Aufgabe des Studienprojekts war es eine Konstruktion aus dem im Winteresemester 24/25 gesammelten Bambus aus dem Botanischen Garten zu entwerfen.

Dabei lagen zwei Forschungsgebiete im Vordergrund: die physikalische Simulierung der Konstruktion und die designorientierte Rastergenerierung

Formaktive Tragsysteme sind „Ergebnisse der Tragmechanik“, ihre Form resultiert maßgeblich aus dem zugrunde liegendem Lastfall. Die Grenzen dieser These sollen mit Hilfe unterschiedlicher Rastertypologien getestet werden – Ist es möglich ein Raster zu generieren, das eine bestimmte Verformung ermöglicht oder fördert?

Die Entwurfsmethodik (Computational Workflow) besteht aus fünf Teilbereichen, die sich gegenseitig bedingen. Mit Hilfe der erhaltenen Geometriedaten der Zielgeometrie wird ein entsprechendes Raster generiert, das im nächsten Schritt unter einem bestimmten Lastfall simuliert wird. Je nach Abweichung zur Zielgeometrie wird dieses Raster optional weiter verdichtet. Eine statische Abschätzung zeigt die Auslastung in Bezug auf die Normalkräfte und Biegemomente um x, y und z.

Das Projektziel besteht aus zwei Forschungsgebieten: die physikalische Simulierung und statische Bewertung der Konstruktion und die designorientierte Rastergenerierung und Manipulation. Wie stark lassen sich Design und Formgebung durch die Rastermanipulation kontrollieren?

Der 3D Scan ermöglicht eine präzise Dokumentation des natürlichen Standortes und erleichtert die Planung der Auflagerpunkte. Dafür werden Bambushalme, tote und lebendige Baumstämme verwendet.

Zwei geschwungene Module sollen das Interesse der Besucher wecken und zusammen den Prototyp bilden. Die geschwungene Formsprache, die Überlappung und die Leichtigkeit stärken den Charakter der Konstruktion.

Die Höhenprofile der Modelle zeigen welche Stellen eine stärkere Verformung benötigen. Auf diesen Flächen werde Punkte projiziert, deren Höhenwerte später kumuliert die Parameter zur Rastergenerierung bilden.

Ziel der Rastergenerierung ist die Steuerung der lokalen Steifigkeit über die Dichte des Rasters.

Mit Hilfe eines weiteren Prototyps wurden 3 unterschiedliche Lastfälle und die entsprechende Verformung gescannt und dokumentiert. Diese Grundlage dient zur Simualtionskalibrierung und -validierung.

Überlagerung der Punktwolke der gescannten, verformten Gitterstruktur und der simulierten Trägerachsen (rot).

Nachdem die beiden Rastervarianten generiert wurden, liegt der Simulationsaufbau im Vordergrund. Erforderlich ist dafür die Ausrichtung der Module, die Parametrisierung des Lastfalls und die Bestimmung der Materialeigenschaften des Bambus, die bereits annähernd ermittelt wurden.

Als Nächstes wird das verformte Raster abhängig von der Abweichung zur Zielgeometrie weiter nachverdichtet, um lokale Steifigkeitsunterschiede weiter zu maximieren.

Die Gegenüberstellung der Oberflächenkrümmungen zeigt, dass das parametrische, nachverdichtete Raster im Gegensatz zu einem konventionellen, quadratischen Raster eine Verbesserung von 13.11% bietet

1. In diesem Fall begünstigt das parametrische, nachverdichtete Raster die zu erreichende Verformung (+ 13.11%). Auch wenn die Struktur einer natürlichen Verformung unterliegt, kann die Veränderung der lokalen Steifigkeit, zu einer günstigeren Verformung führen.

2. In der nicht-linearen, biaxialen, physikalischen Simulation wurde Bambus abstrahiert als isotropes Material betrachtet, dennoch ist besonders bei der Simulationskalibrierung ein annährendes Ergebnis ermöglicht worden. Die genaue Auslastung des Materials zu bestimmen ist aufgrund der starken Anisotropie, sowie des stark natürlichen Wachstums, der handwerklichen Bearbeitung und Heterogenität des Baustoffes nur bedingt möglich.

Simulierte Gitterstruktur mit entsprechender Trägerauslastung im Kontext des gescannten Standortes.

Gescannte, gebaute Gitterstruktur im Botanischen Garten

Danksagung

Betreuung

Prof. Dr. -Ing. Oliver Tessmann

Sandro Siefert M.Sc.

Botanischer Garten

Prof. Dr. Simon Poppinga (Wiss. Leiter Bot. Garten)

Dirk Hoyer (Gartenbautechniker)

Workshop

Dilek Tagit

Danijela Mitrovic

Giana Varma

Sinem Özdemir

Alessandro Garruto