Fakultät Gestaltung
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Institut
The Central Library of the universities TU Berlin and the UdK Berlin turned ten years old in 2014 and its wayfinding system hasn’t been updated or redesigned since. Actually, it wasn’t planned as a system. This orientation system has been developed spontaneously in different methods since the beginning. The staff that works in the library developed it based on their daily necessities. There was no main objective, so it grew in an organic form. Because of this, the current system presents problems that decrease its performance and effectiveness.
For this project I would like to focus of the current wayfinding system of this library and its users in addition to a posterior redesign proposal.
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit drei Themenbereichen: der Herausarbeitung konzeptioneller Unterschiede zwischen einerseits manuellen und computergestützten Methoden des Architekturentwurfs und andererseits der Möglichkeit des immersiven Arbeitens in virtuellen Umgebungen; der Relevanz dieser Unterschiede für die Überprüfung und Vermittlung von Entwurfs- und Planungsprozessen; sowie den, sich aus den vorgenannten Punkten ergebenden, konkreten Vorschlägen und Anforderungen für zukünftige Anwendungen. Im empirischen Teil der Arbeit werden anhand von Experimenten Teilaspekte der Technologie Virtual Reality auf ihre Tauglichkeit hin untersucht. Die Frage nach der Validität einer virtuellen Repräsentation von Raum steht dabei im Vordergrund.
This thesis investigates and describes the design and structural behaviour of elastic gridshells. Elastic gridshells are shell structures composed of a single- or multi-layer grid of continuous profiles, which are initially straight and will be progressively bent until achieving an architecturally and structurally satisfactory geometry. Usually used as medium to large span surface structures, elastic gridshells present a wide variety in their surface geometry, grid configuration and materiality. One important structural criterion of elastic gridshells is the high residual stress to which they are subjected after the bending process. Using materials with high limit strain, the residual utilisation rate can be reduced. In the first part of the work, the structural aspects to be considered on the design procedure of elastic gridshells are described and identified on existing design approaches. Then, the mechanical properties of available materials, suitable for elastic gridshells, have been compared and application examples have been presented and illustrated.
Elastic gridshells offer significant cost and time advantages during the production, transport and construction processes. Nevertheless, the shaping of the initially flat grid also generates important bending stresses on the structures, reducing therewith their bearing capacity against external loads. In order to diminish the initial stresses, profiles with low sections and materials with low modulus of elasticity are usually chosen. However, this leads to a reduction of the global stiffness of the gridshell which can result in stability problems. With an optimisation of the grid pattern - orientation and arrangement of the grid profiles - a minimisation of the profiles’ curvature can be obtained and the load-bearing capacity of the gridshells improved. In the second part of the thesis, an optimisation method based on variational principles for regular and irregular gridshells is proposed and different case studies presented. The aim of using variational principles is to establish extremal functions which minimize the value of quantities related to particular grid properties. These properties are: the curvature of the profiles, the distance to a target surface geometry and the deviation of the edge lengths from a desired mesh size. The advantage of this method is that weighting factors can be applied to the grid parameters to be minimised, so that a variety of grid configurations can be established responding to different specific requirements.
The bending process and load-bearing behaviour of elastic gridshells can be analysed using three-dimensional finite element models. During the shaping of the profiles, internal forces are induced on the structure, so that the final equilibrium shape of the gridshell will be attained once its edges have been fixed, the bracing elements have been assembled and the external shaping forces have been removed. The goal of the numerical analysis is to quantitatively evaluate the geometry and material stresses resulting from the shaping process and the load-bearing capacity of the gridshell under external loading. In the third part of the thesis, the influence of the orientation and arrangement of the grid profiles on the residual stresses after erection process and on the distribution of forces and deformability of the gridshell under external loading are analysed on three regular anticlastic gridshells with varying grid pattern. Moreover, the potential and limitations of using tensile membranes as restraining and at the same time covering element of elastic gridshells are studied on a hemispheric regular elastic gridshell.
Numerical techniques are commonly used for the calculation of stress distributions and displacements of complex indeterminate bearing structures. Nevertheless, to model the elements they are composed of and the connection properties between them, simplifications and approximations are done. The purpose of the fourth and last part of the work is to analyse the influence of these simplifications on the results of the simulation and thereby recalibrate and benchmark the numerical models with physical prototypes. Two gridshells composed of GFRP profiles have been built: an irregular hemisphere of 10 m diameter, braced with a third layer of profiles, and a regular hemisphere of 5 m diameter, restraint with a tensile membrane. The prototypes have been loaded symmetrically and asymmetrically applying point loads at the grid nodes and the resulting nodal displacements have been compared to those calculated with the numerical models.
Die Arbeit „Integrative Ansätze in der energetischen Gebäudesimulation auf den Modellskalen Einzelraum, Gebäude und Stadtquartier“ befasst sich mit der Entwicklung von Methoden der simulationsgestützten energetischen Abbildung von unterschiedlichen Fragestellungen auf den Modellskalen Einzelraum, Gebäude und Stadtquartier. Die Gebäudemodelldimensionen variieren zwischen der Größe der örtlichen Auflösung (Einzelraum, Gebäude und Stadtquartier) und der Detaillierungstiefe dieser Auflösung (einzonig, mehrzonig, detailliert, grob, usw.). Auch die dazugehörigen Versorgungs- und Anlagentechniken werden in unterschiedlichen Detaillierungsgraden und Komplexitäten (von der Komponente eines einzelnen Rohrsegmentes bis hin zu der Komponente Heizzentrale) in verschiedenen Modellierungstiefen und -situationen (zentral, semi-zentral oder de-zentral) betrachtet. Durch diese große Bandbreite an Abbildungsvariationen ergeben sich verschiedenste Möglichkeiten (Werkzeugketten, Co-Simulationen, Tabellenkalkulation, usw.) und dementsprechend eine Vielzahl an dafür in Frage kommenden Simulationsumgebungen, die es zu integrieren oder kombinieren gilt.
