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TP Lordick/Schlaich

Methoden und Werkzeuge für Entwurf und Herstellung schalenartiger und dünnwandiger Betonbauteile mit Regelflächengeometrie. Kurz: Dünnwandige Betonbauteile mit Regelflächengeometrie



Kurzvorstellung

Aufbauend auf den Resultaten der ersten Förderphase steht in dieser Phase die Schaffung einer Grundlage für eine flexible und kraftadaptive Anwendung von unkonventionellen leichten Betonbauteilen mit Regelflächengeometrie im Vordergrund.

Projektleiter:

Prof. Dr.-Ing. Daniel Lordick
daniel.lordick@tu-dresden.de
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Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich

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Bearbeiter/in:

Dr.-Ing. Arndt Goldack
arndt.goldack@tu-berlin.de
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Dipl.-Ing. Juan Pablo Osman Letelier
juan.p.osmanletelier@tu-berlin.de
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M.Sc. Kevin Noack (seit 04/2017)
kevin.noack@tu-dresden.de
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Dipl.-Ing. Martin Friedrich Eichenauer (seit 10/2017)
martin_friedrich.eichenauer@tu-dresden.de
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Dipl.-Math. Robert Päßler (seit 10/2017)
robert.paessler@tu-dresden.de
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Dr. rer. nat. Daniel Klawitter (bis 03/2015)
Dipl. Math. Markus Hagemann (bis 12/2013)
Michael Pott M.Sc. (bis 06/2016)
 

Projektlaufzeit:

von 10/2014 bis 09/2018

Die bereits erarbeiteten mathematischen Methoden und Algorithmen, welche durch eine starke Abstraktion eine elegante Modellierung von Regelflächen erlauben (Abb. 1), sollen mit ingenieurtechnischen Formfindungs- und Optimierungsmethoden erweitert werden. Dies umfasst auch die konkrete Weiterentwicklung von Software zur besseren Handhabung von Regelflächen innerhalb einer CAD-Umgebung.

Abb. 1: "Summer School Pavillon"

Das enge Zusammenwirken der Fachbereiche Mathematik und Bauingenieurwesen erlaubt somit eine Evaluierung des liniengeometrischen Modells als Entwurfswerkzeug unter Berücksichtigung der Anforderungen des Bauwesens. Durch Herstellung exemplarischer Bauteile sollen bereits gewonnene Resultate auch in der Praxis überprüft und verifizert werden. Diese Integration von geometrischen, theoretischen und experimentellen Untersuchungen soll die Leistungsfähigkeit von Regelflächen im Betonbau hervorheben und den Zugang zu regelflächenbasierten Ansätzen erleichtern.

2016 wurde ein Software-Modul für die Programme Grasshopper und Rhinoceros 3D entwickelt, welches als Schnittstelle zwischen der liniengeometrischen parametrisierten Geometriedefinition und der FE-Analyse mit kommerziellen Softwarepaketen (wie z. B. SOFiSTiK) dient. Das Software-Modul ist ein wesentliches Werkzeug, um dünnwandige Betonbauteile mit Regelflächengeometrie in ihrer Form zu optimieren.

Ein schematischer Ablauf des Optimierungsprozesses ist im folgenden Bild dargestellt (Abb. 2). Ein geometrisches Modell und die Variationsparameter werden zunächst in Grasshopper definiert und wie gewünscht parametrisiert. Dieses parametrische Modell wird dann in ein Analysemodell für die Tragwerksberechnung überführt. Für die Berechnung des Tragwerkes kann ein kommerziell verfügbares Softwarepaket verwendet werden. In einem weiteren Modell (Optimierungsmodell) wird innerhalb festgelegter Randbedingungen diejenige Geometrie ermittelt, die die vorgegebenen Optimierungsziele am besten erfüllt. In einem iterativen Prozess werden dann die Parameter der Geometrie kontinuierlich aktualisiert. Dieser Ablauf wird solange wiederholt, bis die Form entsprechend optimiert ist.

Abb. 2: Schematischer Ablauf des Optimierungsprozesses

Der entwickelte Optimierungsprozess wurde exemplarisch an einem Demonstrator aus Beton angewendet (Abb. 3). Hierzu wurde eine Schalenbrücke mit Regelflächengeometrie entworfen und hergestellt.

 

Abb. 3: Demonstrator (Schalenbrücke)

 

Veröffentlichungen

[1] Pott, M.; Lordick, D.: Dual Spherical Energy Minimizer With Application To Smoothing Splines. In: Baoling Han, Hongliang Fan, Junqin Lin, Xiao Luo (Eds.): Proceedings of the 17th International Conference on Geometry and Graphics, Beijing Institute of Technology (China), 2016, paper #131, pages 1-9 (published digitally)
[2] Osman-Letelier, J. P.; Goldack, A.; Schlaich, M.; Lordick, D.; Grave., J.: Shape optimization of concrete shells with ruled surface geometry using line geometry. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Eds.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proceedings of the IASS Annual Symposium 2017, 25.–28.9.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU & IASS, 2017, book of abstracts: p. 128, full paper published digitally: paper no. 9199, 10 pages

 

Zudem wird auf die Veröffentlichungen aus dem SPP-Projekt von Lordick/Weiß aus der ersten Förderperiode verwiesen, die thematisch zugehörig sind.

Studentische Arbeiten

[1] Grave, J.: Entwurf, Formoptimierung und Berechnung von Schalentragwerken mit Regelflächengeometrie. Masterarbeit, TU Berlin, FG Entwerfen und Konstruieren – Massivbau, 2016
[2] Schämann, A.: Untersuchung von vorgespannten Flächentragwerken aus Carbonbeton. Masterarbeit, TU Berlin, FG Entwerfen und Konstruieren – Massivbau, 2016

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