Berechnungsmethoden für komplexe Bauwerke wie etwa das Zeltdach des Münchner Olympiastadions haben Forscher der Universität Erlangen entwickelt. Im Rahmen des bayerischen Forschungsverbundes für Technisch-Wissenschaftliches Hochleistungsrechnen (FORTWIHR) wurden diese Simulationswerkzeuge zur Berechnung der Wechselwirkung von Windströmung und Struktur des Bauwerks bei windbelasteten leichten Flächentragwerken entwickelt.
An diesem Projekt waren innerhalb des Forschungsverbundes neben dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Universität Erlangen, die Technische Universität München (Lehrstuhl für Bauinformatik und Lehrstuhl für Informatik IV) sowie die Firmen SOFiSTiK AG und Siemens Nixdorf AG beteiligt.
“Bei der Ermittlung der maßgeblichen Winddruckverteilung müssen die Auswirkungen verschiedener Anström-Richtungen und auch der Einfluss der Umgebungsbebauung berücksichtigt werden”, erklärt Dipl.-Ing. Markus Glück, Mitarbeiter der Numerikgruppe am Lehrstuhl für Strömungsmechanik. “Die einzelnen Teilprobleme werden bei der Simulation zu einer Gesamtaufgabe gekoppelt.” Das heißt, bei der Simulation müssen zahlreiche Einzelberechnungen zu einem Ganzen zusammengefügt werden. Daher wird das Bauwerk – ausgehend vom geometrischen Modell – zunächst als Ganzes erfasst und dann in verschiedene Problembereiche zerlegt. Die verschiedenen Komponenten werden daraufhin Schritt für Schritt berechnet.
Die Feuertaufe für die neuentwickelte Software ist die Zeltdach-Konstruktion, die zur Zeit am Max-Plank-Institut in Dresden gebaut wird. Dabei wurden Strömungs-Simulationen bei turbulenter Anströmung durchgeführt. Die Summe aus den Druckverteilungen der Ober- und Unterseite und den berechneten Spannungen ergeben nach einer Mittelwertberechnung die entsprechenden Belastungen für die Simulation. Mit Hilfe der neuen Software können auch die im Material auftretenden Spannungen analysiert werden.
Katastrophen wie der Einsturz der Kraftwerkskühltürme 1965 in Ferrybridge, England, ließen sich durch die numerische Simulation weitestgehend ausschließen. Sicherer können sich dagegen die Besucher der Kaaba-Moschee in Mekka fühlen: Mit der in FORTWIHR entwickelten Software kann die Moschee jetzt statisch oder dynamisch gekoppelt berechnet werden. Dadurch ist eine genaue und zuverlässige Auslegung von Leichtbaukonstruktionen möglich geworden.
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Jutta Perkert
