Vorlesung Faltwerke.pdf - Staatliche Akademie der Bildenden ...

Grundlagen für die Planung 

Parametric Prototypes 

Seminar SS 2008 

> Nur für Lehrzwecke

1. Sonnenschutz 

Sichtbeschränkung berücksichtigen 

Feststehend oder beweglich 

- feststehender Sonnenschutz variiert in 

seiner Effizienz über das Jahr betrachtet 

- beweglicher Sonnenschutz ist konstruktiv 

anspruchsvoller und in der Regel 

schadensanfälliger aufgrund beweglicher 

Teile 




2. Material 

- transluzent oder opak 

- starr oder elastisch 

- ebene Fläche oder gekrümmte, abwickelbare 

Fläche 




3. Tragstruktur 

- selbsttragende Struktur 

- modulare Struktur mit wiederkehrenden Formen 

oder eine Großform 

- Modelle sind nicht in jede Größe skalierbar, 

Biegebeanspruchung der Fläche beachten 




4. Verbindungstechnologie 

- Sind die Elemente aus einem Teil zu falten oder 

müssen sie an den Kanten gefügt werden 

- Kleben 

- Schrauben 

- Stecken 

- Klemmen 

- Verbindung innerhalb des Querschnittes der 

Platte ist schwierig, abhängig vom Material 

5. Herstellung 

Bearbeitungsmöglichkeiten in den Werkstätten der 

Kunstakademie berücksichtigen 

- Ausschneiden 

-Sägen 

-Fräsen 




Faltwerke 




Libellenflügel 




Origami = Papier falten 




Origami 




Definition Faltwerke: 

Ein Faltwerk ist ein räumliches Gebilde, das aus steifen Flächenelementen besteht, welche entlang ihrer 

Kanten miteinander verbunden sind und dadurch eine räumliche Tragwirkung erzielen. 

Unterscheidung nach der Art der Faltung in: 

• Prismatische Faltwerke: parallele Faltungen und deren Variationen, rechteckige Scheiben als 

Grundform, die durch verschiedene zusätzliche Faltungen variiert werden kann 

• Pyramidische Faltwerke: umschliessen eine Pyramidenform: Grundfläche ist ein Vieleck, 

Seitenflächen bestehen aus Dreiecken, die sich in einem Punkt treffen 

• Halbprismatische Faltwerke: vereinigen Formen aus prismatischen und pyramidischen Faltwerken 

Prismatisch pyramidisch halbprismatisch 




Formen von Faltwerken 

Faltwerk 

Faltmuster 

parallele Geraden parallele Geraden beliebige Geraden 

gegenläufige Faltung Gegenfaltung 

Kombinationen 




Faltmuster - Winkel 

β 

β 

ζ 

ζ 

α α β β γ 

γ 

δ 

δ 

ε 

ε 

α 

α 

β‘ β‘ 

γ 

γ 

δ 

δ 

ε 

ε 

ζ‘ ζ‘ 

η 

η 

δ‘ 

δ‘ 

Beliebige Geraden mit Gegenfaltung 

Gegenläufige Faltung mit Gegenfaltung 




Gegenfaltung mit Drehung 




Variationen von Faltungen 




Sondergebiete der Baukonstruktion: Seminar Faltwerke WS 2006-07 

Arbeitsmodell von K. Altwein, A. Kirsch, C. Michalka 





Arbeitsmodelle von K. Altwein, A. Kirsch, C. Michalka 





Arbeitsmodell von K. August, K. Klenk, M. Haller 





Arbeitsmodelle von K. August, K. Klenk, M. Haller 





Entwurf von K. August, K. Klenk, M. Haller 




Formen von Faltwerken 

Im Gegensatz zu den pyramidischen Faltwerken bilden prismatische Faltwerke die am häufigsten 

realisierten Strukturen ohne metallische Stützkonstruktion. 

Unterscheidung nach dem Tragverhalten der Gesamtkonstruktion in: 

• Balkenartige Faltwerke 

• Rahmenartige Faltwerke 

• Bogenartige Faltwerke 

• Scheibenartige Faltwerke 

Balken Rahmen Bogen Scheibe 




Tragverhalten 

Tragverhalten von Faltwerken: 

Die einzelnen Flächen werden sowohl als Platte als auch als Scheibe beansprucht. 

Dabei tragen die einzelnen Elemente Belastungen quer zur Fläche zunächst als Platte zu den Kanten hin 

ab, welche als Auflager dienen. 

Entlang der Kanten werden die Kräfte in Richtung der benachbarten Flächen zerlegt. Dadurch werden 

diese Flächen als Scheiben aktiviert. 

Da die Verformungen der Einzelscheiben unter Belastung unterschiedlich sind, verschieben sich die 

Kanten gegeneinander. Um dies zu verhindern, müssen sie schubfest miteinander verbunden sein. 

