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The aim of this paper is to investigate possible patterns of the occupant behavior in residential buildings. Measurements were taken in multi-family buildings where several occupant-related variables were recorded. We chose and compared two different clustering methods: whole time series and features clustering (k-means algorithm). The mentioned methods were performed selecting two variables (window opening and indoor temperature) and tested with supervised learning methods. Results suggest that features clustering can perform better than whole time series. The representation of the occupant behavior through features is meant to be applied in future work regarding the optimization of control strategies in ventilation systems.

Eingruppierung des Nutzerverhaltens in Wohngebäuden: ein Methodenvergleich.
Ziel dieser Arbeit ist es, mögliche Muster des Nutzerverhaltens in Wohngebäuden zu erkennen. Von einem Mehrfamiliengebäude wurden zunächst Daten, die auf das Nutzerverhalten schließen lassen, über einen Zeitraum von zwei Jahren erfasst. Zur Auswertung wurden zwei Clustering-Methoden verglichen: das Clustering von Zeitreihen und die Features Clustering-Methode (mittels k-Means-Algorithmus). Die genannten Methoden wurden hauptsächlich mit zwei Variablen (Fensteröffnung und Innentemperatur) durchgeführt, und mit Machine Learning-Methoden getestet. Die Ergebnisse weisen auf eine bessere Performance der Features Clustering-Methode gegenüber dem Clustering von Zeitreihen hin. Die Darstellung des Nutzerverhaltens durch Feature Clustering wird in einer zukünftigen Arbeit als Teil einer Optimierung der Regelungsstrategien von Lüftungsanlagen genutzt.

Researchers in building science require detailed high-quality detailed data to systematically support building design and operation applications. Such data are required, amongst other things, to develop and verify models of people's presence and behavior in buildings that can be deployed in building performance simulation. Toward this end, open access data is of essential importance. An important prerequisite of pervasive data sharing is the availability of a systematic ontology and standardized data formats. To address this need, we previously introduced an ontology for the representation and incorporation of multiple layers of occupancy-related data obtained via building monitoring. In the present contribution, we use this ontology as a starting point toward identification and illustration of a hierarchical data format, suitable for managing data collections of different sizes and complexity.

Strukturierte Darstellung von nutzerbezogenen Gebäudedaten.
Ingenieure und Bauphysiker benötigen qualitativ hochwertige und detaillierte Daten für die systematische Unterstützung von Gebäudeentwurf und -betrieb. Derartige Daten werden unter anderem benötigt, um die für die Gebäudesimulation notwendigen Modelle der Nutzerpräsenz und des Nutzerverhaltens entwickeln und validieren zu können. Dabei ist eine wichtige Voraussetzung für den Datenaustausch das Vorhandensein geeigneter Ontologien und standardisierter Datenformate. Der vorliegende Beitrag präsentiert eine Ontologie sowie ein hierarchisches Datenformat zur Darstellung multipler nutzerbezogener Gebäudedaten beliebiger Größe und Komplexität.

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Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung zu Forschungsvorhaben, die seitens des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Bereich “Energie in Gebäuden und Quartieren” zur korrespondierenden Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN gefördert werden, sind mehr als 900 Projekte hinsichtlich ausgewählter Themen ausgewertet worden. Bei der wissenschaftlichen Querschnittsforschung handelt es sich um eine Methodik zur Analyse von Forschungsvorhaben auf der übergeordneten Ebene. Die resultierende Analyse liefert einen verbesserten Einblick in das nationale Forschungsgeschehen. Den Schwerpunkt der hier betrachteten Querauswertung bilden digitale Werkzeuge, und softwarebasierte Lösungsansätze im Kontext “Energie in Gebäude und Quartieren”. Neben einer eindeutigen terminologischen Abgrenzung werden die querschnittsübergreifende Relevanz von Tool- und Softwareentwicklungen im Rahmen von Forschungsprojekten, eine Typologie von softwarebasierten Lösungsansätzen, eine Tendenz zur Multiskalen-Modellierung, die programmiertechnische Umsetzung, Lizenzierungsmodelle und das digitale Ökosystem der Anwendung im Rahmen dieser Querschnittsanalyse betrachtet.

