Adaptive Strukturen

Adaptive Strukturen gehören bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten zu den Forschungsinhalten des ILEK. Durch zahlreiche international wirksame Projekte wie beispielsweise dem sog. Stuttgarter Träger aus dem Jahr 2001 oder die Stuttgart SmartShell aus dem Jahr 2014 bis hin zum Sonderforschungsbereich 1244 „Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen“ zählt das ILEK zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen für adaptives Bauen.

Eine wachsende Weltbevölkerung und ein damit einhergehender steigender Ressourcenverbrauch führen dazu, dass sich das Bauwesen, welches einer der Hauptverbraucher von Ressourcen ist, seiner gesamtgesellschaftlichen Verantwortung nicht länger entziehen kann.

Adaptivität kann im Bauwesen bei der Bewältigung dieser Herausforderung eine Schlüsselstelle einnehmen. Bei dieser Technologie werden die Grenzen des Leichtbaus deutlich überschritten, denn durch den Einsatz von adaptiven Elementen können Bauteile mit bis zu 70 % weniger Material gebaut werden, als es bei einem passiven Bauteil der Fall wäre. Ermöglicht wird dies durch ein intelligentes Zusammenspiel von Aktorik, Sensorik und Kontrolleinheiten, wodurch adaptive Bauwerke aktiv auf äußere Einwirkungen reagieren können. Seltenen und extrem hohen Lasten können durch diese Technologie entgegengewirkt werden und somit kann auf zusätzliches Material bzw. Baumasse, die zur Bewältigung dieser Lasten im passiven Fall notwendig wäre verzichtet werden.

Forschungsgegenstand am ILEK sind z.B. adaptive Tragwerke in Hochhausstrukturen, adaptive Schalen oder adaptive Deckenelemente. Diese Themen werden im Zuge des SFB 1244 und in fachübergreifender Zusammenarbeit mit anderen Instituten untersucht. Wie und in welcher Anzahl und Ausführung die unterschiedlichen Aktoren in die Tragstrukturen integriert werden, ist dabei ein wichtiger Forschungsaspekt. Während bei Stabtragwerken vorrangig Linearaktoren eingesetzt werden, die entweder in Serie oder parallel zum Tragwerk verlaufen, können beispielsweise auch hydraulisch aktivierte Volumenkörper in Betonbauteile implementiert werden und so ungewünschte Verformungen, Spannungen und Schwingungen reduzieren. Die Forschung erfolgt sowohl mit numerischen Simulationen, als auch mit Experimenten. Funktionsmuster und Demonstratoren werden in unterschiedlichsten Maßstäben gebaut und getestet. Vom Labormaßstab bis hin zum Maßstab 1:1 verifizieren sie die theoretischen Forschungsergebnisse und liefern den Nachweis der Ressourceneinsparung.

Seit Januar 2017 gehen vierzehn Institute der Universität Stuttgart in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit der Frage nach, wie angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und schrumpfender Ressourcen künftig mehr Wohnraum mit weniger Material geschaffen werden kann. Ziel des SFB 1244 ist es, für das Bauwesen Antworten auf die drängenden ökologischen und sozialen Fragen unserer Zeit zu finden. Die Integration von adaptiven Elementen in tragende Strukturen, Hüllsysteme und Innenausbauten wird hierfür als ein wichtiger Ansatz erachtet. Der SFB 1244 erforscht die Grundlagen, das Potential und die Auswirkungen dieses Ansatzes. Die Konzepte werden an einem adaptiven Demonstrator-Hochhaus getestet.