nieuws

Op magistrale wijze spinnen Duitse robots heuse gebouwen

bouwbreed 1971

Op magistrale wijze spinnen Duitse robots heuse gebouwen

Door koolstofvezels nat in nat met een robot te spinnen over glasvezels, maakt een bouwteam uit Stuttgart spectaculaire bouwelementen. De materialen zitten echt alleen daar waar ze constructief nodig zijn.  Daarmee worden vezelversterkte constructies eindelijk ook mooi, laat een verbluffend paviljoen zien op een tentoonstelling in Heillbronn. 

Het 400 vierkante meter grote bouwwerk verschaft deze zomer onderdak aan discussies en presentaties op de tuinbouwtentoonstelling, Buga in Heilbronn. Een soort Duitse evenknie van de Floriade. De draagconstructie bestaat uit kokervormige elementen die zijn samengesteld tot een soort vakwerkkoepel. Maar dan organischer van vorm dan de stalen of houten spanten waaruit geodetische koepels en blobs tot nu toe worden opgebouwd. De overspanning van het Buga paviljoen is 23 meter.

Koolstofvezels volgen de krachtenlijnen

De kokers zijn gemaakt van ingenieus geweven glas- en koolstofvezels. De transparante glasvezels vormen een soort ondergrond waar overheen de zwarte koolstofvezels zijn gevlochten. De laatsten volgen fraai de krachtenlijnen in de constructie.

De bouw van het paviljoen vergde, om te beginnen, een geavanceerd digitaal ontwerpproces. Zonder de nieuwste ontwerpsoftware was het volgens constructeur en hoogleraar Jan Knippers een hels karwei geweest om de vormen te tekenen. “Laat staan dat het ook nog eens mogelijk was om uit te rekenen waar de vezels precies moeten komen voor een optimale krachtsafdracht.”

Geen kernmateriaal nodig

De hyberbole elementen zijn hol. Er is dus geen balsahout, hardschuim of wat voor ander kernmateriaal gebruikt dat bij vezelversterkte constructies vaak nodig is om de afstand tussen boven- en onderhuid te waarborgen. De afwezigheid van een kernmateriaal maakt het volgens Knippers mogelijk het spel tussen het transparante glas en de zwarte koolstof te laten zien en uit te lichten. Dat is wat de constructie volgens hem ook zo boeiend maakt. Het is niet nodig de vezels aan het zicht te onttrekken achter een laag plamuur die glimmend wordt opgepoetst, zoals meestal gebeurt.  Dan worden wel de materiaaleigenschappen benut, grote overspanningen bij een slanke lichte constructie, maar wordt het materiaal weggemofffeld. Bij het Buga Fibre-paviljoen is het juist het materiaal zelf dat spreekt. En dat is nieuw in de wereld van de vezelversterkte kunststoffen.

Het ontwerpteam waarin ook een club rond hoogleraar computer gestuurd ontwerpen Achim Menges een stempel drukte, heeft zich laten inspireren door de natuur. Ook in andere experimentele constructies van hun hand hanteren het team graag organische constructieprincipes. De natuur maakt volgens de bouwers namelijk heel elegant gebruik van materialen en verspilt zelden iets. Ongeacht of het om een 30 meter hoge boom gaat, het uitwendige pantser van een klein kevertje, of het dijbeen van een mammoet.

Alles voldoet aan de strenge Duitse normen

Ook bij het Buga paviljoen doet volgens Knippers elke vezel mee in de krachtsafdracht en wort er heel zuinig met materialen omgesprongen. Tegelijkertijd voldoet het paviljoen aan alle veiligheidsnormen en toelatingseisen. En die zijn in Heilbronn, net als in de rest van Duitsland, berucht streng. De druk-elementen en de verbindingen zijn uitvoerig beproefd in diverse laboratoria. De elementen bleken gemakkelijk een belasting van 25 ton aan te kunnen.  Dat zijn meer dan 15 personenauto’s.

De uitvoering van de elementen voor het Buga paviljoen is misschien nog fascinerender dan het complexe digitale ontwerp. Daarvoor tekent de startup Fibr die is voortgekomen uit bouwkundefaculteit van de universiteit Stuttgart. Fibr beschikt over een robot die de vezels van een stelsel spoelen oppikt en ze spant tussen de haken van een hulpframe dat kan ronddraaien. Diverse filmpjes op Youtube maken dat productie proces mooi inzichtelijk. Terwijl de vezels van de spoelen wikkelen worden ze door een bad epoxyhars getrokken en op hun plek gelegd. De glasvezels en koolstofvezels worden nat in nat gewikkeld, compleet automatisch gestuurd.

Vier uur uitharden in de oven

In een paar uur tijd brengt de robot de 1000 meter glasvezel en 1600 meter koolstof, nat in nat, aan voor een hyperbool element. Dat moet daarna vier uur in de oven om bij een temperatuur van zo’n 80 graden uit te harden. Daarna kan het tijdelijke hulpframe worden verwijderd, zodat het holle element overblijft. Aan de uiteinden van de kokers zijn aluminium strips meegelamineerd zodat de elementen met een boutverbinding gekoppeld kunnen worden tot een ruimte-vakwerk.

Montage lichtgewicht elementen is fluitje van een cent

Die montage was volgens Knippers een fluitje van een cent. Met een gewicht van zo’n 7,6 kilo per vierkante meter vloeroppervlak is de draagconstructie namelijk extreem licht. Bijna vijf keer lichter dan wanneer voor een stalen vakwerkconstructie was gekozen. Met hulp van twee schaarliften en een bescheiden kraan, zette een handvol mensen het paviljoen met een overspanning van 23 meter in een week tijd in elkaar. En na afloop van de tentoonstelling kan het op dezelfde manier weer worden gedemonteerd. Alle materialen passen samen in een paar containers. Het vakwerk is omtrokken met voorgespannen etfe-folie dat een waterdichte huid vormt. Tot begin oktober is het paviljoen te bezoeken in het centrum van Heilbron. Wat er daarna mee gebeurt is nog niet bekend. Knippers rekent er stiekem op dat er wel een nieuwe bestemming voor wordt gevonden, hoewel dat met voorgangers van het Buga Fibre-paviljoen niet altijd lukte.

Steeds meer een echt gebouw

Het team rond de hoogleraren Knippers en Menges van de universiteit Stuttgart is al langer bezig met het ingenieus vervlechten van glas- en koostofvezels. Ze bouwden eerder follies en overkappingen ook met gebruik van een robot. Een bekend voorbeeld is een tijdelijk paviljoen uit 2016 op de binnenplaats van het Victoria en Albertmuseum in Londen.  Met het Buga Fibre-paviljoen, met zijn diameter van 23 meter en transparante maar waterdichte huid, komen volgens Knippers nu ook echte gebouwen binnen handbereik.

 

BID logoWilt u meer weten over robotisering in de bouw?
Bezoek dan BID (Building Industrialization & Digital transformation) op 3 en 4 december in de Jaarbeurs in Utrecht.
Meer informatie>>

 

Foto's

Reageer op dit artikel