In einer Studie zeigen Wissenschaftler, wie sich Holz zu gewünschten verkrümmten oder verdrehten Strukturen verformen lässt, ohne dass dafür komplexe und aufwändige mechanische Umformprozesse eingesetzt werden müssen.
Beim Urbach-Turm kamen Bauelemente aus Holz zu Einsatz, die sich programmiert selbst gebogen und gekrümmt haben.
Universität Stuttgart, ICD/ITKE
Das Austrocknen von Holz führt zu einer Volumenverringerung, die sich in einer Verkürzung der Bauteile ausdrückt, erklärt José Luis Moro im Kapitel "Verformungen" des Springer-Fachbuchs "Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail". "Dieses Phänomen wird als Schwinden von Baustoffen bezeichnet", schreibt er weiter.
Dieses Schwinden und das Verfahrung der Selbstformung – trocknet feuchtes Holz, zieht es sich senkrecht zur Faserrichtung stärker zusammen als längs der Faserung – machten sich nun Wissenschaftler der Universität Stuttgart, der ETH Zürich und der schweizerischen Empa zunutze: Sie klebten jeweils zwei Holzschichten so zusammen, dass ihre Faserungen unterschiedlich orientiert sind. Eine solche Doppelschicht wird Bilayer genannt.
Berechnung der Verformung im Computermodell
Wenn in diesem Bilayer, also der Holzplatte mit ihrem zweilagigen Schichtaufbau, der Feuchtigkeitsgehalt sinkt, schrumpft eine Schicht stärker als die andere. Und da die beiden Schicken fest miteinander verklebt sind, biegt sich das Holz. Die Verformung hängt von der Dicke der Schichten, der Orientierung der Fasern und dem Feuchtegehalt ab. Und sie kann in einem Computermodell berechnet werden. Die Wissenschaftler nennen diesen Prozess "Holz-Programmierung". Unter Einsatz des Verfahrens konnten sich bogenförmige Holzgebäudeteile von bis fünf Metern Höhe selbst formen.
Laut den Forschern weisen die gebogenen Bauteile für Dachkonstruktionen und Wände im Vergleich zu flachen Teilen eine höhere strukturelle und materialwissenschaftliche Leistungsfähigkeit auf. Und sie würden neue architektonische Möglichkeiten eröffnen.
Zum Einsatz kam das Verfahren beim Urbach-Tower (Turm an der Birke) auf der Remstal-Gartenschau bei Stuttgart. Die Turmkonstruktion besteht aus zwölf gekrümmten Bauteilen aus Brettsperrholz. Der Turm ist über 14 Meter hoch, wobei die Tragkonstruktion des Turms eine Dicke von 90 Millimetern aufweist.