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3D-Printed Future Facade. Entwicklung, Prototypenerstellung und experimentelle Untersuchung einer 3D-gedruckten, transluzenten und funktionsintegrierten Gebäudehülle

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[Quelle: http://d-nb.info]

Der 3D-Druck bietet neue architektonische Potenziale in der Fertigung und im Prototyping. Kleine Serien in geringen Stückzahlen sind bereits wettbewerbsfähig und die digitale Kette (vom digitalen Design zum Produkt) wird mit weniger Ressourcen geschlossen. Die meisten Gebäude sind Prototypen, was bedeutet, dass ihre Gebäudehülle sich in Größe, Funktion und Standort unterscheidet. Wie aber können die Vorteile der additiven Fertigung an den Makrobereich, an die Architektur angepasst werden? Was ist das architektonische Ergebnis? Materialeinsparung und Prozessoptimierung sind auch in der Baubranche ein drängendes Thema. Ziel dieser Doktorarbeit ist es, ein Beispiel für eine sinnvolle Nutzung der additiven Fertigung in der Architektur zu entwickeln. Ausgewählt wurde die Fassade als ein Bauteil, welches viele verschiedene Funktionen auf einer kompakten Fläche abbildet. Das entwickelte Fallbeispiel dieser Doktorarbeit ist ein Prototyp eines Fassadenelements im Maßstab 1:1 und beinhaltet verschiedene integrierte Fassadenfunktionen wie Dämmung, Lüftung, Sonnenschutz, Tageslichtregulierung und Lastabtragung der Windlasten. Die Ausformulierung einer neuen architektonischen Ausdrucksweise und die Reduzierung der technischen Gebäudeausrüstung werden ebenfalls aufgezeigt. Über Funktionsgeometrien werden die Fassadenfunktionen abgebildet und in ein digitales Modell transferiert, das Fassadenelement wird mittels eines transparenten Kunststoffs über ein FDM-Drucker hergestellt. Durch einen Vergleich eines Standard-Fassadenelements aus Polycarbonat-Paneelen mit dem 3D-gedruckten Fassadenelement werden vergleichbare Ergebnisse ermittelt um eine Potenzialabschätzung abgeben zu können.

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Bücher, Broschüren

Hermann G. Meier, Sylvia Stürmer
Sanierputzsysteme
Planung, Ausführung, Fehlervermeidung
2021, ca. 200 S., zahlr. farbige Abb. und Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Sebastian Sage
Glasschäden am Bau vermeiden
Kompaktes Wissen rund um den Baustoff Glas.
3., vollst. überarb. Aufl.
2021, 184 S., 117 Abb. u. 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aus der Architektur ist Glas nicht wegzudenken. Es unterscheidet sich aber wesentlich von anderen Baustoffen, denn Glas bricht spontan! Sebastian Sage erklärt, was bei der Verwendung von Glas in Bauwerken beachtet werden muss. Kompakt stellt er den Baustoff Glas und die Einsatzgebiete von unterschiedlichen Fensterkonstruktionen über absturzsichernde und begehbare bis zu Schutzverglasungen vor. In der 3. Auflage wird ein besonderes Augenmerk auf die kritischen Nahtstellen, wo Glas in Fenster und Fenster in Gebäude eingebaut werden, gerichtet. Ein umfangreiches Verzeichnis der geltenden Normen und Richtlinien gibt dem Planer den erforderlichen Überblick, gleichzeitig werden aber auch Schwachstellen in der Normung benannt.

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Glasbau 2020
2020, X, 394 S., 45 SW-Abb., 217 Farbabb., 24 Tabellen. 244 mm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Buch präsentiert in zahlreichen Beiträgen renommierter Autoren den aktuellen Stand der Technik im konstruktiven Glasbau. Die Planung und die Ausführung wegweisender Glasarchitektur werden ausführlich erläutert, die Bemessung und die Konstruktion tragender Glasbauteile praxisgerecht erklärt. Die Optimierung zukunftsfähiger Gebäudehüllen wird in gleicher Tiefe behandelt wie die energetische Sanierung denkmalgeschützter Fassaden. Nicht zuletzt vermitteln die jüngsten Ergebnisse anerkannter Forschungseinrichtungen einen zuverlässigen Einblick in die Leistungsfähigkeit des gesamten Glasbaus.

