Flexible Forms

Der Pavillon „Flexible Forms“ der BioMat Gruppe am ITKE in Stuttgart ist eine doppelt gekrümmte, parametrisch gestaltete Segmentschale aus leichten, einseitig gekrümmten Holz- und Bioverbundelementen. Die einzelnen Elemente werden von drei gekreuzten Holzbalken getragen und können getrennt und wiederverwendet werden. Die ganzheitliche Geometrie der Hülle ähnelt einem 3D-Gewebe, in dem die gekrümmten Elemente mit gemeinsamen Knoten in alle Richtungen im Raum verbunden sind. Dies ermöglicht es dem ITKE, neue ästhetische architektonische Merkmale der Zukunft auszudrücken, die durch den Einsatz digitaler Fertigungstechnologien und Datenflussmanagement möglich werden.

121 parametrisch optimierte gekrümmte Elemente

Der 3,6 m hohe, 9,5 m lange Forschungspavillon aus Bio-Verbundwerkstoffen ist eine miteinander verbundene segmentierte Schalenkonstruktion aus 121 parametrisch optimierten gekrümmten Elementen, die durch ein vakuumunterstütztes Furnierverstärkungsverfahren hergestellt werden. Der Biokompositkern jedes Elements wurde mit 3D-Holzfurnierfasern verstärkt und mit einer UV-beständigen Beschichtung zur Stabilisierung gegen Witterungseinflüsse beschichtet.

Der Kern der Forschung war eine flexible/elastische Naturfaserplatte mit ähnlichen Eigenschaften wie MDF, die durch Furnier und die gesetzten Verbindungen die erforderliche Steifigkeit erhält. Die globale Geometrie und das gewählte Verbindungssystem ermöglichten eine ausgewogene Kraftverteilung der Schalungskonstruktion. Die Faserplatten wurden präzise CNC-geschnitten und später von beiden Seiten mit vorgeschnittenen 3D-Furnierplatten laminiert – eine Art Furnier, das in doppelt gekrümmten Flächen biegbar war. Die Prozesse des Laminierens und Formens erfolgten mit Hilfe von Formteilen in Vakuum-Presstaschen. Nur vier Formen wurden benötigt, um etwa 360 Segmente herzustellen, und ein intelligentes Numerierungssystem wurde eingesetzt, um die Komplexität der Montage zu meistern. Die Laminierung ermöglichte nicht nur die Herstellung von Freiformflächen, sondern auch die kontrollierte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Bioverbundsandwichplatten.

Bild: Konstruktion im Detail

Die 360 Segmente wurden zu rund 121 Komponenten zusammengefügt, die später vor Ort mit Schrauben zu 4 Dreieckssektoren verbunden und auf die gekreuzten Holzbalken gezogen, wo die letzten Verbindungen realisiert wurden. Die Fundamente der Balken befinden sich auf unterschiedlichen Höhenniveaus, so dass die Strukturform zur visuellen und funktionalen Anpassung an die lokale Landschaft genutzt werden kann. Innerhalb der Struktur wurden die Komponenten miteinander verbunden, wodurch eine segmentierte Hülle entstand, die einem 3D-Gewebe ähnelt, in dem die gekrümmten Elemente mit gemeinsamen Knoten in alle Richtungen im Raum verbunden sind.

Der Forschungspavillon BioMat zeigt das architektonische und strukturelle Potenzial neuartiger Baumaterialien aus biobasierten Verbundwerkstoffen. Die Abteilung BioMat, unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Arch. Hanaa Dahy konzentriert darauf, verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte in der Architektur zu untersuchen. Der Forschungspavillon ist das direkte Ergebnis der Zusammenarbeit von erfahrenen Architekten und 40 Architekturstudenten, mit Unterstützung der Universität Stuttgart, der Deutschen Agentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), der Stiftung Baden-Württemberg und einiger Industriemittel.

www.itke.uni-stuttgart.de