Doshi Retreat

Das Doshi Retreat ist ein ein Refugium, das Pritzker-Preisträger Balkrishna Doshi mit seiner Enkelin Khushnu Panthaki Hoof und mit Sönke Hoof entworfen hat. Inspiriert von indischer Spiritualität, ist das Doshi Retreat eine Reise durch Räume und Klänge zu einem Ort der Kontemplation. Es ist Doshis erstes ausserhalb Indiens realisiertes Projekt – und zugleich das letzte, an dem er vor seinem Tod im Jahr 2023 arbeitete.

Das Doshi Retreat ist ein gewundener Pfad, der zur physischen und auch metaphorischen Erkundung einlädt. Besucherinnen und Besucher bewegen sich in ihm unter Erdniveau entlang von Wänden, die sanft von Gong- und Flötenklängen widerhallen. In Anlehnung an die sensorischen Umgebungen in östlichen Tempeln oder christlichen Sakralräumen spielt im Doshi Retreat der Klang eine wesentliche Rolle. Ein Audiosystem – eingebettet in konkave Vertiefungen im Boden – verbreitet entlang des Weges wechselnde Klangsequenzen eines Gongs und einer keramischen Flöte. Ein in Indien gefertigtes, handgehämmertes Mandala aus Messing schmückt die Decke des Kontemplationsraums am Ende des Pfades und wirft ein gebrochenes Licht in den Raum.

Die Struktur des Doshi Retreat besteht aus Stahlblechen mit einer Stärke von 10 mm für die Wege und 20 mm für den Klangraum. Der verwendete XCarb®-Stahl der Firma Arcelor Mittal hat reduzierte CO2-Emissionen, da er zu einem großen Teil aus Stahlschrott besteht und vollständig mit erneuerbarer Energie produziert wird. Der wetterfeste Stahl entwickelt im Laufe der Zeit durch kontrollierte Korrosion auf natürliche Weise eine warme Patina. Die Bleche wurden von der Firma Ostseestaal kalt verformt. Der Klangraum wurde im Werk probeweise vormontiert. Alle Bleche wurden dann vor Ort von der Firma Jehnich montiert, verschweißt und anschließend gestrahlt. Der Zuschnitt aus den ursprünglichen Blechabmessungen von 12m x 2,5m vermittelt zwischen den Anforderungen der Formgebung, des Transportes und der Statik und minimiert den Verschnitt.

Die Kalotte im Klangraum hat einen Durchmesser von 5 m, einem Stich von 260 mm und eine Blechdicke von 20 mm. Sie ist an drei Seilen aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von 14,5 mm aufgehängt. Die Stabilität der Kalotte wurde mit Probebelastungen überprüft.

Der Verbrauch an CO2 intensivem Zement wurde minimiert, indem die stählernen Winkelstützwände der Wege nur punktuell auf Schraubfundamenten gegründet sind. Lediglich der Klangraum ist auf einer 30 cm starken Bodenplatte aus Ortbeton gegründet.

PROJEKTTEAM

Bauherr: Vitra vertreten durch LOGAD GmbH, Weil am Rhein

Konzept, Entwurf und Objektplanung: Balkrishna Doshi mit Khushnu Panthaki Hoof und Sönke Hoof, Ahmedabad, Indien

Technische Unterstützung (Konstruktion, Statik, 3D Modellierung und Segmentierung): Jan Knippers Ingenieure, Stuttgart

Wetterfester Stahl: ArcelorMittal Germany Holding GmbH, Hamburg

Verformung Bleche: Ostseestaal GmbH & Co. KG, Stralsund

Ausführung vor Ort: Jehnich Metall- & Messebau, Weil am Rhein

 

PROJEKTINFORMATIONEN

Standort: Vitra Campus, Charles-Eames-Str. 2, D-79576 Weil am Rhein

Fertigstellung: Oktober 2025

Wetterfester Stahl: Blech 20mm: 205 m² bzw. 32.2 to; Blech 10mm: 1075 m² bzw. 84.4 to

FlectoLine Fassade

Erster großflächiger Outdoor-Demonstrator adaptiver faserverstärkter Fassadenelemente

Angesichts der wachsenden Herausforderungen des Klimawandels erfordert die gebaute Umwelt einen transformativen Ansatz, der in Architektur und Bauwesen der Energieeffizienz oberste Priorität einräumt. Fassaden müssen sich zu dynamischen Systemen entwickeln, die mit ihrer Umgebung verschmelzen und den Energieverbrauch von Gebäuden minimieren, während Komfort und Funktionalität maximiert werden. Die Umwandlung von Fassaden in aktive, anpassungsfähige Systeme kann die Energieeffizienz und Leistung von Gebäuden verbessern und ihren CO2-Fußabdruck verringern.

Das internationale Forschungsprojekt Flectuation konzentrierte sich auf die Entwicklung hochmoderner, anpassungsfähiger Fassadenelemente für die reale Anwendung. Das Ergebnis ist FlectoLine, ein Verschattungssystem, das im Botanischen Garten der Universität Freiburg installiert wurde. FlectoLine nutzt nachgiebige Mechanismen für eine scharnierlose, elastische Verformung, wodurch die mechanische Komplexität und die geometrischen Einschränkungen, die für herkömmliche starre Systeme typisch sind, reduziert werden. Ergänzt wird FlectoLine durch eine intelligente Steuerung, die auf Umgebungs- und Nutzerdaten reagiert. Die Steuerung nutzt maschinelles Lernen, um optimale Einstellungen für verschiedene Szenarien vorherzusagen.

Auf einer Fläche von 83,5 m² zeigt FlectoLine einen zukunftsweisenden Ansatz: Die Möglichkeit bestehende Gebäude an veränderte Umweltbedingungen und Nutzungsanforderungen anzupassen. Die Integration von gebäudeintegrierter Photovoltaik, engl. Building-Integrated Photovoltaic (), in diese anpassungsfähigen Beschattungselemente bietet eine ganzheitliche Lösung, die Energieerzeugung mit Energieeinsparung im Gebäudebetrieb kombiniert. Das System verbessert den Innenraumkomfort und optimiert gleichzeitig die Ausrichtung der Solarmodule für maximalen Energieertrag.

Die Entwicklung von FlectoLine basiert auf über zehn Jahren Forschung der Institute ITKE und ITFT der Universität Stuttgart. Vorherige Demonstratoren wie Flectofold und FlectoSol zeigten bereits das Potenzial flexibler Mechanismen, waren jedoch auf Tests in Innenräumen beschränkt. Mit FlectoLine wurde nun die erste voll funktionsfähige adaptive Außenfassade entwickelt, die flexible Mechanismen nutzt und Nachhaltigkeit mit innovativem Design vereint.

Adaptive Fassaden

Adaptive Fassaden sind ein innovativer Ansatz in der Architektur, da sie sich aktiv an Umweltbedingungen und Nutzerbedürfnisse anpassen können. Mit programmierten Materialien, fortschrittlichen Aktoren und Sensornetzwerken reagieren diese Systeme in Echtzeit. Sie optimieren die Energieeffizienz, verbessern den Komfort und fördern neue Interaktionen zwischen Menschen und ihrer Umgebung.

Indem sie Sonneneinstrahlung, Belüftung und Wärmeleistung regulieren, tragen adaptive Fassaden entscheidend zur Senkung des Energieverbrauchs und zur Förderung nachhaltiger Städte bei.

Sie verbinden technologische Innovation mit funktionalem Design und zeigen, wie Gebäude effizienter und umweltfreundlicher gestaltet werden können.

Bionische Forschung

Der FlectoLine-Demonstrator basiert auf Erkenntnissen der bionischen Forschung, die in Zusammenarbeit der Universitäten Stuttgart, Freiburg und Tübingen gewonnen wurden. Als Vorbild diente die Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa), deren Bewegung durch Turgordruck an speziellen Motorzonen entlang der Mittelrippe (dem „Rückgrat“) gesteuert wird. Dieses Prinzip wurde auf die FlectoLine-Module übertragen: Eine lineare Aktuierungszone übernimmt die Funktion der Motorzonen der Pflanze.

Ein weiteres biologisches Vorbild sind die Adern in den Flügeln der Streifenwanze (Graphosoma italicum). Die Adern, umgeben von steifem und flexiblem Material (Sklerotin und Resilin), steuern die Faltbewegung des Flügels und wurden im Hinblick auf ihre Materialstruktur analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass flexible Bereiche in der Aktuatorzone Spannungen im Material reduzieren, die durch steigenden Innendruck entstehen. Die Richtung der Bewegung wird durch das Verhältnis von steifem und flexiblem Material in der Struktur festgelegt: Die Biegeverformung ist auf der weniger steifen Seite stärker, was die Faltung in diese Richtung ermöglicht. So wird die Bewegungsrichtung direkt durch den Materialaufbau bestimmt.

Integrierte Aktuierung

FlectoLine besteht aus faserverstärkten Verbundplatten mit integrierten Gelenkzonen, die für den Betrieb mit pneumatischen Aktuatoren entwickelt wurden. Der Aktuator wird in Form eines Kissens in den Verbund integriert. Die Materialstruktur ist so gestaltet, dass der Bereich unterhalb des Aktuators steifer ist, während der Bereich oberhalb flexibler bleibt. Wird das Kissen mit Druck beaufschlagt, verformt sich die Platte stärker in Richtung der flexibleren Seite, so dass eine gesamtheitliche Biegung initiiert wird. Durch die Klemmung der Platte auf einer Seite neben der Gelenkzone, kann das freie Ende gezielt gebogen werden. Da der Aktuator direkt in die Verbundplatte integriert ist, sind keine mechanischen Verbindungen zwischen Faltelementen und Antrieb nötig.

Die flexiblen Gelenkbereiche benötigen nur geringen Druck (0,3 bis 1,5 bar), um eine Biegung von 0° bis 90° zu erreichen. Während der Biegebewegung speichert die Gelenkzone elastische Energie, wodurch das Modul automatisch in seine Ausgangsposition zurückkehrt, wenn der Druck abgelassen wird.

Materialsystem

Für die FlectoLine-Fassade wurden zwei Materialsysteme entwickelt. Basierend auf der biologischen Inspiration wurde zunächst ein Hybridverbund aus Elastomerkomponenten und einem duroplastischen Faserverbund entwickelt. Wie bei einer Käferflügelader wird die Aktuatorkammer von flexiblen Elastomerschichten umgeben, die zudem die interlaminare Haftung in der Aktuierungsebene sicherstellen. Die Bewegungsrichtung wird durch die asymmetrische Verteilung von glasfaserverstärktem Kunststoff oberhalb und unterhalb der Betätigungsebene gesteuert. Das erste Materialsystem wurde zuvor bereits in anderen Demonstratoren getestet. Die Eignung für technische Umsetzungen von großflächigen Anwendungen konnte im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit bewiesen werden. Um den Herstellungsprozess jedoch in Bezug auf Zeit und Kosten zu optimieren, wurde ein zweites alternatives Materialsystem entwickelt. Als vereinfachte Alternative wurde eine Thermoplast-basierte Materialstruktur entwickelt, die auf ähnliche Weise funktioniert: Hier wurden zwei Schichten aus thermoplastischem glasfaserverstärktem Kunststoff auf Polyamid-6-Basis mit unterschiedlichen Steifigkeiten unter Verwendung eines elastischen Klebstoffs miteinander .

Beide Systeme sind mit einer äußeren Schutzschicht versehen, die eine hervorragende Witterungsbeständigkeit bietet und sie somit für den Einsatz in Außenfassadenelementen qualifiziert. In diesem Zusammenhang wurde jedes System einem Bewitterungs- und Brandtest unterzogen, um sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften und das Erscheinungsbild mindestens 15 Jahre lang stabil bleiben und die Bauteile mindestens die Anforderungen der Brandklasse B2 erfüllen.

Angesichts der unterschiedlichen Witterungsbedingungen an der Fassade wurden die Komponenten auch einem Windtest unterzogen, bei dem die maximal zu erwartende Windlast aus verschiedenen Richtungen aufgebracht wurde. Um die Langlebigkeit der Fassadenelemente zu gewährleisten, wurde jedes Materialsystem zyklisch unter pneumatischer Aktuierung auf Biegung bis zu 90° mit mindestens 20.000 Testzyklen geprüft.

