Das Bauwesen steht vor der großen Herausforderung, angesichts wachsender Bevölkerungszahlen weniger Ressourcen zu verbrauchen und auf nachhaltige Materialien umzustellen. Wissenschaftler*innen der Universitäten Stuttgart und Freiburg werden künftig disziplinenübergreifend neue Ansätze für ein Bauen der Zukunft entwickeln. In einem gemeinsamen Projekt haben die Forscher*innen einen Pavillon in Holzleichtbauweise an der Technischen Fakultät der Universität Freiburg errichtet, an dem sie modellhaft neue Materialien und Bauweisen erproben und erforschen. Für den Bau der „livMatS Biomimetic Shell @ FIT“ haben Wissenschaftler*innen neue computerbasierte Planungsmethoden, robotische Fertigungs- und Bauprozesse sowie neue Formen der Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt, die eine deutliche Ressourcenersparnis im Vergleich zum konventionellen Holzbau ermöglichen. Der Pavillon, der nach bionischen Prinzipien konzipiert wurde, ist in einer Kooperation der Exzellenzcluster Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) der Universität Stuttgart und Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) der Universität Freiburg entstanden.
Nachhaltige Holzwerkstoffe und optimierte Herstellung
Der Holzbau hat in den letzten zehn Jahren stark an Bedeutung als Ersatz für die CO2-intensiven Baustoffe Stahl und Beton gewonnen. Die „livMatS Biomimetic Shell @ FIT“ besteht aus Hohlkassetten aus Holz, wodurch sich der Materialverbrauch für die Gebäudehülle und ihr Gewicht minimieren lassen. Eine detaillierte Lebenszyklusanalyse zeigt, dass der Materialeinsatz bei dem Bau um mehr als 50 Prozent und das Erderwärmungspotenzial um nahezu 63 Prozent im Vergleich zu einem konventionellen Holzbau reduziert sind. „Das materialeffiziente Prinzip der Hohlkassette haben wir bereits beim ‚BUGA Holzpavillon 2019‘, den wir bei der Bundesgartenschau in Heilbronn 2019 präsentiert haben, in einem temporären, offenen Bauwerk angewendet“, sagt Prof. Achim Menges vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) und Sprecher des Exzellenzclusters IntCDC der Universität Stuttgart. „Wir haben dieses Prinzip für ein dauerhaftes, geschlossenes Gebäude mit ganzjähriger Nutzung weiterentwickelt. Die Holzbauweise haben wir dahingehend optimiert, dass wir nachhaltigere Holzwerkstoffe nutzen und die Bauteile so angepasst haben, dass bei der robotischen Herstellung so wenig Verschnitt wie möglich entsteht.“ Die gesamte Baustruktur ist so konzipiert, dass sie einfach zerlegt werden kann, wiederverwendbar ist und ihre Bestandteile sortenrein trennbar bleiben.
Bioinspiration: Das modular aufgebaute Skelett des Seeigels
Der modulare Aufbau und die Formgebung basieren auf den Bauprinzipien des Skeletts von Seeigeln. Es besteht aus einzeln angeordneten Platten und ist hierdurch besonders leicht und stabil. Bei natürlichen Konstruktionen ist der sorgfältige Umgang mit knappen Ressourcen ein entscheidender Vorteil in der Evolution. „Der Pavillon zeigt, wie eine lastangepasste und materialeffiziente Konstruktion auch unter den heutigen Bedingungen wirtschaftlich hergestellt werden kann. Der Schlüssel dazu ist die konsequente Digitalisierung von Planung und Fertigung“ sagt Prof. Dr. Jan Knippers vom Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) und stellvertretender Sprecher des Exzellenzclusters IntCDC der Universität Stuttgart.