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Das Ziel der eingereichten Masterarbeit an der Technischen Universität München war es, die historische Deckenkonstruktion der Kappendecke zeitgemäß neu zu überdenken. (Eine Kappendecke im historischen Kontext ist ein Deckensystem bestehend aus mehreren flachen Segmentbögen aus Ziegel, die zwischen Balken gespannt werden.) Durch den Einsatz von parametrischen Entwurfsmethoden und digitalen Fertigungstechniken (3D Druck) sollte ein schalungsfreies Deckensystem, beeinflusst durch tragwerkstechnische, konstruktive und architektonische Parameter, entworfen werden. Durch diesen Entwurfsansatz sollte eine modernes, ressourcenschonendes Konstruktionssystem basierend auf traditionellen Vorbildern entwickelt werden.

In dem Ersten Teil dieser Arbeit wurden daher historische Gewölbesysteme, die ohne Schalung aus Ziegel hergestellt werden können, sowie Architektonische Referenzen und der aktuelle Forschungsstand zu dem Thema schalungsfreier, additiver Fertigung von Gewölbesystemen beschrieben und analysiert. In dem darauffolgenden Schritt wurde eine globale, iterative Entwurfsmethode, eine lokale statische Formfindungsmethode sowie eine additive Fertigungsmethode entwickelt und näher beschrieben. Darauffolgend wurden fünf Prototypen basierend auf der zuvor entwickelten Methode entworfen und mit einem Multi-Achsen Roboter aus Beton 3D-gedruckt. Jede der Fünf Design Studien basierte auf der Vorigen und wurde komplexer von der ersten zur letzten Studie hin. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studien wurde im letzten Schritt dieser Arbeit eine architektonische Anwendung für das System entwickelt. Hierzu wurde das Deckensystem auf dessen Tragfähigkeit in einer architektonischen Nutzung überprüft und getestet. Nach erfolgreichem Test wurden drei konstruktive Ansätze zur Implementierung in die Architektur sowie eine ortsnahe Fertigungsmethode mit mehreren mobilen Robotern, um den Transportaufwand zu reduzieren, entwickelt.

Schlussendlich könnten im Vergleich zu Stahlbetonplattendecken mit diesem System große Mengen an Neumaterial eingespart und durch die Schalungsfreie Fertigung der bei der Produktion entstehende Müll stark reduziert werden. Es muss jedoch auch gesagt werden, dass für eine tatsächliche Anwendung in die Architektur noch weitere Forschung betrieben und auch die Fertigungstechnik sowie die Formfindungsmethode weiterentwickelt werden müsste.

Mit der Erweiterung der in dieser Arbeit gezeigten Methode durch eine optimierte Druckbahn-basierte Formfindung, automatisierte statische Berechnungen und Materialtests könnte diese in der Architektur implementiert werden. Zudem kann dieses Verfahren auch auf andere Typologien, wie zum Beispiel die der Kuppel, adaptiert werden. Als nächster Schritt im Hinblick auf den Herstellungsprozess könnten anstelle des stationären Roboterarms mobile Roboter für die Fertigung vor Ort eingesetzt werden.

Frederic Chovghi

TUM
Professur für Structural Design Professur für Digital Fabrication

frederic.chovghi@remove-this.tum.de