Status quo of digital tools and software-based solutions - Classification of developments and applications of the research initiative ENERGIEWENDEBAUEN.
As part of the accompanying research to the corresponding research initiative ENERGIEWENDEBAUEN, more than 900 research projects are analyzed with respect to various topics. The so-called scientific cross-sectional research is a methodology for the evaluation of research projects on superordinate level. The results provide insights into national research priorities. The initiative focusses on research projects around the topic of energy in buildings and city quarters. The research projects should enable the development of software-based solutions and the application of digital tools in this case. In addition to a clear terminological distinction, the cross-cutting relevance of software development in the context of research projects, a typology of software-based approaches, a trend towards multiscale modeling, the programming implementation, licensing models and the digital ecosystem of applications are discussed within this work.

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Seit Anfang 2018 ist die neue Agentur für Arbeit in Köln in Betrieb. Mit ihren 391 Raummodulen, 19.500 m2 und 8 Monaten Rekordbauzeit ist sie auch sonst in vielerlei Hinsicht ein bemerkenswertes Neubauprojekt: Für ALHO, weil das Modulbauunternehmen aus Friesenhagen hier erstmals als Generalübernehmer und zugleich als Investor agiert und für den Betreiber, die Bundesagentur für Arbeit, die als Mieter des repräsentativen Verwaltungskomplexes ihr umfangreiches Dienstleistungsangebot rund um die Themen Arbeit, Ausbildung, Weiterbildung und lebenslanges Lernen nun konzentriert unter einem Dach bündeln kann. (Foto: ALHO)

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Schlanke Bauwerke, wie Türme und Masten, zeigen oft ein unerwünschtes dynamisches Verhalten, wenn sie zeitlich veränderlichen Belastungen ausgesetzt sind. Eigenschwingungen höherer Ordnung sowie Resonanzphänomene zwischen den einwirkenden dynamischen Lasten und der Struktur können zu beträchtlichen Bauwerksschwingungen führen. Zur Reduzierung solcher Schwingungen werden häufig Schwingungsdämpfersysteme eingesetzt. Ein Schwingungsdämpfer ist ein Feder-Masse-Dämpfer-System, dessen dynamische Eigenschaften so auf das Bauwerk abgestimmt sind, dass die Trägheitskräfte den Bauwerksschwingungen durch einen Phasenversatz der Relativbewegung zwischen Bauwerk und Schwingungsdämpfer optimal entgegenwirken und diese reduzieren. Die Bemessung von Schwingungsdämpfern erfolgt entweder auf Grundlage numerischer Berechnungen oder durch Schwingungsversuche zur Ermittlung der dynamischen Eigenschaften des Bauwerks. Während der Lebensdauer eines Bauwerks können sich jedoch die dynamischen Eigenschaften, beispielsweise aufgrund von Alterungsprozessen, ändern, sodass die Wirksamkeit der Schwingungsdämpfer herabgesetzt wird. Im vorliegenden Beitrag wird eine Methode zur Beurteilung der Wirksamkeit von Schwingungsdämpfern unter Verwendung von Daten aus einem Structural-Health-Monitoring-(SHM-)System vorgestellt. Die Funktionalität des Schwingungsdämpfers wird durch Betrachtung des Phasenversatzes zwischen den Schwingungen des Bauwerks und des Dämpfers untersucht, wobei ein optimaler Dämpfungseffekt bei einer Phasenverschiebung von annähernd 90° zwischen diesen beiden Schwingungsantworten erwartet wird. Die vorgeschlagene Methode wird am Beispiel eines mit Schwingungsdämpfer und SHM-System versehenen Sendeturms validiert.

