Bionische Holzkonstruktion

Studierende der Universität Stuttgart nutzen ein Konstruktionsprinzip des «Sanddollars» – einer Unterart des Seeigels – als Vorbild für ihren temporären Holzpavillon.

Architekturstudierende sind es gewohnt, viel zu planen und davon meist nichts in die Tat umzusetzen. Anders ist das bei der Fakultät für Architektur und Stadtplanung an der Universität Stuttgart – hier werden regelmässig Projekte angeboten, bei denen von Beginn an feststeht, dass der Entwurf gebaut werden soll, im Umkehrschluss also auch realisierbar sein muss. Im Sommersemester 2011 ging es um einen temporären bionischen Versuchsbau aus Holz, bei dem der Seeigel Pate stehen sollte. 

Ausgefeilte Technik 
 

Die Natur geht mit ihren Ressourcen äusserst sparsam um. So konnte auch der Pavillon auf dem Universitätsgelände mit einer Grundfläche von immerhin 70 m2 aus nur 6.5 mm dicken Sperrholzplatten gebaut werden. Die Gesamtform des komplexen Entwurfs ist mithilfe eines relaxierenden CAD-Modells entstanden, um Parameter wie den Kräfteverlauf und die Winkel, in denen die Elemente aufeinanderstossen, zu optimieren. Die Gestaltung des Pavillons hat es den Studierenden nicht abgenommen, denn es lieferte keine fertige Form. Die Grundlage der Konstruktion ist die von Robotern gefertigte Fingerzinkenverbindung, mittels derer insgesamt 275 m2 der dünnen Platten mit Gradzahlen von 15 bis 165 verbunden wurden. Um dies zu ermöglichen, mussten die Innenecken und die mehr als 100 000 Zinken exakt gefertigt werden. Hierzu wurde dem sechsachsigen Roboter der CNC-Fräse eine weitere Achse hinzugefügt, indem die jeweiligen Holzplatten zur Bearbeitung auf einem Drehteller fixiert wurden.

Vorbild Natur 


Für den Entwurf spielte die Morphologie des Plattenskeletts des «Sanddollars» eine wichtige Rolle: Die biegetragfähige und verformbare Struktur entsteht, wenn immer nur drei Platten an einem Punkt aufeinanderstossen. Mit diesen Vorgaben entwickelten Studierende und Wissenschaftler einen zweistufigen hierarchischen Aufbau. Die einzelnen Kassetten sind mit biegeweichen Keilzinkenstössen geklebt und bilden ein in sich geschlossenes System gleich einem Puzzle – jede Kassette ist anders und hat ihren speziellen Platz. Mittels biegeweicher Schraubverbindungen wurden sie zum Pavillon zusammengesetzt. Analog zum Aufbau der einzelnen Kassetten treffen auch auf dieser zweiten Hierarchieebene jeweils wieder nur drei Segmente an einer Ecke aufeinander. Zudem ermöglicht es die Verschraubung, den Pavillon mehrfachen auf- und abzubauen.

In die Umgebung einbinden 
 

Die Leichtigkeit der Holzkonstruktion aus 850 verschiedenen Bauteilen bringt es auf der anderen Seite mit sich, dass der Pavillon gegen Windsog gesichert werden muss. Die Bodenplatte, an der er fixiert ist, nimmt dabei Bezug zum floralen Muster des vorhandenen Bodenbelags. 
Neben all der Technik war es den Studierenden auch wichtig, eine klassische Form von Architektur zu erzeugen: Der Pavillon sollte neugierig machen und zum Verweilen einladen. Sie entschieden sich deshalb für einen 4.5 m hohen Hauptraum mit zweischaligen Kassetten und einen kleinen, niedrigeren Nebenraum, in dem die Konstruktion des Pavillons sichtbar ist. Ein grosses Fenster gibt den Blick frei in den Himmel und auf die Bäume des umliegenden Stadtgartens. 

Projektteam

Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD), Prof. Achim Menges; Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers; Kompetenznetz Biomimetik Baden-Württemberg
Konzept und Entwurfsplanung: Oliver David Krieg, Boyan Mihaylov
Ausführungsplanung und Realisierung: Peter Brachat, Benjamin Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer, Nicola Haberbosch, Elias Kästle, Oliver David Krieg, Yong Sung Kwon, Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai
Wissenschaftliche Leitung: Markus Gabler (Projektleitung), Riccardo La Magna (Tragwerksplanung), Steffen Reichert (Konstruktion), Tobias Schwinn (Projektleitung), Frédéric Waimer (Tragwerksplanung)
Standort: Keplerstr. 11–17, D-70174 Stuttgart

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