Bridging the Gap

Ergebnisse des Entwurfsprojekts Bridging the Gap: Optimizing Structures Februar 2011

Betreuung: Vertr.-Prof. Dr. Reinhard König und Dipl.-Ing. Florian Geddert

Informatik in der Architektur

Bauhaus-Universität Weimar, Professur Informatik in der Architektur, Belvederer Allee 1, 99421 Weimar Fon: +49/3643/584201, [email protected], 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 Bau-haus-Universität Weimar. Dipl.-Ing. Florian Geddert ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Profes-sur 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

Reinhard König1, Florian Geddert

2

[email protected],

[email protected]

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 para-

metrischen Software Rhino/Grasshopper entworfen und optimiert. Ein ausgewähltes Projekt

soll mittels digitaler Fabrikationsmethoden im Maßstab 1:1 hergestellt und getestet wer-

den. 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.

spiegelachse..........................................................................

spie

gela

chse

......

......

......

.

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFAR

Thema des Entwurfs ist die Entwicklung eines komplexen, räumlichen Tragwerks, mit dem Ziel, die Lücke zwischen Architekt als reinem Entwerfer und Statiker als reinem Konstrukteur zu schließen. In der Zusammenarbeit zwischen der Professur Informatikin 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.

Die Brücke besteht aus mehreren Teilelementen, welche sich zu einem komplexem dreidi-mensionalen System kombinieren. Dabei können die Teilelemente unabhängig voneinander �� -passen.

C\\ Sidewalk

B\\ Structure Element

A\\ Structure System

Aufgrund dessen ist es möglich, das Brückensystem in Form, Gestalt und Skalierung zu ändern und immer wieder neue Systeme für unterschiedlichste Standorte und Gegeben-heiten zu erzeugen.

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

Die Kombination einer zweifach gekrümmten Fläche mit einer Faltung ermöglicht äußerst geringe Materialstärken bei einer hohen Tragfähigkeit und somit äußerst leistungsfähige statische Systeme.

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

B\\ Structure Element

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

C\\ Sidewalk�� !"� � #�� $� %�� ! �� &�� '�� ! �� !� �� *�� %�� %�� !"� das statische System der Brücke von Belang und dient den Passanten nicht nur zum Über-queren dieser.

D\\ MaterialienDie Flächen übertragen als Platten, Biegemomente und als Scheiben Normalkräfte. Siemüssen daher gegen Ausbeulen und Ausknicken stabilisiert werden.

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

bridging the gap *** optimizing structures

concept * folded plate

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

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

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

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

Um die Platten zu stabilisieren, wären Aufkantungen oder Verstärkungen durch Rippen nötig. Eine Alternative hierzu sind Sandwichelemente. Diese bieten den Vorteil der %�� 5��

A\\ plane Fläche ohne Höhe

B\\ falten der Fläche in Querrichtung

C\\ knicken der äußeren Faltung

D\\ krümmung der Faltung zu Bogen

E\\ verjüngung der Struktur am Scheitelpunkt

Anzahl PatternX-Achse................004Y-Achse................008

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

HochpunkteX-Achse...............0.25Y-Achse...............0.25Z-Achse...............-005

\\ section

\\ top

\\ fr

ont

\\ cross section

\\ side


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

HochpunkteX-Achse...............0.75Y-Achse...............0.75Z-Achse..............+010

bridging the gap folded plate e ***plan nr.