Monitoring-based performance analysis of tuned mass dampers in tower structures
Slender structures, such as towers and masts, frequently exhibit unfavourable responses when subjected to dynamic loads, characterized by the non-negligible contribution of higher modes of vibration as well as resonant phenomena between the loads and the structure. To mitigate such responses, tuned mass dampers (TMDs) have been employed in several slender structures. A TMD is a structural sub-system fixed to a structure and “tuned” to counteract a response frequency, which is anticipated to induce large oscillations to the structure, through its out-of-phase response. The design of tuned mass dampers is based on modelling assumptions and on sparse observations of the dynamic behaviour of structures, which changes due to structural ageing, thus rendering the regular performance assessment of TMDs is essential. In this paper, a methodology for assessing TMD performance using structural health monitoring (SHM) data is presented. Specifically, the TMD functionality is assessed upon obtaining the phase shift between the TMD response and the response of the structure, which, according to TMD theory, indicates favourable dampening effect when assuming values close to 90°. The proposed methodology is validated via a case study of a telecommunication tower equipped with a TMD and an SHM system, showcasing the ability of the methodology to assess TMD performance.

In Algier nähert sich der Rohbau der Großen Moschee von Algerien der Fertigstellung. Die drittgrößte Moschee der Welt erhält das mit einer Bauhöhe von 265 m weltweit höchste Minarett, welches gleichzeitig das höchste Gebäude des afrikanischen Kontinents sein wird. Das architektonische Wahrzeichen bedingte ein Höchstmaß von Anforderungen an die Baumaterialen und die nachhaltige Tragwerksintegrität. Der Entwurf berücksichtigte bereits die im Artikel beschriebenen außergewöhnlichen Bauprozesse der Megabaustelle.

Realization of the Great Mosque of Algeria
In Algiers, the construction of the Great Mosque of Algeria nears completion. The third largest mosque worldwide will obtain the largest minaret of the world with a height of 265 m, which will be the highest building on the african continent. The architectural landmark required highest demands on sustainability, building materials and structural integrity. The design already respected the exceptional execution process of this mega construction site, as described in this article.

Beim Rückbau von kerntechnischen Bauwerken werden hochbewehrte Betongebäude so dekontaminiert, dass anschließend der überwiegende Anteil der Gesamtmasse dem normalen Recyclingkreislauf zugeführt werden kann. Hierfür bedarf es selektiver Abtragsmethoden, um möglichst wenig radioaktiven Abfall endlagern zu müssen. Für den Oberflächenabtrag von Beton stehen bereits zahlreiche Werkzeuge und Abtragsmethoden zur Verfügung. Diese Werkzeuge stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn es darum geht, Kontamination zu entfernen, die tief in die Gebäudestruktur (z. B. durch Risse) eingedrungen ist, oder wenn metallische Einbauten wie Ankerplatten, Dübel, Schienen u. a. verbaut sind. Ein Problem besteht aktuell beim lokal begrenzten Tiefenabtrag von Stahlbetonen, sodass die entstehenden Oberflächen im Anschluss frei messbar sind.
Aus diesem Bedarf entstand das Forschungsprojekt DefAhS (Definierter Abtrag hochbewehrter Stahlbetonstrukturen) als Kooperation zwischen der Herrenknecht AG, Kraftanlagen Heidelberg GmbH, der Leibniz Universität Hannover und dem Karlsruher Institut für Technologie. Gefördert wird das Projekt durch das Programm FORKA - Forschung für den Rückbau kerntechnischer Anlagen - des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Selective removal of radioactive decontaminated highly reinforced concrete in the deconstruction of nuclear power plants
When decommissioning nuclear facilities, its highly reinforced concrete buildings will be decontaminated in such a manner that most its total mass can be returned to the recycling cycle. To achieve maximum results, selective removal methods are required to reduce the radioactive waste for final storage. There are already several tools and processes for the removal of concrete surfaces available. However, these methods reach their limits when faced with in-depth contamination, e. g. in concrete cracks or in material compounds with metal anchor plates and bolts, rails, etc. A common problem is the targeted in-depth removal of reinforced concrete in cracks, openings, or installations, to a degree that the resulting surfaces are ready for release measurements.
This requirement provides the central research issue of the project DefAhs (selective removal of highly reinforced concrete structures) which is now a joint project of Herrenknecht AG, Kraftanlagen Heidelberg GmbH, Leibniz University Hannover and Karlsruhe Institute of Technology. This project is being sponsored by FORKA (research in the field of decommissioning nuclear facilities) of Germany's Federal Ministry of Education and Research.

