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Urbach Turm: Selbstformend hergestellte Holzbauteile

Der Turm Urbach ist die weltweit erste bauliche Anwendung einer tragenden Holzkonstruktion aus selbstformend hergestellten Holzbauteilen. Er ist als Station der Gemeinde Urbach im Rahmen der Remstal Gartenschau 2019 zu besichtigen.

Urbach Turm Remstal Gartenschau 2019
Foto: ICD/ITKE University of Stuttgart

Der 14 Meter hohe Urbach Turm ist eine einzigartige Holzkonstruktion. Die Form des Turmes entsteht in einem neuartigen Prozess der Selbstformung der komplex gekrümmten Bauteile. Im Gegensatz zu bestehenden Formungsprozessen, die schwere Presswerkzeuge erfordern, formt sich das Material hier von selbst.

Im Holzbau verursachen Feuchtänderungen typischerweise Probleme mit Rissbildung und Verformung und müssen daher sorgfältig kontrolliert werden. Im Gegensatz dazu wird in diesem Projekt das Material so angeordnet, dass es diese kraftvolle, natürlich auftretende Verformung nutzt, um ein geplantes Selbstformungsverhalten zu aktivieren. In der gleichen Weise wie Maschinen programmiert werden können, um verschiedene Bewegungen auszuführen, kann auch der Werkstoff Holz so programmiert werden, dass es sich während dem Trocknen in eine vorgegebene Form krümmt.

Urbach Turm Remstal Gartenschau 2019 Holzbau
Foto: ICD/ITKE University of Stuttgart

Die gebogenen Komponenten der Turmstruktur aus Brettsperrholz (BSPH / CLT) werden als flache Paneele geplant und hergestellt, die sich während des Trocknens autonom in vorausberechnete, gekrümmte Formen biegen. Die 5,0 m x 1,2 m großen Bilayer aus Fichtenholz werden mit hoher Holzfeuchte und spezifischem Schichtaufbau hergestellt und in einem industriell standardisierten Trocknungsverfahren getrocknet. Beim Herausnehmen aus der Trockenkammer sind die Elemente präzise gekrümmt. Diese werden anschließend miteinander überlappend laminiert, um die Geometrie zu fixieren, und bilden so größere, formstabile, gekrümmte Brettsperrholz-Komponenten.

Materialspezifische, computergestützte mechanische Modelle wurden entwickelt, um sowohl die Materialanordnung zu planen und als auch die Materialanordnung zu optimieren, die zur Herstellung verschiedener Krümmungstypen und Radien mit der notwendigen Genauigkeit erforderlich ist. Die Technologie der selbstformenden Fertigung von Massivholzplatten und die einfache und schnelle Anpassungsfähigkeit des Verfahrens an unterschiedliche Krümmungsradien eröffnet neue und unerwartete architektonische Möglichkeiten für dünne Schalenstrukturen unter Verwendung des nachhaltigen, erneuerbaren und regional verfügbaren Baumaterials Holz. Der Urbach Turm ist die weltweit erste Umsetzung dieser Technologie für tragende Holzbauteile im Gebäudemaßstab.

Urbach Turm Remstal Gartenschau 2019 Holzbau
Foto: ICD/ITKE University of Stuttgart

Nachhaltige Massivholzkonstruktion und funktionale Holzverkleidung

Die selbstformenden Komponenten bestehen vollständig aus regional bezogenen Fichtenholzbrettern aus der Schweiz. Die einzelnen Bauteile weisen eine Länge von bis zu 15 m auf, mit einem Radius von 2,40 m und einer Bauteildicke von nur 90 mm. Die Komponenten sind aus Halbzylinderrohlingen 5-achsig CNC-gefräst und zu Baugruppen aus drei Komponenten einschließlich Wassersperre und externer Holzverkleidung für den Transport vormontiert. Mit präziser, vorausberechneter Krümmung und optimaler Faserausrichtung aus dem Herstellungsprozess wird jede Komponente in 90 Minuten Maschinenzeit geschnitten und bearbeitet. Auf der Außenseite wird eine maßgefertigte Fassade aus geschnittenem Brettschichtholzträgern aus Lärche aufgebracht. Dies umfasst ebenfalls die Anwendung einer transparenten, dauerhaften inorganischen Beschichtung, die das Holz vor UV-Strahlung und Pilzbefall schützt. Anstatt zu reißen und unter Witterungseinflüssen silbergrau zu werden, erhält das Lärchenholz mit der Zeit eine gleichmäßige weiße Farbe.

