Vernetzung und Kompetenzen der Architektur-Teilprojekte A01, A02 und A03
Foto: (c) ICD
Von etablierten Tragwerkstypologien zu adaptierbaren Tragewerksindividuen
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Adaptierbarkeit als maßgebliches Entwurfskriterium: Integration des Redundanzkonzepts (A04, B01) als zentrale Rückkopplungsschleife in computerbasierten Entwurfsverfahren. 2000 Tragwerkselemente == 4.000.000 Einträge in der entsprechenden Adaptierbarkeitsmatrix.
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Visualisierung globaler und lokaler Adaptierbarkeitswerte
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Förderphase II
Das Teilprojekt A02 trägt zum interdisziplinären Ansatz des Sonderforschungsbereiches bei, indem es den Entwurf adaptiver Gebäude aus der Perspektive der computerbasierten Architekturplanung untersucht. Ziel ist es, die Forschungsergebnisse des Gesamtprojekts und die Vorteile der Adaptivität für die architektonische Praxis zugänglich zu machen. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung geeigneter Verfahren und Werkzeuge, die Architekt*innen in die Lage versetzen, adaptive Gebäude so entwerfen zu können, dass dabei die komplexen technischen Anforderungen mit möglichst großer Kreativität vereinbar sind und somit die vollen architektonischen und konstruktiven Möglichkeiten der Adaptivität genutzt werden können. A02 bearbeitet also Fragestellungen, die die methodische und interdisziplinäre Betrachtung in Teilprojekt A01, sowie die konzeptionelle Reflexion und Projektion in Teilprojekt A03 ergänzen.
Folgende Fragestellung wird im vorliegenden Teilprojekt wissenschaftlich untersucht:
- Welche computerbasierten Verfahren und Werkzeuge eignen sich dazu, die Prinzipien der Adaptivität und ihrer baulichen Umsetzung in die Vorentwurfs- und Entwurfsphasen zu integrieren?
Bestehende Planungsprozesse sind linear und hierarchisch aufgebaut. Dadurch lassen sich die bei adaptiven Strukturen und Hüllen erforderlichen tragwerksplanerischen, konstruktiven, bauphysikalischen, maschinenbaulichen und mechatronischen Überlegungen nur schwer in die frühen Planungsentscheidungen integrieren. Die vorhandenen Methoden und Vorgehensweisen der architektonischen Planung sind nur bedingt auf adaptive Strukturen übertragbar, da sie deren interdisziplinärem Charakter nicht gerecht werden.
Aufbauend auf den Vorarbeiten der ersten Förderperiode werden in der zweiten Förderperiode zwei komplementäre Forschungsstränge verfolgt:
Der erste Forschungsstrang zielt darauf ab, die bisher entwickelten Entwurfsverfahren und -werkzeuge hinsichtlich weiterer Tragwerks- und Aktuierungskonzepte zu vertiefen, sowie die Integration von nutzungs- und architekturspezifischen Entwurfskriterien zu stärken. Dafür wird der bisher im Fokus von A02 stehende Entwurf von adaptiven Stabtragwerken um adaptive Flächentragwerke (A04, A06, B01) ergänzt. Ebenso werden neben der bereits erfolgreichen Integration quantitativer nun auch die qualitativen Aspekte der architektonischen Gestaltung (A03) mit einbezogen. Dies soll jedoch nicht durch den Versuch ihrer Quantifizierung geschehen, sondern durch umfassende Strategien der Entwurfsinteraktion und Visualisierung (B05).
Im zweiten Forschungsstrang werden die zunächst auf die frühe Entwurfsphase fokussierten Arbeiten so ausgeweitet, dass entworfene adaptive Strukturen auch über den Zeitpunkt ihrer ersten Baufertigstellung und Inbetriebnahme hinaus rekonfigurierbar bzw. baulich anpassbar bleiben. Um diese „Umplanbarkeit“ zukünftiger, adaptiver Bestandsgebäude zu ermöglichen, wird die Grundlage für cyber-physikalische Architekturentwurfsverfahren geschaffen (A01, B04, B05), die Entwurfsentscheidungen und -änderungen auch nach Abschluss der Planungs- und Bauphase erlauben.
