SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 110
Downloaden Sie, um offline zu lesen
Rapportage Speerpuntgroep
Vrijheid vormgeving constructie 2002




              “If you were a
           Platonist you could
           say that it had been
                lurking out
            there all the time,
           waiting for it’s cul-
             tural moment to
                  arrive.”




                                            André Jorissen
                                            Ronald Wenting
                                       Gert Jan Rozemeijer
                                   Jan-Pieter den Hollander
                                       Walter Spangenberg
Vrijheid Vormgeving 2002


Inhoudsopgave
Voorwoord                                                                 3

1.    Inleiding                                                           4

2.    Speerpuntgroep vrijheid vormgeving                                  5
2.1   Probleemstelling                                                    5
2.2   Doelstelling                                                        5
2.3   Aanpak                                                              5

3.    Kader/literatuurstudie                                              6
3.1   Wereldbeleving in de loop der tijd                                  6
3.2   Experimenten in het verleden en wat brengt de toekomst?             8
3.3   “Computing is about insight, not about numbers” (werkwijze FOG/A)   11
3.4   Blobs, CAM en koppeling software                                    13
3.5   Reacties vanuit de praktijk                                         23
3.6   Lessen in vrije vormgeving                                          23
3.7   ABT en vrije vormgeving                                             24

4.    Materialen                                                          25
4.1   Inleiding                                                           25
4.2   Staal                                                               27
4.3   Aluminium                                                           28
4.4   Beton                                                               29
4.5   Hout                                                                29
4.6   Glas                                                                31
4.7   Textiel                                                             31
4.8   Kunststof                                                           32
4.9   Ter afsluiting                                                      33

5.    Constructiesystemen                                                 34
5.1   Inleiding                                                           34
5.2   Constructiesystemen                                                 35
5.3   Constructiesystemen in de Blob-architectuur                         36
5.4   Relatie hoofddraagconstructie-afbouwsysteem                         37
5.5   Afbouwsystemen                                                      39
5.6   Projecten                                                           40
5.7   Rekentechnische aspecten Blob-architectuur                          41

6.    Oplossingsrichting Blob-architectuur                                42
6.1   Ontwerpaspecten                                                     42
6.2   Oplosstrategieën                                                    45
6.3   Résumé                                                              51




                                                                               1
Vrijheid Vormgeving 2002

Bijlagen:

Columns & interviews
B.1    Willem Jan Neutelings
B.2    Lars Spuybroek
B.3    Harald Kloft
B.4    Kas Oosterhuis
B.5    Interview Wiljan Houweling
B.6    Interview Richard Fielt

Projecten divers
B.7    Atletiekstadion Chemnitz
B.8    Guggenheim Museum Bilbao
B.9    Victoria & Albert Museum
B.10   Lloyds Cricket Ground
B.11   Aegis Project
B.12   Ost Kuttner apartments
B.13   Subway Tokyo
B.14   Restaurant Noorderdierenpark
B.15   Afvalverwerking Zenderen
B.16   Paviljoen BMW
B.17   Overdekking British Court
B.18   Eden Project

Projecten ABT
B.19   Andrassy Project
B.20   Stadhuis Alphen aan den Rijn
B.21   Terminals Potsdam
B.22   Keuringsdienst van waren Zwijndrecht
B.23   Floriade Haarlemmermeer
B.24   Flat Kleiburg

B.25 Beschrijving hyparschaal




                                              2
Vrijheid Vormgeving 2002




Vrijheid Vormgeving constructie 2002 (”Over blobs’)

Eindrapportage speerpuntgroep
Elk jaar zijn een aantal groepen actief met het uitdiepen van bijzondere onderwerpen.
Binnen de sector constructie zijn in 2001/2002 vijf groepen actief geweest.
Dit is de rapportage van de speerpuntgroep “Vrijheid vormgeving constructie”.
Deelnemers:
André Jorissen
Ronald Wenting
Gert Jan Rozemeijer
Jan-Pieter den Hollander
Walter Spangenberg
Met bijdragen van:
De heer Van Maarschalkerwaart
Wiljan Houweling
Hein Rekveldt
Richard Fielt
Bert Würtz
Carl Peter Goossen




                                                                                        3
Vrijheid Vormgeving 2002




1.    Inleiding
De vormgeving van bouwwerken wordt mede bepaald door de constructieve mogelijkheden.
Met de opkomst van de computer ontstaan nieuwe vrijere gebouwvormen.

Enkele voorbeelden van deze
ontwikkeling in de bouw en architectuur
zijn het Guggenheim Museum in Bilbao
en nog te bouwen Guggenheim Museum
in New York van Gehry.
In Nederland zijn voorbeelden het
Paviljoen Neeltje Jans, of algemener de
architectuur van Lars Spuybroek en Kas
Oosterhuis. Ook veel van de architectuur
van Erick van Egeraat kan tot deze
categorie       worden         gerekend
(voorbeelden ING Bank Boedapest,
Stadhuis Alphen aan den Rijn).
Bij dit type gebouwen kan de vraag
gesteld worden of hierbij een traditioneel
grid de beste insteek vormt voor de
meest geëigende constructievorm.
Misschien is een geheel aangepaste
benadering van de constructie nodig.
Vragen de architecten soms om een
grotere constructie vrijheid dan
daadwerkelijk vanuit de techniek kan
                                                                                             Guggenheim New York
worden ingevuld?
Veel tendentieuze publicaties (zie bijgevoegde literatuur)    Misschien moeten de architecten zich bewust zijn (of door
beloven nieuwe concepten. Zijn deze concepten echter          de constructeurs meer bewust gemaakt worden) van de
werkelijk nieuw of zijn ze in werkelijkheid terug te voeren   discrepantie tussen hun esthetische vormgeving en de
naar oeroude constructieve principes.                         ‘maakbaarheid’ van deze ontwerpen. Als we het hebben
Dit onderwerp boeit mateloos. Deels omdat de invulling        over maakbaarheid praten we niet alleen over de relatie
van de constructie bij dit type gebouwen vaak achterblijft    tot de constructie maar ook de aansluiting op de afbouw
bij de architectonische uitstraling.                          (een dubbel gekromd transparant element ?) en aspecten
                                                              die te maken hebben met onderhoud en duurzaamheid.
Mogelijk komt de fascinatie voort uit een mate frustratie.
Frustratie dat we de ontwikkeling binnen de                   Binnen ABT hebben we dit onderwerp als speerpuntgroep
constructiebranche schijnbaar niet bij kunnen houden.         binnen de adviesgroep constructie in 2001 opgepakt.
In de producerende branche wordt dit type architectuur
ook wel “fluid architectural nightmares” genoemd.             In hoofdstuk 2 is probleem-, doelstelling en aanpak
Duidelijk is dat hier wordt gebroken met een wijze van        aangegeven.
systematisch bouwen.




                                                                                                                     4
Vrijheid Vormgeving 2002



2.    Speerpuntgroep vrijheid vormgeving
2.1    Probleemstelling
De ontwikkeling moet geplaatst worden in een kader. Binnen dit kader komen nieuwe architectuurvormen tot ontwikkeling.

Er is momenteel geld beschikbaar voor opzienbarende architectuur Het overweldigende succes van het Güggenheim
Museum in Bilbao zorgt voor een economische opleving van het gehele gebied. De bouwinvestering wordt hierdoor
weer betrekkelijk. Een ander voorbeeld is het gebouw van de Gasunie in Groningen. Dit gebouw heeft zoveel uitstraling
dat de reaclamebudgetten voor de Gasunie beperkt kunnen blijven. Het gebouw zelf verzorgt een groot deel van de
pr. In New York wordt het nieuwe Güggenheim museum gebouwd voor het ongelooflijke bedrag van 1,5 miljard
gulden. Er was ca 400 miljoen tekort op de begroting. Dit is door de stad New York bijgelegd.

Naast het feit dat er budgetten beschikbaar worden gesteld is er ook sprake van een behoefte om af te stappen van
de altijd strakke rechte lijnen. Deze ontwikkelingen leiden tot architectuur waarbij de computer wordt gebruikt om
vrijere (lees niet geometrische) vormen te ‘shapen’. Deze vormen worden ook wel ‘blobs’ genoemd.
Een eenduidige definitie van dit begrip is er niet. Soms wordt de definitie gehanteerd dat er bij Blob Architektuur
sprake is van dubbel gekromde vlakken. Letterlijk staat Blob voor Binary Large Object, een grote hoeveelheid data.
Wij hanteren de definitie dat bij Blob Architektuur er sprake is van een vormgeving waarbij de gekromde vlakken
dominant zijn.

Deze definitie geeft ruimte aan de mogelijkheid dat deze vlakken vervolgens wel weer geometrisch bepaald kunnen
zijn. Vaak is dit echter niet het geval.

De probleemstelling is eenvoudig:    Wat zijn, bij het ontwerpen van blobs, de specifieke
                                     ontwerp-aandachtspunten en is er een oplosrichting
                                     vanuit de constructie aan te geven.

2.2   Doelstelling

Doelstelling van de speerpuntgroep vrije vormgeving is een onderzoek naar
het onderwerp Blob Architektuur.

Hierbij zoeken we naar een strategie die, vanuit de hoofddraagconstructie, gehanteerd kan worden bij dit type
architektuur. Echter er zijn ook een aantal subdoelstellingen:
·      wat minder bekende constructiesystemen memoreren
·      Interesse wekken voor vernieuwende architektuur

2.3     Aanpak

Binnen ABT heeft een werkgroepje bestaande uit André Jorissen, Gert Jan Rozemeier, Ronald Wenting, Jan Pieter den
Hollander en Walter Spangenberg zich met dit onderwerp beziggehouden.

Na een onderzoek naar opmerkelijke voorbeelden (hoofdstuk 3) wordt in hoofdstuk 4 kort ingegaan op de mogelijk in
aanmerking komende constructiematerialen. Bij deze materialen wordt ingegaan op nieuwe ontwikkelingen en
mogelijkheden. In hoofdstuk 5 wordt gekeken naar voorkomende constructiesystemen en wordt een analyse gemaakt
welke constructie systemen zich mogelijk lenen bij de Blob architectuur. In hoofdstuk 6 wordt dan ingegaan op alle
facetten (ontwerpaspecten) die bij deze architectuur een rol spelen en wordt ingegaan op oplosstrategieen.
In dit hoofdstuk wordt door middel van een aantal statements een resumé gegeven.




                                                                                                                    5
Vrijheid Vormgeving 2002

3.     Kader/literatuurstudie
3.1    Ruimte-ervaring in de loop der tijd
De architectuur van gebouwen is een direct afgeleide van
de heersende tijdsgeest, opvattingen en denkbeelden en
stand van de techniek van een bepaald tijdperk. Door de
digitalisering, die in het laatste deel van de 20e eeuw is
ingezet, leven we nu in het digitale tijdperk. Door deze
revolutie is naast de reëele ruimte-ervaring een heel andere
ruimte-ervaring tot stand gekomen, namelijk de virtuele
ruimte-ervaring. De hedendaagse architectuur speelt hier
op in door het ontwerpen van ongekend vrij vormgegeven
gebouwen. In een korte beschouwing zullen hierna enkele
ruimte-ervaringen worden neergezet en bekeken hoe de
architectuur hier op reageert. Het vertrekpunt voor deze
beschouwing vormt de ruimte-ervaring in de
Middeleeuwen.
Ruimte-ervaring Middeleeuwen gericht op God en de vorst.
De gedachtewereld van de “donkere” Middeleeuwen was
voornamelijk gericht op het hiernamaals, het leven op
aarde stond toen dan ook in het teken van het leven na de
dood. Naast de goddelijke wereldorde was de wereld
gericht op de vorst die aan de top van de piramide van
het feodale stelsel stond. Deze gerichtheid op zowel de
religie en de heersers op aarde bepaalden de destijds
heersende ruimte-opvatting: een ruimte met daarin God
en de vorst als centrum. Het resultaat van deze centraal
gerichte oriëntatie zijn de omvangrijke kathedralen en
paleizen met al hun pracht en praal die in het midden van
de gemeenschap staan.
                                                                                                   Soufflot, Ste. Geneviève
Ruimte-ervaring Renaissance vanuit ieder individu.
In de Renaissance ontstond een nieuw wereldbeeld door
een heroriëntering op de geestelijke verworvenheden van
de klassieke oudheid, waarin de mens centraal stond. De
afnemende gerichtheid op God en de vorst, en de
observatie van de wereld vanuit het individu kan worden
gezien als een decentralisatie van de Middeleeuwse
centrale ruimte-opvatting. Het gevolg is een
ruimteopvatting die uitgaat van een 3 dimensionaal
assenstelsel waarvan de oorsprong en de schaal
willekeurig in de ruimte bepaald kunnen worden: de
centrumloze en oneindige absolute Newtoniaanse ruimte.
De kritiek op een dergelijke eindeloze en centrumloze          Superstudio (1969)
ruimte-opvatting is, dat de dingen betekenisloos worden        “A journey from A to B”;
en dat er in de oneindigheid geen gevoel / referentie          Straten en pleinen zullen
bestaat waaraan maat en schaal kunnen worden ontleend.         niet langer nodig zijn.
Iedereen kent de stedebouw die wordt gedicteerd door
de alombekende technocratische rasters met witte dozen
in massabouw opgetrokken volgens een veel te abstracte
en modelmatige opzet (Bijlmersyndroom - rasteritis).
                                                                                           Le Corbusier (1925)
                                                                                           Voorstel stedebouwkundig plan Parijs




                                                                                                                              6
Vrijheid Vormgeving 2002

Virtuele ruimte-ervaring in digitale tijdperk.

De aanwezigheid van een absolute ruimte duidt op de
aanwezigheid van een relatieve ruimte. Deze ruimte, ook
wel de virtuele ruimte genoemd, is gecreëerd door de
digitale revolutie die is ingezet in het laatste decennium
van de afgelopen eeuw. Door de ontwikkelingen in de
informatiserings- en communicatietechnologieën wordt de
ruimte niet alleen ervaren als reëel, maar ook zoals bij
bijvoorbeeld internet het geval is, als virtueel. De invloed
van deze ruimte-ervaring is reeds terug te zien in de
architectuur. Gebouwen krijgen steeds grotere
uitkragingen en moeten lijken te zweven als gevolg van
de zwaartekrachtloze virtuele ruimte. Bovendien is de
vormgeving van het gebouw het product van de
materieloze virtuele ruimte, ongebonden aan welke                     Coop Himmelb(l)au (2000)
productietechniek dan ook.                                            Architectuur in de “gasfase”;
                                                                      ongrijpbaar voor de wetten van Newton.

Uitbreiding Science Center, Pittsburgh (USA)
inzendingen prijsvraag
Bovenstaande omschreven ontwik-
keling is goed terug te zien in de
hiernaast getoonde ontwerpen van
vooraanstaande          internationale
architecten voor de prijsvraag van de
uitbreiding van het Science Center in
Pittsburgh (USA).
In dit wetenschapsmuseum kunnen de         Ontwerp Jean Nouvel
bezoekers virtueel alle uithoeken van                                             Ontwerp UN-studio: van Berkel en Bos
de kosmos bezoeken (van diepzee tot
verre planeten) en kunnen zelf met het
merendeel van de geëxposeerde
objecten experimenteren. Voor de
uitbreiding verwachtte de directeur van
het wetenschapsmuseum een
eigenzinnige opvatting over materiaal
en techniek. Zonder uitzondering gaan
de architecten op dit verzoek in. In een
toelichting op het ontwerp stelt Van
Berkel dat het de bezoekers moet
inspireren om techniek en wetenschap       Ontwerp Daniel Libeskind               Ontwerp Bernard Tschumi
te overdenken aan de hand van de
gedurfde technische combinaties die
het gebouw toont. Het Science Center
hoopt in 2005 haar nieuwe gebouw te
kunnen betrekken. Hier zullen dan
ongetwijfeld vele slapeloze nachten van
de constructeur aan vooraf zijn gegaan.




                                                                                                                   7
Vrijheid Vormgeving 2002

3.2    Experimenten in het verleden en wat brengt de toekomst?
Dat architecten de wildste vormen willen realiseren is niet
echt iets nieuws of van deze tijd. Ook in het verleden wilden
architecten vaak het “onmogelijke” realiseren. Vaak was
dit een reactie op bepaalde maatschappelijke of
technologische ontwikkelingen; het geloof in de
vooruitgang. Zonder al te ver in het verleden terug te gaan,
zullen in deze paragraaf een aantal spraakmakende
voorbeelden van vrije vormgeving de revue passeren die
allen in de afgelopen eeuw zijn ontworpen. Fascinerend
hierbij is de confrontatie tussen architectuur en
bouwtechniek.
Na de 1e wereldoorlog ontwierp Erich Mendelsohn op de
telegrafenberg in Potsdam de futuristisch ogende
Einsteintoren. De sculpturale toren met de spiegels op het
dak is de ingang voor de onderzoekers en het licht van
een observatorium met ondergrondse laboratoria.
Mendelsohn liep met dit ontwerp al aan tegen het grote
dilemma van de betontechniek, het kisten van ronde
vloeiende vormen. Hoewel Mendelssohn beton als “het
bouwmateriaal van onze wil tot nieuwe vormen” zag,
werden de vloeiende contouren gerealiseerd in metselwerk
dat met een cementlaag overdekt werd. Tot op heden heeft
de betontechniek problemen met dit soort sculpturale                 Erich Mendelsohn (1920-1921)
vormen.                                                              Einsteintoren, Potsdam (Dld.)


