SPATIAL TIMBER ASSEMBLIES

Spatial Timber Assemblies ist ein innovativer, roboterbasierter Vorfabrikationsprozesses für Holzrahmenbau-Module. Dieser Prozess kombiniert bestehende Methoden im Holzrahmenbau mit der Präzision und der Geschwindigkeit robotischer Fabrikation, unabhängig davon welche strukturelle Komplexität die zu fabrizierenden Bauelemente mit sich bringen.

Spatial Timber Assemblies ist ein gemeinsames Projekt von Gramazio Kohler Research, ETH Zürich und der ERNE AG Holzbau. Der Fokus liegt auf der Entwicklung und der Einführung eines innovativen, roboterbasierten Fabrikationsprozesses für Holzrahmenbau-Module. Dieser Prozess baut auf bestehenden Methoden für Holzrahmenbau auf. Dank dem Roboter können jedoch zusätzlich bedarfssynchron Teile produziert werden (Just-in-time-Produktion) und Material kann präzise im Raum platziert werden. Durch den Einsatz des Roboters können die Holzmodule ungeachtet ihrer Komplexität weitgehend vorgefertigt werden, wodurch eine schnelle und einfache Montage vor Ort auf der Baustelle möglich wird.

Im Rahmen des Projektes wurde ein computergestütztes Gestaltungsmodell entwickelt, das basierend auf vielen Eingabeparametern eine Geometrie aus Holzbalken generiert. Die primären Design-Inputs sind Wände, die als einzelne Oberflächen dargestellt werden und Punkte, die angeben, wo Verbindungen zu externen Systemen gemacht werden können – im Falle von DFAB HOUSE zum Beispiel zur Smart Slab Betondecke. Die resultierenden Balken werden dann basierend auf den berechneten Lasten dimensioniert und mit den Fabrikations- und Montage-Rahmenbedingungen abgeglichen.

Unter Anwendung des computergestützten Gestaltungsmodells fabriziert und montiert das Multi-Roboter-System in einem weiteren Schritt den Entwurf. Jeder Balken wird vom Roboter gegriffen, in Position gebracht und dann mit einer CNC-gesteuerten Säge zugeschnitten. Danach fräst der Roboter alle erforderlichen Löcher und bohrt diese für die einzelnen Anschlüsse vor. Die Balken werden dann mithilfe von Pfadplanungs-Tools im Raum angeordnet. Während der Fabrikation werden auch Toleranzen registriert und an ein internes Referenzsystem (iGPS) und an optische Sensoren angepasst.

Spatial Timber Assemblies wird die tragende Holzstruktur der oberen zwei Geschosse des Bauprojektes DFAB HOUSE fertigen. Im Gegensatz zu Standard-Holzrahmentragwerken können die seitlichen Lasten hier von den Holzbalken selbst getragen werden, wodurch Verstärkungsplatten nicht mehr zwingend nötig sind. So kann das Gesamtgewicht reduziert werden und das System kann sich nach der Regelgeometrie der Fassade des DFAB HOUSE richten.

Weitere Innovationen

Projektbeteiligte:
Leitende Forscher
Prof. Fabio Gramazio, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich
Prof. Matthias Kohler, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich

Involvierte Forscherinnen und Forscher
Andreas Thoma (Projektleitung Fabrikation), Arash Adel (Projektleitung rechengestütztes Entwerfen), Thomas Wehrle (Projektleitung ERNE AG Holzbau), Lukas Stadelmann, Matthias Helmreich, Augusto Gandía, Gonzalo Casas, Matteo Pacher, Dr. Thomas Kohlhammer, Dr. Volker Helm, Dr. Ammar Mirjan

Unterstützende Techniker
Michael Lyrenmann, Philippe Fleischmann

Industriepartner
ERNE AG Holzbau
best wood SCHNEIDER GmbH

Bildrechte:
Gramazio Kohler Research, ETH Zürich or Keystone / Christian Beutler.
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