pondělí 9. listopadu 2020

Tower

Věž u německého Urbachu
Pro kreslení věže jsem se snažila vygooglit nějakou zajímavou. Povedlo se!

Tahle dřevěná kráska (nechť posoudí každý sám) je z dřevěných plátů, které se samy ohnuly do tohoto tvaru.

Týmy dvou institutů stuttgartské univerzity – Institutu počítačového designu a konstrukcí (Institute for Computational Design and Construction, ICD) a Institutu stavebních konstrukcí a navrhování konstrukcí (Institute of Building Structures and Structural Design, ITKE) – vybudovaly nedaleko německého Urbachu jedinečný pavilon – věž – s použitím prvků vytvarovaných díky kontrolovanému a cílenému přirozenému smršťování a kroucení materiálu při vysychání.

Věž je příspěvkem města Urbachu pro zahradnickou a krajinářskou výstavu Remstal Gartenschau a je jedním ze šestnácti drobných objektů, které v rámci rozsáhlého regionálního projektu vznikly a jejichž autory byli významní němečtí architekti. Objekty – zastavení – evokují tradiční bílé kapličky rozeseté mezi vinicemi a poli malebného údolí řeky Rems nedaleko Stuttgartu. Věž je mezi nimi architektonickou dominantou. Nabízí útočiště při nepřízni počasí; vnitřní prostor působí až sakrálně a průhledy z interiéru poskytují nová spojení s okolní krajinou. Prohýbané tvary na vnější straně vytvářejí jasné linie a zdánlivou křehkost podtrženou světlým povrchem. Naproti tomu interiér s vypouklými oblými stěnami evokuje drapérie a i vstupy připomínají rozhrnující se oponu. 

Obr. 1: Modelování konstrukceObr. 2: Změna tvaru základního dvouvrstvého CLT panelu vlivem vysušení

Z technického hlediska se jedná se o unikátní stavbu – poprvé je využito cíleného přirozeného tvarování zakřivených dřevěných prvků k získání finálního tvaru stavby. Technologie přistupuje ke zpracování materiálu opačně, než je běžné. Vyhýbá se energeticky náročnému tvarování a ohýbání, k němuž jsou obvykle zapotřebí robustní zařízení, a k dosažení stejného efektu elegantně využívá přirozených vlastností materiálu. Změna tvaru je dána smršťováním a kroucením dřeva v průběhu vysychání.

Obr. 3: Sušení základních CLT panelůObr. 4: Vysušené základní CLT panely

Jednotlivé prvky, z nichž je 14 metrů vysoká věž sestavena, byly vyrobeny jako ploché a svůj konečný tvar, který byl predikován výpočty, získaly při standardním průmyslovém vysoušení. Tento ve srovnání s tradičním ohýbáním dřeva energeticky relativně nenáročný proces by mohl otevřít nové možnosti architektům a designérům. Přitom lze využít místních zdrojů surovin a dřevo patří mezi obnovitelné a ekologické materiály.

Obr. 5: Výroba konstrukčních prvkůObr. 6: Výroba konstrukčních prvků

„Programování“ materiálu a předvídatelnost změn tvaru
U dřevěných konstrukcí vede vysoušení k praskání a deformacím. Změny vlhkosti a vývoj napětí je tedy třeba pečlivě kontrolovat. U urbašské věže jsou naopak tyto procesy „naprogramované“ a při správném návrhu dřevěných prvků vedou předpokládané deformace k očekávaným a kýženým finálním tvarům. Využívá se přirozené síly materiálu a jeho smršťování. 

Techniky pro ohýbání a tvarování dřeva jsou známy po staletí a mají společné to, že využívají k dosaženího požadovaného tvaru velkou mechanickou sílu. Zároveň je dobře známý vliv změn vlhkosti na deformace dřevěných prvků. Výzkumné týmy obou institutů dokázaly tyto vědomosti sloučit a díky využití počítačových simulací se predikci deformace dřevěných prvků podařilo upřesnit natolik, že bylo možné navrhnout i velké konstrukční prvky s „naprogramovaným“ vytvarovaním. 

Obr. 7: Spojené trojice konstrukčních prvků s fixovaným tvaremObr. 8: Spojené trojice konstrukčních prvků s fixovaným tvarem

Základem konstrukčních prvků byly ploché CLT panely o rozměrech 5x1,2 m ze smrkového dřeva. Panely byly dvouvrstvé a použité dřevo mělo vysokou vlhkost. Následně byly panely vysušeny ve standadní průmyslové sušičce, přičemž získaly požadovaný přesný tvar. Základní prvky pak byly slepeny do větších celků, čímž se zafixovala jejich geometrie.

