Oricrete

Abstract

Der vorliegende Aufsatz stellt ein Konzept für den Entwurf und die Herstellung von gefalteten schalenförmigen Tragstrukturen aus zementbasierten Verbundwerkstoffen vor, das in Anlehnung an die japanische Papierfaltkunst Origami entwickelt wurde. Die räumlichen Tragstrukturen werden durch Faltung von ebenen Elementen mit vorgegebenen Faltlinien hergestellt. Ziel ist die Entwicklung einer Entwurfs‐ und Herstellmethodik für dünnwandige Faltwerke mit einfachen oder doppelt gekrümmten Geometrien, die als segmentierbare Hüll‐ und Konstruktionselemente mit optimierten mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden können. Wegen der hohen Variabilität der Formen und der großen Anzahl von Freiheitsgraden der Faltstrukturen ist eine Unterstützung mit numerischer Simulation in allen Phasen des Entwurfs und der Herstellung unabdingbar. Gegenüber der traditionellen Herstellung von Schalentragwerken mithilfe aufwendiger gekrümmter Schalungen verspricht die Methodik ein hohes Potenzial an Wirtschaftlichkeit. Insbesondere durch die Verwendung von modernen, zementbasierten Verbundwerkstoffen werden durch das Konzept neue Anwendungsfelder erschlossen, die sich durch geringen Materialverbrauch, einen hohen Ausnutzungsgrad des Werkstoffs sowie eine einfache systematische Herstellung auszeichnen. Oricrete – design and manufacturing methodology for folded plate structures made of novel cementitious composites The present paper shows an approach for the design and production of folded plate structures made out of novel cementious composite materials. The idea of the approach is derived from the Japanese art of paper folding, origami. The spatial structures are obtained by folding of planar elements provided with prescribed crease lines. The aim of the present work is the development of a design and manufacturing method for the production of free‐form structural members with optimized mechanical properties applicable as façade and load bearing segments. Due to the high variability of forms and the large amount of degrees of freedom of the fold patterns, a support by numerical simulation in all phases of design and production is required. The method has a high potential to reduce the production costs compared to traditionally fabricated shell structures with complex curved formworks. New fields of application for cementious composite materials can be entered that are characterized by low material consumption, a high exploitation of the material and a systematic manufacturing process.

Optimierungsgestützt entwerfen und bemessen

“…Kraftflussaffin entworfen, lassen sich sowohl Bauteilmassen als auch Bewehrungsmengen signifikant reduzieren, was sich positiv auf den Ressourcenverbrauch sowie die material‐ und transportinduzierten Treibhausgasemissionen auswirkt. Im Wesentlichen kann dabei zwischen der Optimierung der äußeren Form , also der globalen Strukturfindung, und der inneren Strukturfindung, also der Verteilung von Material oder Bewehrungsführung im Inneren eines Bauteils , unterschieden werden. Die sukzessive Transformation eines konventionellen Stahlbetonbalkens als Einfeldträger unter Gleichstreckenlast in Bild veranschaulicht das grundsätzliche Optimierungspotenzial.…”