Dshamil Efinger

Prognostics and Health Management (PHM) offers the potential to increase the acceptance of adaptive structures and to operate them in an optimal way. With suitable design and proper operation, adaptive high-rise structures enable significant increases in sustainability and service life extensions compared to passive high-rise buildings. The control loop for PHM provides a systematic overview of the contents related to PHM and their sequence. However, a framework is required for application to a complex adaptive system. Such a framework is presented in this paper. The framework is divided into the areas of system analysis and modeling as well as the PHM solution. A systematic approach is used to analyze the system and create the basis for full integration of all functional domains. This is then used in modeling to develop an adapted model structure. Finally, the PHM solution looks at the details of the approaches for diagnosis, prognosis, and health management.

Die Bilanzierung von Umweltwirkungen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Technologien und Konzepte. Dies gilt auch in der Entwicklung von Gebäuden mit adaptiven Hüllen und Strukturen und stellt darüber hinaus weitreichende Anforderungen an alle beteiligten Disziplinen. Die vollständige Integration der Ökobilanzierung in den Planungs- und Auslegungsprozess ermöglicht, Umweltwirkungen als Optimierungsgrößen in den komplexen, dynamischen Berechnungswerkzeugen einzusetzen. Die bisherigen Ergebnisse des SFB 1244 bescheinigen adaptiven Tragwerken und Fassaden großes Potenzial zur Einsparung von Ressourcen und Umweltwirkungen. Die ganzheitliche Betrachtungsweise, sowohl in Bezug auf den Lebenszyklus als auch auf die interdisziplinären Wechselwirkungen, stellt sicher, dass die relevanten Effekte und Einflüsse in der Bilanzierung berücksichtigt werden. Das stellt die Methode der Ökobilanzierung selbst jedoch vor neue Herausforderungen im Umgang mit einer Vielzahl an Varianten und den umfangreichen Wechselwirkungen zwischen Auslegung und Einflüssen auf Parameter in der Nutzungsphase, wie z. B. den Energieverbrauch oder die Lebensdauer.

The consumption of construction materials and the pollution caused by their production can be reduced by the use of reliable adaptive load-bearing structures. Adaptive load-bearing structures are able to adapt to different load cases by specifically manipulating internal stresses using actuators installed in the structure. One main aspect of quality is reliability. A verification of reliability, and thus the safety of conventional structures, was a design issue. When it comes to adaptive load-bearing structures, the material savings reduce the stiffness of the structure, whereby integrated actuators with sensors and a control take over the stiffening. This article explains why the conventional design process is not sufficient for adaptive load-bearing structures and proposes a method for demonstrating improved reliability and environmental sustainability. For this purpose, an exemplary adaptive load-bearing structure is introduced. A linear elastic model, simulating tension in the elements of the adaptive load-bearing structure, supports the analysis. By means of a representative local load-spectrum, the operating life is estimated based on Woehler curves given by the Eurocode for the critical notches. Environmental sustainability is increased by including reliability and sustainability in design. For an exemplary high-rise adaptive load-bearing structure, this increase is more than 50%.