Sonderforschungsbereich 1244 - Forschung für die Umwelt von morgen

Das Bauen für die Zukunft rückt näher

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Einrichtung des Sonderforschungsbereichs 1244 Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen im November 2016 offiziell bewilligt.

In den kommenden Jahren werden fünfzehn Institute der Universität Stuttgart, darunter das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit der Frage nachgehen, wie angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und schrumpfender Ressourcen künftig mehr Wohnraum mit weniger Material geschaffen werden kann. In den ersten vier Jahren steht der Leiter des ILEK, Herr Prof. Werner Sobek, dem Sonderforschungsbereich als Sprecher vor.


copyright: ILEK,Stuttgart

Oberstes 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.

Durch die Entwicklung neuartiger Adaptivitätskonzepte für alle Bereiche der gebauten Umwelt steht der SFB 1244 für eine nachhaltige Architektur, die Verantwortung für ökonomische, ökologische und soziokulturelle Fragestellungen übernimmt. Grundlage für dieses Ziel ist die gemeinsame Überzeugung aller teilnehmenden Partner, dass Material- und Energieverbrauch im Bauprozess in naher Zukunft extrem reduziert werden müssen – bei gleichzeitiger Steigerung des Nutzerkomforts.

Die Architektur übernimmt Verantwortung in ökologischen Fragen

Das Bauschaffen steht weltweit für ca. 60 % des Ressourcenverbrauchs, ca. 50 % des Massenmüllaufkommens sowie für jeweils ca. 35 % des Energieverbrauchs und der Emissionen. Die Einsparung von endlichen Ressourcen, die Vermeidung von Müll sowie die Drosselung des Energiebedarfs müssen somit bei allen Überlegungen zur Organisation und Gestaltung unserer Umwelt bereits heute dominierende Faktoren sein.

Die bisherigen Ansätze ökologischen Bauens zielen auf die Reduktion des Energieverbrauchs ab, der zum Betrieb eines Gebäudes benötigt wird. Dabei wird beispielsweise für das Dämmen ein vermehrter Einsatz von Baustoffen (und somit die verstärkte Ausbeutung endlicher Ressourcen) in Kauf genommen. Diese Herangehensweise kollidiert jedoch mit der aufgrund der Bevölkerungsexplosion und der Erderwärmung zu stellenden Forderung nach einer dramatischen Reduktion des Material- und Energieverbrauchs einerseits sowie der Vermeidung von Abfall und Emissionen andererseits. Ein Bauen für morgen bedarf deshalb grundlegend neuer Ansätze.

Zu diesem Zweck erforscht der SFB 1244 die Integration von adaptiven Elementen in tragende Strukturen, Hüllsysteme und Innenausbauten. Unter Adaptivität wird hierbei die gezielte Veränderbarkeit und damit die Anpassbarkeit der Geometrie, der Material- und Bauteileigenschaften sowie die daraus entstehende Gesamtreagibilität eines Gebäudes verstanden.

Die Integration adaptiver Elemente in ein Gebäude erfolgt mit dem Ziel einer signifikanten Einsparung von Material und Energie sowie einer signifikanten Verbesserung der bauphysikalischen Qualitäten und der damit zusammenhängenden Aufenthaltsqualität für den Nutzer.

Der Nutzer steht im Mittelpunkt eines architektonischen Environments

Neben den statisch-konstruktiven und den bauphysikalisch relevanten Auswirkungen und Chancen eröffnet die Integration von adaptiven Elementen in tragende Strukturen, Hüllsysteme und Innenausbauten einen erweiterten Entwurfs- und Gestaltungsspielraum für die Architektur selbst. Adaptive Gebäude sind nicht mehr wie herkömmliche Gebäude ein in sich abgeschlossenes und fertiges Produkt. Auch ist der Nutzer von adaptiven Gebäuden nicht mehr nur passiver Nutzer eines Produktes, sondern vielmehr Gestalter im Sinne eines aktiv die Gebäudequalität bestimmenden Menschen. Die durch die Integration von adaptiven Elementen entstehenden architektonisch offenen und reaktiven Situationen eröffnen damit den Übergang vom bisher gekannten Gebäude hin zum architektonischen Environment. Der SFB 1244 wird die daraus entstehende fundamentale Erweiterung des architektonischen Schaffens erstmals systematisch und auf interdisziplinärer Ebene ausloten und erforschen.

Interdisziplinäres Forschen zu drängenden Themenkomplexen

Der SFB 1244 wird Planungsinhalte und -methoden aus dem Maschinenbau, der Architektur, dem Flugzeugbau und dem Bauingenieurwesen analysieren und weiterentwickeln sowie die übergeordneten Prozessstrukturen zusammenführen. Er wird damit Prozesse für die Integration und Planung adaptiver Systeme im Bauwesen erarbeiten.

