Prof. Stefan Schäfer
Schnittmusteroptimierung adaptiver, textiler Sonnenschutzsysteme
01.04.2021
Bachelorarbeit
Heutige Sonnenschutzsysteme für Gebäude sind entweder sehr wartungsintensiv oder ermöglichen keine Anpassungsmöglichkeiten der Lichttransmission. Durch spezielle Schnittmuster in Textilien sollen am Institut KGBauko stufenlos adaptierbare Sonnenschutzsysteme realisiert werden. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der hohen Anpassbarkeit auf veränderliche Lichtverhältnisse bei gleichzeitig geringen Wartungskosten. Da die Form und Anordnung der Schnitte einen großen Einfluss auf den Spannungsverlauf und die damit einhergehende 3D-Verformung nimmt, beeinflussen diese nicht nur optische Aspekte, sondern gleichzeitig Funktion und Lebenserwartung des Textils. Gegenstand dieser Thesis ist der Entwurf und die Bewertung verschiedener Schnittmuster.
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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Formfindung mechanisch vorgespannter, textiler Tragwerke
01.04.2021
Bachelorarbeit
Membrantragwerke gehören zu einer der ältesten, der Menschheit bekannten Bauformen: dem Zeltbau. Lange Zeit in Vergessenheit geraten, erfuhren textile Bauten mit der Entwicklung der Grundlagen für Formfindung und Berechnung solcher Tragwerke eine Renaissance, die bis heute anhält. Aufgrund der besonderen Eigenschaften textiler Materialien sind Entwurf, Berechnung und Herstellung so eng miteinander verknüpft, wie es im Bauwesen selten der Fall ist. Dies stellt den Planer vor neue Herausforderungen.
Gegenstand dieser Studienarbeit ist der Entwurf und die Formgenerierung einer mechanisch vorgespannten Membran.
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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Konstruktiver Entwurf
01.04.2021
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Am Institut KGBauko können Sie als Studienarbeit ein konstruktives Projekt bearbeiten. Die Aufgabe (Bauwerk und Konstruktionsart) kann in Abstimmung mit uns individuell gestaltet werden. Von der Formfindung zum baukonstruktiven Detail soll ein Bauwerk exemplarisch durchgeplant und die wesentlichen Entscheidungsschritte dokumentiert werden. Bei der Bearbeitung können Modelle, Skizzen sowie CAD Software eingesetzt werden.
Mögliche Teilaufgaben der Studienarbeit:
- Recherche und Auswahl einer geeigneten Entwurfsaufgabe
- Entwicklung und Bewertung von Varianten
- Ausarbeitung eines Entwurfskonzepts
- Konstruktive Durcharbeitung
- Entwurfszeichnungen M 1:100 und Detailzeichnungen M 1:10
- Schriftliche Ausarbeitung
- Vertiefung (z.B. von ökologischen und energetischen Fragen)
- Präsentation der Ergebnisse
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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DYNAMIC Architecture
01.04.2021
Masterarbeit
Bewegliche Bauwerke wecken zunehmend das Interesse der Menschen. In den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche kleine Gebäude dieser Art verwirklicht worden. Aktuelle Konzepte streben jedoch größere Bauvorhaben an. Eines der bekanntesten hierbei ist der Da Vinci Tower, der in Dubai errichtet werden soll. Das 420 m hohe Bauwerk soll 80 unabhängig drehbare Stockwerke beinhalten. Obwohl bereits eindrucksvolle Bilder und Animationen existieren, ist zur Machbarkeit des Gebäudes noch wenig bekannt gegeben worden.1
Gegenstand dieser Studienarbeit ist es, ein bewegliches Hochhaus auf seine Machbarkeit zu überprüfen. Hierbei soll der Schwerpunkt auf die maximal mögliche Schlankheit, sowie die Freiheiten und Einschränkungen in der Bewegung der Stockwerke bei unterschiedlichen Systemen gelegt werden.
Die Abschlussarbeit kann wahlweise alleine oder in einer Gruppe mit bis zu 3 Studierenden bearbeitet werden. Der Umfang der Themen wird jeweils angepasst.