Platte 

Scheibe 




Tragverhalten – prismatisches Faltwerk 

Beanspruchung der Fläche 

als Platte 

Lastabtragung zur Kante 

Resultierende Kräfte werden in die Fläche 

eingeleitet, die als Scheibe wirkt 

Unterschiedliche Verformungen 

der Kanten verschieben diese 



Schubspannungen entstehen in den 

Kanten, diese müssen daher schubfest 

miteinander verbunden sein 


Tragverhalten – pyramidisches Faltwerk 

Beanspruchung der Fläche 

als Platte 

Lastabtragung zu den Kanten 

Zerlegung der Kantenkraft in Richtung 

der Grate und der Flächen, d.h. parallel 

oder senkrecht zur Kante. Senkrecht 

zur Kante wirkende Kräfte üben auf 

diese eine Druck- oder Zugbelastung 

aus. 

Die Faltwerk-Wirkung kommt nur 

zustande, wenn diese Kräfte 

aufgenommen werden können. 




Das Tragverhalten von Faltwerken läßt sich auf zwei Grundtypen zurückführen: 

• Träger oder anderes linienförmiges Tragelement: 

Die Durchbiegung der einzelnen Flächen ist klein im Vergleich zur Verformung der Kanten. 

• Pyramide: 

Schnittpunkt der Grate und Kehlen liegt höher oder tiefer als die Auflager 

Liegt der Schnittpunkt auf derselben Höhe wie die Auflager, ähnelt die Lastabtragung der einer 

Kreisplatte 




Die Leistungsfähigkeit eines Faltwerks in Bezug auf die maximal aufnehmbaren Lasten ist abhängig von: 

• dem Querschnitt der Gesamtkonstruktion 

• der Konstruktionshöhe: Je flacher die Konstruktionshöhe ist, desto eher neigt sie zum Durchbiegen. 

• der Steifigkeit der einzelnen Flächenelemente 

• der Stabilisierung der Konstruktion durch die Verbindung der Kanten untereinander oder durch andere 

konstruktive Maßnahmen 




Entwurfskriterien für eine Faltwerkform: 

• Spannweite 

• Gesamtgeometrie des Faltwerks (Gesamtquerschnitt) 

• Konstruktionshöhe des Faltwerks 

• Beanspruchungen der Teilflächen 

• Geometrie und max. Abmessungen der Teilflächen 

- Fertigungsverfahren bzw. Größe der Halbzeuge (Plattenware) 

- Verringerung der Beulgefahr durch Begrenzung der Größe einzelner Teilflächen 

- Transportmöglichkeiten und Montagetechnik 

• Steifigkeit der Teilflächen 

• Max. Anzahl der an einem Punkt zusammentreffenden Kanten 

• Ableitung des Regenwassers 




Konstruktion der Flächen 

Die Flächen übertragen als Platten Biegemomente und als Scheiben Normalkräfte. 

Sie müssen daher gegen Ausbeulen und Ausknicken stabilisiert werden. 

Möglichkeiten der Stabilisierung: 

• Aufkantung oder Verstärkung durch Rippen: Rippen müssen zum Rand hin auslaufen, um 

durchgehende Kanten zum Fügen zu erhalten 

• Sandwichkonstruktion: Vorteil der Steifigkeit in alle Richtungen. 

Kernmaterial: Aufnahme der Schubspannungen, entscheidet über Lichtdurchlässigkeit. 




Optionen für Faltwerke aus 

Sandwichelementen: 

• Kernmaterial: 

Schäume, 

Wabenstrukturen aus diversen Materialien, die 

mit den Deckschichten schubfest verbunden 

werden (geklebt) 

• Deckschichten aus Holz, Kunststoff, Metall 




Aspekte bei der Fugenausbildung: 

• Optisches Erscheinungsbild: scharfe oder gebrochene Kante 

• Kraftübertragung (kontinuierliche Verbindung wie z.B. Kleben oder punktuell angeordnete 

Kraftübertragung durch kontinuierlich angeordnete Schrauben) 

• Gelenkig oder biegesteif: Flächenelemente mit geringer Dicke und ohne Profilierung sind nur sehr 

schwierig durch eine biegesteife Fuge zu verbinden. Entsprechend muss die Formstabilisierung des 

Faltwerks durch Zugbänder oder Einspannen der Fußpunkte gesichert werden. 

• Montagemöglichkeit: bei Verleimung von Holzelementen müssen diese werkseitig gefügt werden. 

• Abdichtung 




Beispiel Holz: 

Gekantetes Blech Scharnier Textile Fuge 




Gefalteter Träger aus Holzwerkstoffplatten, RWTH Aachen 




Faltwerk aus Holzwerkstoffplatten, ETH Lausanne, 2006 




Wabenstruktur aus Holzwerkstoffplatten, RWTH Aachen 




Pavillon für den Ideenpark 2008, Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart 












Colourdome: Experimenteller Pavillon, 2002, RWTH Aachen 




Colourdome: Experimenteller Pavillon, 2002, RWTH Aachen 




Yokohama Fährterminal, A.: Foreign Office 









„The structural development of the project has become the main source of 

ideas for its implementation and a trail of discovery that reaches far 

beyond the images that have become the better known side of the 

project.“ 

Alejandro Zaera-Polo

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