Timber Prototype
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Sustainable Building Design Studio Hans Drexler [email protected] Tel: 0177 88 72 591 Tutoren: Alexander Quiring Mobil +49 176 24259551 [email protected] Svenja Bercht Mobil 0162 3156769 [email protected] Sandra Bolle Mobil: 0172 4829192 [email protected] ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 8 Credits Donnerstag Leo 3 12:30 - 16:15 Kombiniert mit SoSe 2014 ba.V.6Vertiefung und ba Abschlussarbeit ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 1 Bau eines Prototypengebäude 1.1 Aufgabenstellung 1.2 Neue Fertigungsmethoden 3 3 3 2 Innovationen im Holzbau 2.1 Forschung- und Entwicklung 2.1.1 Baukonstruktion und Materialstrategien 2.1.2 Recycling und Design to Disassemble 2.1.3 Industrielle Vorfertigung 2.1.4 Architektonische und konstruktive Integration von Energieerzeugungssystemen 2.1.5 Größe und Skalierbarkeit 2.2 Referenzen: Andere Prototypen und Forschungsprojekte 2.2.1 Renzo Piano: Minihaus in Weil am Rhein 2.2.2 Solar Decathlon 2009 2.2.3 Mobile Forschungsstation in Weimar 2.2.4 Pavillon 2011 Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) 4 5 5 5 5 6 6 7 7 8 8 9 3 Innovationspotential 3.1 „Nur-Holz 3.2 Fügung ‒ Fertigung ‒ Geometrie 3.3 Integrale Dämmung 9 9 10 12 4 Themen und Inhalte 4.1 Kompetenz-Ziele 4.2 Tools 4.3 Abgabelayout für alle Zwischen- und Endpräsentationen WISE 2013 4.4 Leistungen WISE 2013 4.5 Literatur und Quellen 13 13 13 13 14 20 5 Referenzen und Recherche 5.1 Referenzprojekte 5.2 Analyse Themen und Methoden 5.2.1 Konzept, Entwurfsidee 5.2.2 Daten 5.2.3 Wohnen, Raum, Möbllierung 5.2.4 Baukonstruktion 5.2.5 Energiekonzept und Technik 15 15 17 17 17 17 17 17 6 Sem esterablauf | Timber Prototype 6.1 Zeitplanung: Entwicklung des Prototypen WiSe 2013 / 2014 6.2 Bau und Vertiefung des Prototypen SoSe 2014/ Thesis zu Einzelthemen 18 18 19 1 1.1 Bau eines Prototypengebäude Aufgabenstellung Ziel des Projektes ist es, neue Baukonstruktionen aus Holz zu entwickeln, die einen höheren Anteil an Holz und nachwachsenden Rohstoffen beinhalten und zudem leichter zu trennen und zu recyceln sind. Die Entwicklung neuer Holzbauweisen in den letzten Jahren hat sich vor allem auf die Hybridisierung von Holzprodukten mit anderen Baustoffen konzentriert, um die Tragfähigkeit (Holz-Stahl und Holz-Stahl-Beton) und den Brandschutz zu verbessern. Auch wenn durch diese Verbundbauweisen ganz neue Bauaufgaben für den Holzbau erschlossen werden konnten, wie zum Beispiel der mehrgeschossige Wohnungsbau, so gehen durch die innige Verbindung sehr unterschiedlicher Baustoffe auch viele der Vorteile des Baustoffes Holz verloren: Die sortenreine Trennung, die wichtige Voraussetzung für ein stoffliches Recycling oder eine Kompostierung wäre, ist in der Praxis nicht mehr möglich. Die niedrigen Emissionen und Reduktion der CO2- Emissionen des Holzes werden durch die hohen Emissionen der Sekundärstoffe Großteils kompensiert. Mit dem Forschungsprojekt soll untersucht werden, wie aus dem Baustoff Holz Baukonstruktionen entwickelt werden können, die durch die Form und Fügung der einzelnen Elemente die wichtigen Funktionen an moderne Baukonstruktionen insbesondere Tragfähigkeit und Wärmeschutz erfüllen. Um diese Ziele zu erreichen sollen traditionelle oder historische Fügungen und Bauweisen analysiert werden. Seit der industriellen Revolution wurden die historischen Zimmermannsverbindungen, die als reine Holzkonstruktion ausgeführt wurden, von Metallverbindungsmitteln und in jüngster Zeit Klebstoffen verdrängt. Hauptgrund dafür waren die zunehmenden Lohnkosten und der dramatische Preisverfall für Metallprodukte. Mit zeitgenössischer Technologie, insbesondere CNC-Fräsen, ließen sich auch traditionelle Zimmermannsknoten zu vertretbaren Kosten herstellen. Am Beispiel eines kleinen Prototypengebäudes sollen neue Bauweisen für Massivholzkonstruktionen entwickelt werden. Durch die Übersetzung von traditionellen Zimmermannsverbindungen in moderne dreidimensionale Formgebungsmethoden soll ein Bausystem entwickelt werden, bei dem die konstruktiven und bauphysikalischen Anforderungen an die Holzkonstruktion durch die Form und Fügung der Bauteile erfüllt werden. Ziel des Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist es, mit den Studierenden Konzepte und Strategien zu entwickeln, Wohnraum mit einfachen Mitteln kostengünstig und umweltfreundlich zu gestalten. Durch den Bau des Prototypen sollen die Studierenden zum einen Grundlagen und Methoden des nachhaltigen Bauens erlernen, zum anderen ihr Verständnis für Baukonstruktionen erweitern. 