Repetitive Gitterstrukturen

Formgenerierung und Konstruktionsweisen von gekrümmten, elementierten Flächenstrukturen unter Reduzierung der Modulparameter

Repetitive Grid Structures

Design and construction of double-curved architectural grids with repetitive geometric parameters.

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Eike Schling
Förderung: Dr.-Ing. Leonhard Lorenz-Stiftung

Der Entwurf von Freiformflächen spielt eine prominente Rolle in der modernen Architektur. Die Krümmung von Gebäudehüllen bietet nicht nur gestalterischen Spielraum, sie ermöglicht auch eine räumliche Lastabtragung basierend auf dem Prinzip der Schalentragwerke. Gleichzeitig stellen doppelt gekrümmte Flächen einen erhöhten Aufwand für Planung, Herstellung und Konstruktion dar. 

Die Art und Diskretisierung doppelt gekrümmter Strukturen hat eine entscheidende Auswirkung auf die Ausführungskomplexität der Knotenpunkte, Trag- und Hüllelemente sowie die Logistik. Die starke Vereinfachung und Wiederholung von Bauteilen steht aber im Wiederspruch zur möglichen Formenvielfalt und Glattheit der Gesamtstruktur.
Diese Forschungsarbeit untersucht die Formgenerierung von repetitiven schalenähnlichen Strukturen. Anstatt der individuellen Herstellung beliebiger Bauteile wird die höchst mögliche Reduzierung der Modulparameter angestrebt.
Es wird angenommen, dass durch die Verwendung elastisch geformter Bauteile in Verbindung mit einer formoptimierten Netztopologie eine erhebliche Verringerung der variablen Parameter, sowie eine Vereinfachung von Herstellung und Montage möglich sind. Welche Auswirkung hat dies auf das Erscheinungsbild und das Tragverhalten der Strukturen? Es werden unterschiedliche geometrische Herangehensweisen verfolgt, um repetitive antiklastische und synklastische Netze zu erzeugen. Diese werden digital modelliert und auf ihre konstruktiven Potentiale untersucht. Neue softwarebasierte Methoden erlauben zudem eine Simulation gebogener Bauteile in Echtzeit. Dadurch wird eine intuitive Gestaltung ermöglicht. In einer experimentellen Phase werden repetitive Strukturen entwickelt, um unterschiedliche Konstruktionsweisen und deren Gestaltungsspielraum zu erforschen. Ziel ist es, neue Möglichkeiten für eine Symbiose von Formgebung, Tragwirkung und Herstellung aufzuzeigen. Es wird ein Katalog an geometrischen Vorgehensweisen und neuartigen, experimentellen Konstruktionstechniken für den Entwurf von Schalenstrukturen erarbeitet. Dieser soll die Herstellung und Konstruktion vereinfachen und gleichzeitig neue Gestaltungsmöglichkeiten aufdecken.

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Promotionsvorhaben
Lehrstuhl für Tragwerksplanung
Bearbeiter: Eike Schling


Foto Felix Noe

INSIDE\OUT

Designing doubly curved structures with asymptotic curve networks

Planungsteam:

Dipl.-Ing. Architekt Eike Schling
Denis Hitrec 
M.Sc. Jonas Schikore
Prof. Dr.-Ing. Rainer Barthel

Lehrstuhl für Tragwerksplanung
Fakultät für Architektur
Technische Universität München

In Kooperation mit:

Brandl, Eitensheim

Aufbau:

Technisches Zentrum:
Matthias Müller, Schlossermeister

Andrea Schmidt
Viktor Späth
Miquel Lloret Garcia
Maximilian Gemsjäger

Rongguang Na
Jakob Wallner
Joram Tutsch
Hannes Pelz
... und viele mehr

Mit Unterstützung von:

Technische Universität Wien, Applied Geometry, Helmut Pottmann
Lehrstuhl für Statik, TUM
Pfeifer Seil- und Hebetechnik, Memmingen
Evolute, Wien

Förderung:

Dr.-Ing. Leonhard-Lorenz-Stiftung
Werner Konrad Marschall und Dr.-Ing Horst Karl Marschall Stiftung
Research Lab
Dekanat der Fakultät für Architektur

During the summer semester 2016 we have investigated the use of these specific curve networks to design gridshells. We have found the most potential in the use of asymptotic curve networks in combination with minimal surfaces. This construction method allows for both straight strips and orthogonal nodes. In the coming year, it is our aim to focus our investigations on the aspects of shape, structure and statics of these networks. After a morphological analysis of minimal surface, we will investigate alternative computational techniques of generating asymptotic line networks. A separate study will look at possible cladding options, with transparent elastic sheet material. To analyse the load bearing behavior of such curve networks, a digital model will be constructed and simulated in FEM. Finally we will verify the use of metal sheets for the construction in real scale, by conducting prototypical tests. Our goal is to publish this research in journals and proceedings and construct a 1:1 research pavilion by October 2017 to be exhibited at the Structural Membranes Conference 2017.

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