Steuerungssystem. Reaktion auf Benutzer und Umwelt

Um die Leistung der adaptiven Fassade effektiv zu kontrollieren, wurde ein digitaler Zwilling entwickelt, der eine Echtzeitsimulation der Wärme- und Lichtverhältnisse im Innenraum sowie der Energieerzeugung durch integrierte Photovoltaikmodule ermöglicht. Der digitale Zwilling sammelt Echtzeitdaten über eingebettete Sensoren, darunter die Beleuchtungsstärke in Innenräumen durch Lichtsensoren, die Beleuchtungsstärke im Freien durch Sonneneinstrahlungssensoren, die Innentemperatur von verteilten Temperatursensoren und die Windverhältnisse von Anemometern an der Fassade. Prognosedaten wie detaillierte Wettervorhersagen (Sonneneinstrahlung, Bewölkung, Temperatur, Windgeschwindigkeiten und Niederschlag) von meteorologischen Anwendungsprogrammierschnittstellen, engl. Application Programming Interfaces (), und Energiebedarfsprognosen auf der Grundlage vorheriger Nutzung sind ebenfalls in das System integriert. Mithilfe dieser Daten optimiert ein auf einem Entscheidungsbaum basierender Steuerungsalgorithmus drei Aspekte des Raumkomforts – Beleuchtung für ausreichende Helligkeit, Blendungsminimierung und Wärmeregulierung – und maximiert gleichzeitig die PV-Energieerzeugung. Das System berechnet die optimalen Panelwinkel durch kontinuierliche Analyse von Echtzeit- und prognostizierten Daten, gewährleistet so einen effizienten Betrieb während des gesamten Tages und sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Nutzerkomfort, Energieeffizienz und erneuerbarer Energieerzeugung.

Großflächige adaptive Fassade

Die FlectoLine Fassade dient als Machbarkeitsnachweis und zeigt das Potenzial für die Erstellung großflächiger adaptiver Fassaden unter Verwendung von faserverstärkten Kunststofflaminaten mit nachgiebigen Gelenkzonen und integrierten pneumatischen Aktuatoren. Die Fassade erstreckt sich über eine Fläche von 83,5 Quadratmetern und besteht aus 101 Komponenten mit Abmessungen von 0,81 × 0,86 m bis 1,50 × 1,31 m in der x- bzw. y-Achse. Um einen 90°-Biegewinkel zu erreichen, benötigen sie lediglich einen Druck von 0,4 bar, was ihre hohe Effizienz zeigt. In das Design sind organische Dünnschicht-Photovoltaikzellen (PV) integriert, die Sonnenenergie gewinnen und sicherstellen, dass die adaptive Fassade ihren Energiebedarf unabhängig deckt. Darüber hinaus untersucht der Demonstrator Möglichkeiten zur Förderung der direkten Interaktion zwischen der gebauten Umgebung und ihren Bewohnern durch aktive Steuerungssysteme, die durch die nahtlose Integration von computergestütztem Design, fortschrittlicher Simulation und Fertigungsprozessen ermöglicht werden.

PROJEKT TEAM

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Edith A. Gonzalez San Martin, Dr.-Ing. Axel Körner, Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers

ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien, Universität Stuttgart
Matthias Ridder, Dr.-Ing. Larissa Born, Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser,

HELLA Sonnen- und Wetterschutztechnik GmbH
Stephan Moser, Robert Weitlaner, Gerald Lukasser

Jehle Technik GmbH
Sai Konduri, Uwe Boerboom, Alexander Jehle

Formfinder Software GmbH
Robert Roithmayr

WISSENSCHAFTLICHE KOOPERATIONSPARTNER

PBG Plant Biomechanics Group, Botanischer Garten, Universität Freiburg
Prof. Dr. Thomas Speck

MIT UNTERSTÜTZUNG VON

Kalaivanan Amudhan, Avelia Christina Emilton, Yara Karazi, Deng Ming,
Marcel Rosenfelder, Sarvenaz Sardari, Sai Pranneth Singu, Ivanna Trifunovic,
Aysima Yavuz

IN KOOPERATION MIT

Exzellenzcluster IntCDC – Integrative Computational Design and Construction for Architecture, Universität Stuttgart

Exzellenzcluster livMatS – Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems, Universität Freiburg

PROJEKTINFORMATIONEN

Adresse:
Schänzlestraße 1, D-79104 Freiburg im Breisgau

Fertigstellung:
Oktober 2024

Größe eines FlectoLine Elements:
0,86 m x 1,46 m

Gewicht eines FlectoLine Elements:
3 kg

Anzahl Elemente:
101

Bedeckte Fläche an der Fassade:
83,5 m²

FÖRDERUNG

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) |
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG |
Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft |
Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK)

Hybrid Flachs Pavillon

Der Hybrid-Flachs Pavillon ist ein zentraler Ausstellungsbau auf dem Landesgartenschaugelände, umgeben vom renaturierten Flusslauf der Argen. Der Pavillon zeigt erstmals eine Holz-Naturfaser-Hybridkonstruktion als Alternative zu konventionellen Bauweisen, die am Exzellenzcluster „Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC) erforscht wird. Die in dieser Form einzigartige Konstruktion kombiniert schlanke Brettsperrhölzer mit robotisch gewickelten Flachsfaserkörpern in einem neuartigen, ressourcenschonenden Tragsystem aus regionalen, biobasierten Bauwerkstoffen mit einem besonderen örtlichen Bezug. So wurde Flachs vormals in der örtlichen Textilindustrie verarbeitet, deren altes Spinnereigelände im Zuge der Landesgartenschau saniert wurde. Die wellenartige Dachkonstruktion bietet, gemeinsam mit dem kreisförmigen Grundriss und dem zentral angeordneten Klimagarten, einen tiefen, fließend in die Landschaft übergehenden Raum. Die durch Erdwärme aktivierbare Bodenplatte aus Recyclingbeton ermöglicht eine ganzjährig komfortable Nutzung des dauerhaft angelegten Gebäudes.

Ein dauerhaftes Ausstellungsgebäude zur Demonstration neuartiger biobasierter Baumethoden

Der Hybrid-Flachs Pavillon befindet sich inmitten der Schaugärten der Landesgartenschau und umschließt einen zentralen Ausstellungsraum. Seine Form und Gestalt zeichnet sich durch das prägnante, wellenförmige Dach und umlaufende Glasfassaden aus und lädt Besucher aus allen Richtungen in den beeindruckenden Innenraum ein. Die vollständig transparente Hülle bietet Panoramablicke, die das Innere des Gebäudes nahtlos mit der äußeren Landschaft verschmelzen lassen. Angelehnt an den geschwungenen Argen-Flusslauf schafft das wellenförmige Dach kontinuierliche, sich graduell verändernde Raumzonen und vermittelt ein Gefühl von Weite über die Gebäudehülle hinaus. Das Herzstück des Bauwerks ist ein Klimagarten, der als Innenhof dient und eine natürliche Querlüftung und Kühlung ermöglicht. Zusammen mit einer geothermisch aktivierten Bodenplatte aus recyceltem Beton und CO2-reduziertem Zement sorgt dies für ganzjährigen Innenraumkomfort bei minimaler Haustechnik.

Das Dach des Pavillons stellt die weltweit erste Hybridkonstruktion aus Brettsperrholzplatten und Naturfaserkörpern dar, die durch kernloses Wickeln von Flachsfasern hergestellt wurde. Die 20 Hybridbauteile wechseln sich mit herkömmlichen Holzelementen ab und bilden die charakteristische wellenförmige Struktur des Daches, das die 380 m² große Ausstellungsfläche überspannt. Ziel dieses neuartigen hybriden Bausystems ist es, einen weitläufigen stützenfreien Raum zu schaffen und gleichzeitig den Materialeinsatz zu minimieren, indem die Synergie zwischen Holz und Naturfaserverbundstoffen genutzt wird. Die Vor-Ort-Montage aller 44 Deckenelemente wurde dank praxisnaher, interdisziplinärer Planung und der hochpräzisen Vorfertigung in 8 Tagen abgeschlossen.

Der digitale Entwurf des Gebäudes basiert auf integrativen computerbasierten Planungsmethoden, die die Expertise verschiedener am Projekt beteiligter Fachdisziplinen früh in den Planungsprozess einbinden und vereinen – wodurch sich der Kreis zwischen Forschung und Industrie schließt. Dieser Ansatz umfasst nicht nur die Gestaltung der hybriden Faser-Holz-Komponenten, sondern berücksichtigt auch die Schnittstellen zu konventionellen Bauelementen wie Fassade und Dach, insbesondere in Hinblick auf deren geometrischen und konstruktiven Anforderungen. Diese Methodik erlaubt einen flexiblen, iterativen Entwurfsprozess, der in jeder Phase der Entwicklung Anpassungen und Optimierungen in allen beteiligten Disziplinen zulässt. Infolgedessen dauerte der gesamte Planungs-, Fertigungs- und Bauprozess nur 12 Monate, was die Effektivität des integrativen Co-Design-Ansatzes unter Beweis stellt. Im Sinne eines wechselseitigen, interdisziplinären Wissenstransfers zwischen Forschung und Bauunternehmen zeigt das Gebäude auch, wie hochinnovative Architektur von regionalen, kleinen Unternehmen und Handwerkern gebaut werden kann.

Innovatives Hybrid-Bausystem aus Naturfasern

Das Faser-Holz-Hybridsystem nutzt die spezifischen Eigenschaften von Holz und natürlichen Fasern und ermöglicht besonders leichte, effiziente Bauteile mit hervorragender Leistungsfähigkeit. Der Einsatz von Flachsfaserkomponenten zur Verstärkung der schlanken Holzplatten erlaubt es die Vorteile schnell nachwachsender Ressourcen für die Bauindustrie zu nutzen und zeigt auf, wie der signifikante Bedarf an Bauholz effektiver aus lokal verfügbaren Beständen gedeckt werden kann. Das Bausystem wurde als zirkuläre Bauweise entwickelt, indem es eine zukünftige Materialwiederverwendung und -Verwertung durch die sortenreine Zerlegung der Hybridkomponenten in ihre Einzelteile ermöglicht. Durch eine graduelle Ausdifferenzierung der Faserkomponenten werden die unterschiedlichen, statisch erforderlichen Eigenschaften erreicht. Der Faserkörper bildet eine Fläche, die hauptsächlich Zuglasten trägt, während die Holzplatte Druckkräfte aufnimmt und die Oberfläche für den Raumabschluss und Dachaufbau bildet. Zusammen bieten sie die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit, um die hohen Schneelasten am Alpenrand zu tragen.

Während des Forschungs- und Entwicklungsprozesses wurde der Entwurf des Faserkörpers kontinuierlich durch Rückkopplung zwischen architektonischen Anforderungen, statischer Analyse, Einschränkungen aus der Fertigung und Materialeigenschaften entwickelt. Er besteht aus mehreren sequenziell gewickelten Flachsfaserlagen. Die primäre Faserstruktur, die sogenannte “Spine” wirkt als zentraler Unterzug von innen nach außen. Die Fächerlage verteilt die Lasten gleichmäßig auf die Stützen, während die optisch dominierenden Gitternetzschichten ein gleichmäßiges Fasernetz bilden, um die erforderliche strukturelle Integrität zu erreichen. Zwei zusätzliche Eckverstärkungslagen verbessern die Faserinteraktion und bieten zusätzliche Verstärkung in strukturell kritischen Bereichen.

Die Faser-Holz-Hybridkomponenten überbrücken eine Spannweite von 8,6 Metern zwischen den Stützen entlang der beiden Fassaden. Die radial angeordneten 120 mm dicken kreuzverleimten Holzplatten erzeugen die wellenförmige Dachfläche. Die Holzplatten wurden mit einer 5-Achs-Fräsmaschine hergestellt und enthalten eine Reihe von Aussparungen für die Verbindungen zwischen Holz, Faser und Fassade sowie abgeschrägte Kanten, die kontinuierlich ihren Winkel ändern, um den variierenden Orientierungen der Faserverbindungen zu entsprechen. Die Flachsfaserkörper werden mit Schrauben unter jeder zweiten CLT-Platte befestigt und bilden so die Hybridkomponenten. Statische Belastungstests dienten zur Kalibrierung der Finite-Elemente-Modelle und zur Überprüfung der Tragfähigkeit des Bausystems.