1.2 Neue Fertigungsmethoden Die in den letzten Jahren entwickelten digitalen Fertigungsmethoden erlauben einen sehr viel höheren Grad der Individualisierung und Spezifizierung von Bauteilen und Konstruktionen. Im vorliegenden Projekt sollen traditionelle Bauformen des Holzbaus in moderne Fertigungsmethoden übersetzt werden. Dafür bedarf es der Zusammenarbeit mit einem kompetenten Technologiepartner, der gerade in den Bereichen Vorfertigung und CNC Bearbeitung sein Wissen einbringen kann und für Materialbeschaffung und Maschinennutzung Sorge trägt. Durch diese Zusammenarbeit in Forschung, Entwicklung und Fertigung sollen neue Konstruktions- und Fertigungsmethoden entwickelt und für die für die Planung nachhaltiger Bauweisen nutzbar gemacht werden. Dabei soll untersucht werden, ob durch den Einsatz dieser dreidimensionalen und automatisierten Fertigungssysteme die traditionellen Techniken in zeitgenössische Bauformen übersetzt werden können. Forschungsziel ist es, eine grundlegende Systemlösung mit Holz und Holzwerkstoffen zu entwickeln, die nicht nur auf Nischenmärkte zugeschnitten ist, sondern eine breite Nutzung von Holz ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype ermöglicht. Bildquellen _CNC Abbundanlage_Holz Hüttemann: http://www.huettemann-holz.de/c5/files _Bau des Solar Decathlon 2010: Foto Hans Drexler _Holzverbindung_ICD/ITKE Research Pavilion 2010_A.Menges: http://icd.uni-stuttgart.de/ 2 Innovationen im Holzbau Holz ist im Sinne der Nachhaltigkeit ein idealer Baustoff. Als nachwachsender Rohstoff aus nachhaltiger Forstwirtschaft ist er auf lange Sicht verfügbar. Viele Holzsorten werden von der lokalen Forstwirtschaft produziert, wodurch lange Transportwege vermieden werden und die lokale Wirtschaft gestärkt wird. Im Vergleich zu den meisten Baustoffen hat Holz einen sehr geringen Primärenergieinhalt und speichert CO2 für die Phase seiner Nutzung, was in dieser Zeit die Atmosphäre entlastet. Er hat ein besonders günstiges Verhältnis von Eigengewicht zu Tragfähigkeit und Zugfestigkeit. Baukonstruktiv richtig eingesetzt, ist es ein sehr dauerhafter Baustoff. Der Innovationsgehalt des vorgeschlagenen Forschungsprojektes besteht in der Verbindung von traditionellen Holzbautechniken, insbesondere Zimmermannsverbindungen und modernen Fertigungsmethoden (CNC-Fräsen, CAD, CAM). Ziel ist es dabei Konstruktionen zu entwickeln, die ganz oder zumindest überwiegend aus Holz und nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Dieses Ziel soll erreicht werden, in dem das Holz so ausformt wird, dass der statische Verbund aus der Fügung des Materials entsteht. Genauso können in die Bauteile Hohlräume und Kammern gefräst werden, die die Wärmeleitfähigkeit senken und den Wärmeschutz der Bauteile verbessern In dem Projekt sollen folgende wissenschaftliche und technische Arbeitsziele im Vordergrund stehen: - Entwicklung von Konstruktionen mit einem hohen Anteil an Holz und nachwachsenden Rohstoffen - Verbindung von modernen Fertigungsmethoden (CAD, CAM, CNC) mit traditionellen Bauweisen - rückbaubare und sortenrein trennbare Konstruktionen - Recycling von Baukonstruktionen (design to disassemble) - Integration von Wärmeschutz Energieerzeugung in die Gebäudehülle - Planungs- und Umsetzungsstrategien für einfaches und kostengünstiges Bauen 2.1 2.1.1 Forschung- und Entwicklung Baukonstruktion und Materialstrategien Die Baukonstruktion wird als Faktor für die Umweltverträglichkeit eines Gebäudes weitgehend unterschätzt. Der Energieverbrauch, der die öffentliche Debatte der letzten Jahre stark dominierte, besteht bei älteren Gebäuden überwiegend aus dem Betrieb der Gebäude. Deswegen haben sich gesetzliche Vorgaben und planerische Verfahren darauf konzentriert. Ohne die Wichtigkeit dieses Themas in Abrede zu stellen, lässt sich jedoch erkennen, dass diese Entwicklung bald an einer Grenze angelangt ist. So erließ die EU eine Richtlinie, die festlegt, dass neue Gebäude ab dem Jahr 2019 alle Energie, die sie verbrauchen auch selbst produzieren, also Netto-Null-Energie-Gebäude sind. Aber schon heute ist in der Baukonstruktion der meisten Passivhauses mehr Energie enthalten, als sein Betrieb über den gesamten Lebenszyklus verbraucht. Betrachtet man außer den Energieverbräuchen andere Nachhaltigkeitsaspekte, wie Abfallproduktion oder Verknüpfungen in die lokale Wirtschaft, so wird deutlich, dass die Baukonstruktion das wichtigste Entwicklungsfeld für das nachhaltige Bauen der Zukunft ist. Bei der Entwicklung des Prototypen soll die Baukonstruktion die zentrale Rolle spielen. Zudem kommen verschiedene Strategien zum Einsatz, die zu einer ressourcen-schonenden Bauweise führen sollen. 