Technische Universität Braunschweig
  • Studium & Lehre
    • Vor dem Studium
      • Informationen für Studieninteressierte
      • Studiengänge von A-Z
      • Bewerbung
      • Fit4TU - Self-Assessment
      • Beratungsangebote für Studieninteressierte
      • Warum Braunschweig?
    • Im Studium
      • Erstsemester-Hub
      • Semestertermine
      • Lehrveranstaltungen
      • Studien-ABC
      • Studienorganisation
      • Beratungsnavi
      • Zusatzqualifikationen
      • Finanzierung und Kosten
      • Besondere Studienbedingungen
      • Gesundheit & Wohlbefinden
      • Campusleben
    • Nach dem Studium
      • Exmatrikulation und Vorlegalisation
      • Nach dem Abschluss
      • Alumni*ae
    • Strategien und Qualitätsmanagement
      • Qualitätsmanagement
      • Systemakkreditierung
      • Studienqualitätsmittel
      • TU Lehrpreis
    • Für Lehrende
      • Informationen für Lehrende
      • Konzepte
      • Lernmanagementsystem Stud.IP
    • Kontakt
      • Studienservice-Center
      • Sag's uns - in Studium und Lehre
      • Zentrale Studienberatung
      • Immatrikulationsamt
      • Abteilung 16 - Studium und Lehre
      • Career Service
      • Projekthaus
  • Forschung
    • Forschungsprofil
      • Forschungsschwerpunkte
      • Exzellenzcluster der TU Braunschweig
      • Forschungsprojekte
      • Forschungszentren
      • Forschungsprofile der Professuren
    • Frühe Karrierephase
      • Förderung in den frühen Phasen der wissenschaftlichen Karriere
      • Promotion
      • Postdocs
      • Nachwuchsgruppenleitung
      • Junior Professur und Tenure-Track
      • Habilitation
      • Service-Angebote für Wissenschaftler*innen
    • Forschungsdaten & Transparenz
      • Transparenz in der Forschung
      • Forschungsdaten
      • Open Access Strategie
      • Digitale Forschungsanzeige
    • Forschungsförderung
      • Netzwerk Forschungsförderung
      • Datenbanken und Stiftungen
    • Kontakt
      • Forschungsservice
      • Graduiertenakademie
  • International
    • Internationale Studierende
      • Warum Braunschweig?
      • Studium mit Abschluss
      • Austauschstudium
      • TU Braunschweig Summer School
      • Geflüchtete
      • International Student Support
      • International Career Service
    • Wege ins Ausland
      • Studium im Ausland
      • Praktikum im Ausland
      • Lehren und Forschen im Ausland
      • Arbeiten im Ausland
    • Internationale Forschende
      • Welcome Support for International Researchers
      • Service für gastgebende Einrichtungen
    • Sprachen und interkulturelle Kompetenzvermittlung
      • Deutsch lernen
      • Fremdsprachen lernen
      • Interkulturelle Kompetenzvermittlung
    • Internationales Profil
      • Internationalisierung
      • Internationale Kooperationen
      • Strategische Partnerschaften
      • Internationale Netzwerke
    • International House
      • Wir über uns
      • Kontakt & Sprechstunden
      • Aktuelles und Termine
      • International Days
      • 5. Studentische Konferenz: Internationalisierung der Hochschulen
      • Newsletter, Podcast & Videos
      • Stellenausschreibungen
  • Die TU Braunschweig
    • Unser Profil
      • Ziele & Werte
      • Ordnungen und Leitlinien
      • Allianzen & Partner
      • Hochschulentwicklung 2030
      • Internationale Strategie
      • Fakten & Zahlen
      • Unsere Geschichte
    • Karriere
      • Arbeiten an der TU
      • Stellenmarkt
      • Berufsausbildung an der TU
    • Wirtschaft & Unternehmen
      • Unternehmensgründung
      • Freunde & Förderer
    • Öffentlichkeit
      • Veranstaltungskalender
      • Check-in für Schüler*innen
      • Hochschulinformationstag (HIT)
      • CampusXperience
      • Kinder-Uni
      • Das Studierendenhaus
      • Gasthörer*innen & Senior*innenstudium
      • Nutzung der Universitätsbibliothek
    • Presse & Kommunikation
      • Stabsstelle Presse und Kommunikation
      • Medienservice
      • Ansprechpartner*innen
      • Tipps für Wissenschaftler*innen
      • Themen und Stories
    • Kontakt
      • Allgemeiner Kontakt
      • Anreise
      • Für Hinweisgeber
  • Struktur
    • Leitung & Verwaltung
      • Das Präsidium
      • Stabsstellen
      • Verwaltung
      • Organe, Statusgruppen und Kommissionen
    • Fakultäten
      • Carl-Friedrich-Gauß-Fakultät
      • Fakultät für Lebenswissenschaften
      • Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften
      • Fakultät für Maschinenbau
      • Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik, Physik
      • Fakultät für Geistes- und Erziehungswissenschaften
    • Institute
      • Institute von A-Z
    • Einrichtungen
      • Universitätsbibliothek
      • Gauß-IT-Zentrum
      • Zentrale Personalentwicklung
      • International House
      • Projekthaus
      • Transferservice
      • Hochschulsportzentrum
      • Einrichtungen von A-Z
    • Studierendenschaft
      • Studierendenparlament
      • Fachschaften
      • Studentische Wahlen
    • Lehrer*innenbildung
      • Lehrer*innenfortbildung
      • Forschung
    • Chancengleichheit
      • Gleichstellung
      • Familie
      • Diversität
    • Kontakt
      • Personensuche
  • Suche
  • Schnellzugriff
    • Personensuche
    • Webmail
    • cloud.TU Braunschweig
    • Messenger
    • Mensa
    • TUconnect (Studierendenportal)
    • Lehrveranstaltungen
    • Im Notfall
    • Stud.IP
    • UB Katalog
    • Status GITZ-Dienste
    • Störungsmeldung GB3
    • IT Dienste
    • Informationsportal (Beschäftigte)
    • Beratungsnavi
    • Linksammlung
    • DE
    • Instagram
    • YouTube
    • LinkedIn
    • Mastodon
    • Bluesky
Menü
  • Struktur
  • Fakultäten
  • Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften
  • Institute
  • Institut für Statik und Dynamik
  • Forschung
  • Methodenentwicklung
Logo des Instituts für Statik und Dynamik
Physik- und datengetriebene Modellierung zur Berechnung und Bemessung von Tragwerken in frühen Entwurfsphasen
  • Methodenentwicklung
    • Physik- und datengetriebene Modellierung zur Berechnung und Bemessung von Tragwerken in frühen Entwurfsphasen
    • Damage Modeling with Discrete Elements
    • Abgeschlossene Projekte

