INSIDE\OUT Forschungspavillon am Stammgelände der TUM

Im Sommersemester 2019 finden Führungen durch den Pavillon statt!

Termine:

Mittwoch 8.5.2019
Mittwoch 5.6.2019
Mittwoch 3.7.2019
Mittwoch 7.8.2019

Beginn jeweils um 17:00 Uhr.

Der INSIDE\OUT Pavillon am Stammgelände der TUM wurde im Oktober 2017 fertiggestellt. (Foto: Martin Ley)

Das Forschungsprojekt untersucht die Möglichkeit eine zweifach gekrümmte Gitterschale aus geraden Blechstreifen und gleichförmigen, rechtwinkligen Knoten zu bauen. Es wurde eine Entwurfsmethode entwickelt, welche sich die geometrischen Eigenschaften sogenannter „Asymptotischer Linien“ auf Minimalflächen zu Nutze macht.

Das Forschungsprojekt bestand aus drei Phasen:

  1. Theoretische Untersuchung der Geometrie, Modellierung und statische Berechnung
  2. Konstruktionsentwicklung anhand von Modellen und Prototypen
  3. Entwurf, Planung und Realisierung eines großmaßstäblichen Experimentalbaus
Erstes Entwurfsmodell eines asymptotischen Netzwerkes auf Basis einer Minimalfläche. (Foto: Denis Hitrec)

In der ersten Phase wurden die asymptotischen Linien und ihre geometrischen Eigenschaften als streifenförmige Elemente untersucht und wichtige Voraussetzungen für die Planung und Herstellung festgelegt. Der Entwurfs- und Modellierungsprozess einer entsprechenden Minimalfläche, die Generierung von asymptotischen Linien auf dieser Fläche, aber auch die Knüpfung eines homogenen asymptotischen Gitters, sowie das Auslesen der geometrischen Informationen für die Herstellung wurden erarbeitet und in einem kontinuierlichen parametrischen Workflow umgesetzt. Parallel wurde eine Methode für die statische Berechnung mithilfe eines FE-Modells entwickelt, welches die Spannungszustände der gebogenen Blechstreifen berücksichtigt.

Testfläche mit homogenem asymptotischen Netz, Überlagerung mit einem Hauptkrümmungsnetz und Streifengeometrie.

In der zweiten Phase wurde die neue Entwurfsmethode in einer Reihe von physischen Modellen getestet. Anhand der Modelle ließen sich grundsätzliche Verhaltensweisen der Struktur und der einzelnen Bauteile prüfen. Im Anschluss wurden zwei Prototypen gebaut, einer in Holz, einer in Stahl, um Herstellung, Bauablauf und Tragfähigkeit zu vergleichen. Dabei wurden praktische Detaillösungen für beide Materialien entwickelt. Auf Basis dieser Prototypen wurde eine präzises Fertigungs- und Konstruktionsverfahren für den großmaßstäblichen Experimentalbau festgelegt.

Zuerst wurde ein Prototyp aus 3mm dicken Holzlamellen gebaut. Die beiden Scharen verlaufen in zwei Ebenen und sind durch Quadratbolzen miteinander gekoppelt. (Foto: Eike Schling)
Foto: Eike Schling
Der zweite Prototyp wurde aus 1,5mm dicken Blechstreifen gesteckt. Hierbei wurde das erste Mal „Bottom-Up“ Aufbauprozess angewandt, in dem das Gesamte Modell in seine dreidimensional Form gebogen wird. (Foto: Eike Schling)

In der dritten und letzten Phase wurden die Erkenntnisse aus Theorie und Praxis in einem architektonischen Projekt angewandt. Von dem Entwurf einer maßgeschneiderten, an die Umgebung angepassten Fläche, bis hin zur Baulogistik und Brandschutz mussten alle Planungsphasen durchschritten werden.

Die Entwurfsfläche entstand durch die Transformation eines Katenoiden (links). Sie passt sich so dem Bauplatz an.
Ansicht von Westen
Aufsicht
Axonometrie der Tragstruktur

Der INSIDE\OUT Pavilion ist eine frei entworfene Minimalfläche, die sich an die Umrisse des begrünten Innenhofes am Stammgelände anpasst. Das ca. 90 m² große Gitter schmiegt sich dabei um einen Baum, der im Zentrum des Hofes steht. Nachdem das Netzwerk digital erzeugt wurde, misst ein automatisiertes Programm die Abstände zwischen jedem Knotenpunkt und zeichnet die Kreuzungsschlitze entlang den geraden Blechstreifen an. Die 1,5mm starken Edelstahlstreifen wurden dann im Werk gelasert und an die TUM geliefert.
Der Aufbau selbst beruht auf einfachen Arbeitsschritten: Die geraden Blechstreifen werden mit der Hand ineinandergesteckt und zu ebenen Segmenten verschraubt. Erst im zweiten Schritt werden sie in ihre dreidimensionale Form gebogen. Alle Knoten werden im rechten Winkel fixiert und die Segmente durch zusätzliche Randbleche verstärkt. Der Pavillon besteht aus 9 solcher Segmente, die auf der Baustelle, wie ein großes 3D Puzzle zusammengesetzt wurden. Diagonale laufende Stahlseile sorgen für die ausreichende Steifigkeit der Gitterschale.

