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Landesgartenschau Exhibition Hall

Questo padiglione espositivo è un edificio-prototipo e una vetrina per mostrare gli sviluppi nel design computazionale e nella fabbricazione robotizzata delle costruzioni leggere in legno.

La Landesgartenschau Exhibition Hall è stata concepita all’Università di Stoccarda, come parte del progetto di ricerca “Robotics in Timber Construction”.

Il progetto mostra le nuove opportunità che nascono dall’integrazione del design, della simulazione e dei processi di fabbricazione a controllo numerico e la costruzione efficiente dal punto di vista delle risorse a partire dalle fonti locali e rinnovabili del legno. L’edificio presenta un sistema di costruzione innovativo realizzato mediante robot e costituto da una piastra leggera in legno di faggio multistrato. È stato sviluppato dall’Institute for Computational Design, l’Institute of Building Structures and Structural Design, e l’Institute of Engineering Geodesy e realizzato in collaborazione con Mullerblaustein Holzbau GmbH.

Landesgartenschau Exhibition Hall 2014 (© ICD/ITKE/IIGS University of Stuttgart) — Landesgartenschau Exhibition Hall 2014 © ICD/ITKE/IIGS University of Stuttgart

Il legno è uno dei materiali più antichi che l’umanità conosca. Ma l’avvento di processi di fabbricazione innovativi, insieme al design computazionale, offre nuove possibilità progettuali e nuovi campi di applicazione. Questi costituiscono la base per costruzioni particolarmente performative ed efficienti realizzate a partire dallo sfruttamento delle risorse di legno localmente disponibile e rinnovabili. I cinque aspetti che seguono evidenziano il carattere innovativo del progetto.

Progettazione leggera e biomimetica: rispetto a quelle artificiali, le costruzioni naturali mostrano un grado di differenziazione morfologica significativamente più alto. Nel caso della Landesgartenschau Exhibition Hall, il guscio è particolarmente interessante in quanto è realizzato mediante un sistema di costruzione performativo composto di singoli elementi. Lo scheletro dei ricci di mare è un sistema modulare simile, costituito da elementi di carbonato di calcio uniti da microscopici incastri lungo i bordi, che ricordano le articolazioni delle dita artificiali.

La progettazione computazionale sviluppata nel contesto di questo progetto di ricerca offre la possibilità di includere le caratteristiche dei materiali e i loro parametri di fabbricazione nel processo di progettazione. Invece di disegnare ogni elemento manualmente, lo spazio è incorporato in un processo di simulazione e ottimizzazione che disegna automaticamente le forme.

Fabbricazione robotica. Uno dei temi principali è la coerenza della catena digitale dalla generazione geometrica all’analisi strutturale fino alla fabbricazione digitale. Ciò include la fabbricazione automatizzata di tutte le 243 piastre in multistrato di faggio della struttura primaria, nonché la prefabbricazione digitale di isolante, impermeabilizzante e rivestimento. Una delle sfide più importanti è stata la fabbricazione robotizzata delle 7600 singole articolazioni, che, attraverso la loro connessione a incastro, sono le principali responsabili della stabilità strutturale dell’edificio. Ancora visibili negli interni, questi collegamenti assomigliano alle connessioni microscopiche del dollaro di sabbia (animale marino della famiglia degli echinodermi) e sono realizzabili solamente con l’impostazione di una macchina a sette assi. La flessibilità cinematica del robot è un requisito essenziale per la produzione di tali geometrie complesse. Di conseguenza il fatto che, come lo scheletro del dollaro di sabbia, tutte le lastre di compensato siano geometricamente uniche, non pone ulteriori difficoltà. La prefabbricazione degli elementi ha infatti richiesto solo 3 settimane.

Rispetto ai metodi di prefabbricazione convenzionali, la tecnica di fabbricazione sviluppata consente una precisione molto maggiore. Inoltre, l’edificio finito sarà ripetutamente sottoposto a scansione tridimensionale per analizzare il comportamento a lungo termine della struttura. A questo punto, era già possibile concludere che lo scarto quadratico medio, una misura per la precisione di fabbricazione, è di solo 0,86 millimetri. In confronto alle tolleranze nella costruzione in legno convenzionale, si tratta di un valore eccezionalmente basso.

La Landesgartenschau Exhibition Hall è il primo edificio la cui struttura principale è costituita da lastre in multistrato di faggio fabbricati roboticamente. Analogamente all’integrazione funzionale che caratterizza molti sistemi biologici, il sistema di piastre costituisce la struttura dell’edificio e il suo involucro allo stesso tempo. I carichi strutturali che insistono intorno ai bordi degli elementi vengono trasferiti in modo efficiente alle articolazioni. Questo nuovo tipo di costruzione in legno permette all’edificio di essere realizzato con lastre di compensato di soli 50 millimetri di spessore.

Il Landesgartenschau Exhibition Hall è organizzato in due zone spaziali separate che si differenziano attraverso la geometria complessiva dell’edificio: lo spazio di ingresso e lo spazio espositivo principale. In entrambe le zone la struttura a cupola è costituita da lastre poligonali convesse. Uno spazio di transizione è definito da una contrazione spaziale a forma di sella, il cui rivestimento è costituito da piastre poligonali concave. I visitatori entrano nell’edificio attraverso la parte inferiore del guscio e sono guidati attraverso il lieve restringimento della struttura verso lo spazio principale, con i suoi 6 metri di altezza e la grande apertura vetrata affacciata verso il paesaggio circostante. L’interno è caratterizzato non solo dalla geometria globale, ma anche dalle lastre di compensato e dalle loro particolari connessioni. Il gradiente geometrico tra le piastre poligonali concave e convesse sottolinea la disposizione spaziale. I principi di costruzione derivati dalla differenziazione geometrica dei sistemi biologici rimangono visibili e diventano parte dell’esperienza architettonica.