Physik- und datengetriebene Modellierung zur Berechnung und Bemessung von Tragwerken in frühen Entwurfsphasen

Motivation - Tragwerksplanung

Hochbau

Im Bereich der Tragwerksplanung widmen sich Bauingenieure der Entwicklung sicherer und wirtschaftlicher Tragwerke durch Entwurf, Berechnung und Bemessung. In Deutschland unterliegt der Bauprozess einer Gliederung in neun aufeinander aufbauende Leistungsphasen. Trotz beschränkter Informationen müssen Tragwerksplaner in frühen Phasen (Vor- und Entwurfsplanung) sichere und wirtschaftliche Entwürfe erstellen, wobei die endgültigen Bauteilabmessungen bereits am Ende der Entwurfsplanung festgelegt werden. Die Vordimensionierung, basierend auf empirischen Tabellenwerken, Computerberechnungen und Ingenieurserfahrung, bildet die Grundlage für die Genehmigungsplanung. Diese Phase beinhaltet detaillierte Computerberechnungen an einem Strukturmodell, deren Ergebnisse den Ausgangspunkt für die Baugenehmigung und die Ausführungsplanung bilden.

Herausforderungen des Stand der Technik

Eine Herausforderung des Top-Down-Ansatzes besteht darin, dass planerische Iterationen zwischen den Leistungsphasen nicht vorgesehen sind, was zu ungenutztem Einsparungspotenzial und ungeplanten Anpassungen führen kann. Diese unkoordinierten Anpassungen verursachen Zeitverzögerungen und höhere Kosten. Eine zusätzliche Herausforderung besteht in der finalen Festlegung der Bauteilabmessungen in frühen Entwurfsphasen, da planerische Unsicherheiten aufgrund der Einzigartigkeit jedes Bauwerks schwer abzuschätzen sind. Die Vorbemessung berücksichtigt diese Unsicherheiten oft durch einen höheren Sicherheitsaufschlag, was zu erhöhtem Materialaufwand führen kann.

Praktische Konsequenzen sind die Notwendigkeit, unkoordinierte Anpassungen zu vermeiden und dennoch sicher und materialeffizient zu planen. Gleichzeitig sollten Tragwerksplanern in frühen Entwurfsphasen mehr Informationen zur Verfügung gestellt werden, um einen optimalen Tragwerksentwurf zu erstellen.