1 https://lynceans.org/category/architecture/
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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Bionischer Leichtbau – Entwurf, Applikation und Bewertung
01.04.2021
Bachelorarbeit
Die bereits seit Jahrzehnten bewährte und inzwischen in den VDI-Richtlinien 6220 bis 6226 definierte wissenschaftliche Methodik Bionik befasst sich mit der Übertragung biologischer Lösungen auf technische Anwendungen. Zahlreiche natürliche Strukturen sind aus evolutionsökonomischen Gründen dazu ausgelegt, innerhalb funktionaler und morphogenetischer Rahmenbedingungen eine möglichst große mechanische Tragfähigkeit bei einem minimalen Materialeinsatz zu erzielen. Im Rahmen der Bachelor-/Masterthesis sollen technikrelevante Leichtbaulösungen in der Natur aufgespürt, kategorisiert und abstrahiert werden. Hierzu steht ein modernes Mikroskopsystem zur Verfügung. Anschließend sind geeignete Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen und hinsichtlich des Mehrwerts gegenüber konventionellen Ansätzen zu bewerten.
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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Homogenisierung des Spannungsverlaufs in adaptiven, textilen Sonnenschutzsystemen
01.04.2021
Masterarbeit
Heutige Sonnenschutzsysteme für Gebäude sind entweder sehr wartungsintensiv oder ermöglichen keine Anpassungsmöglichkeiten der Lichttransmission. Durch spezielle Schnittmuster in Textilien sollen im Institut KGBauko stufenlos adaptierbare Sonnenschutzsysteme verwirklicht werden. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der hohen Anpassbarkeit auf veränderliche Lichtverhältnisse bei gleichzeitig geringen Wartungskosten. Um die gewünschte 3D-Verformung zu erhalten, müssen Zugspannungen in das System eingebracht werden. Hierbei ist es wichtig, dass die Gelenke einen möglichst homogenen Spannungsverlauf erfahren, andernfalls treten chaotische Verformungen und damit einhergehende Spannungsspitzen auf. Gegenstand dieser Studienarbeit ist es, mithilfe von Anpassungen im Bereich der Schnittmuster und des spannungsinduzierenden Rahmens eine Homogenisierung des Spannungsverlaufes innerhalb des adaptiven, textilen Sonnenschutzsystems zu erreichen.
Betreuer/in: Prof. Stefan Schäfer
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Dr.-Ing. Robert Burgaß
Adaptiver Sonnenschutz – Analyse der raumklimatischen Auswirkungen
26.11.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Am Institut für Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) wurde ein adaptiver Sonnenschutz aus perforierten Textilien entwickelt. Das Prinzip beruht auf dem bionischen Design des Sonnenschutzstoffes und ermöglicht die gezielte Lichtimmission durch Aufbringen von Zugkräften. Im Rahmen der angebotenen Abschlussarbeit sollen die Auswirkungen des adaptiven Sonnenschutzes auf das Raumklima am Beispiel eines selbst gewählten Referenzgebäudes untersucht werden. Dazu sollen stationäre und instationäre Berechnungsverfahren zur Anwendung kommen. Bestandteil der Arbeit ist auch die Erfassung der möglichen energetischen Auswirkungen des Sonnenschutzes (Reduzierung der Kühllasten). Bei den Berechnungen sollen zudem verschiedene Einbaupositionen des adaptiven Sonnenschutzes berücksichtigt werden.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Vergrauen von Holz
25.10.2024
Bachelorarbeit
Der Urbaustoff Holz ist im Bauwesen von zunehmender Bedeutung. Neben den günstigen mechanischen und bauphysikalischen Eigenschaften, gilt Holz aufgrund des natürlichen Wachstums und der CO2-Bindung als ein nachhaltiges Baumaterial. Dennoch handelt es sich um einen Naturbaustoff, der Prozessen der Veränderung und Zersetzung ausgesetzt ist. Insbesondere Feuchtigkeit und UV-Strahlung spielen dabei eine Rolle. In diesem Kontext ist die angebotene Abschlussarbeit thematisch verortet. Aufbauend auf der Zusammenstellung von theoretischen Grundlagen sollen Kurzzeitversuche an Holzproben geplant, durchgeführt und mittels mikro- und makroskopischer Aufnahmen dokumentiert werden. Die erzielten Ergebnisse sind auszuwerten, um Handlungsempfehlungen zur Vermeidung und zum gezielten Erzeugen von vergrauten Holzoberflächen sowie zum richtigen Umgang mit vergrauten Holz bereitzustellen.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Serielle Fassadenelemente – Konzepte für die Phase „End-of-Life“