Na de 1e wereldoorlog en de revolutie ontstond in de jonge
Sovjet-unie een nieuwe stroming in de architectuur: het
constructivisme.
Deze stroming wou de banden met het verleden breken
en was sterk gericht op de toekomst. Dit
vooruitgangsgeloof samen met een sterke fascinatie voor
de schier onbegrensde mogelijkheden die de nieuwe
bouwtechniek de architect boden, leidde tot vrij
vormgegeven constructies die de zwaartekracht tartten.
Veel van de ontwerpen zijn nooit uitgevoerd aangezien de
technische en financiële mogelijkheden van die tijd beperkt
                                                                     Vladimir Tatlin (1919)
waren en het politieke klimaat instabiel was.                        Monument van de 3e Internationale
Tatlins ontwerp van een 400 meter hoog monument voor
de Derde internationale uit 1919 –2000 was een van de
beroemde projecten uit deze tijd. De toren bestaat uit twee
met elkaar vervlochten spiralen van vakwerken,
waartussen 4 grote transparante volumen (cilinder,
piramide, cilinder, halve bol) zijn opgehangen, die elk met
verschillende oplopende snelheden ronddraaien. Door de
werkzaamheden van Sovjetinstanties in het monument
onder te brengen en door de plastische en transparante
vormgeving zou het monument, indien het gebouwd was,
niet alleen een revolutionaire bouwwerk van het
constructivisme zijn geworden, maar zou het nog meer
een een representatie van de revolutie en de met haar
verbonden nieuwe orde van Sovjet-Unie zijn geweest.             Simbirtsjev (1922-1923)
                                                                Ontwerp voor zwevend restaurant




                                                                                                         8
Vrijheid Vormgeving 2002

Een ander beroemd project was El Lissitzky’s ontwerp
voor horizontale wolkenkrabbers voor nieuwe
stedenbouwplannen in Moskou. Ook in dit ontwerp komt
de fascinatie voor de techniek en het vooruitgangsgeloof
tot uiting. Net als Tatlin’s monument is het ontwerp nooit
uitgevoerd.



                                                                                           El Lissitzky (1923-1926)
                                                                                           Ontwerp wolkenbeugel, Moskou

In de jaren ‘50 en ‘60 van de vorige eeuw ontstonden er
door de ontwikkelingen in de betontechnologie
(spantechnieken) veel organische sculpturale gebouwen.
Bovendien was er bij de architecten de wil om een
bouwwerk meer als een beeldhouwwerk te behandelen.
Een zeer geslaagd voorbeeld hiervan is Frank Llyod
Wright’s Guggenheim museum in New York. Dit gebouw
bestaat uit een neerwaartse spiraalvloer, die de
tentoonstellingsruimte in het museum vormt. De
spiraalvloer dient constructief tevens als uitkraging om
de krachten uit de wand erboven en de vloer over te               Frank Llyod Wright (1956-1959)
dragen aan de onderliggende spiraalwand.                          Guggenheim museum, New York


Het in 1973 voltooide Opera House in Sydney, ontworpen
door de Deense architect JÆrn Utzon en de ingenieurs
van Ove Arup, was aanvankelijk veel vrijer vormgegeven
dan uiteindelijk gerealiseerd is. Dit is goed te zien in de
hiernaast weergegeven figuren. Het gebouw gekenmerkt
door de alombekende karakteristieke schaaldaken, als
zijnde een aaneenschakeling van opbollende zeilen, legt
de link tussen het water en het vaste land. De “willekeurige”
configuratie van de schaaldaken in het schetsontwerp is
vanwege de constructieve en uitvoeringstechnische
redenen veranderd in een serie van aaneengeschakelde
schaaldaken in het definitieve ontwerp. De gehele
dakconstructie is uitgevoerd in prefab betonnen
elementen. Constructief gezien werken de schaaldaken
niet als schalen, vanwege het feit dat de krachtsafdracht
in hoofdzaak in één richting plaats vindt i.p.v. de ruimtelijke
krachtsafdracht bij zuivere schaalconstructies. De
schaaldaken kunnen constructief dan ook eigenlijk meer
worden gezien als geschakelde spitsbogen. Om de
maatvoering beheersbaar te maken zijn de “schalen”
geometrisch gedefinieerd als driehoekige uitsnedes van
een bolvlak, een geometrische vorm. Het gebouw is in de
loop van de tijd het gezicht van Sydney geworden. De
kosten voor dit project zijn destijds behoorlijk uit de hand
gelopen: een overschrijding van de aanneemsom met
maar liefst 700%!                                                 Jorn Utzon (1920-1921)
                                                                  Opera House in Sydney




                                                                                                                  9
Vrijheid Vormgeving 2002

Wat brengt de toekomst?
De virtuele wereldbeleving met de daarbij behorende stijl van
een vrije organische vormgeving zal in de nabije toekomst
steeds sterker en vaker tot uitdrukking komen in de ontwerpen
van gebouwen. De vormen zullen steeds organischer en
dynamischer worden, zoals in de futuristische wereldbeelden
worden geschetst. Deze evolutie geldt niet alleen voor de
bouwwereld, ook in andere sectoren zoals in de auto-industrie,
consumenten-electronica, vliegtuigindustrie tonen de
ontwerpen steeds meer vloeiende, dynamische contouren. De
drive tot het moderne en de grenzen te verkennen van de
techniek is gedurende het industriële tijdperk altijd aanwezig
geweest en in zoverre niets nieuws.                                Ford Mustang; destijds o.a. populair vanwege zijn
Nieuw in het geheel is de centrale rol van de computer. Naast      snelle ontwerp.
de door de computer gecreëerde virtuele wereld en de daarbij
behorende ervaringen is er het gebruik van de computer in
het bouwproces. Deze zal in de toekomst op alle fronten steeds
meer een centrale rol innemen.
De invoering van de computer in het ontwerpproces heeft
geleid tot andere ontwerpmethodieken bij met name de cyber-
architecten. Waar vroeger het ruimtelijke voorstellings-
vermogen van de architect het ontwerp bepaalde en het
ontwerp in zijn hoofd helemaal werd opgebouwd, staat bij
cyber-architecten de computer en de daarbij behorende soft-
ware centraal in het ontwerpproces. Deze laatste benadering
vraagt een volstrekt andere benadering van de architect. De        Mercedes–Benz; toekomstmodel
cyberarchitect stuurt de computer in het proces en kan daarbij
kiezen afhankelijk van het softwarepakket uit een oneindig
aantal mogelijkheden.
In de uitvoeringsfase neemt de computer een centrale rol in
wanneer gebruik wordt gemaakt van de CAD- CAM-
technologie. Bij vrij vormgegeven gebouwen kunnen de kosten
en maatvoering van dergelijke gebouwen zo in de hand worden
gehouden, omdat in de wereld van vrije vormgeving geen enkel
element hetzelfde is, maakt de CAD-CAM-technologie het
mogelijk om toch industrieel te produceren.
De realisering van technisch complexe projecten is
tegenwoordig mogelijk door de huidige hoge stand van de
techniek die met name bepaald wordt door de essentiele rol         Philips; consumenten-electronica
die de computer in het proces inneemt en omdat men bereid
is hiervoor te betalen. Architectuur wordt gezien referende naar
het zogenaamde Bilbao-effect. Het Guggenheimmuseum
heeft, met een miljoen bezoekers per jaar, de oude vervuilde
industriestad Bilbao een enorme impuls gegeven en weer op
de kaart gezet. De investering van ca. 570 miljoen gulden is
ondertussen al terug verdiend door de opleving van de gehele
locale economie door de komst van het museum. Het
investeren van steden van astronoom hoge bedragen in
architectuur met als doel het aantrekken van toerisme, zal in
de toekomst nog meer ontwikkeling van spraakmakende
superprojecten mogelijk maken. New York investeert in het          Frank O’Gehry;
nieuw te bouwen Guggenheim museum maar liefst een bedrag           computeranimatie nieuw te bouwen
van 400 miljoen gulden en ook Rome bezint zich om de stad          Guggenheim Museum, New York
weer opnieuw op de kaart te zetten.


                                                                                                                10
Vrijheid Vormgeving 2002

3.3	     “Computing is about insight, not about numbers”

Werkwijze Frank Gehry & Associates (FOG/A)
De basis van het ontwerp zijn nog steeds potloodschetsen
en makettes. De vorm wordt niet in de computer ontworpen
maar de makettes/modellen worden 3D gescand. De scans
leveren punten met een X,Y en een Z coordinaat. Deze data
wordt de Blob genoemd.

Conventionele CAD software kan niet overweg met deze
data. Probleem daarbij is vooral de beschrijving van de
vlakken tussen deze punten met NURBS.
CATIA (een programma uit de luchtvaartindustrie) is in staat
de vlakken te beschrijven. Het programma rationaliseert de
vlakken door ze op te delen in maakbare elementen zonder
daarbij de oorspronkelijke vorm aan te tasten. Wel is het zo
dat Gehry de computer als een gereedschap blijft zien dat
de kracht van de potloodschets niet kan evenaren.

Verder kan het programma de CAD-CAM koppeling maken
zodat het computermodel met een 5 assige freesmachine
uit foam kan worden gesneden en daarna door de architect
kan worden beoordeeld. Gehry zegt over deze werkwijze:                                            3D scannen geprototyped model,
                                                                                                 Experience Music Center in Seattle


“This technology provides a way for me to get closer to the craft. In the past, there were many layers between my rough
sketch and the final building, and the feeling of the design could get lost before it reached the craftsman.

It feels like I’ve been speaking a foreign language, and now, all of a sudden, the craftsman understands me. In this case,
the computer is not dehumanizing; it’s an interpreter.”

“I was doing this stuff anyway but I feel more confident that we can build it. It demystifies it.”


                                                                 The trick in this process is to preserve the essential qualities of
                                                                 the initial two-dimensional or three-dimensional sketch. These
                                                                 qualities are easily lost, or subtly damaged, if unsuitable graphic
                                                                 primitives or inappropriate approximations are employed.

                                                                 When Jorn Utzon first sketched the saillike roof forms of the Sydney
                                                                 Opera House (1956-1973), for example, he posed very difficult
                                                                 technical problems for the draftsmen who were to develop and
                                          schets Jorn Utzon      precisely document a design, engineers who were to analyse it
                                                                 and the contractors who were to build it.
                                                                 Eventually these problems were solved by introducing a master-
                                                                 ful simplification: the free-form surfaces were approximated by
                                                                 triangular patches from the surfaces of spheres. It was a brilliant
                                                                 move but it carried a heavy penalty. The constructed building,
                                                                 while beautiful in it’s own way, is much stiffer and more classically
                                                                 geometric than the version that Utzon had originally imagined.

                                                                 uit: Frank Gehry, Architect



                                                  Tekening




                                                                                                                                  11
Vrijheid Vormgeving 2002

Gehry verplicht toeleveranciers en producenten om met CATIA te werken. Dit scheelt een hoop conversie problemen en
fouten die kunnen ontstaan door het exporteren en inlezen van de modellen. Daarnaast scheelt het natuurlijk ook het
werk van het opnieuw modelleren.
Het model van de architect wordt dan het moedermodel dat de basis vormt voor de uitwerking door de andere partijen.
Nadeel voor deze partijen is het aanschaffen van een kostbaar pakket en de inspanning die het kost om een dergelijk
pakket te beheersen. Verder verliest CATIA zijn meerwaarde bij meer traditionele vormen.

Wie krijgt er gelijk ?
Some architects are angry, really angry, with Frank Gehry.
They see his late work as whimsical and capricious. To
them, he is a seducer of the public, promoterof frivolous
fashions, and a corrupting influence on impressionable
young designers.

Others are envious. They admire the spatial bravura of works
like the Guggenheim museum Bilbao (1991-1997), but
dissmiss them as singularities made possible by uniquely
indulgent clients and generous budgets.
Gehry seems somehow to have slipped the constraints that
bind the average architectural Joe.

But both camps get it wrong. Gehry has, in fact, found a
way of designing and building that is far more in tune with
the realities of our digitalizing, globalizing age than are the
stale dogmas of machine age Modernism.
He has created a powerful new architectural language
of computer-constructed curved surfaces, nonrepeating
parts, free-form composition, digital analysis, and globally
distributed CAD/CAM fabrication.

William J. Mitchel in Frank Gehry, Architect (2001)
                                                                  uit: “Engineering a new architecture”(1996)

                                                                  Het gaat over de toepassing van schalen en ruimtevakwerken.

Het principe van een moedermodel dat ruimtelijk voor alle partijen de hartlijnen vastlegt kan gebeuren zonder dat allen
met CATIA moeten werken. Er zijn twee manieren waarop men met het moedermodel kan omgaan:

1 Alle partijen werken afzonderlijk met hun eigen programma maar ontlenen wel hun basisinformatie aan het
  moedermodel. Probleem hierbij is het afstemmen van de verschillende computertekeningen. De staalleveranciers
  werken over het algemeen met Strucad terwijl gevelleveranciers vaak met Autocad 14 of Autocad 2000 werken.
2 Alle partijen werken aan het 3D moedermodel zelf. Daarbij heeft elke partij een bepaalde tijd tot zijn beschikking
  waarin hij aan het model mag werken. Daarna zal dit bewerkte model aan de volgende partij moeten worden
  doorgegeven. Er is een grote kans op discussie welke partij hoe lang en wanneer in het proces aan het
  moedermodel mag werken.
Wel geldt in het algemeen dat het werken met verschil-
lende software pakketten het proces compliceert en kan
vertragen wanneer de communicatie tussen de partijen
moeizaam verloopt.




                                                                                                                                12
Vrijheid Vormgeving 2002

3.4	       Koppeling software, Blobs, en CAM

Het is lang niet altijd het geval dat alle partijen met dezelfde software werken gedurende het hele bouwproces. Zoals
aangegeven in de vorige paragraaf kleven daar ook nadelen aan. Daarom een beschouwing van het koppelen van deze
software. De koppeling ligt vaak kritisch; immers wanneer de tekening eenmaal goed ingelezen is kan de gebruiker met
zijn kennis van het pakket goed uit de voeten en efficient aan de slag.
Er zijn verschillende typen software die gebruikt worden in het ontwerpproces.
High End software                    CAD software                                Reken software

 Maya                                    AutoCAD 2002                             Esa Prima Win
 TrueSpace                               MicroStation                             Technosoft
 Lightwave                               Arkey                                    DIANA
 Rhinoceros                              .......                                  Ansys
 3D Studio Max                           Solid Works

Belangrijk is de koppeling tussen deze pakketten die geschiedt middels het importeren/inlezen en exporteren van file
formaten. Nadeel is dat deze conversie altijd informatieverlies veroorzaakt; soms is dit ongewenst. Onderstaand schema
geeft een voorbeeld van een koppeling tussen de verscheidene software paketten. Onder in/uit staat welke typen file
formaten het programma aan kan. De gestippelde lijn geeft de koppeling zoalsgemaakt bij het stadhuis in Alphen aan
den Rijn. Te zien is dat de koppeling van AutoCAD MDT 5 rechtstreeks met Esa Prima Win gemaakt kan worden. Probleem
daarbij is dat het AutoCAD model dan geometrisch nauwkeurig en kloppend moet zijn. Esa Prima Win heeft namelijk
beperkte mogelijkheden (=minder gebruiksvriendelijk) om de geometrie aan te passen. Vandaar een koppeling via Auto-
CAD. Hetzelfde geldt voor een koppeling van Maya aan Esa Prima Win. Het programma Rhinoceros wordt alleen gebruikt
om te converteren. In de volgende paragraaf een nadere uitwerking van het CAM proces.

