Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gebäude kommen in Bewegung - Architekten schauen sich bei Pflanzen und Tieren aktive Konstruktionen ab

31.10.2008
Die Bionik, die sich als interdisziplinäre Wissenschaft Konstruktionsprinzipien der Natur für die Technik zunutze macht, gewinnt derzeit auch in der Architektur immer mehr an Bedeutung. Der Architekt Prof. Stefan Schäfer vom Institut für Massivbau an der TU Darmstadt ist einer der führenden Forscher in diesem neuen Fachgebiet.

Das "Vogelnest", das Stadion der Olympischen Spiele in Peking in diesem Sommer, hat seinen Spitznamen von der verwobenen Stahlkonstruktion. Dass sich Architekten von natürlichen Formen inspirieren lassen, ist nichts Neues.

Neu ist aber, dass sie sich gemeinsam mit Naturwissenschaftlern daran machen, ihre Bauwerke auf technisch innovative Weise natürlichen Konstrukten wie Schmetterlingsflügeln oder auch Blattstrukturen nachzubauen.

"Die Baubionik ist eine moderne Entwicklung in der Architektur, die in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erfahren hat. In Deutschland steckt sie mittlerweile schon nicht mehr in den Kinderschuhen", konstatiert Prof. Stefan Schäfer von der TU Darmstadt, einer der führenden Forscher in diesem neuen Fachgebiet. "Allerdings hinkt die Genehmigung innovativer bionischer Bauten der Forschung meist weit hinterher."

Nachhaltigkeit gewinnt an Bedeutung

Bionik ist eine Wortkreation aus "Biologie" und "Technik". Die interdisziplinäre Wissenschaft macht sich die im Zuge der Evolution über Jahrtausende optimierten Konstrukte der Natur zunutze. So war einem der Pioniere der Bionik, dem Ingenieur George de Mestral, aufgefallen, dass sich beim Spazierengehen im Fell seines Hundes regelmäßig Kletten verhakten. Er setzte die für Kletten typischen Häkchen zusammen mit passenden Schlaufen technisch um und lieferte damit das Patent für den Klettverschluss.

Im Bauwesen hat die Bionik beispielsweise die Fassadentechnik beeinflusst. Sie macht sich einen Effekt zunutze, der der Lotusblüte abgeschaut ist. Deren raue Oberfläche ist von einer Schicht feinster, dicht stehender Härchen überzogen, die die Blüte vor Schmutz schützt. Wassertropfen perlen rasch von den Blütenblättern ab und reißen dabei Schmutzpartikel mit. An Gebäudefassaden, Dächern, Glasflächen und auch an Zeltkonstruktionen sind solche sich selbst reinigenden Oberflächen keine Seltenheit mehr. Da sie in der Herstellung teurer sind, gehören sie in der Baubranche aber noch nicht zum Standard.

Doch das wird sich ändern, ist sich Schäfer sicher. "Der Gedanke der Nachhaltigkeit gewinnt immer mehr an Bedeutung und damit auch die Einbeziehung der Kosten, die ein Gebäude im Laufe seines gesamten Lebenszyklus verursacht", konkretisiert der Darmstädter Architekt. "Und da bionische Oberflächen deutlich seltener gereinigt und gepflegt werden müssen, amortisieren sich die Kosten schon nach kurzer Zeit. In den nächsten Jahren wird sich diese Einsicht zunehmend verbreiten."

Meister des Leichtbaus

Aber nicht nur Tricks in Sachen Sauberkeit kann sich die Baubranche von der Natur abgucken. Tiere und Pflanzen haben auch extreme 'Leichtbauten' von geradezu unglaublicher Stabilität hervorgebracht. Leichtbau gewinnt mit den knapper werdenden Energieressourcen immer mehr an Bedeutung. In der Natur ist der Leichtbau weit verbreitet, Tragwerke wie Pflanzenstiele oder auch lnsektenflügel benötigen ein Minimum an Material bei optimiertem Kraftverlauf.

"Die Natur hat über Jahrtausende Erfahrungen in energiesparenden, beweglichen Konstruktionen und im Leichtbau gesammelt. Ingenieure können sich diesen evolutionären Prozess zunutze machen", ist Schäfer überzeugt. Die Prinzipien des Leichtbaus hat unter anderem die aus Südamerika stammende Riesen-Seerose Victoria amazonica perfektioniert. Ihre Blätter können Gewichte von bis zu 60 kg tragen. "Die Verzweigungsstrukturen dieser Blätter sind ein sehr gutes Beispiel dafür, wie Versteifungsmaterialien nur dort eingesetzt werden, wo sie zwingend notwendig sind", begeistert sich der Architekt.

Bäume dagegen haben mit ihren V-förmigen Astgabeln ein System entwickelt, das maximale Traglast bei bestmöglicher Abtragung von Spannungen garantiert, wie sie bei Wind verstärkt auf den Baum einwirken. Bei Gebäuden sind es solche wiederholten Spannungsspitzen, die längerfristig zu Rissen und Brüchen führen. Baumförmige, dem Kraftverlauf folgende Stützen können maximale Spannungen und damit auch den Materialverschleiß deutlich reduzieren. Das wiederum ermöglicht Architekten, etwa den Überbau von Brücken schlanker auszuführen. Das ist nicht nur ästhetischer, sondern spart auch Material, Energie und Baukosten.

Intelligente Bauwerke reagieren auf die Umwelt

Die meisten Bauwerke sind heutzutage meist statisch und passiv, das heißt, sie können ihr Tragverhalten nicht situationsabhängig ändern. Fernziel der Baubioniker sind jedoch intelligente, aktive Tragwerke, die Umwelteinflüssen und Belastungen Rechnung tragen können. "Heutige Brücken zum Beispiel sind auf permanente Maximallast ausgelegt, wodurch das Material relativ schnell verschleißt", erläutert Schäfer. "Intelligente Brücken dagegen könnten sich der jeweiligen Situation anpassen. Sie verstärken ihren Versteifungszustand nur bei Belastung, also wenn zum Beispiel ein Zug darüber fährt", blickt Schäfer in die Zukunft. "In Phasen minimaler Beanspruchung 'entspannen' sie."

So könnten seilgestützte Brücken die Länge ihrer Trageseile mit Hilfe computergesteuerter Pressen automatisch den jeweiligen Kräften anpassen. Durch den sinkenden Materialverschleiß wäre es im Umkehrschluss auch möglich, leistungsfähigere Bauwerke wie etwa Brücken mit größeren Spannweiten zu errichten.

Tatsächlich existieren bereits einige aktive, wandelbare Bauten, wie beispielsweise bewegliche Fußgängerbrücken in Duisburg und Kiel, oder auch bewegliche Dächer von Stadien und Sporthallen. "Doch damit sich die Baubionik etablieren kann und man nicht in den Zulässigkeitskriterien der Genehmigungsverfahren gefangen bleibt, müssen auch politische Anstrengungen unternommen werden", fordert Schäfer. "Das wäre auch eine besondere Chance für die deutsche Baubranche, sich im internationalen Konkurrenzkampf zu profilieren."

Fachansprechpartner:
Prof. Stefan Schäfer, Institut für Massivbau, TU Darmstadt, Tel. 06151/16-7031, sts@massivbau.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen
23.03.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Neues Mehrfamilienhaus-Konzept vom Ökohaus-Pionier
21.03.2017 | Bau-Fritz GmbH & Co. KG, seit 1896

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen