PROFESSUR FÜR TRAGWERKSENTWURF
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Diskrete Analyse als Entwurfswerkzeug
T. Kohlhammer
2009 - 2013


Reciprocal Frame Systems

Für die zeitgenössische Architektur stellt der Einsatz stabförmig aufgelöster Gitterstrukturen ein grosses Potential dar. Diese bieten, aufgrund der vielfältigen geometrischen Möglichkeiten, ein reichhaltiges morphologisches Spektrum. Auch ökonomisch und konstruktiv sind klare Vorteile erkennbar, da sich oft gleiche Elemente und Verbindungen wiederholen und diese einfach montier- und transportierbar sind. Der Schritt, die Gitterstruktur nicht nur formgebend sondern auch tragend einzusetzen, liegt nahe. Ist ein derartiges Flächentragwerk jedoch nicht nach den Kriterien eines einfachen inneren Kräfteverlaufs geformt, so ist es statisch schwer zu erfassen, da es hochgradig statisch überbestimmt und jenseits einer bekannten Typologie ist. Mit der Diskreten Analyse soll eine Methode zur Erfassung der inneren Kräfte und des systemischen Verhaltens derartiger Strukturen entwickelt werden.

Das strukturelle System der stabförmigen Flächentragwerke besteht aus den Komponenten Stab als tragendes Element und Verbindungsknoten als Interaktionspunkt der Kräfte zwischen den Stäben. Die Methode basiert auf der Betrachtung dieser Komponenten als statische Subsysteme. Aus den einfach zu erfassenden inneren Kräfteverläufen der Stabelemente und der systemischen Interaktion in den Verbindungsknoten, werden die inneren Kräfte der Gesamtstruktur entwickelt. Dies geschieht in einem iterativen Betrachtungsprozess der Interaktion der Gesamtheit aller Elemente der Struktur.

Das für Form und Tragverhalten wichtigste Element in diskreten Systemen ist der Verbindungsknoten der Elemente, da seine Möglichkeiten der Kraftübertragung über die Fähigkeiten des Tragwerks entscheiden. In der Methode der Diskreten Analyse kann der Kraftübertragungmechanismus des Verbindungsknotens gezielt eingestellt werden. Damit soll in der Forschungsarbeit der Einfluss der Verbindung auf die inneren Kräfte und das Formenpotential der Gesamtstruktur untersucht, und mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen konstruktive Knotenlösungen entwickelt werden.

Im Gegensatz zu existierenden Methoden liefert die Diskrete Analyse nicht das Beanspruchungsbild welches lediglich für den Ingenieur aussagekräftig ist, sondern den Verlauf der inneren Kräfte. Dieser stellt unmittelbar den Bezug zur Strukturform her, und ist für Architekt und Ingenieur dienend. Dadurch ist die Methode zum Einsatz im Entwurf geeignet, als Grundlage zum interdisziplinären Diskurs bei der Entwicklung von Tragwerksformen jenseits bekannter Typologien, die sowohl architektonisch als auch konstruktiv zufriedenstellend sind.

Last modified 30.10.2015