Viele Persönlichkeiten. Zwei Standorte. Eine BO.
Prof. Dr.-Ing. Michael Maas

Tragwerklehre und konstruktives Entwerfen

Persönliches

Portrait

seit 2011         Professur im Fach Tragwerke und konstruktives Entwerfen
                       Hochschule Bochum                 

2008 - 2011    Professur im Fach Tragsysteme, Konstruieren und Material
                       an der HTWG Trier 

2008 - 2011    Fachberatungsbüro des 
                       INFORMATIONSDIENST HOLZ

2004 - 2008    Lehrauftrag im Fach Tragwerklehre 
                       an der Bergischen Universität Wuppertal 
                       Lehrstuhl für Tragwerklehre 
                       Prof. Dr.-Ing. Karl Schwalbenhofer

seit 2004         m a a s  i n g e n i e u r e 
                       Ingenieurbüro für Tragwerkplanungen 
                       in Werl

2001 - 2004    Mitgesellschafter der TRAG WERK Ingenieure GbR 
                       Arnsberg

seit 2001         Beratender Ingenieur
                       Ingenieurkammer-Bau Nordrhein-Westfalen

2001               Promotion: Computergestützte Methode für das

                      Entwerfen von Tragkonstruktionen
                       Bergische Universität Wuppertal                       

2000 - 2001   Wissenschaftlicher Mitarbeiter
                      Fachhochschule Düsseldorf 
                      Lehrgebiet Tragkonstruktionen bei 
                      Prof. Dr.-Ing. Ralf Wörzberger  

1996 - 2000   Wissenschaftlicher Mitarbeiter

                      an der Fachhochschule Münster 
                      Fachbereich Architektur
                      Lehrgebiet Tragkonstruktionen bei 
                      Prof. Dr.-Ing. Ralf Wörzberger

1993  –  1996 Studentischer Mitarbeiter 
                       am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen bei 
                       Prof. Dr.-Ing. E. h. mult. Stefan Polónyi

1990 - 1996   Studium an der Universität Dortmund 
                       Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen
                       Fachrichtung Bauingenieurwesen, 
                       Vertiefung im Konstruktiven Ingenieurbau / Hochbau


Lehrkonzept

Lehrkonzept

Die Ausbildung vermittelt diejenigen Kenntnisse, die die Studierenden befähigen, eigenständig Hochbauten unter Einbeziehung der statisch-konstruktiven Erfordernisse zu entwerfen. Die Motivation hierzu ist die Erkenntnis, dass eine gelungene Tragkonstruktion die Qualität eines Entwurfes entscheidend mitbestimmen kann. Das Thema der Architektur muss dabei keineswegs das Tragwerk sein. Wird aber dem Entwurf als notwendiges Beiwerk ein Tragwerk „übergestülpt“, kann dieses die Harmonie eines Entwurfes empfindlich stören. Bei komplexen Tragstrukturen sollte deshalb schon beim Konzipieren des Bauwerkes die Beratungsmöglichkeit durch den Tragwerkplaner wahrgenommen werden. Dies gilt für die Praxis wie für die Ausbildung. Im Fach Tragsysteme, Konstruieren und Material wird eine gemeinsame Sprache der Planungsbeteiligten erlernt. So werden die Studierenden in die Lage versetzt, in ihren Entwürfen eine gelungene Beziehung zwischen der Konstruktion und der Form zu entwickeln.

Wie wird dieses Ziel erreicht?
  
• Durch das Erlernen mechanischer Zusammehänge
• Durch die Analyse gebauter Beispiele
• Durch vielfaches Einbringen der tragkonstruktiven
   Belange in die Entwürfe im Rahmen eines  
   projektorientierten Studiums
• Durch das beständige Üben des Dialoges mit 
   dem Tragwerkplaner in Korrekturen und in ge-
   meinschaftlichen Kolloquien mit Entwurfslehrenden

Ein Element der tragkonstruktiven Ausbildung ist die Vermittlung von Grundlagen.