24.10.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands zählt zu den zentralen Herausforderungen beim Erreichen der klimapolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung. Die Gebäudemodernisierung mittels seriellen Fassaden-modulen stellt in diesem Kontext einen neuen Ansatz dar und bietet großes Anwendungspotential, da Bauzeiten reduziert und die energetische Qualität von Gebäuden gesteigert werden. Allerdings besteht auch bei den seriellen Fassadenelementen die Herausforderung, diese im Sinne der Nachhaltigkeit kreislauffähig zu gestalten. Mit der angebotenen Arbeit soll in diesem Kontext ein innovatives und nachhaltiges Lösungskonzept entwickelt werden.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Serielle Fassadenelemente - innovative Dämmstoffe
23.10.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands zählt zu den zentralen Herausforderungen beim Erreichen der klimapolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung. Die Gebäudemodernisierung mittels seriellen Fassadenmodulen stellt in diesem Kontext einen neuen Ansatz dar und bietet großes Anwendungspotential, da Bauzeiten reduziert und die energetische Qualität von Gebäuden gesteigert werden. Mit der angebotenen Arbeit sollen für Fassadenelemente in einer Holzrahmenkonstruktion innovative Dämmstoffe in bauphysikalischer, ökologischer und ökonomischer Hinsicht analysiert werden. Daraufhin soll ein geeigneter Dämmstoff für das Fassadenelement ausgewählt und Handlungsempfehlungen ausgearbeitet werden
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Serielle Fassadenelemente – NetZero im Gebäudebestand
23.10.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands zählt zu den zentralen Herausforderungen beim Erreichen der klimapolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung. Die Gebäudemodernisierung mittels seriellen Fassadenmodulen stellt in diesem Kontext einen neuen Ansatz dar und bietet großes Anwendungspotential, da Bauzeiten reduziert und die energetische Qualität von Gebäuden gesteigert werden. Mit der angebotenen Abschlussarbeit soll die serielle Ertüchtigung zum NetZero-Standard am Beispiel eines Wohngebäudes analysiert werden
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Serielle Fassadenelemente – Hygrothermische Gebäudesimulationen
22.10.2024
Masterarbeit
Die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands zählt zu den zentralen Herausforderungen beim Erreichen der klimapolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung. Die Gebäudemodernisierung mittels seriellen Fassaden-modulen stellt in diesem Kontext einen neuen Ansatz dar und bietet großes Anwendungspotential, da Bauzeiten reduziert und die energetische Qualität von Gebäuden gesteigert werden. Zur Anwendung kommen dazu häufig vorgefertigte, standardisierte Bauteile, wie z.B. in einer Holzrahmen- oder einer Sandwichkonstruktion. Die angebotene Masterthesis soll anhand von hygrothermischen Simulationen für ein Referenzgebäude die energetischen und raumklimatischen Auswirkungen einer solchen Maßnahme analysieren und diese daraufhin in ökologischer und ökonomischer Hinsicht bewerten.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Serielle Fassadenelemente – Hygrothermische Bauteilsimulationen
22.10.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die energetische Ertüchtigung des Gebäudebestands zählt zu den zentralen Herausforderungen beim Erreichen der klimapolitischen Zielsetzungen der Bundesregierung. Die Gebäudemodernisierung mittels seriellen Fassaden-modulen stellt in diesem Kontext einen neuen Ansatz dar und bietet großes Anwendungspotential, da Bauzeiten reduziert und die energetische Qualität von Gebäuden gesteigert werden. Zur Anwendung kommen dazu häufig vorgefertigte, standardisierte Bauteile, wie z.B. in einer Holzrahmen- oder einer Sandwichkonstruktion. Die angebotene Bachelorthesis soll nun mittels hygrothermischen Bauteilsimulationen prüfen, welche bauphysikalischen Risiken bei der energetischen Ertüchtigung von Außenwänden mittels eines seriellen Fassadenelements in einer Sandwichkonstruktion bestehen und wie sich diese vermeiden lassen.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Lehm und Raumklima
26.06.2024
Masterarbeit
