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Extrem leichte Holzschale als stabiles Dach über dem Kopf

Stuttgarter Forscher bauen hydraulisch bewegte Tragwerke für ressourcenschonendes Bauen
Stuttgart, 08.05.2012 | 

Maximal belastbar bei minimalem Materialeinsatz - so sollten die tragenden Teile von Bauwerken sein. Diesem Ziel sind Forscher der Universität Stuttgart jetzt ein großes Stück näher gekommen: Sie haben eine Holzschale konstruiert, die viel dünner ist als alles, was bisher für möglich gehalten wurde. Die Schale überspannt bei nur vier Zentimeter Dicke eine Fläche von mehr als 100 Quadratmetern. Möglich wird die extreme Schlankheit der Schale durch den Einsatz eines sich aktiv anpassenden Tragwerks. Die Konstruktion steht auf dem Campus Vaihingen der Universität Stuttgart.

Bislang werden Bauwerke immer für eine ganz bestimmte maximale Beanspruchung ausgelegt, die in der Regel aber nur sehr selten und dann auch nur für kurze Zeit auftritt. Ein großer Teil der eingesetzten Baumaterialien dient somit extrem seltenen Spitzenbelastungen und wird faktisch nur wenig genutzt. Ziel der Stuttgarter Forscher war es, durch hydraulische Antriebe das Tragwerk aktiv zu beeinflussen und so drastisch Material zu sparen.

Die Schale aus Holz ist auf vier Punkten gelagert. Drei dieser Auflagerpunkte können durch Hydraulikzylinder individuell bewegt werden. Die gezielten Bewegungen der Auflagerpunkte gleichen die durch Wind, Schnee und andere Lasten hervorgerufenen Verformungen und Materialbeanspruchungen der Holzschale aus. Sensoren erfassen den Belastungszustand des Materials an zahlreichen Punkten. Dank der speziell entwickelten Steuerung kann das Tragwerk innerhalb von Millisekunden auf eine Belastungsänderung reagieren.

Aktive Schwingungsdämpfung und die Anpassung an wechselnde Lasten wie bei dem Stuttgarter Demonstrationsprojekt können in vielen Bereichen des Bauwesens angewendet werden, zum Beispiel bei Stadiendächern, bei Hochhäusern, bei weit gespannten Fassadenkonstruktionen oder bei Brücken. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts ermöglichen somit eine völlig neue Bauweise, die Ressourcen schont und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit tragender Konstruktionen deutlich erhöht.

Realisiert wurde das anpassungsfähige Bauwerk vom Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) und dem Institut für Systemdynamik (ISYS) der Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit der Firma Bosch Rexroth. Das ILEK ist ein Pionier in der Erforschung anpassungsfähiger Systeme im Bauwesen, mit dem "Stuttgarter Träger" wurde bereits vor mehreren Jahren ein erster Prototyp in kleinem Maßstab geschaffen. Die Kernkompetenz des ISYS liegt in der Analyse dynamischer Systeme und deren gezielter Beeinflussung. Bosch Rexroth ist einer der weltweit führenden Spezialisten für Antriebs- und Steuerungstechnologien.

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