2.1.2 Recycling und Design to Disassemble Gebäude tragen ungefähr 60% zum allgemeinen Abfallaufkommen bei. Die derzeitige Entwicklung im Bauwesen lässt befürchten, dass sich die Abfallmengen in Zukunft sogar noch vergrößern werden. Zum einen verringert sich die Lebenserwartung der Gebäude stetig, zum anderen werden immer unterschiedlichere Materialien immer inniger konstruktiv gefügt. Diese sogenannten Komposite-Baustoffe bestehen aus einer Vielzahl von Ausgangsstoffen, die mit nicht lösbaren Verbindungen zu riesigen Mengen zukünftigen Sondermülls verklebt werden. Durch diese Müllproduktion werden Gesellschaft und Umwelt ebenso belastet wie durch die gleichzeitig notwendige Produktion von neuem Baumaterial, was wiederum zu Energie- und Rohstoffverbrauch führt. Nachhaltige Gebäude müssen anders konstruiert werden: Die einzelnen Bauteile müssen mit lösbaren Verbindungen gefügt werden. Konstruktive Schichten müssen so aufgebaut sein, dass sie sich einzeln warten und austauschen lassen, weil die Beanspruchung und Lebensdauer unterschiedlich ist. Insbesondere die Haustechnik muss austauschbar und nachrüstbar sein, weil sich die Technik schnell verbessert und an veränderte Rahmenbedingungen (Verfügbarkeiten von Ressourcen, Klimawandel) angepasst werden muss. Der Prototyp soll nicht nur nach diesen Kriterien konstruiert werden, sondern auch zerstörungsfrei zu ändern, zurückzubauen und wiederzuverwenden sein. Design to Disassemble beschreibt diese Strategie, weil bei Entwurf und Konstruktion die Demontage immer mitgedacht werden muss. Dadurch entsteht eine Bauwirtschaft, in der Bauteile und Materialien nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip in geschlossene Stoffkreisläufe geführt werden und die Gebäude sich dynamisch an die sich schneller ändernden Nutzeranforderungen anpassen. 2.1.3 Industrielle Vorfertigung Der Einsatz von Massenfabrikation wie er von Architekten wie Stephen Kieran und James Timberlake demonstriert wurde, könnte das Verhältnis zwischen Qualität und Quantität bzw. Kosten und Zeit neu definieren. Paradoxerweise wurden diese Ansätze weitgehend von der Bauindustrie ignoriert. In dem Projekt sollen neue Strategien für die industrielle Vorfertigung gesucht werden. Die erste Generation der industriellen Bauprodukte basierte auf Vereinheitlichung, Modularisierung und serieller Vorfertigung. Dies führte zu monotonen und strukturellen Architekturen, die häufig nicht in der Lage waren geeignet auf den städtebaulichen Kontext, die klimatischen Randbedingungen und spezifischen Nutzungsanforderungen zu reagieren. ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype Die in den letzten Jahren entwickelten digitalen Fertigungsmethoden erlauben einen sehr viel höheren Grad der Individualisierung und Spezifizierung von Bauteilen und Konstruktionen. Auch wenn es schon zahlreiche gebaute Beispiele für solche Bauweisen gibt, so ist das volle Potential dieser Techniken noch lange nicht ausgeschöpft. Im vorliegenden Projekt sollen traditionelle Bauformen für Holz in moderne Fertigungsmethoden übersetzt werden. 2.1.4 Architektonische und konstruktive Integration von Energieerzeugungssystemen Ein weiterer Schwerpunkt innerhalb der Arbeit bildet das Thema Energieeffizienz. Nach dem Willen der EUKommission sollen alle Neubauten ab dem Jahr 2019 die Energie, die sie verbrauchen, selbst produzieren (Netto-Null-Energie-Standard). Dieses Konzept soll in dem Prototypen umgesetzt werden. Für die Architektur ergibt sich daraus die Herausforderung, die Systeme zur Energieerzeugung (vor allem Photovoltaik und Solarthermie) in die Gebäude und insbesondere die Gebäudehülle zu integrieren. Im Sinne der ganzheitlich nachhaltigen Gebäudekonzeption muss auch die Energieversorgung aus erneuerbaren Energien gesichert sein. So ist der Einsatz von Holz als Energieträger dem Verbrauch fossiler Energien vorzuziehen. Holz als heimischer, nachwachsender Rohstoff kann schon heute den Heizwärmebedarf der Gebäude decken und damit einen entscheidenden Beitrag zur Energieversorgung und Klimaentlastung leisten. Der Einsatz eines Heizsystems, das auf Holz basiert, unterstreicht die Vielseitigkeit von Holz als Baustoff und Energieträger. 