Der Baustoff Lehm wird bereits seit Jahrhunderten weltweit zum Bauen von Gebäuden genutzt. Nach der Verdrängung im Zuge der Industrialisierung gelangt Lehm nun vermehrt durch das steigende ökologische Bewusstsein der Gesellschaft in die Anwendung zurück. Im Rahmen der angebotenen Masterthesis soll der Baustoff Lehm zunächst theoretisch vorgestellt werden, um darauf aufbauend hygrothermische Bauteil- und Gebäudesimulationen durchzuführen. Ziel der Simulationen ist die Analyse der Auswirkungen des Baustoffs Lehm auf das Raumklima. Zudem sollen die Ergebnisse der Simulationen in Kombination mit weitergehenden Analysen dazu genutzt werden, um Chancen und Grenzen von Lehm zur Umsetzung nachhaltiger Gebäude aufzuzeigen.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Grundlagen des modernen Lehmbaus
26.06.2024
Bachelorarbeit
Der Baustoff Lehm wird bereits seit Jahrhunderten weltweit zum Bauen von Gebäuden genutzt. Nach der Verdrängung im Zuge der Industrialisierung gelangt Lehm nun vermehrt durch das steigende ökologische Bewusstsein der Gesellschaft in die Anwendung zurück. Neben dem natürlichen Ursprung des Baustoffs, sind es aber vor allem seine regionale Verfügbarkeit, die gute Recyclingfähigkeit und die positiven bauphysikalischen Eigenschaften, die diese Entwicklung prägen. Die angebotene Bachelorthesis ist in diesem Themenkontext verortet und hat die wissenschaftliche Untersuchung des Baustoffs Lehm zum Inhalt. Es sollen zunächst die Grundlagen des Bauens mit Lehm erfasst werden, um Lehm daraufhin mit klassischen keramischen Wandbaustoffen sowohl in bauphysikalischer, ökologischer, ökonomischer, konstruktiver als auch in rechtlicher Hinsicht zu vergleichen.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Mazeration von Holz im Bauwesen
06.03.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Im Rahmen der angebotenen Abschlussarbeit ist die Mazeration, d.h. die Zersetzung von Bauholz aufgrund chemischer oder biologischer Einflüsse, wissenschaftlich zu untersuchen. Dazu sind zunächst die anatomischen, bauphysikalischen und mechanischen Eigenschaften von Bauholz unter Berücksichtigung von mikro- und makroskopischen Aufnahmen darzulegen. Anschließend ist der Fachterminus der Holz-Mazeration vorzustellen und gegenüber anderen Oberflächenveränderungen von Bauholz abzugrenzen. Darauf aufbauend sollen verschiedene Ursachen und damit verbundene Prozesse detailliert erläutert werden, die zu einer Mazeration von Bauholz führen. Abschließend sind das Vorgehen zur Beurteilung, Instandsetzung und Vermeidung von Mazeration bei Bauholz darzulegen sowie das aktuell bestehende Forschungspotential abzuleiten.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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Adaption eines textilen Sonnenschutzes zum Einbau im Reallabor Lichtwiese
31.07.2023
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Im Zuge des Delta-Projektes wird die Anwendung von Technologien für energieoptimierte Quartiere am Beispiel des Campus Lichtwiese erforscht. Das Reallabor dient dabei als Versuchsgebäude. Hier soll der von dem Institut KGBauko patentierte textile Sonnenschutz erstmalig in einer tatsächlichen Nutzungssituation zur Anwendung kommen. Zu diesem Zweck sollen im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet pmd sämtliche Planungen zum Einbau des textilen Sonnenschutzes erfolgen. Dazu ist zunächst eine Bestandsaufnahme des Reallabors durchzuführen und der textile Sonnenschutz an die baulichen Gegebenheiten und Anforderungen anzupassen. Es sollen drei Varianten an Demonstratoren erarbeitet, gefertigt und im Reallabor eingebaut werden.
Betreuer/in: Dr.-Ing. Robert Burgaß
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M.Sc. Nikola Bisevac
Mehrgeschossiger Wohnungsbau aus Holz
19.01.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Wohl kaum ein anderes Baumaterial hat eine so lange Geschichte wie Holz. Und in Zeiten, in denen Umweltschutz immer wichtiger wird, erlebt der Hausbau mit Holz eine Renaissance. Nicht nur auf dem Land, sondern vor allem in Städten: in Form von Holzhochhäusern.
Denn das Material hat viele Vorteile: Holz speichert auch nach der Abholzung noch Kohlenstoffdioxid, hat eine höhere Tragkraft als Beton bei niedrigerem Eigengewicht und verbraucht in der Gewinnung weitaus weniger Energie als herkömmliche Materialien wie Stahl oder Beton.
