Forstpavillon in Schwäbisch Gmünd

Robotisch gefertigte Holzschalenkonstruktion

Auf der Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd zeigt ein Ausstellungsgebäude anschaulich die neuen Möglichkeiten der digitalen Planung und robotischen Fertigung von Holzleichtbaukonstruktionen. Der Forstpavillon (jüngst in Dieter-Paul-Pavillon umbenannt) entstand im Rahmen des Verbundforschungsprojekts „Robotik im Holzbau“ an der Universität Stuttgart.

Gallerie

Mittels computerbasierter Entwurfs‐, Simulations‐, Fertigungs‐ und Messverfahren in nur vier Wochen im „Himmelsgarten“ errichtet, kommt die leistungsfähige Schalenkonstruktion aus Buchenfurnierholzplatten mit einer Materialstärke von nur 50 Millimetern aus. Dabei sind die Platten Tragwerk und Gebäudehülle zugleich. Verbunden sind sie über gefräste Zinken an den Plattenrändern, die die Verbindungskräfte besonders gut aufnehmen können. Als Vorbild für die Konstruktion diente das Plattenskelett von Seeigeln, das durch seine spezifische Anordnung und Extrusionen an den Skelettplattenrändern eine besonders stabile und effiziente Schalenkonstruktion darstellt. Die Methode, bei der komplexe Konstruktionsformen aus der Tier- und Pflanzenwelt auf technische Systeme übertragen werden, stammt aus dem bionischen Leichtbau.

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. 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 niedrigeren Teil des erdnussförmigen Baukörpers und werden durch die räumliche Einschnürung in den sechs Meter hohen Hauptraum geleitet. Dieser öffnet sich mit einer großen Glasfassade zur Landschaft hin. Den Innenraum prägt vor allem das Muster der sichtbaren und weitgehend unbehandelten Buchenholzkonstruktion mit ihren charakteristischen Zinkenverbindungen.

Dach
Die Planung der komplexen Plattenstruktur erfolgte durch computerbasierte Entwurfs‐ und Simulationsverfahren, die im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelt wurden. Das Entwurfswerkzeug bezieht die Materialeigenschaften und Herstellungsbedingungen von Beginn an in die Planung mit ein. Dabei werden die Platten nicht einzeln gezeichnet oder modelliert, vielmehr finden sie in einem digitalen Simulations‐ und Optimierungsprozess ihre Lage, Größe und Form, in Übereinstimmung mit den Möglichkeiten der robotischen Fertigung, von selbst.

Anschließend folgte die Herstellung sämtlicher Bauteile durch Industrieroboter. Neben 243 unterschiedlichen Holzplatten schnitten sie auch die Dämmung, die wasserführende Schicht sowie die Deckschicht aus Lärchenplatten zu. Die größte Herausforderung bestand im Fräsen der 7.600 geometrisch unterschiedlichen Zinkenverbindungen, die dem Pavillon seine Stabilität verleihen. Sie ließen sich nur mit einer siebenachsigen Roboteranlage effizient umsetzen. Für die gesamte Schale waren lediglich 12 Kubikmeter Holz notwendig; aufgrund des präzisen Zuschnitts fiel zudem nur ein geringer Verschnitt an.

Gegenüber den üblichen computergesteuerten Fertigungsmethoden bot die robotische Herstellung einen wesentlich höheren Freiheitsgrad. Bei der Messtechnik zur Qualitätskontrolle der individuellen Platten kamen ein im Sub‐Millimeter Bereich agierender Lasertracker sowie dreidimensionale Laserscanner zur mehrfachen Vermessung des gesamten Bauwerks zum Einsatz. Mit ihnen ließ sich außerdem eine Analyse des Langzeitverhaltens erstellen. Diese ergab, dass die mittlere quadratische Abweichung der Bauteile, die ein Maß für die Genauigkeit der Fertigung darstellt, lediglich 0,86 Millimeter beträgt. Im Vergleich zu den im Bauwesen sonst üblichen Toleranzen ist dies ein außerordentlich guter Wert, vor allem im Hinblick darauf, dass die Buchenholzschale gleichzeitig Rohbau und fertiger Ausbauzustand ist.