Von der robotergestützten Prototypenentwicklung zum industriellen Faserwickeln

Der kernlose Faserwickelprozess, der bei der Entwicklung und Produktion der Faserelemente verwendet wird, ermöglicht einen lokal angepassten Materialauftrag, der durch die spezifischen Anforderungen von Statik, Architektur und Materialgesteuert wird. Im Gegensatz zu konventionellen Herstellungsprozessen für Faserverbundwerkstoffe wird dies ohne eine Schalung erreicht, da der Wickelrahmen gemeinsam mit dem Faserelement entworfen wird, und der endgültige Faserkörper im Wickelprozess als Folge der Interaktion der Fasern entsteht. Für dieses Projekt war eine Anpassung des kernlosen Faserwickelprozesses erforderlich, um das natürliche Flachsfasermaterialsystem und die einzigartige Geometrie des Faserkörpers zu ermöglichen. Normalerweise sind positive Krümmungen nur durch eine zusätzliche Form herstellbar, doch dieses Bauteil beinhaltet sowohl Bereiche positiver als auch negativer Gaußscher Krümmung. Um dies zu erreichen, enthält der Wickelrahmen eine Art Rückgrat oder auch “Spine” genannt, welche die positive Krümmung des Bauteils in seiner Längsrichtung sowie negative Krümmung, strukturelle Tiefe und Krümmungsradius in seinem Querschnitt ermöglicht, während es gleichzeitig die notwendige Struktur für den selbsttragenden Rahmen darstellt. Die Wickelankerpunkte um den Umfang des Rahmens wurden jeweils basierend auf der Normalen der Oberfläche orientiert, um eine konsistente Faserrichtung zu gewährleisten und Kräfte ordnungsgemäß von Holz in die Faserbündel zu übertragen – eine Anforderung, die für die Leistungsfähigkeit der Hybridkomponente von entscheidender Bedeutung ist.

Unter Verwendung dieses maßgefertigten Rahmens wurden Geometrie, Faserstrukturen und Herstellungsprozesse an der Universität Stuttgart durch eine Reihe von Prototypen entwickelt, getestet und von einem 6-Achs-Roboterarm mit einem spezifisch hierfür entwickelten Endeffektor gefertigt. Nach Abschluss der Prototypenphase einschließlich der statischen Versuche wurde der finalisierte Entwurf an den Industriepartner übergeben, um die Serienproduktion mit einer industriellen 5-Achs-Faserwickelmaschine durchzuführen. Die Fertigungsplanung wurde direkt in den computerbasierten Entwurfsprozess integriert und eine speziell entwickelte Software wandelte die geometrischen Daten des Faserelements in einen ausführbaren Maschinencode um, wodurch der Prozess vom Entwurf zur Fertigung optimiert und erfolgreich die Lücke zwischen Forschung und Industrie überbrückt wurde.

Die Forschung an durch integrative digitale Planung und Fertigung ermöglichte, bio-basierte Hybrid-Bausysteme wird an der Universität Stuttgart im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Computational Design and Construction for Architecture“ fortgesetzt.

PROJEKT PARTNER

Exzellenzcluster IntCDC – Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur, Universität Stuttgart.

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD)
Prof. Achim Menges, Rebeca Duque Estrada, Monika Göbel, Harrison Hildebrandt, Fabian Kannenberg, Christoph Schlopschnat, Christoph Zechmeister

Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE)
Prof. Dr. Jan Knippers, Tzu-Ying Chen, Gregor Neubauer, Marta Gil Pérez, Valentin Wagner,

mit Unterstützung von: Daniel Bozo, Minghui Chen, Peter Ehvert, Alan Eskildsen, Alice Fleury, Sebastian Hügle, Niki Kentroti, Timo König, Laura Marsillo, Pascal Mindermann, Ivana Trifunovic, Weiqi Xie

Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024 GmbH
Karl-Eugen Ebertshäuser, Hubert Meßmer

Stadt Wangen im Allgäu

HA-CO Carbon GmbH
Siegbert Pachner, Dr. Oliver Fischer, Danny Hummel

STERK abbundzentrum GmbH
Klaus Sterk, Franz Zodel, Simon Sterk

FoWaTec GmbH
Sebastian Forster

Biedenkapp Stahlbau GmbH
Stefan Weidle, Markus Reischmann, Frank Jahr

Harald Klein Erdbewegungen GmbH
Harald Klein

PROJEKT KOOPERATIONEN

Wissenschaftliche Kooperation:
IntCDC Large Scale Construction Laboratory
Sebastian Esser, Sven Hänzka, Hendrik Köhler, Sergej Klassen

Weitere beratende Ingenieure:
Belzner Holmes und Partner Light-Design
Dipl.-Ing. (FH) Thomas Hollubarsch, Victoria Coval

BiB Concept
Dipl.-Ing. Mathias Langhoff

Collins+Knieps Vermessungsingenieure
Frank Collins, Edgar Knieps

Moräne GmbH – Geotechnik Bohrtechnik
Luis Ulrich M.Sc.

Spektrum Bauphysik & Bauökologie
Dipl.-Ing. (FH) Markus Götzelmann

wbm Beratende Ingenieure
Dipl.-Ing. Dietmar Weber, Dipl.-Ing. (FH) Daniel Boneberg

lohrer.hochrein Landschaftsarchitekten DBLA

Baugenehmigung:
Landesstelle für Bautechnik
Dr. Stefan Brendler, Dipl.-Ing. Steffen Schneider

Prüfingenieur
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß, Dr.-Ing. Marcus Flaig

Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer, Dipl.-Ing. Jörg Schmied

MPA-Materialprüfungsanstalt, Universität Stuttgart
Melissa Lücking M.Sc., Dipl.-Ing (FH) Frank Waibel

Baukooperation
ARGE- Leistungsbereich Wärmeversorgungs- und Mittelspannanlagen
Franz Miller OHG

Stauber + Steib GmbH

PROJEKT UNTERSTÜTZUNG

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft

Dieses Projekt wurde durch das Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg unterstützt.

Bioökonomie Baden-Württemberg: Forschung- und Entwicklung (FuE) Förderprogramm “Nachhaltige Bioökonomie als Innovationsmotor für den Ländlichen Raum”

Holz Innovativ Programm (HIP), Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg

IFB Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart

ISW Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen, Universität Stuttgart

Wangen Turm

Eingebettet in die eindrucksvolle Landschaft des Westallgäus ist der Wangen Turm ein architektonisches Wahrzeichen und einen wegweisenden Holzbau für die Landesgartenschau 2024. Basierend auf der Forschung des Exzellenzclusters „Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC)“ der Universität Stuttgart ist der Turm die erste in vollen Höhe begehbare Struktur, die tragende selbstformende Holzbauteile verwendet. Die charakteristische Form dieses einzigartigen Holzbauwerks ist Ausdruck einer neuen, aus natürlich nachwachsenden, lokal verfügbaren und regional verarbeiteten Materialien bestehenden Architektur. Diese Innovation imHolzbau wird ermöglicht durch die Integration von Forschung, materialgerechter und computerbasierter Planung, digitaler Fertigung und qualifiziertem Handwerk.

Ein architektonisches Wahrzeichen und wegweisender Holzbau

Der Turm verbindet als architektonisches Wahrzeichen das Landesgartenschau-Gelände im Argen-Tal mit den sanften Hügeln der umliegenden Landschaft. Am Boden ergeben sich die Turmeingänge aus den sich zu drei Seiten elegant öffnenden Holzflächen, die einen einladenden Raum freigeben, der sich dem Fluss Argen und der sanft gerundeten Spitze des benachbarten Drumlins, eines eiszeitlich geformten Hügels und Zeugnisses der voralpinen Gletschergeschichte der Region, zuwendet.

Innen bietet der Turm durch die spiralförmig aufstrebende Holzstruktur ein einzigartiges Raumerlebnis, das durch das Spiel von Licht und Schatten auf den gekrümmten Holzflächen noch unterstrichen wird. Der Aufstieg über die 113 Stufen zur Aussichtsplattform bietet eine visuelle und haptische Verbindung zur Materialität der innovativen Holzstruktur des Turms. Beim Austritt auf die transparente Aussichtsplattform ergibt sich beeindruckender Blick auf die umliegende Landschaft. Mit seiner geschwungenen Oberkante kuratiert der Turm die Blickbeziehungen zu verschiedenen kultureller- und landschaftlicher Merkmale und rahmt dabei die Aussicht auf die mittelalterliche Stadt Wangen und die Argen-Auen, während er zugleich ein atemberaubendes Panorama auf die Alpen eröffnet.

Die 23 Meter hohe, neuartige Konstruktion des Turms besteht aus 12 tragenden, gebogenen Brettsperrholzsegmenten (BSP) mit einem Querschnitt von nur 130 Millimetern. Die globale Geometrie des Turms, kombiniert mit den lokalen Krümmungen der BSP-Elemente, führt zu einem neuartigen flächenaktiven Holztragwerk, das die entscheidenden horizontalen Windlasten trägt und dem Turm seine markante, gewundene Silhouette verleiht. Die Krümmung verleiht den Bauteilen dabei zusätzliche Steifigkeit, ähnlich wie bei Wellblechen. Die Treppenspindel trägt die vertikalen Verkehrslasten auf den Stufen und unterstreicht durch die Verjüngung am Fußpunkt elegant die Lastverteilung zwischen der zentralen Spindel und der Hülle aus Holz. Computerbasierte Planungsmethoden, die das Materialverhalten und die Herstellungsbedingungen von Anfang an integrieren, sind das Kernstück des zukunftsweisenden Entwurfs und der hochpräzisen Umsetzung dieses Forschungsdemonstrators. Millimetergenaue Vorfertigung und präzisionsgefräste Verbindungsdetails ermöglichten die Montage vor Ort in nur drei Tagen und die nahtlose Integration der Stahltreppe, des Glasoberlichts und der Aussichtsplattform des Turms. Die leistungsfähige und ressourceneffiziente Holzkonstruktion erzeugt durch ihre markante Silhouette einen unverkennbaren architektonischen Ausdruck.

Planung und Produktion von selbstgeformten Holzbauteilen

Der Wangen Turm ist der weltweit erste begehbare Aussichtsturm, der gekrümmte großformatige Bauteile verwendet, die sich durch das Schwinden des Holzes selbsttätig formen. Für gewöhnlich werden das feuchtigkeitsbedingte Schwinden und Verformen als Nachteile des Baustoffes Holz betrachtet. Inspiriert von biologischen Vorbildern wie dem Fichtenzapfen, der auf wechselnde Umgebungsfeuchte mit der Formänderung seiner Schuppen reagiert, können ähnliche Prinzipien jedoch zur gezielten Formgebung von gebogenen Holzbauteilen eingesetzt werden. Hierbei wird die exakte Formveränderung hin zu einer vorgegebenen Zielkrümmung nur durch das charakteristische Schwinden des Holzes bei einer Abnahme des Holzfeuchtegehalts während des üblichen, industriellen Trocknungsprozesses angetrieben.

Für die Herstellung der selbstgeformten BSP-Bauteile wurde einheimisches Fichtenholz verwendet. Die selbstformenden doppelschichtigen Platten wurden als flache Paneele aus jeweils einer 30 Millimeter starken “aktiven” Schicht und einer kreuzweise verleimten 10 Millimeter dünnen “restriktiven” Schicht hergestellt. Im Gegensatz zur typischen industriellen Holzverarbeitung wurden die Bretter nur leicht luftgetrocknet verwendet. Die “aktive” Schicht mit höherem Feuchtigkeitsgehalt wurde in einer flachen Vakuumpresse mit der “restriktiven” Schicht verleimt. Nach dem Laminieren wurden die flachen Paneele einem kontrollierten Trocknungsprozess unterzogen, bei dem die aktive Schicht senkrecht zur Faserrichtung der Bretter schwindet, so dass sich die Paneele von selbst in die vorausberechnete Form biegen. Drei gekrümmte doppelschichtige Platten wurden überlappt und zusammen mit einer 10 Millimeter dünnen, elastisch gebogenen Sperrschicht verklebt, um die 130 Millimeter dünnen, formstabilen und präzise gekrümmten BSP-Rohlinge herzustellen.