Gebäude in Holzbauweise haben sich seit Langem im Ein- und Zweifamilienhausbau etabliert. Zunehmende Anwendung findet der Holzbau bei Aufstockungen und Anbauten. Es werden auch Vermischungen der vorgenannten Bausysteme vorgenommen, beispielsweise Holzrahmenbauten mit Decken im Massivholzbausystem. Außerdem wird erkannt, dass sich mit Holzrahmenbauelementen sehr wirtschaftlich hochwärmegedämmte Gebäudehüllen auch in Verbindung mit Tragkonstruktionen aus anderen Baustoffen, z.B. Stahlbetonskelettkonstruktionen, herstellen lassen. Diese Mischkonstruktionen finden ebenso zunehmende Anwendung beim Bauen im Bestand, z.B. im Rahmen einer Fassadensanierung mit vorgefertigten Fassadenelementen, als auch bei Hochhäusern.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Möglichkeiten der Verwendung von Holz beim Bau mehrstöckiger Wohngebäude unter Berücksichtigung der Ausführungsqualität, Werkstoffe und Bausysteme zu untersuchen.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Additive Fertigung mit Holzwerkstoffe
19.01.2024
Bachelorarbeit
Additive Fertigungsverfahren, insbesondere mit Kunststoffen und metallischen Werkstoffen, haben in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Auch bei keramischen Werkstoffen konnten deutliche Weiterentwicklungen beobachtet werden. Die zunehmende Bedeutung dieser neuen Verfahrensgruppe wird durch die derzeitigen Wachstumszahlen des 3D-Druck-Marktes deutlich. Ein weiteres Indiz für das Wachstum der additiven Fertigung liegt in einem Anstieg von Patenten und Publikationen in diesem Bereich. Hinsichtlich der Verarbeitung mit additiven Fertigungsverfahren wird der Werkstoff Holz bislang zu wenig betrachtet. Allerdings sind seit einigen Jahren verschiedene Filamente mit Holzanteilen von bis zu 40% für das Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF) verfügbar. Als Matrixmaterial für die Holzpartikel werden vorrangig PLA und PLA-PHA Kunststoffe eingesetzt. Ein anderer Ansatz zur additiven Fertigung in Verbindung mit Holz wird durch ein Binderpulverbettverfahren realisiert. Hier wird Holzpulver als Zuschlagstoff für verschiedene Bindemittel wie Gips, Methylzellulose und Zement eingesetzt. Holz als Zuschlagstoff in Beton wurde ebenfalls bereits generisch verarbeitet. Die additive Fertigung ist für viele holzspezifische Anwendungsfelder sehr interessant. Zu nennen sind dort vor allem die Branchen Möbelbau, Automotive und Transport, sowie die Bauwesenindustrie. Mittels extrusionsbasierten, additiven Fertigungsverfahren konnten beispielsweise bereits Stühle, Bauwerke und Prothesen generativ gefertigt werden.
Die Thesis soll einen Überblick über Forschungsaktivitäten im Bereich des 3D-Drucks mit Holzmaterialien für die gesamte Bandbreite der für Holzwerkstoffe typischen Anwendungsfelder im Bauwesen geben. Arbeit soll einer Kurz-einführung zum Thema additive Fertigung darstellen, sowie der Vorstellung verschiedener Felder der additiven Fertigung mit möglichen Materialien auf Basis von Holz und deren Derivaten.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Experimentelle Formfindung im Leichtbau
19.01.2024
Bachelorarbeit
Unter experimentellen Formfindungsmethoden versteht man die Gruppe derjenigen Methoden, bei denen die tragende Struktur einer Konstruktion durch Zuhilfenahme geeigneter physikalischer Modelle bei gleichzeitiger Beachtung von Maßstabs- und/oder Modelleffekten entwickelt wird. Üblicherweise werden die experimentellen Methoden in folgende Gruppen eingeteilt: Hängemodelle, mechanisch vorgespannte Strukturen, pneumatisch gebildete Formen, Fließformen. Während die Hängemodelle, die mechanisch aufgespannten und die pneumatisch aufgespannten Strukturen einer Einteilung nach der Art der Lastaufbringung folgen, stellt die Gruppe der Fließformen eine dazu nicht kompatible Kategorie dar. Fließformen, die mit Werkstoffen realisiert werden, die während der Formfindung ausgeprägt viskoelastisches bzw. viskoplastisches Verhalten zeigen, sind entsprechend mit den vorgenannten drei Methoden kombinierbar. Interessanterweise sind alle Ergebnisse der vorstehend genannten experimentellen Formfindungsmethoden zugbeanspruchte Konstruktionen. Der Grund hierfür liegt darin, dass sich eine stabile Gleichgewichtsform bei einer zugbeanspruchten Struktur im Experiment sehr einfach, bei einer druckbeanspruchten Struktur aufgrund der stets vorhandenen (In-) Stabilitätsproblematik nur in sehr wenigen Fällen erarbeiten lässt: Die Modelle würden zumeist während der Formentwicklungsphase infolge von (In-) Stabilitätsproblemen versagen. Die Formfindung druckbeanspruchter Konstruktionen erfolgt deshalb üblicherweise über die so genannte „Umkehrform“. Der dabei zu Grunde gelegte Ansatz lautet: Eine unter einer bestimmten Belastung ausschließlich zugbeanspruchte Konstruktion steht bei Umkehr der Lastrichtung oder der Umkehr der Wirkungsrichtung des Gravitationsvektors unter einer ausschließlichen Druckbeanspruchung.