Das neue Gaskraftwerk auf der “Lausward” hat eine attraktive Gebäudehülle inklusive einer neuen Aussichtsplattform erhalten, die sowohl das Stadtbild wie auch den Bereich des Düsseldorfer Hafens positiv an seinem auch zukünftig eher industriell geprägten westlichen Rand stärkt.
Das Architekturbüro kadawittfeldarchitektur hat nach gewonnenem Wettbewerb (2013) eine Hülle aus nebeneinanderstehenden, unterschiedlich großen Stahlrahmen realisiert, die den einzelnen Gebäudeteilen des neuen Kraftwerks ein gemeinsames Kleid verleihen. Die einzelnen Module können auf jegliche Anforderungen aus dem Inneren reagieren. Gleichzeitig wird das große Gesamtvolumen durch die Rhythmisierung verträglich gegliedert.
Das abschließende und größte Rahmenelement im Nordosten der Anlage bildet das sogenannte “Stadtfenster”, eine 60 m hohe und 38 m breite, beidseitig komplett verglaste Einhausung des Kraftwerks-Schornsteins. Über einen Aufzug gelangt man auf ca. 45 m Höhe zu einer Aussichtsplattform, von der man nach Süden bis nach Köln und nördlich über den Rhein auf Düsseldorf blicken kann.
Der vorliegende Bericht beschäftigt sich insbesondere mit dem Entwurf und der Konstruktion dieses besonderen Bauteils.

Power station with a view - power plant with a pleasant view
The new gas-fired power station on the “Lausward” received a visually appealing building envelope including a new viewing platform and positively enhances both the urban landscape and the western part of the Düsseldorf Hafen district which will have a more industrial footprint in the future.
After winning the competition (2013), the architects from kadawittfeldarchitektur have realized a shell of steel frames of different sizes, which give the individual building parts of the new power plant a common look. The individual modules can react to any requirements from the inside. At the same time, the large total volume is structured in compliance with the building's rhythm.
The largest frame element in the northeast of the plant forms the so-called high-rise structure “Stadtfenster”, a 60 m high and 38 m wide double-sided fully glazed enclosure of the power plant chimney. An elevator takes you to an observation platform at a height of approx. 45 m, offering views southward to Cologne and northward over the Rhine to Düsseldorf.
This report deals in particular with the design and construction of this particular structural component.

Durchstanzversuche an Stahlbetonplatten sind bislang auf geringe Dicken begrenzt. Infolge hoher Prüflasten und großer Versuchskörperabmessungen stoßen Versuchslabore weltweit an ihre Grenzen. Um erstmals Plattendicken bis 70 cm im Experiment zu testen, nutzt ein neu entwickeltes Versuchskonzept den Symmetrieeffekt. Durch Viertelung der Versuchskörper an zwei Symmetrieebenen lassen sich sowohl Prüflasten als auch Versuchskörperabmessungen um den Faktor 4 reduzieren. Bei der Umsetzung des Konzepts stellt der Übergang zwischen Versuchskörper und Versuchsstand an den Symmetrieebenen die zentrale Herausforderung dar. Durch die statisch unbestimmte Lagerung und Vorspannkräfte von bis zu 5 MN/m führen bereits geringe geometrische Unschärfen zu Zwangsbeanspruchungen, die ungewünscht verfälschte Ergebnisse und Initialrisse erzeugen. Dabei geht es um lokale Welligkeit, ungewollte Schiefstellungen, Versätze oder Winkeligkeit. Der Beitrag zeigt, wie mit digitaler Planung und Fertigung hochpräzise Versuchskörper und ebensolche Gegenstücke an den Widerlagern entstehen. Messungen und Nachrechnungen belegen, dass die erzielten Genauigkeiten im Submillimeterbereich genügen, um die resultierenden Zwangsbeanspruchungen für Plattendicken bis ca. 30 cm vernachlässigbar zu halten. Für Großversuche an bis zu 70 cm starken Platten sind zusätzliche Eigenspannungen aus Widerlagerrotationen zu erwarten, sodass vorgeschlagen wird, die Probekörper direkt im Versuchsstand zu betonieren (match casting), um Zwangsspannungen aus Geometrieunschärfen nahezu auszuschließen.

