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Statische Detailbeschreibung
Gestapelter Kubus mit versetzter Kreuzaussteifung
(Vertical Stacked Cube Structure with Offset X-Bracing)
1. Modellbeschreibung
Das Modell besteht aus einer vertikalen Stapelung mehrerer kubischer Basismodule mit den Abmessungen 1.0 × 1.0 × 1.0 m.
Die Struktur weist gezielt platzierte diagonale Aussteifungsstäbe auf, die nicht durchgehend, sondern nur in ausgewählten Kuben eingesetzt werden.
Ziel des Modells ist es, eine räumlich wirksame Stabilisierung mit minimalem Materialeinsatz zu untersuchen.
2. Geometrie und Aufbau
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Basiselemente: identische Kuben 1.0 × 1.0 × 1.0 m
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Stapelung: vertikal, fluchtend
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Anzahl der Kuben: mehrgeschossig (Testkonfiguration)
Diagonalaussteifung:
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Kubus I (unten): 2 Diagonalstäbe
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Kubus IV (oben): 2 Diagonalstäbe
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Kubus II & III: keine Diagonalen
Alle Stäbe bestehen aus Aluminium-Quadratrohren 25 × 25 × 2.0 mm (EN AW-6060 T6).
3. Anordnung der Diagonalstäbe (entscheidend)
Kubus I (unterster Kubus)
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linke Seitenfläche:
Diagonalstab von oben links → unten rechts -
rechte Seitenfläche:
Diagonalstab von oben rechts → unten links
➡️ Diese beiden Diagonalstäbe bilden zusammen eine X-Wirkung,
jedoch nicht in einer Ebene, sondern über zwei gegenüberliegende Seitenflächen verteilt.
Kubus IV (oberster Kubus)
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vordere Seitenfläche:
Diagonalstab von oben rechts → unten links -
hintere Seitenfläche:
Diagonalstab von oben links → unten rechts
➡️ Auch hier entsteht eine X-Wirkung, wiederum über zwei gegenüberliegende Seitenflächen verteilt.
Räumlicher Versatz
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Aussteifung unten: links / rechts
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Aussteifung oben: vorne / hinten
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Die Aussteifungsebenen sind zueinander um ca. 90° (≈ 98°) versetzt
4. Knoten und Verbindungen
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Kartesische Rietveld Nodes
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Geschraubte Verbindungen
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M6 Schrauben (Stahl S235)
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Bohrung Ø 6.5 mm, mit Stahl-Zwischenscheiben
Die Knoten sind:
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nicht momentensteif
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als semi-starre Verbindungen ausgeführt
Die Stabilität entsteht nicht im Knoten, sondern aus der Systemgeometrie.
5. Lagerung / Auflager
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Punktauflager am untersten Kubus
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keine horizontale Einspannung
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keine zusätzliche Bodenverankerung angenommen
6. Lastannahmen
Die Struktur ist nicht für Nutzung durch Personen vorgesehen.
Angesetzte Lasten:
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Eigengewicht aller Kuben
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Eigengewicht der Diagonalstäbe
Nicht angesetzt:
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Nutzlasten
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Horizontallasten aus Anlehnen
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dynamische oder verkehrsbedingte Lasten
Die Bewertung beschränkt sich auf:
Eigengewicht und konstruktive Stabilität
7. Tragwerksverhalten
Das Tragverhalten ist räumlich und hybrid:
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Kubus I (unten):
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nimmt horizontale Verschiebungen in seitlicher Richtung auf
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stabilisiert die Basis gegen Schub und Kippen
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Kubus IV (oben):
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stabilisiert die Struktur in orthogonaler Richtung
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reduziert globale Torsion
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Kubus II & III (mittig):
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übertragen primär Normalkräfte
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wirken als elastische Übergangszone
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➡️ Die Struktur ist nicht planar ausgesteift, sondern dreidimensional wirksam.
8. Verformungs- und Stabilitätsverhalten
Durch die versetzte Anordnung der Diagonalstäbe:
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werden horizontale Auslenkungen in beiden Hauptrichtungen begrenzt
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wird ein globales Kipp- oder Torsionsversagen verhindert
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bleibt das System kontrolliert elastisch
Lokale Verformungen in den mittleren Kuben sind möglich, ohne die Gesamtstabilität zu gefährden.
9. Statische Bewertung
Die vertikale Stapelung mit gezielt versetzter, paarweiser Diagonalaussteifung ist
statisch plausibel, torsionsarm und konstruktiv effizient für Eigengewicht.
Die Aussteifung ist:
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minimal
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klar lesbar
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systemisch wirksam
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nicht redundant
10. Einsatzgrenzen
Geeignet für:
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konzeptionelle und experimentelle Hochstrukturen
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temporäre, nicht-interaktive Installationen
Nicht vorgesehen für:
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Nutzung durch Personen
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größere Höhen ohne zusätzliche Aussteifung
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dauerhafte Bauwerksnutzung