                                                                                                          AutoCAD 2002
 AutoCAD MDT 5
                                                                          dwg
                                                                                                          in/uit
 in/uit
                                                                                                          dwg	        dxf	   sat	
 dwg	        dxf	      IGES	
                                                                                                          stl	        3ds	   dwf
 stl	        sat	      vrml/dwf
                                                                    dxf                             at
                                                                                                g,s
                                                                                              dw
                                                           Rhinoceros
                                                                                                                    dxf



          Maya
                                   IGES                    in/uit
          in/uit                                           IGES	          sat
          dxf	                                             dwg	           dxf
          IGES	
                                                                           dxf
                                                                                                           Esa Prima Win
                                                 IGE
                                                       S
                                                                                                           in/uit
                                                                                     DIANA                 dxf
                                                IG                                                         epw
                                                  ES
Type	        Omschrijving	                                                           in/uit
                                                                                     IGES
dxf	         kan geen NURBS beschrijven

IGES	        kan wel NURBS beschrijven
                                                                                     CATIA
sat	         kan wel NURBS beschrijven
                                                                                     in/uit
stl 	        gebruikt voor CAD - CAM
                                                                                     dxf	         stl
                                                                                     IGES	        dwg
dwf	         voor internet
vrml	        voor internet (real time)
                                                                                          Koppeling software in bouwproces



                                                                                                                                    13
Vrijheid Vormgeving 2002

Blobs
Voor het principe van de koppeling maakt het niet uit of het ontwerp een Blob
is. Wel is een Blob een veel complexer object dan een Cartesisch volume als
bijvoorbeeld een kubus. Verder is een kenmerk van een Blob vaak dat deze ont-
worpen is in het software pakket en dat de informatie al digitaal aanwezig is al
is dat in beginsel niet zo.
Een belangrijk verschil is dat
de vlakken van de Blob met
NURBS krommen worden
beschreven. Dit heeft conse-
quenties voor de in te lezen
file formaten uit de vorige
paragraaf. Het file formaat dxf
trekt tussen de Blob coordi-
naten namelijk rechte lijnen
en geen vloeiende krommen.
IGES kan dit wel.                                                   ontwerp                                     inlezen in AutoCAD via dxf

                                    Esa Prima Win heeft alleen de mogelijkheid tot
                                    het inlezen van het dxf formaat. Het programma
                                    kan dus geen krommen inlezen.
benadering                          Bij het stadhuis zijn de gekromde profielen be-
gekromd                             naderd door een polygon. Lastig daarbij is het
profiel                             vinden van een niet te groot aantal staafjes dat
                                    de kromming alsnog goed benaderd. Verder
                                    waren de knikcontroles complexer doordat het
                                    programma per staafje een knikcontrole doet.
                                    Een aantal extreem gekromde profielen zijn
                                    uit het model gehaald en apart op stabiliteit                              inlezen in AutoCAD via IGES
                                    gecontroleerd.

Blob = Binary Large Object
“Een grote hoeveelheid data die in onleesbare vorm in een database is opgeslagen zoals een plaatje of een muziekfragment”

Probleem bij de Blob is het beschrijven van de vloeiende vlakken tussen de punten van de data.
Dit gebeurt met zgn. NURBS.

NURBS: Motivation
B-spline curves are polynomial curves. While they are flexible and have many nice properties for curve design, they are not able to
represent the simplest curve: the circle. To cope with circles, ellipses and many other curves that cannot be represented by polynomi-
als, we need an extension to B-spline curves. A circle is a degree two curve. Let us take a look at how B-splines cannot represent it. The
following are four closed B-spline curves with 8 control points. The degrees, from left to right, are 2, 3, 5 and 10. As degree increases, the
“roundedness” of the curve gets better. The degree 10 closed curve is very similar to a circle; but, it is not a circle. Why should a degree
two curve be represented with closed B-spline curve of degree 10?




To address this problem, we shall generalize B-splines to rational curves using homogenous coordinates. Therefore, we have the name
Non-Uniform Rational B-Splines




                                                                                                                                          14
Vrijheid Vormgeving 2002

CAM (Computer Aided Manufacturing)
De plaats van CAM software in het ontwerpproces is weergegeven in onderstaand schema.


               CAD                             CAM                           Control
               software                        software                      software




                              Geometry                     NC program
                              file                         file
De NC program file geeft de machine de beweging die de freeskop moet maken d.m.v. coordinaten en eventuele rota-
ties afhankelijk van het type machine. Het handmatig invoeren van deze coordinaten is zeer tijdrovend; CAM software
zorgt voor een automatische generatie van deze file. Kort gezegd maakt de CAD software het ontwerp, de CAM software
berekend de “toolpaths”en het NC programma laat de machine over de “toolpaths”lopen.
Er is CAM software voor 2D en 3D toepassingen. Een 2D systeem is in een systeem dat een tekening inleest en en een
toolpath berekent met een constante Z-coordinaat. Het genereren en combineren van toolpaths op verschillende hoogten
wordt 2.5D machining genoemd.
Binnen CAM software is er verschil tussen eenvoudige software (bijv. Deskproto) en zeer geavanceerde software (bijv.
CATIA); deze is in staat om 5-assige freesmachines aan te sturen, optimalisaties te maken vooor zgn. high speed machining
en die in staat is alle mogelijkheden van de machine exact aan te sturen. Deze software is meer bedoeld voor professionele
modelmakers die een model willen met nauwe toleranties.
Mass customization
Binnen moderne produktietechnieken kent men het begrip producing
in lots of one.
Producing in lots of one is mogelijk door te produceren met behulp
van CNC (Computerized Numerical Controlled) machines. Het maakt
voor deze machines niet uit of ze 30 verschillende vormen uit een plaat
moeten snijden of 30 dezelfde vormen mits de invoer goed geau-
tomatiseerd is. Dit betekent dat men concurrerend kan werken met
standaardelementen.
Dit wordt aardig gellustreerd door een ouderwetse drukpers met een
printer te vergelijken. Bij de drukpers kost het een hoop tijd om het ap-
paraat in te stellen en produktiegereed te maken. Wanneer dit eenmaal
gebeurd is kan de drukpers snel grote hoeveelheden tegen een lage
eenheidsprijs produceren.
Een laserprinter heeft een hogere stuksprijs maar is veel flexibeler. Deze
eigenschap zorgt voor computer gestuurde “mass customisation”. Wel is
het van belang om behalve naar het goed verlopen van de datastroom           De fles kan uitstekend gemaakt worden m.b.v. CNC machines.
te kijken ook goed naar de mogelijkheden van en beperkingen van de           Het schaakstuk echter niet simpelweg omdat de frees er niet
printer te kijken; een zwart wit printer kan immers geen kleurenplaatjes     bij kan (zie Rapid Prototyping)


                                            vorm benadert met                                                    vorm benadert met
                                            grid dat gericht is op                                               grid geschikt voor mass
                                            het toepassen van een                                                customization. Het
                                            standaard-                                                           onderzoek richt zich
                                            element, in dit geval                                                op de knopen in het
                                            een vierkante plaat. Bij                                             grid en het geautom-
                                            een plat vlak is dit nog                                             atiseerd produceren
                                            enigszins te doen maar                                               ervan (zie British Court
                                            bij een ook in Z-richting                                            beschrijving).
                                            gekromd vlak wordt dit
                                            erg complex




                                                                                                                                     15
Vrijheid Vormgeving 2002

Hieronder een korte beschouwing van de toepasbaarheid van CAM voor een
aantal materialen.

-	        beton/glas
 	        principe “producing in lots of one” zal voor beton (bij gebruik van een	
	         verloren bekisting) nog steeds erg kostbaar zijn t.o.v. gelijkvormige
	         elementen.




       Vorm A 1 bekistingselement                 Vorm B    9 bekistingselementen
       	        18 m2 betonoppervlak              	           18 m2 betonoppervlak
Bij Vorm B zijn dus 9 maal zoveel bekistingselementen nodig hetgeen kostbaar
is. Dit geldt ook voor prefab beton.

Dubbelgekromd glas                                              Eenzelfde principe als bij
Bij het Zollhoff kantorencom-                                   beton gebruikt FOG/A voor
plex heeft men een slimme                                       glas. CATIA bepaald de
oplossing gevonden voor het                                     vorm van de mal en stuurt
produceren van de verschil-                                     de CNC machine aan die
lende mallen. Een rechthoekige                                  de verschillende mallen
basismal wordt opgevuld met                                     freest.
styropor-blokken die door
een 5 assige freesmachine zijn                                                               CATIA model
gemaakt. Na gebruik kan de
styropor weer worden omges-
molten en worden hergebruikt
voor de volgende vorm.




Karel Vollers pakt het ontwikke-
len van elementen voor dub-                                                                  frezen mal
belgekromde vlakken anders
aan. Uitgaande van bestaande
frames en de torsiestijfheid van
de regels en stijlen wordt een
standaard profiel getordeerd.
De glasplaat wordt op dezelfde
manier vervormd.
Verder heeft hij het idee om
gekromde glasplaten te maken
in mallen met verstelbare com-
puter aangestuurde pootjes.


                                                                                             glas mockup




                                                                                                           16
Vrijheid Vormgeving 2002

-	        staal/stenen beplating

Bij stalen beplating is “producing in lots of one” concurrerend. Het kost geen extra
arbeid om de complexere plaatvormen uit te snijden en het materiaalverbruik
blijft voor vorm A en vorm B gelijk. Wel moet de data stroom van CAD systeem
naar CAM systeem precies lopen. Verder zal er meer snijverlies zijn bij vorm B.
Dit kan sterk worden beperkt door een slimme opdeling van de moederplaat.
Daarvoor zijn ook computerprogramma’s ontwikkeld. De inzet van CATIA voor
het maken van de gekromde natuurstenen gevels van de Disney Concert Hall
was erg succesvol.
Beplating EMP, Seatle (2000)
De beplating is bepaald door
CATIA met behulp van de mate-
riaaleigenschappen (vervorm-
ingscapaciteit) van het metaal.
Alle plaatjes zijn verschillend !
Nieuw qua werkwijze is bij dit
project dat een regelmatig
grid en repeterende delen zijn
weggelaten.
                                                groen	    = optimale condities
                                                blauw	    = acceptabele condities
                                                geel 	    = acceptabele condities
                                                rood	     = kromming van het vlak
                                                	            moet worden aangepast
Hoofdkantoor Swiss Re
Een ander voorbeeld van een constructieve toepassing van pro-
ducing in lts of one is het hoofdkantoor van Swiss Re in London.
Een ontwerp van Lord Norman Foster. De omtrek van het 180m
hoge gebouw wordt gevormd door een gevelbuis bestaande uit
diagonale kolommen horizontalen en knopen (het “diagrid”). De
gevel is in twee richtingen gebogen en de vorm is onregelmatig; de
plattegrond start op een kleine footprint en dijt uit tot op bepaalde
hoogte waarna de vorm weer versmalt tot in de top.
De onregelmatigheid van de vorm brengt met zich mee dat de
contructie-elementen niet uitwisselbaar zijn. Dit feit gecombineerd
met weinig plek op de bouwplaats (financial district Londen) vereist
een strenge logistiek.
Elk van de 20 verdiepingen heeft 18 verschillende knopen . Deze
worden geproduceerd met lasrobots. De Nederlandse combinatie
Victor Buyck-Hollandia is verantwoordelijk voor deze constructie.
Bijzonder is, rekentechnisch gezien, zogenaamd parametrisch
modelleren. Dit werkt net als een gewone spreadsheet; wanneer
je ergens in de invoer een waarde wijzigt zet de spreadsheet dit
automatisch door naar de herberekende uitkomst. Bij een con-
structie als deze is dat een must !




                                                                                       17
Vrijheid Vormgeving 2002




 Prent uit boek met werkteke-
 ningen/bouwtekeningen
 oorlogsschepen uit de 17de
 eeuw. Ouderwetse blobs
 (?).


-	       hout

In de dakelementen industrie is er al een vijftiental jaren een verschuiving zich-
tbaar van uitsluitend standaard elementen, vaak geprefabriceerd door een paar
‘grote jongens’ als Opstalan, Unidek of Isobouw, naar elementen voor individuele
woningen. Aan de andere kant zien we toch ook nog steeds als bulk de rijtjeshui-
zen, ook op de VINEX locaties, verschijnen.

Ook in hout komen steeds meer voorbeelden waarbij de vorm van vrijwel alle
elementen van elkaar verschillen; een recent voorbeeld is de eivormige fabriek
voor kunststofverwerking in March en Famenne (Ardennen) waar het zelfs voor
een fabriek mogelijk bleek de vorm van de toegepaste spanten te variëren. Dit is
mogelijk geworden door het volledig automatisch instellen van de persmallen.

Het variëren van de vorm heeft vaak ook variatie in de detaillering tot gevolg. Het   Revolutionair ?
prefabriceren van de details vereist bovenop de investering voor het automatisch      .................................................
verstellen van de persmallen een aanvullende investering voor het boren van           But more advanced CAD/CAM
gaten, het, onder verstek, afzagen van de elementen, etc. De mogelijkheden            processes, as employed by Frank
hierin tussen de verschillende fabrikanten van gelamineerd hout is nog vrij groot.    Gehry are far more revolution-
                                                                                      ary; they begin to illiminate,
Bijvoorbeeld, de details voor het EXPO-Dach in Hannover is gemaakt door die
                                                                                      rather than automate, traditional
fabikant die er de faciliteiten voor had (o.a. Derix in Niederkrügten).               construction documentation.
                                                                                      CAD/CAM steel fabrication, for
De ontwikkelingen gaan verder. Steeds meer fabrikanten investeren in geavan-          example, can now be a largely
ceerde apparatuur waarmee het principe “producing in lots of one” steeds beter        paperless process that relies
uit de verf kan komen. Gezien de inspanningen van de industrie, zien zij in deze      on transfer of digital files rather
ontwikkeling mogelijkheden voor de toekomst.                                          than shop drawings.
                                                                                      .................................................




                                                                                                                                          18
Vrijheid Vormgeving 2002

Maatvoering van Blobs1 “Nauwkeurigheid is ook maar relatief”
Nauwkeurigheid van CAD programma’s is afhankelijk van de beschrijving van de
coördinaten in het floating point systeem. Floating point systeem maakt gebruik
van de E-notatie. Bijvoorbeeld bij een 32 bit processor wordt 24 bit gebruikt voor
het beschrijven van het getal en de laatste 8 bit voor de plaats van de komma.
Rekenmachines die gebruikmaken van een floating point systeem kan je herk-
enen door 10 / 3 is 3,333 als je uitkomst dan weer vermenigvuldigd met 3 is de
uitkomst 10 en geen 9,999.
Binnen een CAD systeem zoals GIS wordt gebruik gemaakt van een absoluut
0-punt voor bijvoorbeeld het rijksmeetnet. Dit Rijksmeetnet gebruikte 25 jaar
geleden een toren in Amersfoort als nulpunt. In het kader van EEG is dit veranderd
in een nulpunt midden onder de Eifeltoren in Parijs.
Het is al menig keer voorgekomen dat de architect zijn eerste ontwerp tekent
met als onderlegger een GIS situatie. Zonder te weten ligt het absolute nulpunt
van de CAD file 500 km verder weg. Alle berekeningen worden gemaakt vanaf dit
absolute nul punt. Hier ligt een cruciale fout tov. het floating point systeem: hoe
groter het getal hoe groter de afwijking. Binnen het GIS is een nauwkeurigheid
van 5 cm voldoende, een 32 bit systeem voldoet hier aan. Bij een bouwkundige
plattegrond is een nauwkeurigheid van een 0,5 mm een must.
Nauwkeurige berekeningen binnen een CAD systeem vragen dus wel zeker de
aandacht om fouten te voorkomen.                                                      Titanium beplating
                                                                                      Guggenheim museum

Een goede methode om een eerste opzet te maken binnen een CAD systeem is het numeriek invoeren van de eerste
lijnen van de systeem assen. Deze assen numeriek te kopiëren en te transleren. Hieronder kan dan in een aparte laag de
situatie als onderlegger worden gelegd.
Rotaties, alleen de hoog nodige uitvoeren, nooit een rotatie uitvoeren om op een andere orthogonale as entiteiten toe
te voegen om daarna het geheel weer terug te roteren. Beter is om je assenkruis te verdraaien of hetgeen wat geroteerd
staat in een blok of reference te plaatsen.




Afwerking EXPO 2000 met spuitbeton        Maatmodel van EXPO 2000 opgebouwd uit lagen van 30cm



1
 een bijdrage van Carl Peter Goossen van de afdeling Bouwkunde



                                                                                                                   19
Vrijheid Vormgeving 2002


                                         1   Curven

                                             Berekeningen met Bezier, Spline’s en NURBS zijn benadering
                                             methoden. Een Bezier is een lijn die een benadering vind tus-
                                             sen een aantal ankerpunten. Spline is een methode die door
                                             de ankerpunten gaat en een begin richting heeft gekregen,
                                             terwijl de NURB op elk ankerpunt een richting kan krijgen.
                                         2   Alle methoden gaan uit van een benadering. Binnen het
                                             kader wat hierboven staat is de benadering van curve lijnen
                                             zeer onnauwkeurig bij verkeerd gebruik kan het oplopen tot
                                             5 cm. Een methode om dikte te geven aan een curve lijn is de
                                             offset van de curve. Voor bijvoorbeeld de beschrijving van
                                             de constructie is een zeer onnauwkeurige methode.