Digital planning and geometric precision manufacturing for punching tests
Punching tests on reinforced concrete slabs are still limited to rather small thicknesses. Large members cause - mainly due to high test loads and their large physical dimensions - experimental challenges that existing laboratories did not yet overcome. To close this size gap and to enable punching tests of slabs up to 70 cm thickness, a newly developed test set-up employs symmetry conditions. By quartering the test members at two symmetry planes, test loads and physical dimensions are reduced by a factor of 4. In the development, the link between the test member and the test set-up at the symmetry planes poses the central challenge. As a result of the statically indeterminate support and pre-stressing forces up to 5 MN/m, even low geometric uncertainties induce constraints that affect the test results and provoke initial cracking. It is about local ripples, unwanted misalignments, offsets and angularities. This contribution presents the approach to create highly-precise test members and similar counterparts at the supports by using digital planning and production. Measurements and recalculations give evidence that the achieved accuracies in submillimeter ranges are sufficient to keep resulting eigenstresses negligible for slab thicknesses up to 30 cm. With regards to large-scale tests up to 70 cm thickness, additional residual stresses from bearing rotations are expected. To exclude constraints from geometric uncertainties it is intended to cast the test members directly within the test set-up (match casting).

Die Sanierung der Staatsoper Unter den Linden ist abgeschlossen. Damit geht ein achtjähriger Bauprozess zu Ende, währenddessen die innere Infrastruktur erneuert und das denkmalgeschützte Gebäude hinsichtlich Barrierefreiheit, Klimatechnik, Sicherheit und Brandschutz modernisiert wurde. Des Weiteren erfolgte im Zuge der Generalsanierung auch die Verbesserung der Akustik des Zuschauersaals. Hierzu wurde die historische Saaldecke, ohne das äußere Erscheinungsbild zu beeinträchtigen, 5 m angehoben, um das Volumen zu erweitern und dadurch die Nachhallzeit zu verlängern. Vor die so entstandene Nachhallgalerie legt sich nun ein Rautenmuster, dessen Gestaltung dem Formenkanon des Denkmals folgt. Durch die Verwendung einer glasfaserverstärkten Phosphat-Keramik (CBPC) in Verbindung mit dem Einsatz modernster Fabrikationstechniken, sowie hinsichtlich des Tragverhaltens des Materials, wurde somit Neuland beschritten.

Robot-produced elements made of technical ceramics - reopening of the State Opera House “Unter den Linden”
The refurbishment of the State Opera House “Unter den Linden” has been completed. This marks the end of an eight-year reconstruction process, during which the interior infrastructure was renewed and technically upgraded with regard to an improvement of accessibility, air conditioning, safety and fire protection. In addition, the acoustics and other features of the auditorium have also been improved. To this end, the historic ceiling has been raised by 5 m without impairing the external appearance, in order to increase the volume and thereby extend the reverberation time. In front of the resulting reverberation gallery, a rhombic lattice has been erected, the design of which follows the formal canon of the monument. The use of fiberglass-reinforced phosphate ceramics (CBPC) in combination with state-of-the-art fabrication techniques broke new ground.

