Einsatz virtueller räumlicher Tragstrukturmodelle in der Architekturlehre

Abstract

Grundlagen der Tragwerksplanung sind ein wichtiger Bestandteil im Rahmen der Ausbildung von ArchitektInnen. Viele Studierende der Architektur haben jedoch Schwierigkeiten mit den erforderlichen Grundlagen der Statik und der Abschätzung von Tragwerksdimensionen mit Hilfe von Handrechnungen. In dieser Arbeit wird ein didaktisches Konzept entwickelt, das die computergestützte Simulation von Tragstrukturen als Hilfsmittel in die bestehende Architekturlehre mit einbezieht und so dazu beitragen soll, die Kompetenz von Studierenden bei Entwurf und Analyse von Tragwerken zu verbessern. Damit wird insbesondere die Modellierung und Simulation räumlicher Tragsysteme ermöglicht, für die wegen ihrer Komplexität die Anwendung von Handrechenverfahren nicht in Frage kommt. Die beschriebenen Vorgehensweisen ermöglichen eine aktive Auseinandersetzung mit dem Thema Tragwerk seitens der Studierenden.<br />ArchitekturstudentInnen verfügen heute über ausreichende Kompetenzen im Bereich CAD und können mit vergleichsweise geringem Lehraufwand in die Lage versetzt werden, eigenständig komplexe räumliche Tragstrukturmodelle zu erstellen. Die Analyse und korrekte Interpretation von Simulationsergebnissen erfordert dennoch eine intensive Einzelbetreuung der Studierenden. Die Thesen dieser Arbeit werden durch Erfahrungen des Verfassers untermauert, die bei der Durchführung entsprechender Lehrveranstaltungen an der Fakultät für Architektur und Raumplanung der TU Wien gesammelt wurden. Die Simulation von Tragstrukturen wird dabei mit starkem inhaltlichem Bezug zu anderen Problemstellungen der Tragwerksplanung im Rahmen von Fallstudien zu bestehenden Bauwerken behandelt. Die Bereitstellung von Beispielen und Lehrmaterial sowie die Publikation der dabei entstehenden Studienarbeiten über ein eigens entwickeltes Content-Management-System sind integraler Bestandteil des Konzeptes.<br />Die gesammelten Fallstudien und Simulationsmodelle werden durch die entwickelte Informationsplattform erschlossen und als Vorbilder für neue Simulationsmodelle sowie als Ressource für Lehre und Forschung genutzt.<br />In diesem Zusammenhang werden Prototypen von Programmen zur Entwurfsunterstützung beschrieben, die auf der inhaltlichen Verknüpfung von Datenstrukturen des Simulationsmodells mit anderen Themen der Architektur aufbauen.<br />

Teaching the fundamentals of structural design is an important integral part of architectural education, yet many architecture students have difficulties in applying the basics of statics and estimating dimensions of load bearing components using manual calculations. The didactic approach described in this work is based on the integration of computer based simulations of load bearing systems to supplement basic learning resources used to gain structural design competence. This approach facilitates especially the modelling and simulation of spatial load bearing behaviour, which is in most cases too complex to be handled by manual calculation methods.<br />In the described approach, students are actively involved in the investigation of complex topics of structural design. The CAD modelling skills of most architecture students are good and they can easily reach a position where they can create simulation models by themselves.<br />Analysis and correct interpretation of simulation results, however, require rather intensive peer-to-peer tutoring.<br />The assumptions of this thesis are supported by the author's experiences in organising and (co-)teaching corresponding university courses at the Faculty of Architecture, Vienna University of Technology. In these courses, the simulation of load bearing systems is treated in close relation to other issues of structural design by analysing existing building structures in case studies. Distribution of the necessary materials and publication of the resulting written work via a specially developed content management system form the basis for executing the teaching concept.<br />A comprehensive collection of case studies and simulation models is made accessible by the developed information platform and utilised as examples for new models, as well as resources for teaching and research.<br />Furthermore this work relates prototypes of design aid software that are based on linking the structural information contained in simulation models to other architectural knowledge.