Materialorientierter, ressourcenschonender Holzbau

Computerbasierte Entwurfs- und Simulationsmethoden, die das Materialverhalten von Beginn an berücksichtigen, sowie eine hochpräzise digitale Vorfertigung bilden die Grundlagen, um gekrümmte BSP-Platten für eine ressourceneffiziente, formaktive Holzstruktur zu nutzen. Die integrierten Holzverbindungen konnten so direkt aus dem digitalen Modell abgeleitet und mittels CNC-Fräsen präzise materialisiert werden. Jedes der zwölf 23 Meter langen Tragwerkssegmente des Turms besteht aus drei einzelnen BSP-Elementen, die 5-achsig CNC-gefräst und mit einer eigens entwickelten, in den Querschnitt eingelassenen Laschenverbindung präzise verbunden wurden, um durchgängige BSP-Elemente bei gleichbleibenden Querschnittsabmessungen zu ermöglichen. Die exakte Position und Geometrie der Verbindungen wurde so generiert, das gleichzeitig die Anforderungen der Statik wie auch der Fertigung optimiert und die Gesamtmenge des Materialverschnitts minimiert wurde.
Bereits in der Werkhalle wurden die zwölf Turmbauteile in Zweiergruppen vormontiert, wodurch die Bauzeit vor Ort entscheidend verkürzt werden konnte. Auch die schlanken Stahlverbinder, die das statische Bindeglied zwischen dem Holztragwerk und dem Treppenhaus darstellen, sowie die meisten der 168 Lärchenholzpaneele der Fassade wurden in der Fabrik vormontiert. Vor Ort konnten die Turmbauteile in nur drei Tagen auf ihrem Fundament aus Recyclingbeton mit CO2-reduziertem Zement aufgestellt werden. In den fertigen Holzrohbau wurden anschließend die Segmente der Spindeltreppe sowie die, sieben Meter überspannende, Aussichtsplattform von oben eingehoben.

Der Wangen Turm verkörpert in seiner charakteristischen Form und innovativen Bauweise einen zeitgemäßen architektonischen und konstruktiven Ausdruck des traditionellen Baumaterials Holz. Mit einer integrativen Herangehensweise an der Schnittstelle von Forschung, Handwerk und computerbasierter Planung und Vorfertigung, präsentiert sich der Wangen Turm als Vorreiter für effizientes, ökologisches und zugleich regionales Bauen.

Projekt Partner

Exzellenzcluster IntCDC – Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur, Universität Stuttgart.

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD)
Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Laura Kiesewetter, David Stieler, Dr. Dylan Wood
Mit Unterstützung von: Gonzalo Muñoz Guerrero, Alina Turean, Aaron Wagner

Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE)
Prof. Dr. Jan Knippers, Gregor Neubauer

Blumer-Lehmann AG
Katharina Lehmann, David Riggenbach, Jan Gantenbein

mit Biedenkapp Stahlbau GmbH
Markus Reischmann, Frank Jahr

Stadt Wangen im Allgäu
Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024 GmbH

Weitere Projektbeteiligte

Wissenschaftliche Zusammenarbeit:
Professur für Forstnutzung Prof. Dr. Markus Rüggeberg, TU Dresden

Weitere beratende Ingenieure:
wbm Beratende Ingenieure
Dipl.-Ing. Dietmar Weber, Dipl.-Ing. (FH) Daniel Boneberg

Collins+Knieps Vermessungsingenieure
Frank Collins

Schöne Neue Welt Ingenieure GbR
Florian Scheible, Andreas Otto

lohrer.hochrein Landschaftsarchitekten DBLA

Baugenehmigung:
Prüfingenieur: Prof. Hans Joachim Blaß, Karlsruhe
Gutachter: MPA Stuttgart, Dr. Gerhard Dill Langer, Prof. Dr. Philipp Grönquist

Zusammenarbeit für Fundament:
Fischbach Bauunternehmen

Projektuntertützung

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft
Zukunft Bau – Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen / BBSR

livMatS Biomimetic Shell

FIT Freiburger Zentrum für Interaktive Werkstoffe und Bioinspirierte Technologien, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, 2023

Die livMatS Biomimetic Shell am Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien ist ein zukunftsweisender Forschungsbau. Der großzügige und fließend in den umliegenden Campus übergehende Raum dient als architektonischer Inkubator für das Entwickeln innovativer, disziplinübergreifender Forschungsideen. Zugleich stellt das Bauwerk selbst ein Forschungsprojekt der beiden Exzellenzcluster Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) der Universität Stuttgart und Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) der Universität Freiburg dar, das einen integrativen Ansatz des Planens und Bauens für eine zukunftsfähige Architektur untersucht.

Das Gebäude führt verschieden Forschungsstränge der Exzellenzcluster zur baulichen Synthese. Es handelt sich um eine auf biologischen Konstruktionsprinzipien basierende Holzleichtbauweise, die den ökologischen Fußabdruck über den gesamten Lebenszyklus im Vergleich zu einer herkömmlichen Holzkonstruktion um ca. 50% reduziert. Diese ausdifferenzierte und somit besonders ressourcenschonende, vollständig rückbau- und wiederverwendbare Holzsegmentschalenkonstruktion wird durch die integrative Entwicklung computerbasierter Planungsmethoden, robotischer Vorfertigungs- und automatisierter Bauprozesse, sowie neuer Formen der Mensch-Maschine Interaktion im Holzbau ermöglicht. In die Holzschale eingelassen ist das großflächige Oberlicht „Solar Gate“, das durch eine biomimetische, betriebsenergiefreie, 4D-gedruckte Verschattungsstruktur zur Regulierung des Innenraumklimas beiträgt. Zusammen mit einer aktivierten Bodenplatte aus Recycling-Beton ermöglicht dies eine ganzjährig komfortable Nutzung mit minimalster Haustechnik. So entstehen ein ausdrucksstarker, flexibel nutzbarer Raum und eine Architektur, die alternative Wege für ein zukunftsfähiges Bauen aufzeigt und auch als Plattform für weiterführende Forschung dienen wird.

Zukunftsweisender Holzbau als Raum für innovative Ideen

Die livMatS Biomimetic Shell bildet eine Erweiterung des Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und bietet Raum für das Entwickeln disziplinübergreifender Forschungsideen. Als Ort des freien Denkens ist der Solitär unabhängig auf dem Campus angeordnet und bildet mit einer großzügig öffenbaren Fassade einen fließenden Übergang zur umgebenden Landschaft.

Der Entwurf der Gebäudehülle basiert auf morphologischen Prinzipien des Plattenskeletts von Seeigeln, die am Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baukonstruktion (ICD) und dem Institut für Tragkonstruktion und konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart seit mehr als zehn Jahren erforscht werden. Für dieses Projekt wurde die Segmentschalenbauweise als hochdämmende Struktur für eine ganzjährige und dauerhafte Nutzung weiterentwickelt. Die unverwechselbare Form der Schale ergibt sich aus der gezielten Verzweigung zweier Teilschalen von unterschiedlicher Form und Größe. So entsteht ein sich öffnendes Oberlicht, welches bei konventionellen Schalenbauten nur selten zu finden ist. Dieses innovative Holzbausystem überspannt eine Grundfläche von 200m² und besteht aus 127 unterschiedlichen Hohlkassetten, die über Kreuzverschraubungen gefügt werden. Im montierten Zustand wirkt die Holzschale durch ihre gekrümmte Geometrie als formaktives Flächentragwerk, das eine stützenfreie Spannweite von 16 Metern bei einem Gewicht von nur 27 kg/m² Schalenfläche erreicht. Das Bauprinzip sieht vor, dass die gesamte Baustruktur als solche wiederverwendbar ist, aber auch in ihren baulichen Bestandteilen sortenrein trennbar bleibt.

Gemeinsam mit der statisch günstigen Schalenform zeigen gerade die Hohlkassetten wie auch im Holzbau neue Ansätze zur Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit durch den integrativen Einsatz digitaler Technologien verfolgt werden können. Die Hohlkassetten bestehen aus einer äußeren und inneren Decklage aus Dreischichtplatten sowie umlaufenden Randbalken aus Brettschichtholz, welche als Module zusammengesetzt werden. Der Mehraufwand in Planung und Ausführung, der mit dieser lastangepassten und geometrisch ausdifferenzierten Konstruktion einhergeht und diese normalerweise unwirtschaftlich werden lässt, kann durch integrative computerbasierte Planungsmethoden, robotische Fertigung und automatisierte Montage kompensiert werden, was zu einer erheblichen Reduktion des Ressourcenverbrauchs und des ökologischen Fußabdrucks führt. So zeigt eine ausführliche Lebenszyklusanalyse (LCA gemäß ISO 14040-14044 and EN15804), dass im Vergleich zu einer herkömmlichen Holzbaukonstruktion der Materialaufwand um 50% und das Erderwärmungspotenzial (GWP) um 63% geringer ausfällt.

Bioinspirierter wetterresponsive Fassaden und Komfortstrategie

Da Gebäude aufgrund des üblicherweise hohen Energiebedarfs für die Aufrechterhaltung des Innenraumkomforts einen erheblichen Anteil an den globalen Kohlenstoffemissionen haben, ist die Reduzierung der für das Heizen, Kühlen und Belüften erforderlichen Energie von hoher Bedeutung.

Die Komfortstrategie der livMatS Biomimetic Shell resultiert aus einer in die Planung integrierte digitale Modellierung vielschichtiger Einflussfaktoren, um mit möglichst minimaler technischer Ausstattung und Betriebsenergie auszukommen. Der Standort und die Ausrichtung des Gebäudes auf dem Grundstück wurden so gewählt, dass die umliegenden Gebäude an Wintertagen wenig bis gar keinen Schatten auf das Gebäude werfen. So können die solaren Gewinne durch das großflächige, nach Süden ausgerichtet Oberlicht genutzt werden. Die Holzschale selbst ist mit Holzweichfaserdämmung ausgestatteten. Eine thermisch aktivierte Bodenplatte aus Recyclingbeton, die mit niedrigen Vorlauftemperaturen aus lokaler Geothermie arbeitet, stellt in den Wintermonaten einen thermischen Innenraumkomfort sicher. Zugleich werden im Sommer hohe Wärmelasten durch solare Einträge vermieden.

Ein wetterresponsives Beschattungssystem am Oberlicht reguliert das Gebäudeklima, indem es das Gebäudeinnere im Sommer vor hohen Wärmelasten abschirmt, während es im Winter solare Gewinne zulässt. Die passive Anpassung dieses „Solar Gate“ basiert auf einer langjährigen Zusammenarbeit der Universitäten Stuttgart und Freiburg zur Erforschung des biomimetischen Prinzips des feuchtigkeitsgesteuerten Öffnens und Schließens von Pflanzenzapfen, das durch die hygroskopische Eigenschaft des Materials und dessen anisotroper Struktur ausgelöst wird.

Die integrierte Entwicklung von biobasierten, hygroskopischen Materialien und auf biomimetischen Prinzipien beruhenden, additiven Fertigungsprozessen ermöglicht es, die Materialstruktur der Verschattungselement so auszubilden, dass sich diese in Reaktion auf die Veränderungen der täglichen und jahreszeitlichen Wetterzyklen von selbst Ihre Form zur Regulierung des Innenklimas anpassen. Die 424 selbstformenden Beschattungselemente bestehen aus biobasierten Materialien und befinden sich in einem 10 m² großen Kastenfenster am Oberlicht. Sie wurden im 4D-Druckverfahren unter Berücksichtigung der Umwelt- und Standortbedingungen so programmiert, dass sie ganzjährig einen funktionalen Sonnenschutz bieten und zugleich solare Einträge ermöglichen, ohne dass dafür irgendeine Betriebsenergie benötigt wird. Zusammen schafft die wetterresponsive Fassade des Solar Gate, die hochgedämmte Gebäudehülle und die aktivierte Bodenplatte einen ganzjährig thermisch komfortablen Raum, ohne das weitere technische Gebäudeausstattung erforderlich ist.

Integrative computerbasierte Planung und robotische Vorfertigung

Das materialeffiziente Prinzip der Hohlkassette kam bereits im BUGA Holzpavillon Heilbronn 2019 als temporäres, offenes Bauwerk zur Anwendung und wurde hier für ein dauerhaftes, geschlossenes Gebäude mit ganzjähriger Nutzung weiterentwickelt. Ebenso wurde die Holzbauweise dahingehend optimiert, dass nachhaltigere Holzwerkstoffe genutzt und die Bauteilgrößen so angepasst wurden, dass bei der robotischen Herstellung so wenig Verschnitt wie möglich erzeugt wird. Der Grundgedanke von ressourceneffizienten, maßgeschneiderten Bauteilen wurde bei der Integration von Akustikelementen, Beleuchtung, integrierter Dämmung, Fassadenanschlüssen und Grifflöchern für automatisierte Montage konsequent fortgesetzt. Der damit einhergehenden hohen Komplexität in den Bauteilgeometrien und -aufbauten konnte mit einer durchgängig digitalen Planung und Fertigung begegnet werden. Für den Produktionsprozess (LCA A1-A3) weist das Holhlkassettensystem dank des optimierten robotischen Fertigungsprozesses ein im Vergleich zu einem aus Brettsperrholz (BSP) gefertigten Massivkassettensystem ein um 35% reduziertes Erderwärmungspotenzial (GWP) auf.