Bei der Erforschung adaptiver Tragstrukturen stehen Fragestellungen der Statik und Dynamik im Vordergrund. Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei die Forschungen zu Entwurfs- bzw. Formfindungsmethoden unter Einbeziehung von Sensorik und Aktorik sowie die Integration neu zu formulierender Sicherheitskonzepte. Ergänzt werden diese Arbeiten durch Untersuchungen auf Bauteilebene und zur systemtheoretischen Handhabung sowie durch die Erforschung fluidischer integrierter Aktorsysteme. Im Bereich der Hüllsysteme und Innenausbauten werden vor allem adaptive akustische, gebäudeklimatische und lichttechnische Eigenschaften untersucht.

Zur Bearbeitung dieser Themen ist ein enges Zusammenwirken aller Projektpartner unabdingbar, sodass es von großem Vorteil ist, dass der SFB 1244 auf der Kompetenz und den bisherigen erfolgreichen Kooperationen der beteiligten Forscherinnen und Forscher in den Bereichen Leichtbau, Komponentenentwicklung, Systemdynamik, Planungstheorie, visuelle Analyse und Gestaltung aufbauen kann.

Wichtige Rolle des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren im SFB 1244

Seit Jahren erforscht das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), wie mit Hilfe adaptiver Elemente eine signifikante Materialeinsparung bei der Errichtung und dem Betrieb von Bauwerken erfolgen kann. Auf dem Weg zu einer anpassungsfähigen Architektur stellt die am ILEK entwickelte Stuttgart SmartShell einen ersten Höhepunkt dar. Die Stuttgart SmartShell ist das erste adaptive Schalentragwerk der Welt. Die nur 4 cm dicke, mehr als 10 m weit spannende Schale aus Holz wäre viel zu dünn, um Extrembelastungen aus Schnee oder Wind aufzunehmen – würde sie nicht im Bedarfsfall durch eine aktive, gezielte Verschiebung von drei ihrer vier Auflagerpunkte immer wieder so verformt werden, dass Spannungen und Verformungen reduziert und Schwingungen gedämpft werden. Dieses Projekt ist ein eindrucksvoller Beleg für die Notwendigkeit der interdisziplinären Zusammenarbeit, denn nur gemeinsam mit dem Institut für Systemdynamik (ISYS) war es möglich, die wissenschaftlichen Grundlagen zu erarbeiten, die Schale zu entwerfen, zu berechnen, zu bauen und zu betreiben.

Dank der aus den vorhergehenden Forschungsprojekten gewonnenen Erkenntnisse waren das ISYS und das ILEK federführend bei der Antragsstellung des Sonderforschungsbereichs.

Innerhalb des SFB 1244 übernimmt das ILEK Aufgaben in folgenden Bereichen:

  • Entwicklung von Planungs-, Entwurfs-, und Konstruktionsmethoden für adaptive Bauwerke in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
  • Formfindung, Strukturoptimierung und Systemoptimierung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Baustatik und Baudynamik
  • Bautechnische Integration von aktiven Elementen in die Gebäudestruktur in Zusammenarbeit mit dem Institut für Systemdynamik
  • Entwicklung integrierter Fluidaktoren in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
  • Herstellen von Funktionsmuster und Demonstrator in Zusammenarbeit mit dem Institut für Systemdynamik
  • Öffentlichkeitsarbeit im Wechsel mit dem Institut für Systemdynamik
  • Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs in Zusammenarbeit mit dem Institut für Systemdynamik

Weitere Informationen zum SFB werden in Kürze auf der Homepage des SFB 1244 erscheinen. Zugehörige Stellenausschreibungen befinden sich jetzt schon auf den jeweiligen Internetpräsenzen der Institute sowie im Stellenwerk der Universität Stuttgart.

Kontakt

Sprecher:
o. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek

Geschäftsführer:
Dr.-Ing. Walter Haase

Beteiligte universitäre Einrichtungen:

  • Institut für Baustatik und Baudynamik (IBB), Universität Stuttgart
  • Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD), Universität Stuttgart
  • Institut für Flugzeugbau (IFB), Universität Stuttgart
  • Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF), Universität Stuttgart
  • Institut Grundlagen moderner Architektur und Entwerfen (IGMA), Universität Stuttgart
  • Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD), Universität Stuttgart
  • Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), Universität Stuttgart
  • Institut für Maschinenelemente (IMA), Universität Stuttgart
  • Lehrstuhl für Makromolekulare Stoffe und Faserchemie, Institut für Polymerchemie (IPOC), Universität Stuttgart
  • Institut für Systemdynamik (ISYS), Universität Stuttgart
  • Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM), Universität Stuttgart
  • Institut für Technische Optik (ITO), Universität Stuttgart
  • Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme (VIS), Universität Stuttgart
  • Lehrstuhl für Bauphysik (LBP), Universität Stuttgart
  • Visualisierungsinstitut (VISUS), Universität Stuttgart

Außeruniversitäre Einrichtungen:

  • Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP)

 

 

 
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