2.1.5 Größe und Skalierbarkeit Da der Prototyp mit beschränkten Mittel von den Studierenden selbst gebaut wird, kann er eine bestimmte Größe nicht überschreiten. Der Prototyp sollte eine Größe von ca. 12qm bis 25qm haben, sodass er zum einen eine Idee des Wohnkonzepts vermittelt, zum anderen aber noch auf einem Tieflader transportierbar ist. Angesichts der Beschränkungen von Zeit und Budget, soll der Prototyp eine kleine Basis-Wohneinheit für 1-2 Personen darstellen. In Abhängigkeit der Verfügbarkeit von Material (Recycling oder Sponsoring) und Technologie, kann der Prototyp entweder als eine Micro-Wohneinheit oder als Ausschnitt-Modell im Maßstab 1:1 konzipiert werden. Die Einschränkungen führen zu einer Reihe ebenso anspruchsvoller wie auch interessanter Design-Parametern. Der Prototyp kann als Teil einer größeren Struktur gedacht werden. Höhere Bebauungsdichten sind Voraussetzung für eine Reduktion der Flächenverbräuche, eine gute Auslastung der Infrastruktur und ein funktionierendes soziales Stadtleben. Nicht sinnvoll sind Strukturen mit geringer Bebauungsdichte, die nur auf unbebauten Grundstücken eingesetzt werden können. Deswegen soll der Prototyp zu mehreren Einheiten kombiniert, erweitert oder auch an- oder auf bestehende Gebäude aufgebaut werden können. Der Prototyp soll als Basis-Einheit eines wachsenden Hauses entwickelt werden, die sich an unterschiedliche Bedürfnisse und Kontexte anpassen kann. Parallel zu der Entwicklung des Prototypen im Maßstab 1:1, wird die Anpassung der Grundeinheit in größere vertikale und laterale Strukturen untersucht. Hierzu werden Systeme für Gebäudehülle und Raumtrennung, Solar-Nutzung, Freiraumgestaltung und urbane Landwirtschaft entwickelt. Auch mögliche Standorte, wie die nicht oder nur unzureichend genutzte Bereiche der Stadt, Anbauten und Aufstockungen, auf das Nachverdichtungspotential mit den zu entwickelnden Strukturen werden untersuchen. Die Größenbeschränkung ist ein Anlass, das Verhältnis von Qualität und Quantität in der Architektur kritisch zu hinterfragen. Ein Großteil der Effizienzsteigerungen der Baukonstruktionen in den letzten Jahren wurde durch die gleichzeitige Vergrößerung der Wohnflächen pro Kopf kompensiert. Durch die Reduktion der Flächenverbräuche bei gleichzeitiger Steigerung von Nutzbarkeit und architektonischer Qualität könnten Gebäude geschaffen werden, die weniger Ressourcen verbrauchen (Suffizienz-Strategie). Die Größenbeschränkung hat, neben dem Kostenrahmen, die Mobilität des Prototypen und damit eine breitere Öffentlichkeitsarbeit zum Ziel. So sollte der Prototyp nicht nur an der Hochschule gezeigt, sondern mit vertretbarem Aufwand auch an andere Orte (Messen, Konferenzen, Sponsoreneinsatz, etc.) gebracht werden können, um dort Grundsätze des nachhaltigen und ressourcenschonenden Bauens zu demonstrieren. Raumprogramm: Wohnmodul Es soll eine kleine Wohneinheit entwickelt werden, die grundsätzlich addiert werden kann zu größeren Strukturen und / oder an bestehende Gebäude angebaut werden kann. Bildquellen _Micro Compact Home_ horden cherry lee architects london http://www.technovelgy.com/graphics/content05/micro-compact-home.jpg http://www.dexigner.com/news/8317 http://assets.inhabitat.com/files/microcompact.jpg 2.2 2.2.1 Referenzen: Andere Prototypen und Forschungsprojekte Renzo Piano: Minihaus in Weil am Rhein Der Vitra-Campus ist im Juni 2013 noch durch ein kleines Haus von Renzo Piano auf dem Firmengelände erweitert worden. „Diogene“ heißt das Minihaus, das keine Notunterkunft, sondern Rückzugsort sein will. Bildquelle: _Diogene_Renzo Piano: http://static.dezeen.com/uploads/2013/06/Dezeen_Diogene-by-Renzo-Piano-at-Vitra-Campus_ss_1.jpg ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 2.2.2 Solar Decathlon 2009 Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, Prof. Manfred Hegger TU Darmstadt Der Solar Decathlon ist ein Wettbewerb, in dem 20 internationale Universitäten Prototypen für Plusenergiehäuser planen und bauen. Seit 2005 findet der Wettbewerb alle zwei Jahre in Washington und seit 2010 versetzt dazu in Europa statt. Das Team der Technischen Universität Darmstadt unter der Leitung von Prof. Manfred Hegger hat den Wettbewerb in 2007 und 2009 gewinnen können. Im Jahr 2009 hat Hans Drexler die Lehre im Bereich Entwurf geleitet. 