%0 Report %1 herrmann_entwicklung_2014 %A Herrmann, Michael %A Sobek, Werner %C Stuttgart %D 2014 %K / /, Adaption, Adaptivität, Allgemein, Anpassungsfähigkeit, Bauforschung, Baustoff Baustoff, Bauteil, Berechnung, Beschichtung, Book, Fassade, Feuchtigkeitsaustausch, Folie, Gebäudehülle Gebäudehülle, Luftaustausch, Materialeigenschaft, Mehrlagigkeit, Membran, Membrankonstruktion Messanlage, Messung, Produktdaten Produktdaten, Simulation, Software Technische Textil, Textilien Vergleich, Vorspannung, Werkstoff, Wärmeaustausch, Wärmedurchgang, Wärmeleitung, Wärmeschutz Wärmestrahlung, sobek %T Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken %U http://www.irbnet.de/daten/rswb/15079007417.pdf %X Die Gradierung von Betonbauteilen ermöglicht eine Anpassung des Bauteilinneren an das vorherrschende statische oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Durch eine in bis zu drei Raumrichtungen kontinuierlich frei veränderbare Porosität lassen sich maßgeschneiderte Betonbauteile herstellen. Die Gradierung der Porosität von Beton kann zur Massenminimierung, zur Reduzierung der grauen Energie und zur Erzielung multifunktionaler Eigenschaften in einem Bauteil eingesetzt werden. Um das Potential der neuen Bauweise zu erschließen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Betonmischungen im gesamten Dichtespektrum von infraleicht bis hochfest entwickelt. Anschließend wurden Herstellungsverfahren untersucht, um diese Mischungen zielgenau im Bauteil zu positionieren. Das schichtweise Gießen ermöglichte die Herstellung von Bauteilen mit diskret gestuftem Schichtaufbau, welche nachfolgend experimentell untersucht werden konnten. Im Weiteren ließ die Automatisierung des Gradientensprühverfahrens die Herstellung von Bauteilen mit dreidimensionalen kontinuierlichen Eigenschaftsverläufen zu. Zur Bemessung von Bauteilen aus gradiertem Beton wurden die bestehenden Normansätze für Biegung, Querkraft und die Verbundfugen nach EC 2 und DIN EN 1520 untersucht und an die Besonderheiten des Gradientenbetons angepasst. Im Anschluss erfolgten Bauteilversuche an Prüfkörpern in zwei Größenmaßstäben, die mithilfe der Bemessungsansätze ausgelegt wurden und deren Tragverhalten experimentell ermittelt wurde. Die Bauteilversuche wurden anschließend mittels einer Simulation, unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens, nachvollzogen. Der Entwurf dichtegradierter Strukturen erfolgte mithilfe eines Verfahrens der Topologieoptimierung basierend auf dem SIMP-Ansatz. Mit diesem Ansatz gelang der Entwurf von Bauteilen mit kontinuierlich gradierten Materialeigenschaften. Bei der Optimierung einer 5 m spannenden Flachdecke konnte eine Gewichtsersparnis von bis zu 62 Prozent im Vergleich zu einem massiven Bauteil realisiert werden. Das digitale Dichtelayout dient zukünftig als Bauplan für die automatisierte Fertigung.

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