                                             Curven geven ons een nieuwe beeldvorming binnen de
                                             Architectuur, we kunnen er niet omheen. Daarom zijn er CAD
                                             systemen ontwikkeld in de auto en vliegtuig industrie die
                                             de benadering methoden binnen een aantal restricties zeer
                                             nauwkeurig kunnen berekenen. Toch is er ook een methode
                                             die wij beter kunnen gebruiken:
                                         3   Wanneer de vormgeving is vastgelegd in een aantal curven
                                             en driedimensionale netten is het mogelijk om het geheel te
                                             benaderen met “constructie stukjes” waar we de vormgeving
                                             ook in realiteit mee willen benaderen. Het Guggenheim mu-
                                             seum in Bilbao van Frank O. Gehry is gemaakt van titanium
                                             platen met verschillende krommen in één richting. Wanneer
                                             de constructie opbouw bekend is, is het mogelijk om daarop
                                             de verdere uitwerking te baseren.

                                             Binnen de Cad systemen hebben we mogelijkheden qua
                                             entiteiten om alle bekende vormen van componenten te
                                             beschrijven. Van een normale lijn, plaat, blok, kegel, bol,
                                             torus of onderdelen hiervan. Deze entiteiten hebben een
                                             nauwkeurige wiskundige beschrijving. Door te denken in
                                         4   componenten in plaats van gehele curve vormgeving is
                                             alles in realiteit weer mogelijk.

                                             Als voorbeeld gaan we een curve omzetten in plaatcom-
                                             ponenten.
                                             De curve wordt voorzien van punten die getransleerd zijn
                                             langs de curve met een vaste afstand van 600 mm, er zijn ook
                                             ander methoden als alle delen even groot etc. Hieroverheen
                                             worden lijnen (vectoren) overheen getrokken. Dit geeft
                                             een goede rekenkundige basis om verdere constructie te
stapsgewijze benadering van een curve
                                             construeren. Bijvoorbeeld een kolom op de bisectrice tus-
door te facetteren met delen van 600mm
                                             sen twee lijnen.

                                             Ook voor de Expo 2000 in Hannover van MVRDV heeft ABT
                                             een soort gelijke methode gebruikt om de duinen vast te
                                             leggen.




                                                                                                      20
Vrijheid Vormgeving 2002

Rapid Prototyping

Definitie: 	       “A proces that automatically creates a physical Prototype from
a
		                 3D CAD model, in a short period of time.”

1 LMT = Layered Manufacturing Technology
	       Bij deze technologie wordt het model opgebouwd 		                   	
	       uit laagjes schuim of laagjes papier. Het is een additief
	       proces. Het formaat van het prototype is in principe
	       onbeperkt. LMT systemen zijn erg kostbaar ~ $100.000.

2 CNC machining gaat uit van het slijpen van het model uit een massief
	      blok materiaal. Het is een subtractief proces. Desktop CNC is veel 	
	      goedkoper dan LMT ~$10.000 inclusief machine. Wanneer een 	
	      groter prototype gewenst is kan een externe machine van een 	
	      gespecialiseerd bedrijf ingezet/aangestuurd worden.


“If you were a Platonist you could say that it had been lurking
out there all the time, waiting for it’s cultural moment to arrive.”

        FOG/A gebruikt CATIA zowel om te Rapid Proto typen als
        om 1 op 1 de produktielijnen aan te sturen.

        Onder: scannen prototype (reverse engineering)
        Rechts: model Zollhoff complex gemaakt met LMT




        Ook bij Rapid Prototyping is CAM software nodig zij
        het eenvoudige. Deskproto is er een voorbeeld van.
        Het is ontworpen als een toegankelijk programma
        dat eenvoudig te bedienen is zodat snel geproto-
        typed kan worden op een (in-house) CNC machine.
        Gestreefd is naar een black box; één druk op de
        knop en het model wordt 3D geprint net als een
        Word bestand op papier. Het programma kan STL
        files inlezen maar geen IGES. IGES heeft meer opties
        voor het maken van nauwkeurige “tooling strategies”
        maar het formaat is complexer en vereist een grotere
        nauwkeurigheid.
                                                                 Desktop CNC machine   Frezen RP model uit perspex




                                                                                                                     21
Vrijheid Vormgeving 2002

Toekomst

-	       Onderhoud
	        Wat te doen bij een uitbreiding over 10 jaar ? Het inlezen van oude files in het (reken)pakket.
-	       Speciale custom software (formfinding)
-	       Real time rekenen
	        een koppeling tussen VR en EPW of te wel rekenen in de 4de dimensie
	        (verdergaand parametrisch modelleren).
-	       Artificial Intelligence
	        Het programmeren van de constructie/het gebouw volgens de wetten van de zwaartekracht.
	        Zal de constructeur nog meer dan hij nu af en toe moet zijn een constructief computerdeskundige worden
	        (zie bijlage B.7) ?
	        Een voorbeeld hiervan werd gevonden op Discovery Channel. De computer bepaald met een aantal
	        gegeven bouwstenen en overspanning, doorbuigingseis en sterkteeigenschappen hoe ver de uitkraging 	
	        maximaal kan worden. Een ander voorbeeld is een nieuw LEGO product Mindstorms. Kinderen (?) kunnen met 	
	        dit speelgoed (?) een robot/bulldozer o.i.d. bouwen die ze zelf kunnen aansturen met een
	        computerprogrammaatje, sensoren en kleine elektromoteren.




                                                                                                                22
Vrijheid Vormgeving 2002

3.5 Reacties vanuit de praktijk

In bijlage 1 tot en 7 zijn enkele reacties opgenomen vanuit de praktijk. Bedoeling
van deze reacties is de breedte aan te geven van de wijze hoe dit type
architectuur ontstaat en hoe er over gedacht wordt.

In de bijlage zijn opgenomen:
B.1: Willem Jan Neutelings
B.2: Lars Spuybroek
B.3: Gregg Lynn
B.4: Harold Kloft
B.5: Kas Oosterhuis
B.6: Interview Wiljan Houweling
B.7: Interview Richard Fielt

De bijdragen zijn sterk verschillend van aard. Van kritisch sceptisch (Willem
Jan Neutelings) tot tamelijk zweverig (Kas Oosterhuis). Ook pretentie kan de
bijdragen van Lars Spuybroek en Gregg Lynn niet ontzegd worden.
De bijdragen van de ABT-’ers Richard Fielt en Wiljan Houweling brengen het
geheel dan terug naar de aarde.

3.6    Lessen in vrije vormgeving

Praten over nieuwe architectuur en vrije vormen is één. Uiteindelijk gaat het
om het bouwwerk.
In de bijlage zijn een aantal voorbeelden van gebouwde, of binnenkort te
bouwen architectuur met vrije vormen verzameld.
De voorbeelden hebben het doel een beeld te geven van de sterk verschillende
aanpak en mogelijk te inspireren of te zien hoe het beter kan.

In de bijlagen 8 tot en met 19 zijn een aantal voorbeelden opgenomen.
Naast projectgegevens wordt ingegaan op de techniek van deze projecten.

In de bijlage zijn opgenomen:
B.8: Atletiekstadion Chemnitz
B.9: Guggenheim museum Bilbao
B10: Victoria & Albert Museum
B.11: Lloyds Cricket Ground
B.12: Aegis project
B.13: Ost Kuttner apartments
B.14: Subway Tokyo
B.15: Restaurant Noorderdierenpark
B.16: Afvalverwerking Zenderen
B.17: Paviljoen BMW
B.18: Overdekking British Court
B.19: Eden Project




                                                                                     23
Vrijheid Vormgeving 2002

3.7     ABT en vrije vormgeving

Binnen ABT is altijd een fascinatie geweest voor ‘spannende’ vormen.
De spanning kan zeer verschillend van aard zijn:

*       grote vrije overspanningen spreken tot de verbeelding
*       fragiliteit van de constructie
*       bijzondere gebouwvormen kunnen een spanning geven.

Reeds in het verleden heeft ABT bij veel projecten geëxperimenteerd met vrije
vormen en nagedacht over technische oplossingen. Enkele voorbeelden uit
het verleden:

*       Spuitbeton in Minnaert gebouw van Willem Jan Neutelings in de Uithof;
*       Spuitbeton in gekromde vorm van Educatorium van OMA, ook in de
        Uithof;
*       Hyparschalen in hout bij Station in Tilburg (bijzonder lezenswaardig is
        ook de ‘schalen ‘ documentatie vervaardigd door oud ABT Directeur
        Jan Pestman);
*       Spuitbeton in uitkijkpost op de Hoge Veluwe;
*       Spuitbeton toegepast in de roten van bv Burger’s Desert of Burger’s
        Ocean.

In de bijlagen 20 tot en met 25 zijn opgenomen:

B.20:   Andrassy project (ING bank Boedapest)
B.21:   Stadhuis Alphen aan den Rijn
B.22:   Terminals Potsdam
B.23:   Keuringsdienst van Waren Zwijndrecht
B.24:   Floriade Haarlemmermeer
B.25:   Renovatie flat Kleiburg




                                                                                  24
Vrijheid Vormgeving 2002

4   MATERIALEN

4.1 Inleiding
De vormgeving van bouwwerken, met de zogenaamde
BLOB architectuur wellicht in zijn meest extreme vorm,
wordt mede bepaald door de constructieve mogelijkheden.
Deze zijn sterk afhankelijk van het toegepaste materiaal.
De indruk bestaat, dat de tot op heden gerealiseerde BLOB
architectuur is gerealiseerd met zeer traditionele
constructies (Guggenheim Bilbao) of met een zeer
ambachtelijke basisconstructie waarmee de uiteindelijke
constructie is gerealiseerd (bekisting voor de betonnen
schalen in het casino Zandvoort). In al deze gevallen is de
BLOB architectuur beschouwd als een esthetische
afwerking. Ons denken over het realiseren van constructies    Circus te Zandvoort (Soeters) [3.]
beperkt ons tot lineaire elementen, platen en schijven. Een
enkele keer wordt een schaal als constructief element in
beschouwing genomen. Dit leidt tot een sterke scheiding
tussen vormgeving en constructie waarbij de vormgeving
gerealiseerd worden met allerlei niet constructieve
elementen. Misschien is dat ook wel het meest realistische.
Aan de andere kant is een studie naar integratie van beiden
zinvol: de constructie naar de buitenschil zoals bij de
ontwikkeling van hoogbouw het geval is (met het John
Hancock Center in Chicago het Alcoa Building in San Fran-
cisco en het 780 Third Avenue Building in New York als
duidelijke voorbeelden).

BLOB architectuur vereist misschien een vergaande
integratie tussen vorm en constructie zonder te vergeten
dat alle belastingen uiteindelijk aan moeder aarde moeten
                                                              780 Third Avenue, New York
worden afgegeven.
                                                              (Skidmore, Owings & Merrill) [4]

Bij de BLOB architectuur komen veel (dubbel) gekromde
oppervlakken voor. Volledige integratie van vorm en
constructie is vertoond met schaalconstructies. Bij ABT
hebben we in het verleden een aantal zogenaamde
hyparschalen gerealiseerd (bijvoorbeeld het station in
Tilburg, het station in Schiedam, de Kerk in Osdorp) [6].
Een integratie van vorm en constructie is bij hyparschalen
met rechte lijnvormige elementen, in genoemde
voorbeelden van staal en/of hout, te realiseren. Indien
overgegaan wordt naar andere, wellicht meer complexe
vormen, zijn schalen van beton mogelijk. Alleen, beton
heeft een gietvorm (bekisting) nodig, welke op een of
andere manier gemaakt zal moeten worden. Wellicht
moeten we in het fabricageproces naar de
automobielindustrie kijken, waar een ‘nieuw’ model met
dezelfde machine gerealiseerd kan worden als
hetvoorgaande model door het vormpersen van de
verschillende onderdelen op een andere wijze in te stellen.

                                                              Hyparschalen [5]




                                                                                                   25
Vrijheid Vormgeving 2002

De aanvankelijk consequent aanwezige scheiding tussen
constructie en afwerking is wellicht nog bij de cabriolet,
en zeker bij de vrachtwagen, aanwezig; bij de ‘normale’
personenauto is deze scheiding verdwenen.
Een van de resultaten van een dergelijke ontwikkeling in
de bouw kan een bouwelement of een gietvorm voor een
bouwelement zijn. In ontwikkeling in deze richting opent      Bundes Gartenshau, Mannheim
mogelijkheden voor de BLOB architectuur.                      (Mutschler und Partner) [5]
Een andere mogelijkheid tot integratie van vorm en
constructie is het realiseren van bouwwerken met buig-
en torsieslappe oppervlakken welke in ‘willekeurige’
vormen getrokken kunnen worden alvorens ze te fixeren.
Na fixatie moeten de oppervlakken wel belasting kunnen
worden afgedragen. Met lijnvormige elementen
gerealiseerde oppervlakken zijn hiervoor geschikt; een
voorbeeld is het gebouw voor de ‘Bundes Gartenschau’
welke bij toepassing van het materiaal hout (4.5) wordt
beschreven. Andere voorbeelden zijn de tentconstructies,
welke door de eeuwen dienden als onderdak voor
nomadenvolken over de gehele wereld en waarvoor
uitsluitend ‘natuurlijke’ materialen als takken en gelooide
huiden werden gebruikt. Het boek ‘SHELTER’ [1] geeft
van deze tentconstructies een groot aantal voorbeelden,
zoals de hiernaast afgebeelde tent van de toearegs, en
van op deze voorbeelden geïnspireerde, soms meest
fantastische, bouwsels.
Van oppervlakken met schijven gerealiseerd is de
torsiestijfheid veel groter zodat de mogelijkheden hiermee
                                                              Tent van de toearegs [1]
beperkter zijn. Een destijds voor de ijsbaan in Nijmegen
uitgezocht alternatief, zie 4.5, toonde aan dat er een
“acceptabele” kromming van het dakvlak met
zogenaamde houten stiffened panel dakelementen te
bereiken is.
In de voorbeelden van Capadocia (Turkije) is een zeer
vergaande integratie tussen vorm en constructie bereikt:
uitgeholde en een wel op zeer speciale wijze vormgegeven
rotsmassieven.
Voorbeelden met ferrocement spreken tot de verbeelding.
Sinds de zeventiger jaren hebben studies naar het
construeren met ruimtelijke figuren, welke wiskundig zijn
te beschrijven, geleid tot een schier onuitputtelijke reeks
                                                                   Capadocia, Turkije [1]
van mogelijke bouwvormen. Bij het beschrijven van
mogelijkheden met kunststof wordt een in Delft gebouwd
voorbeeld en de bijbehorende ‘vormtaal’ beschreven.
Koepels met staafvormige draagstructuur, zoals koepel
met geodetische staafverdeling, kent, ook in Nederland,
voorbeelden met staal en met hout, en sluiten dicht bij
deze ‘vormtaal’ aan.




                                                                   Winkel van ferro-cement, Palm Springs[1]




                                                                                                              26
Vrijheid Vormgeving 2002

De vorm van koepels is dwingend al zijn er wel allerlei
‘grapjes’ mee uit te halen zoals bijvoorbeeld de
zogenaamde ‘Bindo Dome’ toont, waar het topgedeelte
uit de bolvorm is getrokken.
Verregaande integratie van vorm en hoofddraag-
constructie zal in de meeste gevallen overigens niet
realistisch, zeker als het meerlaagse bouw
betreft. Integratie in de gevel en in het dak is wellicht wel
mogelijk.




4.2    Staal
                                                                Bindo dome, Mineapolis [1]
Staalconstructies worden meestal met walsproducten
gerealiseerd. Geperste platen, zoals gebruikt in de
automobielindustrie, komen niet of zelden voor. Voor het
realiseren van complexe vormen met krommingen in
meerdere richtingen zijn geperste platen zeer geschikt.
Eventueel dubbel uitgevoerd voor het verkrijgen van
voldoende sterkte en stijfheid (sandwichelementen).
Een andere optie om met staal een complexe vorm te
realiseren is het vervormen van een vlak welke met
kruisende strippen wordt gerealiseerd, zoals in figuur 4.2.1
is aangegeven, welke op de kruisingen met een stiftvormig
verbindingsmiddel zijn verbonden.
                                                                Bundes Gartenschau, Mannheim
                                                                (Mutschler und Partner) [5]




       Figuur 4.2.1: kruisende strippen


Een grit zoals in figuur 4.2.1. is aangegeven is gemakkelijk
te vervormen. Deze moet in de gewenste vorm worden
gefixeerd via een bevestiging aan de, wellicht traditionele,
(hoofd) draagconstructie. Een voorbeeld met staal met
een dergelijke constructie is onbekend(?). Een voorbeeld
met hout is het al genoemde paviljoen in de “Bundes
Gartenschau” te Mannheim.