Wie lässt sich das Gewicht eines Baustoffs weiter reduzieren, ohne gleichzeitig Verluste bei seiner Tragkraft zu erzielen, wie lassen sich Materialeigenschaften aus anderen Branchen auf die Bauindustrie übertragen, wie können Fügeverfahren an die Anforderungen des nachhaltigen Bauens angepasst werden, sind einige der Fragen, die untersucht werden.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Die bioreaktive Fassade zur Energiegewinnung
19.01.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die Entwicklung intelligenter und funktionaler Fassadenflächen ist eines der aktuellen Forschungsschwerpunkte im Bauwesen. Die Fassade gewinnt als Möglichkeit zur Energiegewinnung immer mehr an Bedeutung.
Ab 2020 soll in Deutschland und anderen Teilen von Europa der Energie-standard von Nullenergiehäusern verbindlich eingeführt werden. Jeder Neubau muss dann genauso viel Energie produzieren, wie er verbraucht. Im Jahr 2012 hatten Photovoltaik und Solarthermie einen Anteil von unter 1,5% am Endenergieverbrauch in Deutschland; im Vergleich dazu hat Biomasse als erneuerbare Energiequelle einen Anteil von über 8%. Im Gegensatz zu Photo-voltaik ist Biomasse eine Form der „Solarenergie“, die sich praktisch verlustfrei speichern lässt und dazu ohne die Verwendung kostenintensiver Spei-chertechnologien wie Batterien auskommt. Die bioreaktive Fassade erschließt erstmals das Potential Biomasse für die Energiegewinnung am Gebäude.
Die Umwandlung von Licht in Wärme ist aus der Solarthermie bekannt und ist ein rein physikalischer Prozess. Die Umwandlung von Licht in Biomasse erfolgt biochemisch durch mikroskopisch kleine Algen (sog. Mikroalgen).
Mikroalgen nutzen wie andere Pflanzen das Sonnenlicht für den photosyn-thetischen Prozess, bei dem CO2 „abgebaut“ wird. Allerdings sind Mikroalgen wesentlich effizienter in der Umwandlung von Lichtenergie in Biomasse als höhere Pflanzen, weil sie einzellig sind und jede Zelle Photosynthese betreibt. Mikroalgen können sich bis zu zweimal am Tag teilen und damit ihre Biomasse vervierfachen. Die Biomasse der Mikroalgen ist ein Energieträger. 1 Gramm trockene Biomasse enthält etwa 23 – 27 kJ Energie.
Die Vorteile der Mikroalgen führten zur Entwicklung der Photobioreaktor-Fassade, die auf dieser Art von Mikroorganismen basiert.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Zusammenwirken von Beton und Holzträger bei den Holz-Beton-Verbunddecken: HBV-Hybridkonstruktionen
19.01.2024
Masterarbeit
Jedes Material hat spezielle Eigenschaften, die in Kombination miteinander besonders leistungsfähige Konstruktionen ermöglichen. Die Kombination verschiedener Baustoffe mit ihren spezifischen Eigenschaften und Stärken führt zu immer leistungsfähigeren Verbundkonstruktionen. In gestalterischer Hinsicht liegt im Einsatz unterschiedlicher Materialien viel Potenzial für ausdrucksstarke Bauwerke.
