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Dieser Erläuterungsbericht liefert Hintergrundinformationen zur Masterthesis „AR[T]_KADE - documenta center of information and communication“. Die Aufgabenstellung ergibt sich aus der Bearbeitung des von der Universität Kassel ausgelobten studentischen Wettbewerbes „documenta center of information and communication“. Aus der Bearbeitung des Wettbewerbes folgend entsteht ein flexibles, modulares Pavillonsystem, das attraktive Verwendungmöglichkeiten für große und kleine Veranstaltungen auch abseits der documenta bietet. Dieses System wird dimensioniert und mit besonderem Augenmerk auf Materialeffizienz, Nachhaltigkeit und Gewichtseinsparung optimiert. In Rücksprache mit Herstellern werden die entwickelten Lösungen in ihrer Machbarkeit verifiziert. Darüber hinaus werden interdisziplinäre Entwurfsmethoden untersucht und angewandt. Der Erläuterungsbericht gliedert sich in zwei Abschnitte. Der erste beschreibt die architektonische Seite des Entwurfes und bietet Hintergrundinformationen zur städtebaulichen Ausrichtung, der funktionalen Anordnung und der konstruktiven Ausarbeitung. Im zweiten Abschnitt wird das Vorgehen zur Erstellung eines statischen Modells, der Formfindung, der Bemessung und dem Zuschnitt erläutert und die Entwicklung des integrierten digitalen Modells näher dargestellt, mit dem diese innovative, interdisziplinäre Entwurfsmethode erst ermöglicht wird.
Die vorliegende Arbeit fokussiert die Optimierung freigeformter adaptiver Faserverbundflächentragwerke auf Basis einer entwickelten und auf einem parametrischen Gesamtmodell basierenden Entwurfsmethode. Die Übertragung adaptiver, natürlich inspirierter Vorgänge stellt eine weitreichende Inspirationsquelle dar. Adaptive Tragwerke können unter Anwendung von Smart Materials als materialsparende, filigrane Tragwerke ausgeführt werden. Die Erfüllung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit wird nicht allein über die Querschnittsabmessungen sichergestellt. Die notwendige Bauteilsteifigkeit kann vielmehr durch Eintragung von Aktivierungsenergie (Operational Energy) realisiert werden. Auf diese Weise kann die aufgrund der Bauteilabmessungen gebundene Energie (Embodied Energy) minimiert werden. Die entwickelte Entwurfsmethode ermöglicht die Auslegung und Optimierung materialminimierter Schalentragwerke in einem mehrstufigen Prozess. Hierbei wird aus tragwerksplanerischer Sicht die numerische Formfindung, die statische Berechnung und die Aktor- und Sensorpositionierung berechnet. Zudem werden Analysen hinsichtlich der Nachhaltigkeit auf Basis einer Lebenszyklusanalyse durchgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen, sich aber gegenseitig beeinflussenden Kriterien, ist eine Optimierung durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Definition zulässiger Ökobilanzkennwerte von Smart Materials auf Basis der Energiedifferenz zwischen einer passiven und einer adaptiven Struktur vorgestellt. Anhand dieser Kennwerte kann die Entwicklung zukünftiger Smart Materials unter dem Aspekt der ganzheitlichen Nachhaltigkeit erfolgen. Die Allgemeingültigkeit und Übertragbarkeit der Entwurfsmethode auf weitere Tragsysteme im Bauwesen und speziell anderer Materialkonstellationen wird anhand verschiedener Beispiele aufgezeigt.