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Thomas Herzog, Roland Krippner, Werner Lang
Fassaden Atlas
Grundlagen, Konzepte, Realisierungen -
3., Aufl.
2020, 352 S., mehr als 250 Detailzeichnungen und rund 400 Abbildungen. 29.7 cm, Hardcover
Detail

 

 

Das Thema der Fassaden hat in den vergangenen Jahren in der architektonischen Praxis und in der öffentlichen Wahrnehmung weiter an Bedeutung gewonnen. Neben Schutzhülle und Schauseite, Wärme- und Stromlieferant, steht die Außenseite der Gebäude in unmittelbarer Wechselwirkung mit dem umgebenden öffentlichen Raum. Der Fassaden Atlas in seiner Neuauflage vermittelt in Form eines kompakten Nachschlagewerks technische und gestalterische Planungsgrundlagen. Er bietet gezielt Informationen zu ausgeführten Beispielen bis in die konstruktiven Details. Die Charakteristika der Baustoffe werden dabei in ihrem besonderen Anwendungspotenzial und ihren spezifischen Bedingungen sichtbar. Funktional bestimmt und materialübergreifend sind Kapitel zu mehrschaligen Gebäudehüllen, "Manipulatoren" zur Wirkungsänderung bei Fassadenöffnungen und zur Nutzung von Umweltenergie. Ergänzend behandeln aktuelle Projekte Themen wie installierte und begrünte Fassaden sowie Strategien zur energetischen Sanierung. Eine umfassende Auswahl internationaler Anwendungsbeispiele zeigt verschiedene Lösungsansätze im Detail.

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Glasbau 2019
Bauten und Projekte. Bemessung und Konstruktion. Forschung und Entwicklung. Bauprodukte und Bauarten
2019, 468 S., 100 SW-Abb., 175 Farbabb. 244 mm, Softcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Buch präsentiert in zahlreichen Beiträgen den aktuellen Stand der Technik im konstruktiven Glasbau. Die Planung und die Ausführung wegweisender Glasarchitektur werden erläutert, die Bemessung und die Konstruktion tragender Glasbauteile erklärt. Die Optimierung zukunftsfähiger Gebäudehüllen wird in gleicher Tiefe behandelt wie die energetische Sanierung denkmalgeschützter Fassaden.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Peter Mehrtens
Integration Scan-Basierter-Techniken und Parametrischer-Methoden in einen Prozess zur Verbesserung der Effizienz im Planungs- und Bauablauf komplexer Fassaden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3158
2020, 12 S., 15 Abb. u. 2 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Projekt untersuchte inwiefern Scan-basierte Techniken (terrestrische 3d-Scans bzw. deren Auswertung) geeignet sind für die Einbindung in parametrische Planungsprozesse für Fassaden. Grundsätzliche Feststellung ist, dass obwohl für die einzelnen Arbeitsschritte des Vermessens und auch der Planung von Fassaden entsprechende digitale Werkzeuge existieren, die bestehenden Werkzeuge aufgrund ihrer jeweiligen Bedienungskonzepte nicht direkt zueinander kompatibel sind. Bei der Auswertung von Punktwolken wird üblicherweise Software verwendet, deren Ergebnis variiert je nach Interaktion des Benutzers mit der grafischen Benutzeroberfläche. Parametrische Planungsmethoden hingegen verwenden möglichst Funktionen, deren Argumente in replizierbarer Art aus vorherigen Schritten abgeleitet werden. Bedarf an weiterführender Forschung in diesem Bereich ist anzunehmen.

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Frederik Ecke, Helmut Fligge, Jan Juraschek, Heike Klussmann
Plotbot/Crawler - Entwicklung eines neuartigen webbasierten und sensorgeführten Bewegungsautomaten für den Auftrag komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3200
2020, 93 S., 58 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Projekt PLOTBOT/CRAWLER der Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN an der Universität Kassel wurde ein neuartiger, webbasierter und sensorgeführter Bewegungsautomat für den Auftrag und die Erneuerung komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen entwickelt. Mittels einer konsistent verzahnten Werkzeug?Software?Logik werden Oberflächen von Bauelementen beliebiger Geometrie instantan angesteuert oder nach einer zuvor digital erstellten Bearbeitungssystematik beschichtet. Das Forschungsvorhaben bietet in dieser Hinsicht einen eigenständigen und zugleich exemplarischen Ansatz. Neuartig und von Vorteil ist die Zusammenführung und die eindeutige Schnittstellendefinition des Verbunds von "Hightech" (Plotbot/ Crawler) und "Lowtech" (Fassadenelement). Die Entwicklung derartiger Systeme für das Bauwesen ist bislang wenig fortgeschritten.