Die gesamte Prozesskette, vom Schneiden der regionalen Stämme im Sägewerk über die Herstellung der selbstformenden Platten, den Trocknungsprozess bis hin zur Endbearbeitung und Vormontage, erfolgt innerhalb derselben Unternehmensgruppe und am gleichen Standort. Dies ermöglicht nicht nur eine nachhaltige und innovative Produktion, sondern zeigt auch, wie sich die selbstformende Fertigung nahtlos in bestehende industrielle Holzverarbeitungs- und Fertigungsabläufe integrieren lässt.

Urbach Turm Remstal Gartenschau 2019 Transport
Foto: ICD/ITKE University of Stuttgart

Dünnschalige hochleistungsfähige Holzkonstruktion

Der Urbachturm besteht aus 12 gekrümmten Bauteilen aus Brettsperrholz. Die Tragkonstruktion des Turms weist eine Dicke von 90 mm auf und ist über 14 Meter hoch, was zu einem Spannweiten-Dicken-Verhältnis von ca. 160:1 führt. Die Krümmung ermöglicht eine sehr schlanke und leichte Turmstruktur von nur 38 kg pro Quadratmeter Turmoberfläche. Im montierten Zustand wirkt der Turm durch seine ausdrucksvolle gekrümmte Geometrie statisch als flächenaktive Struktur. Die Verbindung der Leichtbauelemente erfolgt durch kreuzweise angeordnete Vollgewindeschrauben, deren Anordnung und spezifischer Winkel im gesamten Bauwerk in Bezug auf ihre statische Ausnutzung optimiert ist, wobei eine durchgehende Verbindung entlang der Naht für einen homogenen Lastabtrag sorgt.

Die vorgefertigten Baugruppen des Turms, die jeweils aus drei gekrümmten Bauteilen bestehen, wurden von einem Team von vier Handwerkern ohne aufwändige Gerüste und Schalungen an einem einzigen Arbeitstag montiert und durch ein transparentes Dach abgeschlossen. Die Struktur zeigt die Möglichkeiten einer effizienten, ökonomischen, ökologischen und ausdrucksstarken Holzarchitektur, die an der Schnittstelle von Meisterhandwerk, digitaler Innovation und wissenschaftlicher Forschung entsteht.

Urbach Turm Remstal Gartenschau 2019
Foto: Empa

Einzigartiges architektonisches Wahrzeichen für das Remstal

Der Urbachturm ist eine von 16 Stationen, die von einigen der renommiertesten deutschen Architekten für die Remstal Gartenschau 2019 entworfen wurden. Die Stationen sind kleine, dauerhafte Gebäude, die an die traditionellen weißen Kapellen erinnern, die auf den Feldern und Weinbergen entlang des malerischen Remstals verteilt sind. Der 14 Meter hohe Turm liegt an einem weithin sichtbaren Hang in der Mitte des Tales und ist ein markantes Wahrzeichen, das Blickbeziehungen mit mehreren Stationen herstellt. Es bietet einen Ort des Schutzes, der inneren Reflexion und zugleich des weit schweifenden Ausblicks, indem es eine beeindruckende Aussicht offenbart und die Landschaft rahmt. Die markante Form des Turms ist ein wahrhaft zeitgenössischer architektonischer Ausdruck des traditionellen Baumaterials Holz. Es zelebriert die natürlichen Eigenschaften des selbstgeformten Holzes in seiner elegant gewundenen Form.

Die konkave Krümmung der Elemente führt auf der Außenseite des Turms zu klaren Linien und markanten Oberflächen, die durch direktes Tageslicht und die Aufhellung der Lärchenbekleidung im Laufe der Zeit noch verstärkt werden. Im Gegensatz dazu erzeugt die konvexe Krümmung im Inneren ein unerwartetes, visuelles und haptisches Materialerlebnis, da die Holzstruktur fast weich und textilartig wirkt. Der Eindruck der sanft geschwungenen Oberflächen wird durch das von oben durch das transparente Dach einfallende, indirekte Licht noch intensiviert. Gegenüber dem Eingang öffnet sich die schlanke Hülle aus Holz wie ein Vorhang und rückt so das Remstal in den Mittelpunk.