Intcdc-Pavillon der Uni Stuttgart

Der „livMatS-Pavillon“ im Botanischen Garten der Uni Freiburg besteht aus robotisch gewickelten NaturfasernNaturfasern sind Fasern, die aus Pflanzen oder Tieren gewonnen werden. Sie werden oft in der Textilproduktion oder in der Konstruktion von Teppichen und Bodenbelägen verwendet.. Entwickelt und gebaut haben ihn Studierende der Exzellenzcluster livMatS und IntCDC an den Universitäten Freiburg und Stuttgart.

Weltweit sind Forscher auf der Suche nach einem Modell für eine nachhaltige, ressourceneffiziente Alternative zu konventionellen Bauweisen. In einem gemeinsamen Projekt haben nun Forschende der Universitäten Freiburg und Stuttgart sowie Masterstudierende der Universität Stuttgart ein Konzept vorlegt. Und auch gleich gebaut. Es handelt sich um ein robotisch gewickeltes Naturfasergebäude, das seit Kurzem im Botanischen Garten der Universität Freiburg zu bewundern ist. Der etwas sperrige Name „livMatS-Pavillon“ bezieht sich den Freiburger Forschungsbereich und Exzellenzcluster „Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)“. Der Pavillon soll veranschaulichen, wie durch eine Kombination von natürlichen Materialien mit fortschrittlichen digitalen Technologien eine einzigartige bioinspirierte Architektur ermöglicht wird.

Sein Tragwerk besteht aus robotisch gewickelten Flachsfasern, eine Weiterentwicklung der Institute der bisher verwendeten synthetisch hergestellten Faserverbundstoffe – etwa Glas- und Kohlestofffasern. Flachsfasern sind dagegen in jährlichen Erntezyklen nachwachsend, regional verfügbar und biologisch abbaubar. Vor allem in Kombination mit effizientem Leichtbau könnten sie den ökologischen Fußabdruck von Gebäuden deutlich zu reduzieren. „Faserverbundwerkstoffe weisen ein hervorragendes Verhältnis von FestigkeitDieser Begriff bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials oder einer Konstruktion, Belastungen und Kräften standzuhalten, ohne zu versagen oder zu brechen. Die Festigkeit wird in der Regel durch Prüfverfahren ermittelt und ist ein wichtiger Faktor bei der Materialauswahl und Konstruktion. zu Gewicht auf“, erklärt Jan Knippers vom Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE). Nun war es aber alles andere als einfach, die Herstellung von synthetischen auf natürliche FasernFasern: Fasern sind lange, dünne Materialstreifen aus Stahl, Kunststoff, Glas oder natürlichem Material (wie Baumwolle, Hanf oder Flachs), die häufig in Baumaterialien wie Beton, Gips oder Dämmstoffen verwendet werden. umzustellen. „Im Hinblick auf das computerbasierte Design, die Arbeitsabläufe der robotischen Fertigung sowie die Maschinensteuerung, stellten die NaturfasernNaturfasern sind Fasern, die aus Pflanzen oder Tieren gewonnen werden. Sie werden oft in der Textilproduktion oder in der Konstruktion von Teppichen und Bodenbelägen verwendet. und ihre biologische Variabilität uns Forschende vor neue Herausforderungen“, meint etwa Achim Menges vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD).

            © IntCDC, University of Stuttgart | Source: YouTube

Die Natur als Vorbild für den IntCDC-Pavillon

Als Inspiration für die netzförmige Anordnung der Naturfasern und der kernlosen Wicklung dienten der Saguaro-Kaktus und der Feigenkaktus. Beide Kakteen zeichnen sich durch ihre besondere Holzstruktur aus. Der Saguaro-Kaktus verfüge über ein zylinderförmiges Skelett, das innen hohl und dadurch besonders leicht sei, meint Thomas Speck, Direktor des Botanischen Gartens. Es bestehe aus einer netzartigen Holzstruktur, die dem Skelett zusätzlich eine besondere Stabilität verleihe. „Das Gewebe der abgeflachten Seitentriebe des Feigenkaktus durchziehen ebenfalls vernetzte Holzfaserbündel, die in Schichten angeordnet und miteinander verbunden sind. Hierdurch zeichnet sich auch das Gewebe des Feigenkaktus durch eine besonders hohe Belastbarkeit aus“, erläutert Thomas Speck weiter.