Das Herzstück der Vorfertigung ist eine neuentwickelte, transportable 7-Achs-Roboterplattform, die eine nahtlose Integration in den Werkhallen des Industriepartners müllerbaustein HolzBauWerke GmbH innerhalb weniger Stunden zuließ. Die 12m lange Robotereinheit ermöglichte die gleichzeitige Fertigung von vier Bauteilen mit Längen bis zu 3,5 Metern. Die individuellen Hohlkassetten wurden vom Schwerlastroboter aus einzelnen, digital vorformatierten Holzteilen gefügt, geklebt und in einem weiteren Schritt gefräst, gebohrt und schließlich zeiteffizient und mit einer Passgenauigkeit im Submillimeterbereich mittels Sägeblatts abgebunden. So konnte die robotische Fertigungszeit im Vergleich zum BUGA Pavillon um 75% reduziert werden. In die digitale Fertigung der Hohlkassetten wurden manuelle Teilmontageschritte von Sonderbauteilen wie Leuchtmitteln und Akustikelementen durch Augmented Reality direkt integriert. Diese Form der Mensch-Maschine Interaktion im Fabrikationsprozess, in dem unterschiedliche Akteure in einer gemeinsamen digital gestützten Prozesskette kooperieren können und Aufgaben zielgerichtet verteilt werden, ermöglicht eine effektive, digital-handwerkliche Herstellung komplexer Bauteile mit einem hohen Maß an Präzision.

Automatisierte Montage für ein cyber-physikalisches Bauen

Segmentierte Holzleichtbaukonstruktionen eignen sich aufgrund der hohen Präzision in der Vorfertigung und des geringen Bauteilgewicht für eine automatisierte Montage vor Ort, die im Rahmen dieses Projekts anhand von mehreren Schalensegmenten erstmals in einer realen Baustellensituation durchgeführt wurden. Hierfür wurden zwei cyber-physikalische Montageplattformen mit End-Effektoren entwickelt, die als automatisiertes Montage-Konzept vom digitalen Zwilling bis zu praktischer Einbindung in den Bauablauf untersucht wurden.

Das Montageprinzip besteht aus einem automatisierbaren Spinnenkran, der mit einem Vakuumgreifer Bauteile aufnimmt, sie automatisch an der entsprechenden Einbauposition platziert und in Position hält, bis diese ebenfalls automatisch verschraubt werden. Hierfür fährt ein zweiter, mit einem neuartigen Schraubeffektor ausgestatteter Spinnenkran die zu verschraubenden Kanten automatisiert an und bringt alle Schrauben ein. Für die wichtige Lokalisierung und Präzision der Bauroboter wurde ein automatisiertes Echtzeit-Tachymeter Netz bestehend aus vier Tachymetern entwickelt, wovon jeweils zwei Tachymeter die Position eines Bauroboters bestimmen.

Um bei komplexen Schalenbauwerken eine reibungslose Montage gewährleisten zu können, ist die Qualitätssicherung von größter Bedeutung. Ziel war es Hohlkassetten durch die Fertigungsschritte zu begleiten und so mögliche Änderungen der Geometrie feststellen zu können. Dafür wurde mittels eines terrestrischen Laserscanners ein digitales Abbild ausgewählter Kassetten erzeugt, welches dann mit der Soll-Geometrie aus der Planung verglichen werden konnte. Diese Messungen wurden sowohl nach der Fertigung, unmittelbar vor der Montage auf der Baustelle, sowie im eingebauten Zustand durchgeführt. Um eine abschließende geometrische Qualitätssicherung durchführen zu können wurde außerdem eine Aufnahme der fertigen Schale erstellt, um die Geometrie final zu evaluieren.

PROJEKT PARTNERS

Cluster of Excellence IntCDC – Integrative Computational Design and Construction for Architecture, University of Stuttgart.

ICD Institute for Computational Design and Construction
Prof. Achim Menges, Felix Amtsberg, Monika Göbel, Hans Jakob Wagner, Laura Kiesewetter, Nils Opgenorth, Christoph Schlopschnat, Tim Stark, Simon Treml, Xiliu Yang (Biomimetic Shell); Dylan Wood, Tiffany Cheng, Ekin Sila Sahin, Yasaman Tahouni (Solar Gate)

ITKE Institute for Building Structures and Structural Design
Prof. Dr. Jan Knippers, Simon Bechert

Cluster of Excellence LivMatS – Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems, Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg
Prof. Dr. Jürgen Ruhe, Prof. Dr. Thomas Speck, Prof. Dr. Anna Fischer

Müllerblaustein HolzBauWerke GmbH, Blaustein
Jochen Friedel, Johannes Groner, Daniel Gold

FORSCHUNGSPARTNER:

Cluster of Excellence IntCDC – Integrative Computational Design and Construction for Architecture, University of Stuttgart.

ISYS Institute for System Dynamics
Prof. Dr. Oliver Sawodny, Andreas Gienger, Anja Lauer, Sergej Klassen

IIGS Institute for Engineering Geodesy
Prof. Dr. Volker Schwieger, Sahar Abolhasani, Laura Balangé

ICD Architectural Computing, Institute for Computational Design and Construction
Prof. Dr. Thomas Wortmann, Lior Skoury, Max Zorn

IABP Institute for Acoustics and Building Physics
Prof. Dr. Philip Leistner, Roberta di Bari, Rafael Horn

IntCDC Large Scale Construction Laboratory
Dennis Bartl, Sebastian Esser, Sven Hänzka, Hendrik Köhler

WEITERE FACHPLANUNG:

erdrich wodtke Planungsgesellschaft mbh
Christian Erdrich

Transsolar Klima Engineering GmbH
Prof. Dr. Thomas Auer, Christian Frenzel

Bauphysik 5
Joachim Seyfried

BEC GmbH
Matthias Buck

Belzner Holmes Light-Design
Thomas Hollubarsch

GENEHMIGUNGSVERFAHREN:

MPA University of Stuttgart
Dr. Simon Aicher

WEITERE AUSFÜRHUNG

Geoconsult Ruppenthal
Vermessungsbüro Nutto
IB Becherer
Klitzke ELT-Plan
Prof. Dr.-Ing. Heinrich Bechert + Partner
FW Glashaus Metallbau GmbH & Co. KG
Moser GmbH & Co. KG
Lösch GmbH & Co. KG Lightning protection construction
Parquet Studio Ganter GmbH & Co. KG
Elektro Mutter GmbH
Rees Sanitary and heating installations
Jakober GmbH
Kiefer & Sohn GmbH
Dirk Pesec

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG

DFG German Research Foundation

Carlisle Construction Materials GmbH
HECO-Schrauben GmbH & Co. KG
Henkel AG & Co. KGaA
Puren GmbH
Raimund-Beck KG

Maison Fibre

EINE NEUARTIGE MATERIALKULTUR IN DER ARCHITEKTUR

Die auf der Architekturbiennale Venedig 2021 ausgestellte Maison Fibre untersucht einen alternativen Ansatz zum Entwerfen und Konstruieren von Gebäuden für das Wohnen und Arbeiten in der Zukunft. Als Antwort auf die zentrale Frage der Ausstellung „How will we live together?“ präsentieren das Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart eine vollmaßstäbliche, begehbare Installation, die ausschließlich aus robotisch gefertigten Bauelementen aus Fasern besteht – die erste mehrgeschossige Struktur dieser Art.

Als zentrales Exponat der dazugehörigen Ausstellung zum Thema „Materialkultur“ bietet Maison Fibre den Besuchern die räumliche Erfahrung und den konstruktiven Eindruck einer zukunftsweisenden, entmaterialisierten Architektur, deren Bauelemente vor Ort aus nur wenigen Kilogramm Werkstoff hergestellt werden können. Im Vergleich zu Le Corbusiers Maison Dom-Ino, einem prägenden Vorbild für die Architektur des 20. Jahrhunderts, ist das Gewicht von Maison Fibre um das Fünfzigfache reduziert und verweist somit auf eine neue Materialkultur, sowohl für die Architektur, als auch die damit verbundenen ökologischen (Material und Energie), ökonomischen (Wertschöpfungsketten und Wissensproduktion), technischen (digitale Technologien und Robotik) und soziokulturellen Fragen.

NEUE DENKANSÄTZE FÜR DEN BAU VON LEBENSRÄUMEN

Wir verbringen 87 Prozent unseres Lebens in Gebäuden. Diese bilden den baulichen Rahmen und das materielle Substrat für unser Zusammenleben. Aber genau diese Materialität und Materialisierung von Gebäuden stellt eine der wesentlichen ökologischen und sozialen Herausforderungen an unsere Gesellschaft dar. Die Frage nach unserem zukünftigen Zusammenleben ist somit intrinsisch mit der Frage nach dem zukünftigen Bauen verbunden.

Das derzeitige Bauen ist eine der ressourcenintensivsten und emissionsstärksten menschlichen Aktivitäten überhaupt. Der Pro-Kopf-Verbrauch von Baustoffen für die tragende Gebäudestruktur, die mehr als die Hälfte des Materialeinsatzes bei Gebäuden ausmacht, hat sich im Verlauf des letzten Jahrhunderts vervielfacht. Das Bauschaffen in seiner heutigen Ausprägung, das eine einfache Bauausführung mit einem erheblichen Mehrbedarf an Material erkauft, erscheint nicht länger zukunftsfähig. Es bedarf daher dringend neuer Denkansätze.

Die Natur bietet eine solche paradigmatische Alternative: fast alle tragenden Strukturen in der Biologie sind Faserstrukturen, bei denen die Orientierung, Richtung und Dichte der Fasern genau an die einwirkenden Kräfte angepasst sind. Der daraus resultierende hohe Grad an morphologischer Differenzierung, Funktionalität und die damit verbundene Ressourceneffizienz sind kennzeichnend für Strukturen in der Natur. Dieses biomimetische Prinzip von „weniger Material“ durch „mehr Form“ wird von dem Projektteam der Universität Stuttgart seit vielen Jahren erforscht. Die Bauweise mit Faserverbundwerkstoffen zeigt einen grundlegend alternativen Ansatz von Materialität für den Bau zukünftiger Lebensräume auf.

MAISON FIBRE: EINE MATERIALKULTUR DER ENTMATERIALISIERUNG

Der Beitrag von ICD und ITKE zur Architekturbiennale Venedig 2021 ist die architektonische Untersuchung einer alternativen „Materialkultur“, eine Begrifflichkeit, die eher in den Sozial-, Geschichts-, Technik- und Kunstwissenschaften verwendet wird. Maison Fibre, das zentrale Exponat der Ausstellung der beiden Institute, ist zugleich eine vollmaßstäbliche architektonische Installation und ein offenes Modell für den propagierten Kulturwandel. Es thematisiert die Abkehr vom prädigitalen, materialintensiven Bauen unter Verwendung zumeist isotroper und schwerer Baustoffe wie Beton, Stein und Stahl – diese werden häufig in großer Entfernung produziert, zu Bauelementen verarbeitet und dann über weite Strecken transportiert –, hin zu originär digitalen Bauweisen mit lokal ausdifferenzierten und vor Ort gefertigten Konstruktionen aus hochgradig anisotropen Werkstoffen: einer Architektur aus Fasern.

Maison Fibre ist das Ergebnis eines Jahrzehnts der Forschung an robotisch gefertigten Faserverbundstrukturen und wendet diese erstmalig auf begehbare Decken- und Wandelemente für das mehrgeschossige Bauen in der Architektur an. Die gesamte Struktur besteht aus sogenannten Rovings, Bündeln aus endlosen, unidirektionalen Fasern. Um den Modellcharakter des Projekts zu unterstreichen, wurde ein Bausystem aus Wand- und Deckenelementen mit dem für den Wohnungsbau typischen Rastermaß von 2,5 m entwickelt.