01***

*** optimizing structures


TiefpunktePunkt 4...............0.70Punkt 5...............0.30Punkt 6...............0.30Punkt 7...............0.70Z-Achse.............+008




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

\\ modulation_02

\\ modulation_03\\ modulation_04

Bridge Variante_ALänge [m] .........................3,10Breite [m] .........................8.60Höhe [m] ..........................1,05

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

SidewalkFläche [m²]............................94Anzahl Segmente.............10,65

***alternative

modulationen

***

***perspektiveaus kanal***

***variante_amaßstab 1_25***

***

folded

bridge system

***

***daten

variante_a***

\\ modulation_01

Bridge Variante_BLänge [m] ..........................9,15Breite [m] ..........................3,55Höhe [m] ...........................1,40

Folded PlateFläche [m²]......................33,60Anzahl Segmente................108Anzahl „Base-Splines“............3

SidewalkFläche [m²]......................14,50Anzahl Segmente..................18


\\ side

\\ section

\\ top

\\ fr

ont

\\ cross section

\\ slider >>> Anzahl PatternX-AchseY-Achse

TiefpunktePunkt 4Punkt 5Punkt 6Punkt 7Z-Achse

HochpunkteX-AchseY-AchseZ-Achse

\\ surfaces >>> of folded plate \\ mirror >>> of surfaces

HochpunkteX-Achse...............0.50Y-Achse...............0.66Z-Achse.............+9.50


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

detail

Senkkopfschraube

Polycarbonat-Verbundplatte | 19mm

Halterung aus Flachstahl | 4mm

��

Unterlegscheibe

Sechskantmutter, angeschweißt auf Flachstahl

Tagwerk aus Multiplex (Siebdruckplatte), Kanten auf gehrung geschnitten und verleimt| 21mm

Konterstück aus Multiplex, mit Tragwerk verleimt

Sechskantmutter

section top

bridging the gap folded plate e ***plan nr.

02***

*** optimizing structures

***

grasshopper

funktion

***

***perspektivevon platz***

***variante_bmaßstab 1_25***

***daten

variante_b***

***

folded

bridge system

***

***details

maßstab 1_1

***

\\ modulation_05

Bridging the Gap I Optimizing Structures Frank Peisert I Max Wasserkampf

Perspective

PerspectiveDeveloping the Framework

Floor Plan

Longitudinal Section

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 condition that the design is completely parameterized gives

� ��

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.

Perspective

Perspective

Detail of connections

Cross Section

��

Bridging the Gap


Aussenperspektive

Thomas Frisse I Christoph Kuhlemann

8.20

welding end connectionbolted to frameworkMain Building

Infar

17.5

2.75

section planM 1:20

filling the missing

2.85

1.96

8.20

0.98

Main BuildingInfar staircase


section planM 1:20

floor planM 1:20

attachement to the wall withsteel anchors

three layers of1.8 cm OSB-4-boards

held by size-100-bolts

piece between parametric design and traditional architecture


Perspective

Ground Floor

Elevation BS = 1/10

Bridging the Gap-Optimizing StructuresTHE_EMERGENCY_BRIDGE

Roberto Carrasco Cañizares

Marta Mª Madrona Seijas

S = 1/10

no scale


Inner perspective

Elevation A

Section A

Section B

S = 1/10

S = 1/10

S = 1/10

S = 1/10

Bridging the Gap-Optimizing Structures Afonso Costa I Rui Lima


Groundplan 1/10

Elevation 1/10


Grasshopper File

Conceptual Assembly

Detail of Assembly

Bridging the Gap-Optimizing Structures Afonso Costa I Rui Lima

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


Außenraumperspektive

Grundriss M 1:20

Schnitt M 1:20

INFORMATIK IN DER ARCHITEKTUR I INFARDetailzeichnungen

Innenraumperspektive

Isometrie Nachtperspektive

T�� IIIIIIMAIN IDEA

I �� , �� : ��-��, ��-�� -��, � ��-��-��... F�� -�� , �� . O�� -�� -�� . W� �� -�� (38 ��) �� , � �� B�� . T�� , �� . L�� , �� .

TOP VIEW �: 1/20

SIDE VIEW �: 1/20

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IIITTLIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIB��IIIIIIIF�� D� C��R�� R��

F�� G��B��

S�� : 1/20

F�� : 1/20

D�� : 1/5 I �� V��

S�� : 1/30

L� � S�� : 1/20

F�� 1/20

Documents

Bridging the Gap