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Bernd Saß, Sandra Heinrichsberger, Norbert Sack
Erarbeitung eines Bauteilkatalogs zur Ermittlung der Luftschalldämmung von opaken Ausfachungen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3206
2020, 140 S., 81 Abb. u. 21 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der bauakustischen Planung von Gebäuden werden Angaben zur Luftschalldämmung von Außenbauteilen benötigt. Für opake Ausfachungen (Paneele) lassen sich solche Angaben - im Gegensatz zu transparenten Ausfachungen (Verglasungen) - derzeit nur anhand von Messungen im Labor nachweisen. Eine Möglichkeit zur Planung und Nachweisführung über ein Tabellenverfahren existiert nicht. Durch die Erarbeitung eines Bauteilkatalogs für opake Ausfachungen könnten für standardisierte Paneele Angaben zur Luftschalldämmung ohne Messungen nachgewiesen werden. Die so verfügbaren Informationen zu den akustischen Eigenschaften könnten dann genutzt werden, um die Luftschalldämmung des kompletten Bauelementes (Fenster- bzw. Vorhangfassade) zu bestimmen. Die noch vorhandene Lücke (fehlende Eingangsdaten der Luftschalldämmung von Paneelen) bei der Bestimmung der Luftschalldämmung von Vorhangfassaden wäre somit geschlossen. Dadurch reduziert sich der Aufwand zum Nachweis erheblich. Dies beeinflusst sowohl die Kosten als auch den zeitlichen Ablauf in der Planung. Zusätzlich erhöht sich durch eine fundierte Datenbasis die Planungssicherheit.

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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

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Oliver Fischer, Christopher Bert
Tragverhalten von Sandwichfassaden unter mechanischen und thermischen Einwirkungsgrößen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3114
2019, 161 S., 55 Abb., 27 Tab. u. 77 Diagr., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Sandwichwände werden bisher üblicherweise aus Stahlbeton mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm hergestellt. Durch Einsatz korrosionsbeständiger Textilbewehrung ist es möglich, die äußere Deckschicht signi?kant in ihrer Dicke zu reduzieren. Im Hinblick auf diese Entwicklungen und den Forschungsbedarf ist das Ziel des Vorhabens, die für die Bemessung maßgebenden Temperaturgrößen und -gradienten sowohl numerisch als auch experimentell nachzuweisen. Das behandelte Forschungsprojekt entstand aus der Intention heraus für neuartige innovative Bauweisen mit ?ligranen textilbewehrten Vorsatzschalen maßgebende klimatische Einwirkungsgrößen herzuleiten und den als Stand der Technik zu bezeichnenden Lastansatz nach DIBt 1995/5 um derartige Anwendungsfälle zu erweitern. Im Zuge der Forschung konnte diese Notwendigkeit jedoch nicht nur für neuartige Vorsatzschalensysteme, sondern auch für die üblicherweise angewendeten Stahlbetonsysteme mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm ermittelt werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Lastansatz nach DIBt 1995/5 keine Querschnittsabhängigkeit aufweist. Auch veränderte klimatische Verhältnisse mit immer extremeren Witterungsbedingungen sind dabei als Begründung zu nennen.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Brandstätter, Gerald
Schimmernder Monolith. Neubau "Bahnhof West" beim Bahnhof Aarburg-Oftringen
Fassade, Facade, 2021

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Hof, Roland
Der Giessenturm Dübendorf. Eine gelungene Kombination von Aluminium-Elementen und Holz-Metall-Fenstern
Fassade, Facade, 2021

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Röthenmund, Michael
Gute Architektur ist die beste Medizin. Neubau Spital Grabs
Fassade, Facade, 2021

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Kotzan, Holger
Maximale Recyclingfähigkeit. Wohnhaus in Pfaffenhofen (kostenlos)
Baukultur, 2021

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Geuder, Thomas
Geformt von Wind und Wasser. Europäisches Patentamt in Rijswijk von Ateliers Jean Nouvel mit Dam & Partners
Fassade, Facade, 2021

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