2.2.3 Mobile Forschungsstation in Weimar Bildquelle:_Mobile Forschungsstation Weimar_Bauhaus Uni http://www.jenapolis.de/wp-content/uploads/2013/06/architektouren_01_2mb-704x400.jpg Minimale Räume sind eine Herausforderung fr Architekten aller Generationen. Nachdem Renzo Piano im Juni 2013 sein fünf Quadratmeter großes Mini-Wohnhaus Diogene in Weil am Rhein vorgestellt hat, präsentierten Studenten der Bauhaus-Uni Weimar eine zehn Quadratmeter große mobile Forschungsstation. Zwei Personen können in dem kleinen Holzbau arbeiten, essen und schlafen. Eine Arbeitskoje sowie eine Schlafnische werden von einem Vorraum mit Essküche ergänzt. Die einzelnen Einheiten sind auf minimalster Fläche so gekoppelt, dass der Raum sich optisch weitet und für den Nutzer kein Gefühl der Enge entsteht. 2.2.4 Pavillon 2011 Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) Ende Juli 2010 realisierten das Institut für Computerbasiertes Entwerfen (ICD) und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart einen temporären Forschungspavillon aus Holz. Der innovative Bau demonstriert den neuesten Stand der Entwicklung computerbasierter Entwurfs-, Simulations- und Produktionsprozesse in der Architektur und setzt diese in einer komplexen Tragkonstruktion aus elastisch gebogenen Sperrholzstreifen um. Die aus diesen Untersuchungen hervorgegangene Tragstruktur bezieht ihre Leistungsfähigkeit aus der geometrischen Differenzierung und elastischen Formung extrem dünner Holzstreifen. Ein zweites, sehr erfolgreiches Forschungsprojekt wurde im Sommer 2011 realisiert. Bei diesem Projekt geht es um die Übertragung von Strukturbildungsprinzipien aus der Natur in die Architektur vor dem Hintergrund neuer computerbasierter Entwurfs- und Planungsmethoden sowie computergesteuerter Fertigungsmethoden. Durch die Forschungsprojekte unter der Leitung von Prof. Achim Menges, werden neue und innovative Ansätze für das Bauen eröffnet. Bildquelle: _ ICD/ITKE Research Pavilion2010_A.Menges: http://icd.uni-stuttgart.de 3 Innovationspotential 3.1 „Nur-Holz“ Bei zeitgenössischen Holzgebäuden wird Holz fast zu einem zweitrangigen Baustoff, der die Leistungsfähigkeit des Materials nicht ausschöpft. Einen erheblichen Anteil am verbauten Volumens macht nicht das sogenannte Konstruktionsvollholz aus, sondern Brettschichtholz und Plattenware (insb. OSB), die nur zu einem geringeren Anteil aus Holz bestehen und deren Festigkeit aus dem hohen Volumenanteil von Bindemitteln entsteht. Zudem hat sich die Entwicklung neuer Holzbauweisen in den letzten Jahren vor allem auf die Hybridisierung von Holzprodukten mit anderen Baustoffen konzentriert, um die Tragfähigkeit (Holz-Stahl und Holz-StahlBeton) und den Brandschutz zu verbessern. Auch wenn durch diese Verbundbauweisen ganz neue Bauaufgaben für den Holzbau erschlossen werden konnten, wie zum Beispiel der mehrgeschossige Wohnungsbau, so gehen durch die innige Verbindung sehr unterschiedlicher Baustoffe auch viele der Vorteile des Baustoffes Holz verloren: Die sortenreine Trennung, die wichtige Voraussetzung für ein stoffliches Recycling oder eine Kompostierung wäre, ist in der Praxis ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype nicht mehr möglich. Die niedrigen Emissionen und Reduktion der CO2- Emissionen des Holzes werden durch die hohen Emissionen der Sekundärstoffe Großteils kompensiert. Ziel ist es also auf diese Hybridbauweisen zu verzichten und ganz auf die vielfältige Leistungsfähigkeit des Baustoffes Holz zu bauen. Ein Baustoff, der zu 100% natürlich und CO2 neutral, sicher, langlebig und belastbar ist. Bildquellen: siehe Woodcube 3.2 Fügung – Fertigung – Geometrie In dem Projekt sollen traditionelle (oder historische) Fügungen und Bauweisen analysiert werden. Der aktuelle Stand der Technik zeigt, dass „Nur-Holz-Konstruktionen“ sich auf dem Markt bewähren können und zudem viele Vorteile des Baustoffes mit sich bringen, die durch Hybridbauweisen verloren gehen. Ein hervorragendes Beispiel dafür ist das Produkt Holz100 der Firma Thoma Holz GmbH aus Österreich. Dabei werden stehende und liegende Pfosten werden vollmassiv ohne Zwischenräume zu kompakten Bauelementen geschichtet. Staubtrockene Holzdübel durchdringen diese Schichten in der vollen Stärke des Wandelementes. Die Dübel nehmen an ihrem neuen Ort Restfeuchtigkeit auf und quellen unlösbar wie gut verwachsene Äste in die umgebenden Hölzer hinein. Kraftvoll verbinden sie die Einzelteile zu einem massiven Ganzen. Das Besondere am Holz100 Patent