Zukunft Bau Pop-up Campus Projekt // reGrowth

Der Materialeinsatz im Holzbau ist hauptsächlich auf die Nutzung von Standartquerschnitten und Halbfertigteilen in Form von Holzwerkstoffen beschränkt. Schon der moderne Forstbetrieb ist auf diese Nutzung ausgelegt, und Bäume werden in speziell angeordneten Kleingruppen gepflanzt, um einen möglichst geraden und astfreien Wuchs für eine effiziente Herstellung von Bauholz zu ermöglichen. Ziel sind möglichst lange und dicke, gerade, astreine Hölzer. Gekrümmte Äste oder Gabelungen finden keine Anwendung im Bausektor und werden schon frühzeitig als Abschnitte von den präferierten Elementen getrennt und anderweitig verwertet.
Die einzigartigen Materialeigenschaften, die jeder Baum auf Grund seiner direkten Umgebung entwickelt, werden als Irregularitäten bewertet, die man im Bauwesen nicht nutzt. Somit ergibt sich automatisch ein großer Verschnitt, bei dem nur ca. 50% des gefällten Baumes tatsächlich als Baumaterial Verwendung finden. Auf der anderen Seite steht jedes Haus auf einem anderen Baugrund, beispielsweise am Hang, oder in einer innerstädtischen Baulücke, einer anderen Erdbeben- oder Schneelastzone. Und so sind auch die Anforderungen im Bauwesen immer wieder einzigartig.
Daher hinterfragt das hier präsentierte Forschungsprojekt „reGrowth“ den aktuellen Ansatz der Gewinnung und Nutzung von Bauholz und zeigt in Studien mögliche Nutzungskonzepte für die aktuell aufgrund ihrer Irregularitäten nicht als Baumaterial in Betracht gezogenen Restmaterialien.
Als Alternative wird hier ein Design- und Fabrikationskonzept präsentiert, das sich am natürlichen Tragverhalten der tatsächlichen Holzfaserrichtung orientiert und als Grundlage für effizienten, materialoptimierenden Tragwerksentwurf im Holzbau dient. Dazu bedient es sich der digitalen Werkzeuge des Entwurfs, der Materialanalyse und der Fertigung. Die andernfalls ungenutzten Abschnitte werden digital erfasst und in Materialbibliotheken gespeichert. Dabei können auch ihre individuellen Stärken und somit ihr Potenzial zum Einsatz in Tragstrukturen ermittelt werden.
Tragwerksanalyse- und Entwurfswerkzeuge, nutzen diese Informationen, um automatisiert die bestpassenden Elemente für die jeweilige Situation zu ermitteln, welche dann mittels CNC/CAM-Technologie automatisiert gefertigt und verbaut werden können.
Demonstrator:
Im ausgestellten Projekt manifestiert sich der Ansatz in Form einer auf V-Stützen aufgelagerten selbsttragenden ellipsenförmigen Sandwichplatte, die hier aufgeteilt in zwei Hälften den Raum infiltriert. Der Sandwichkern besteht aus gekrümmten Ästen und Astgabeln aus dem Aachener Wald. Diese wurden durch bildbasierte Modellierungstechniken erfasst und in einer Bibliothek gespeichert. Mittels Design- und Tragwerksanalyse-Software wurden sie dem Kraftfluss folgend platziert. Die Holzelemente wurden dann in entsprechender Orientierung auf eine Dicke von 55 mm gefräst und gehobelt. Über eine wieder lösbare, weil geschraubte Verbindung mit der oberen und unteren 16 mm starken Dreischichtplatte ist ein Dachtragwerk entstanden, dass die natürliche Krümmung effizient im Entwurf integriert.
Das Entwurfskonzept ist auf eine längerfristige Nutzung ausgelegt. So soll das Objekt im Anschluss an die Ausstellung nicht wieder verschwinden. Die beiden Bauteile werden abgebaut und zur eigentlichen Überdachung zusammengesetzt, die dauerhaft auf dem Campus der Universität installiert werden kann.
Augmented Reality unterstützter Zusammenbau:
Auch das Handwerk erfährt im Zuge der neuen Entwicklungen unter dem Stichwort Industrie 4.0 Veränderungen. Während die Automatisierungstechnologie immer weitere manuelle Arbeitsschritte übernimmt, bieten andere Technologien wie die Werkzeuge der erweiterten Realität (Augmented Reality) neue Möglichkeiten, den Menschen in handwerklichen Prozessen zu unterstützen. So wurde in diesem Projekt mit der Hololens II eine Augmented Reality Brille eingesetzt, um die händische Fertigung der Sandwichplatte zu unterstützen. Sie projiziert die Position der zu platzierenden Holzelemente direkt auf die Netzhaut und ermöglicht somit ein schnelles und präzises Platzieren. Ist die Deckplatte aufgelegt, können die verdeckten Elemente nach wie vor gesehen und somit einfach mit der Deckplatte verschraubt werden.