Ziel der Arbeit ist es eine Faltstruktur als gewichtsminimierte, weitgespannte, stützenfreie Überdachung zu erstellen. Durch die dreidimensionale Faltung entsteht eine freitragende Struktur ohne zusätzliche Stützen innerhalb der Spannweite. Dafür werden verschiedene Origamifaltungen untersucht und die Charakteristika einander gegenübergestellt. Die analogen Experimente der verschiedenen Formen dienen zur Auswahl eines Faltmusters, das für die weitere Verarbeitung verwendet wird. Das ausgewählte Faltmuster wird anhand seiner geometrischen Proportionen parametrisiert, wobei die Größe der Grundelemente und die Grundform des Patterns als Variable festgelegt werden. Eine Simulation durch particle-spring systems mit dem Rhino/Grasshopper Plugin Kangaroo2 ermöglicht eine räumliche Übertragung des flachen Faltmusters auf ebene, einfach und doppelt gekrümmte Geometrien. Die erstellte Struktur wird unter Zuhilfenahme der Finite Elemente Analyse-App, Karamba3D, nach strukturellen Kriterien und quantitativ bewertet. Eine schrittweise Optimierung wird mittels Variation der Elementgrößen angestrebt. Im Zuge einer Case Study wird die Tragkonstruktion als Atriumsüberdachung für das Wien Museum angewandt. Die Ergebnisse der strukturellen Analyse werden hierbei berücksichtigt und es erfolgt eine Anpassung der Faltelementgröße an die architektonischen Wünsche. Durch Berücksichtigung von bauphysikalischen Randbedingungen können erforderliche Detaillösungen wie Belichtungsmöglichkeiten entwickelt werden. Der Montageablauf wird in einer Bauphasensimulation dargestellt, wobei Transport, Lagerung und Dauer der Montage berücksichtigt werden.
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This master thesis aims to generate a folding structure used as a column-free, lightweight construction for canopies. Through the three-dimensional folding, the structure behaves as a self-supporting system, achieving stiffness without additional columns within its span. Therefore, various crease patterns analogously were built to identify their characteristics. One particular pattern is selected for further processing after comparing and evaluating the geometry, architecture, and statics of different crease patterns. The defined crease pattern is built parametrically, with the size of the base element being one of the main variables, where the second variable is being the global geometry. Using particle-spring systems simulation tool Kangaroo 2®, the flat-folding pattern can be applied to two-dimensional, simply, and doubly ruled surfaces. The resultant structure is assessed according to structural criteria using the Finite Element Analysis of Karamba 3D. The structural performance, architectural goals are compared to evaluate the quality of the final result. A step-by-step optimization provides information about the structure’s behavior when using different element sizes. The following case study applies the supporting structure as an atrium canopy to the Vienna museum. In doing so, the structural analysis results are taken into consideration, and the sizes of the folding ele-ments are adapted to meet the structural challenges. Detailed solutions can be developed if required taking environmental fac-tors into account. The assembly process is presented in a simula-tion of the building sequence, including transport, storage, and duration of the installation.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