Holz und Beton sind als Verbundwerkstoffe insbesondere bei der Sanierung von Holzbalkendecken verbreitet. Doch auch im Neubau werden sie eingesetzt – zunehmend auch als Fertigteile. Die spezifischen Baustoffeigenschaften von Holz und Beton hinsichtlich Schall-, Brand- und Wärmeschutz lassen sich insbesondere bei Geschossdecken gut kombinieren. In der Verbundtechnik werden dabei beide Werkstoffe optimal ausgenutzt: Holz, das auch Zug-belastungen gut aufnehmen kann, wirkt im unteren Deckenbereich, während der Beton im druckbelasteten oberen Bereich eingesetzt wird. Die Verbindung von Holz und Beton erfolgt über geeignete schubsteife Verbindungsmittel, so dass die Decke statisch als ein Bauteil betrachtet werden kann und über die Betonscheibe ihre ausreichende Steifigkeit erhält.
Wo liegen heute die Möglichkeiten und Grenzen und was können wir von hybriden Holz-Beton-Verbunddecken in Zukunft noch erwarten; das sind einige der Themen, die in der Arbeit untersucht werden sollen.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Automatisierte Fertigung im Bauwesen- digitalisierte Bauprozesse und Methoden
19.01.2024
Masterarbeit
Die digitalen Planungsmethoden kommen immer mehr in der Baupraxis an. Dabei ist das digitale Modellieren, das Hinterlegen mit Bauteil- und Planungs-informationen nur ein, wenn auch wichtiger, Teilaspekt im ganzheitlichen digitalen Ablauf. Der Prozess reicht von der ersten Skizze über die Bauphase bis hin zum Betrieb. Eine immer größere Rolle spielt auch die Übertragung der BIM-Planung in automatisierte Fertigungsprozesse.
Bautechnik und -prozesse wandeln sich rasant. Während das Bauen Jahrhun-derte lang den gleichen Regeln folgte, bringen technische Neuerungen heute in relativ kurzen Abständen eine neue Produktion hervor. Digitale Planungs- und Fertigungsprozesse ermöglichen die serielle Fabrikation maßgeschneiderter Bauelemente für den gesamten Bauprozess – vom Entwurf über die Baustellenlogistik und den Gebäudebetrieb bis hin zum Recycling. Aus dem Spannungsfeld von Robotik bis Systemmontage erwachsen neue Potenziale für die Vorfertigung.
Die Bionik überführt Wirkungsweisen aus der Natur in technische Anwen-dungen, Prinzipien von optimierten Tragstrukturen und adaptiven Oberflächen lassen sich auf die Architektur übertragen. Technologietransfer aus anderen Industriezweigen – beispielsweise der Automobil- oder Verpackungsindustrie – eröffnet auch für die Baubranche neue Perspektiven.
Welche digitale Bauprozesse und Methoden haben Potenzial für das Bauen der Zukunft, sind einige Fragen, die in der Thesis beobachtet werden.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Entwurf eines Energieplushauses: Das Wohngebäude als Energieproduzent
19.01.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Der Energiebedarf für den Betrieb von Wohngebäuden verbraucht derzeit gut ein Viertel des gesamten Energieverbrauchs. Ein Großteil dieser Energie wird durch fossile Energieträger wie Kohle, Mineralöl und Erdgas gedeckt. Die damit verbundenen negativen, ökologischen Folgen stellen eine Herausforderung unserer Generation dar.
Der Effizienzhaus Plus Standard kann hierzu einen wertvollen Beitrag leisten. Ohne Verzicht auf Ästhetik und Lebensqualität werden Immobilien als „intel-ligente“ Gebäude gebaut, die über den Zeitraum von einem Jahr bilanziell mehr erneuerbare Energie erzeugen, als sie verbbrauchen. Die Häuser im Effizienzhaus Plus Standard ermöglichen die Nutzung eines hohen Anteils an erneuerbaren Energien und leisten dadurch einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz.
Das Plus-Energie-Haus macht jedes Gebäude zum potentiellen Kleinkraftwerk. Der Entwurf eines Energieplushauses soll ermöglichen, dass der Verbrauch an Wärme und elektrischem Strom im Jahresmittel durch die hergestellte Energiemenge nicht nur ausgeglichen (Nullenergiehaus) sondern überstiegen wird. Der Nettogewinn wird dann ins Netz eingespeist. So trägt das Gebäude in seiner gesamten Nutzungszeit zur Aufbesserung der Haushaltskasse, und zur energetischen Grundversorgung bei. Weiterhin, leistet es einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Parametrische Methoden und digitale Fabrikation als Grundlage eines nachhaltigen Bausystems
19.01.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Die geometrische Parametrisierung eines Gebäudes, bei der die Gebäudeform aus der digitalen Verknüpfung einzelner Grundgeometrien aufgebaut ist, hat in den meisten Fällen Einflüsse auf die vier Komponenten Details, Fassade, Tragwerk und Gebäudeform. Sie sind, in der Regel physisch miteinander verbunden und deshalb geometrisch voneinander abhängig. Im Gegenzug dazu können auch die einzelnen Paneele oder Elemente auf vorher fest definierte Formen oder aber auf besondere Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Belichtungs- und Verschattungsverhältnisse optimiert werden.
