introductionunclassified

Hybride Konstruktionen an der BTU Cottbus‐Senftenberg

et al. 2021

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“…Die Arbeiten des SFB 1244 sollen einen Beitrag zu einer neuen Art von nachhaltiger Architektur leisten, die im Einklang mit der Natur steht und die menschlichen Bedürfnisse optimal erfüllt [1]. Umso wichtiger ist es, sich auch mit der Akzeptanz durch die Nutzerinnen und Nutzer auseinanderzusetzen: auch hierzu wird D1244 in den kommenden Jahren einen Beitrag leisten.…”

Section: Zusammenfassung Und Ausblickunclassified

“…Im Kontext des SFB 1244 werden Systeme, die sich mithilfe geregelter bzw. selbstorganisierter Vorgänge aktiv verändern, als adaptiv – im Sinne von anpassungsfähig – bezeichnet [1]. Dabei werden sog.…”

Section: Introductionunclassified

“…

Adaptive Hüllen und Strukturen werden seit 2017 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1244 an der Universität Stuttgart durch ein interdisziplinares Team von Architekten, Ingenieuren, Systemtechnikern, Maschinenbauern, Informatikern, Flugzeugbauern und Chemikern erforscht [1]. In Anbetracht des Wachstums der Weltbevölkerung, der sich abzeichnenden Ressour cenverknappung und des großen Anteils des Bausektors an den Emissionen von klimaschädlichen Abgasen zielt der Sonderforschungsbereich darauf ab, eine neuartige Architektur zu ermöglichen, die ressourceneffizienter und klimaschonender ist.

…”

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Der Demonstrator D1244: das weltweit erste adaptive Hochhaus

et al. 2022

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Adaptive Gebäudehüllen und Tragwerke sind ein möglicher Weg hin zu mehr Ressourceneffizienz im Bauwesen. Eine aktive Manipulation der Geometrie und des Tragwerkverhaltens ermöglicht es, Spannungsverteilungen zu optimieren, Verformungen zu reduzieren und Schwingungen zu dämpfen. Adaptive Gebäudehüllen wiederum können sich an wechselnde Bedingungen im Innen‐ bzw. Außenbereich anpassen und besser auf Nutzerbedürfnisse eingehen als herkömmliche Systeme. Adaptivität bedeutet die Manipulierbarkeit der Gebäudehülle oder des Tragwerks – und erfordert daher Aktuierung, Sensorik, Steuerungstechnik und Regelungskonzepte. Das übergeordnete Ziel der Adaptivität ist eine Minimierung des Material‐ und Energieverbrauchs sowie eine Reduktion der mit dem Bauwerk verbundenen direkten und indirekten Emissionen von Treibhausgasen. Das Konzept der Adaptivität wird seit vielen Jahren an der Universität Stuttgart erforscht. Seit 2017 sind diese Arbeiten im interdisziplinären Sonderforschungsbereich SFB 1244 zusammengefasst. Zur Verifizierung der gesammelten Erkenntnisse wurde auf dem Universitätscampus in Stuttgart‐Vaihingen Anfang 2021 der Demonstrator D1244 errichtet – das weltweit erste adaptive Hochhaus. Das ca. 36,5 m hohe Gebäude dient als multifunktionale Experimentalplattform, in dessen Stahltragwerk 24 hydraulische Aktoren integriert sind. Jedes Bauteil kann einzeln entnommen und gegen neu entwickelte adaptive Systeme ausgetauscht werden. Der Demonstrator erlaubt in den kommenden Jahren eine flexible Erprobung und Validierung unterschiedlichster Technologien und Materialien im Bereich des Tragwerks und der Fassade.

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“…Using an energy input, actuators introduce forces into the structure in such a way that the load transfer and/or the vibration behavior is manipulated. Within the Collaborative Research Centre 1244 (CRC 1244) "Adaptive Skins and Structures for the Built Environment of Tomorrow", an interdisciplinary group of researchers at the University of Stuttgart has been working on developing structures and facades that actively change their behaviorand/or properties in a controlled and autonomous manner 12. Actuation can be external, for example, when it is applied at the supports or generated and transferred directly in the structure (internal actuation).…”

mentioning

confidence: 99%

Investigation of a large‐scale adaptive concrete beam with integrated fluidic actuators

Burghardt

Kelleter

Bosch

et al. 2022

Civil Engineering Design

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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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Adaptive Hüllen und Strukturen

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