Project

Innovatief paviljoen van vezel versterkt composiet – Institute for Computational Design, University of Stuttgart

Architectuur

Innovatief paviljoen van vezel versterkt composiet – Institute for Computational Design, University of Stuttgart
Beeld © ICD/ITKE, University of Stuttgart

Voor de BUGA Bundesgartenschau in Heilbron (vergelijkbaar met de Nederlandse Floriade) ontwierp het Institute for Computational Design van de University of Stuttgart een paviljoen dat volledig bestaat uit vezel versterkte composieten. Voor de bouw is gebruik gemaakt van de nieuwste computergestuurde technieken.

Het BUGA-paviljoen is gemaakt van meer dan 150.000 meter ruimtelijk gerangschikte glas- en koolstofvezels. Ze zijn allemaal afzonderlijk ontworpen en geplaatst, een moeizaam en ingewikkeld proces aangestuurd door computers. Op deze manier kunnen de vezelopstelling, dichtheid en oriëntatie van elk bouwcomponent afzonderlijk worden gekalibreerd, structureel worden afgestemd en architectonisch worden ingepast.

ICD-ITKE BugaFiber Jan Knipper

Het bouwwerk beslaat een vloeroppervlak van ongeveer 400 vierkante meter en behaalt een vrije overspanning van meer dan 23 meter. Het is ingesloten door een volledig transparant, mechanisch voorgespannen ETFE-membraan. De primaire draagconstructie bestaat uit 60 op maat gemaakte composietcomponenten.

Met 7,6 kilogram per vierkante meter is het licht, ongeveer vijf keer lichter dan een meer conventionele staalconstructie. Uitvoerige testprocedures hebben aangetoond dat een vezel component tot 250 kilogram newton compressiekracht kan opnemen, wat overeenkomt met ongeveer 25 ton of het gewicht van meer dan 15 auto’s.  De zwarte koolstoffilamentbundels, die zich om het doorschijnende glasvezelrooster wikkelen, zorgen voor een sterk contrast met de volledig transparante huid van het paviljoen.

ICD-ITKE BugaFiber Jan Knipper

Techniek

Het paviljoen is het resultaat van vele jaren van biometrisch onderzoek van het Institute for Computational Design and Construction (ICD) en het Institute for Building Structures and Structural Design (ITKE) van de Universiteit van Stuttgart. Het paviljoen toont aan hoe een integrale benadering van computergestuurd ontwerpen en robotfabricage de ontwikkeling mogelijk maakt van nieuwe, digitale bouwsystemen met vezelcomposiet.

De bouwcomponenten zijn geproduceerd door filamentwikkeling, een nieuwe variant van additive manufacturing. De  draden of filamenten worden door een robot vrij geplaatst tussen twee roterende frames. Tijdens dit proces ontstaat uit de onderlinge interactie van de vezels de vooraf gedefinieerde vorm van het bouwcomponent. Dit maakt het mogelijk een constructie samen te stellen uit elementen die stuk voor stuk uniek zijn. De materialen worden compleet uitgenut.  Er ontstaat geen productieafval en wordt vrijwel geen materiaal verspild.

ICD-ITKE BugaFiber Jan Knipper

Tijdens de productie wordt een rooster van doorschijnende glasvezels gegenereerd, waarop de zwarte koolstofvezels worden geplaatst waar ze structureel nodig zijn. Dit levert onderdelen op die geschikt zijn voor een hoge belasting en met een verschillend architectonisch design.  De volledige productie vond plaats bij de industriële partner FibR GmbH van het project. Elk onderdeel heeft gemiddeld vier tot zes uur nodig om ongeveer 1.000 meter glasvezel en 1.600 meter koolstofvezel te produceren.

Projectpartners

PROJECT PARTNERS

ICD – Institute for Computational Design, University of Stuttgart
Prof. Achim Menges, Serban Bodea, Niccolo Dambrosio, Monika Göbel, Christoph Zechmeister

ITKE – Institute of Building Structures and Structural Design, University of Stuttgart
Prof. Jan Knippers, Valentin Koslowski Marta Gil Pérez, Bas Rongen

in samenwerking met:
Rasha Alshami, Karen Andrea Antorvaeza Paez, Cornelius Carl, Sophie Collier, Brad Elsbury, James Hayward, Marc Hägele, You-Wen Ji, Ridvan Kahraman, Laura Kiesewetter, Xun Li, Grzegorz Lochnicki, Francesco Milano, Seyed Mobin Moussavi, Marie Razzhivina, Sanoop Sibi, Zi Jie Tan, Naomi Kris Tashiro, Babasola Thomas, Sabine Vecvagare, Shu Chuan Yao

FibR GmbH, Stuttgart
Moritz Dörstelmann, Ondrej Kyjanek, Philipp Essers, Philipp Gülke

in samenwerking met:
Leonard Balas, Robert Besinger, Elaine Bonavia, Yen-Cheng Lu

Bundesgartenschau Heilbronn 2019 GmbH
Hanspeter Faas, Oliver Toellner

PROJECT BUILDING PERMIT PROCESS

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

Proof Engineer
Dipl.-Ing. Achim Bechert, Dipl.-Ing. Florian Roos

DITF German Institutes of Textile and Fiber Research
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Pascal Mindermann

PLANNING PARTNERS

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

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

Transsolar Climate Engineering, Stuttgart
Prof. Thomas Auer

Frauenhofer-Institut ICT
Dipl.-Ing. Elisa Seiler

PROJECT SUPPORT

State of Baden-Wuerttemberg
University of Stuttgart
Baden-Württemberg Stiftung
GETTYLAB
Forschungsinitiative Zukunft Bau
Leichtbau BW

Pfeifer GmbH
Ewo GmbH
Fischer Group

De Bundesgartenschau in Heilbronn is te zien tot 6 oktober 2019. Meer informatie

Lees meer over de techniek in het artikel van Ad Tissink op Cobouw.nl

Foto's

Ontwerp en realisatie

  • Projecttitel Innovatief paviljoen van vezel versterkt composiet
  • Projectarchitect(en) Prof. Achim Menges, Serban Bodea, Niccolo Dambrosio, Monika Göbel, Christoph Zechmeister
  • Medewerkers Rasha Alshami, Karen Andrea Antorvaeza Paez, Cornelius Carl, Sophie Collier, James Hayward, Marc Hägele, You-Wen Ji, Ridvan Kahraman, Laura Kiesewetter, Xun Li, Grzegorz Lochnicki, Francesco Milano, Seyed Mobin Moussavi, Marie Razzhivina, Sanoop Sibi, Zi Jie Tan, Naomi Kris Tashiro, Babasola Thomas, Sabine Vecvagare, Shu Chuan Yao
  • Bruto vloeroppervlakte (m2) 23m diameter / overspanning 400 m2 / gewicht van de structure 7,6 kg/m2 / constructie systeem 60 computer gestuurde glas- en koolstof elementen en 150.000 m2 glas en koolstof gemaakte vezels en transprant, mechanisch gemaakte EFTE membranen
  • Opdrachtgever Bundesgartenschau (BUGA)
  • Ontwerpbureau Institute for Computational Design, University of Stuttgart
  • Ingenieurs ITKE – Institute of Building Structures and Structural Design, University of Stuttgart
  • Prof. Jan Knippers, Valentin Koslowski Marta Gil Pérez, Bas Rongen

Locatie

Reageer op dit artikel