Methodische Unterstützung der frühen Phasen der interdisziplinären Planung adaptiver Tragwerke

Abstract

Adaptive Gebäude stellen einen Ansatz dar, um den immensen Material- und Energiebedarf von Gebäuden über den gesamten Lebenszyklus zu reduzieren. Durch die Integration von adaptiven Elementen in die Tragstruktur oder die Gebäudehülle wird das Gebäude befähigt, auf äußere Einflüsse zu reagieren. Am Beispiel adaptiver Tragstrukturen lassen sich durch kleine Verschiebungen in Lastpfaden, die durch geregelte Aktoren erzeugt werden, Spannungsspitzen abbauen und Schwingungen dynamischer Lasten dämpfen, die durch Windlasten, Erdbeben oder variable Nutzlasten hervorgerufen werden. Die Stuttgart SmartShell hat bereits bewiesen, dass diese Bauweise im Vergleich zum konventionellen Bauen erhebliche Ressourcen einsparen kann. Zur weiteren Erforschung wurde an der Universität Stuttgart der Sonderforschungsbereich 1244 "Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen" eingerichtet. Teil des Projekts ist die Planung und Errichtung des ersten adaptiven Hochhauses zur experimentellen Erprobung adaptiver Tragwerke und Fassadenelemente. Die Planung und Entwicklung von adaptiven Elementen erweitert den Planungsprozess von Gebäuden durch zusätzliche Aktivitäten und Anforderungen maßgeblich. Insbesondere resultiert eine bisher nicht gekannte Zusammenarbeit zwischen den Disziplinen Architektur, Bauingenieurwesen und Maschinenbau sowie deren jeweiligen Kompetenzen. Folglich ist ein gemeinsames Vorgehen unter Berücksichtigung der Hauptbestandteile der Planung adaptiver Gebäude und eine methodische Unterstützung komplexer Aktivitäten erforderlich. Als Bestandteil der Forschungsaktivitäten des Sonderforschungsbereichs beschäftigt sich diese Arbeit mit der Frage, wie die interdisziplinäre Planung adaptiver Gebäude strukturiert und mittels Methoden und Prozesse unterstützt werden kann. Der Fokus liegt dabei auf der Unterstützung der Planung von adaptiven Bauwerken. Die Beantwortung erfolgt aus Sicht der methodischen Produktentwicklung mit dem Ziel, das Potenzial eines Transfers von in der Produktentwicklung etablierten Methoden zu evaluieren und zu nutzen. Dazu wird zunächst der im Kontext stehende Stand der Forschung aus Architektur und Produktentwicklung dargestellt. Dieser beinhaltet die Darstellung von Entwicklungs- und Planungsprozessen, Grundlagen der Prozessentwicklung, relevante Methoden sowie den Forschungsstand adaptiver Tragwerkselemente. Anschließend wird das Vorgehen während der Planung des Experimentalhochhauses einschließlich der Entwicklung der darin integrierten adaptiven Stützen und Aussteifungselemente erläutert. Aus der Beschreibung der Herausforderungen, die bei der Planung aus Sicht der Beteiligten aufgetreten sind, werden Anforderungen an den Prozess und die zu entwickelnde methodische Unterstützung abgeleitet. Das Endergebnis ist ein Planungsprozess, der ein schrittweises Vorgehen zur Planung adaptiver Tragwerke beschreibt, Aktivitäten den erforderlichen Disziplinen zuordnet und deren Schnittstellen aufzeigt. In den Prozess wurde ein Methodenbaukasten integriert, der Methoden für verschiedene Aktivitäten vorschlägt. Diese entwickelten bzw. transferierten Methoden wurden bereits im Zusammenhang der Planung des Experimentalhochhauses erprobt bzw. aufgrund des ermittelten Bedarfs für zukünftige Anwendung des Prozesses aufgenommen. Der Prozess ist in verschiedene Phasen unterteilt. Der Fokus der Unterstützung liegt auf den frühen Phasen, da in diesem Stadium die wesentlichen konzeptionellen Entscheidungen für das zu realisierende adaptive System getroffen werden und somit die Bestandteile der späteren Planungsphasen prägen. Die erarbeitete methodische Unterstützung wird im Rahmen der Arbeit evaluiert. Dazu wurden die Ergebnisse Planungsbeteiligten des Experimentalhochhauses vorgestellt und diese hinsichtlich des Unterstützungspotenzials für zukünftige Anwendungen befragt. Die teilweise disziplinspezifischen Rückmeldungen bestätigen die Unterstützung durch die Ergebnisse.