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Digitalisierung als Investition in eine erfolgreiche Zukunft
Ergebnisse der Konjunkturumfrage 2018
BauMaschinenTag 2018 - Baumaschinen zum Anfassen

Firmen und Verbände: Kunsthalle Mannheim: Metallgewebe als Moderator zwischen Innen- und Außenwelt

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Auf dem Titelfoto zu sehen ist der Rosenstein-Pavillon, der für die Sonderausstellung “baubionik - biologie beflügelt architektur” im Stuttgarter Schloss Rosenstein entworfen und gebaut wurde. Der Pavillon ist eine funktional gradierte Betonschale und damit ein Prototyp der Implementierung eines Konstruktionsprinzips leichter, aber starker Strukturen, die als Inspirationsquelle für gewichtsoptimierte Tragsysteme entwickelt wurden. Es wird demonstriert, wie das bionische Prinzip der beanspruchungsgerechten Materialanordnung im architektonischen Maßstab umgesetzt werden kann und dadurch ein neuer ästhetischer Ausdruck für den Leichtbau entstehen könnte. Mehr dazu im Beitrag ab Seite 433. (Titelfoto: Florian Eger (ISW Universität Stuttgart)

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Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Der vorliegende Artikel beschreibt die Entwicklung von Druckgehäusen aus ultrahochfestem Beton für Tiefseeanwendungen im Rahmen der Helmholtz Allianz ROBEX. Neben grundlegenden Untersuchungen zum Materialverhalten von UHPC, wie zeitabhängige oder mehraxiale Druckfestigkeit und E-Modul, Bruchdehnung, Größeneffekt, Einfluss von Wärmebehandlung und Salzwasserlagerung oder Porositätsmessungen, wurden auch diverse Studien zu Konstruktionsgrundsätzen für wiederverschließbare Druckgehäuse durchgeführt. Die Experimente wurden begleitend numerisch simuliert und das nichtlineare Materialmodell multiPlas in ANSYS anhand der gewonnenen experimentellen Daten kalibriert. Neben einer Vielzahl an Druck- und Implosionsversuchen von Betongehäusen im Labor wurden zwei je einjährige Feldstudien in der Arktis in 2500 m Tiefe erfolgreich absolviert, um die Dauerhaftigkeit der Betongehäuse und den Einfluss der maritimen Umgebung auf UHPC zu untersuchen. Dabei konnten Ergebnisse zum Kriechen von UHPC unter hoher Dauerlast, zur Diffusionsdichtheit und zum Einfluss der Calcit-Kompensationstiefe gewonnen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Bemessungsempfehlungen zusammengefasst.

UHPC pressure housings for applications in the deep sea. Experimental and numerical analysis
This article describes the development of pressure housings made of ultra-high performance concrete for deep-sea applications within the Helmholtz Alliance ROBEX. In addition to fundamental investigations on the material behavior of UHPC, such as time-dependent and multiaxial compressive strength, elastic modulus, fracture strain, size effect, influence of heat treatment and salt water storage or porosity measurements, studies on design principles have also been carried out to achieve the goal of reclosable pressure vessels for deep sea application in up to 3000 m depth. Based on the experimental data, the non-linear material model multiPlas (ANSYS) was calibrated. In addition to short-term pressure tests, two deep-sea field studies with durations of one year each were carried out at the Arctic Sea to investigate the durability of the concrete housing and the influence of the maritime environment on UHPC. The focus was on the investigation of the creep under high static load, the permeability and the influence of the calcite-compensation-depth (CCD). On the basis of the obtained data, design parameters and design diagrams were developed based on the theory of the thick-walled shell (LAMé).

Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Hochleistungsbetone eröffnen völlig neue Anwendungsgebiete für mineralische Baustoffe. Bei dem Versuch, bisher etablierte Bauweisen zu substituieren, spielt neben der Erreichbarkeit wirtschaftlicher und ökologischer Vorteile auch die Freude am Ausprobieren und am Antizipieren zukünftiger Entwicklungen eine wichtige Rolle.
Der mit diesem Beitrag geehrte Jubilar hat in diesem Zusammenhang unzählige eindrucksvolle Beiträge geliefert, die übrigens weit über den Einsatz neuer Werkstoffe und Materialien hinausgehen, und inspiriert zu immer neuen Anläufen.
Im vorliegenden Aufsatz soll am einfachen Beispiel von selbsttätigen Hochwassersperren gezeigt werden, wie ein werkstoffgerechter Einsatz von Baustoffen neue sinnvolle Lösungen ermöglichen kann. Jederzeitige Verfügbarkeit, geringe Herstellkosten, hohe Dauerhaftigkeit und geringer Wartungsaufwand sind dabei angestrebte Zielgrößen.

