Stahlbau, Beton und Krankenhausbau
In der November-Ausgabe reicht das Spektrum der im Peer-review-Verfahren begutachteten Artikel vom Stahlbau über Beton bis hin zum Krankenhausbau.
Übersicht über die Themenbereiche der iAG NAM
Foto: iAG NAM; Foto Mitte: S. Gröschel
Hier die Übersicht der wissenschaftlich begutachteten und freigegebenen Fachaufsätze („reviewed papers“) aus dem Bauingenieur 11|2023, jeweils mit einer Zusammenfassung und Stichworten sowie DOI-Link.
Übrigens finden Sie eine Liste mit zahlreichen nützlichen Abkürzungen aus der Baubranche (samt Erklärungen) zum Nachschlagen und Ausdrucken in unserer Online-Rubrik Wissen.
Wellstegträger
J. Wang (Brandenburgische Technische Universität), Z. Li (Technische Universität Berlin), H. Pasternak (Brandenburgische Technische Universität), M. Euler (Brandenburgische Technische Universität)
Querkrafttragfähigkeit von Wellstegträgern mit versteiften quadratischen Stegöffnungen
Die Ergebnisse aus drei Traglastversuchen und einer umfangreichen numerischen Parameterstudie (FE-Berechnungen) zum Tragverhalten von Wellstegträgern mit quadratischen Stegöffnungen werden vorgestellt. Es werden versteifte Stegöffnungen mit einem umlaufenden Versteifungskranz betrachtet. In der Parameterstudie werden die Einflüsse der Stegöffnungsgeometrie, der Trägergeometrie und der Position der Stegöffnung auf die Querkrafttragfähigkeit der Wellstegträger untersucht.
Stegöffnung, Versteifungskranz
doi.org/10.37544/0005-6650-2023-11-31
Maschinelles Lernen
F. Aldakheel, M. Haist, L. Lohaus, P. Wriggers (Leibniz Universität Hannover)
Maschinelles Lernen für die numerische Homogenisierung von Beton
Die Materialmodellierung von Beton mittels moderner numerischer Methoden beschleunigt den Entwurfsprozess von Bauwerken erheblich. Bei der Multiskalenmodellierung eines solch heterogenen Materials sind jedoch die etablierten Homogenisierungsverfahren weiterhin sehr rechenintensiv, insbesondere bei hohen Genauigkeitsanforderungen. In diesem Beitrag wird ein Ansatz des maschinellen Lernens vorgeschlagen, der eine recheneffiziente Lösungsmethode darstellt und zugleich ein hohes Maß an Genauigkeit bietet. Der für den Trainings- und Testprozess verwendete Datensatz besteht aus künstlichen und realen mikrostrukturellen Bildern (Input), während die Ergebnisdaten (Output) die homogenisierten Spannungen eines bestimmten repräsentativen Volumenelements (RVE) sind. Die Leistungsfähigkeit des Modells wird anhand von Beispielen demonstriert und mit klassischen Homogenisierungsmethoden verglichen. Das entwickelte ML-Modell erzielt eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung der homogenisierten Spannungen und reduziert die Berechnungszeit erheblich.
Multiskalenmodellierung, Beton
doi.org/10.37544/0005-6650-2023-11-42
Berechnung
J. Otto, A. Jahn, R. Wiel (TU Dresden)
Lebenszyklusbezogene Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Bauteilen aus Carbonbeton
Carbonbeton als Materialsurrogat für Stahlbeton muss sich bewähren. Es stellt sich unter anderem die Frage, wie nachhaltig diese Baustoffkombination ist. Neben der ökologischen Perspektive lässt sich diese Frage auch aus ökonomischer Sicht beantworten. Dazu muss die Wirtschaftlichkeit während des gesamten Lebenszyklus betrachtet werden. Gegenstand dieser Veröffentlichung ist der monetäre Vergleich des Aufwandes für die Herstellung, Nutzung sowie abschließende Verwertung eines Bauteils aus Carbonbeton mit einem vergleichbaren Bauteil aus Stahlbeton. Im Ergebnis ist festzustellen, dass die Herstellkosten der Bauteile aus Carbonbeton derzeit mindestens 30 % über denen aus Stahlbeton liegen. Auch zukünftige Preisentwicklungen werden Bauteile aus Carbonbeton vermutlich nicht kostengünstiger als Bauteile aus Stahlbeton realisieren lassen. Die Vorteilhaftigkeit ergibt sich aber, wenn nach dem Abriss der Bauteile Erlöse aus rezyklierten Carbonfasern generiert werden können oder die Herstellkosten ins Verhältnis zur Nutzungsdauer der Bauteile gesetzt werden. Infolge der längeren Haltbarkeit von Carbonbeton ergibt sich bereits ein Kostenvorteil pro Nutzungsjahr, wenn die Bauteile circa 30 Jahre länger nutzbar sind.
