competitionline campus 2020

Das Projekt in einem Satz:
EXXdome ist eine sich durch Scherenmechanismus elastisch bewegende aus- und einziehbare achsensymmetrische Gitterstruktur.

Warum ist das Projekt besonders innovativ?
Erst seit kurzem wird der Scherenmechanismus in der Architektur angewendet, dabei wurde in der Forschung bisher meistens von einem steifen Mechanismus ausgegangen. Das EXXdome hingegen schließt das elastische Potenzial eines solchen Mechanismus mit ein und zeigt dieses in seiner Ausführung.

Ausführliche Projektbeschreibung:
1965 hat Emilio Pérez Piñero erstmals mit dem Projekt „Teatro Ambulante“ einen Scherenmechanismus in der Architektur verwendet. Seitdem wurde dieses Forschungsfeld weiterentwickelt, insbesondere von Chuck Hoberman. Zu ihm gehört die Entdeckung der Winkelscheren und das Projekt „Iris Dome“. Das „Iris Dome“ ist eine ausfahr- und einziehbare Kuppel, die sich aus komplanaren Winkelschereneinheiten zusammensetzt. Da es beim Öffnen und Schließen der Struktur zu einer Änderung der Bodenzirkumferenz kommt, hat dieses Projekt Schwierigkeiten in der Architektur Anwendung zu finden. Das EXXdome überwindet diese Grenze, indem der Scherenmechanismus von steif zu elastisch wird.

Mechanismus:
Durch Studieren und Erforschen der Grundkenntnisse des Scherenmechanismus und den Aufbau physischer sowie parametrischer Modelle mit Hilfe von Grasshopper und Kangaroo ist mir die Entwicklung vom EXXdome gelungen. Der strukturspezifische Mechanismus ist aus Scheren zusammengesetzt, die die geometrischen und kinetischen Fähigkeiten von zwei unterschiedlichen Scherensorten kombinieren: Polar- und Winkelscheren. Der Polarscherenmechanismus bewirkt eine Kreisbewegung und ihre Fähigkeiten werden zur Bestimmung der Kurvatur benutzt. Der Winkelscherenmechanismus dagegen verfolgt eine Radialbewegung und übernimmt dabei die wichtige Rolle, die Öffnungs- und Schließungsbewegung zu ermöglichen. In den Knotenpunkten der Struktur von EXXdome treffen sich zwei oder vier Schereneinheitsenden, die im Gegensatz zum Iris Dome nicht nur eine Positions- sondern auch eine Tangentenstetigkeit aufweisen. Aus diesem Grund sind die Enden jeder einzelnen Schereneinheit nicht komplanar und die Schnittspannungen werden beständig übertragen. Infolgedessen biegen sich die Scherenhebel und nehmen sie die zuvor berechnete Kurvatur. Hierbei tritt das elastische Potential des Mechanismus in Erscheinung das aus der Kombination von Normalkrümmung und geodätischer Torsion entsteht.

Entwurf:
Für den Entwurf der Scheren wurde zuerst eine Form bestimmt und dann die aus ihr entstehenden Schereneinheiten in Grasshopper modelliert. Dabei wurde die Entscheidung getroffen vier Gruppen verschiedener Scheren zu erschaffen. Das Besondere der in der Bodenzirkumferenz befestigten Scheren ist, dass sich der Drehpunkt am Ende ihrer Hebel befindet, um so beim Bewegen des Mechanismus einen festen Bodendurchmesser zu bewahren. Zusätzlich konnte die Bewegung in Kangaroo simuliert und getestet werden.

Prototyp:
Der Prototyp aus Sperrholz ist so gebaut, dass der Boden einen gleichbleibenden Durchmesser von 70cm misst und der größte Diameter mit 150cm im geöffneten Zustand erreicht wird. In die Struktur sind horizontale und vertikale Zugelemente eingearbeitet, welche für das Öffnen und Schließen der Gitterstruktur sorgen.

Abschließend sei zu erwähnen, dass diese Forschung neue Perspektiven in der Anwendung des Scherenmechanismus in der Architektur eröffnen kann.