Maximal belastbar bei minimalem Materialeinsatz – so sollen Tragstrukturen für Bauwerke heute sein. Der so genannte Ultraleichtbau versucht, mit Hilfe von anpassungsfähigen Tragwerken die Grenzen des bisher Möglichen zu überschreiten. An der Universität Stuttgart entwickeln wir hierfür ein Schalentragwerk aus Holz, das bei einer Materialstärke von nur vier Zentimetern eine Fläche von zehn mal zehn Metern überspannt. Das ist deshalb möglich, weil die Konstruktion sich aktiv bewegt und erhöhte Materialbeanspruchungen gezielt kompensiert.

Gekrümmte Tragstrukturen haben den Vorteil, dass sie bei geringem Eigengewicht große Spannweiten erreichen, etwa in Brücken und Stadiondächern. Schon in der Antike setzten Ingenieure und Architekten deshalb auf bogenförmige Brücken und Gewölbekuppeln – man denke an römische Aquädukte oder das Pantheon. Die Geometrie der Konstruktion wird so ausgelegt, dass sie die dominierenden Lasten optimal abträgt. Bei traditionellen Bauwerken dominiert in der Regel das Eigengewicht, und die mechanischen Kräfte, die auf das Tragwerk wirken, sind weit gehend konstant und gleichmäßig verteilt.

Treten jedoch ungleichmäßig verteilte Lasten auf, beispielsweise durch Wind oder Schnee, kommt es zu stark variierenden Beanspruchungen des Bauwerks. Die Tragstruktur muss dann so konstruiert sein, dass sie auch den maximal zu erwartenden Kräften standhält. Solche Maximallasten treten aber, wenn überhaupt, nur extrem selten auf – vielleicht einmal in 50 Jahren. Das bedeutet, dass ein Großteil des Materials in heutigen Tragstrukturen nur wenig genutzt wird. An der Universität Stuttgart suchen wir deshalb nach Wegen, Tragwerke so auszulegen, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen deutlich weniger Ressourcen benötigen, aber trotzdem genauso belastbar sind ...