Betonbau, Nachhaltigkeit, Lebenszyklus
doi.org/10.37544/0005-6650-2023-11-49
Forschung und Entwicklung
V. Curoşu (Technische Universität Dresden), G. Kikis (RWTH Aachen), C. Krüger (Technische Universität Dresden), F. Liebold (Technische Universität Dresden), D. Macek (RWTH Aachen), L. Mester (RWTH Aachen), J. Platen (Technische Universität Dresden), S. Ritzert (RWTH Aachen), S. Stüttgen (RWTH Aachen), M. Kaliske (Technische Universität Dresden), S. Klinkel (RWTH Aachen), S. Loehnert (Technische Universität Dresden), H.-G. Maas (Technische Universität Dresden), S. Reese (RWTH Aachen), D. Robertz (RWTH Aachen)
Ansätze für numerische Methoden zur Inspiration, Analyse und Bewertung neuartiger Carbonbetonstrukturen
Carbonbeton bietet gegenüber der klassischen Stahlbetonbauweise neue Konstruktionsansätze. Um diese auszuschöpfen, werden Entwurfsstrategien entwickelt, welche auf eine materialminimierte Bauweise und auf maschinengestützte Fertigungsmethoden abzielen. Die Inspiration für innovative Strukturen, deren Bewertung sowie der Gewinn eines tiefergehenden Verständnisses für Material-, Bruch- und Verbundverhalten des Werkstoffs können durch Simulationen unterstützt werden.
Dieser Beitrag bietet einen Überblick über verschiedene numerische Methoden, die den Prozess von der Ideenfindung, über den Übertrag auf den Werkstoff Carbonbeton und dessen Untersuchung und Bewertung unterstützen sollen. Das umfasst zum einen Methoden, die Inspiration für Geometrie- und Bewehrungsentwürfe aus der Mathematik und der Botanik ableiten sowie Modellreduktionsstrategien, um unterschiedlichste Geometrien effizient zusammenzusetzen und numerisch zu testen. Zum anderen werden verschiedene Mehrskalenmethoden und Material- und Schädigungsmodelle präsentiert, die dazu dienen, das Materialverhalten zuverlässig voraussagen zu können. Weiterhin wird eine Methode zur automatischen Rissdetektion vorgestellt.
Carbonbeton, Numerische Methoden
doi.org/10.37544/0005-6650-2023-11-56
Grundlagen
F. Wallroth, C. Stoy (Universität Stuttgart)
Schwerpunkte für eine bauliche Bedarfsplanung im Krankenhausbau
Die Krankenhauslandschaft in Deutschland befindet sich im Wandel. Die Anzahl der Häuser ist rückläufig und zentrale Indikatoren haben sich verändert. Prognosen gehen davon aus, dass es zu einer weiteren Strukturbereinigung kommen wird. Als Ursache ist eine Vielzahl an Megatrends zu erkennen. Unabhängig davon ist ein Krankenhaus eine Immobilie mit unterschiedlichsten Nutzungsbereichen und verschiedenen Nutzern, zwischen denen vielfältige Abhängigkeiten bestehen. Die bauliche Bedarfsplanung ist in diesem Zusammenhang ein wichtiges Steuerungselement als Grundlage für konkrete Bauplanungen. Mittels einer Experteninterviewserie, unter Nutzung des Analytischen Hierarchieprozesses als Methode, werden die Einflusstiefen von Spezifika und Megatrends ermittelt. Auf dieser Basis lassen sich Schwerpunkte für die Bedarfsplanung im Krankenhausbau ableiten.
Hochbau, Planung
doi.org/10.37544/0005-6650-2023-11-66
