Software : Revolutionäres Tragwerk-Design-Tool
Stabtragwerke stützen architektonische Meisterleistungen. Ob Calatrava, Foster oder Coop Himmelb(l)au – wer in der Architekturwelt hoch hinaus will, konstruiert damit Dächer, Brücken oder Türme. Doch bisher musste die architektonische Kreativität dabei eingeschränkt werden. Denn es galt, je regelmäßiger das Tragwerk konstruiert wurde, desto stabiler wurde es. Damit ist nun Schluss: Mit der Software "GENTs" können irreguläre Tragwerke entworfen werden, die sich durch hohe Stabilität und Effizienz auszeichnen. In einem FWF-Projekt wurde damit der Grundstein für neuartige Gestaltungsprozesse und -lösungen gelegt.
Durch ihre innovative Kombination ermöglicht die Software "GENTs – Generic Exploration and Navigation Tool for Structures" neue Lösungsansätze im Tragwerksentwurf. "Damit können wir nun auch irreguläre Tragwerke berechnen und entwerfen, ohne an Tragwerkstypen und -schemata gebunden zu sein. Denn GENTs kombiniert einzelne Strukturelemente in zahlreichen Varianten, die wiederum selektiert, mutiert und rekombiniert werden, bis die effektivste Lösung gefunden ist. Dabei wird nur so viel Material eingerechnet, wie für eine stabile Realisierung nötig ist, und so können besonders leichte Tragwerke entstehen", erklärt Projektleiter Klaus Bollinger vom Institut für Architektur an der Universität für Angewandte Kunst Wien. Wichtige Parameter, die das Programm bei seinen Berechnungen berücksichtigt, sind Form, Position und Funktion jedes Elements der Tragwerk-Struktur.
Bisher wurde beim Entwurf von Stabtragwerken nur das Ableiten auftretender Kräfte durch Druck und Zug berücksichtigt. Daraus ergab sich ein konventioneller Kanon verschiedener Fachwerktypologien, die allesamt auf Dreiecken als Grundeinheiten der Konstruktion basierten und denen damit eine hohe Regelmäßigkeit gemein war. Dank GENTs werden nun im Entwurfsprozess auch Biegemomente gemeinsam mit Druck- und Zugbelastungen berücksichtigt. Damit steht nicht mehr die vereinfachende Systematisierung am Anfang des Entwurfs, sondern die durchgehende Simulation der komplexen Zusammenwirkung der einzelnen Stabelemente erlaubt eine Erweiterung der zuvor auf dreieckige Grundeinheiten begrenzten Entwurfsmöglichkeiten. Die Funktionsweise dieser Strukturoptimierung wurde in umfangreichen Testreihen mit bis zu 2,5 Millionen verschiedenen berechneten Strukturen nachgewiesen. GENTs-generierte Tragwerke zeigten dabei die gleiche Tragkraft und Verformung wie traditionelle Tragwerke, obwohl sie mit bis zu 15 % deutlich leichter als ihre altgediente "Konkurrenz" waren.
Die Realisierung eines Entwurfs auf Basis dieser Optimierung lässt sich seit kurzem bereits am Airail Center Frankfurt beobachten. Dort wird auf Grundlage eines GENTs-Entwurfs eine Brücke für eine Mini-Metro gebaut, bei der die rechnerischen Möglichkeiten zur Strukturoptimierung es erlaubten, das Aussehen und die Funktionsweise dynamisch zu gestalten. Die Anmutung des unregelmäßigen, wendigen Entwurfs unterstützt damit beim Durchfahren der Brücke die Bewegung der Bahn. "Dieser Entwurfsprozess", betont Projektmitarbeiter Arne Hofmann, "war ohne die automatisierte Berechnung und Analyse, die GENTs bietet, nicht denkbar".
