{"id":3176,"date":"2018-10-20T11:36:15","date_gmt":"2018-10-20T09:36:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.intelligentbauen.ch\/?p=3176"},"modified":"2018-10-20T11:36:15","modified_gmt":"2018-10-20T09:36:15","slug":"wo-struktur-und-ornamentik-verschmelzen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/intelligent-bauen\/2018-10-20\/wo-struktur-und-ornamentik-verschmelzen\/","title":{"rendered":"Wo Struktur und Ornamentik verschmelzen"},"content":{"rendered":"
\"Digital\"
Die Betonelemente werden St\u00fcck f\u00fcr St\u00fcck auf der 12 Zentimeter breiten Mesh-Mould-Wand platziert. (Bild: ETH Z\u00fcrich\/Tom Mundy)<\/figcaption><\/figure>\n

An den d\u00fcnnsten Stellen gerade einmal 20 Millimeter dick, dekorativ gerippt und nicht halb so schwer wie eine konventionelle Betondecke: Bei \u00abSmart Slab\u00bb, zu Deutsch \u00abintelligente Decke\u00bb, ist der Name Programm. Die Decke kombiniert die bautechnischen St\u00e4rken von Beton mit den flexiblen Gestaltungsm\u00f6glichkeiten des 3D-Drucks. Entwickelt wurde Smart Slab von der Gruppe von Benjamin Dillenburger, Assistenzprofessor f\u00fcr Digitale Bautechnologien an der ETH Z\u00fcrich. Smart Slab ist eines der Kernelemente der Wohneinheit DFAB House (siehe Box) und wurde vor Kurzem im Forschungs- und Innovationsgeb\u00e4ude NEST der Empa und Eawag in D\u00fcbendorf montiert. Die 80 m2 grosse und 15 Tonnen schwere Decke setzt sich aus insgesamt elf Betonsegmenten zusammen und verbindet das Untergeschoss mit dem dar\u00fcberliegenden zweist\u00f6ckigen Holzbau.<\/p>\n

Nur so viel Beton wie n\u00f6tig <\/strong>
\n3D-Betondruck erlebt in der Architektur zurzeit grossen Aufschwung. Ganze H\u00e4user werden bereits Schicht f\u00fcr Schicht gedruckt. Beim Projekt Smart Slab hingegen fertigten die Forschenden nicht die Bauelemente selbst mit 3D-Druck, sondern deren Schalung \u2013 also die Negativform. Sie arbeiteten daf\u00fcr mit einem grossformatigen 3D-Sanddrucker; die Schalungselemente sind somit eine Art k\u00fcnstlicher Sandstein. Die Vorteile gegen\u00fcber dem Betondruckprozess liegen darin, dass leistungsf\u00e4higer, faserverst\u00e4rkter Beton verwendet werden kann und sich die Struktur in millimetergenauer Feinheit herausl\u00f6sen l\u00e4sst. Die Produktion der Schalung ist der arbeitsintensivste Schritt im Betonbau, insbesondere bei nicht-standardisierten Bauteilen. Da Beton g\u00fcnstig und reichlich verf\u00fcgbar ist, ist die Versuchung der Bauindustrie gross, die immer gleichen Massivdecken zu produzieren \u2013 die Kehrseite ist aber ein hoher Materialverbrauch und somit eine schlechte CO2-Bilanz. Digitale Fertigungsmethoden k\u00f6nnen hier einen zentralen Beitrag leisten: Sie optimieren die Bauteile so, dass die n\u00f6tige Stabilit\u00e4t mit massiv weniger Material erreicht wird. Wie komplex die Geometrie eines Bauteils ist, macht im 3D-Druck keinen Unterschied und verursacht keine Mehrkosten \u2013 der Drucker druckt einfach, was man ihm befiehlt.<\/p>\n

\"Digital\"
Der 3D-Sanddrucker bei der Fabrikation der Schalung. Er hat ein Bauvolumen von acht Kubikmetern und eine mikrometergenaue Aufl\u00f6sung. (Bild: ETH Z\u00fcrich\/Tom Mundy)<\/figcaption><\/figure>\n