Der modellhafte Charakter des Projekts erschließt sich aus dem Bezug zu einem prägenden Vorbild der Architekturgeschichte, der Maison Dom-Ino von Le Corbusier. Die Geschossfläche der Installation entspricht der historischen Referenz, ebenso wie die Gliederung über drei Geschossplatten und das vielseitig erweiterbar gedachte System. Die im Vergleich zu einer Tektonik des Massiven radikale Andersartigkeit des Faserhaften, des Ausdifferenzierten und des Entmaterialisierten wird durch die Inszenierung der tragenden Faserstruktur für die Besucher räumlich und haptisch erfahrbar. Ein weiterer Unterschied besteht in der möglichen Anpassbarkeit und somit auch der Interaktion mit dem baulichen Bestand, wie es für ein zukünftiges urbanes Bauen maßgeblich sein wird. Durch die Integration der bestehenden Säulen des Ausstellungsgebäudes in die Installation wird dies bewusst betont.

FASERARCHITEKTUR: ANPASSUNGSFÄHIGE MATERIALISIERUNG UND VARIABLE MATERIALITÄT

Die tragenden Wand- und Deckenelemente wurden durch das von den beiden Instituten entwickelte kernlose, robotische Wickelverfahren gefertigt, welches die lokal lastangepasste Auslegung und Ausrichtung der Carbon- und Glasfasern erlaubt und so eine außergewöhnliche Leichtbauweise ermöglicht. So beträgt das resultierende Flächengewicht der tragenden Faserkonstruktion der Bodenelemente im Obergeschoss gerade einmal 9,9 kg/m². Die Wandelemente fallen noch deutlich leichter aus.

Für die Fertigung eines tragenden Bodenelements wurden weniger als zwei Prozent des Bauteilvolumens als Materialvolumen benötigt. Dieser extrem geringe Materialverbrauch in Kombination mit der sehr kompakten, robotischen Produktionseinheit erlaubt es perspektivisch, die gesamte Fertigung vor Ort auszuführen, ohne dass dabei Lärm oder Abfall in nennenswertem Umfang entstehen. Dies trifft nicht nur auf den erstmaligen Erstellungsprozess zu, sondern auch auf Erweiterungs- oder Umbauarbeiten. So bleibt die mit dieser Bauweise errichtete Architektur langfristig anpassungsfähig und flexibel.

Die in diesem Projekt untersuchte Faserverbundbauweise für mehrgeschossiges Bauen ist materialübergreifend einsetzbar. Maison Fibre nutzt noch die derzeit maßgeblich verfügbaren Faser- und Harzsysteme, aber es zeichnet sich bereits jetzt eine erhebliche Erweiterung des Materialspektrums in naher Zukunft ab. Dieses reicht von mineralischen Fasersystemen, die extremen Temperaturbeanspruchungen standhalten können, bis hin zu natürlichen Fasersystemen, die innerhalb eines Jahreszyklus nachwachsen. Diese sich von unserer etablierten Vorstellung des Bauens signifikant unterscheidenden Ansätze zur Materialisierung und Materialität von Architektur wird den Besucherinnen und Besuchern in den Ausstellungsteilen „Materialisation Perspective“ und „Materiality Perspective“ erläutert, die im Obergeschoss der Maison Fibre untergebracht sind.

Maison Fibre stellt zugleich eine ausdrucksstarke und authentische Architektur dar, wie auch eine weitgehend entmaterialisierte Struktur, deren rekonfigurierbaren Bauelemente aus nur wenigen Kilogramm Baumaterial hergestellt sind. Im Vergleich zu Le Corbusier`s Maison Dom-Ino ist das Gewicht von Maison Fibre um das Fünfzigfache reduziert und zeigt somit sowohl eine neue Materialkultur in der Architektur, als auch neue Antworten für die damit verbundenen ökologischen (Material und Energie), ökonomischen (Wertschöpfungsketten und Wissensproduktion), technischen (digitale Technologien und Robotik) und soziokulturellen Fragen auf.

PROJEKT TEAM

ICD Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges
Niccolo Dambrosio, Katja Rinderspacher, Christoph Zechmeister
Rebeca Duque Estrada, Fabian Kannenberg, Christoph Schlopschnat

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Jan Knippers
Nikolas Früh, Marta Gil Pérez, Riccardo La Magna

Mit Unterstützung von:
Werkstatt: Aleksa Arsic, Sergej Klassen, Kai Stiefenhofer

Studierende: TzuYing Chen, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Cutajar, Christo van der Hoven, Pei-Yi Huang, Madie Rasanani, Parisa Shafiee, Anand Nirbhaybhai Shah, Max Benjamin Zorn

In Zusammenarbeit mit: FibR GmbH, Stuttgart

Moritz Dörstelmann, Ondrej Kyjanek, Philipp Essers, Philipp Gülke
Mit Unterstützung von: Erik Zanetti, Elpiza Kolo, Prateek Bajpai, Jamiel Abubaker, Konstantinos Doumanis, Julian Fial, Sergio Maggiulli

PROJEKTFÖRDERUNG

Universität Stuttgart
Exzellenzcluster IntCDC, EXC 2120
Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg

GETTYLAB, Teijin Carbon Europe GmbH, Elisabetta Cane mit Bipaled s.r.l. – Annalisa Pastore, Trimble Solutions Germany GmbH

Texoversum

Auf dem Campus der Hochschule Reutlingen entsteht das Texoversum, ein Lehr-, Forschungsund Innovationszentrum für die Querschnittstechnologie Textil. Als Teil eines Ensembles wird der Neubau im Rahmen des Masterplanes für die Erweiterung des Campus Reutlingen entwickelt und umgesetzt.

Das Texoversum setzt sich als kraftvoller und gleichzeitig kommunikativer Baustein in das städtebauliche Gefüge der Hochschule. Allmann Sattler Wappner Architekten, Menges Scheffler Architekten und Jan Knippers Ingenieure sind als Team für den Entwurf verantwortlich. Sie wurden im Gutachterverfahren mit dem ersten Preis ausgezeichnet und anschließend mit der Realisierung beauftragt. Das Texoversum umfasst fast 3.000 Quadratmeter Fläche für unterschiedliche Nutzergruppen. Es beinhaltet Werkstätten, Labore, die international renommierte Sammlung historischer Stoff- und Gewebeproben der Hochschule Reutlingen, multifunktionelle Flächen für Forschung und Entwicklung sowie diverse Unterrichtsräume. Das architektonische Konzept basiert auf einer vielfältigen Auseinandersetzung mit dem Thema textiles Bauen. So spiegelt sich das Entwurfsthema sowohl strukturell in der internen Verwebung der Funktionen wieder, als auch in der indentitätsstiftenden repräsentativen Gebäudehülle. Die einzigartige, erstmalig so umgesetzte Fassade aus Kohlenstoff- und Glasfasern repräsentiert die Innovationskraft und Zukunftsfähigkeit faserbasierter Werkstoffe und textiler Techniken. In einem an den Instituten von Achim Menges (ICD) und Jan Knippers (ITKE) der Universität Stuttgart entwickelten, robotischen Wickelprozess kann jedes einzelne Fassadenelement individuell an die Erfordernisse der Nutzung angepasst werden. Ausgehend von drei Basismodulen transformieren sich die Elemente entsprechend dem Sonnenverlauf und bilden ein einzigartiges, vielschichtiges Erscheinungsbild. Die Elemente sind komplett selbsttragend und benötigen keine unterstützende Tragstruktur. Ihre versetzte Anordnung erlaubt freie Durchblicke. Neben funktionalen Anforderungen der Absturzsicherung und des außenliegenden Sonnenschutzes erfüllt die Fassade ästhetische und repräsentative Ansprüche und schafft ein identitätsstiftendes Gebäude als Impulsgeber für die Technologie Textil.

Das Entwurfsthema Durchlässigkeit und Vernetzung setzt sich in der Konzeption des Baukörpers fort. In der inneren Struktur ist das Texoversum als offenes, transparentes Gebäude mit Split-Leveln gestaltet. Die halbgeschossig versetzten Ebenen, die über das Atrium auch visuell miteinander verwoben sind, verbinden die unterschiedlichen Nutzungsbereiche miteinander und bilden ein räumliches Kontinuum, das in einer großzügigen Dachterrasse seinen Abschluss findet. Die einzelnen Ebenen sind in ihrem Erscheinungsbild geprägt von einem robusten Werkstattcharakter mit robusten Industrieestrich- und Sichtbetonflächen sowie offen installierten Technikdecken. Als verbindende Elemente zwischen den Ebenen fungieren die als textile Räume gestalteten Sitzstufen. Einzelne Bereiche können bei Bedarf flexibel über Vorhänge abgetrennt werden. Das offene Raumkonzept schafft für die unterschiedlichen Nutzergruppen eine gemeinschaftliche Arbeitsatmosphäre, fördert die Kommunikation und bietet Plattformen für einen lebendigen Austausch.

Der erstmalige Einsatz der kernlosen Faserwickeltechnik in einer permanenten Struktur stellt hohe Anforderungen an die Standsicherheit, die Dauerhaftigkeit und den Brandschutz, die auch in einem entsprechenden Genehmigungsprozess mit einer Zustimmung im Einzelfall nachgewiesen werden mussten. Der Prozess umfasste die Prüfung von Kleinkörpern zur Bestimmung der wichtigsten mechanischen Eigenschaften für das statische Simulationsmodell sowie die Prüfung, Berechnung und Validierung von 1:1 Großbauteilen. Hierfür wurden Fassadenelementen im Maßstab 1:1 hergestellt und auf einer maßgeschneiderten Vorrichtung geprüft. Ein globales FE Modell der Fassade wurde schließlich zur Validierung des gesamten Systems entwickelt, sowie um die Kräfte in den Verbindungen zwischen den Zellen und der Konsolen für den Anschluss zum Rohbau zu ermitteln.

Das Texoversum wurde mit einer von zwei Auszeichnungen des Deutschen Hoschulbaupreises 2024 ausgezeichnet. Der Deutsche Hochschulbaupreis wird von der Deutschen Universitätsstiftung unter der Schirmherrschaft des Bundesbauministeriums ausgelobt und alle zwei Jahre vergeben.

Fertigstellung

2023

PROJEKT PARTNER

Bauherr
Südwesttextil e.V., Stuttgart

Wettbewerb und Konzept 1.Preis, 2019
Allmann Sattler Wappner Architekten GmbH, München
Menges Scheffler Architekten PartG mbh, Frankfurt
Jan Knippers Ingenieure, Stuttgart

Generalplanung, Objektplanung
Allmann Sattler Wappner Architekten GmbH, München

Objektplanung Faserverbund Fassade
Menges Scheffler Architekten PartG mbh, Frankfurt

Tragwerksplanung Faserverbund Fassade
Jan Knippers Ingenieure, Stuttgart

Zustimmung im Einzelfall Faserverbund Fassade
Prof. Thomas Ummenhofer, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, KIT, Karlsruhe

Herstellung und Montage Faserverbund Fassade
FibR GmbH, Kernen

Tragwerksplanung Rohbau
bwp Burggraf + Reiminger Beratende Ingenieure GmbH, München

Projektsteuerung
Kubus360 GmbH, Stuttgart

Landschaftsplanung
Glück Landschaftsarchitektur GmbH, Stuttgart

Brandschutz
hhpberlin, Ingenieure für Brandschutz GmbH, Munich

Bauphysik
Müller-BBM Building Solutions GmbH, Planegg

TGA Planung
drei ingenieure Brunner Zauner–Beratende Ingenieure PartG mbB, Stuttgart

Elektroplanung
Müller & Bleher, Filderstadt GmbH & Co. KG

Fahrrad Überdachung

Am südwestlichen Eingang zum Science and Engineering Complex der Harvard University in Boston haben Behnisch Architekten und Jan Knippers Ingenieure eine neue Fahrradparkstation entworfen, die fast 100 Fahrräder überdacht. Die Station nutzt die Tragfähigkeit und Leichtigkeit von Holz. Das Faltwerk besteht aus 36 Brettsperrholzplatten (CLT), die zwischen Stahlstützen spannen und mit Vollgewindeschrauben miteinander verbunden sind.