                                                                Forum, Tokio (Viñoly) [3]




                                                                                               27
Vrijheid Vormgeving 2002

Koepels met geodetische staafverdeling in aluminium /
staal kent in Nederland voorbeelden in
o.a. Geertruidenberg en Schiphol. Een van de beroemdste
en eerste voorbeelden (1922) is de
koepel boven op de fabriek van Carl Zeiss in Jena, waarbij
het lichte stalen frame diende als ondergrond voor de later
aangebrachte ferrocement. De binnenzijde van de koepel
diende als projectiescherm. Deze koepel heeft navolging
gekregen in o.a. de koepel voor het planetarium in Artis
(Amsterdam), welke met houten staven is gerealiseerd.
                                                              Koepel van Carl Zeiss in Jena [1]
Zogenaamde tentconstructies, welke verderop kort aan
de orde komen, worden vaak gesteund door een stalen
draagconstructie. De millenium dome in Londen is er één
van. Ook het Museum of Dinosaurs in Fukui, Japan, is in
dit verband het vermelden waard.

In het kader van het realiseren van ‘willekeurige’ vormen
mag het zogenaamde Exploform procédé niet onvermeld
blijven. In een bak met water wordt een vlakke plaat met
behulp van een explosie op een mal (vorm) geschoten.
De explosie is zo groot, dat de plaat de vorm van de mal      Millenium Dome, Londen (Richard Rogers Partnership) [3]
aanneemt. Grote voordeel ten opzichte van persen, ook
een mogelijke koude vervormingmethodiek, is, dat met
één mal kan worden volstaan (de contramal, wel
noodzakelijk bij het persprocédé, is overbodig).
Het Exploform procédé is op dit moment in studie voor
het nieuwe theater aan de Rijn in Alphen a/d Rijn. Het moge
duidelijk zijn, dat het Exploform procédé geschikt is voor
het prefabriceren van afwerkplaten, vooralsnog niet voor
een integratie van afwerking en draagconstructie.

4.3 Aluminium
Zuiver aluminium heeft slechte mechanische
eigenschappen. Door het ontwikkelen van legeringen zijn
deze aanzienlijk te verbeteren en is het als
constructiemateriaal toepasbaar. Evenals staal kan alu-
minium in profiel worden gewalst. Meest toegepaste            Museum of Dinosaurs, Fukui (Kurokawa) [10]
profielvormen zijn de golfvorm, de trapeziumvorm en de
zwaluwstaartvorm. De vormmogelijkheden van
walsproducten beperkt worden door de beschikbare
walsen. Aangezien aluminium bij een temperatuur van
450 tot 500 oC zacht en plastisch wordt, kan aluminium
worden geëxtrudeerd. Hierbij wordt het aluminium door
een matrijs geperst. De vormmogelijkheden worden
beperkt door de beschikbare matrijzen.

Voor aluminium lijkt het bij staal beschreven Exploform
procédé prima toepasbaar voor het realiseren van
‘willekeurig’ gevormde afwerkplaten.

Voorbeeld van een aluminium constructie is het
tentoonstellingspaviljoen van de “Aluminium Zentrale” op      Tentoonstellingspaviljoen Aluminium Zentrale
de Hannover Messe.                                            (Hannover Messe) [7]




                                                                                                             28
Vrijheid Vormgeving 2002

4.4 Beton

Beton is een materiaal wat gegoten wordt en daardoor
ogenschijnlijk een zeer geschikt materiaal voor het
realiseren van BLOB architectuur waarbij een hoge mate
van integratie tussen constructie en vormgeving bereikbaar
is. Echter, voor alle gegoten vormen is een gietvorm nodig.
Zo lijkt het circus in Zandvoort een voorbeeld van BLOB
architectuur waar deze integratie is bereikt. Inderdaad: de
dubbel gekromde betonnen schalen bepalen de
vormgeving en de draagconstructie. De houten vormen
(mallen) voor deze schalen zijn zeer ambachtelijk, en met
zeer veel hoofdbrekens, gemaakt (jammer dat deze
juweeltjes van vakmanschap uitsluitend als bekisting zijn
gebruikt).                                                    Kaiser Dome, Honolulu (Richter) [9]
Bij de realisering van een door Frank O. Gehry futuristisch
kantorencomplex op het voormalige terrein van “Zollhoff”in
Dusseldorf is een nieuwe bouwtechniek ontwikkeld voor
het maken van gekromde bekistingsmallen. De mallen zijn
vervaardigd van Styroporblokken, die op basis van CAD-
gegevens door een computergestuurde freesmachine zijn
uitgefreesd tot de uiteindelijke complexe vorm. Door de
ronde en het grote aantal afwijkende elementen was een
dergelijke CAD-CAM benadering uiterst geschikt voor het
realiseren van de bekistingsmallen. Een goede toekokmst
gedachte voor de betonindustrie als het op complexe
vormen aankomt (zie ook paragraaf 3.3”Computing is
about insight, not about numbers”).
Misschien is spuitbeton een goede optie om constructief
toe te passen als draagconstructie van blobs.                 Bad Dürrheim (    )

4.5 Hout

Hout in constructies wordt, evenals staal en aluminium,
vaak als lijnvormig element ingezet. Voor een integratie
van vorm en constructie in een BLOB ontwerp zijn dubbel
gekromde elementen nodig. Het vervaardigen van deze
elementen in gelamineerd hout behoort tot de
mogelijkheden, projecten als Bad Dúrrheim en, meer
recentelijk, het Expo dak in Hannover tonen dit aan, al is
het vervaardigen ervan geen dagelijks werk. Nieuwe
producten worden ontwikkeld waarbij houten elementen
via extrusie of zelfs via gietvormen tot stand worden         Bad Dürrheim (    )
gebracht. Het betreft hier composiet materialen welke voor
ca. 70% uit houtvezels en voor 30% uit kunststoffen
bestaan. De extra mogelijkheden voor toepassing in
vormvrije architectuur is nog onduidelijk: zoals beschreven
bij aluminium beperken de beschikbare matrijzen de
vormmogelijkheden terwijl voor gietvormen mallen
beschikbaar moeten zijn, die eveneens de
vormmogelijkheden kunnen beperken. Aangezien de
materiaaleigenschappen van deze nieuwe producten (nog)
onvoldoende bekend zijn, is uitsluitend een mogelijke
toepassing als niet constructieve afwerking mogelijk.         Expodak, Hannover (Herzog + Partner)




                                                                                                     29
Vrijheid Vormgeving 2002

Koepels in allerlei vormen zijn in hout veelvuldig gebouwd.
Voor de grote koepels is een zogenaamde geodetische
staafverdeling zeer geschikt en toegepast (de grootste
koepel met houten staven tot op heden is de Tacoma dome
met een grondiameter van ca. 162 m). Deze
constructievorm, ontwikkeld door Richard Buckminster
Fuller, is bij staal (de koepel in Jena) en aluminium (Kaiser
dome in Honolulu) aan de orde geweest. Aangezien een
dergelijke constructie veelvuldig statisch onbepaald is, kan
een aanzienlijk deel van de draagconstructie worden
weggelaten of worden vervangen door niet dragende
elementen. Dit biedt meer vormvrijheden dan dat de
(dwangmatige) bolvorm doet vermoeden.
                                                                Buckminster Fuller [9]
Min of meer vrije vormen kunnen worden verkregen door
het vervormen van andere vormen, bijvoorbeeld door het
vervormen van een plat vlak. Dit vlak moet hiertoe buigslap
en torsieslap zijn. Voor de ijsbaan in Nijmegen is destijds
een alternatief uitgezocht met een houten dakbedekking,
waarbij de elementen als rechte (standaard) panelen
zouden moeten worden geproduceerd en zonder veel
problemen op het dak de, dubbel gekromde, dakvorm
zou moeten kunnen volgen. Een simpel proefje, waarbij
één van de vier punten van het rechthoekige element zover
werd opgetild, dat de overige drie punten alle nog juist
contact met de grond hielden, toonde aan dat er een
“acceptabele” kromming van het dakvlak met
zogenaamde houten stiffened panel dakelementen                  Kerk in Hongarij (Markovecz) [3]
(enkelhuidige ribpanelen) te bereiken is.




Figuur 4.5.1: Het in de proef beschouwde element.
                                                                Kerk in Kizhi (Rusland) [1]
De ene hoek kon ( = 750 mm worden opgeteld alvorens
de overige hoeken los van de grond kwamen.




                                                                                                   30
Vrijheid Vormgeving 2002

Tot slot worden nog drie afbeeldingen getoond van met
hout gerealiseerde opvallende projecten: de kerken van
Paks (Hongarije) en Kizhi (Rusland) en de
graanbehandelingsfabriek in Marche-en-Famenne
(België). Deze laatste eivormige koepel is gerealiseerd met
parallelle ellipsvormige spanten van verschillende
afmetingen: door vergaande automatisering en
mechanisatie in de productiebedrijven is standaardisatie
in het ontwerp (veel dezelfde elementen) geen echte
noodzaak meer. Sinds het ambachtelijke aanbrengen van
spindels voor het realiseren van de benodigde persdruk
in het lamineerproces steeds meer vervangen wordt door
computergestuurde hydraulische vijzels zijn vele
verschillende elementen in één ontwerp overigens geen
probleem. Veel verschillende elementen vereisen echter
tevens vele verschillende aansluitdetails. De nodige
investering in computergestuurde machines voor de
prefabricage van deze details is hier en daar gedaan; de
verwachting is dat veel bedrijven volgen.                       Venafro, italië (Samyn & Partners) [3]

4.6 Glas

De vormvrijheid met glas is gering al kunnen er dubbel
gekromde oppervlakken, zie de autoruiten, mee worden
gerealiseerd.
Glas is een enorm sterk materiaal. Het brosse breukgedrag
beperkt echter de toepassingsmogelijkheden. Om deze
reden blijven de toepassingen waarbij het materiaal op
trek (buigtrek) wordt belast beperkt. Toepassingen waarop
een belasting op zuivere druk maatgevend is, zijn meer
vertoont. Ook in het geval van zuivere druk is de
vormvrijheid beperkt, aangezien spelen met vormen tot
gevolg heeft dat de druklijn niet met de vorm overeenkomt
en het glas op buigtrekspanningen belast zal worden.            Bevrijdingsmuseum, Groesbeek (Croonen) [8]
Verder onderzoek is noodzakelijk.

4.7 Textiel

Textiel lijkt een ideaal materiaal voor de BLOB architectuur.
Zonder al te veel moeite kan textiel tussen randen worden
gespannen. Afhankelijk van de vorm van de randen wordt
aan het af te spannen oppervlak een vorm meegegeven.
Complicerende factor is, dat de vorm van het textiel
toegesneden moet zijn aan de vorm van de omranding
omdat anders het vlak niet mooi strak kan worden
afgespannen. Voorbeelden zijn de al genoemde millenium
dome in Londen en het museum of dinosaurs in Fukui.
Andere te vermelden voorbeelden zijn het
bevrijdingsmuseum in Groesbeek, het stadium van Bari,
een chemisch laboratorium in Venafro (Italië), de
luchthaven van Denver en Spelerij-Uitvinderij in Dieren.        Stadium, Bari (Renzo Piano) [3]




                                                                                                             31
Vrijheid Vormgeving 2002

Tentconstructies vereisen een onderconstructie van staal,
hout, aluminium of een ander materiaal, die voldoende
sterkte en stijfheid bezit om het geheel overeind te houden.
Een bouwwerk welke deze onderconstructie niet nodig
heeft, zijn de zogenaamde blaashallen. In deze hallen
wordt de luchtdruk steeds een fractie hoger gehouden dan
de luchtdruk buiten: de constructie vereist een constante
toevoer van energie). De architectuur zou zich in het
vormgeven van deze bouwwerken kunnen uitleven zonder
dat dit allerlei complicaties voor de draagstructuur tot
gevolg hoeft te hebben (denk aan de springkussens welke
als kermisattractie voor de kinderen overal worden
opgesteld).                                                       Luchthaven, Denver (Fentress) [3]




4.8    Kunststof

De vormentaal en de constructieve mogelijkheden met
kunststof       zijn     legio.      Onderzoek        naar
toepassingsmogelijkheden met allerlei materialen zoals
bijvoorbeeld “Twaron”, “Arall” of “Glare” gaat steeds maar
door.
Voor      het     ontwikkelen       van     constructieve
toepassingsmogelijkheden zijn allerlei geometrische
vormen geanalyseerd, waarbij vlakken van beperkte
                                                                  Beschrijving van de vormen,
afmetingen tegen elkaar worden geplaatst. De vlakken              samen-gesteld met polyeders [2]
ondersteunen elkaar en door de beperkte vlakafmetingen
is het plooigedrag (stabiliteit) goed ondanks de geringe
dikte.
Er is een soort “vormentaal” ontwikkeld, welke teruggrijpt
op de vijf Platonische polyeders. De met deze polyeders
samen te stellen figuren worden ontwikkeld m.b.v. formules
(1) en (2).                                                    Tetrahedron   Hexahedron   Octahedron   Dodecahedron   Icosahedron

                                                                  Polyeders, basisfiguren voor allerlei vormen [2]
                                E1                                (de vijf Platonische Polyeders)
           R1 =                                         (1)
                  (E1n1sinn1 +cosn1 )1/n1

                               R1E2
           R2 =      n2   n2                            (2)
                  (E2 sin      +R1n2cosn2 )1/n2


Met deze vormentaal is bijvoorbeeld een loods ontwikkeld
op het terrein van het Stevinlaboratorium
Nummer 4 bij de subfaculteit der Civiele Techniek van de
TU te Delft.




                                                                  Vormen samengesteld met polyeders [2]




                                                                                                                           32
Vrijheid Vormgeving 2002

Een ander voorbeeld is de hiernaast afgebeelde ruimtelijke
structuur [1].

Dat er met kunststoffen in het verleden veel is
geëxperimenteerd maakt de hiernaast afgebeelde
“constructie” met polyurethaanschuim duidelijk. Deze
experimenten hebben vooral in de alternatieve sfeer
plaatsgevonden en de duurzaamheid van dergelijke
constructies kan worden getwijfeld.
                                                                   Bouwwerk van polyurethaanschuim [1]
Nieuwe ontwikkelingen tonen de
vormstudies met Arall (met aramide-
vezel), de voorloper van Glare, welke
materialen ontwikkeld zijn voor het
bouwen van vliegtuigen aan de TU
Delft. De eigenschappen van deze
materialen lijken dusdanig, dat een
onderzoek                       naar
toepassingsmogelijkheden in de
(blob) architectuur gewenst is.
                                          Toepassingen van Arall [12]             Ruimtelijke structuur [1]


4.9   Ter afsluiting

Wat proberen we eigenlijk met de
zogenaamde “BLOB” architectuur.
Komende vanuit de natuurlijk
geleverde bescherming via natuurlijke
grotten zijn we steeds meer rationelere
ruimten gaan creëren waarbij rechte
vormen voor de constructie de over-
hand kregen. Is de BLOB architectuur
een menselijk streven om op een of
andere wijze “het gevoel van binding
met de natuur” terug te krijgen?




                                                 “Is de BLOB architectuur een menselijk
                                                 streven om op een of andere wijze “het gevoel
                                                 van binding met de natuur” terug te krijgen?”

                                          “Woning” van de Republikeinwever [11]




                                                                                                              33
Vrijheid Vormgeving 2002

5. Constructiesystemen

5.1 Inleiding

In dit hoofdstuk worden verschillende typen constructiesystemen behandeld.
Eerst wordt er in het algemeen gekeken naar de bestaande constructietypen
die de constructeur voor handen heeft voor het realiseren van een bouwwerk.
Ook worden hier een tweetal overzichten getoond waarin de verschillende
constructietypen zijn onderverdeeld in categorieen. Hierbij is een greep gedaan
uit de bonte verzameling van onderverdelingen die in de loop der jaren door
verscheidene mensen zijn opgesteld.
Aan de hand van de eerder gevonden categorieen worden de constructies uit
de blob-architectuur tegen het licht gehouden. Hieruit blijkt dat ondanks de
sterk 3 dimensionale vorm van blobs de toegepaste constructiesystemen vaak
opgebouwd uit lineaire elementen.
Vervolgens wordt er een relatie gelegd tussen de afbouwconstructie en de
hoofddraagconstructie bij blob -architectuur. Hierin is getracht een
onderverdeling te vinden aan de hand van deze relatie. Hierbij wordt ook nog
even kort stilgestaan bij aspecten die spelen bij de afbouwconstructies van
blobs. Op basis van de gevonden onderverdeling wordt voor de projecten
uit bijlagen B.8-B.24 nagegaan hoe er is omgegaan met de relatie tussen
afbouw en hoofddraagconstructie.
In de laatste paragraaf van dit hoofdstuk zal aandacht worden besteed aan
rekentechnische aspecten. Hierbij zal worden stilgestaan bij de mogelijke
problemen van 2 en 3 dimensionale rekenmodellen die gebruikt worden voor
de berekening van blobs.