Was ist das? 
Das nebenstehende Diagramm zeigt die üblichen Inhalte der Tragwerklehre. Es kann als repräsentativ betrachtet werden, wie eine Untersuchung von Bernd Kritzmann über “Die statisch-konstruktive Ausbildung im Studiengang Architektur“ zeigt. Die Inhalte sind inzwischen um das relativ junge Gebiet des konstruktiven Glasbaus sowie anderer Materialien und Materialkomposite ergänzt worden.
Die Vermittlung der hier aufgezeigten Inhalte ist zum Erreichen der benannten Ziele erforderlich. 

Warum?
In der Entwurfsberatung sind es erfahrungsgemäß oft sehr einfache mechanische Zusammenhänge, die wesentlich zur Lösung der Aufgabe beitragen. Es ist das “innere Auge“, das aus den Plangrundlagen und den Erläuterungen der Entwerfenden immer wiederkehrende Bilder entwickelt. Diese stellen oftmals z. B. Rahmen oder Bögen oder auch die von Mörsch in Stahlbetonbalken “entdeckten“ Fachwerke dar. Um diese Bilder zu sehen bedarf es deutlich mehr als sie gesehen zu haben. Es bedarf des Verstehens als Einstiegsebene in das Verinnerlichen der mechanischen Zusammenhänge. Ein erlernter Zusammenhang soll durch eigene Entwürfe und die Analyse gebauter Beispiele immer wieder reflektiert werden. So wird er  zunehmend verinnerlicht. 
Ein Beispiel zur Grundlagenvermittlung: Studierende der Fachrichtung Architektur können im Rahmen der Bachelorausbildung durchaus einmal die Bemessung eines Stahlbetonbalkens vornehmen. Dazu müssen als Einflussgrößen die Lasten, die Geometrie, die Materialien und das Statische System berücksichtigt werden. Wurde die Bemessung durchgeführt, dann sind Wirkungsweisen wie die der Betondruckzone und die der Bewehrungsstäbe in der Zugzone bekannt. Eine solche mechanische Analyse steht in der Lehre i. d. R. immer im Kontext zu einem vorgestellten Architekturbeispiel und wird mit Anschauungsmaterial verknüpft (Verformungsdarstellungen an Bildern oder haptischen Modellen, Darstellungen von Risslinien etc.). 
In der Ausbildungsfolge genügt es dann, z.B. einen Plattenbalken mit seinen lagerungsabhängigen Vorteilen dem Rechteckquerschnitt gegenüber allgemein zu erläutern. Um einen solchen Vorteil dann quantifizieren zu können, wird der Umgang mit modernen Werkzeugen (Finite-Elemente-Software) gelehrt. Ein solches Werkzeug ist z. B. das Programm SCIA. Dieses und andere geeignete Programme, werden entwurfsunterstützend eingesetzt. 
Im Verstehen, nicht im Berechnen der mechanischen Zusammenhänge liegt somit die eigentliche Notwendigkeit, die angesprochenen Grundlagen mit den Studierenden durchzuarbeiten. Bemessungsverfahren sind letztlich nichts anderes als algorithmisch aufbereitetes Expertenwissen. Sie dürfen den Computerprogrammen überlassen werden, sofern diese von Anwendern verwendet werden, denen die mechanischen Zusammenhänge hinter den Algorithmen (nicht die Algorithmen selber) bekannt sind. 
Die Anwendung von FEM-Software war bis vor wenigen Jahren, da es an benutzerfreundlichen, reduzierten Umgebungen mangelte, nur durch Bauingenieure sinnvoll möglich. Heute können damit auf einfache Weise und ohne Kenntnis der implementierten Rechenmethode komplexe Tragstrukturen behandelt werden. Insbesondere durch die Verfügbarkeit der räumlichen und maßstäblich skalierbaren Verformungsgrafiken sind die Studierenden sehr schnell in der Lage ihre Entwürfe eigenständig tragkonstruktiv zu bewerten und daraufhin zu optimieren. So können durch die Studierenden komplexe, bisher nicht beschreibbare Strukturen und selbst formaktive Tragsysteme (z.B. Seilnetze) durch programminterne nichtlineare Berechnungen analysiert werden. Die Entwürfe sind nicht mehr gefährdet, aufgrund eingeschränkter statischer Analysemöglichkeiten beschnitten zu werden. 

