Non-standard Architektur mit Ornamenten und planaren Elementen

Unkonventionelle geometrische Formen und glatte Freiformflächen waren schon immer eine große Herausforderung für Architekten, sei es im Entwurf, wie auch in der baulichen Umsetzung. In der Vergangenheit konnten dazu nur figurative Modelle davon erzeugt werden und der Entwurfsprozess wurde durch die Darstellungsmedien und den Maßstab begrenzt. Die Entwicklung der digitalen Technologien in den letzten fünfzehn Jahren führte zu einer formalen Freiheit im Entwurf und in der Definition von Non-standard Architektur. Non-standard Architektur erzeugt endlose Serien von Ausnahmen, was bedeutet, dass die traditionellen tektonischen Prozesse der Bautechnologie kaum implementiert und verwendet werden können. Für Architekten führt der Umgang mit Non-standard Architektur und Strukturen zu großen Problemen, sodass deren Umsetzung eine große Herausforderung darstellt, wobei noch viele Fragen ungelöst sind. Die nicht gelösten Probleme behindern einerseits die Umsetzung von Non-standard Architektur, öffnen aber andererseits ein großes Forschungsfeld zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung. Die Absicht dieses Projektes ist es, neue Wege zu erforschen, wie Non-standard Architektur mit Standard- Bauelementen, modernen Bauprozessen, Material und Kosten effizient, verwirklicht werden kann. In diesem Projekt werden wir ein Entwurfsgerüst und generische parametrische Details entwerfen und diese am ganzen Prozess, beginnend beim Entwurf bis zur Herstellung, teilhaben lassen. Am Ende des Projektes werden wir einen Prototypen, der als typisches Beispiel für Non-standard Architektur stehen soll, fertigen und bauen. "Mass customization" and "File to Factory" sind für unseren Ansatz zur Umsetzung von Non-standard Architektur fundamental und der Schlüssel zu unserer Arbeit ist der Versuch, die Ausnahmen der non-standard Formen zur Regel zu machen. Da glatte geometrische Formen sehr kompliziert und kostenaufwendig zu fertigen sind, konzentrieren wir uns auf diskrete Formen und Flächen. Das heißt, wir approximieren die glatten Formen durch ebene Teile (Platten). Dabei stehen für uns nicht Triangulierungen und dreieckige Platten im Mittelpunkt, sondern Flächen-Diskretisierungen mit vier, fünf und sechsseitigen Teilen. Der Ansatz glatte Flächen durch ebene Teile anzunähern und zu diskretisieren hat den Vorteil, dass ebene Teile in verschiedensten Formen verwendet werden können und daher die Kosten, unabhängig vom Material, niedrig gehalten werden. Das neue System, das wir definieren, basiert auf parametrischer Modellierung von Ornamenten und deren Ästhetik. Das sehen wir als besonderen und einzigartigen Beitrag zu dieser Thematik. Mit anderen Worten, wir übersetzen ebene Ornamente und Muster in komplexe räumliche Strukturen und Flächen und noch viel wichtiger in baubare Architektur, für die ebene standardisierte Baumaterialien (Platten) verwendet werden. Unser System baut auf einem Regelwerk auf, das eine unendliche Variation von verschiedenen Formen zulässt und daher einen visuellen und komplexen Reichtum besitzt. Die parametrischen Modelle werden als nicht reguläre dreidimensionale polygonale und ornamentale Strukturen entworfen. Solche parametrischen Modelle können als selbsttragende Strukturen, wie zum Beispiel Raumteiler, Ornamentwände, Fassadenelemente, Schatten- und Akustikpanele eingesetzt und verwendet werden.

Dem kreativen Einsatz neuer digitaler Planungswerkzeuge verdanken wir so Aufsehen erregende Bauwerke wie das Kunsthaus in Graz oder die Hungerburgbahn in Innsbruck, deren Gebäudehüllen aus doppelt gekrümmten, frei geformten Flächen bestehen. Freiformen sind Flächen, die eine fast unbegrenzte Möglichkeit zur Gestaltung bieten und weit über den Formenreichtum von Kugel, Zylindern oder Kegeln hinausreichen. Solche Elemente sind mit Lineal und Zirkel nicht mehr zu konstruieren, doch mit den heutigen CAD-Programmen können auch die komplexesten virtuellen Formen modelliert werden. Für die zeitgenössische Architektur sind sie von großer Bedeutung aber auch eine Herausforderung bei deren Realisierung. Es versteht sich von selbst, dass aufwändige Verfahren enorme Kosten verursachen können.Im Rahmen des FWF-Forschungsprojektes Non-Standard Architektur mit Ornamenten und planaren Elementen (L695) wurde am Institut für Architektur und Medien an der TU Graz versucht, neue Lösungsansätze hinsichtlich der Realisierbarkeit von Freiformflächen zu finden. Dazu wurde eine spezielle Software programmiert, die es dem Architekt als Benützer erlaubt, die verschiedenen Arbeitsschritte - vom ersten Entwurf bis zur Endfertigung - möglichst einfach, kompakt und effizient zu halten und dabei die Übersicht zu behalten.Ein zentraler Teil des Projektes war die Entwicklung eines neuen geometrischen Algorithmus, der es erlaubt, Freiformflächen in ebene Teile zu zerlegen, die einem ornamentalen Muster folgen. Die ebenen Teile nähern dabei die gekrümmte Form an. Als bekanntes Beispiel kann man sich im Vergleich dazu einen Fußball vorstellen, der durch ebene Fünf- und Sechsecke eine Kugel angenähert. In diesem Zusammenhang hat auch die Geometrie in der Architektur wieder an Bedeutung gewonnen, da sie die nötige Unterstützung zur Bearbeitung der neuen Fragestellungen anbieten kann. Für die Fertigung können die ebenen polygonalen Teile mit konventionellen CNC Maschinen, das sind computergesteuerte Fräsen oder Industrieroboter, kostengünstig gefertigt werden. Für die Realisierung wurde im Rahmen des Projektes das Material Brettsperrholz gewählt und für die Verbindungstechnik eine neuartige Klebe-Technik verwendet, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für Holzbau und Holztechnik und der holz.bau.forschungs.gmbh an der TU Graz entwickelt wurde. Die Verbindungstechnik erlaubt es Holzplatten unter beliebigen Anschlusswinkel ohne Eisenteile miteinander zu verbinden. Als gebautes Ergebnis der Forschungsaktivitäten wurde am Campus der TU Graz ein Prototyp errichtet, der aus fünf-, sechs- und siebeneckigen Brettsperrholzplatten besteht. Die selbsttragende gekrümmte Freiform wurde in Zusammenarbeit mit der HTBLV Graz Ortwein angefertigt. Insgesamt sind die Projektaktivitäten als Forschung im Sinne der Nachhaltigkeit zu sehen, die in diesem Ausmaß nur durch die Zusammenarbeit verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen ermöglicht wurden.