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Design and Optimisation of Elastic Gridshells
No full textThis 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
GESCHLECHT MACHT GESTALTUNG – GESTALTUNG MACHT GESCHLECHT. Der Entwurf einer machtkritischen und geschlechterinformierten Designmethodologie.
No full textAusgehend von der Kritik an der bestehenden entweder geschlechterstereotypen oder geschlechtsblinden Gestaltungspraxis und anschließend an den zentralen Diskurs in der Designforschung, inwieweit Design als wissenschaftliche Disziplin verstanden und etabliert werden kann, geht die vorliegende Arbeit dem Wechselverhältnis zwischen Geschlecht und Gestaltung aus einer macht- und geschlechterkritischen Perspektive nach. Sie arbeitet anhand von Erkenntnissen und Ansätzen der Genderforschung, der feministischen Wissenschafts- und Technikkritik sowie daraus resultierender feministischer Wissenschafts- und Erkenntnistheorien die Grundlagen für eine machtkritische und geschlechterinformierte Designforschung und -praxis heraus. Dabei wird Geschlecht als historisch gewachsene, zeit- und kontextgebundene, damit veränderbare und gestaltbare Macht- und Erfahrungskategorie begriffen, die alle Wissenschafts-, Forschungs-, Gestaltungs- und Nutzungsprozesse durchdringt und auch in die Designforschung und -praxis grundlegend mit einzubeziehen ist.
Anhand von Fallbeispielen wird illustriert, dass sowohl die bewusste Berücksichtigung von Geschlecht bzw. von vermeintlich unterschiedlichen Präferenzen von Frauen und Männern als auch unbewusste Vergeschlechtlichungen durch den Anspruch, für alle zu gestalten, problematisch sind. Beide Forschungs- und Gestaltungsrichtungen unterstützen bestehende geschlechtliche Ungleichheitsverhältnisse, in denen Frauen weiterhin Männern unterstellt sowie Menschen anderen Geschlechts ausgeschlossen sind.
Die aus den eingangs benannten Erkenntnissen und Ansätzen hergeleitete Designmethodologie etabliert Design als erkenntnistheoretisch fundierte Wissenschafts-, Forschungs- und Praxisdisziplin, die eine macht- und geschlechterkritische Perspektive während des gesamten Designforschungsprozesses unter Einbezug der Nutzung in realen Gebrauchszusammenhängen systematisch integriert. Dabei wird sowohl das Verhältnis zwischen DesignforscherInnen, DesignerInnen und NutzerInnen und das darin eingelassene Machtverhältnis problematisiert als auch die aktive Rolle bzw. der Einfluss von Artefakten auf die Handlungs- und Geschlechterkonfigurationen innerhalb der Forschungs-, Gestaltungs- und Aneignungsprozesse thematisiert, wie es von feministisch-posthumanistischen Ansätzen nahegelegt wird. Folglich richtet sich der hiesige Fokus auf die Untersuchung der mikrosozialen Macht- und Geschlechterverhältnisse, wie sie sich zwischen DesignforscherInnen, DesignerInnen, NutzerInnen und Artefakten unter Einbezug übergreifender Macht- und Geschlechterstrukturen ergeben, in die sie eingebettet sind. Anhand von feministischen Wissenschafts- und Forschungskriterien werden darüber hinaus bestehende Gestaltungsansätze identifiziert und dahingehend diskutiert, inwieweit sie sich für eine macht- und geschlechtergerechte Designforschung und -praxis eignen.
Im Zentrum der Auseinandersetzung steht die Technikentwicklung, da die benannten Erkenntnisse und Ansätze bereits in die sozialwissenschaftliche Technikforschung, die feministische Technikkritik und auch in technische Gestaltungsfelder wie beispielsweise die Informatik, die Mensch-Maschine-Interaktion, die Robotik oder Künstliche-Intelligenz-Forschung mit eingeflossen sind. Am Beispiel dieser Wissens- und Gestaltungskontexte lassen sich die Konsequenzen macht- und geschlechterkritischer Sichtweisen für Forschungs- und Gestaltungsprozesse exemplarisch nachvollziehen sowie auf andere Designbereiche wie beispielsweise das Produkt- bzw. Industriedesign übertragen. Folglich basiert die Arbeit auf einem disziplinenübergreifenden Designverständnis.