Die entwickelten Methoden zur Betrachtung von verschiedensten Simulationsmodellen auf den jeweiligen Modellskalen werden in einem Anwendungsfall exemplarisch verwendet, dargestellt und bewertet.
My doctoral thesis with the title „Rebuilt Rubble - Community Gardens in the South Bronx from 1970s to the 21st century: Common land use in the inner city from a socio-economic open space planning perspective” is focused on the assumption that people are longing for and are committed to a common urban open space land use form in the inner city – a hypothesis that I investigated by analyzing the development of community gardens in the study area South Bronx from the 1970s to the 21st century.
My thesis is contextualized in the research fields of social open space planning and urban design. The analysis is based on qualitative data collection that encompasses census data, plans, open interviews and participatory observation and includes the discussion of secondary literature regarding community gardens and urban open space development in the South Bronx.
Since the urbanization and industrialization at the end of the nineteenth century residential space in densely build-up inner cities, and especially in low-income neighborhoods, has been reduced often to a minimum, and privately usable open space is absent in many cases. Starting with the global economic recession of the 1970s in the urban centers of North American cities such as New York City there have been privately, but collectively used gardens created on public open land. These so called community gardens were started by low-income residents on vacant property lots in the vicinity of their apartments in order to improve their quality of life and in answer to the “neglect” of their neighborhoods by the government and municipality. Today there are about 600 community gardens in the metropolitan area of New York City and 44 gardens alone in the area called South Bronx, the study area of my thesis.
I analyze in my thesis the development of this common land use in the study area South Bronx from a social-economic and open planning perspective. The case study of my research is focused on community gardening and the “casita”, the small hut that low-income residents with Latin American and Caribbean cultural background build themselves out of found and recycled materials in many community gardens in the South Bronx.
My thesis researches the development of community gardens in the South Bronx since the 1970s influenced by often conflicting interests of various land use groups, residents and city planning agendas until today. It is a document of the humans’ need for common urban open space land use and of their commitment to the community garden land use form in the inner city.
Membranversteifte Tragwerke
(2015)
Die Arbeit "Membranversteifte Tragwerke" befasst sich mit dem Tragverhalten von membranversteiften Tragwerken. Membranen tragen äußere Lasten über Zugkräfte ab und werden aufgrund ihres geringen Eigengewichts oft im Leichtbau und für große Spannweiten verwendet. Bei Anwendungen im Bauwesen werden Membranen in der Regel multifunktional eingesetzt und dienen sowohl als Tragelement als auch als Wetterschutz. In Anlehnung an Anwendungen wie Segel oder als Hüllmaterial für Luftschiffe werden in membranversteiften Tragwerken die Membranen ausschließlich als tragendes Element eingesetzt. Dies ermöglicht eine freie Anordnung der Membranen und eine monofunktionale Optimierung für das Tragverhalten.
In membranversteiften Tragwerken bildet die Membran mit weiteren Druck-, Zug- und Biegeelementen ein hybrides Tragwerk. Die Membran ist dabei unverzichtbarer Teil des Tragwerks, ohne die die Tragfähigkeit nicht gegeben oder deutlich herabgesetzt ist. Während bei linearen Zugelementen die Kräftepfade vorgegeben sind, ermöglichen Membranen durch ihre zweidimensionale Geometrie eine freie Einstellung der Kräftepfade. Die Membranen können auch ohne Krümmung eingesetzt werden und sind in der Regel einachsig beansprucht. Das Tragwirkung der Membran kann nach dem Prinzip der Formstabilisierung oder dem Prinzip der Kopplung beschrieben werden: Das Prinzip der Formstabilisierung wirkt den Verformungen des Gesamtsystems entgegen. Beim Prinzip der Kopplung stellt die Membran eine kraftübertragende Verbindung zwischen zwei Tragelementen her und erzeugt einen zusammengesetzten Querschnitt. Meist überlagern sich beide Tragprinzipien.
Als Anwendungen werden ein membranversteifter Bogen, eine membranversteifte Stütze und ein membranversteifter Träger untersucht. Die Untersuchungen erfolgen sowohl numerisch als auch experimentell. Die äußere Belastung, die Geometrie und Anordnung der Struktur, die Materialsteifigkeit der Membran und der übrigen Tragelemente, die Orientierung der orthotropen Membran, der Randanschluss der Membran und eine Vorspannung der Membran beeinflussen sich gegenseitig. Die Interaktion und der Einfluss der einzelnen Parameter werden beschrieben. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen membranversteiften Strukturen werden aufgezeigt. Die vorliegende Ergebnisse ermöglichen ein tieferes Verständnis über das Tragverhalten membranversteifter Tragwerke.