SPATIAL TIMBER ASSEMBLIES

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. Der Prozess baut auf bestehenden Methoden für Holzrahmenbau auf. Dank der Möglichkeiten der Roboter können jedoch zusätzlich bedarfssynchron massgeschneiderteTeile 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 Entwurfswerkzeug 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 statische Verbindungen zu externen Systemen möglich sind – im Falle von DFAB HOUSE zum Beispiel zur Smart Slab Betondecke. Die resultierenden Balken wurden dann entsprechend der berechneten Lasten dimensioniert und mit den Fabrikations- und Montage-Rahmenbedingungen abgeglichen.

Der computergestütze Entwurf wurde anschliessend durch das Multi-Roboter-System Entwurf fabriziert und assembliert. Jeder einzelne Balken wurde von einem Roboter gegriffen, in Position gebracht und dann mit einer CNC-gesteuerten Säge zugeschnitten. Danach wurden durch den Roboter alle erforderlichen Schraubkanäle präzise gefräst und diese für die einzelnen Anschlüsse vorgebohrt. Die Balken wurden dann mithilfe von Pfadplanungs-Algorihmen räumlich montiert. Während der Fabrikation wurden Toleranzen registriert und anhand eines internen Referenzsystem (iGPS) und optischer Sensoren ausgeglichen.

Mithilfe von Spatial Timber Assemblies wurde die tragende Holzstruktur der oberen zwei Geschosse des Bauprojektes DFAB HOUSE gefertigt. Im Gegensatz zu Standard-Holzrahmentragwerken können hier auch Horizontallasten von der Rehmenstruktur selbst abgetragen werden, wodurch typische statische Beplankungen nicht mehr zwingend nötig sind. Dies reduziert das Gesamtgewicht und ermöglicht nichtplanare Geometrien wie beispielsweise die doppelt gekrümmte Regelflächengeometrie der DFAB HOUSE Aussenfassaden.

Weitere Innovationen

• In situ Fabricator
• Mesh Mould
• Smart Slab
• Smart Dynamic Casting
• Digital Living