01 Fakultät Architektur und Stadtplanung

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Rubble Works: Einsatz digitaler Technologien für das Planen und Bauen mit gemischten mineralischen Bau- und Abbruchabfällen
(Stuttgart : ICD Universität Stuttgart, 2025) Svatoš-Ražnjević, Hana; Wyller, Maria; Schad, Eva; Menges, Achim
Dieser Bericht stellt die Ergebnisse des Forschungsprojekts Robots//Reuse vor, das von der Forschungsinitiative Zukunft Bau gefördert wurde. In diesem Forschungsprojekt untersuchten David Chipperfield Architects Berlin und das Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung an der Universität Stuttgart die Wiederverwendung von Bauschutt, indem sie untersuchten, wie Material, Techniken und digitale Technologien kombiniert werden können, um Bau- und Abbruchabfälle für die zeitgenössische Architektur relevant zu machen. Bau- und Abbruchabfälle (CDW) sind Europas größter Abfallstrom und ein erhebliches globales Problem. Trotz des zunehmenden Interesses und Engagements für die Materialgruppe findet sie nicht in ausreichendem Maße ihren Weg zurück in die Architektur. Die derzeit am weitesten verbreitete Recyclingpraxis für Bauschutt ist die Zerkleinerung zu sekundären Zuschlagstoffen. Um eine zirkuläre Nutzung von Baumaterialien zu erreichen, müssen sowohl kosten- und zeiteffiziente Technologien entwickelt werden, die eine Wiederverwendung ermöglichen, als auch eine architektonische Ästhetik, die Nutzer, Investoren und Architekten dazu veranlasst, mit diesen Materialien zu bauen. In der Vergangenheit war die Wiederverwendung von Baumaterialien gängige Praxis, und viele anerkannte Architekturprojekte wurden z. B. aus wiederverwendetem Holz, Stein und Ziegel gebaut. Diese Projekte zeigen sowohl das große als auch das vielfältige ästhetische Potenzial der Wiederverwendung. Allen gemeinsam ist jedoch die Abhängigkeit von der manuellen Verarbeitung. Erfahrene Handwerker und Handwerkerinnen wählten gefundene oder übernommene Bauteile und Elemente aus, passten sie an und setzten sie sorgfältig in die neue Architektur ein. Heute übersteigt das Ausmaß der Massenproduktion und des CDW-Problems das Ausmaß, in dem eine Handwerkerin oder Handwerker arbeitet. Die hohen Kosten, die mit der Verarbeitung nicht standardisierter und unregelmäßiger Materialien verbunden sind, sind neben den Hindernissen in Bezug auf die Materialqualität, die Bauvorschriften und der Logistik eine der größten Barrieren für die Wiederver-wendung von Bauabfall in der Architektur. Die neuesten Fortschritte im Bereich der Robotik und des Scannens ermöglichen es jedoch, die Technik vom manuellen Aufwand zu entkoppeln und neue Gestaltungsmöglichkeiten zu eröffnen. Die Entwicklung der Fertigung - von der traditionellen handwerklichen Produktion zur Massenproduktion und dann zur individuellen Massenfertigung -weist auf eine Zukunft der flexiblen Automatisierung hin. Hierwerden komplexe Fertigungs- und Montageprozesse mit nichtstandardisierten Materialien in Bezug auf Zeit, Kosten und Energieverbrauch ebenso effizient sein wie die Herstellung neuer Materialien. Nebender Automatisierung bestehender Verfahren bieten digitale Technologien auch die Chance, völlig neue Verfahren zu entwickeln. Zwar wurde das Potenzial der Verknüpfung von CDW mit neuen Gebäudetechnologien bereits in anderen Forschungsprojekten untersucht, doch scheint es im Vergleich zu den großen Mengen dieser Art von Abfällen wenig Forschung zu geben. Ziel des Projektes ist es, durch die Kombination von Fachwissen aus Praxis und Wissenschaft zu erforschen, wie eine Synergie zwischen Material, Werkzeugen und Ästhetik im Lichte von vier übergreifenden Forschungsfragen erreicht werden kann: Wo liegen die derzeitigen Grenzen computergestützter Design- und digitaler Fabrikationsprozesse, die zur Verarbeitung und Montage nicht standardisierter Baumaterialien eingesetzt werden? Welche digitalen Entwurfsprozesse könnten für das Bauen mit wiederverwendeten Baumaterialien geeignet sein? Wie kann der Einsatz computergestützter Design- und digitaler Fabrikationsmethoden die Wiederverwendung von Baumaterialien für Architekten, Unternehmen und Nutzer in Bezug auf Ästhetik, Skalierbarkeit und Effizienz attraktiv machen? Wie können wir die Lücke zwischen des architektonischen Entwurfsprozesses und der aktuellen akademischen Forschung zur Wiederverwendung von Baumaterialien schließen? Inspiriert von traditionellen Handwerksmethoden und neuen Technologien haben wir die Forschungsfragen und neue Möglichkeiten für die Gestaltung mit wiederverwendeten Materialien sowohl auf theoretischer als auch auf praktischer Ebene untersucht. Das Projekt gliederte sich in eine historische Vorstudie zur Wiederverwendung in der Architektur und eine Fallstudie, die sich spezifisch auf Schutt konzentrierte. Mithilfe von Methoden, die von der Analyse traditioneller und zeitgenössischer Wiederverwendung und mauerwerksbezogener Techniken bis hin zur Materialklassifizierung und Prototyping reichen, entwickelten wir verschiedene Ansätze, wie man über Schutt nachdenken, mit ihm umgehen und ihn gestalten kann. Eine Richtung, Jammed Rubble, wurde zusammen mit Konzepten für die robotergestützte Platzierung und Schüttung von Schutt eingehend erforscht. Bei dem Projekt handelt es sich um ein konzeptionelles Grundlagenforschungsprojekt, das zwar nicht die Entwicklung fertiger Lösungen, zertifizierbarer Bausysteme oder kompletter robotergestützter Arbeitsabläufe zum Ziel hat, jedoch einen Ausgangspunkt für die Wiederentdeckung des Potenzials der Wiederverwendung von wiedergewonnenen Materialien mithilfe digitaler Werkzeuge bietet. Das Gesamtergebnis des Projekts ist eine Reihe von Arbeiten - Rubble Works, die keine endgültige Lösung für die Herausforderungen von Schutt bieten, sondern einen Ausgangspunkt für die Wiederentdeckung ihres Potenzials darstellen.