Die geraden Blechstreifen werden mit der Hand ineinandergesteckt und anschließend in die dreidimensionale Form gebogen.
Der INSIDE\OUT Pavillon besteht aus 9 vorgekrümmten Segmenten, die auf dem Bauplatz miteinander verschraubt wurden.
(Foto: Eike Schling)

Der Experimentalbau mit ca. 12 x 9m Spannweite zeigt, dass auch frei geschwungene Flächen und extravagante Formen einfach und günstig hergestellt werden können. Die räumliche Krümmung ermöglicht ein effizientes Tragverhalten als Gitterschale. Dem Einsatzgebiet der neuen Konstruktion sind keine Grenzen gesetzt.

Untersicht des INSIDE\OUT Pavillon. Das Gitter aus gebogenen Stahllamellen überlagert sich mit dem der Diagonalen Stahlseile.
(Foto: Felix Noe)
Der Pavillon umschließt einen Baum, und verbindet die Zugänge der Immatrikulations halle und des Treppenhauses mit dem Haupthof. (Foto: Felix Noe)

Der Pavillon wurde Anfang Oktober 2017 fertiggestellt. Weitere Investitionen stehen noch aus. In den kommenden Monaten soll eine permanente Beleuchtung installiert werde, sowie eine Informationstafel mit Erklärungen und den Beteiligten Planern und Förderungen angebracht werden. Im Frühjahr soll zusätzlich eine Membran auf dem Stahlgitter installiert werden.

Der Pavillon wird im Jubiläumsjahr der TUM, 2018, als Veranstaltungsort dienen. Im Frühjahr soll hierfür eine Membrandeckung angebracht werden. (Foto: Felix Noe)

Veröffentlichungen:

Schling, E.; Barthel, R. (2017): Experimentelle Studien zur Konstruktion zweifach gekrümmter Gitterstrukturen. Fachwissen. In: Detail structure 10/17 (01), S. 52–56.

Schling, E.; Hitrec, D.; Barthel, R. (2017): Designing Grid Structures Using Asymptotic Curve Networks. In: Klaas de Rycke, et al. (Hg.): Humanizing Digital Reality. Design Modelling Symposium Paris 2017. Springer Singapore, S. 125–140.

Schling, E.; Hitrec, D.; Schikore, J.; Barthel, R. (2017): Design and construction of the asymptotic pavilion. In: Bletzinger, K.-U. et Al (Hg.): VIII International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures. S. 178–189.

Schling, E. (2017): Aufwendiges einfacher planen. Ratgeber Produktivität. In: M&T Metallhandwerk (10.2017), S. 32–34.

Schling, E.; Barthel, R. (2017): Network - Eike Schling und Rainer Barthel über räumliche Netzwerke. In: TUM Fakultät für Architektur (Hg.): Jahrbuch 2016/17 S. 82–89.

 

Planung:

Lehrstuhl für Tragwerksplanung
Prof. Dr.-Ing. Rainer Barthel

Dipl.-Ing. Architekt Eike Schling

Cand. Ing. Denis Hitrec

Studentisches Team für Vorbereitung und Aufbau:

Beatrix Huff, Andrea Schmidt, Viktor Späth, Miquel Lloret Garcia, Maximilian Gemsjäger

 

in Kooperation mit:

Erhard Brandl GmbH & Co. KG, Metallbau, Eitensheim

Technisches Zentrum, TUM, Matthias Müller, Schlossermeister

 

mit Unterstützung von:

TeDa (Isogeometrische B-Rep Analyse), Lehrstuhl für Statik, TUM

Prof. Helmut Pottmann, Institute of Applied Geometry, TU Wien

Evolute, The geometry experts, Wien

Pfeifer, Seil- und Hebetechnik, Memmingen

 

gefördert von:

Dekanat der Fakultät für Architektur

Dr. Marschall Stiftung

Leonhard Lorenz Stiftung

ARI / Architectural Research Incubator

Foto: Felix Noe
Foto: Martin Ley
Foto: Denis Hitrec
Foto: Martin Ley
Foto: Martin Ley
Foto: Felix Noe
Foto: Felix Noe