                                                                                  34
Vrijheid Vormgeving 2002

5.2 Constructiesystemen

Bij het ontwerpen van draagconstructies heeft de constructeur de keuze uit een grote verzameling van constructieve
schema’s. Ieder constructiesysteem heeft zijn eigen specifieke eigenschappen en toepassingsgebied. Op basis hiervan
kiest de de constructeur het systeem wat het beste past binnen de opgave van het project.
Ondanks de grote variatie aan bouwkundige opgaven in de nederlandse bouwpraktijk blijven de toegepaste constructies
vaak slechts beperkt tot een aantal standaard oplossingen. Een reden hiervoor kan zijn dat de economische haalbaarheid
van bepaalde constructietypen hoger is dan anderen, hetgeen weer ingegeven kan worden door de op de markt
aanwezige bouwmaterialen en bouwelementen. Dit werkt in de hand dat de bekendheid met minder toegepaste
constructiesystemen afneemt. Kennis over berekenings- en uitvoeringswijze van dergelijke constructies neemt af,
waardoor het effect wordt versterkt.
In deze paragraaf worden de mogelijke constructiesystemen nog eens gepresenteerd. Hiervoor worden een tweetal
schema’s gebruikt waarin verschillende constructietypen zijn onderverdeeld naar een aantal criteria. Er bestaan vele
categoriseringen van constructiesystemen. Er worden onderdeverdelingen gemaakt naar allerlei eigenschappen als
krachtwerking, stijfheid, ruimtelijke dimensie, etc. Uit de veelvoud van onderverdelingen worden hier twee voorbeelden
gegeven.

De eerste is een
onderverdeling van
constructietypen
volgens Frei Otto. Hij
maakt onderscheid
naar lineaire, vlakke
en ruimtelijke
systemen en naar
krachtswerking,
normaalkracht,
buiging of een com-
binatie van beide.




Het tweede schema
is naar Büttner/
Hampe. In plaats van
onderscheid naar
krachtswerking
wordt in dit schema
de tweedeling buig-
slap versus buigstijf
gemaakt.




                                                                                                                  35
Vrijheid Vormgeving 2002

5.3 Constructiesystemen in blob-architectuur

In deze paragraaf worden de onderverdelingen zoals genoemd in de vorige paragraaf losgelaten op de blob-
architectuur. Allereerst de ruimtelijke vorm. Opmerkelijk is dat hoewel blob-architectuur zich kenmerkt door 3-
dimensionale vormen en gekromde en dubbel gekromde oppervlakken, de constructie vaak is opgebouwd uit lineaire
en 2-dimensionale elementen. Oplossingen zoals in de categorie van de 3-dimensionale draagstructuren als schalen
en dubbel gekromde tentdoeken komt men zelden tegen. Vaker ziet men een traditionele opbouw van raamwerken of
spanten. Door varierende spanten aaneen te schakelen worden de 3-dimensionale vormen dan benaderd. Hierdoor
ontstaat er wel vaak een 3-dimensionale (complexe) krachtsafdracht in de constructie.
Wordt er gekeken naar de krachtswerking bij blob-architectuur, dan valt op dat vrijwel alle constructiesystemen in de
categorie van hybride systemen terechtkomen. Onder hybride wordt verstaan constructietype die bij de krachtsafdracht
gebruik maken van een combinatie van buiging en normaalkracht. De krommingen van de blobvorm lenen zich
enerzijds goed voor normaal- en membraankrachten. Anderszijds is, in tegenstelling tot zuiver geometrische vormen,
de vorm vaak dusdanig grillig dat de systeemlijn van de constructie de druklijn niet meer kan volgen. Dit heeft tot
gevolg dat er naast normaalkrachten ook buiging in de constructieelementen ontstaat. Feitelijk maakt dit de toegepaste
constructie veel minder efficient in vergelijking met schalen en membranen met een zuiver geometrische vorm. Het
resultaat is dan ook vaak een zware constructie, al dan niet weggewerkt achter de afbouwconstructie. In het plaatje
hieronder is voor zowel een traditioneel drie-scharnierspant als een willekeurige blobvorm de druklijn bepaald. Dit is
gedaan voor een uniforme gelijkmatig verdeelde belasting en voor een asymmetrische verdeelde belasting. Opmerkelijk
is dat de grootte van optredende buigende momenten in de constructie (af te lezen aan de afstand tussen systeem-
en druklijn) nauwelijks verschillen voor beide vormen. Ook wordt duidelijk waarom er bijna altijd sprake is van een
hybride vorm van krachtsafdracht.
Een ander criterium uit de eerder genoemde onderverdelingen is buigstijfheid. Ook hier is opmerkelijk dat ondanks dat
buigslappe elementen als tentdoek makkelijk in allerlei complexe vormen te plooien zijn, dergelijke constructietypen
(tot op heden) nauwelijks terugkomen in de blob-architectuur.




                    blob                                                       3-scharnierenspant



                                                                                                                  36
Vrijheid Vormgeving 2002

5.4 Relatie hoofddraagconstructie-afbouwsysteem
Naast de indeling van blobs op de bovengenoemde criteria is ook de relatie
van de constructie tot de afbouw(constructie) een interessante invalshoek.
Anders geformuleerd hoe wordt de vorm gerealiseerd in de constructie ? Wordt
de vorm benaderd door de hoofddraagconstructie en wordt de afbouw (gevel)
direct hierop aangebracht, of staat de constructie volledig op zichzelf zonder
enige relatie met de vorm te hebben. Deze vraag raakt sterk aan het probleem
van de maakbaarheid van de vorm. Hieronder is een onderverdeling gemaakt
van constructies in relatie tot de mate waarin de vorm wordt gevolgd. Tevens
is hierin de koppeling gelegd met de afbouw. Dit is gedaan omdat hoe minder
de hoofddraagconstructie in staat is de vorm te volgen hoe meer de afbouw
een op zichzelf staande constructie wordt die de vorm moet beschrijven.

De meest extreme vorm hiervan is een orthogonale             TYPE 1
constructie die zich binnen de blob bevindt (type 1). De
afbouw-constructie staat als het ware als een stolp over
de hoofddraagconstructie heen. De hoofddraag-
constructie heeft daarin geen enkele relatie met de vorm
van het bouwwerk. Om deze reden zullen dergelijke
constructies niet vaak de voorkeur genieten van architect
en constructeur, de vorm wordt niet ervaren in de
constructie. Bijkomend nadeel is dat de specifieke
problemen van de blob (hierop zal later verder worden
ingegaan) worden verschoven naar de afbouw. De gevel
zal in veel gevallen voorzien moeten worden van een
ondersteuningsconstructie die als nog de complexe,
gekromde vorm zal moeten beschrijven. Tegelijkertijd kan
dit gezien worden als een voordeel, immers de
hoofddraagconstructie kan een eenvoudige orthogonale
structuur hebben. Een voorbeeld van een dergelijk ontwerp
is het Zaadcentrum voor Bosbouw in Marche-en-Famenne,
België van architect/ constructeur Philippe Samyn. Hierbij
vormt een dubbelgekromde schil van houten spanten
ingevuld met glaspanelen de overkapping voor een drietal
gebouwtjes. De gebouwtjes hebben een orthogonale
wanden structuur.

Een stap verder wordt bereikt door de horizontale            TYPE 2
elementen in het gebouw, de vloeren, de vorm van het
gebouw te laten volgen (type 2). De vloeren beschrijven
als het ware hoogtelijnen van de b l o b . De
gevelconstructie kan van vloer naar vloer overspannen en
wordt daarmee directer gekoppeld aan de
hoofddraagconstructie. In de vorm van de vloer valt ook
deels de blob terug te zien, de verticale constructie-
elementen daarentegen hebben nog steeds nauwelijks een
relatie met de verschijningsvorm van het bouwwerk. Ook
hier geldt dat de specifieke blobproblemen zich niet
voordoen in de hoofddraag-constructie maar worden
verplaatst naar de gevel. Hoewel in vergelijking met het
vorige type de gevel een minder op zichzelf staande
constructie is en meer met de overige constructiedelen is
gekoppeld.



                                                                                 37
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002
Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002

Benjamin de bos 442368 - minor dmp - onderzoek
Benjamin de bos   442368 - minor dmp - onderzoekBenjamin de bos   442368 - minor dmp - onderzoek
Benjamin de bos 442368 - minor dmp - onderzoekBenjamindebos
 
Sessie 4 Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen beton
Sessie 4  Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen betonSessie 4  Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen beton
Sessie 4 Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen betonJo Gijbels
 
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen Betonconstructies
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen BetonconstructiesSessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen Betonconstructies
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen BetonconstructiesEmiel Peltenburg
 
(090312)onderzoeksdocument.media lab
(090312)onderzoeksdocument.media lab(090312)onderzoeksdocument.media lab
(090312)onderzoeksdocument.media labJMBAmsterdam
 
Afstudeerverslag
AfstudeerverslagAfstudeerverslag
Afstudeerverslagjpputs
 
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015Stefan Boeykens
 
B5 Kennis Kringen Branding
B5 Kennis Kringen BrandingB5 Kennis Kringen Branding
B5 Kennis Kringen BrandingMarina Hoogeveen
 
Pixelbeton facade
Pixelbeton facadePixelbeton facade
Pixelbeton facadeHans Köhne
 
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023IwanWesterveen1
 

Ähnlich wie Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002 (13)

Benjamin de bos 442368 - minor dmp - onderzoek
Benjamin de bos   442368 - minor dmp - onderzoekBenjamin de bos   442368 - minor dmp - onderzoek
Benjamin de bos 442368 - minor dmp - onderzoek
 
Sessie 4 Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen beton
Sessie 4  Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen betonSessie 4  Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen beton
Sessie 4 Eurocode 2: Berekening van gewapend- en voorgespannen beton
 
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen Betonconstructies
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen BetonconstructiesSessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen Betonconstructies
Sessie 4 EC2 Seminar - Ontwerp van Gewapende en Voorgespannen Betonconstructies
 
(090312)onderzoeksdocument.media lab
(090312)onderzoeksdocument.media lab(090312)onderzoeksdocument.media lab
(090312)onderzoeksdocument.media lab
 
Afstudeerverslag
AfstudeerverslagAfstudeerverslag
Afstudeerverslag
 
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015
Architectural Computing 1: Introductie 2de Semester 2014-2015
 
B5 Kennis Kringen Branding
B5 Kennis Kringen BrandingB5 Kennis Kringen Branding
B5 Kennis Kringen Branding
 
Pixelbeton facade
Pixelbeton facadePixelbeton facade
Pixelbeton facade
 
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023
Minor CO2 negatief ontwerpen 2022-2023
 
Experimenteel Beton 2018
Experimenteel Beton 2018Experimenteel Beton 2018
Experimenteel Beton 2018
 
Duurzaam Renoveren of Nieuwbouw
Duurzaam Renoveren of NieuwbouwDuurzaam Renoveren of Nieuwbouw
Duurzaam Renoveren of Nieuwbouw
 
20160323 - Booosting Building Holland 2016 - Ontwerpoptimalisatie; efficiënte...
20160323 - Booosting Building Holland 2016 - Ontwerpoptimalisatie; efficiënte...20160323 - Booosting Building Holland 2016 - Ontwerpoptimalisatie; efficiënte...
20160323 - Booosting Building Holland 2016 - Ontwerpoptimalisatie; efficiënte...
 