Bautafel

Entwicklung: Institut für Computerbasiertes Entwerfen ICD (Prof. Achim Menges), Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen ITKE (Prof. Jan Knippers) und das Institut für Ingenieurgeodäsie IIGS (Prof. Volker Schwieger) an der Universität Stuttgart
Umsetzung: Müllerblaustein Holzbau, Blaustein; Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014; Landesbetrieb Forst Baden‐Württemberg (ForstBW), Stuttgart und KUKA Roboter, Augsburg
Finanzierung: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), Clusterinitiative Forst und Holz Baden‐Württemberg sowie Projektpartner
Bauherr: Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014
Fertigstellung: 2013
Standort: Himmelsgarten im Landschaftspark Wetzgau, Schwäbisch Gmünd
Bildnachweis: ICD/ITKE/IIGS Universität Stuttgart

Fachwissen zum Thema

Dachtragwerke

Dachtragwerke

Dachtragwerke bestehen in der Regel aus einfachen statischen Grundsystemen, deren Tragwerksteile zusammengesetzt und gelenkig...

Dach eines Schwarzwaldhauses mit Holzschindeln und hölzerner Regenrinne

Dach eines Schwarzwaldhauses mit Holzschindeln und hölzerner Regenrinne

Dachdeckungen

Holz

Holz als Bedachungsmaterial kam früher in unterschiedlichen Formen zum Einsatz, am häufigsten als Schindeln. Im Laufe der Zeit...

Die Kurmuschel in Sassnitz auf Rügen wurde 1987 errichtet und 2018 saniert, Architekt: Ulrich Müther

Die Kurmuschel in Sassnitz auf Rügen wurde 1987 errichtet und 2018 saniert, Architekt: Ulrich Müther

Dachformen

Schalenkonstruktionen

Die Herstellung von Schalenkonstruktionen ist aus Kunststoffen, Stahlbeton und unbewehrtem Ziegelmauerwerk möglich. Nach DIN 1045...

Kontakt Redaktion Baunetz Wissen: wissen@baunetz.de
Baunetz Wissen Geneigtes Dach sponsored by:
Initiative Steildach/Dachkult, Augsburg | www.dachkult.de
Zum Seitenanfang

Genesis ist seit Oktober 2020 als schwimmende Kirche in East London im Einsatz.

Genesis ist seit Oktober 2020 als schwimmende Kirche in East London im Einsatz.

Sonderbauten

Schiffs-Kirche in London

Ziehharmonikadach zum Aufklappen

Ein Gebäude in Form einer Blüte: Den Tempel des Lichts haben Patkau Architects aus Vancouver entworfen.

Ein Gebäude in Form einer Blüte: Den Tempel des Lichts haben Patkau Architects aus Vancouver entworfen.

Sonderbauten

Meditationszentrum in der Kootenay Bay

Modulare Lotusblüte

„Mother“ nennt sich der aus Holz und Stroh in ursprünglicher Natur errichtete temporäre Pavillon vom Künstlerduo Studio Morison.

„Mother“ nennt sich der aus Holz und Stroh in ursprünglicher Natur errichtete temporäre Pavillon vom Künstlerduo Studio Morison.

Sonderbauten

Temporärer Pavillon in Wicked Fen

Begehbares Kunstobjekt in ostenglischer Wildnis

Eingebettet in eine künstlich angelegte Gartenlandschaft, bilden zwei bionische Pavillons architektonische Fixpunkte der Bundesgartenschau in Heilbronn.

Eingebettet in eine künstlich angelegte Gartenlandschaft, bilden zwei bionische Pavillons architektonische Fixpunkte der Bundesgartenschau in Heilbronn.

Sonderbauten

Bionische Pavillons in Heilbronn

Holz- und Faserstrukturen nach dem Vorbild der Natur

Leitbild des Entwurfs von HILDEBRAND war das schützende Dach eines traditionellen Berner Bauernhauses in weiter Landschaft.

Leitbild des Entwurfs von HILDEBRAND war das schützende Dach eines traditionellen Berner Bauernhauses in weiter Landschaft.

Sonderbauten

Wasserhaus am Blausee in Kandergrund

Pavillon mit auskragendem Schindeldach

Für einen Privatgarten im baden-württembergischen Leonberg schufen Kawahara Krause Architects aus Hamburg den sogenannten Garden Folly

Für einen Privatgarten im baden-württembergischen Leonberg schufen Kawahara Krause Architects aus Hamburg den sogenannten Garden Folly

Sonderbauten

Garden Folly in Leonberg

Archetypische Hausform aus Acryl-Rasterstruktur

Muffler Architekten entwarfen das zeltartig geformte Pausendach für Mitarbeiter der Firma Euronics im baden-württembergischen Tuttlingen

Muffler Architekten entwarfen das zeltartig geformte Pausendach für Mitarbeiter der Firma Euronics im baden-württembergischen Tuttlingen

Sonderbauten

Pausendach in Tuttlingen

Blickfang aus Stahl

Die private Martell-Kulturstiftung gibt Architekten und Künstlern die Möglichkeit, während umfassander Umbaumaßnahmen das Grundstück mit temporären Installationen zu bespielen