Die Forschenden haben diese Netzstrukturen der biologischen Vorbilder abstrahiert und im livMatS-Pavillon durch das Wickeln, das „coreless winding“ der Naturfasern umgesetzt. Durch diese Abstraktion – bei Pflanzen existieren keine Wickel- oder Flechtprozesse – konnten die Forschenden die mechanischen Eigenschaften der vernetzten Faserstrukturen auf die Leichtbau-Tragelemente des livMatS-Pavillons übertragen, so das livMatS-Institut in einer Erläuterung des Prozesses.

Das Tragwerk des Pavillons besteht aus 15 Flachsfaserelementen, die ausschließlich aus NaturfasernNaturfasern sind Fasern, die aus Pflanzen oder Tieren gewonnen werden. Sie werden oft in der Textilproduktion oder in der Konstruktion von Teppichen und Bodenbelägen verwendet. vorgefertigt wurden. Ein Faser-Schlussstein bildet den Mittelpunkt. Das filigrane Oberflächenbild der einzelnen Elemente erinnert sowohl an traditionelle Fachwerkkonstruktionen als auch an das biologische Vorbild. Die einzelnen Elemente variieren in ihrer Gesamtlänge zwischen 4,50 bis 5,50 Metern und wiegen im Durchschnitt nur 105 Kilogramm. Die gesamte Faserkonstruktion wiegt bei einer Gesamtfläche von 46 Quadratmetern nur circa 1,5 Tonnen. Umgesetzt hat die Konstruktion die FibR GmbH Stuttgart, einer der Industriepartner des Projekts.

Der Pavillon wird in Zukunft als Veranstaltungsort dienen – und nicht zuletzt, um die Arbeit des Teams zu veranschaulichen. Die Entwicklung der Konstruktion basiert im Übrigen auf einer langjährigen Zusammenarbeit eines Teams aus Architektinnen und Architekten sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren des Masterstudiengangs ITECH am Exzellenzcluster „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC)“ der Universität Stuttgart und Biologinnen und Biologen des Exzellenzclusters Living. Adaptive and Energy-autonomous Material Systems (livMatS) an der Universität Freiburg. (Red)

Projektteam: 

ICD: Institute for Computational Design and Construction – Prof. Achim Menges/Cluster of Excellence IntCDC, Universität Stuttgart;
ITKE: Institute of Building Structures and Structural Design – Prof. Jan Knippers/Cluster of Excellence IntCDC, Universität Stuttgart
in Zusammenarbeit mit livMatS, University of Freiburg – Prof. Dr. Thomas Speck, Prof. Dr. Jürgen Rühe

Forschende
Marta Gil Pérez, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio, Bas Rongen, Christoph Zechmeister
Projektmanagement: Katja Rinderspacher, Marta Gil Pérez, Monika Göbel

2018 bis 2020: Talal Ammouri, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Joseph Cutajar, Edith Anahi Gonzalez San Martin, Yanan Guo, James Hayward, Silvana Herrera, Jeongwoo Jang, Nicolas Kubail Kalousdian, Simon Jacob Lut, Eda Özdemir, Gabriel Rihaczek, Anke Kristina Schramm, Lasath Ryan Siriwardena, Vaia Tsiokou, Christo van der Hoven, Shu Chuan Yao

2018 bis 2019: Karen Andrea Antorveza Paez, Okan Basnak, Guillaume Caussarieu, Zhetao Dong, Kurt Drachenberg, Roxana Firorella Guillen Hurtado, Ridvan Kahraman, Dilara Karademir, Laura Kiesewetter, Grzegorz Łochnicki, Francesco Milano, Yue Qi, Hooman Salyani, Nasim Sehat, Tim Stark, Zi Jie, Jake Tan, Irina Voineag