Kaiserslauterer Architekten setzen Holzkuppel dank Software einfach wie Puzzle zusammen

Holz als nachhaltiges Baumaterial erfreut sich immer größerer Beliebtheit. An der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) hat das Team um Juniorprofessor Dr. Christopher Robeller eine Software entwickelt, die berechnet, wie sich etwa komplexe Gebäudeteile aus Holz ähnlich wie bei einem Puzzle am besten aus Einzelteilen zusammensetzen lassen. Eine Fräsmaschine fertigt dabei die Teile nach diesen Vorgaben an. Sie müssen danach nur zusammengebaut werden. Das Besondere: Es kommt nur Holz zum Einsatz, auch Verbindungselemente sind aus dem Naturstoff. So haben die Forscher kürzlich eine Kuppel gebaut. Die Technik könnten Bauunternehmen per App nutzen, um schnell und nachhaltig zu bauen.

Die Holzkuppel besteht nur aus dem Naturstoff. Die kleinen Verbinder besitzen immer dieselbe Form. (Foto: Robeller)

Schon seit Jahrtausenden nutzen Menschen Holz zum Bauen. Geriet der Werkstoff in den letzten Jahren eher ins Hintertreffen, steigt seit kurzer Zeit wieder die Nachfrage. »Hier spielen auch neue Behandlungsverfahren eine Rolle, die Holz als Baumaterial besser nutzbar machen«, sagt Juniorprofessor Christopher Robeller, der an der TUK im Fachbereich Architektur die Arbeitsgruppe »Digitaler Holzbau DTC« leitet.

Gemeinsam mit seinem Team hat Robeller eine Software entwickelt, mit der sich auch komplexere Bauten und Bauteile aus Holz herstellen lassen. Die Architekten setzen dabei nur auf das Naturmaterial, andere Baustoffe sind nicht mehr notwendig. »Unser Computerprogramm berechnet zunächst, aus wie vielen Einzelteilen unsere Konstruktion idealerweise bestehen soll«, sagt der Professor. »Auch ermittelt es, welche Formen diese am besten haben sollen und in welcher Art und Weise sie zusammengesetzt werden müssen.« Hierbei spielen verschiedene Faktoren wie Statik, Geometrie und Fügung eine Rolle, die letztlich die Stabilität des Endprodukts gewährleisten. »Im Anschluss setzt eine Fräsmaschine die Vorgaben der Software um und schneidet die entsprechenden Holzteile zurecht«, fährt er fort. Ähnlich wie bei einem Puzzle lassen sich die Einzelteile danach einfach zusammensetzen.

Robeller und sein Team haben mit dem Verfahren kürzlich eine Kuppel mit einem Durchmesser von vier Metern gebaut. »Für die größeren Teile haben wir Brettsperrholzplatten aus Nadelholz verwendet. Dieser Standardbaustoff ist relativ günstig und hat ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit und Eigengewicht«, so Robeller. »Die kleineren Verbindungselemente bestehen hingegen aus Hartholz.« Die Verbindungsteile besitzen immer dieselbe Form. Um die größeren Holzteile damit stabil zu verbinden, berücksichtigt die Software auch, wie und in welche Richtung die Verbinder optimal an welcher Stelle eingebaut werden müssen. Insgesamt hat das Team die 58 Bauteile in nur wenigen Stunden zusammengesetzt.

Mit bisherigen Methoden war es bislang nicht möglich, ein solches Gewölbe nur aus Holz zu bauen. Zwar gibt es auch andere Kuppeln aus dem Naturmaterial. Die Einzelteile mussten aber etwa noch mit Nägeln oder Schrauben verbunden werden. »Bei unserem Verfahren benötigen wir keine komplexe und teure Unterkonstruktion«, erläutert der Architekt. »Als Werkzeug wird lediglich ein Hammer benötigt, um die Verbinder einzusetzen. Außerdem ein paar Tropfen Klebstoff, der als Sicherung dient.« Robeller und sein Team gehen davon aus, dass sich mit dieser Technik Kuppeldächer mit einem Durchmesser von 30 Metern realisieren lassen.

Die Baubranche könnte das Verfahren mit Hilfe einer App nutzen. So könnte sie künftig digital vorgefertigte Bauteile für Gebäude verwenden und diese schnell und präzise zusammensetzen. Darüber hinaus wird Holz als nachhaltiges Baumaterial eine immer wichtigere Rolle spielen.

Den Versuchsbau haben die Kaiserslauterer Architekten gemeinsam mit folgenden Partnern aus der Industrie realisiert: x-Fix, dem Hersteller der Holz-Verbindungselemente, HOKU OG CNC Fertigung, dem österreichischen Holzplattenhersteller Hasslacher Norica Timber und der Firma Gemson, ebenfalls aus Österreich, die für den Kuppelprototypen die Vollholzstützen bereitgestellt hat.

An der TUK stellt der Holzbau schon lange einen Forschungsschwerpunkt dar. Im »T-Lab – Holzarchitektur und Holzwerkstoffe«, einem Kompetenzzentrum für Holz, forschen vier Arbeitsgruppen aus dem Fachbereich Architektur daran, wie Holz im Bauwesen künftig stärker Verwendung finden kann. Auch neue digitale Techniken spielen hierbei eine wichtige Rolle. Die Forschung ist dabei an der Schnittstelle von Architektur, Informatik, Bauingenieurwesen und Fertigungstechnik angesiedelt.

Die Holzkuppel hat das Team der TU Kaiserslautern kürzlich auf der Holzmesse in Klagenfurt präsentiert. Weitere Bilder und ein Video, das den Bau der Kuppel zeigt, gibt es unter www.architektur.uni-kl.de/dtc/timberdome.


Wissenschaftlicher Ansprechpartner

Jun. Prof. Dr. Christopher Robeller
Digital Timber Construction DTC
Telefon: 0631 205-3994
E-Mail: christopher.robeller(at)architektur.uni-kl.de

Technische Universität Kaiserlautern
DCI Digital Timber Construction
Pfaffenbergstrasse 95
Gebäude 1 / Raum 114
67663 Kaiserslautern
Telefon:  0631 205-3994
Internet: www.architektur.uni-kl.de/dtc

24.09.2018

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