Bridging the Gap

Informatik in der Architektur Ergebnisse des Entwurfsprojekts

Bridging the Gap: Optimizing Structures Februar 2011 Betreuung: Vertr.-Prof. Dr. Reinhard König und Dipl.-Ing. Florian Geddert

Bauhaus-Universität Weimar, Professur Informatik in der Architektur, Belvederer Allee 1, 99421 Weimar Fon: +49/3643/584201, caad@architektur.uni-weimar.de, http://infar.architektur.uni-weimar.de

Reinhard König, Florian Geddert Ergebnisse des Entwurfsprojekts Bridging the Gap: Optimizing Structures Weimar 2011

Bauhaus-Universität Weimar, Professur Informatik in der Architektur Belvederer Allee 1, 99421 Weimar http://infar.architektur.uni-weimar.de

Titelbild: Hauptgebäude, Geschwister-Scholl-Straße 8 © Bauhaus-Universität Weimar

Redaktionelle Anmerkung: Dr. Reinhard König ist Vertretungsprofessor der Professur Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar. Dipl.-Ing. Florian Geddert ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar.

Die Betreuung des Entwurfs wurde fachlich unterstützt von Dipl.-Ing. Christian Heidenreich von der Professur Tragwerkslehre (Prof. Dr.-Ing. Jürgen Ruth) der Bauhaus-Universität Weimar.

Bridging the Gap

Bauhaus-Universität Weimar | Informatik in der Architektur

Bridging the Gap: Optimizing Structures 1

2

Reinhard König , Florian Geddert 1

2

reinhard.koenig@uni-weimar.de, florian.geddert@uni-weimar.de

Abstract Thema des Entwurfs ist die Entwicklung eines komplexen, räumlichen Tragwerks, mit dem Ziel, die Lücke zwischen dem Architekt als reinem Entwerfer und dem Statiker als reinem Konstrukteur zu schließen. In der Zusammenarbeit zwischen der Professur Informatik in der Architektur und der Professur Tragwerkslehre werden räumliche Strukturen mit der parametrischen Software Rhino/Grasshopper entworfen und optimiert. Ein ausgewähltes Projekt soll mittels digitaler Fabrikationsmethoden im Maßstab 1:1 hergestellt und getestet werden. Vorkenntnisse in den Programmen sind nicht erforderlich.

Der Entwurf ist Teil eines Projekts, zu dem die Teilnahme an den Seminaren Algorithmic Architecture und/oder Tragwerkslehre III empfohlen wird.

bridging the gap *** optimizing

***

structures folded plate e

d foldseystem

*** plan nr.

01

***

ridge

b

***

structures

concept * folded plate

Die Brßcke besteht aus mehreren Teilelementen, welche sich zu einem komplexem dreidimensionalen System kombinieren. Dabei kÜnnen die Teilelemente unabhängig voneinander

passen.

...................

*** optimizing

Thema des Entwurfs ist die Entwicklung eines komplexen, räumlichen Tragwerks, mit dem Ziel, die LĂźcke zwischen Architekt als reinem Entwerfer und Statiker als reinem Konstrukteur zu schlieĂ&#x;en. In der Zusammenarbeit zwischen der Professur Informatik in der Architektur und der Professur Tragwerkslehre werden räumliche Strukturen mit der parametrischen Software Rhino/Grasshopper entworfen und optimiert. Ein ausgewähltes Projekt soll mittels digitaler Fabrikationsmethoden im MaĂ&#x;stab 1:1 hergestellt und getestet werden.

Ein weiteres Konstruktionsprinzip der BrĂźckenstruktur ist, dass das System in X-, als auch in Y-Richtung spiegelsymmetrisch ist. Aus diesem Umstand ergeben sich Synalgien bei der Herstellung der Komponenten.

..........................................................................

spiegelachse

spiegelachse

bridging the gap

Die Kombination einer zweifach gekrĂźmmten Fläche mit einer Faltung ermĂśglicht äuĂ&#x;erst geringe Materialstärken bei einer hohen Tragfähigkeit und somit äuĂ&#x;erst leistungsfähige statische Systeme.

* pers** pekt aus ka ive nal ***

B\\ Structure Element bezeichnet das Faltsystem welches auf das Structure System angewandt wird. Bei diesem Faltsystem handelt es sich um eine

' .

Während der Generierung der Faltung kann durch die Verschiebung der Knotenpunkte in X-, Y-, oder 345 + ! + ! daraus Resultieren auf auch das Tragverhalten der Struktur genommen werden.

