Fragestellung und Inhalte
Mit einem interdisziplinären Team aus Bauingenieuren, ArchitektInnen und Mathematikern wurde eine neue Formfindungs- und Optimierungsmethodik für Gitterschalen aus hochelastischen Materialien (CFK, GFK, NFK* und Holz) entwickelt. Gearbeitet wurde mit Stäben, die durch einen elastischen Biegeprozess in eine bestimmte Geometrie gebracht werden können. Die hochelastischen Werkstoffe erlauben die Ausnutzung eines schnellen und kosteneffizienten Montageprinzips. Die Formgebung von geraden hochelastischen Stäben durch Vorbiegen ist ein bewährtes Prinzip der traditionellen Architektur für kleinere und mittlere Dach- und Hallenkonstruktionen. Seine Einsatzmöglichkeiten bei großer Spannweiten auf der Grundlage moderner Berechnungs- und Analysemethoden wurde z.B. durch den Bau der Multihalle Mannheim oder das Weald and Downland Museum, Chichester (GB) eindrucksvoll unter Beweis gestellt.
* kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, naturfaserverstärkte Kunststoffe
Nutzen und Zielgruppe
Während des Montageprozesses wird das Gitterwerk durch Biegenspannungen relativ hoch beansprucht. Deshalb sollte die zu entwickelnde Methode durch eine numerische Optimierung die Krümmung und damit die Biegespannungen der Stabprofile verringern und gleichzeitig die Spannungen und Verformungen durch
weitere äußere Belastungen reduzieren. Neben der Optimierung der Geometrie leistete die Methode auch eine Strukturanalyse von verschiedenen Gittertypologien. Das Wissen darüber hilft, die Materialien effizient einzusetzen.
Im Rahmen des Projekts entstanden mehrere Veröffentlichungen, u.a. das Paper »On the Materiality and Structural Behaviour of Highly-Elastic Gridshell Structures«, das im Sammelband Computational Design Modeling (2011) veröffentlicht wurde.
Veröffentlichungen
E. Lafuente Hernández, C. Gengnagel, S. Sechelmann, T. Rörig (2011): »On the Materiality and Structural Behaviour of Highly-elastic Gridshell Structures,« in: Computational Design Modeling: Proceedings of the Design Modeling Symposium Berlin 2011, pp. 123–135. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.
E. Lafuente Hernández, S. Sechelmann, T. Rörig, C. Gengnagel (2013): »Topology Optimisation of Regular and Irregular Elastic Gridshells by Means of a Non-linear Variational Method,« in: Proceedings of the Advances in Architectural Geometry 2012, L. Hesselgren, S. Sharma, J. Wallner, N. Baldassini, P. Bompas, J. Raynaud (eds.). Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.
E. Lafuente Hernández, O. Baverel, C. Gengnagel (2013): »On the Design and Construction of Elastic Gridshells with Irregular Meshes,« Special Issue of International Journal of Space Structures (IJSS).
Unterstützung durch die Hybrid Plattform
Die Hybrid Plattform vermittelte die Kontakte und führte die Projektpartner zusammen.