Um Eigenschaften einer Tragkonstruktion im Gesamtkontext der Aufgabe richtig bewerten zu können, werden vielfältige konstruktionsrelevante Rahmenbedingungen aufgezeigt. So kann, um dies wiederum an einem Beispiel zu erläutern, für den Einsatz einer Bogenbrücke (vgl. Grafik) die Methode der Montage entscheidend sein. Die Fertigung kann unter Umständen durchaus wichtiger sein, als die zur Lastabtragung günstigste Form gefunden zu haben. 

Fazit:
Die Grundlagenausbildung wird stärker als bisher auf die Vermittlung und die Verinnerlichung der tragkonstruktiven Phänomene ausgerichtet. Die Anwendung tabellen- und formelbezogener Algorithmen wird deutlich reduziert. Dafür werden die Möglichkeiten ausgeschöpft, Softwareanwendungen auf der Basis der Finiten-Element-Methode sinnvoll und umfangreich einzusetzen. Die EDV-basierte tragkonstruktive Analyse kann für Studierende der Architektur ebenso selbstverständlich werden, wie der Einsatz von CAD-Software zur Darstellung. 

Mit der beschriebenen Vorgehensweise werden die Analysemöglichkeiten auf jede geometrisch beschreibbare Form erweitert. Tragkonstruktiv “sinnvolle“ Strukturen können dabei als solche erkannt und von tragkonstruktiv “sinnleeren“ Strukturen unterschieden werden. 
Gleichzeitig werden durch die Reduktion von Handrechnungen Effizienzsteigerungen erzielt. Die dadurch zur Verfügung stehende Zeit wird für entwurfsqualifizierende Ausbildungsaspekte, vorzugsweise für die individuelle Entwurfsberatung genutzt.

Die erlernten Techniken begleiten die Entwurfsarbeiten während des gesamten Studiums. Eine Schere zwischen den, in der tragkonstruktiven Ausbildung erlernten Techniken und deren Anwendbarkeit auf komplexe Strukturen gibt es nicht mehr. Die Handlungsfähigkeit ist gestiegen. 


Lehre

Tragwerklehre

Das Lehrgebiet Tragwerklehre und Tragwerksentwurf legt die Grundlagen für das Verständnis der Wirkungsweise von Tragwerken und deren werkstoffbedingte Ausprägung. Dieses Fach vermittelt das, für die Zusammenarbeit aller an der Planung und Bauausführung Beteiligten, notwendige Fachwissen zum Entwerfen, Konstruieren, Detaillieren und Ausführen von Tragwerken.

Im Rahmen der Tragwerklehre (Grundlagen und Basiswissen im 2. und 3. Semester) werden die Kenntnisse und Fähigkeiten vermittelt, um für Entwürfe in einfachen Fällen Einwirkungen und Lasten zu bestimmen und die sich daraus ergebenden Beanspruchungen des Tragwerkes (Spannungen, Schnittgrößen, Verformungen) der Beanspruchbarkeit (Tragfähigkeit) der gewählten Tragkonstruktion gegenüberzustellen sowie Gebrauchseigenschaften und Dauerhaftigkeit zu beurteilen.

Modellbildung, vereinfachte und überschlägige Berechnungen nach entwurfsgerechten Verfahren und anschauliche Entwurfshilfen sollen den methodischen Einblick in das Tragverhalten von Konstruktionen aus unterschiedlichen Baustoffen lehren. Bei der Auseinandersetzung mit den Lehrinhalten stehen Anschaulichkeit und Abstraktion in einem ausgewogenen Verhältnis.


Tragkonstruktionen im Hochbau

Mit dem Tragwerksentwurf wird die Qualität und die notwendigen Eigenschaften der Baukonstruktion im Sinne von Gestaltsprägung und Ästhetik, funktionsbedingter Formgebung, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit bestimmt.

