25. Februar 2020

FLEXIBLE FORMS: Experimentieren von biobasierten Materialien für eine zukünftige nachhaltige Leichtbau-Architektur

Holz & Biocompositen Forschungspavillon

Stuttgart (pm) – Am 15. August 2018 fand die offizielle Eröffnung des ersten Forschungspavillons statt, der von der Abteilung Biobasierte Materialien und Stoffkreisläufe in der Architektur (BioMat) am Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Fakultät für Architektur und Stadtplanung der Universität Stuttgart realisiert wurde.

Der BioMat Forschungspavillon 2017/18 umfasst eine Fläche von ca. 55m2 und ein Innenvolumen von ca. 130m3 mit einer Spannweite von 9,5m und einer Höhe von 3,6m. Sie befindet sich auf dem Campus der Universität Stuttgart in der Stuttgarter Innenstadt, Keplerstraße 11, bestehend aus einer doppelt gekrümmten, parametrisch entworfenen Segmentschale aus leichten, einseitig gekrümmten Holz- und Biokomposit-Elementen, die von drei gebogenen, gekreuzten Holzbalken getragen werden.

Die Abteilung BioMat konzentriert sich auf die Mission, verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte in der Architektur zu untersuchen. Dieses gebaute 1:1-Modell ist das Ergebnis einer 10-monatigen intensiven Arbeit, die auf eine langjährige Arbeit im Bereich der Anwendungen biobasierter Materialien und vielfältige Ansätze für eine zukunftsorientierte nachhaltige Architektur zurückgeht.

Im Rahmen von Forschungsarbeiten vor dem Bau des Pavillons wurden Bioverbundwerkstoffplatten entwickelt. Der Kern der Platte ist eine flexible Platte aus Naturfasern, die mit thermoplastischen Polymeren – meist Biokunststoffen – vermischt sind und im Extrusionsverfahren hergestellt werden. Die Naturfasern, wie beispielsweise Stroh, sind landwirtschaftliche Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Produktion, die als lokales Material für die architektonische Nutzung ihr zweites Leben finden. Dieses als Kernplatte verwendete Material wurde zuvor von der Leiterin von BioMat, Prof. Hanaa Dahy, entwickelt.

Die CNC-gefrästen Faserplattenkerne werden später von beiden Seiten mit vorgeschnittenen 3D-Furnierplatten laminiert – eine Art Furnier, das gleichzeitig in 2 Richtungen gebogen werden kann, was eine doppelte Krümmung ermöglicht. Die Laminier- und Formprozesse erfolgten im geschlossenen Formpressverfahren mit Hilfe eines Vakuumpresssacks.

Durch die Laminierung wurde nicht nur die Struktur der flexiblen Kernplatte in ein 3D steif gebogenes Element umgewandelt, sondern es konnte auch eine Biokomposit-Sandwichplatte mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften geschaffen werden, die es ermöglichte, das ursprünglich verfügbare elastische Material zu versteifen und als strukturelle Komponente einzusetzen.

Gleichzeitig wurde eine weitere Variante einer ähnlichen Biokomposit-Sandwichplatte auf Holzbasis entwickelt, bei der eine biegsame Holzplatte mit einseitig gerichteten Fasern auch als Kern eingesetzt wurde. Die zweit entwickelte Biokomposit-Sandwichplatte erreichte die gleichen mechanischen Eigenschaften wie die erste und wurde schließlich aus logistischen Gründen in diesem Pavillon eingesetzt.

Der parametrische Formfindungsprozess erlaubte es dem BioMat-Team, die endgültige architektonische Lösung zu finden, bei der die Fertigungsgrenzen, die Ästhetik und die strukturellen Kapazitäten stark miteinander vernetzt waren. Der Pavillon bestand aus 121 vorgefertigten Komponenten, die später zunächst teilweise außerhalb des Geländes, dann in größeren vier Dreiecksformen vor Ort montiert und anschließend in die richtige Position im Platz angehoben wurden. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Sandwichelemente später am Ende der Ausstellung zu demontieren und in verschiedenen anderen Formen und Konstellationen wiederzuverwenden.

