Forschungsprojekte zu nachhaltigen Bautechnologien: Holzdecken, organische Baustoffe und recycelte Materialien

Im Themenfeld „Architektur, Ingenieurwesen und Bauwesen - Digitalisierung für einen neuartigen Dreiklang aus Entwurf, Fertigung und Material“ der EIC Pathfinder Challenge 2023 fördert die Europäische Union internationale und interdisziplinäre Konsortien, darunter das Projekt UniversalTimberSlab der Universität Stuttgart und zwei weitere, an denen sie als Partner beteiligt ist. Alle drei Forschungsvorhaben sind an den Exzellenzcluster Integratives Computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC) angebunden

„Das ist ein großer Erfolg für unsere Forscherinnen und Forscher aus der Architektur und den Bauingenieurwissenschaften. Vor allem freue ich mich für die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in frühen Karrierephasen, die an der Universität Stuttgart eine nachhaltige Gestaltung des Bauwesens so engagiert und erfolgreich mit vorantreiben“, sagt Prof. Manfred Bischoff, Prorektor für Forschung und den wissenschaftlichen Nachwuchs der Universität Stuttgart.

Im Rahmen von UniversalTimberSlab entwickelt ein multidisziplinäres Team aus Nachwuchsforschenden der Universität Stuttgart neuartige computergestützte Methoden und robotische Prozesse, um ein ressourcenschonendes System für Holzgeschoßdecken zu planen und herzustellen. Die maßgeschneiderten und leistungsfähigen Holzdecken sind punktgestützt, und ermöglichen Planern maximale Freiheit im Gebäudeentwurf, so wie es bislang nur mit Geschossdecken aus Stahlbeton möglich war. Besonders interessant ist das neue Verfahren für Gebäude in Innenstädten, da die Decken auch 30% dünner als alternative Holzbausysteme ausgeführt werden können.

Unter Koordination des Instituts für ComputerbasiertesEntwerfen und Baufertigung (ICD) der Universität Stuttgart beteiligen sich die Institute für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (itke), für Akustik und Bauphysik (IABP), für Werkstoffe im Bauwesen (IWB) sowie die Materialprüfungsanstalt (MPA) an dem Projekt.

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UniversalTimberSlab

Das Verbundprojekt ArchioBioFoam zielt darauf ab, die CO2-Emissionen im Bausektor zu verringern, indem Beton, Stahl und Glas durch multifunktionale Architektursysteme aus Monomaterialien und robotergestützter additiver Fertigung ersetzt werden. Zu diesem Zweck entwickelt das interdisziplinäre Team nachhaltige und vielseitige Bioschäume, die mechanisch stabil sind und so „programmiert“ werden können, dass sie ihre Form an Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen anpassen. Damit eignet sich das Material nicht nur für die Dämmung, sondern auch für die tragende Struktur und die passive Belüftung von Gebäuden.

Das Institut für computergestütztes Entwerfen und Konstruieren (ICD) der Universität Stuttgart bringt seine Expertise im Bereich des adaptiven Architekturdesigns und der robotergestützten additiven Fertigung in das Projekt ein. Das ICD-Team ist für die Steuerung der Extrusion von Strukturen auf der Basis von Bioschaum mit einem großformatigen 4D-Drucker verantwortlich.

ArchioBioFoam wird von der Aalto-Universität in Finnland koordiniert. Weitere Partner sind die Universität von Mailand und das finnische Start-up-Unternehmen Woamy.

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ArchioBioFoam

Die internationalen Expert/innen, die im Konsortium RAW - Computation for a New Age of Resource Aware Architecture zusammenarbeiten, werden eine paradigmenverändernde neue digitale Infrastruktur aufbauen, die zerstörungsfreie Materialerfassungstechnologien mit adaptivem Design und Fertigung kombiniert. Dies wird der Bauindustrie erstmals ermöglichen, natürliche Materialien in der Variabilität zu bewerten und zu verwenden, in der sie gewachsen sind oder wiedergewonnen wurden. Hierdurch können Prozesse der Materialstandardisierung minimiert werden, die derzeit viel Energie verbrauchen und viel Abfall erzeugen.

Mit dem Schwerpunkt auf wiederverwertetem Holz, Biopolymeren aus landwirtschaftlichen Abfällen und Verbundwerkstoffen aus schnell wachsenden Hanffasern wird das Projekt dazu beitragen, CO2-Emissionen zu reduzieren, die Kreislaufwirtschaft zu unterstützen und neue ästhetische Möglichkeiten für die Architektur zu schaffen.

Die Universität Stuttgart bringt ihr Fachwissen auf dem Gebiet der Datenmodellierung und der Naturfasermaterialien über ihre Abteilung für Computing in der Architektur am Institut für computergestütztes Entwerfen und Konstruieren (ICD/CA) und das Institut für Baukonstruktionen und Tragwerksplanung (itke) in das Projekt ein. Unter der Leitung der Königlich Dänischen Akademie beteiligen sich fünf weitere europäische Universitäten an RAW.

Der EIC Pathfinder ist eine der Hauptförderlinien aus Säule 3 (Innovative Europe) des im Jahr 2021 gestarteten Programms Horizon Europe. Im Rahmen dieser Förderlinie wird nicht die klassische Grundlagenforschung gefördert, sondernvisionäre Projekte in einem frühen Entwicklungsstadium zu neuen Technologien, die das Potenzial haben, neue Märkte zu schaffen.

Fachlicher Kontakt:

Projektübergreifend: Prof. Achim Menges, Universität Stuttgart, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Tel.: +49 711 685-82886, E-Mail

UniversalTimberSlab: Hans Jakob Wagner, Universität Stuttgart, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Tel.: +49 711 685-81928, E-Mail

ArchioBioFoam: Dr.-Ing.Tiffany Cheng, Universität Stuttgart, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Tel.: +49 711 685-81916,E-Mail

RAW: Dr.-Ing. Axel Körner, Universität Stuttgart, Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen, Tel.: +49 711 685-83294, E-Mail

Quelle: Universität Stuttgart, Fotos: Universität Stuttgart,(,1 Collage aus 2, 3, 4); Universität Stuttgart, ICD, Hans Jakob Wagner (2); Universität Stuttgart, ICD (3); CITA, itke, IntCDC, Universität Stuttgart (4)