Im Bereich der parametrischen Planung und Fertigung gibt es eine Vielzahl an Fertigungsmethoden, die im Modell- und Prototypenbau genutzt werden. Bei den meisten Projekten kommen trennende bzw. subtraktive Verfahren zum Einsatz. Additive Verfahren aus dem Bereich des 3D-Drucks oder umformende Verfahren werden zunehmend erprobt und entwickelt. Hauptsächlich Metalle und Hölzer werden in verschiedenen Handelsformen verwendet, meist in Plattenform, da diese besonders leicht durch Schneiden / Trennen verarbeitet werden können.
Ziel der Arbeit wird die Untersuchung der digitalen Produktionsmethoden zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs und die Anwendung bei weiteren Komponenten des Gebäudes wie zum Beispiel dem Tragwerk, der räumlichen Aufteilung oder dem Klimakonzept. Bis heute lassen sich in einer steigenden Anzahl von Projekten Ansätze dieser Planung erkennen.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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Wege zu einer CO2-neutralen und einem klimafreundlichen Gebäudebestand
15.01.2024
Masterarbeit
Der Gebäudesektor hat sowohl in Deutschland als auch in den übrigen Industrienationen einen entscheidenden Anteil am Gesamtenergieverbrauch und Klimagasausstoß. Seine energetische Verbesserung nimmt daher im Zuge des anstehenden Klimawandels und der Verknappung der (Energie-) Ressourcen eine entscheidende Rolle ein. Abgesteckte Ziele geben für die Baubranche – isoliert betrachtet – Einsparungen bei den CO2-Gesamtemissionen in Höhe von rund 90 % in den nächsten vier Dekaden vor. In Deutschland ist im Rahmen der Energiewende zudem das Ziel des Klimaneutralen Gebäudebestands bis 2050 formuliert.
Bestandsgebäude bilden auf Grund ihrer langen Lebens- und Betriebsdauer sowie Erneuerungs- bzw. Sanierungszyklen eine beständige Größe und nehmen hierüber auf langfristige Ziele und Planungen großen Einfluss. Bauliche wie technische Entwicklungen und normative Veränderungen zeigen, wie groß das Potenzial zur Energieeinsparung ist, aber auch, dass die Energiewende ohne eine erfolgreiche Aktivierung der Effizienzpotenziale im Gebäudesektor nicht zu verwirklichen ist. Da der Gebäudebestand in Deutschland eine werthaltige Bausubstanz vorhält und eines der wirtschaftlich wertvollsten Güter der Gesellschaft darstellt, ist es nicht nur ökologisch erforderlich, sondern auch ökonomisch sinnvoll, Investitionen vorzunehmen und Gebäude auch über Effizienzsteigerungsmaßnahmen zukunfts- und marktfähig zu gestalten.
Die Umsetzung dieser Ziele und Gebäudekonzepte, ihr Einfluss auf die Gebäudegestaltung sowie die mögliche Kompensation sollen im Zuge dieser Arbeit analysiert werden.
Betreuer/in: M.Sc. Nikola Bisevac
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M.Sc. Le Thi Kieu
Thesis Topics for Bachelor and Master’s Students
26.03.2024
Bachelorarbeit, Masterarbeit
Angesichts wachsender Sorgen über den Klimawandel und Umweltfragen hat die Forschung zu Strategien zur Verbesserung der Energieeffizienz und Verringerung von Kohlenstoffemissionen von Gebäuden durch Sanierungsmaßnahmen stark zugenommen. Es gibt auch ein steigendes Interesse an der Untersuchung der thermischen Leistung von begrünten Dächern und Fassaden in verschiedenen Klimazonen sowie an der Erforschung des Potenzials grüner städtischer Infrastrukturen als natürliche Lösungen zur Bekämpfung von Hitzeinseln und Hochwasserrisiken in Städten. Themen werden für Bachelor- und Masterstudierende in Architektur, Stadtentwicklung, Bauingenieurwesen, Umweltingenieurwesen, Energiewissenschaften und -technik usw. angeboten im Anhang gefunden können.
Betreuer/in: M.Sc. Le Thi Kieu
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