Die ganzheitliche Geometrie der Hülle ähnelt einem 3D-Gewebe, in dem die gekrümmten Elemente mit gemeinsamen Knoten in alle Richtungen im dreidimensionalen Raum verbunden sind. Dies ermöglichte den Ausdruck neuer ästhetischer architektonischer Merkmale der Zukunft, die durch den Einsatz digitaler Fertigungstechnologien und Datenflussmanagement ermöglicht wurden.

Die Arbeit war das direkte Ergebnis der Zusammenarbeit von erfahrenen Architekten, rund 40 Architekturstudenten über zwei Semester, mit Unterstützung der Universität Stuttgart, der Deutschen Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR/BMEL), der Stiftung Baden-Württemberg sowie anderer industrieller Fördermittel.

Der Pavillon bleibt mindestens bis Ende September 2018 für die Öffentlichkeit zugänglich.

Forschungspavillon der Gruppe BioMat © BioMat am ITKE/Universität

Team:

Leiterin:             Jun.-Prof. Dr.-Ing. Hanaa Dahy

Tutoren:              Michaela Mey, Piotr Baszyński, Jan Petrš

 

Die Kursteilnehmer SS18:

(Designentwicklung, Fertigung & Montage)

Daniel Bieberstein, Lena Bienert, Claudia Böning, Julia Boos, Jasmin Min Chu, Yamac Ölcer, Silvia Richter Martínez, Reza Sadeghi, Timo Sippach, Lisa Unterberger, Quim Vilafranca Molero, Francesca Weiß, Sihui Wu

 

Die Kursteilnehmer WS17-18:

(Konzeptentwicklung)

Mariana Zollino – erste Konzeptautorin des Montagemoduls.

Helena Bartl, Jake Benedikt, Wei Ju Chi, Arzum Coban, Jan Ingo Haller, Leroy Handojo, Juan Esteban Hernandez Cardona, Viktorya Ivanova, Julian Karl, Corinna Kernl, Laura Kiesewetter, Jasmin Min Chu, Quim Vilafranca Molero, Dominik Plag, Yamac Ölcer, Reza Sadeghi, Frederica Savioa, Timo Sippach, Allan Soares, Thomas Strasser, Schichao Wang, Hao Xuu

 

Strukturanalyse:

Technische Universität Eindhoven, Institut für Bauumwelttechnik

Prof. Dr.-Ing. Patrick Teuffel, ISD: Innovative Tragwerksplanung
Arjan Habraken, ISD: Innovative Tragwerksplanung
Derk Bos, ISD: Innovative Tragwerksplanung

 

Berater:

Universität Stuttgart

Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann, KE: Institut für Konstruktion und Entwurf
Janusch Töpler, KE: Institut für Konstruktion und Entwurf

 

Fakultät 6: Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
Prof. Dr.-Ing. Volker Schwieger, IIG:Institut für Ingenieurgeodäsie
Gabriel Kerekes, IIG:Institut für Ingenieurgeodäsie

 

Technischer Unterstützung:

Andreas Kulla, Michael Preisack, Michael Schneider, Michaela Tondera

 

Studentische wissenschaftliche Mitarbeiter:

Hasan Algan, Kristína Balušíková, Farnaz Fattahi, Masih Imani, Julian Karl, Timo Sippach, Zerihun Waje

 

Ein herzliches Dankeschön:

Florian Jonas, Nikolas Früh, Jian-Min Li, Felix Tineberg, Ibrahem Al-Salameh, Sofi Dawout, Hashim Nazari, Sofi Yousef, Laura Mesaric, Bich Nhu Ngo, Sebastian Guoth, Mobin Moussavi, Ahmad Razavi, Emi Shiraishi, Nima Zahiri, Eliza Biała, Xiaoyu Chen, Adel Omran, Ruqing Zhong

 

Pressemitteilung: Jun.-Prof. Dr.-Ing. Hanaa DahyBio-based Materials and Materials Cycles in Architecture (BioMat), Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart