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Datum: 16. Juli 2010, Nr. 75

Forschungspavillon der Architekten

Innovativer Bau an der Uni Stuttgart durch neuartige Entwurfsmethoden und Simulationen

Aus über 500 schmalen Birkenholzelementen wächst ein luftiger Pavillon auf dem Uni-Campus in der Stadtmitte. Sein ästhetisches Äußeres entstand durch neue Entwurfs- und Herstellungsmethoden, die diese Konstruktion erst ermöglichten. Am Freitag, den 23. Juli präsentieren die Wissenschaftler und Studierenden des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart in der Keplerstraße, auf dem Vorplatz des KII, den von ihnen realisierten temporären Forschungspavillon. Der innovative Bau demonstriert den neuesten Stand der Entwicklung computerbasierter Entwurfs-, Simulations- und Produktionsprozesse in der Architektur und setzt diese in einer komplexen Tragkonstruktion aus elastisch gebogenen Sperrholzstreifen um.

Vorstellung und Eröffnung des Forschungspavillons beim Sommerfest der Fakultät für Architektur und Stadtplanung der Universität Stuttgart
Zeit: 23. Juli 2010, 18.30 Uhr
Medienvertreter sind herzlich zu einem Pressetermin um 15.00 Uhr eingeladen.
Ort: Uni Campus Stadtmitte, Vorplatz des Gebäudes Keplerstr. 17, KII

Das Projektteam an der Schnittstelle von Forschung und Lehre untersuchte, wie die neuen Methoden zu architektonischen und konstruktiven Möglichkeiten führen, die auf dem elastischen Biegeverhalten von Holz beruhen. Die aus diesen Untersuchungen hervorgegangene Tragstruktur bezieht ihre Leistungsfähigkeit aus der geometrischen Differenzierung und elastischen Formung extrem dünner Holzstreifen. Zentral für die Planung und Ausführung war dabei ein digitales Informationsmodell, das die Integration verschiedener Entwurfsparameter ermöglicht. Planung, statische Berechnung und Herstellung wurden auf diese Weise miteinander verbunden, so dass die funktionale Integration der verschiedenen Entwurfsaspekte und eine direkte Umsetzung dieses innovativen Versuchsbaus möglich waren. Der Forschungspavillon konnte aufgrund dieses Entwicklungs-Systems von dem studentischen und wissenschaftlichen Projektteam selbst geplant, produziert und errichtet werden.

Selbststabilisierendes Tragwerk aus Birkenholz
Durch das Biegen von 10 Meter langen, aber mit einer Materialstärke 6,5 Millimetern sehr dünnen Birkensperrholzstreifen wird die sich selbststabilisierende Konstruktion unter Eigenspannung gesetzt. Dadurch fügen sich die eigentlich weichen Sperrholzstreifen zu einem steifen Tragwerk. Die Geometrie des Pavillons ergibt sich dabei aus der Kopplung von 80 einzelnen Holzstreifen zueinander und bildet einen Torus mit 10 Meter Außendurchmesser und einer Spannweite von 3,50 Meter. Die exakte Form der Biegelinien und deren Abhängigkeiten untereinander ermittelten die Forscher experimentell an der fakultätseigenen Prüfeinrichtung und auch anhand von parametrischen digitalen Modellen. Auf dieser rein geometrischen Grundlage entwickelten sie dann eine Methode zur numerischen Formfindung. Diese erlaubt es, durch Simulation des tatsächlichen Materialverhaltens unter allen vorgegebenen geometrischen und physikalischen Randbedingungen das exakte Biege- und Tragverhalten der gekoppelten Streifen zu berechnen. Auf Grundlage dieser digitalen Formfindung entstand ein statisches Modell, das die eingeprägten Biegespannungen berücksichtigt und die Bemessung der Konstruktion unter Windlasten ermöglicht.

Robotische Fertigung von mehr als 500 unterschiedlichen Teilen
Die universitätseigene robotische Fertigungsanlage stellte die so entwickelte Struktur her. Diese computergestützte Fabrikationsmethode ermöglichte die notwendige Differenzierung der Konstruktion, die aus mehr als 500 geometrisch unterschiedlichen Teilen besteht, und erlaubte somit, den Forschungspavillon gemäß der Entwurfs- und Tragwerks-Parameter äußerst genau vorzufertigen. Die aus dem Informationsmodell und aus der Simulation stammenden Daten und Ergebnisse wurden dabei direkt in den Maschinen-Code übersetzt, so dass die Informationsketten aus Entwurf, statischer Planung und örtlichen Randbedingungen nahtlos ineinander greifen und von Anfang an in den Fertigungsprozess integriert werden konnten.

Am Projekt beteiligte Institute:
Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD), Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Achim Menges
Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Wissenschaftliche Leitung: Prof. Jan Knippers
Weitere Informationen bei Karola Dierichs, Tel. 0711/685-81923,
e-mail: mail@icd.uni-stuttgart.de (ICD); info@itke.uni-stuttgart.de (ITKE)

 (c)
Der temporäre Bau auf dem Universitätscampus in der Innenstadt von Stuttgart soll sowohl der urbanen Raumgestaltung in den Sommermonaten, als auch der Messung und technischen Auswertung des Materialverhaltens dienen. Bild: Universität Stuttgart/Karola Dierichs
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