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Rubble Works: Leveraging digital technologies for design and construction with mixed mineral construction and demolition waste
(Stuttgart : ICD University of Stuttgart, 2025) Svatoš-Ražnjević, Hana; Wyller, Maria; Schad, Eva; Menges, Achim
This report presents the results of the research project Robots//Reuse, funded by the Research Initiative Zukunft Bau. In this research project, David Chipperfield Architects Berlin and the Institute for Computational Design and Construction at the University of Stuttgart explored the reuse of rubble by looking at how material, techniques, and digital technologies can be combined to make construction and demolition waste relevant to contemporary architecture. Construction and demolition waste (CDW) is Europe’s largest waste stream and a major global problem. Despite an emergent interest and focus in the material group, it does not find its way back into architecture to a sufficient extent as the most widely currently applied recycling practice for CDW is crushing to secondary aggregates. Achieving a circular use of building materials requires both the development of cost-effective and time-efficient technologies that enable the reuse, and an architectural aesthetic that attracts users, investors, and architects to choose to build with it. In the past, the reuse of building materials was common practice, and many renowned architectural projects were built from, for example, reused wood, stones, and brick. These projects showcase both the large and varied aes-thetic potential of reuse. Yet, common for all of them is the dependence on manual labor. Skilled craftspeople would select, adapt and carefully implement found or taken building components and elements into new architecture. Today, the scale of both the mass manufacturing industry and the CDW problem overgoes the scale at which a craftsperson works. The high costs associated with the processing of non-standardized and irregular materials are, next to barri-ers relating to material quality, building code and logistics, one of the greatest barriers to the reuse of CDW in architecture. However, recent advances in robotics and scanning allow us to disassociate the technique from the manual effort and open up new design possibilities. The evolution of manufacturing—from traditional craft production to mass production and then to mass customization—points towards a future of flexible automation. Here, complex fabrication and assembly processes involving non-standardized materials are as efficient in terms of time, cost, and energy-consumption as the production of new materials. Beyond automating existing techniques, digital technologies also offer the chance to develop entirely new ones. While the potential of matching CDW with new building technology has already been explored in other research projects, there seems to be little research compared to the large amount of this type of waste and the research project tend to focus on larger pieces. The aim of the project is through a combined expertise from both practice and academia to explore how a synergy between material, tools and aesthetics can be achieved in the light of four overarching research questions: What are the current limitations of computer-based design and digital fabrication processes used to process and assemble non-standardized building materials? Which digital design processes could be suitable for building with reused building materials? How can the use of computer-based design and digital fabrication methods make the reuse of building materials attractive to architects, companies and users in terms of aesthetics, scalability and efficiency? How can we bridge the gap between architectural design practice and current academic research on the reuse of building materials? Inspired by both traditional crafts and new technologies, these research questions and new potentials for designing with reclaimed materials were explored on a both theoretical and practical level. The project was split into a historical pre-study of reuse in architecture, and a case study focused specifically on rubble. Through methods ranging from an analysis of traditional and contemporary reuse and masonry-related techniques, to material classification and prototyping, we developed different approaches to how to think about, handle and design with rubble. One direction, jammed rubble, was explored in depth along with concepts for robotic rubble placement and pouring. The project is a conceptual, basic research project and although it is out of the project’s scope to develop finished solutions, certifiable building systems, or complete robotic workflows, it provides a starting point for rediscovering the potential of reuse of reclaimed materials through digital tools. The overall outcome of the project is a series of rubble works that, rather than offering a definitive solution to rubble’s challenges, provide a starting point for rediscovering its potential.
