Projektbeschreibung
Hintergrund
Architektur ist von zentraler ökologischer, ökonomischer, sozialer und kultureller Bedeutung. In den nächsten 35 Jahren sind neue städtische Bauten für 2,6 Milliarden Menschen zu schaffen. Eine zentrale Zielsetzung des Exzellenzclusters ist die Entwicklung eines übergeordneten „Co-Design“, basierend auf interdisziplinärer Forschung in den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. Das Cluster soll Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur schaffen.
Stand der Technik
Basierend auf den Arbeiten des ersten Teilprojekts im Hinblick auf alternative Performanz-Parameter von Strukturen, wie beispielsweise Imperfektionssensibilität und Baubarkeit werden die erarbeiteten Methoden weiterentwickelt. Mit Hilfe einer interaktiven, agentenbasierten Modellierung- und Simulation-Methode (ABMS) ist es möglich, strukturmechanische Eigenschaften basierend auf der Redundanzmatrix im Rahmen des Tragwerksentwurfs darzustellen und Designern zur Verfügung zu stellen. Dadurch können neben geometrischen Randbedingungen beim Entwurf auch mechanische Eigenschaften berücksichtigt werden.
Projektziele
Ein Teil der Arbeit innerhalb des Forschungsprojekts befasst sich mit der Visualisierung von mechanischen Eigenschaften in frühen Entwurfsphasen, die bei der Tragwerksbeurteilung unterstützen und so den Entwurfsprozess beschleunigen und verbessern sollen. Ein zentraler Aspekt ist hier die Darstellung von Ergebnissen dreidimensionaler Balkenstrukturen.
Zudem soll eine bessere Vorhersage der tatsächlichen Struktur sowie deren Eigenschaften ermöglicht werden, wodurch relevante Parameter der Tragwerksantwort identifiziert werden können. Übergeordnetes Ziel ist die Reduktion der benötigten Teilsicherheitsbeiwerte bei der Bemessung und der damit einhergehenden Materialienkosten von Faser-Verbund-Strukturen.
Projektdaten
Projekttitel:
Computational Co-Design Framework for Fibre Composite Building Systems
(Forschungsprojekt 12-2 im Forschungsnetzwerk 2)
Förderung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Exzellenzcluster EXC 2120 "Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)", GEPRIS-Projektnummer 390831618
Projektpartner:
Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart
Institute for Computational Design and Construction (ICD), Universität Stuttgart
Visualisierungsinstitut (VISUS), Universität Stuttgart
Institut für Textil- und Fasertechnologien (ITFT), Universität Stuttgart
Veröffentlichungen
- Forster, D., & von Scheven, M. (2025). The Redundancy Matrix as a Performance Indicator for Structural Assessment. Journal of Theoretical, Computational and Applied Mechanics. https://doi.org/10.46298/jtcam.13574
- Forster, D., Baker, W. F., & Bischoff, M. (2024). Structural Analysis Using the Redundancy Matrix and Graph Theory. In P. Block, G. Boller, C. DeWolf, J. Pauli, & W. Kaufmann (Eds.), Proceedings of the IASS 2024 Symposium Redefining the Art of Structural Design.
- Forster, D., Paul, S., Bischoff, M., & Sychterz, A. C. (2024). Structural Assessment of Architected Material Using the Redundancy Matrix and Experimental Testing. ASME Journal of Applied Mechanics, 91. https://doi.org/10.1115/1.4065840
- Forster, D., von Scheven, M., & Bischoff, M. (2024). Alternative Beurteilung von Tragwerken mit Hilfe der Redundanzmatrix. In B. Oesterle, A. Bögle, W. Weber, & L. Striefler (Eds.), Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 15, 04. und 05. März 2024, Hamburg (pp. 67–74). https://doi.org/10.15480/882.9247
- Kannenberg, F., Zechmeister, C., Gil Pérez, M., Guo, Y., Yang, X., Forster, D., Hügle, S., Mindermann, P., Abdelaal, M., Balangé, L., Schwieger, V., Weiskopf, D., Gresser, G. T., Middendorf, P., Bischoff, M., Knippers, J., & Menges, A. (2024). Toward reciprocal feedback between computational design, engineering, and fabrication to co-design coreless filament-wound structures. Journal of Computational Design and Engineering, 11, Article 3. https://doi.org/10.1093/jcde/qwae048
- Forster, D., Kannenberg, F., von Scheven, M., Menges, A., & Bischoff, M. (2023). Design and Optimization of Beam and Truss Structures Using Alternative Performance Indicators Based on the Redundancy Matrix. In K. Dörfler, J. Knippers, A. Menges, S. Parascho, H. Pottmann, & T. Wortmann (Eds.), Advances in Architectural Geometry 2023 (pp. 455–466). De Gruyter. https://doi.org/10.1515/9783111162683-034
- Gil Pérez, M., Mindermann, P., Zechmeister, C., Forster, D., Guo, Y., Hügle, S., Kannenberg, F., Balangé, L., Schwieger, V., Middendorf, P., Bischoff, M., Menges, A., Gresser, G. T., & Knippers, J. (2023). Data processing, analysis, and evaluation methods for co-design of coreless filament-wound building systems. Journal of Computational Design and Engineering, 10, Article 4. https://doi.org/10.1093/jcde/qwad064
- Gil Pérez, M., Zechmeister, C., Kannenberg, F., Mindermann, P., Balangé, L., Guo, Y., Hügle, S., Gienger, A., Forster, D., Bischoff, M., Tarín, C., Middendorf, P., Schwieger, V., Gresser, G. T., Menges, A., & Knippers, J. (2022). Computational co-design framework for coreless wound fibre–polymer composite structures. Journal of Computational Design and Engineering, 9, Article 2. https://doi.org/10.1093/jcde/qwab081
- Oesterle, B., Geiger, F., Forster, D., Fröhlich, M., & Bischoff, M. (2022). A study on the approximation power of NURBS and the significance of exact geometry in isogeometric pre-buckling analyses of shells. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 397, Article 115144. https://doi.org/10.1016/j.cma.2022.115144
Bearbeitung
David Forster
M. Sc.Akademischer Mitarbeiter
Nicolai Grünvogel
M. Sc.Akademischer Mitarbeiter

Malte von Scheven
Dr.-Ing.Stellv. Institutsleiter, Akademischer Direktor