Bauwerke im „numerischen“ Windkanal

Auch Brücken und Betonbauwerke wiegen sich im Sturm und müssen großen Belastungen standhalten. Eine vom BMBF geförderte Software-Plattform erleichtert Architekten und Tragwerksplaner die Simulation von Windböen und ihren Auswirkungen auf Gebäude.

Windkanalhalle der Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH. © Michael Buselmeier

Durch den Einsatz effizienter Tragstrukturen und hochfester Materialien werden moderne Bauwerke besonders schlank und mit geringem Eigengewicht entworfen und gebaut. Hierdurch sinken Baukosten und der verfügbare Innenraum steigt. Gleichzeitig wird das Bauwerk jedoch anfälliger gegenüber starkem Wind, was unter Umständen die Standsicherheit gefährden kann.

Das Verhalten von Bauwerken – wie beispielsweise Brücken und Hochhäusern – unter Windbeanspruchung ist daher ein wesentliches Entscheidungs‐ und Entwurfskriterium im Rahmen des Gebäudeentwurfs. Die in den entsprechenden Normen vorgegebenen Lastmodelle führen in vielen Fällen zu sehr konservativen und unwirtschaftlichen Tragwerksentwürfen. Architekten und Tragwerksplaner benötigen daher neue Simulationsmethoden für die exakte Vorhersage der Belastungen durch Wind. Genau daran hat die süddeutsche Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH zusammen mit dem Institut für Bauinformatik der TU Dresden und einem griechischen Unternehmen in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekt "E! 4797 SARA" geforscht.

Per Mausklick wird das Bauwerk getestet

Mit der entwickelten Software-Plattform lässt sich die Druckbelastung durch starken Wind an Bauwerken auf Knopfdruck berechnen. © Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH

Gemeinsam haben die Partner eine Software‐Plattform entwickelt, die als „numerischer Windkanal“ dient. So kann ohne großen Mehraufwand das Bauwerksverhalten unter Windbeanspruchung als ein weiteres, wichtiges Entwurfskriterium über die gesamte Planungsphase hinweg für eine Vielzahl von Entwurfsvarianten simuliert werden. Bisher ließen sich Windlasten nur mit aufwändigen Windkanalversuchen zuverlässig bestimmen, um deren Ergebnisse dann für weitere Analysen der Tragwerksstruktur zu verwenden. Nach Modifikationen der Bauwerksstruktur oder der Bauwerksform mussten jedes Mal neue Modelle erstellt und erneute Windkanalversuche durchgeführt werden. Das ist jetzt Schnee von gestern: Die Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH kann als Ergebnis des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes eine neue Dienstleistung für Computational Fluid Dynamics (CFD) anbieten. Diese Softwareanwendungen, die aerodynamische Analysen mit der Bemessung von Tragwerken oder der aerodynamischen Konfiguration des gesamten Bauwerks kombinieren, existierten zu Beginn des Projektes noch nicht. Nun haben Architekten und Tragwerksplaner bei der Gestaltung und konstruktiven Auslegung des Bauwerks die Möglichkeit, effiziente aerodynamische Untersuchungen von verschiedenen, vielfältigen Entwurfsvarianten frühzeitig am Computer zu testen und so einen optimalen Entwurf für das Bauwerk zu erstellen.

Eurostars – Förderung europäischer KMU

Die Förderung durch Eurostars gab uns als KMU erstmals die Möglichkeit, an einem internationalen Forschungsprojekt teilzuhaben. Für die weitere Entwicklung des Büros und der Mitarbeiter war dies vor dem Hintergrund der immer stärkeren Globalisierung der Ingenieurleistungen ein unschätzbarer Vorteil.

Michael Buselmeier, Geschäftsführender Gesellschafter der Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Wacker Bauwerksaerodynamik GmbH und das Institut für Bauinformatik der TU Dresden in diesem Forschungsprojekt mit rund 140.000 Euro bzw. 300.000 Euro unterstützt. Der Partner in Griechenland hat von einer griechischen Förderorganisation für Forschung und Technologie finanzielle Unterstützung erhalten. Genau das ist das Prinzip von Eurostars, einem gemeinsamen Programm von EUREKA und der Europäischen Kommission: Die Projektteilnehmer erhalten eine nationale Förderung, die nationalen Förderagenturen eine entsprechende Aufstockung ihrer Fördermittel durch die Europäische Kommission.

Ziel von Eurostars ist es, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) für eine europäische Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsprojekten zu motivieren und damit deren internationale Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Die besondere Attraktivität von Eurostars liegt nicht nur in der nationalen Förderung. Die Unternehmen schätzen auch die Flexibilität bei der Zusammensetzung des Konsortiums, die Technologieoffenheit sowie die Marktnähe. Damit bietet Eurostars kleinen und mittleren Unternehmen eine Fördermöglichkeit, die von keinem anderen Forschungsförderprogramm abgedeckt wird.

In der ersten Phase des Programms hat das BMBF deutsche Teilnehmer mit rund 68 Millionen Euro gefördert. Für Eurostars 2 (2014-2020) hat das BMBF aufgrund des großen Erfolgs sein Budget auf rund 100 Millionen Euro erhöht. Ansprechpartner für deutsche Interessenten ist das nationale EUREKA-Büro im DLR Projektträger.