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Forschungspavillon der Architekten

Innovativer Bau an der Uni Stuttgart durch neuartige Entwurfsmethoden und Simulationen
08.08.2010 | 

Architekten von morgen nutzen in den seltensten Fällen den Zeichenstift. Stattdessen bilden computerbasierte Entwürfe und Vorabsimulationen die Grundlage für neue Gebäude. Vor kurzem hat die Architekturfakultät der Universität Stuttgart einen besonderen Bau auf dem Campus der Stuttgarter Innenstadt errichtet. Der außergewöhnlich gestaltete Pavillion aus Holz zeigt, wie mit Hilfe von Computersimulation Gebäude entstehen.

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. Aus über 500 schmalen Birkenholzelementen ist ein luftiger Pavillon auf dem Uni-Campus in die Höhe gewachsen. Sein ästhetisches Äußeres entstand durch neue Entwurfs- und Herstellungsmethoden, die diese Konstruktion erst ermöglichten.


Digitale Formfindung

Wissenschaftler und Studierende des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) und des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart haben den von ihnen realisierten temporären Forschungspavillon entworfen und umgesetzt. Das Projektteam untersuchte, wie Methoden, die auf dem elastischen Biegeverhalten von Holz beruhen, neue architektonische und konstruktive Möglichkeiten eröffnen können.

Entscheidend für die Planung und Ausführung war dabei ein digitales Informationsmodell, das unterschiedliche Daten des Entwurf integriert. Planung, statische Berechnung und Herstellung sind auf diese Weise eng miteinander verzahnt worden. Der Forschungspavillon konnte aufgrund dieses Entwicklungssystems von dem studentischen und wissenschaftlichen Projektteam selbst geplant, produziert und errichtet werden.


Selbststabilisierendes Tragwerk aus Birkenholz

Ein raffiniertes Formprinzip ergibt eine Konstruktion, die sich selbst stabilisiert. Die Wissenschaftler haben 10 Meter lange, aber mit einer Materialstärke von 6,5 Millimetern sehr dünne Birkensperrholzstreifen gebogen. Die weichen Sperrholzstreifen sind elastisch und sind durch die Konstruktion unter Eigenspannung gesetzt worden. Dadurch fügen sie sich zu einem steifen und äußerst stabilen Tragwerk zusammen. Die Geometrie des Pavillons, der einen Außendurchmesser von 10 Metern und einer Spannweite von 3,50 Meter hat, ergibt sich aus 80 einzelnen Holzstreifen, die miteinander verkoppelt sind.

Die exakte Form der Biegelinien und deren Abhängigkeiten untereinander ermittelten die Forscher experimentell an der fakultätseigenen Prüfeinrichtung und auch anhand von digitalen Modellen. Auf dieser rein geometrischen Grundlage entwickelten sie dann eine Methode, die Form und Größe vorgab. Diese Methode erlaubt es, durch Simulation des 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 Spannungen berücksichtigt und auch Einwirkungen von starkem Wind mit einbezieht.


Alles aus einer Hand

Die universitätseigene robotische Fertigungsanlage hat die so entwickelte Struktur hergestellt. Diese computergestützte Fabrikationsmethode ermöglichte es, dass 500 geometrisch völlig unterschiedliche Teile exakt vorgefertigt werden konnten. Alle aus Informationsmodell und Simulation stammenden Daten und Ergebnisse wurden direkt in den Maschinen-Code übersetzt. Auf diese Weise konnten die Informationsketten aus Entwurf, statischer Planung und örtlichen Randbedingungen nahtlos ineinander greifen und von Anfang an in den Fertigungsprozess integriert werden.

Der temporäre Bau belebt nun den Raum zwischen den Universitätsgebäuden und bildet - zumindest temporär - einen neuen, außergewöhnlichen Blickfang in der Stuttgarter Stadtmitte.

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