Das Ergebnis ist eine machtkritische und geschlechterinformierte Designmethodologie, die – in Anlehnung an den agentiellen Realismus Barads und seiner Übersetzung für Gestaltungkontexte nach Suchman – Designforschungsprozesse jedweder Art und daran anschließende nutzerische Gestaltungsprozesse als dynamische Grenzziehungsaktivitäten begreift und als Intraface- und Intraaktionsdesign beschreibt, das die Handlungsverhältnisse und Geschlechterzuschreibungen bzw. das, was am „Intraface“ ein- und ausgeschlossen wird sowie als Subjekt oder Objekt, Mensch oder Maschine, Mann oder Frau etc. in Erscheinung tritt, sozial und geschlechtergerecht zu beeinflussen gedenkt. Die Methodologie formuliert darüber hinaus konkrete Empfehlungen – die sogenannte „feministische Checkliste“ –, derer sich DesignforscherInnen und -praktikerInnen bedienen können, um ihre Entscheidungen während der Forschungs- und Gestaltungsprozesse sowie deren Konsequenzen in anschließenden Nutzungsprozessen nach macht- und geschlechtergerechten Kriterien zu reflektieren, organisieren und evaluieren.This PhD-Thesis describes the development of a power critical and gender informed design methodology that enables design researchers and practitioners to design in a socially responsible and gender sensitive way. It starts from criticizing the current design practice that is either gender stereotype or gender blind, and refers to the discourse in design research that asks the fundamental question whether design can be regarded and established as a scientific discipline. The methodology grounds in insights and theories of Gender Studies, Science and Technology Studies as well as feminist epistemologies which are adapted to the properties and purposes of design research and practice. In this context, gender is regarded as an omnirelevant, historically grown, time related, situative category of power and inequality that interpenetrates every experience and socio-material process. Therefore it has to be considered in design research and practice.
By means of case studies from different design fields – software development, product and industrial design, game design etc. – it is illustrated what consequences result from a gender aware design practice that explicitly addresses male and female user groups and a gender unaware design practice that believes to be neutral and to suit everyone. These examples show that both approaches – the gender aware as well as the gender blind one – are problematic from a gender sensitive point of view because they reproduce gender inequality according to the existing societal power structures that locate men superior to women and exclude other genders.
Based on the previously mentioned resources the developed methodology establishes design as an epistemologically underpinned scientific discipline that integrates power critical and gender sensitive perspectives and approaches systematically throughout the whole process of research, design and use. It makes design researchers and practitioners reflect their own interests and roles in relation to other stakeholders, identify the right users, establish an emancipated relationship to them, select appropriate methods and eva-luate the consequences of their decisions and results in real use contexts according to criteria of social justice, inclusion, diversity and empowerment of underprivileged user groups. Inspired by posthumanist approaches also artefacts are regarded as actors that crucially influence the respective power relations and gender configurations within research, design and use contexts. Consequently, the main attention is drawn to the micro-social power conditions and gender relations that arise from the interactions between researchers, designers, users and artefacts and the macro-social power structures they are embedded in. In addition to that, it identifies existing approaches from the area of user centred design and critical computing that are not genuine feminist or gender sensitive, but can be adjusted to this purpose.
Technical research and development fields like human computer interaction, robotics and artificial life are the main reference points in this thesis because they are more influenced by social-scientific perspectives and approaches of Gender Studies and feminist Science and Technology Studies than other design areas. For this reason, they show exemplarily how these influences modify design research and practice that can also be transferred to other design areas like e.g. product or industrial design. For this reason, the design methodology claims to be an interdisciplinary one.
Following the agential realism of Barad and its designerly adaption by Suchman, design research – no matter in which field – is regarded as a boundary making activity and defined intraface und intraaction design that decides about what is included and excluded and what appears to be as human or non-human, man or machine, man or women etc.. For this reason, design researchers and practitioners are crucially responsible for the distribution of agency and gender relations that materialise at the “intraface” and should be influenced in a socially fair and gender sensitive way within the socio-material intraactions during research, design and use that is regarded as a further iteration of design. For this purpose, the methodology provides a catalogue of concrete recommendations – the so-called “feminist checklist” – that design researchers and practitioners can use in order to reflect, organize and evaluate the whole research and design process and its consequences for the design in use according to power critical and gender fair criteria
side effects – Kunst-am-Bau-Maßnahme in der Berlin Ultrahigh Field Facility
Get PDFDokumentation der Kunst-am-Bau-Maßnahme in der Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Forschungsgebäude für Ultrahochfeld-Magnetresonanz-Bildgebung im Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Berlin-Buc