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Sozialutopie und Städtebau : die Stadtbaumodelle der Sozialutopisten in der Frühzeit der Industrialisierung
(1969) Kieß, Walter
Die 1969 entstandene Studie widmet sich den sozialutopischen Theorien um Charles Fourier, Etienne Cabet und Robert Owen und ihrem Einfluss auf die Leitideen früher Planungsmodelle im Städtebau des 19. Jahrhunderts. In detaillierten Einzeluntersuchungen wird unter sozial- und stadtbauwissenschaftlichen Gesichtspunkten die Entwicklung dieser Planungsmodelle u.a. bei James Silk Buckingham, John Ruskin und Edward Bellamy näher beleuchtet und deren Bedeutung für die Konkretisierung dieser Modelle insbesondere im Gartenstadtgedanken Ebenezer Howards herausgestellt.
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Systematic underestimation of the thrust of vaults among some builders of the 19th century
(2007) Wendland, David
In building manuals of the 18th and 19th century, we can often read either that vaults don't exert any outward thrust at all, or that their thrust can be easily absorbed by very simple means. Although the theories which are formulated to support these statements are not correct, they have been largely applied even after having been refuted. In case-studies of the works of three builders of vault constructions – in their time highly recognized namely for their technical knowledge, especially in the field of masonry structures and vaults –, some approaches to the problem of thrust will be shown which might appear curious respect to today's knowledge. The understanding of these approaches, however, is first of all useful to explain the structural solutions arising from them. In a more general view, their analysis may be useful to gain a deeper understanding of the problems that arose from the application of the mechanical theories by the builders in the 19th century for the realization of their innovative vault constructions. The paper describes part of the research taken out for a seminar paper on the works of Alessandro Antonelli at the University of Stuttgart, Institute of Lightweight Structures (IL) and Institute of History of Architecture (IAG), which was supervised by Prof. Dr.-Ing J. Tomlow and Prof. Dr. phil D. Kimpel in 1993, and within the doctoral thesis "Lassaulx und der Gewölbebau mit selbsttragenden Mauerschichten. Neumittelalterliche Architektur um 1825-1845" supervised by Prof. Dr. phil. D. Kimpel, University of Stuttgart, Institute of History of Architecture (IAG), delivered in 2007.
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Vorprojekt zur Entwicklung und Anwendung eines räumlich differenzierten Indikatorsystems zur Messung einer nachhaltigen Entwicklung in Baden-Württemberg : Abschlußbericht
(2000) Sachs, Nicole; Kaule, Giselher; Klamt, Cornelia; Krewitt, Wolfgang; Friedrich, Rainer; Güthler, M.
Im Rahmen dieses Vorprojekts wurde die Entwicklung von Nachhaltigkeitsindikatoren für solche Umweltbereiche untersucht, die für eine zielgenaue Bewertung des Umweltzustands eine räumliche Disaggregierung der betrachteten Parameter voraussetzen und über das Maß der bisher entwickelten Indikatoren für Baden-Württemberg hinausgehen. In dem genannten Projekt wurde die Anwendbarkeit und der erwartete Nutzen solcher Indikatoren beispielhaft für die Problemfelder Flächenversiegelung Zusammenhängende landwirtschaftliche Fläche Nutzungsintensität von Auenböden, und Biodiversität untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Belastungen in den untersuchten Umweltbereichen standortspezifisch sind. Eine Berücksichtigung unterschiedlicher Empfindlichkeiten im Rahmen einer räumlich differenzierten Betrachtung ist daher für die Analyse besonders belasteter Gebiete und für die Entwicklung individueller Handlungsempfehlungen unumgänglich.