Die private Martell-Kulturstiftung gibt Architekten und Künstlern die Möglichkeit, während umfassander Umbaumaßnahmen das Grundstück mit temporären Installationen zu bespielen

Sonderbauten

Temporärer Pavillon in Cognac

Ein Hof voller Wellen

Südseite des Wasserkraftwerks Zentrale Mulegn, deren Konturen sich gut in die Landschaft fügen

Südseite des Wasserkraftwerks Zentrale Mulegn, deren Konturen sich gut in die Landschaft fügen

Sonderbauten

Wasserkraftwerk Zentrale Mulegn am Ragn d´Err in Surses

Zwei Pultdächer mit gegenläufigem Gefälle

Der Serpentine Pavillon 2017 stammt von Francis Kéré

Der Serpentine Pavillon 2017 stammt von Francis Kéré

Sonderbauten

Serpentine Pavillon 2017

Ein Dach wie eine Baumkrone

Das Westonbirt Arboretum erhielt zwei funktionale Neubauten: eine Fahrzeug- und Maschinenhalle sowie ein Gemeinschaftshaus für Mitarbeiter (hier im Bild)

Das Westonbirt Arboretum erhielt zwei funktionale Neubauten: eine Fahrzeug- und Maschinenhalle sowie ein Gemeinschaftshaus für Mitarbeiter (hier im Bild)

Sonderbauten

Gemeinschaftshaus und Fahrzeughalle im Westonbirt Arboretum

Paraboloide Dachform und Hängewerk aus 140 Jahre alten Kiefern

Die neue Schutzhütte in den südlichen Kalkalpen ist ein Entwurf des slowenischen Architekturbüros OFIS

Die neue Schutzhütte in den südlichen Kalkalpen ist ein Entwurf des slowenischen Architekturbüros OFIS

Sonderbauten

Alpine Schutzhütte in Slowenien

Biwak auf dem Berg Skuta in den Kalkalpen

Auf dem Campus der Universität Stuttgart schwingt sich der Pavillon zu einer halb offenen Überdachung auf

Auf dem Campus der Universität Stuttgart schwingt sich der Pavillon zu einer halb offenen Überdachung auf

Sonderbauten

Forschungspavillon der Uni Stuttgart

Genähte Holzkonstruktion nach dem Vorbild von Seeigeln

Auf dem Friedhof der israelischen Stadt Pardesia entstand eine offene Trauerhalle als großer Schattenspender

Auf dem Friedhof der israelischen Stadt Pardesia entstand eine offene Trauerhalle als großer Schattenspender

Sonderbauten

Friedhofspavillon in Pardesia

Gefaltetes Sichtbetondach auf baumartig verästelten Stahlstützen

Der neue Laufstall von Osten aus mit Gutshof rechts im Hintergrund und Schlossanlage links

Der neue Laufstall von Osten aus mit Gutshof rechts im Hintergrund und Schlossanlage links

Sonderbauten

Laufstall für Kühe auf Schloss Wildenstein

Tierschutzgerechter Holzbau mit offenem Trogdach

Logik, Struktur und Ausdruck sind von Bäumen inspiriert – die Architektur des Gewächshauses bezieht sich unmittelbar auf den Standort

Logik, Struktur und Ausdruck sind von Bäumen inspiriert – die Architektur des Gewächshauses bezieht sich unmittelbar auf den Standort

Sonderbauten

Schauhaus Botanischer Garten Grüningen

Bäume aus Stahl und Glas

Der Porsche-Pavillon ist der erste Neubau seit Eröffnung der Autostadt im Jahr 2000

Der Porsche-Pavillon ist der erste Neubau seit Eröffnung der Autostadt im Jahr 2000

Sonderbauten

Porsche-Pavillon in Wolfsburg

Rasante Kurven aus Stahlblechen in Monocoque-Leichtbau

Ostansicht des Holzschalen-Pavillons

Ostansicht des Holzschalen-Pavillons

Sonderbauten

Forstpavillon in Schwäbisch Gmünd

Robotisch gefertigte Holzschalenkonstruktion

Die kleine Kapelle dient einem privaten Bauherrn als Ort der Kontemplation

Die kleine Kapelle dient einem privaten Bauherrn als Ort der Kontemplation

Sonderbauten

Privatkapelle in Leonberg

Asymmetrisches Dach auf einfacher Rahmenkonstruktion aus Seekiefer

Die hellen Vordächer kontrastieren mit der Bahnhofsmauer aus roten Ziegeln und geben dem Bahnhof ein völlig neues Gesicht (Nordseite mit durchlaufender Überdachung)