Pro návrh prvků byly vytvořeny speciální výpočetní modely a postupně se ladilo navrhování, predikce tvarování a materiálová optimalizace, tak aby bylo dosaženo požadovaných poloměrů zakřivení a tvarů. Projektování prvků se podařilo dobře zvládnout a program umožnil snadné přizpůsobení při změně požadavků na výsledný tvar. Věž v Urbachu je prvním využitím těchto postupů v takovém měřítku a první stavbou, kde takto vyrobené prvky tvoří nosnou konstrukci. 

„Dřevo může být naprogramováno, aby vytvořilo potřebný tvar,“ uvádějí k procesu navrhování prof. Achim Menges a Dylan Wood z ICD, „zatímco samotný proces výroby prvků je poměrně snadný, správné predikování změny tvaru bylo velkou výzvou. Tím, že se nám to podařilo, jsme otevřeli dveře novým možnostem pro architekty. Výrobní prostupy využívající samotvarování ukazují, jak detailní porozumění chování materiálu a pokročilé počítačové modelování i u tak známého materiálu, jakým je dřevo, může vést k novým stavebním technologiím.“ 

Obr. 9: Montáž konstrukceObr. 10: Osazování stříškyObr. 13: Dokončený objekt

Dřevěná konstrukce a vnější obložení
Jednotlivé prvky byly vyrobeny ze smrkového dřeva původem ze Švýcarska. Každý prvek měl délku 15 m, poloměr 2,4 m a tloušťku pouhých 90 mm. Prvky byly vyrobeny pomocí pětiosého CNC stroje a sestaveny do bloků po třech včetně hydroizolace a exteriérového dřevěného obkladu. Důležité bylo přesné zakřivení a optimální umístění komponentů panelů s ohledem na směr vláken. Výroba jednoho prvku na CNC stroji pak zabrala cca 90 minut. Na míru vyrobený vnější ochranný obklad je z lepeného modřínového dřeva. K finálnímu ošetření byl použit anorganický transparentní povlak, který chrání dřevo před UV zářením i napadením houbami. Vnější modřínová vrstva by díky tomu neměla zešedivět, ale spíše se vybělit. 

Celý proces od těžby dřeva přes výrobu panelů, jejich vysoušení a sestavení do celků probíhal v jedné lokalitě, nebylo třeba žádných speciálních zařízení. To nejen usnadňuje a zefektivňuje výrobu, ale také prokazuje, že tuto technologii lze snadno začlenit do zavedených výrobních postupů zpracovatelů dřeva. Urbach Tower se skládá z dvanácti zakřivených prvků z CLT. Tloušťka panelů je 90 mm, což při výšce konstrukce přes 14 m znamená poměr štíhlosti zhruba 160:1. Zakřivení konstrukce umožnilo vybudovat štíhlou, velmi lehkou, a přitom dostatečně tuhou stavbu, která představuje zatížení pouhých 38 kg/m². 

Stavební prvky jsou navzájem spojeny šrouby; jejich umístění a úhly byly optimalizovány s ohledem na dosažení pevného spojení k homogennímu roznesení zatížení. Věž z prefabrikovaných bloků, každého sestávajícího ze tří základních prvků, byla do finální podoby sestavena týmem čtyř lidí během jediného dne bez potřeby masivního lešení nebo bednění. Na vrchol věže byla umístěna stříška z polykarbonátu.

Věž v Urbachu je ukázkou možností efektivní, ekonomické a ekologické výstavby ze dřeva s originálním architektonickým výrazem. Je výsledkem skloubení řemeslných dovedností, inovací ve výpočetní technice a vědeckého výzkumu. 

Parametry objektu
– Výška dřevěné konstrukce: 14,20 m;
– Poloměr u paty 4,0 m, poloměr ve vrcholku 3.0 m, poloměr ve středu výšky konstrukce 1,6 m;
– Materiál: CLT panely ze smrkového dřeva, 10--30-10-30-10;
– Obložení z modřínového dřeva s povrchovým ošetřením s TiO2;
– Komponenty vyráběny na pětiosém CNC stroji
– 12 základních konstrukčních prvků bylo nejprve sestaveno do bloků po třech a poté smontováno na místě;
– Skryté šroubové spoje;
– 8 senzorů měřících vlhkost uvnitř dřevěné konstrukce;
– Střecha z polykarbonátu s ocelovou konstrukcí.

Projekční tým
– ICD, Univerzita ve Stuttgartu: prof. Achim Menges, Dylan Wood – architektonický návrh, vývoj a návrh samotvarujících zakřivených prvků;
– ITKE, Univerzita ve Stuttgartu: prof. Jan Knip-pers, Simon Bechert, Lotte Aldinger: konstrukční návrh;
– Vědecká spolupráce: Laboratory of Cellulose and Wood Materials, Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology), Switzerland & Wood Materials Science, ETH Zurich (Swiss Federal Institute of Technology Zurich), Dr. Markus Rüggeberg, Philippe Grönquist, prof. Ingo Burgert.

Zdroje:
Vystavil v
Štítky: ,

Žádné komentáře:

Okomentovat

Přihlásit se k odběru: Komentáře k příspěvku (Atom)