Aufbauend auf den Vorarbeiten der ersten Förderperiode werden in der zweiten Förderperiode zwei komplementäre Forschungsstränge verfolgt:
Der erste Forschungsstrang zielt darauf ab, die bisher entwickelten Entwurfsverfahren und -werkzeuge hinsichtlich weiterer Tragwerks- und Aktuierungskonzepte zu vertiefen, sowie die Integration von nutzungs- und architekturspezifischen Entwurfskriterien zu stärken. Dafür wird der bisher im Fokus von A02 stehende Entwurf von adaptiven Stabtragwerken um adaptive Flächentragwerke (A04, A06, B01) ergänzt. Ebenso werden neben der bereits erfolgreichen Integration quantitativer nun auch die qualitativen Aspekte der architektonischen Gestaltung (A03) mit einbezogen. Dies soll jedoch nicht durch den Versuch ihrer Quantifizierung geschehen, sondern durch umfassende Strategien der Entwurfsinteraktion und Visualisierung (B05).
Im zweiten Forschungsstrang werden die zunächst auf die frühe Entwurfsphase fokussierten Arbeiten so ausgeweitet, dass entworfene adaptive Strukturen auch über den Zeitpunkt ihrer ersten Baufertigstellung und Inbetriebnahme hinaus rekonfigurierbar bzw. baulich anpassbar bleiben. Um diese „Umplanbarkeit“ zukünftiger, adaptiver Bestandsgebäude zu ermöglichen, wird die Grundlage für cyber-physikalische Architekturentwurfsverfahren geschaffen (A01, B04, B05), die Entwurfsentscheidungen und -änderungen auch nach Abschluss der Planungs- und Bauphase erlauben.
Förderperiode 2: Vertiefung und Ausweitung bisheriger Arbeiten. Photo: ICD
Teilprojektleiter:innen
- Prof. Dipl. AA (Hons) Achim Menges, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung
Förderphase I
Ergebnis der ersten Förderperiode ist ein integratives, computerbasiertes Entwurfsverfahren zur Exploration des architektonischen Lösungsraums adaptiver Strukturen. Angesichts der Eigenheiten und Komplexität adaptiver Gebäude wurde hierfür eine agentenbasierte Modellierungsmethode verfolgt und für den Entwurf adaptiver Stabtragwerke definiert sowie umgesetzt. Das daraus hervorgehende Entwurfs-Assistenzsystem unterstützt Entwerfende bereits in frühen Entwurfsphasen bei der Berücksichtigung der für adaptive Strukturen maßgeblichen Entwurfskriterien. Um insbesondere die Adaptierbarkeit von Struktur und Geometrie im Entwurfsprozess durchgehend sicherzustellen, wurde die im SFB 1244 entwickelte Methode der Adaptierbarkeitsbewertung (A04/B01) als maßgebliche quantitative Rückkopplungsschleife implementiert. Zudem ermöglichen anwendungsspezifische Visualisierungsstrategien eine enge Einbindung der Entwerfenden. Diese Entwicklungen bilden eine wesentliche Grundlage für den Architekturentwurf adaptiver Strukturen bzw. für die Exploration deren architektonischer Potentiale jenseits üblicher Tragwerkstypologien.
Teilprojektleiter:innen
- Prof. Dipl. AA (Hons) Achim Menges, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung
Publikationen
- L.-M. Krauß u. a., „Baustatische Methoden für Entwurf, Auslegung und Betrieb adaptiver Tragwerke“, in Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 15, 04. und 05. März 2024, Hamburg, B. Oesterle, A. Bögle, W. Weber, und L. Striefler, Hrsg., in Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 15, 04. und 05. März 2024, Hamburg. 2024, S. 101--108. doi: 10.15480/882.9247.