Roodenburg, hylke
Roodenburg, hylkeRoodenburg, hylke
Roodenburg, hylke
 

Vrijheid vormgeving jp.den.hollander2002

  • 1. Rapportage Speerpuntgroep Vrijheid vormgeving constructie 2002 “If you were a Platonist you could say that it had been lurking out there all the time, waiting for it’s cul- tural moment to arrive.” André Jorissen Ronald Wenting Gert Jan Rozemeijer Jan-Pieter den Hollander Walter Spangenberg
  • 2. Vrijheid Vormgeving 2002 Inhoudsopgave Voorwoord 3 1. Inleiding 4 2. Speerpuntgroep vrijheid vormgeving 5 2.1 Probleemstelling 5 2.2 Doelstelling 5 2.3 Aanpak 5 3. Kader/literatuurstudie 6 3.1 Wereldbeleving in de loop der tijd 6 3.2 Experimenten in het verleden en wat brengt de toekomst? 8 3.3 “Computing is about insight, not about numbers” (werkwijze FOG/A) 11 3.4 Blobs, CAM en koppeling software 13 3.5 Reacties vanuit de praktijk 23 3.6 Lessen in vrije vormgeving 23 3.7 ABT en vrije vormgeving 24 4. Materialen 25 4.1 Inleiding 25 4.2 Staal 27 4.3 Aluminium 28 4.4 Beton 29 4.5 Hout 29 4.6 Glas 31 4.7 Textiel 31 4.8 Kunststof 32 4.9 Ter afsluiting 33 5. Constructiesystemen 34 5.1 Inleiding 34 5.2 Constructiesystemen 35 5.3 Constructiesystemen in de Blob-architectuur 36 5.4 Relatie hoofddraagconstructie-afbouwsysteem 37 5.5 Afbouwsystemen 39 5.6 Projecten 40 5.7 Rekentechnische aspecten Blob-architectuur 41 6. Oplossingsrichting Blob-architectuur 42 6.1 Ontwerpaspecten 42 6.2 Oplosstrategieën 45 6.3 Résumé 51 1
  • 3. Vrijheid Vormgeving 2002 Bijlagen: Columns & interviews B.1 Willem Jan Neutelings B.2 Lars Spuybroek B.3 Harald Kloft B.4 Kas Oosterhuis B.5 Interview Wiljan Houweling B.6 Interview Richard Fielt Projecten divers B.7 Atletiekstadion Chemnitz B.8 Guggenheim Museum Bilbao B.9 Victoria & Albert Museum B.10 Lloyds Cricket Ground B.11 Aegis Project B.12 Ost Kuttner apartments B.13 Subway Tokyo B.14 Restaurant Noorderdierenpark B.15 Afvalverwerking Zenderen B.16 Paviljoen BMW B.17 Overdekking British Court B.18 Eden Project Projecten ABT B.19 Andrassy Project B.20 Stadhuis Alphen aan den Rijn B.21 Terminals Potsdam B.22 Keuringsdienst van waren Zwijndrecht B.23 Floriade Haarlemmermeer B.24 Flat Kleiburg B.25 Beschrijving hyparschaal 2
  • 4. Vrijheid Vormgeving 2002 Vrijheid Vormgeving constructie 2002 (”Over blobs’) Eindrapportage speerpuntgroep Elk jaar zijn een aantal groepen actief met het uitdiepen van bijzondere onderwerpen. Binnen de sector constructie zijn in 2001/2002 vijf groepen actief geweest. Dit is de rapportage van de speerpuntgroep “Vrijheid vormgeving constructie”. Deelnemers: André Jorissen Ronald Wenting Gert Jan Rozemeijer Jan-Pieter den Hollander Walter Spangenberg Met bijdragen van: De heer Van Maarschalkerwaart Wiljan Houweling Hein Rekveldt Richard Fielt Bert Würtz Carl Peter Goossen 3
  • 5. Vrijheid Vormgeving 2002 1. Inleiding De vormgeving van bouwwerken wordt mede bepaald door de constructieve mogelijkheden. Met de opkomst van de computer ontstaan nieuwe vrijere gebouwvormen. Enkele voorbeelden van deze ontwikkeling in de bouw en architectuur zijn het Guggenheim Museum in Bilbao en nog te bouwen Guggenheim Museum in New York van Gehry. In Nederland zijn voorbeelden het Paviljoen Neeltje Jans, of algemener de architectuur van Lars Spuybroek en Kas Oosterhuis. Ook veel van de architectuur van Erick van Egeraat kan tot deze categorie worden gerekend (voorbeelden ING Bank Boedapest, Stadhuis Alphen aan den Rijn). Bij dit type gebouwen kan de vraag gesteld worden of hierbij een traditioneel grid de beste insteek vormt voor de meest geëigende constructievorm. Misschien is een geheel aangepaste benadering van de constructie nodig. Vragen de architecten soms om een grotere constructie vrijheid dan daadwerkelijk vanuit de techniek kan Guggenheim New York worden ingevuld? Veel tendentieuze publicaties (zie bijgevoegde literatuur) Misschien moeten de architecten zich bewust zijn (of door beloven nieuwe concepten. Zijn deze concepten echter de constructeurs meer bewust gemaakt worden) van de werkelijk nieuw of zijn ze in werkelijkheid terug te voeren discrepantie tussen hun esthetische vormgeving en de naar oeroude constructieve principes. ‘maakbaarheid’ van deze ontwerpen. Als we het hebben Dit onderwerp boeit mateloos. Deels omdat de invulling over maakbaarheid praten we niet alleen over de relatie van de constructie bij dit type gebouwen vaak achterblijft tot de constructie maar ook de aansluiting op de afbouw bij de architectonische uitstraling. (een dubbel gekromd transparant element ?) en aspecten die te maken hebben met onderhoud en duurzaamheid. Mogelijk komt de fascinatie voort uit een mate frustratie. Frustratie dat we de ontwikkeling binnen de Binnen ABT hebben we dit onderwerp als speerpuntgroep constructiebranche schijnbaar niet bij kunnen houden. binnen de adviesgroep constructie in 2001 opgepakt. In de producerende branche wordt dit type architectuur ook wel “fluid architectural nightmares” genoemd. In hoofdstuk 2 is probleem-, doelstelling en aanpak Duidelijk is dat hier wordt gebroken met een wijze van aangegeven. systematisch bouwen. 4
  • 6. Vrijheid Vormgeving 2002 2. Speerpuntgroep vrijheid vormgeving 2.1 Probleemstelling De ontwikkeling moet geplaatst worden in een kader. Binnen dit kader komen nieuwe architectuurvormen tot ontwikkeling. Er is momenteel geld beschikbaar voor opzienbarende architectuur Het overweldigende succes van het Güggenheim Museum in Bilbao zorgt voor een economische opleving van het gehele gebied. De bouwinvestering wordt hierdoor weer betrekkelijk. Een ander voorbeeld is het gebouw van de Gasunie in Groningen. Dit gebouw heeft zoveel uitstraling dat de reaclamebudgetten voor de Gasunie beperkt kunnen blijven. Het gebouw zelf verzorgt een groot deel van de pr. In New York wordt het nieuwe Güggenheim museum gebouwd voor het ongelooflijke bedrag van 1,5 miljard gulden. Er was ca 400 miljoen tekort op de begroting. Dit is door de stad New York bijgelegd. Naast het feit dat er budgetten beschikbaar worden gesteld is er ook sprake van een behoefte om af te stappen van de altijd strakke rechte lijnen. Deze ontwikkelingen leiden tot architectuur waarbij de computer wordt gebruikt om vrijere (lees niet geometrische) vormen te ‘shapen’. Deze vormen worden ook wel ‘blobs’ genoemd. Een eenduidige definitie van dit begrip is er niet. Soms wordt de definitie gehanteerd dat er bij Blob Architektuur sprake is van dubbel gekromde vlakken. Letterlijk staat Blob voor Binary Large Object, een grote hoeveelheid data. Wij hanteren de definitie dat bij Blob Architektuur er sprake is van een vormgeving waarbij de gekromde vlakken dominant zijn. Deze definitie geeft ruimte aan de mogelijkheid dat deze vlakken vervolgens wel weer geometrisch bepaald kunnen zijn. Vaak is dit echter niet het geval. De probleemstelling is eenvoudig: Wat zijn, bij het ontwerpen van blobs, de specifieke ontwerp-aandachtspunten en is er een oplosrichting vanuit de constructie aan te geven. 2.2 Doelstelling Doelstelling van de speerpuntgroep vrije vormgeving is een onderzoek naar het onderwerp Blob Architektuur. Hierbij zoeken we naar een strategie die, vanuit de hoofddraagconstructie, gehanteerd kan worden bij dit type architektuur. Echter er zijn ook een aantal subdoelstellingen: · wat minder bekende constructiesystemen memoreren · Interesse wekken voor vernieuwende architektuur 2.3 Aanpak Binnen ABT heeft een werkgroepje bestaande uit André Jorissen, Gert Jan Rozemeier, Ronald Wenting, Jan Pieter den Hollander en Walter Spangenberg zich met dit onderwerp beziggehouden. Na een onderzoek naar opmerkelijke voorbeelden (hoofdstuk 3) wordt in hoofdstuk 4 kort ingegaan op de mogelijk in aanmerking komende constructiematerialen. Bij deze materialen wordt ingegaan op nieuwe ontwikkelingen en mogelijkheden. In hoofdstuk 5 wordt gekeken naar voorkomende constructiesystemen en wordt een analyse gemaakt welke constructie systemen zich mogelijk lenen bij de Blob architectuur. In hoofdstuk 6 wordt dan ingegaan op alle facetten (ontwerpaspecten) die bij deze architectuur een rol spelen en wordt ingegaan op oplosstrategieen. In dit hoofdstuk wordt door middel van een aantal statements een resumé gegeven. 5
  • 7. Vrijheid Vormgeving 2002 3. Kader/literatuurstudie 3.1 Ruimte-ervaring in de loop der tijd De architectuur van gebouwen is een direct afgeleide van de heersende tijdsgeest, opvattingen en denkbeelden en stand van de techniek van een bepaald tijdperk. Door de digitalisering, die in het laatste deel van de 20e eeuw is ingezet, leven we nu in het digitale tijdperk. Door deze revolutie is naast de reëele ruimte-ervaring een heel andere ruimte-ervaring tot stand gekomen, namelijk de virtuele ruimte-ervaring. De hedendaagse architectuur speelt hier op in door het ontwerpen van ongekend vrij vormgegeven gebouwen. In een korte beschouwing zullen hierna enkele ruimte-ervaringen worden neergezet en bekeken hoe de architectuur hier op reageert. Het vertrekpunt voor deze beschouwing vormt de ruimte-ervaring in de Middeleeuwen. Ruimte-ervaring Middeleeuwen gericht op God en de vorst. De gedachtewereld van de “donkere” Middeleeuwen was voornamelijk gericht op het hiernamaals, het leven op aarde stond toen dan ook in het teken van het leven na de dood. Naast de goddelijke wereldorde was de wereld gericht op de vorst die aan de top van de piramide van het feodale stelsel stond. Deze gerichtheid op zowel de religie en de heersers op aarde bepaalden de destijds heersende ruimte-opvatting: een ruimte met daarin God en de vorst als centrum. Het resultaat van deze centraal gerichte oriëntatie zijn de omvangrijke kathedralen en paleizen met al hun pracht en praal die in het midden van de gemeenschap staan. Soufflot, Ste. Geneviève Ruimte-ervaring Renaissance vanuit ieder individu. In de Renaissance ontstond een nieuw wereldbeeld door een heroriëntering op de geestelijke verworvenheden van de klassieke oudheid, waarin de mens centraal stond. De afnemende gerichtheid op God en de vorst, en de observatie van de wereld vanuit het individu kan worden gezien als een decentralisatie van de Middeleeuwse centrale ruimte-opvatting. Het gevolg is een ruimteopvatting die uitgaat van een 3 dimensionaal assenstelsel waarvan de oorsprong en de schaal willekeurig in de ruimte bepaald kunnen worden: de centrumloze en oneindige absolute Newtoniaanse ruimte. De kritiek op een dergelijke eindeloze en centrumloze Superstudio (1969) ruimte-opvatting is, dat de dingen betekenisloos worden “A journey from A to B”; en dat er in de oneindigheid geen gevoel / referentie Straten en pleinen zullen bestaat waaraan maat en schaal kunnen worden ontleend. niet langer nodig zijn. Iedereen kent de stedebouw die wordt gedicteerd door de alombekende technocratische rasters met witte dozen in massabouw opgetrokken volgens een veel te abstracte en modelmatige opzet (Bijlmersyndroom - rasteritis). Le Corbusier (1925) Voorstel stedebouwkundig plan Parijs 6
  • 8. Vrijheid Vormgeving 2002 Virtuele ruimte-ervaring in digitale tijdperk. De aanwezigheid van een absolute ruimte duidt op de aanwezigheid van een relatieve ruimte. Deze ruimte, ook wel de virtuele ruimte genoemd, is gecreëerd door de digitale revolutie die is ingezet in het laatste decennium van de afgelopen eeuw. Door de ontwikkelingen in de informatiserings- en communicatietechnologieën wordt de ruimte niet alleen ervaren als reëel, maar ook zoals bij bijvoorbeeld internet het geval is, als virtueel. De invloed van deze ruimte-ervaring is reeds terug te zien in de architectuur. Gebouwen krijgen steeds grotere uitkragingen en moeten lijken te zweven als gevolg van de zwaartekrachtloze virtuele ruimte. Bovendien is de vormgeving van het gebouw het product van de materieloze virtuele ruimte, ongebonden aan welke Coop Himmelb(l)au (2000) productietechniek dan ook. Architectuur in de “gasfase”; ongrijpbaar voor de wetten van Newton. Uitbreiding Science Center, Pittsburgh (USA) inzendingen prijsvraag Bovenstaande omschreven ontwik- keling is goed terug te zien in de hiernaast getoonde ontwerpen van vooraanstaande internationale architecten voor de prijsvraag van de uitbreiding van het Science Center in Pittsburgh (USA). In dit wetenschapsmuseum kunnen de Ontwerp Jean Nouvel bezoekers virtueel alle uithoeken van Ontwerp UN-studio: van Berkel en Bos de kosmos bezoeken (van diepzee tot verre planeten) en kunnen zelf met het merendeel van de geëxposeerde objecten experimenteren. Voor de uitbreiding verwachtte de directeur van het wetenschapsmuseum een eigenzinnige opvatting over materiaal en techniek. Zonder uitzondering gaan de architecten op dit verzoek in. In een toelichting op het ontwerp stelt Van Berkel dat het de bezoekers moet inspireren om techniek en wetenschap Ontwerp Daniel Libeskind Ontwerp Bernard Tschumi te overdenken aan de hand van de gedurfde technische combinaties die het gebouw toont. Het Science Center hoopt in 2005 haar nieuwe gebouw te kunnen betrekken. Hier zullen dan ongetwijfeld vele slapeloze nachten van de constructeur aan vooraf zijn gegaan. 7
  • 9. Vrijheid Vormgeving 2002 3.2 Experimenten in het verleden en wat brengt de toekomst? Dat architecten de wildste vormen willen realiseren is niet echt iets nieuws of van deze tijd. Ook in het verleden wilden architecten vaak het “onmogelijke” realiseren. Vaak was dit een reactie op bepaalde maatschappelijke of technologische ontwikkelingen; het geloof in de vooruitgang. Zonder al te ver in het verleden terug te gaan, zullen in deze paragraaf een aantal spraakmakende voorbeelden van vrije vormgeving de revue passeren die allen in de afgelopen eeuw zijn ontworpen. Fascinerend hierbij is de confrontatie tussen architectuur en bouwtechniek. Na de 1e wereldoorlog ontwierp Erich Mendelsohn op de telegrafenberg in Potsdam de futuristisch ogende Einsteintoren. De sculpturale toren met de spiegels op het dak is de ingang voor de onderzoekers en het licht van een observatorium met ondergrondse laboratoria. Mendelsohn liep met dit ontwerp al aan tegen het grote dilemma van de betontechniek, het kisten van ronde vloeiende vormen. Hoewel Mendelssohn beton als “het bouwmateriaal van onze wil tot nieuwe vormen” zag, werden de vloeiende contouren gerealiseerd in metselwerk dat met een cementlaag overdekt werd. Tot op heden heeft de betontechniek problemen met dit soort sculpturale Erich Mendelsohn (1920-1921) vormen. Einsteintoren, Potsdam (Dld.) Na de 1e wereldoorlog en de revolutie ontstond in de jonge Sovjet-unie een nieuwe stroming in de architectuur: het constructivisme. Deze stroming wou de banden met het verleden breken en was sterk gericht op de toekomst. Dit vooruitgangsgeloof samen met een sterke fascinatie voor de schier onbegrensde mogelijkheden die de nieuwe bouwtechniek de architect boden, leidde tot vrij vormgegeven constructies die de zwaartekracht tartten. Veel van de ontwerpen zijn nooit uitgevoerd aangezien de technische en financiële mogelijkheden van die tijd beperkt Vladimir Tatlin (1919) waren en het politieke klimaat instabiel was. Monument van de 3e Internationale Tatlins ontwerp van een 400 meter hoog monument voor de Derde internationale uit 1919 –2000 was een van de beroemde projecten uit deze tijd. De toren bestaat uit twee met elkaar vervlochten spiralen van vakwerken, waartussen 4 grote transparante volumen (cilinder, piramide, cilinder, halve bol) zijn opgehangen, die elk met verschillende oplopende snelheden ronddraaien. Door de werkzaamheden van Sovjetinstanties in het monument onder te brengen en door de plastische en transparante vormgeving zou het monument, indien het gebouwd was, niet alleen een revolutionaire bouwwerk van het constructivisme zijn geworden, maar zou het nog meer een een representatie van de revolutie en de met haar verbonden nieuwe orde van Sovjet-Unie zijn geweest. Simbirtsjev (1922-1923) Ontwerp voor zwevend restaurant 8
  • 10. Vrijheid Vormgeving 2002 Een ander beroemd project was El Lissitzky’s ontwerp voor horizontale wolkenkrabbers voor nieuwe stedenbouwplannen in Moskou. Ook in dit ontwerp komt de fascinatie voor de techniek en het vooruitgangsgeloof tot uiting. Net als Tatlin’s monument is het ontwerp nooit uitgevoerd. El Lissitzky (1923-1926) Ontwerp wolkenbeugel, Moskou In de jaren ‘50 en ‘60 van de vorige eeuw ontstonden er door de ontwikkelingen in de betontechnologie (spantechnieken) veel organische sculpturale gebouwen. Bovendien was er bij de architecten de wil om een bouwwerk meer als een beeldhouwwerk te behandelen. Een zeer geslaagd voorbeeld hiervan is Frank Llyod Wright’s Guggenheim museum in New York. Dit gebouw bestaat uit een neerwaartse spiraalvloer, die de tentoonstellingsruimte in het museum vormt. De spiraalvloer dient constructief tevens als uitkraging om de krachten uit de wand erboven en de vloer over te Frank Llyod Wright (1956-1959) dragen aan de onderliggende spiraalwand. Guggenheim museum, New York Het in 1973 voltooide Opera House in Sydney, ontworpen door de Deense architect JÆrn Utzon en de ingenieurs van Ove Arup, was aanvankelijk veel vrijer vormgegeven dan uiteindelijk gerealiseerd is. Dit is goed te zien in de hiernaast weergegeven figuren. Het gebouw gekenmerkt door de alombekende karakteristieke schaaldaken, als zijnde een aaneenschakeling van opbollende zeilen, legt de link tussen het water en het vaste land. De “willekeurige” configuratie van de schaaldaken in het schetsontwerp is vanwege de constructieve en uitvoeringstechnische redenen veranderd in een serie van aaneengeschakelde schaaldaken in het definitieve ontwerp. De gehele dakconstructie is uitgevoerd in prefab betonnen elementen. Constructief gezien werken de schaaldaken niet als schalen, vanwege het feit dat de krachtsafdracht in hoofdzaak in één richting plaats vindt i.p.v. de ruimtelijke krachtsafdracht bij zuivere schaalconstructies. De schaaldaken kunnen constructief dan ook eigenlijk meer worden gezien als geschakelde spitsbogen. Om de maatvoering beheersbaar te maken zijn de “schalen” geometrisch gedefinieerd als driehoekige uitsnedes van een bolvlak, een geometrische vorm. Het gebouw is in de loop van de tijd het gezicht van Sydney geworden. De kosten voor dit project zijn destijds behoorlijk uit de hand gelopen: een overschrijding van de aanneemsom met maar liefst 700%! Jorn Utzon (1920-1921) Opera House in Sydney 9