Construction and design of self-erecting flood barriers made of high-performance concrete
High-performance concrete introduces completely new application fields for mineral building materials. In the attempt to substitute previously established ways of construction, the attainability of economic and ecological advantages play an important role alongside the enjoyment of trying out and anticipating future developments.
The honorary recipient of this article has provided uncountable original contributions that by the way go far beyond the use of new materials, and inspires always for new approaches.
In the present essay, a simple example of self-erecting flood barriers will be used to show how materials-compatible use of building materials can enable new reasonable solutions. Constant availability, low production costs, high durability and low maintenance cost are desired target variables.

Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek zu seinem 65. Geburtstag gewidmet
Der Rosenstein-Pavillon ist eine funktional gradierte Betonschale, die für die Sonderausstellung “baubionik - biologie beflügelt architektur” im Stuttgarter Schloss Rosenstein entworfen und gebaut wurde. Die dort präsentierten Exponate zeigen die Forschungsergebnisse des Sonderforschungsbereichs TRR 141 “Biological Design and Integrative Structures”, in dem biologische Vorbilder im Hinblick auf eine mögliche Abstraktion von Wirkprinzipien und deren Übertragung auf Objekte und Technologien des Bauwesens untersucht werden. Der Pavillon ist ein Prototyp der Implementierung eines Konstruktionsprinzips leichter, aber starker Strukturen, die anhand struktureller Biomaterialien als Inspirationsquelle für gewichtsoptimierte Tragsysteme entwickelt wurden. Im Zentrum der Forschung stand das bionische Prinzip der Strukturoptimierung durch die lokale Anpassung von mechanischen Eigenschaften an äußere und innere Gegebenheiten. In den technischen Disziplinen ist dieses Prinzip auch als funktionale Gradierung bekannt und wird in den Materialwissenschaften, der Medizin, dem Maschinenbau und dem Bauingenieurwesen in großer Breite angewendet - Voraussetzung hierfür ist die Entwicklung von Werkstoffen und Strukturen mit Eigenschaften, die lokal an statische, mechanische, physikalische oder sonstige funktionelle Anforderungen angepasst werden können.
Im vorliegenden Beitrag wird vorgeschlagen, das Prinzip der Gradierung auf den Bereich des Designs und der Architektur auszudehnen - die Material- und Energieeffizienz des Gebäudes soll als ebenso wichtig angesehen werden wie andere Entwurfsfaktoren. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Verknappung der natürlichen Ressourcen im Kontrast zu einer stetig wachsenden Bevölkerung von besonderer Bedeutung.

Rosenstein-Pavilion: Towards Resource Efficiency by Design
The Rosenstein-Pavilion is a functionally graded concrete shell that was designed and built for the special exhibition “Construction Bionics - Biology Inspires Architecture” at Rosenstein Palace in Stuttgart. The exhibits presented there show the research results of the Collaborative Research Centre TRR 141 “Biological Design and Integrative Structures”, in which biological models are investigated with regard to a possible abstraction of construction principles and their transfer into objects and technologies of the building industry. The pavilion is a prototype of the implementation of a construction principle of lightweight but strong structures, which were developed using structural biomaterials as a source of inspiration for weight-optimized load-bearing systems. Research focused on the bionic principle of structural optimization by locally adapting properties to external and internal conditions. In the technical disciplines, this principle is also known as functional gradation and is widely used in materials science, medicine, mechanical engineering and civil engineering: through the development of materials and structures with properties that can be adapted locally to static, mechanical, physical or other functional requirements.
The present paper proposes to extend the application of this principle to design and architecture, with the material and energy efficiency of the building being as important as other design factors. This is of paramount importance, especially in view of the increasing scarcity of natural resources in contrast to a steadily growing population.