Fertigstellung: 2020

Standort: Allston, MA, USA

Architekt: Behnisch Architekten, Boston, USA

Tragwerk: Jan Knippers Ingenieure

Lotte Aldinger, Anna Krtschil

Engineer of Record: Fast + Epp, NYC, NY, USA

Holzbau: Blumer Lehmann AG, Gossau, Schweiz

David Riggenbach

Bilder: Igor Dantas, Brad Feinknopf, Jan Knippers Ingenieure

Urbach Tower

Der Urbach Turm stellt eine einzigartige Holzstruktur dar. Der Entwurf des Turms verwendet einen neuartigen Selbstformungsprozess für gebogene Holzkomponenten. Diese bahnbrechende Entwicklung stellt einen Paradigmenwechsel in der Herstellung von gekrümmtem Holz dar: von aufwendigen und energieintensiven mechanischen Umformprozessen, die schwere Maschinen erfordern, hin zu einem Prozess, bei dem der Werkstoff sich ganz von selbst formt. Diese Formänderung wird allein durch das Schwinden des Holzes bei abnehmendem Feuchtegehalt erreicht. Die Komponenten für den 14 m hohen Turm werden eben hergestellt und krümmen sich beim üblichen industriellen Trocknungsprozess von selbst in die endgültige, vorausberechnete Form. Die Technologie der selbstformenden Fertigung von Massivholzplatten eröffnet mit ihrer einfachen Anpassung an unterschiedliche Krümmungsradien neue und unerwartete architektonische Möglichkeiten für die Verwendung des nachhaltigen, erneuerbaren und regional verfügbaren Baumaterials Holz. Der Urbachturm ist das weltweit erste Bauwerk aus selbstgeformten, großformatigen Bauteilen. Es demonstriert nicht nur diesen innovativen Fertigungsansatz und die daraus resultierende neuartige Holzkonstruktion. Auch das Erlebnis von Raum und Landschaft wird durch die markante Landmarke, die den Beitrag der Stadt Urbach zur Remstal Gartenschau 2019 darstellt, intensiviert.

Materialprogrammierung und Vorhersagbarkeit

Im Holzbau verursachen Feuchtänderungen typischerweise Probleme mit Rissbildung und Verformung und müssen daher sorgfältig kontrolliert werden.  Im Gegensatz dazu wird in diesem Projekt das Material so angeordnet, dass es diese kraftvolle, natürlich auftretende Verformung nutzt, um ein geplantes Selbstformungsverhalten zu aktivieren. In der gleichen Weise wie Maschinen programmiert werden können, um verschiedene Bewegungen auszuführen, kann auch der Werkstoff Holz so programmiert werden, dass es sich während dem Trocknen in eine vorgegebene Form krümmt. Während es seit Jahrhunderten Methoden gibt, Holz in verschiedene Formen zu biegen und sich diese zu anerkannten, industriellen Prozessen entwickelt haben, sind sie nach wie vor meist auf hohe mechanische Kräfte für den Formgebungsprozess angewiesen.  Ebenso ist das Verformungsverhalten, von Holz bei Feuchteänderungen in der Praxis und in der Wissenschaft seit langem bekannt. Ein Umdenken im Entwerfen und Konstruieren sowie neue digitale Materialmodelle zur genaueren Vorhersage ermöglichen es uns nun, dieses feuchtigkeitsbedingte Quellen und Schwinden zu nutzen, um spezifische Selbstformungsprozesse in immer größeren Dimensionen zu planen und zu realisieren.

Selbstformende Fertigung im Gebäudemaßstab

Die bahnbrechende Entwicklung der großflächigen Selbstformung stellt einen Paradigmenwechsel im Holzbau dar. Statt aufwändiger und energieintensiver mechanischer Umformprozesse, die schwere Maschinen erfordern, verformt sich der Werkstoff hier ganz von selbst. Diese Formänderung wird nur durch das charakteristische Schwinden des Holzes bei abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt verursacht. Die gebogenen Komponenten der Turmstruktur aus Brettsperrholz (BSPH / CLT) werden als flache Paneele geplant und hergestellt, die sich während des Trocknens autonom in vorausberechnete, gekrümmte Formen biegen. Die 5,0 m x 1,2 m großen Bilayer aus Fichtenholz werden mit hoher Holzfeuchte und spezifischem Schichtaufbau hergestellt und in einem industriell standardisierten Trocknungsverfahren getrocknet.  Beim Herausnehmen aus der Trockenkammer sind die Elemente präzise gekrümmt. Diese werden anschließend miteinander überlappend laminiert, um die Geometrie zu fixieren, und bilden so größere, formstabile, gekrümmte Brettsperrholz-Komponenten. Materialspezifische, computergestützte mechanische Modelle wurden entwickelt, um sowohl die Materialanordnung zu planen und als auch die Materialanordnung zu optimieren, die zur Herstellung verschiedener Krümmungstypen und Radien mit der notwendigen Genauigkeit erforderlich ist. Die Technologie der selbstformenden Fertigung von Massivholzplatten und die einfache und schnelle Anpassungsfähigkeit des Verfahrens an unterschiedliche Krümmungsradien eröffnet neue und unerwartete architektonische Möglichkeiten für dünne Schalenstrukturen unter Verwendung des nachhaltigen, erneuerbaren und regional verfügbaren Baumaterials Holz. Der Urbach Turm ist die weltweit erste Umsetzung dieser Technologie für tragende Holzbauteile im Gebäudemaßstab.

Nachhaltige Massivholzkonstruktion und funktionale Holzverkleidung

Die selbstformenden Komponenten bestehen vollständig aus regional bezogenen Fichtenholzbrettern aus der Schweiz. Die einzelnen Bauteile weisen eine Länge von bis zu 15 m auf, mit einem Radius von 2,40 m und einer Bauteildicke von nur 90 mm. Die Komponenten sind aus Halbzylinderrohlingen 5-achsig CNC-gefräst und zu Baugruppen aus drei Komponenten einschließlich Wassersperre und externer Holzverkleidung für den Transport vormontiert. Mit präziser, vorausberechneter Krümmung und optimaler Faserausrichtung aus dem Herstellungsprozess wird jede Komponente in nur 90 Minuten Maschinenzeit geschnitten und bearbeitet. Auf der Außenseite wird eine maßgefertigte Fassade aus geschnittenem Brettschichtholzträgern aus Lärche aufgebracht. Dies umfasst ebenfalls die Anwendung einer transparenten, dauerhaften inorganischen Beschichtung, die das Holz vor UV-Strahlung und Pilzbefall schützt. Anstatt zu reißen und unter Witterungseinflüssen silbergrau zu werden, erhält das Lärchenholz mit der Zeit eine gleichmäßige weiße Farbe. Die gesamte Prozesskette, vom Schneiden der regionalen Stämme im Sägewerk über die Herstellung der selbstformenden Platten, den Trocknungsprozess bis hin zur Endbearbeitung und Vormontage, erfolgt innerhalb derselben Unternehmensgruppe und am gleichen Standort. Dies ermöglicht nicht nur eine nachhaltige und innovative Produktion, sondern zeigt auch, wie sich die selbstformende Fertigung nahtlos in bestehende industrielle Holzverarbeitungs- und Fertigungsabläufe integrieren lässt.

Dünnschalige hochleistungsfähige Holzkonstruktion

Der Urbachturm besteht aus 12 gekrümmten Bauteilen aus Brettsperrholz. Die Tragkonstruktion des Turms weist eine Dicke von 90 mm auf und ist über 14 Meter hoch, was zu einem Spannweiten-Dicken-Verhältnis von ca. 160:1 führt. Die Krümmung ermöglicht eine sehr schlanke und leichte Turmstruktur von nur 38 kg pro Quadratmeter Turmoberfläche. Im montierten Zustand wirkt der Turm durch seine ausdrucksvolle gekrümmte Geometrie statisch als flächenaktive Struktur. Die Verbindung der Leichtbauelemente erfolgt durch kreuzweise angeordnete Vollgewindeschrauben, deren Anordnung und spezifischer Winkel im gesamten Bauwerk in Bezug auf ihre statische Ausnutzung optimiert ist, wobei eine durchgehende Verbindung entlang der Naht für einen homogenen Lastabtrag sorgt. Die vorgefertigten Baugruppen des Turms, die jeweils aus drei gekrümmten Bauteilen bestehen, wurden von einem Team von vier Handwerkern ohne aufwändige Gerüste und Schalungen an einem einzigen Arbeitstag montiert und durch ein transparentes Dach abgeschlossen. Die Struktur zeigt die Möglichkeiten einer effizienten, ökonomischen, ökologischen und ausdrucksstarken Holzarchitektur, die an der Schnittstelle von Meisterhandwerk, digitaler Innovation und wissenschaftlicher Forschung entsteht.

Der Urbachturm ist eine von 16 Stationen, die von einigen der renommiertesten deutschen Architekten für die Remstal Gartenschau 2019 entworfen wurden. Die Stationen sind kleine, dauerhafte Gebäude, die an die traditionellen weißen Kapellen erinnern, die auf den Feldern und Weinbergen entlang des malerischen Remstals verteilt sind. Der 14 Meter hohe Turm liegt an einem weithin sichtbaren Hang in der Mitte des Tales und ist ein markantes Wahrzeichen, das Blickbeziehungen mit mehreren Stationen herstellt. Es bietet einen Ort des Schutzes, der inneren Reflexion und zugleich des weit schweifenden Ausblicks, indem es eine beeindruckende Aussicht offenbart und die Landschaft rahmt. Die markante Form des Turms ist ein wahrhaft zeitgenössischer architektonischer Ausdruck des traditionellen Baumaterials Holz. Es zelebriert die natürlichen Eigenschaften des selbstgeformten Holzes in seiner elegant gewundenen Form. Die konkave Krümmung der Elemente führt auf der Außenseite des Turms zu klaren Linien und markanten Oberflächen, die durch direktes Tageslicht und die Aufhellung der Lärchenbekleidung im Laufe der Zeit noch verstärkt werden. Im Gegensatz dazu erzeugt die konvexe Krümmung im Inneren ein unerwartetes, visuelles und haptisches Materialerlebnis, da die Holzstruktur fast weich und textilartig wirkt. Der Eindruck der sanft geschwungenen Oberflächen wird durch das von oben durch das transparente Dach einfallende, indirekte Licht noch intensiviert. Gegenüber dem Eingang öffnet sich die schlanke Hülle aus Holz wie ein Vorhang und rückt so das Remstal in den Mittelpunkt.

PROJEKTTEAM

ICD – Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Dylan Wood
Architektonischer Entwurf und Planung
Selbstformende gekrümmte Holzelemente Forschung und Entwicklung

ITKE – Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Jan Knippers, Lotte Aldinger, Simon Bechert
Tragwerksentwurf und Planung

Forschungs- und Industriepartner:
Angewandte Holzforschung, Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt),
Schweiz & Holzbasierte Materialien, ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), Schweiz
Dr. Markus Rüggeberg, Philippe Grönquist, Prof. Ingo Burgert
Selbstformende gekrümmte Holzelemente Forschung und Entwicklung (PI)

Industriepartner:
Blumer-Lehmann AG, Gossau, Schweiz
Katharina Lehmann, David Riggenbach
Holzbau Herstellung und Ausführung
Selbstformende gekrümmte Holzelemente Forschung und Entwicklung

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG

Gemeinde Urbach

Remstal Gartenschau 2019 GmbH

Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Planungs-, Fertigungs- und Auslegungsmethoden für die Anwendung gekrümmter Holzbauteile für hochtragfähige und ressourceneffiziente Holzbauweisen: Projekt Turm Urbach, Remstal Gartenschau

Innosuisse – Schweizerische Agentur für Innovationsförderung
Smart, Innovative Manufacturing of Curved Wooden Components for Architecture with Complex Geometry

Carlisle Construction Materials GmbH

Scanntronik Mugrauer GmbH

PROJEKTDATEN

Abmessungen
14,20 m hohe Holzkonstruktion
4,0 m Radius unten, 3,0 m Radius oben, 1,6 m Radius Mitte
Brettsperrholz aus Fichte mit einem 10-30-10-30-30-10 Schichtaufbau
Holzfassade aus Lärche mit Titanoxid-Oberflächenbehandlung
5-Achs-CNC-gefräste Komponenten
12 einzelne vorgefertigte Komponenten, vormontiert in Bauteilgruppen aus drei Komponenten
Kreuzweise angeordnete Vollgewindeschrauben als Verbindungsdetail mit Montageblöcken aus Holz
8 Sensoren zur Überwachung des internen WMC der Struktur
Bausystem
Gekrümmte, flächenaktive Turmstruktur; selbstgeformtes, gekrümmtes Brettsperrholz (CLT) aus Fichte mit einem 10 -30-10-30-30-10 Schichtaufbau, Lärchenfassade aus geschnittenen Brettschichtholzträgern mit Titanoxid-UV-Schutz-Oberflächenbehandlung, kaltgebogenes Dach aus Polycarbonat mit Unterkonstruktion aus Stahl.

