Intelligent Modularization for Scalable Concrete Construction by Adaptation of the Methods for Modular Construction Development

Durch die Übertragung von Konzepten zur Entwicklung modularer Produktfamilien aus dem Maschinenbau auf die Bauindustrie lassen sich produktivitätssteigernde Effekte nutzen. Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 2187 stellt diese Forschungsarbeit einen intelligenten Modularisierungsansatz für Betonrahmenkonstruktionen vor, der ein hohes Maß an architektonischer Freiheit ermöglicht. Der entwickelte Baukasten ermöglicht individuelle Gebäudeentwürfe mit geradlinigen und gekrümmten Strukturen. Es wurden Optimierungsmethoden untersucht, um die interne Vielfalt und die Anzahl an Trockenfugen zu minimieren. ... mehrDie Module und Verbindungsstellen wurden nach den Prinzipien des Design for Manufacturing and Assembly entworfen, um eine effiziente Produktion und schnelle Montage zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wurden standardisierte Trockenfugen entwickelt, die auch eine beschädigungsfreie Demontage mittels ungebundener Vorspannung ermöglichen. Numerische und experimentelle Untersuchungen haben das duktile Strukturverhalten der entwickelten Schnittstellen sowie der montierten modularen Strukturen nachgewiesen. Die entwickelten Methoden wurden in einem Referenzprozess für die Entwicklung modularer Baukästen zusammengefasst und lassen sich auch auf andere Bauweisen und Gebäudetypen anwenden.

By adapting concepts for developing modular product families from mechanical engineering to the construction industry, productivity-enhancing effects resulting from standardized prefabrication and rapid assembly processes can be utilized. As part of the DFG priority program 2187, this research presents an intelligent modularization approach for concrete frame structures that allows for a high degree of architectural freedom. The developed construction kit enables individual building designs featuring both linear and curved structures. Optimization methods were investigated to minimize the internal variety and number of dry-joint interfaces. ... mehrThe modules and interfaces were designed according to the principles of Design for Manufacturing and Assembly to ensure efficient production and rapid assembly. For this purpose, standardized dry-joint interfaces were developed, which also allow for damage-free disassembly using unbonded post-tensioning. Numerical and experimental studies have demonstrated the ductile structural behavior of the developed interfaces as well as the assembled modular structures. The methods developed were summarized in a reference process for the development of modular construction kits and can also be applied to other construction methods and building types.