ist die leim- und metallfreie Verbindung zu einem einstofflichen, beständigen Element – zu hundert Prozent aus Holz. Skelettbauten aus verschiedenen Materialien erhöhen das Risiko für Bauschäden: Beschädigung, Schimmelbildung, Kondensation, Anschlussfehler, undichte Verbindungen. Einstoffliche Bau-weise bietet dagegen große Vorteile: Holz100-Elemente sind hundertprozentig kondenswassersicher, winddicht, wärme- und schalldämmend. Leimschichten im Holz würden die natürliche Atmung bremsen oder sperren. Verdübelte Holz100 Wände bleiben ungehindert atmungs- und diffusionsfähig. Allein durch das Nutzen des Wissens um traditionelle Fügungsmethoden und durch eine verbesserte Geometrie der Bauteile (durch die Bearbeitung mit CNC-Maschinen) können neue und innovative Konstruktionen entstehen. Bildquelle _Literatur: Japanese Joinery ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 3.3 Integrale Dämmung Massive Holzwände, wie der bereits erwähnte Baustoff Holz100, können tragen und gleichzeitig ohne zusätzliche Dämmstoffschichten, also auf einstoffliche Art, die Dämmwerte eines Niedrigenergiehauses (U´Wert ca. 0,20) erreichen. Dies ist durch die leimfreie Verbindung von Vollholzelementen möglich. Feinste Luftbläschen zwischen den einzelnen Holzlagen unterbrechen die Wärmeleitung und führen zu der hohen Dämmfähigkeit der vollmassiven Wand. Um die Dämmleistung des Bauteiles zusätzlich zu optimieren ermöglicht die Bearbeitung durch neue Fertigungsmethoden (CNC) die Herstellung besonderer Geometrien, so dass Hohlräume in den Bauteilen geschaffen werden und für eine Dämmschicht genutzt werden können. Ein Beispiel dafür sind die Produkte der Firma Dendrolight Latvija aus Lettland, die sich mit solchen Verfahren beschäftigen. Durch die Integrale Dämmung oder die Bildung interner Luftschichten in den Bauteilen lässt sich das Gewicht dieser Bauteile um ein erhebliches Maß reduzieren, was Vorteile für die Mobilität des Prototypen mit sich bringt. Bildquelle: _Dendrolight: http://dendrolight.lv/en/wp-content/themes/dendrolight/bildes/c-dendrolight-core-3.jpg 4 Themen und Inhalte 4.1 4.2 Kompetenz-Ziele - Entwurfsmethoden - Analyse des lokalen Angebots an Energie und Ressourcen - Entwurfsprinzipien (Addition, Subtraktion, Division) - Holzbau Konstruktion - Holzbau-Systeme (Skelett, Holztafelbau, Holzmassivbau, Hybrid-Bauweisen) - Energie-effizientes Bauen, Passivhaus Bauweise - Analyse und Optimierung solarer Gewinne (Energy Mapping) - Brandschutz im mehrgeschossigen Holzbau Tools Energetische Gebäudesimulation: - PHPP (Passivhaus Projektierungs-Paket) Kontextanalysen: - Analyse städtebaulicher, gestalterischen und sozialer Apsekte des Kontexts - Energy Mapping: Analyse von orts-spezifischen Wahrnehmungsphänomenen und räumliche Repräsentation und Notation der Phänomene. Darstellungstechniken, Entwurf: - Skizzen Pläne und Zeichnungen Photomontagen Modelle 3D-CAD Planung 4.3 Abgabelayout für alle Zwischen- und Endpräsentationen WISE 2013 Referate im Layout der Abgabe im Layout des Layout (Booklet 20cm x 20cm) PDF Physisches Modell oder 3D Visualisierung Planformat: DIN A1 Hochformat Alle Abgaben sind auch digital auf beschrifteter CD/DVD im Fachgebiet abzugeben: - Pläne und Graphik: PDF, EPS oder Illustrator (Vektoren) - Visualisierung: JPG (hoch), TIFF 30cm x 20cm mind. 300 dpi. - Modellfotos von allen Modellen: JPG (hoch), TIFF 30cm x 20cm mind. 300 dpi. - Layout der Abgabe im Layout des Layout (Booklet 21cm x 21cm) ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 4.4 Leistungen WISE 2013 - M 1:200 Lageplan als Dachaufsicht mit Zuwegungen, Freiraumkonzept - Mind. M 1:20 alle zum Verständnis notwendigen Grundrisse mit angrenzender Umgebung und Freiraum - Mind. M 1:20 alle Ansichten mit Anschlussbedingungen und Darstellung der angrenzenden Umgebung und des Freiraums mit Höhenangaben (Vorher und Nachher) - Mind. M 1:20 alle zum Verständnis der Lösung notwendige Schnitte mit Höhenangaben und Darstellung der angrenzenden Umgebung und des Freiraums mit Höhenangaben - Systematische Darstellung des Erschließungs- und Nutzungskonzeptes - Systematische Darstellung des Energie- und Nachhaltigkeitskonzept - Analyse des solaren Angebots mittels Energy – Mapping - Energetische Simulation des Gebäudes mit PHPP Passivhaus Simulation - M 1:10/1:5 Atmosphärische und konstruktive Vertiefung in Grundriss und Schnittansicht / Ausschnitt (mind. 3 Detailpunkte, Auswahl ist Entwurfsabhängig) - Atmosphärische