- L.-M. Krauß u. a., „Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 15 : 04. und 05. März 2024, Hamburg“. Institut für Baustatik, Technische Universität Hamburg, 2024. doi: 10.15480/882.9247.
- X. Yang, A. Lehrecke, C. Tucker, R. Duque Estrada Almeida Araujo, M. Maierhofer, und A. Menges, „Spatial Lacing : A Novel Composite Material System for Fibrous Networks“, in Towards Radical Regeneration : Design Modelling Symposium Berlin 2022, in Towards Radical Regeneration : Design Modelling Symposium Berlin 2022. Springer, 2023, S. 556–568. doi: 10.1007/978-3-031-13249-0_44.
- A. Shad u. a., „Assembly-Oriented Design Methodology for Segmented Timber Shells“, in Innovation, Sustainability, Legacy: Proceedings of the IASS 2022 Symposium affiliated with APCS 2022 conference, S. Xue, J. Wu, und G. Sun, Hrsg., in Innovation, Sustainability, Legacy: Proceedings of the IASS 2022 Symposium affiliated with APCS 2022 conference. 2022, S. 1526–1537.
- D. Stieler, T. Schwinn, S. Leder, M. Maiferhofer, F. Kannenberg, und A. Menges, „Agent-based modeling and simulation in architecture“, Automation in contraction, Bd. 141, Nr. 104426, Art. Nr. 104426, Sep. 2022.
- D. Stieler, T. Schwinn, S. Leder, und M. Maiferhofer, „Agent-based modeling and simulation in architecture“, Automation in contraction, Bd. 141, Nr. 104426, Art. Nr. 104426, 2022.
- C. Tucker, X. Yang, A. Lehrecke, M. Maierhofer, R. Duque Estrada, und A. Menges, „A Collaborative Multi-robot Platform for the Distributed Fabrication of Three-dimensional Fibrous Networks (Spatial Lacing)“, in Proceedings of the 7th Annual ACM Symposium on Computational Fabrication, in Proceedings of the 7th Annual ACM Symposium on Computational Fabrication. Seattle, WA, USA: Association for Computing Machinery, Okt. 2022, S. 1–18. doi: 10.1145/3559400.3561995.
- G. Łochnicki, N. Kubail Kalousdian, S. Leder, M. Maierhofer, D. Wood, und A. Menges, „Co-Designing Material-Robot Construction Behaviors: Teaching distributed robotic systems to leverage active bending for light-touch assembly of bamboo bundle structures“, in Realignments: Toward Critical Computation - ACADIA 2021, B. Farahi, B. Bogosian, J. Scott, J. L. García del Castillo y López, K. Dörfler, J. A. Grant, S. Parascho, und V. A. A. Noel, Hrsg., in Realignments: Toward Critical Computation - ACADIA 2021. 2021.
- M. Maierhofer, M. Ulber, M. Mahall, A. Serbest, und A. Menges, „Anthropologic – Architecture and Fabrication in the cognitive age Designing (for) Change Towards adaptivity-specific architectural design for situational open Environments“, eCAADe 38, 2020, S. 575–584.
- S. Leistner u. a., „Research on integral design and planning processes for adaptive buildings“, Architectural Engineering and Design Management, Bd. 0, Nr. 0, Art. Nr. 0, 2020, doi: 10.1080/17452007.2020.1856031.
- M. Maierhofer und A. Menges, „Towards integrative design processes and computational design tools for the design space exploration of adaptive architectural structures“, in International Conference on Emerging Technologies In Architectural Design (ICETAD2019), in International Conference on Emerging Technologies In Architectural Design (ICETAD2019). 2019.
Ansprechperson
Mathias Maierhofer
M.Sc.Doktorand