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Blick auf den fertigen Pavillon.
Links: Gedruckte Schalung. Mitte: Vorgefertigter Bewehrungskorb. Rechts: Finale Betonstütze.
Nahaufnahme der Stützenkrone auf der Schnittstelle zur Holzstruktur.

Nahaufnahme des Fused Deposition Modelling 3D-Druckprozesses.
FutureTree überspannt den Innehof des Geschäftshauses von Basler & Hoffman - Visualisierung

Entfernen der dünnen Schalung mit einer Heißluftpistole.
Vollgewindeschrauben verbinden die Holzelemente.

3D-Drucken der dünnen Schalung mit einem sechsachsigen Roboterarm und vertikaler Linearachse.
Jedes Holzelement wird von einem Roboter auf Maß geschnitten und platziert.

FutureTree, Esslingen, 2017-2019
Das Future Tree vereint und demonstriert unsere Forschung auf den Gebieten komplexer Holzkonstruktionen und des digitalen Betonbaus, und wirkt als ein Blickfang gespannt über den Innenhof des neuen Erweiterungbaus von Basler & Hofmann in Esslingen, Schweiz.

Die Krone des Future Trees ist ein Hebelstabwerk aus 380 Holzelementen, das aus dem Betonstamm herauswächst, an zwei Seiten an das bestehende Gebäude anschliesst und an der gegenüberliegenden Ecke frei auskragt. Die Geometrie der Struktur ist vom Tragverhalten abgeleitet, wobei die Biegesteifigkeit durch die Öffnungsgrössen der reziproken Knoten differenziert wird um eine höhere Steifigkeit in dem auskragenden Bereich zu erreichen. Eine Lösung, welche durch die integrierte Planung mittels Computermodell möglich wurde, die neben den geometrischen und statischen auch die fertigungstechnischen Anforderungen berücksichtigt. Die Struktur besteht aus acetyliertem Kiefernholz, Vollgewindeschrauben für die Verbindungen sowie Spannkabeln. Die Holzelemente wurden mit einem Industrieroboter gefertigt und assembliert.

Der Stamm des FutureTrees ist eine Stahlbetonsäule mit einer feinen rombischen Oberflächenstruktur. Hergestellt wurde sie mittels einer ultradünnen, 3D gedruckten Schalung, die mit einem schnell aushärtenden Beton befüllt wurde. "Eggshell", so der Name des neuen Herstellungsverfahren, ermöglicht damit die Herstellung von nicht standardisierten, statisch optimierten Betonkonstruktionen bei gleichzeitiger Integration von Standardbewehrung und Minimierung von Schalungsabfällen, welche üblicherweise bei der Herstellung von komplexen Betonschalungen anfallen. Im Eggshell-Verfahren wird eine Schalung mit einer Dicke von lediglich 1,5 mm von einem Roboterarm in einem kontinuierlichen Prozess gedruckt. Anschließend wird die Bewehrung eingebracht und die Schalung im schichtweisen Gießverfahren mit einem schnell aushärtenden Beton gefüllt. Durch das Verhalten des Betons bleibt der hydrostatische Druck auf die Schalung gering und ermöglicht somit die Dünnwandigkeit der Schalung. Nach der Hydratation des Betons wird die Schalung abgelöst und kann recycelt werden. Der Stamm des Future Trees ist somit ein Beispiel wie vormals als nicht standardisierte Betonkonstruktionen klassifizierte Formen effizient, wirtschaftlich und nachhaltig herstellen werden können.

Publikationen:
Apolinarska, Aleksandra Anna, Mathias Kuhn, Fabio Gramazio, Matthias Kohler. Performance-Driven Design of a Reciprocal Frame Canopy - Timber structure of the FutureTree. (eCAADe 2021) PDF


Credits:
Gramazio Kohler Research, ETH Zürich

In Zusammenarbeit mit: Professur für Physikalische Chemie von Baumaterialien (ETH Zürich, Prof. Dr. Robert J. Flatt, Dr. Thibault Demoulin, Bruno Pinto Aranda)
Auftraggeber: Basler & Hofmann AG
Mitarbeiter: Dr. Aleksandra Anna Apolinarska, Dr. Ena Lloret-Fritschi, Joris Burger, Nizar Taha, Fabio Scotto
Ausgewählte Experten: Basler & Hofmann AG, ERNE AG Holzbau, SJB Kempter Fitze AG, Professur für Massiv- und Brückenbau (ETH Zürich, Prof. Walter Kaufmann, Dr. Jaimé Mata-Falcon)
Ausgewählte Unternehmer: ERNE AG Holzbau (Fabrikation Holzstruktur)

Copyright 2016, Gramazio Kohler Research, ETH Zurich, Switzerland
Gramazio Kohler Research
Professur für Architektur und Digitale Fabrikation
ETH Zürich HIB E 43
Stefano-Franscini Platz 1 / CH-8093 Zürich

+41 44 633 49 06
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