und räumliche Darstellungen in Perspektiven, Schnittperspektiven, Isometrien etc. - o.M. Skizzenbuch - Mind. M 1:20 Modell 5 Referenzen und Recherche 5.1 Referenzprojekte 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Tiny - Renzo Piano, Weil am Rhein - Micro Compact - Weimar Forschungsstation Minimal - 24 Appartments: http://www.youtube.com/watch?v=f-iFJ3ncIDo - Boxhome by Rintala Eggertsson Architects - Nakagin Capsule Tower in Tokio,Kisho Kurokawa & associates, Tokio 1972 Solar Decathlon 2012 und 2009: - FH Rosenheim - Tongji Team - HTWG Konstanz - Team Californien SD 2009 60ies - Smithsons: house of future - Archigram: Cushicle, Living Pod, House of the Future - Eco Homes: Compact buBbLe prototype home folds into a box Tegnestuen Vandkunsten: - bbb low-cost housing und - teglværkshavnen housing, - bolig+ Fertighaus - Haus Option, Bauart Architekten und Weber Haus - Haus Didden, MVRDV XS - Parasite Las Palmas - Walden, Nils Holger Moormann - Little House on the River Black, Parsons School of Design u.a. Complex Geometry - Marionettentheater, Cambridge, Mas. Michael Meredith und Pierre Huyghe - Tree House, Mount Fuji Architects Japan I - Das traditionelle japanische Wohnhaus - Drawer House, Mejiro Tokyo - Engawa House Tezuka Architects - Tread Machiya MT 2008, Atelier Bow Wow - Nesteled Box, Jindalji, Tokyo Japan II - Architekturforum Zürich: Learning from Tokyo - ARCH+: Inhalt » Archiv » Ausgabe » 208: Tokio: Die Stadt bewohnen - House in Buzen, Suppose Design Office - Moriyma House - Small House H, Kumiko Inui - Haus in Sapporo, Jun Igarashi Neue Holzbauweisen: - Hermann Kaufmann - Life Cycle Tower - System 3 - Greenprefab.com ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 12. Blockhaus Massivholzbau und Fügung: - - Final Wooden Home - - Antion Lanzinger. Wohnhaus in Tirol - - Zumthor: Wohnhaus in Jena 13. Massivholzkonstruktionen - - traditionelle Zimmermannsverbindungen - - traditionelle japanischer Holzbau 14. IBA Smart Houses - Wood Cube IBA Hamburg - Smart Price Houses 1, 2, 3 - IBA Hamburg 15. Neue Fertigungsmethoden - ICD/ITKE Research Pavilion 2010 - ICD/ITKE Research Pavilion 2011 - http://icd.uni-stuttgart.de/?cat=6 16. Neue Fertigungsmethoden - Wikihouse - - Fab Labs 17. 20K Houses - Rural Studio, 20K Houses I bis XI - MIT's affordable housing project builds first prototype in China 5.2 Analyse Themen und Methoden - Referat 15 - 20 Minuten, 5 Minuten Diskussion 30 bis 40 Folien 5.2.1 Konzept, Entwurfsidee 5.2.2 Daten Architekt, Projektbeteiliget - Hersteller - Auftraggeber, Anlass, Zielgruppe - Fläche BGF - Wohnfläche - Raumprogramm 5.2.3 Wohnen, Raum, Möbllierung - 5.2.4 Baukonstruktion - 5.2.5 Wohnkonzept Raumkonzept, Erschließung, Raumbildung Unterschiedliche Typen (bei Bausystemen) Tragwerk Materialien Primär, Sekundär, Ausbau Fassade Bauweise und Vorfertigung und Modularisierung, Transport Energiekonzept und Technik - Lokales Klima Energiekonzept, Autarkie-Grad Energetischer Standard / Energieverbrauch o Im Zweifel qualitativ Haustechnik: o Heizung (Erzeugung, Verteilung) o Kühlung o Lüftung o Energie-Erzeugung o Autarkie? ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 6 Semesterablauf | Timber Prototype 6.1 Zeitplanung: Entwicklung des Prototypen WiSe 2013 / 2014 SW Datum 2 26.09. Thema Einführung 3 03.10. Feiertag 3 04.10. Zusatztermin muss Rücksprache Block I: Themen 1 bis 6 mit Alex und noch geprüft werden Svenja mit Alex und Svenja Rücksprache Block I: Themen 1 bis 5 4 10.10. Referate Rücksprache Block II: Themen 6 bis 10 5 17.10. Referate 6 24.10. Referate 7 31.10. Volumetrie 8 07.11. Volumetrie und Module Volumetrie und Module, Transporte und Größen, Thema Tragstruktur und Modularisierung 10 14.11. Zwischentestat Entwurfskonzept und Wohnen 11 21.11. 12 28.11. Wohnen und Module Wohnen und Module, Wohnkonzept, Äußere und innere Erschließung, Zonierung, Außenbereiche , Vertiefung Entwurfskonzepts: Zimmer und Nebenräume Besuch Terhalle Exkursion und Input Fabrikation 27.11. oder Baukonstruktion Gebäudehülle 29.11. 