Der digitale Baukasten – Simulationsbasierte Modelle und Methoden für den Entwurf modularer Tragsysteme aus Beton, 2. Phase

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kai-Uwe Bletzinger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423935790

In der ersten Antragsphase wurde ein durchgängig digitales Modell geschaffen, der digitale Baukasten, welches ermöglicht, essentielle Fragen in der tragwerksplanerischen Planung von Modulbauweise klären zu können. Dies umfasst die komplette Entwurfskette vom ersten Vorentwurf über Detailierung, statisch-mechanische Simulation und Auslegung bis zur statisch korrekten Begleitung des Montagevorganges und des Baufortschrittes. Eine wesentliche Besonderheit dabei ist die Verwendung und Weiterentwicklung parametrischer Methoden für interaktives, CAD-gestütztes Entwerfen, Sensitivitätsanalyse und Optimierung. Als technologische Grundlage dient hierbei die isogeometrische Analyse und deren konsequenten Weiterentwicklungen.In der weiteren Projektphase werden methodische Detailfragestellungen im Baukastensystem adressiert, um konkrete Problemstellungen zu lösen. Darunter zählt die Weiterentwicklung und Einbindung von kinematischen- und Kopplungsformulierungen um Tragwerkdetails zutreffend und effizient modellieren zu können, so dass das gesamte strukturelle System abgebildet werden kann. Des Weiteren wird ein Schwerpunkt die Erweiterung der 3D-Volumen-basierten isogeometrischen Analyse sein, um geometrisch komplexe Bauteile bemessen zu können. Diese numerischen Grundlagen sollen genutzt werden, um eine effiziente Nutzung der modularen Strukturen zu ermöglichen. Dazu werden Methoden entwickelt, welche die Optimierung der Module für strukturelle Effizienz und reduzierten Materialverbrauch ermöglichen. Des Weiteren gilt es, gezielte Anpassungen der jeweiligen Modulgrenzen auf gegebenen Tragwerken umzusetzen. Finalerweise soll die Ermittlung der Bauteilredundanz ein weiterer Forschungskern darstellen. Eine möglichst gleiche Verteilung der Redundanz würde einen gleichen Anteil am Lastabtrag bedeuten. Anders herum kann aus dieser Information auf die Folgen eines Ausfalls eines Moduls auf Resttragfähigkeit des Systems geschlossen werden. Aufgrund des Wissens über die Wichtigkeit einzelner Bauteile, können Toleranzen für die Auslegung definiert werden oder Inspektionsintervalle festgelegt werden.Software Entwicklungen werden koinzident veröffentlicht und als Open-Source bereitgestellt (Cocodrilo und Kratos Multiphysics). Die sehr gute Zusammenarbeit mit den anderen SPP Partner werden in der nächsten Phase fortgesetzt. Die Demonstratoren der Projektpartner, insbesondere der Gruppen von Prof. Menges und Prof. Sobek, werden genutzt, um unsere Methoden zu erweitern und in einem durchgängigen Modell darzustellen. Zusätzlich wird das Benchmark Hochbau genutzt um unsere Forschung zu konsolidieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2187: Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden - Präzisionsschnellbau der Zukunft