Neuentwickelte Software koordiniert Parameter <\/strong>
\nF\u00fcr die Fabrikation der Schalungselemente entwickelte Dillenburgers Forschungsgruppe eigens eine neue Planungssoftware. Diese vermag alle f\u00fcr die Produktion relevanten Parameter aufzunehmen und zu koordinieren. Nebst Basisdaten wie den Raumdimensionen gaben die Forschenden auch einen millimetergenauen Scan der geschwungenen Wand ein, die als Haupttr\u00e4gerin der Betondecke fungiert. Mithilfe der Software wurde die Geometrie der Decke so adaptiert, dass an jeden Punkt gem\u00e4ss Kr\u00e4fteverlauf nur exakt so viel Beton kommt, wie strukturell n\u00f6tig ist. \u00abWir haben die Decke nicht gezeichnet, sondern programmiert \u00bb, sagt Mania Aghaei Meibodi, Senior Researcherin und Projektleiterin Smart Slab in Dillenburgers Gruppe. \u00abMit analoger Planung w\u00e4re es niemals m\u00f6glich, all diese Aspekte aufeinander abzustimmen, erst recht nicht in dieser Pr\u00e4zision.\u00bb Blickt man von unten an die Decke, sieht man eine organische Ornamentstruktur mit verschiedenen Hierarchien. W\u00e4hrend die Hauptrippen die Lasten tragen, dienen die kleineren, filigranen Rippen vor allem dem architektonischen Ausdruck und der Raumakustik. Statik und Ornamentik gehen bei Smart Slab Hand in Hand. In die Deckenstruktur integriert sind zudem Anlagen f\u00fcr Beleuchtung und Sprinkler. Deren Gr\u00f6sse und Platzierung wurde ebenfalls mit der Planungssoftware erfasst und beim Druck an den definierten Stellen ausgespart. Auf diese Weise verschwindet die Geb\u00e4udetechnik elegant und platzsparend in der Decke. Beim DFAB-House macht das zwar nur ein paar Zentimeter aus, aber bei Hochh\u00e4usern k\u00f6nnten auf diese Weise dereinst ein paar zus\u00e4tzliche Stockwerke in die gleiche H\u00f6he passen.<\/p>\n

Auf Knopfdruck in die Produktion <\/strong>
\nIst die Planung am Computer abgeschlossen, lassen sich die Fabrikationsdaten quasi per Knopfdruck an die Maschinen exportieren. An dieser Stelle kamen bei Smart Slab gleich mehrere Industriepartner ins Spiel: Einer produzierte die hochaufgel\u00f6sten 3D-Sanddruckschalungen, welche aus druck- und transporttechnischen Gr\u00fcnden in palettengrosse Abschnitte unterteilt wurden, ein anderer parallel dazu die Holzschalung mittels CNC-Lasercutter. Letztere gibt der oberen Seite der Smart-Slab-Decke die Form und spart Hohlr\u00e4ume aus, um Material und Gewicht zu sparen und gleichzeitig Platz f\u00fcr elektrische Leitungen zu schaffen. Anschliessend kamen die beiden Schalungstypen f\u00fcr die Betonierung bei einer dritten Firma zusammen. Diese spritzte erst den faserverst\u00e4rkten Beton in die Sanddruckschalungen, um die fein gerippte Oberfl\u00e4che der unteren Betonschale herzustellen, und goss danach den restlichen Beton in die Holzschalung.<\/p>\n

Stark dank Vorspannung<\/strong>
\nNach zweiw\u00f6chiger Aush\u00e4rtung waren die elf individuellen Betonsegmente bereit f\u00fcr den Transport zum NEST. Dank der pr\u00e4zisen Planung und Vorfertigung reduzierte sich die Zeit auf der Baustelle auf ein Minimum. Ein Kran hievte die Betonelemente auf die tragende Wand, wo die Vorspannung an Ort und Stelle erfolgte: Handwerker zogen l\u00e4ngs und quer durch die Betontr\u00e4ger Stahlkabel in die bereits in die Schalung eingelegten R\u00f6hren. Durch die Anspannung der Kabel l\u00e4sst sich die Traglast des Systems massiv steigern. \u00abZu sehen, wie nahtlos sich unsere Elemente auf der Baustelle aneinander und an die bereits bestehenden Bestandteile des DFAB House f\u00fcgten, war \u00fcberw\u00e4ltigend\u00bb, sagt Dillenburger. \u00abDies verdanken wir auch der grossartigen interdisziplin\u00e4ren Zusammenarbeit mit unseren Partnern. Die minuzi\u00f6se Arbeit, die wir in die Planung investierten, hat sich voll ausbezahlt.\u00bb<\/p>\n

\"Digital\"
Das Strukturprinzip von Smart Slab ist ein hierarchisches Raster von Rippen. Die Decke wird von der Mesh-Mould-Wand getragen und kragt seitlich aus. (Bild: ETH Z\u00fcrich\/Andrei Jipa)<\/figcaption><\/figure>\n

Digital entworfen, geplant und gebaut <\/strong>
\nAcht Professuren der ETH Z\u00fcrich, die im Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Digitale Fabrikation vereint sind, bauen gemeinsam mit Industriepartnern das DFAB House. Die dreigeschossige Wohneinheit steht auf der Forschungs- und Innovationsplattform NEST der Empa und Eawag in D\u00fcbendorf. Mit der Fabrikation der Mesh-Mould-Wand erfolgte im Mai 2017 der Startschuss f\u00fcr dieses weltweit erste Geb\u00e4ude, das gleich mehrere neuartige, digitale Bauprozesse unter einem Dach vereinigt. Die Fertigstellung ist f\u00fcr Anfang 2019 geplant. Danach soll das DFAB House Gastforschenden als tempor\u00e4re Unterkunft dienen.<\/p>\n

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