Dabei muss die Tragsicherheit (Standsicherheit), die Gebrauchsfähigkeit und die Dauerhaftigkeit des Bauwerkes sowie wirtschaftliche und zielgerechte Herstellung, Montage oder Umbau des Bauwerkes gewährleistet werden.

Das Fach Tragkonstruktion und Tragwerksentwurf legt die Grundlagen für das Verständnis der Wirkungsweise von Tragwerken. Dieses Fach vermittelt das für die Zusammenarbeit aller an der Planung und Bauausführung Beteiligten notwendigen Grundlagen zum Entwerfen, Konstruieren, Detaillieren und Ausführen von Tragwerken.

Aufbauend auf die Grundlagen der Tragwerklehre ist das Fach Tragkonstruktion und Tragwerksentwurf (Hauptstudium 4. und 5. Semester) erforderlich, selbständig entsprechend dem planerischen Grundgedanken, in alternativer Abwägung ein geeignetes Tragwerk mit sinnhaften Werkstoffen auszuwählen und baukonstruktiv auszuprägen und zu detaillieren.

Dabei sind die Querschnitte der Bauteile abzuschätzen, Fügungsdetails und Verbindungsmittel prinzipiell festzulegen, die räumliche Stabilität der Konstruktion sicherzustellen, ihre Herstellbarkeit und Montage einzubeziehen, ihre Gebrauchsfähigkeit und die bauordnungsrechtliche Ausführbarkeit im Rahmen geltender Normen und Richtlinien sicherzustellen.

Als Anwendungen der Tragkonstruktion im Hochbau werden alle zeitgemäßen Bauweisen (Holzbau, Stahlbau, Stahlbetonbau, Mauerwerksbau, Verbundbauweisen sowie Grundbau, Leichtbaukonstruktionen und Sondertragwerke) unter Bezug auf ihre entwurfsspezifischen Eigenschaften und Erfordernisse und unter Hinweis auf Normen und Richtlinien bearbeitet.

Mit erfolgreich absolvierten Übungen ist es möglich Punkte zu sammeln, die mit dem Ergebnis der Abschlussprüfung „Tragkonstruktion im Hochbau" verrechnet werden. Dabei steht die computergestützte Tragwerkoptimierung im Vordergrund. Themen sind unter anderem das Überführen von Entwürfen oder realexistierenden Tragkonstruktionen in statische Systeme, die dann mittels einer auf der FEM basierenden Software analysiert werden. Im Rahmen dieser Analyse werden dann Querschnitte der Tragkonstruktion im Hinblick auf deren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit vordimensioniert und optimiert. Die Abschlussprüfung findet in Form einer Präsentation der Ergebnisse statt.


Klausurhinweise TWL

Die Bearbeitungszeit beträgt 180 Minuten. Es darf kein eigenes Papier verwendet werden. Nicht mit grün schreiben!

Zugelassene Hilfsmittel:

- Kraus / Führer / Jürges: Tabellen zur Tragwerklehre 11./12. Auflage (ohne ergänzende Einträge! - wird während der Klausur kontrolliert)

- Taschenrechner, nicht programmierbar - keine Internetfähigen Geräte


Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Raum: A 5-05
Tel.: +49 234 32 10130
Gaspar Galambos, M.Sc.
Fachbereich Architektur
Raum: A 5-05
Tel.: +49 234 32 10130

Zugriffsgeschützte Downloads

TKH Vorlesungen/Seminare WS 2018-2019

Vorlesungen (Freitags):

8:15-9:45 Uhr, H2

Seminare (Freitags):

TWL Gruppe 1: 11:45 - 13:15 Uhr, A4-10

TWL Gruppe 2: 13:30 - 15:00 Uhr, A4-10

TWL Gruppe 3: 15:15 - 16:45 Uhr, A4-10

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9:00 - 9:45 Uhr, H2

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Gruppe 2: 11:30 - 13:00 Uhr, PC-Pool BB

Gruppe 3: 14:00 - 15:30 Uhr, PC-Pool BB