BUGA Holzpavillon

Der BUGA Holzpavillon zeigt neue Ansätze zum digitalen Holzbau. Die segmentierte Schalenkonstruktion basiert auf biologischen Prinzipien des Plattenskeletts von Seeigeln, die vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baukonstruktion (ICD) und dem Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart seit fast einem Jahrzehnt erforscht werden. Im Rahmen des Projekts wurde eine Roboter-Fertigungsplattform für den automatisierten Zusammenbau und die Fräsbearbeitung der 376 maßgeschneiderten Segmentbauteile des Pavillons entwickelt. Dieses Herstellungsverfahren stellt sicher, dass alle Holzsegmente wie ein großes, dreidimensionales Puzzle mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter zusammengesetzt werden können. Mit minimalem Materialeinsatz spannt das atemberaubende Holzdach 30 Meter über einen der zentralen Konzert- und Veranstaltungsorte der BUGA und schafft so einen einzigartigen architektonischen Raum.

Biomimetischer Leichtbau: Segmentierte Holzschalen

Der BUGA Holzpavillon schafft eine architektonische Attraktion auf der zentralen Sommerinsel der Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn.  Die Gestaltung des Pavillons basiert auf morphologischen Prinzipien des Plattenskeletts von Seeigeln. Nach dem vorhergehenden Forschungsgebäude des gleichen Projektteams, dem Forstpavillon auf der Landesgartenschau 2014 in Schwäbisch Gmünd, verfolgt der BUGA Holzpavillon das Forschungsziel, die architektonische Gestaltung und strukturelle Leistungsfähigkeit biomimetischer segmentierter Holzschalen auf eine neue Ebene zu heben: Ist es möglich, mit der gleichen geringen Holzmenge pro Quadratmeter wie beim Forstpavillon eine Schale zu bauen, die die dreifache Spannweite erreicht? Und kann diese Struktur vollständig wiederverwendbar konstruiert werden, so dass sie nach der BUGA ohne Leistungsverlust rückgebaut und an einem anderen Standort wiedererrichtet werden kann? Um diese Ziele zu erreichen, nutzt der Pavillon das biomimetischen Prinzip von „weniger Material“ durch „mehr Form“, sowohl in Bezug auf die Gesamtkonstruktion als auch auf der Ebene der einzelnen Segmente. Um Materialverbrauch und Gewicht zu minimieren, besteht jedes Holzsegment aus zwei dünnen Platten, die oben und unten einen Ring aus Randbalken beplanken und so hohle, großformatige Holzkassetten mit polygonalen Formen bilden. Die Bodenplatte beinhaltet eine große Öffnung, die während der Montage den Zugang zu den verdeckten Bolzenverbindungen ermöglicht und zugleich eine besondere architektonische Erscheinung erzeugt.  Die Leichtbausegmente sind durch Fingerzinken verbunden, die den morphologischen Prinzipien an den Rändern der Seeigelplatten folgen. Im montierten Zustand wirkt die Holzschale durch ihre ausdrucksstarke, doppelt gekrümmte Geometrie als formaktives Tragwerk.

Integratives (Co)Design: Wechselwirkende Entwurfs-, Statik- und Fertigungsentwicklung

Neue Bauweisen erfordern neue Formen des Planens und Fertigens. Der BUGA Holzpavillon ist ein hervorragendes Beispiel für Co-Design, in welchem neue Möglichkeiten von Gestaltung, Konstruktion und Fertigung durch eine kontinuierliche, computerbasierte Rückkopplung in einem interdisziplinären Team entwickelt werden. Die für dieses Projekt entwickelten Co-Design-Methoden generieren die Form jedes Bauteils des Pavillons gemäß der architektonischen Entwurfsabsicht und der statischen Leistungsfähigkeit unter Berücksichtigung aller Aspekte der robotischen Fertigung. Dieser hochintegrative Prozess ermöglicht die Fertigung von 376 unterschiedlichen Plattensegmenten mit 17 000 verschiedenen Keilzinkenverbindungen gemäß den vielfältigen konstruktiven Anforderungen an die Gesamtstruktur und die Details im Untermillimeter-Bereich. Dieser multiskalare Ansatz ermöglicht es, trotz des Pioniercharakters des Projekts und ungeachtet seiner kurzen Entwicklungszeit von nur 13 Monaten von der Beauftragung bis zur Eröffnung, architektonische und strukturelle Aspekte ohne Verlust an Präzision gleichzeitig zu berücksichtigen.

Robotische Vorfertigung: Kombination von automatisierter Montage mit hochpräziser Bearbeitung

Im Vergleich zu massiven Holzelementen, wie sie beispielsweise in dem Vorgängerbau des Forstpavillons eingesetzt wurden, reduzieren die Holzkassetten Gewicht und Material deutlich, erhöhen aber auch die Anzahl der Bauteile um das Achtfache und führen zu einer komplexeren Fertigung. Das Streben nach höherer Ressourceneffizienz muss daher mit der automatisierten Roboterfertigung der Schalensegmente einhergehen. Dazu wurde vom ICD Universität Stuttgart und der BEC GmbH eine neuartige, transportable, 14-achsige Roboter-Holzfertigungsplattform entwickelt, die beim Industriepartner MüllerBlaustein Holzbauwerke GmbH zum Einsatz kam. Die Plattform beinhaltet zwei Schwerlastroboter, die auf einem 20-Fuß Standard-Containerboden montiert sind. Die Flexibilität von Industrierobotern ermöglicht die Integration aller Vorfertigungsschritte der Kassettensegmente des Pavillons innerhalb einer einzigen, kompakten Fertigungseinheit. Während der Produktion werden die Holzkassetten zunächst von den Robotern zusammengebaut. Dazu gehören die Platzierung von vorformatierten Holzplatten und -balken, das kontrollierte Aufbringen des Klebstoffs zwischen Platten und Balken, sowie eine temporäre Lagesicherung mit Buchennägeln für den Trocknungsvorgang. In einem zweiten Schritt werden in die montierten Segmente die maßgeschneiderten Keilzinkenverbindungen und Öffnungen mit 300μm Genauigkeit gefräst. Von der Montage der Balken und Platten, über das Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugen, bis hin zur sensorbasierten Prozess- und bildbasierten Qualitätskontrolle – alles geschieht in einem vollautomatischen Ablauf, gesteuert von 2 Millionen Zeilen Robotercode, die direkt aus dem computerbasierten Modell erzeugt werden. Im Durchschnitt dauert das robotische Fügen 8 Minuten pro Segment. Für das Hochpräzisionsfräsen werden weitere 30 Minuten benötigt.

BUGA Holzpavillon: Eine innovative Struktur und ein spannender architektonischer Raum

Die komplett vorgefertigten Holzkassetten wurden von einem Team von zwei Handwerkern in nur 10 Arbeitstagen im freien Vorbau vor Ort montiert, ohne die sonst üblichen, umfangreichen Unterkonstruktionen oder Stützgerüste zu benötigen. Nach der Verbindung der Segmente über wiederverwendbare Bolzen, wurde eine EPDM-Folie in 8 Streifen über den Pavillon gelegt und so die Wasserdichtigkeit sichergestellt. Sie sichtbare Außenverkleidung des Pavillons bilden unbehandelte Lärchenplatten. Alle Bauelemente sind für leichte Demontage und Wiederaufbau an einem anderen Ort ausgelegt. Die tragende Holzschale des Pavillons erreicht eine stützenfreie Spannweite von 30 Metern bei einem Gewicht von nur 38 kg/m². Dies ist weniger als das Flächengewicht des Forstpavillons, trotz der dreifachen Spannweite und fünffachen Größe! Der BUGA Holzpavillon zeigt die Möglichkeiten einer effizienten, wirtschaftlichen, ökologischen und ausdrucksstarken Holzarchitektur, die an der Schnittstelle von Handwerk, digitaler Innovation und Forschung entsteht. Der BUGA Holzpavillon liegt an einer zentralen Kreuzung in der wellenförmigen Landschaft der Sommerinsel des BUGA-Geländes. Drei dynamische Bögen bilden einladende Öffnungen zu den Hauptwegeachsen aus und führen die Besucher in das Innere des Pavillons. Die Schale schafft einen geschwungenen Raum für Konzerte und öffentliche Veranstaltungen, mit einer sehr guten Akustik und einer einzigartigen architektonischen Atmosphäre. Dies gilt insbesondere bei Nacht, wenn Tausende von LED-Leuchten, die in die inneren Öffnungen der Schale eingebettet sind, das Innere des Pavillons in ein dezentes, warmes und einladendes Licht tauchen.

Der BUGA Holzpavillon befindet sich auf der Sommerinsel der Bundesgartenschau 2019. Er wird am 17. April 2019 durch den Ministerpräsidenten des Landes Baden-Württemberg eröffnet. Die Forschung an digitalen Holzbausystemen wird im Rahmen des neuen Exzellenz-Clusters „Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ an der Universität Stuttgart fortgesetzt.

PROJEKTPARTNER

ICD – Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung, Universität Stuttgart

Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Abel Groenewolt, Oliver David Krieg, Ondrej Kyjanek, Hans Jakob Wagner
ITKE – Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart

Prof. Jan Knippers, Lotte Aldinger, Simon Bechert, Daniel Sonntag
mit Unterstützung von:
Jorge Christie, Rebeca Duque Estrada, Robert Faulkner, Fabian Kannenberg, Guillaume Caussarieu, Bahar Al Bahar, Kyriaki Goti, Mathias Maierhofer, Valentina Soana, Babasola Thomas

Müllerblaustein Bauwerke GmbH, Blaustein
Reinhold Müller, Daniel Müller, Bernd Schmid

BEC GmbH, Reutlingen
Matthias Buck, Zied Bhiri

Bundesgartenschau Heilbronn 2019 GmbH
Hanspeter Faas, Oliver Toellner

PROJEKTGENEHMIGUNGSVERFAHREN

Landesstelle für Bautechnik
Dr. Stefan Brendler und Dipl.-Ing. Willy Weidner

Prüfingenieur
Prof. Dr.-Ing. Hugo Rieger

MPA Stuttgart
Dr. Simon Aicher

PLANUNGSPARTNER

Belzner Holmes Light-Design, Stuttgart
Dipl.-Ing. Thomas Hollubarsch

BIB Kutz GmbH & Co.KG, Karlsruhe
Dipl.- Ing. Beatrice Gottlöber

IIGS – Institut für Ingenieurgeodäsie

, Universität Stuttgart
Prof. Volker Schwieger, Laura Balange, Urs Basalla

FILM PRODUCTION

Photography
Roland Halbe

Camera
swabian studio GmbH

Cut
amplify design GmbH

Music
Soundtaxi GmbH

PROJECT SUPPORT

State of Baden-Wuerttemberg
University of Stuttgart
EFRE European Union
GETTYLAB
DFG German Research Foundation

PROJEKTUNTERSTÜTZUNG
Land Baden-Württemberg
Universität Stuttgart
EFRE Europäische Union
GETTYLAB
DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft

Carlisle Construction Materials GmbH
Puren GmbH
Hera Gmbh co.KG
Beck Fastener Group
J. Schmalz GmbH
Niemes Dosiertechnik GmbH & Co. KG
Jowat Adhesives SE
Raithle Werkzeugtechnik
Leuze electronic GmbH & Co. KG
Metsä Wood Deutschland GmbH

PROJEKTDATEN

Abmessungen32 x 25 x 7 m (LxBxH), Nutzfläche ca. 500m², Schalenfläche 600m², Flächengewicht tragende Holzkonstruktion 36,8kg/m²

Konstruktion
Tragende Schale: robotisch gefertigte Hohlkassettensegmente aus Fichtenfurnierschichtholz mit UV-Schutz,
Vorsatzschale: EPDM-Abdichtung, 3-Achs CNC-geschnittene unbehandelte Lärchendreischichtplatten