Forschungsprojekt BOWOOSS

Bionic Optimized Wood Shell Structures with Sustainability
Das vom BMBF und der DLR geförderte Forschungsprojekt „BOWOOSS – nachhaltige Bausysteme bionisch inspirierter Holzschalenkonstruktionen“ ist ein Verbundvorhaben mit der HTW des Saarlandes, Fachbereich Architektur, der Paul STEPHAN GmbH + Co.KG in Gaildorf und der Bauhaus-Universität Weimar und läuft seit 1.Juli 2009 an der Professur Tragwerkslehre, Fakultät Architektur. Das Forschungsprojekt hat eine Projektlaufzeit von 28 Monaten und ein Gesamtvolumen von 513.070 Euro.

Im Rahmen von BOWOOSS sollen zunächst eine Reihe von Schalen- und Faltkonstruktionen aus der Natur untersucht werden, die für die technische Umsetzung ausreichend Ansätze bieten könnten. Diese Erkenntnisse aus der Biologie sollen als Vorbilder für die Entwicklung von Methoden zur Erzielung optimaler Strukturen dienen. Im Verlauf sollen diese Wirkprinzipien und Elementierungen untersucht und auf technische Anwendbarkeit für Holzbauweisen übertragen werden. Wesentlich sind hierbei Aspekte von Nachhaltigkeit und Ressourcen schonender Bauweisen, wobei für den Anwender auch ein Mehrgewinn durch einen materialsparenden und umweltschonenden Konstruktionsansatz geschaffen werden soll.

Forschungsprojekt AFAS

Aktive Faser-Verbundwerkstoffe für Adaptive Systeme
Das Forschungsvorhaben AFAS – Aktive Faser-Verbundwerkstoffe für Adaptive Systeme wird vom BBR mit 120.000 € über einen Zeitraum von 21 Monaten gefördert. Das Süddeutsche Kunststoffzentrum konnte als beteiligter Partner gewonnen werden.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird die Entwicklung von ressourcenschonenden und energieeffizienten Bauweisen, Materialien und Technologien unter Anwendung der vorteilhaften Eigenschaften des Leichtbaus in Verbindung mit aktiven Fasern untersucht.
Die Anwendbarkeit aktiver Faser-Verbundwerkstoffe in adaptiven Systemen werden an verschiedenen Verifikationsmodellen numerisch und experimentell untersucht und in Bemessungsmodelle überführt. Zu den Verifikationsobjekten zählen aktiv wandelbare und schwingungsresistente Fassaden- und Dachprofile und Tragelemente freigeformter Schalentragwerke.

Dr.-Ing. Alexander Stahr
Promotion: "Das wohltemperierte Netz" - Zum konstruktiven Entwurf direkt verglaster Stabnetze und Freiformflächen

Animiert durch die Möglichkeiten überaus bedienerfreundlicher 3D-Modelling-Software entstehen in Architekturbüros vermehrt Entwürfe, welche ganz auf den Reiz frei geformter Oberflächen setzen. Der Computer wird dabei gezielt als entwerferisches Werkzeug zur Formerzeugung und -variierung genutzt. Im Ergebnis des digital-technologischen, zeitgeistgeprägten Entwurfsprozesses entwickelt sich eine "biomorphe", stark symbolhafte Architektur fließender Flächen und Räume. In Verbindung mit dem architektonischen Motiv der harmonischen Verbindung von Innenraum und Außenraum erhöht sich der Anspruch der Entwürfe um das Verlangen nach Transparenz bzw. Transluzenz.
Im geschilderten Umfeld sind in den letzten Jahren einige sehr interessante Projekte realisiert worden. Dabei handelt es sich aus tragwerksplanerischer Sicht häufig um Stabnetzstrukturen bzw. Gitterstabwerke. Diese lösen die flächige Struktur in ein System aus tragenden, stählernen Stäben und Knoten sowie hüllenden, zumeist gläsernen Eindeckungselementen auf. Sie sind offensichtlich geeignet die dargelegten entwerferischen Motive zu befriedigen und gleichzeitig sowohl die geometrischen und tragqualitativen als auch die fertigungs- und montagetechnologischen Anforderungen in Bezug auf eine auch unter wirtschaftlichen Aspekten überzeugende Realisierung zu erfüllen. Der multiparametrische Prozess des konstruktiven Entwurfs solcher Konstruktionen hat entscheidende Bedeutung in Bezug auf ihre Realisierbarkeit. Diesem Thema widmete sich die 2008 abgeschlossene Promotion von Herrn Dr.-Ing. Alexander Stahr.

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Dr.-Ing. Christian Wolkowicz
Promotion: "Evolutionäre Strategien für das Tensegrity-Konzept"

In den 50er Jahren des 20ten Jahrhunderts kreierte Richard Buckminster Fuller das Kunstwort „Tensegrity“ für stabile Strukturen welche sich durch die Interaktion von diskontinuierlichen Druck- und kontinuierlichen Zugelementen auszeichnen. Ingenieure, Architekten und Künstler sind seitdem vom großen Potential dieser Strukturen überzeugt und angezogen.
Aufgrund des inhärenten Nachteils mangelnder Steifigkeit blieb dem Konzept allerdings bisher eine breite Anwendung als Tragwerk versagt.

In der 2008 von Herrn Dr.-Ing. Christian Wolkowicz abgeschlossenen Promotion werden auf Basis des Tensegrity-Konzeptes Strukturen entwickelt und vorgestellt, welche durch einen signifikanten Steifigkeitszuwachs in der Lage sind, die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken zu erfüllen.

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Dr.-Ing.Stefan Linne
Promotion: "Lösbare kraftschlüssige Verbindungen für modulare Bauwerke aus Faserverbundkunststoffen"

Jan-Stefan Strutz
Promotion in Vorbereitung: " Beeinflussung des Tragverhaltens von Aussteifungssystemen"

Jüngste Entwicklungen in der Architektur von Hochhäusern verdeutlichen, dass höhere Ansprüche an die Entwurfsfreiheit in zunehmendem Maße größere Anforderungen an die Planung des Tragwerks, insbesondere an das horizontallastabtragende Aussteifungssystem, stellen. Aus diesem Grund wird es immer wichtiger, effiziente Tragwerke für Hochhäuser zu entwickeln.
Im Rahmen der Forschungsarbeit sollen Möglichkeiten der Beeinflussbarkeit des Tragverhaltens gekoppelter Aussteifungssysteme, welche im besonderen Maße leistungsfähig sind, aufgezeigt und hinsichtlich ihrer Effizienz bewertet werden. Besondere Beachtung wird dabei der Auswahl und Anordnung der Koppelelemente und ihrer Dimensionierung geschenkt. Dabei soll durch eine Weiterentwicklung von Differentialgleichungen, die das Tragverhalten üblicher starr gekoppelter Aussteifungssysteme beschreiben, die Nachgiebigkeit der Koppelelemente berücksichtigt werden. Die Lösungen der auf diese Weise weiterentwickelten geschlossenen Ansätze dienen als Grundlage der Einschätzung der Effizienz.
Untersuchungen zu Tragstrukturen im Sinne einer homogeneren und damit effizienteren Ausnutzung der Tragwerksteile durch Schaffung neuartig gekoppelter Tragsysteme sind wissenschaftlich bisher nur wenig bearbeitet worden. Systematische Untersuchungen zu diesem Problemkreis fehlen weitgehend. Die Bearbeitung des Themas soll einen Beitrag zum Schließen dieser Lücke leisten.