Des Weiteren kann die Rasterweite verändert werden, wodurch man besonders beanspruchte Bereiche, durch ein engeres Raster stabilisieren kann.

A\\ verschiebung des Hochpunktes in X-, Y-, und Z-Richtung

B\\ verschiebung des Tiefpunktes in X-, Y-, und Z-Richtung

C\\ änderung der Rasteweite in X-, Y-Richtung

A\\ plane Fläche ohne HÜhe

C\\ Sidewalk

B\\ falten der Fläche in Querrichtung

B\\ Structure Element

C\\ knicken der äuĂ&#x;eren Faltung

D\\ Materialien Die Flächen ßbertragen als Platten, Biegemomente und als Scheiben Normalkräfte. Sie mßssen daher gegen Ausbeulen und Ausknicken stabilisiert werden.

D\\ krĂźmmung der Faltung zu Bogen A\\ Structure System

E\\ verjĂźngung der Struktur am Scheitelpunkt

Aufgrund dessen ist es mÜglich, das Brßckensystem in Form, Gestalt und Skalierung zu ändern und immer wieder neue Systeme fßr unterschiedlichste Standorte und Gegebenheiten zu erzeugen.

A\\ Structure System Ist zu Beginn bestehend aus einer, planen Fläche (ohne HÜhe), die nach statischen als auch Ürtlichen Gegebenheiten modelliert und verformt wird. Dies geschieht so lange, bis sich die optimale Form zum Ableiten der auftretenden Kräfte ergibt.

\\ modulation_01

*** daten variante_ a ***

C\\ Sidewalk

!" # $ %

! &

' ! ! * % % !" das statische System der BrĂźcke von Belang und dient den Passanten nicht nur zum Ăœberqueren dieser.

Bridge Variante_A Länge [m] .........................3,10 Breite [m] .........................8.60 HÜhe [m] ..........................1,05

Um die Platten zu stabilisieren, wären Aufkantungen oder Verstärkungen durch Rippen nÜtig. Eine Alternative hierzu sind Sandwichelemente.

Diese bieten den Vorteil der %

5

Folded Plate Fläche [m²]......................26,20 Anzahl Segmente................616 Anzahl „Base-Splines“............4

'" +

*

0 stoff-Sandwichelemente aus Polycarbonat bzw. Multiplex (alternativ: Pappwabenplatten) an. Die Fugenausbildung ist eine kontinuierliche Verbindung z.B. durch Kleben oder punktuelle KraftĂźbertragung durch Schrauben.

Sidewalk Fläche [m²]............................94 Anzahl Segmente.............10,65

Anzahl Pattern X-Achse................003 Y-Achse................005

Tiefpunkte Punkt 4...............0.40 Punkt 5...............0.30 Punkt 6...............0.60 Punkt 7...............0.70 Z-Achse..............+020

Hochpunkte X-Achse...............0.50 Y-Achse...............0.81 Z-Achse..............+010

\\ section

\\ cross

section

\\ front

\\ modulation_02

\\ top Anzahl Pattern X-Achse................003 Y-Achse................004 Tiefpunkte Punkt 4...............0.70 Punkt 5...............0.30 Punkt 6...............0.30 Punkt 7...............0.70 Z-Achse.............+008

\\ side

Hochpunkte X-Achse...............0.25 Y-Achse...............0.25 Z-Achse..............+005

\\ modulation_04

\\ modulation_03 ***

tive alterna nen atio modul

***

*** varia nte_a

maĂ&#x;st

ab 1_25

***

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Anzahl Pattern X-Achse................006 Y-Achse................005

Anzahl Pattern X-Achse................004 Y-Achse................008

Tiefpunkte Punkt 4...............0.65 Punkt 5...............0.50 Punkt 6...............0.35 Punkt 7...............0.50 Z-Achse..............+010

Tiefpunkte Punkt 4...............0.15 Punkt 5...............0.85 Punkt 6...............0.85 Punkt 7...............0.15 Z-Achse..............-006

Hochpunkte X-Achse...............0.75 Y-Achse...............0.75 Z-Achse..............+010