Ziel des Forschungsprojekts

HyMoDe_Venn_Diagramm

Das Verbundforschungsprojekt "Hybride Modellierung für integrierte Berechnung und Bemessung von Tragwerken bei optimierter Materialeffizienz" (HyMoDe) nutzt Synergien aus Forschung und Praxis, um diese Herausforderungen mit Fokus auf den Hochbau anzugehen. Das Ziel ist es, Vorschläge zur Optimierung von Bauteilentwürfen im Kontext des Gesamttragwerks bereitzustellen, um Ingenieure in frühen Planungsphasen zu unterstützen. Dabei werden Methoden der strukturmechanischen und datengetriebenen Modellierung miteinander kombiniert, um im Rahmen geltender physikalischer Gesetze den Planenden zu einem frühen Zeitpunkt gezielt mehr Informationen bereitzustellen. Indem zügig, materialeffiziente Bauteilabmessungen des aktuell geplanten Bauwerks vorgeschlagen werden, soll der Entwurfsprozess in den Leistungsphasen 2 bis 3 beschleunigt und effizienter werden. Eine Adaption der Methode auf bautechnische Prüfprozesse soll ebenfalls möglich gemacht werden. Um dies zu erreichen, werden die Möglichkeiten aktueller Entwicklungen von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) eingehend untersucht.

Konzept

Grundgedanke des Ansatzes ist ein modulares, bauteilorientiertes Vorgehen. Für jedes hochbautypische Bauteil (z.B. Balken, Stütze, Platte) wird ein Bauteil-Ersatzmodell erstellt. Dieses Bauteilmodell wiederum beinhaltet ein Struktur-Ersatzmodell zur Simulation des Verformungsverhaltens des jeweiligen Bauteils und die benötigten Bemessungs-Ersatzmodelle zur Berücksichtigung normativer Vorgaben. Der modulare Aufbau ermöglicht die Beurteilung hochbautypischer Gesamttragwerke über eine Kopplungsalgorithmik und bleibt gleichzeitig offen für Erweiterungen. Dies ist insbesondere auf Bemessungsseite relevant, da so Änderungen und Neuerungen des normativen Regelwerks berücksichtigt werden können. Durch die integrierte Beschreibung von Strukturverhalten und Bemessungssituationen soll eine Rückdifferenzierung des gesamten Bauteilmodells ermöglicht werden. Dies ist u.a. für die Anwendung von gradienten-basierten Optimierungsverfahren relevant.

HyMoDe_Konzept

Um die Bauteil-Ersatzmodelle in der Anwendung nutzen zu können, müssen diese vortrainiert werden. Dazu werden Bauteilparameter realer Bauplanungsdaten extrahiert und aufbereitet. Im Anschluss kann jedem Bauteil seine Eigenschaften und jeder Eigenschaft eine diskrete Verteilung zugeordnet werden. Diese reale Verteilung von Bauteileigenschaften definiert den Trainingsbereich der Strukturersatzmodelle innerhalb deren das Verformungsverhalten des Bauteils erlernt werden soll. In der Online-Phase können die Struktur- und Bemessungsmodelle iterativ ausgewertet werden, sodass eine Kosten-Zielfunktion optimiert wird. Dabei wird unterschieden zwischen Optimierungsparameter (z.B. Breite und Höhe des Querschnitts) und Fixparameter (z.B. Randbedingungen und Bemessungslast). Durch ein anschließendes Post-Processing sollen den planenden Ingenieuren nicht nur diskrete Werte vorgeschlagen werden, sondern Intervalle von optimierten Parametern, aus denen der Planer für seinen individuellen Entwurf eigenständig wählen kann.

Thies Mattes Buschke, M. Sc.
+49 531 391 3670
t.buschke(at)tu-braunschweig.de
BMBF
Bildnachweise dieser Seite

Für alle

Stellen der TU Braunschweig
Jobbörse des Career Service
Merchandising
Sponsoring- & Spendenleistungen
Drittmittelgeförderte Forschungsprojekte
Vertrauenspersonen für Hinweisgeber

Für Studierende

Semestertermine
Lehrveranstaltungen
Studiengänge von A-Z
Informationen für Erstsemester
TUCard

Interne Tools

Status GITZ-Dienste
Handbuch für TYPO3 (Intern)
Corporate Design-Toolbox (Intern)
Glossar (DE-EN)
Meine Daten ändern
Hochschulöffentliche Bekanntmachungen

Kontakt

Technische Universität Braunschweig
Universitätsplatz 2
38106 Braunschweig
Postfach: 38092 Braunschweig
Telefon: +49 (0) 531 391-0

Anreise

© Technische Universität Braunschweig
Impressum Datenschutz Barrierefreiheit

Zur anonymisierten Reichweitenmessung nutzt die TU Braunschweig die Software Matomo. Die Daten dienen dazu, das Webangebot zu optimieren.
Weitere Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.