The goal of this research project is to find an answer to today's most urgent social and ecological questions as the global population continuously increases and the available resources remain limited. As the central approach to the solution of this problem, adaptive elements will be included in the structure, the interior and the façade of an experimental 37 m tall building. This paper introduces the topic of adaptivity in building structures and provides an overview of the research topics applied in this globally unique adaptive high-rise building. Due to the complexity of research topics of this Collaborative Research Centre, this paper only covers the research concerning the experimental high-rise building.

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. Um das Potenzial der neuen Bauweise erschließen zu können, müssen das Tragverhalten untersucht und Bemessungsansätze entwickelt werden.Nachfolgend werden die verwendeten Nachweise und die getroffenen Annahmen zur Auslegung von Bauteilen aus gradiertem Beton beschrieben. Der Einfluss des Gradientenlayouts und der verwendeten Bewehrungsmaterialien auf das Biegetragverhalten wurde in Bauteilversuchen ermittelt. Die Querkrafttragfähigkeit wurde in Abhängigkeit der Schubschlankeit untersucht und der Vergleich zur rechnerischen Tragfähigkeit nach Norm gezogen. Der vorliegende Aufsatz soll somit einen Beitrag zum Verständnis der Besonderheiten im Tragverhalten gradierter Betonbauteile darstellen.Load bearing behaviour of functionally graded concrete components under flexural and shear stressThe grading of concrete components enables the adaptation of the internal material distribution according to static demands and requirements related to building physics. Customized elements can be fabricated by changing the concrete porosity continuously in three dimensions. In order to utilize the potential of this new construction method, the load bearing behaviour needs to be investigated and design methods need to be developed.The following describes the analyses and assumptions that were applied for the design of graded concrete elements. The influence of the gradient layout and of the reinforcement type on the flexural load bearing behaviour was determined experimentally. The shear capacity was investigated as a function of the shear slenderness ratio and compared to the design values computed according to the national code. The present article is intended to aid the understanding of the specific characteristics of the load bearing behaviour of functionally graded concrete elements.

No abstract

Die „Große Beschleunigung“ bei Bevölkerungszahlen, klimaschädlichen Emissionen, Wasserverbrauch und vielem anderen stellt die gesamte Menschheit vor große Herausforderungen. Dies trifft besonders auf das Bauschaffen zu. Es gilt, zukünftig für mehr Menschen mit weniger Material emissionsfrei zu bauen. Hierfür muss unsere Art des Planens, Bauens und Nutzens von Bauwerken neu gedacht und neu konzipiert werden. Auf der bautechnischen Seite bedeutet dies die konsequente flächendeckende Umsetzung von Leichtbaustrategien. Zu diesen zählt neben dem klassischen Leichtbau und den Gradientenbauweisen auch das Bauen mit adaptiven Hüllen und Strukturen. Unter Adaptivität sind dabei unterschiedliche Veränderungen der Geometrie, der physikalischen Eigenschaften von einzelnen Bauteilen oder von ganzen Bauwerken zu verstehen. Durch Adaption können Spannungsfelder homogenisiert, Bauteilverformungen reduziert und bauphysikalische Verhalten von Bauteilen verändert werden. All dies verringert nicht nur den Materialbedarf, sondern liefert auch einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung des Nutzerkomforts. Adaptivität im weiteren Sinne bezeichnet einen ganzheitlichen Ansatz, in dem die Anpassung sozialer, kultureller und räumlicher Erfahrungen sowie architektonischer und planerischer Handlungsweisen eng mit den technologischen Entwicklungen verknüpft wird. Die Zusammenführung dieser Perspektiven ist Anspruch des SFB, um ganzheitliche Lösungen für eine zukünftige gebaute Umwelt zu finden.

No abstract