Hochpunkte X-Achse...............0.25 Y-Achse...............0.25 Z-Achse...............-005

bridging the gap *** optimizing

***

structures folded plate e

d lde tem

g

brid

*** plan nr.

02

fo e sys

***

***

* pers** pekt von pl ive atz *** \\

slider >>>

\\ surfaces >>> of folded plate \\

Anzahl Pattern X-Achse Y-Achse Tiefpunkte Punkt 4 Punkt 5 Punkt 6 Punkt 7 Z-Achse Hochpunkte X-Achse Y-Achse Z-Achse

mirror >>> of surfaces

\\ modulation_05

*** daten variante_ b ***

Bridge Variante_B Länge [m] ..........................9,15 Breite [m] ..........................3,55 HĂśhe [m] ...........................1,40 Folded Plate Fläche [m²]......................33,60 Anzahl Segmente................108 Anzahl „Base-Splines“............3

***opper grassh tion funk ***

Sidewalk Fläche [m²]......................14,50 Anzahl Segmente..................18

Anzahl Pattern X-Achse................002 Y-Achse................004

Tiefpunkte Punkt 4...............0.40 Punkt 5...............0.40 Punkt 6...............0.60 Punkt 7...............0.60 Z-Achse.............+8.41

Hochpunkte X-Achse...............0.50 Y-Achse...............0.66 Z-Achse.............+9.50

\\ section

\\ cross

section

\\ front

detail

\\ top

\\ side

section

top

Senkkopfschraube Polycarbonat-Verbundplatte | 19mm Halterung aus Flachstahl | 4mm

*** varia nte_b m aĂ&#x;stab

***

Unterlegscheibe

1_25

Sechskantmutter, angeschweiĂ&#x;t auf Flachstahl Tagwerk aus Multiplex (Siebdruckplatte), Kanten auf gehrung geschnitten und verleimt| 21mm KonterstĂźck aus Multiplex, mit Tragwerk verleimt Sechskantmutter

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

***ils deta b 1_1 sta

maĂ&#x;

***

Perspective

Bridging the Gap I Optimizing Structures Frank Peisert I Max Wasserkampf

the task of this design class is to >bridge the gap< between the architect as a pure designer and the constructional engineer. thinking about digital design fabrication methods and a design for a bridge that looks complex but is easy to construct, the shape developed. the idea is to parameterize points at relevant areas of a bridge which are fundamental for a worthwile construction. these points are located at the ends and in the centre of the bridge.

parameterizing these 12 points gives the opportunity to control the resulting framework for the four fassades. the framework gets offsetted according to the irradiance of the sun and then moved in direction of the normals of the single triangles. by lofting the resulting curves one gets very rigid and also complex looking shapes.

getting laser cutted and seamed.

the bridge is completely independent from any site. based on the fact that the bridge can be produced in single modules it can be easily used in mountain regions to bridge gaps. the triangles will be prefabricated at the ground and then transported by a helicopter up to the site where they can get connected with bolts by two people.

the condition that the design is completely parameterized gives

Developing the Framework

Perspective

Floor Plan

Longitudinal Section

Perspective

Detail of connections

Cross Section

Perspective

Aussenperspektive

Bridging the Gap

filling the missing Thomas Frisse I Christoph Kuhlemann

Main Building

welding end connection bolted to framework

2.75

Infar

17.5

8.20

section plan M 1:20

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

attachement to the wall with steel anchors

three layers of 1.8 cm OSB-4-boards held by size-100-bolts 2.85

section plan M 1:20

piece between parametric design and traditional architecture

1.96

0.98

Main Building

Infar staircase

8.20

floor plan M 1:20

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Perspective no scale

Bridging the Gap-Optimizing Structures THE_EMERGENCY_BRIDGE Roberto Carrasco Cañizares Marta Mª Madrona Seijas

Ground Floor S = 1/10

Elevation B S = 1/10

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Inner perspective S = 1/10

Section A S = 1/10

Elevation A S = 1/10

Section B S = 1/10

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Bridging the Gap-Optimizing Structures Afonso Costa I Rui Lima

Groundplan 1/10

Elevation 1/10

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Bridging the Gap-Optimizing Structures Afonso Costa I Rui Lima

Grasshopper File

Conceptual Assembly

Detail of Assembly

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

AuĂ&#x;enraumperspektive

Bridging the Gap-Tensegrity-Gapping the Bridge Martin Breuer | Martin Weber

Grundriss M 1:20

Schnitt M 1:20

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Innenraumperspektive

Isometrie

Nachtperspektive

Detailzeichnungen

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

T

IIIIII MAIN IDEA

TOP VIEW : 1/20

SIDE VIEW : 1/20

I

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B

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F D C

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L S : 1/20

S : 1/20

F : 1/20

D : 1/5

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S : 1/30