13 05.12. Energie-Effizienz Gebäudehülle 11 12.12. Jury 11 13.12. Workshop Aufgabe Vorstellung der Semesteraufgabe Zweier Teams: Start mit Entwurf Eigenständige Bearbeitung Referate Referate Block I: Themen 1 bis 5 Rücksprache Referate Korrektur Entwurf Referate Block II: Themen 6 bis 10 Rücksprache Referate Korrektur Entwurf Referate Block III: Themen 11 bis 16 Rücksprache Referate Korrektur Entwurf Entwurf Städtebau, Volumetrie Analyse Kontext Korrekturen: Baukonstruktion, Tragsystem, Fassaden-Entwurf und Optimierung der Gebäudehülle Energetische Optimierung, Konzept Haustechink Vorstellung Entwürfe und Entscheidung welche Aspekte weitergeführt werden Formierung Teams. Tragstruktur und Transport, Fertigung und Detail, Fassade und Gebäudehülle, Energie-System, Möbel und Einrichtung, Licht und Elektro, Außenraum und Städtebau.... 14 19.12. Workshop , Teams (Spezialisierung) Die einzelnen Entwürfe werden zu einem Konzept zusammengeführt 14 26.12. Weihnachtsferien Eigenständige Weiterbearbeitung 15 02.01 Weihnachtsferien Eigenständige Weiterbearbeitung 18 09.01. Eizelthemen Teams Einzelkorrekturen Teams. Tragstruktur und Transport, Fertigung und Detail, Fassade und Gebäudehülle, Energie-System, Möbel und Einrichtung, Licht und Elektro, Außenraum und Städtebau.... 19 16.01. Testat und Workshop Vorstellung Teams, Workshop Schnittstellen und Konzepte 15 23.01 30.01. 06.02. Eizelthemen Teams Eizelthemen Teams Einzelkorrekturen Teams. Themen individuell Einzelkorrekturen Teams. Themen individuell Testat und Abgabe Vorstellung Projekt 20 22 Tools Input Input: Referatsthemen Rücksprache Block III: Themen 11 bis 16 Volumenmodelle (physische Modelle, mind. 3 Optionen M 1:100 Volumenmodelle, Strukturmmodelle Pläne und Arbeitsmodelle Modelle M 1:100 Pläne und Strukturmodelle Strukturmodelle Holzbau Systeme Fassadenschnitt 1:20 bis 1:5 PHPP oder EnerCalc, Input Energie Effizienz Energiequellen, Sonnenstandsanalyse Pläne 1:100 komplett (Arbeitsstand) und Modelle 6.2 Bau und Vertiefung des Prototypen SoSe 2014/ Thesis zu Einzelthemen Die Teilnahme an beiden Semestern ist verpflichtend. Im Sommersemester wird der Prototyp gebaut und zu den Einzelthemen der Baukonstruktion eine Thesis geschrieben. ba.m3.5 Baukonstruktion (Konstruktiver Entwurf) Timber Prototype 7 Literatur und Quellen - Nachhaltig Entwerfen, Hans Drexler, Sebastian El Khouli, Basel Berlin Boston, 2011 - Archilab 2006 Minihäuser in Japan - ARCH+ Holz - Holzbau-Atlas II - PHPP Handbuch - Literatur-Klassiker Tetsuro Yoshida, DAS JAPANISCHE WOHNHAUS, Tübingen 1954 - G. Rüdiger Kujawski. Universität GH Essen, TRADITIONELLES WOHNHAUS - Japan - bei DuEPublico - http://www.uni-leipzig.de/~japan/cms/uploads/media/Das_japanische_Haus_de_01.pdf international publications about traditional architecture - ALCOCK Rutherford, Sir; Art and Art Industries in Japan, Londres: Virtue and Co, 202 p., 1878. - MORSE Edward Sylvester; Japanese Homes and Their Surroundings, 1885 New York: Dover Editions; Paris: Editions Kimé 372 p., 1885. - BRINCKMANN Justus; Kunst und Handwerk in Japan Berlin:Wagner, 300 p. 1889. - BALTZER Franz; Das Japanische Haus. Eine Bautechnische Studie Berlin: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 72 p., 1903. - OKAKURA Kakuzo; Book of Tea New York: Duffield and Green, 160 p., 1906. - BALTZER Franz; Die Architektur Der Kultbauten Japans Berlin: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 354 p., 1907. - WRIGHT Frank Lloyd; Japanese Print, an Interpretation New York: Horizon Press, 142 p., 1912. - TAUT Bruno; Die Neue Wohnung Leipzig: Verlag Klinkhardt & Biermann, 124 p., 1926. - - Neue winzig kleine Häuser, Mimi Zeiger (Autor) - - Japan: Wohnen+ Bauen /Dwelling Houses, Werner Blaser - - Sublime: New Design and Architecture from Japan, Gestalten: R. Klanten - - Große Ideen für kleine Räume, Terence Conrad traditional architecture vs modern architecture - TANIZAKI Jun'ichiro; Lob des Schattens, 1933. - SADLER Arthur Lindsay; Cha-no-yu, The Japanese Tea Ceremony Londres: Kegan Paul, Trench, Trubner & Co, 245 p., 1934 - YOSHIDA Tetsuro; Das Japanische Wohnhaus Berlin: Ernst Wasmuth, 193 p., 1935. - HARADA Jiro; The Lesson of Japanese Architecture Londres: Berlin C. G. Holme, 192 p., 1936. - TAUT Bruno; Fundamentals of Japanese Architecture Tôkyô: Kokusai Bunka Shinkokai, 36 p., 1936 - TAUT Bruno; Houses and People of Japan Tôkyô: Gridford-Sanseidô, Londres, 388 p., 1937. - YOSHIDA Tetsuro; Japanische Architektur Tübingen: Ernst Wasmuth, 208 p., 1952. - CARVER F. Jr Norman; Form and Space of Japanese Architecture Tôkyô: Shokokusha Publishing Co, 200 p., 1955. - BLASER Werner; Japanese Temples and Tea-Houses New York: F.W. Dodge Corporation, 156 p., 1956. - BLASER Werner; Struktur Und Gestalt in Japan/ Structure and Form in Japan Zurich: Les éditions d'Architecture, Artémis Verlag, 207 p., 1963
