_Integrales Planen

Organisch und in etwa wie eine große Erdnuss geformt, schmiegt sich ein hölzerner Ausstellungsbau in das Gelände der Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd. Beide Enden des Forstpavillons sind raumhoch verglast und gewähren gleichermaßen Ein- und Ausblicke von und in die Parklandschaft. Das Gebäude mit einem besonderen Schalentragwerk ist im Rahmen des EU-Verbundforschungsprojekts „Robotik im Holzbau“ an der Universität Stuttgart entwickelt worden. Das prinzipielle Vorbild für die Leichtbaukonstruktion ist in der Natur zu finden und dem segmentierten Gehäuse des Sanddollars, einer flachen Seeigelart abgeschaut, deren Schalenskelette sind aus vielen Kalkplättchen zusammengesetzt. Beim Pavillon bilden dünne polygonale Platten aus Schichtholz zugleich Tragwerk und Gebäudehülle.

Mit einer Schalenfläche von 245 Quadratmetern und äußeren Abmessungen von 17 x 11 x 6 Metern (L x B x H) bietet der Pavillon eine Nutzfläche von rund 125 Quadratmetern und ein Raumvolumen von 605 Kubikmetern. Modellbasiert geplant und innerhalb kurzer Zeit robotisch gefertigt, kommt die leistungsfähige Schalenkonstruktion aus Buchensperrholz mit einer Materialstärke von nur fünf Zentimetern aus. Lediglich zwölf Kubikmeter Holz wurden für die tragende Schale benötigt. Verbunden sind die Platten über gefräste Zinken an den Plattenrändern, die die Verbindungskräfte besonders gut aufnehmen können. Die äußere Deckschicht besteht aus drei Zentimeter dicken Lärchenholzplatten.

Das Innere des Pavillons gliedert sich in einen Eingangs- und einen Hauptausstellungsbereich. In beiden ist die Schale kuppelförmig ausgebildet und besteht aus konvex‐polygonalen Platten. Dazwischen befindet sich eine sattelförmige Einschnürung aus konkav‐polygonalen Platten. Die Besucher betreten das Gebäude durch den südlichen Teil des erdnussförmigen Baukörpers und werden durch die räumliche Einschnürung in den sechs Meter hohen Hauptraum geleitet. Den Innenraum prägt vor allem das Muster der sichtbaren und weitgehend unbehandelten Buchenholzkonstruktion mit ihren charakteristischen Verzahnungen.

Planungsprozess und Fertigung
Ermöglicht wurde die komplexe, stabile und leichtgewichtige Plattenstruktur des Pavillons durch digitale Entwurfs‐ und Simulationsverfahren. Diese erlaubten es den Wissenschaftlern aus mehreren Fachbereichen, die bionischen Konstruktionsformen zu modellieren. Das im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelte parametrische Entwurfswerkzeug bietet die Möglichkeit, von Beginn an Materialeigenschaften und Herstellungsbedingungen in die Planung zu integrieren. Die Platten wurden dabei nicht einzeln gezeichnet oder modelliert, sondern sie fanden in einem digitalen Simulations‐ und Optimierungsprozess ihre Lage, Größe und Form in Übereinstimmung mit den Möglichkeiten der robotischen Fertigung von selbst. Parametrische Daten waren im Gesamtmodell vordefiniert und aufeinander abgestimmt. Die BIM-fähige Software diente dabei als zentrale Projektplattform, die jeweils die aktuelle Schalengeometrie und zusätzliche Informationen enthielt. Maßänderungen bedingten automatisch Geometrieänderungen – und vice versa. 

Die durchgehend computerbasierte Planung ermöglichte die digitale, ressourcenschonende und wirtschaftliche Fertigung aller Bauteile der Holzkonstruktion – von der Herstellung der 243 unterschiedlichen Platten bis hin zum Zuschnitt der Dämmung, wasserführenden Schicht und Deckschicht. Die größte Herausforderung und Innovation stellte dabei die Fertigung der 7.600 geometrisch unterschiedlichen Zinkenverbindungen der Buchenholzplatten dar, die dem Pavillon Stabilität verleihen. Hier kam der robotischen Fertigung eine Schlüsselrolle zu, da sie einen sehr hohen Freiheitsgrad bietet: Die Verbindungen, die in mikroskopisch kleinem Maßstab auch der Seeigel nutzt, ließen sich mit einer siebenachsigen Roboteranlage präzise umsetzen.

Die Qualitätskontrolle der robotisch gefertigten Platten erforderte eine hochpräzise messtechnische Erfassung durch im Sub‐Millimeter Bereich agierende Lasertracker. Zur mehrfachen Vermessung des gesamten Bauwerks für eine Analyse des Langzeitverhaltens nutzten die Wissenschaftler dreidimensionale Laserscanner. Damit konnte aufgezeigt werden, dass die mittlere quadratische Abweichung der Bauteile in der Bauteilebene, die ein Maß für die Genauigkeit der Fertigung darstellt, lediglich 0,86 mm beträgt.

Bautafel

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• https://vimeo.com/98518748