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Zum hygrothermischen Verhalten von Stahl-Sandwichelementen
2019 & 2020
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2020
Genehmigende Fakultät
Fak03
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-11-29
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-02438
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/783314/files/783314.pdf
Einrichtungen
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624
Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wird das hygrothermische Verhalten von Stahl-Sandwichelementen als Konstruktionen des Metallleichtbaus untersucht. Neben normativ-rechtlichen Vorgaben werden sowohl die theoretisch-wissenschaftlichen Hintergründe als auch die mathematisch-physikalischen Grundlagen vorgestellt. Ein Schwerpunkt wird auf eine integrale hygrothermisch-bauphysikalische Betrachtung gelegt. Nicht nur die standardisierten, in Normen und Regelwerken verankerten Bemessungsverfahren, sondern auch alternative Bewertungsansätze werden erläutert. Als für Stahl-Sandwichelemente bzw. weitere Konstruktionen des Metallleichtbaus zweckmäßigerweise anzuwendende Methode wird die hygrothermische Simulation mit numerischen Verfahren vorgeschlagen. Unter Verwendung hygrothermischer Simulationsmethoden werden Konstruktionen untersucht, deren zunehmende Komplexität mit einer steigenden baupraktische Relevanz einhergeht. Dabei werden Frage- und Problemstellungen aufgegriffen und untersucht, für deren Lösung bisher vielfach zwar subjektiv-intuitive Einschätzungen bekannt sind, die aber bislang nicht Gegenstand von objektiven, systematisch-wissenschaftlichen Betrachtungen waren. Aufbauend auf zwei breit angelegten Parameterstudien steht für Stahl-Sandwichelemente zunächst die Einzelkomponente „Deckschicht“ im Fokus. Weiter werden Bauteilinneres und Austrocknungsverhalten der baukonstruktiven Einheit „Sandwichelement - Längsfuge“ detailliert untersucht. Eine Betrachtung hygrothermischer Aspekte für die Oberfläche der baukonstruktiven Einheit wird ebenfalls vorgenommen. In diesem Zusammenhang werden nicht nur geometrische Größen variiert, sondern auch Auswirkungen und Effekte unterschiedlicher Materialien (Dämm-, Dichtstoffe) sowie Einflüsse von Umgebungsklimata auf das hygrothermische Verhalten bestimmt. Als Grundlage für die durchgeführten hygrothermischen Berechnungen wurde das verwendetet numerische Verfahren anhand normative Vorgaben sowie weiter experimenteller Ergebnisse validiert. Die systematische Zusammenstellung der erforderlichen Materialeigenschaften, sowie die Ab- und Herleitung zugehöriger Materialkennwerte und -funktionen ist gleichfalls ein wesentlicher Aspekt der Ausführungen. Die Arbeit fasst normative und mathematische Grundlagen zusammen. Sie stellt die zugehörige Theorie und die daraus abgeleiteten Nachweiskonzepte vor. Neben der Möglichkeit, die konkreten, anhand der spezifischen durchgeführten Untersuchungen erzielten Ergebnisse baupraktisch anzuwenden, können die erarbeiteten Ausführungen zum Berechnungsverfahren einerseits sowie die zusammengestellten Inhalt zu Materialeigenschaften andererseits für weitergehende wissenschaftliche Betrachtungen als Ausgangspunkte dienen.In the present thesis the hygrothermal behavior of steel sandwich panels as elements of lightweight metal constructions is investigated.In addition to normative legal requirements, both the theoretical and scientific background as well as the mathematical-physical fundamentals are presented. Emphasis is placed on an integral hygrothermal-building physics view. Not only the standardized design procedures that are fixed in standards and regulations, but also alternative assessment approaches are explained. For steel sandwich panels or further constructions made of lightweight metal, hygrothermal simulation with numerical methods is proposed to be the suitably technique. By using hygrothermal simulation methods, constructions are examined whose increasing complexity is accompanied by rising relevance for building practice. In this process, questions and problems are picked up and investigated, for which solutions up to now subjectively-intuitive assessments are often known, but which have not been the subject of objective, systematic-scientific considerations. On the basis of two far-reaching parameter studies, initially the focus is on the individual component "top layer" for steel sandwich panels. Furthermore, the in-side of the elements and the drying behavior of the constructional unit "sandwich panel - longitudinal joint" are examined in detail. A consideration of hygrothermal aspects for the surface of the structural unit is also made. In this context not only geometric parameter are varied, but also effects and performance of different materials (insulating materials, sealants) as well as influences of environmental climates on the hygrothermal behavior are determined. As a basis for the conducted hygrothermal calculations, the applied numerical method was validated by means of normative specifications and further experimental results. The systematic compilation of the required material properties, as well as the derivation and deduction of associated material characteristics and functions is also an essential aspect of the remarks. The thesis summarizes normative and mathematical foundations. It presents the associated theory and the detection concepts derived from it. In addition to the ability to apply the obtained concrete results on the basis of the specific examinations in a practical manner, on the one hand the elaborations on the calculation method and on the other hand the summarized content on material properties can serve as starting points for further scientific considerations.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020400975
Interne Identnummern
RWTH-2020-02438
Datensatz-ID: 783314
Beteiligte Länder
Germany
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