Die hellen Vordächer kontrastieren mit der Bahnhofsmauer aus roten Ziegeln und geben dem Bahnhof ein völlig neues Gesicht (Nordseite mit durchlaufender Überdachung)

Sonderbauten

Lichtdach am Bahnhof Hamburg-Barmbek

Überdachung mit leuchtenden Flügeln aus ETFE-Luftkissen

Lichtreflexionen auf den Dach- und Fassadenflächen aus rautenförmigen Aluminiumtafeln

Lichtreflexionen auf den Dach- und Fassadenflächen aus rautenförmigen Aluminiumtafeln

Sonderbauten

Blå Planet bei Kopenhagen

Gebauter Wasserstrudel für ein Aquarium

Das Rehazentrum erscheint aus einer Aneinanderreihung von Satteldachhäusern zu bestehen, hier die Ostfassade

Das Rehazentrum erscheint aus einer Aneinanderreihung von Satteldachhäusern zu bestehen, hier die Ostfassade

Sonderbauten

Rehazentrum in Kopenhagen

Satteldachlandschaft

Das in den Hang eingebettete Ateliergebäude

Das in den Hang eingebettete Ateliergebäude

Sonderbauten

Atelier G in Wilhering/A

Zwei entgegengesetzte Pultdächer

Entlang der Stadtmauer reihen sich 14 Kioske aneinander

Entlang der Stadtmauer reihen sich 14 Kioske aneinander

Sonderbauten

Kiosk in Pisa/I

Aufklappbares Nurdachhaus

Pavillon „White Noise“ in Salzburg

Sonderbauten

Pavillon „White Noise“ in Salzburg

Selbst aussteifende Tragstruktur aus Aluminiumprofilen

Metropol Parasol in Sevilla

Sonderbauten

Metropol Parasol in Sevilla

Komplexes Holztragwerk mit Polyurethanbeschichtung

Rauminstallation für Messestand in Frankfurt

Sonderbauten

Rauminstallation für Messestand in Frankfurt

Gewebe als Himmel über Automobilen

Oribe-Teehaus im Innenhof der Stadtverwaltung von Syrakus

Oribe-Teehaus im Innenhof der Stadtverwaltung von Syrakus

Sonderbauten

Teehaus in Syrakus

Meditative Leichtigkeit

Eine Residenz im Wald für die Mutter des Architekten

Eine Residenz im Wald für die Mutter des Architekten

Sonderbauten

Waldhaus in Guanacaste/CR

Pavillon mit viel Luft und Licht

Repräsentatives Schattendach als Eingang zum Campus der Universität

Repräsentatives Schattendach als Eingang zum Campus der Universität

Sonderbauten

Eingangsdach der Heliopolis University in Kairo/EG

Doppelt gekrümmte Betonschale auf Stahlstützen

Das Küchenmonument in Liverpool

Das Küchenmonument in Liverpool

Sonderbauten

Das Küchenmonument in verschiedenen Städten

Temporäre luftgestützte Hülle

Das Messegelände aus der Luft

Das Messegelände aus der Luft

Sonderbauten

Neue Messe in Stuttgart

An Stahlbändern abgehängte Dachkonstruktion

Straßenansicht mit Einfahrt mit den dünnen Rundrohren als Schneefanggitter

Straßenansicht mit Einfahrt mit den dünnen Rundrohren als Schneefanggitter

Sonderbauten

Parkscheune am Gerberkeller in Burkardroth

Dach als Blickfang

Der "Salzberg" bei Tag...

Der "Salzberg" bei Tag...

Sonderbauten

Feuchtesalzlager in Bleicherode

PVC-Polyesterkuppel auf Holzleimbindern

Ansicht Rathaushof

Ansicht Rathaushof

Sonderbauten

Arkadenhof Rathaus in Wien

Fahrbare Membranüberdachung

Üppige botanische Pflanzenwelt im Garten 'Eden'

Üppige botanische Pflanzenwelt im Garten 'Eden'

Sonderbauten

Eden Project in Cornwall

Gewächshäuser unter geodätischen Kuppeln

Ansicht Kelterhaus, neue Überdachung im Hintergrund

Ansicht Kelterhaus, neue Überdachung im Hintergrund

Sonderbauten

Weingut Schnell in Guntersblum

Gefaltete Dachskulptur als Unterstand

Dachkult

Die Initiative Steildach diskutiert Grundsätze und bringt Architekten und Planer in den Dialog. Infos und Inspiration unter dachkult.de sowie im Magazin stadt/land/dach.

Partner-Anzeige