  • 11. Vrijheid Vormgeving 2002 Wat brengt de toekomst? De virtuele wereldbeleving met de daarbij behorende stijl van een vrije organische vormgeving zal in de nabije toekomst steeds sterker en vaker tot uitdrukking komen in de ontwerpen van gebouwen. De vormen zullen steeds organischer en dynamischer worden, zoals in de futuristische wereldbeelden worden geschetst. Deze evolutie geldt niet alleen voor de bouwwereld, ook in andere sectoren zoals in de auto-industrie, consumenten-electronica, vliegtuigindustrie tonen de ontwerpen steeds meer vloeiende, dynamische contouren. De drive tot het moderne en de grenzen te verkennen van de techniek is gedurende het industriële tijdperk altijd aanwezig geweest en in zoverre niets nieuws. Ford Mustang; destijds o.a. populair vanwege zijn Nieuw in het geheel is de centrale rol van de computer. Naast snelle ontwerp. de door de computer gecreëerde virtuele wereld en de daarbij behorende ervaringen is er het gebruik van de computer in het bouwproces. Deze zal in de toekomst op alle fronten steeds meer een centrale rol innemen. De invoering van de computer in het ontwerpproces heeft geleid tot andere ontwerpmethodieken bij met name de cyber- architecten. Waar vroeger het ruimtelijke voorstellings- vermogen van de architect het ontwerp bepaalde en het ontwerp in zijn hoofd helemaal werd opgebouwd, staat bij cyber-architecten de computer en de daarbij behorende soft- ware centraal in het ontwerpproces. Deze laatste benadering vraagt een volstrekt andere benadering van de architect. De Mercedes–Benz; toekomstmodel cyberarchitect stuurt de computer in het proces en kan daarbij kiezen afhankelijk van het softwarepakket uit een oneindig aantal mogelijkheden. In de uitvoeringsfase neemt de computer een centrale rol in wanneer gebruik wordt gemaakt van de CAD- CAM- technologie. Bij vrij vormgegeven gebouwen kunnen de kosten en maatvoering van dergelijke gebouwen zo in de hand worden gehouden, omdat in de wereld van vrije vormgeving geen enkel element hetzelfde is, maakt de CAD-CAM-technologie het mogelijk om toch industrieel te produceren. De realisering van technisch complexe projecten is tegenwoordig mogelijk door de huidige hoge stand van de techniek die met name bepaald wordt door de essentiele rol Philips; consumenten-electronica die de computer in het proces inneemt en omdat men bereid is hiervoor te betalen. Architectuur wordt gezien referende naar het zogenaamde Bilbao-effect. Het Guggenheimmuseum heeft, met een miljoen bezoekers per jaar, de oude vervuilde industriestad Bilbao een enorme impuls gegeven en weer op de kaart gezet. De investering van ca. 570 miljoen gulden is ondertussen al terug verdiend door de opleving van de gehele locale economie door de komst van het museum. Het investeren van steden van astronoom hoge bedragen in architectuur met als doel het aantrekken van toerisme, zal in de toekomst nog meer ontwikkeling van spraakmakende superprojecten mogelijk maken. New York investeert in het Frank O’Gehry; nieuw te bouwen Guggenheim museum maar liefst een bedrag computeranimatie nieuw te bouwen van 400 miljoen gulden en ook Rome bezint zich om de stad Guggenheim Museum, New York weer opnieuw op de kaart te zetten. 10
  • 12. Vrijheid Vormgeving 2002 3.3 “Computing is about insight, not about numbers” Werkwijze Frank Gehry & Associates (FOG/A) De basis van het ontwerp zijn nog steeds potloodschetsen en makettes. De vorm wordt niet in de computer ontworpen maar de makettes/modellen worden 3D gescand. De scans leveren punten met een X,Y en een Z coordinaat. Deze data wordt de Blob genoemd. Conventionele CAD software kan niet overweg met deze data. Probleem daarbij is vooral de beschrijving van de vlakken tussen deze punten met NURBS. CATIA (een programma uit de luchtvaartindustrie) is in staat de vlakken te beschrijven. Het programma rationaliseert de vlakken door ze op te delen in maakbare elementen zonder daarbij de oorspronkelijke vorm aan te tasten. Wel is het zo dat Gehry de computer als een gereedschap blijft zien dat de kracht van de potloodschets niet kan evenaren. Verder kan het programma de CAD-CAM koppeling maken zodat het computermodel met een 5 assige freesmachine uit foam kan worden gesneden en daarna door de architect kan worden beoordeeld. Gehry zegt over deze werkwijze: 3D scannen geprototyped model, Experience Music Center in Seattle “This technology provides a way for me to get closer to the craft. In the past, there were many layers between my rough sketch and the final building, and the feeling of the design could get lost before it reached the craftsman. It feels like I’ve been speaking a foreign language, and now, all of a sudden, the craftsman understands me. In this case, the computer is not dehumanizing; it’s an interpreter.” “I was doing this stuff anyway but I feel more confident that we can build it. It demystifies it.” The trick in this process is to preserve the essential qualities of the initial two-dimensional or three-dimensional sketch. These qualities are easily lost, or subtly damaged, if unsuitable graphic primitives or inappropriate approximations are employed. When Jorn Utzon first sketched the saillike roof forms of the Sydney Opera House (1956-1973), for example, he posed very difficult technical problems for the draftsmen who were to develop and schets Jorn Utzon precisely document a design, engineers who were to analyse it and the contractors who were to build it. Eventually these problems were solved by introducing a master- ful simplification: the free-form surfaces were approximated by triangular patches from the surfaces of spheres. It was a brilliant move but it carried a heavy penalty. The constructed building, while beautiful in it’s own way, is much stiffer and more classically geometric than the version that Utzon had originally imagined. uit: Frank Gehry, Architect Tekening 11
  • 13. Vrijheid Vormgeving 2002 Gehry verplicht toeleveranciers en producenten om met CATIA te werken. Dit scheelt een hoop conversie problemen en fouten die kunnen ontstaan door het exporteren en inlezen van de modellen. Daarnaast scheelt het natuurlijk ook het werk van het opnieuw modelleren. Het model van de architect wordt dan het moedermodel dat de basis vormt voor de uitwerking door de andere partijen. Nadeel voor deze partijen is het aanschaffen van een kostbaar pakket en de inspanning die het kost om een dergelijk pakket te beheersen. Verder verliest CATIA zijn meerwaarde bij meer traditionele vormen. Wie krijgt er gelijk ? Some architects are angry, really angry, with Frank Gehry. They see his late work as whimsical and capricious. To them, he is a seducer of the public, promoterof frivolous fashions, and a corrupting influence on impressionable young designers. Others are envious. They admire the spatial bravura of works like the Guggenheim museum Bilbao (1991-1997), but dissmiss them as singularities made possible by uniquely indulgent clients and generous budgets. Gehry seems somehow to have slipped the constraints that bind the average architectural Joe. But both camps get it wrong. Gehry has, in fact, found a way of designing and building that is far more in tune with the realities of our digitalizing, globalizing age than are the stale dogmas of machine age Modernism. He has created a powerful new architectural language of computer-constructed curved surfaces, nonrepeating parts, free-form composition, digital analysis, and globally distributed CAD/CAM fabrication. William J. Mitchel in Frank Gehry, Architect (2001) uit: “Engineering a new architecture”(1996) Het gaat over de toepassing van schalen en ruimtevakwerken. Het principe van een moedermodel dat ruimtelijk voor alle partijen de hartlijnen vastlegt kan gebeuren zonder dat allen met CATIA moeten werken. Er zijn twee manieren waarop men met het moedermodel kan omgaan: 1 Alle partijen werken afzonderlijk met hun eigen programma maar ontlenen wel hun basisinformatie aan het moedermodel. Probleem hierbij is het afstemmen van de verschillende computertekeningen. De staalleveranciers werken over het algemeen met Strucad terwijl gevelleveranciers vaak met Autocad 14 of Autocad 2000 werken. 2 Alle partijen werken aan het 3D moedermodel zelf. Daarbij heeft elke partij een bepaalde tijd tot zijn beschikking waarin hij aan het model mag werken. Daarna zal dit bewerkte model aan de volgende partij moeten worden doorgegeven. Er is een grote kans op discussie welke partij hoe lang en wanneer in het proces aan het moedermodel mag werken. Wel geldt in het algemeen dat het werken met verschil- lende software pakketten het proces compliceert en kan vertragen wanneer de communicatie tussen de partijen moeizaam verloopt. 12
  • 14. Vrijheid Vormgeving 2002 3.4 Koppeling software, Blobs, en CAM Het is lang niet altijd het geval dat alle partijen met dezelfde software werken gedurende het hele bouwproces. Zoals aangegeven in de vorige paragraaf kleven daar ook nadelen aan. Daarom een beschouwing van het koppelen van deze software. De koppeling ligt vaak kritisch; immers wanneer de tekening eenmaal goed ingelezen is kan de gebruiker met zijn kennis van het pakket goed uit de voeten en efficient aan de slag. Er zijn verschillende typen software die gebruikt worden in het ontwerpproces. High End software CAD software Reken software Maya AutoCAD 2002 Esa Prima Win TrueSpace MicroStation Technosoft Lightwave Arkey DIANA Rhinoceros ....... Ansys 3D Studio Max Solid Works Belangrijk is de koppeling tussen deze pakketten die geschiedt middels het importeren/inlezen en exporteren van file formaten. Nadeel is dat deze conversie altijd informatieverlies veroorzaakt; soms is dit ongewenst. Onderstaand schema geeft een voorbeeld van een koppeling tussen de verscheidene software paketten. Onder in/uit staat welke typen file formaten het programma aan kan. De gestippelde lijn geeft de koppeling zoalsgemaakt bij het stadhuis in Alphen aan den Rijn. Te zien is dat de koppeling van AutoCAD MDT 5 rechtstreeks met Esa Prima Win gemaakt kan worden. Probleem daarbij is dat het AutoCAD model dan geometrisch nauwkeurig en kloppend moet zijn. Esa Prima Win heeft namelijk beperkte mogelijkheden (=minder gebruiksvriendelijk) om de geometrie aan te passen. Vandaar een koppeling via Auto- CAD. Hetzelfde geldt voor een koppeling van Maya aan Esa Prima Win. Het programma Rhinoceros wordt alleen gebruikt om te converteren. In de volgende paragraaf een nadere uitwerking van het CAM proces. AutoCAD 2002 AutoCAD MDT 5 dwg in/uit in/uit dwg dxf sat dwg dxf IGES stl 3ds dwf stl sat vrml/dwf dxf at g,s dw Rhinoceros dxf Maya IGES in/uit in/uit IGES sat dxf dwg dxf IGES dxf Esa Prima Win IGE S in/uit DIANA dxf IG epw ES Type Omschrijving in/uit IGES dxf kan geen NURBS beschrijven IGES kan wel NURBS beschrijven CATIA sat kan wel NURBS beschrijven in/uit stl gebruikt voor CAD - CAM dxf stl IGES dwg dwf voor internet vrml voor internet (real time) Koppeling software in bouwproces 13
  • 15. Vrijheid Vormgeving 2002 Blobs Voor het principe van de koppeling maakt het niet uit of het ontwerp een Blob is. Wel is een Blob een veel complexer object dan een Cartesisch volume als bijvoorbeeld een kubus. Verder is een kenmerk van een Blob vaak dat deze ont- worpen is in het software pakket en dat de informatie al digitaal aanwezig is al is dat in beginsel niet zo. Een belangrijk verschil is dat de vlakken van de Blob met NURBS krommen worden beschreven. Dit heeft conse- quenties voor de in te lezen file formaten uit de vorige paragraaf. Het file formaat dxf trekt tussen de Blob coordi- naten namelijk rechte lijnen en geen vloeiende krommen. IGES kan dit wel. ontwerp inlezen in AutoCAD via dxf Esa Prima Win heeft alleen de mogelijkheid tot het inlezen van het dxf formaat. Het programma kan dus geen krommen inlezen. benadering Bij het stadhuis zijn de gekromde profielen be- gekromd naderd door een polygon. Lastig daarbij is het profiel vinden van een niet te groot aantal staafjes dat de kromming alsnog goed benaderd. Verder waren de knikcontroles complexer doordat het programma per staafje een knikcontrole doet. Een aantal extreem gekromde profielen zijn uit het model gehaald en apart op stabiliteit inlezen in AutoCAD via IGES gecontroleerd. Blob = Binary Large Object “Een grote hoeveelheid data die in onleesbare vorm in een database is opgeslagen zoals een plaatje of een muziekfragment” Probleem bij de Blob is het beschrijven van de vloeiende vlakken tussen de punten van de data. Dit gebeurt met zgn. NURBS. NURBS: Motivation B-spline curves are polynomial curves. While they are flexible and have many nice properties for curve design, they are not able to represent the simplest curve: the circle. To cope with circles, ellipses and many other curves that cannot be represented by polynomi- als, we need an extension to B-spline curves. A circle is a degree two curve. Let us take a look at how B-splines cannot represent it. The following are four closed B-spline curves with 8 control points. The degrees, from left to right, are 2, 3, 5 and 10. As degree increases, the “roundedness” of the curve gets better. The degree 10 closed curve is very similar to a circle; but, it is not a circle. Why should a degree two curve be represented with closed B-spline curve of degree 10? To address this problem, we shall generalize B-splines to rational curves using homogenous coordinates. Therefore, we have the name Non-Uniform Rational B-Splines 14
  • 16. Vrijheid Vormgeving 2002 CAM (Computer Aided Manufacturing) De plaats van CAM software in het ontwerpproces is weergegeven in onderstaand schema. CAD CAM Control software software software Geometry NC program file file De NC program file geeft de machine de beweging die de freeskop moet maken d.m.v. coordinaten en eventuele rota- ties afhankelijk van het type machine. Het handmatig invoeren van deze coordinaten is zeer tijdrovend; CAM software zorgt voor een automatische generatie van deze file. Kort gezegd maakt de CAD software het ontwerp, de CAM software berekend de “toolpaths”en het NC programma laat de machine over de “toolpaths”lopen. Er is CAM software voor 2D en 3D toepassingen. Een 2D systeem is in een systeem dat een tekening inleest en en een toolpath berekent met een constante Z-coordinaat. Het genereren en combineren van toolpaths op verschillende hoogten wordt 2.5D machining genoemd. Binnen CAM software is er verschil tussen eenvoudige software (bijv. Deskproto) en zeer geavanceerde software (bijv. CATIA); deze is in staat om 5-assige freesmachines aan te sturen, optimalisaties te maken vooor zgn. high speed machining en die in staat is alle mogelijkheden van de machine exact aan te sturen. Deze software is meer bedoeld voor professionele modelmakers die een model willen met nauwe toleranties. Mass customization Binnen moderne produktietechnieken kent men het begrip producing in lots of one. Producing in lots of one is mogelijk door te produceren met behulp van CNC (Computerized Numerical Controlled) machines. Het maakt voor deze machines niet uit of ze 30 verschillende vormen uit een plaat moeten snijden of 30 dezelfde vormen mits de invoer goed geau- tomatiseerd is. Dit betekent dat men concurrerend kan werken met standaardelementen. Dit wordt aardig gellustreerd door een ouderwetse drukpers met een printer te vergelijken. Bij de drukpers kost het een hoop tijd om het ap- paraat in te stellen en produktiegereed te maken. Wanneer dit eenmaal gebeurd is kan de drukpers snel grote hoeveelheden tegen een lage eenheidsprijs produceren. Een laserprinter heeft een hogere stuksprijs maar is veel flexibeler. Deze eigenschap zorgt voor computer gestuurde “mass customisation”. Wel is het van belang om behalve naar het goed verlopen van de datastroom De fles kan uitstekend gemaakt worden m.b.v. CNC machines. te kijken ook goed naar de mogelijkheden van en beperkingen van de Het schaakstuk echter niet simpelweg omdat de frees er niet printer te kijken; een zwart wit printer kan immers geen kleurenplaatjes bij kan (zie Rapid Prototyping) vorm benadert met vorm benadert met grid dat gericht is op grid geschikt voor mass het toepassen van een customization. Het standaard- onderzoek richt zich element, in dit geval op de knopen in het een vierkante plaat. Bij grid en het geautom- een plat vlak is dit nog atiseerd produceren enigszins te doen maar ervan (zie British Court bij een ook in Z-richting beschrijving). gekromd vlak wordt dit erg complex 15
  • 17. Vrijheid Vormgeving 2002 Hieronder een korte beschouwing van de toepasbaarheid van CAM voor een aantal materialen. - beton/glas principe “producing in lots of one” zal voor beton (bij gebruik van een verloren bekisting) nog steeds erg kostbaar zijn t.o.v. gelijkvormige elementen. Vorm A 1 bekistingselement Vorm B 9 bekistingselementen 18 m2 betonoppervlak 18 m2 betonoppervlak Bij Vorm B zijn dus 9 maal zoveel bekistingselementen nodig hetgeen kostbaar is. Dit geldt ook voor prefab beton. Dubbelgekromd glas Eenzelfde principe als bij Bij het Zollhoff kantorencom- beton gebruikt FOG/A voor plex heeft men een slimme glas. CATIA bepaald de oplossing gevonden voor het vorm van de mal en stuurt produceren van de verschil- de CNC machine aan die lende mallen. Een rechthoekige de verschillende mallen basismal wordt opgevuld met freest. styropor-blokken die door een 5 assige freesmachine zijn CATIA model gemaakt. Na gebruik kan de styropor weer worden omges- molten en worden hergebruikt voor de volgende vorm. Karel Vollers pakt het ontwikke- len van elementen voor dub- frezen mal belgekromde vlakken anders aan. Uitgaande van bestaande frames en de torsiestijfheid van de regels en stijlen wordt een standaard profiel getordeerd. De glasplaat wordt op dezelfde manier vervormd. Verder heeft hij het idee om gekromde glasplaten te maken in mallen met verstelbare com- puter aangestuurde pootjes. glas mockup 16
  • 18. Vrijheid Vormgeving 2002 - staal/stenen beplating Bij stalen beplating is “producing in lots of one” concurrerend. Het kost geen extra arbeid om de complexere plaatvormen uit te snijden en het materiaalverbruik blijft voor vorm A en vorm B gelijk. Wel moet de data stroom van CAD systeem naar CAM systeem precies lopen. Verder zal er meer snijverlies zijn bij vorm B. Dit kan sterk worden beperkt door een slimme opdeling van de moederplaat. Daarvoor zijn ook computerprogramma’s ontwikkeld. De inzet van CATIA voor het maken van de gekromde natuurstenen gevels van de Disney Concert Hall was erg succesvol. Beplating EMP, Seatle (2000) De beplating is bepaald door CATIA met behulp van de mate- riaaleigenschappen (vervorm- ingscapaciteit) van het metaal. Alle plaatjes zijn verschillend ! Nieuw qua werkwijze is bij dit project dat een regelmatig grid en repeterende delen zijn weggelaten. groen = optimale condities blauw = acceptabele condities geel = acceptabele condities rood = kromming van het vlak moet worden aangepast Hoofdkantoor Swiss Re Een ander voorbeeld van een constructieve toepassing van pro- ducing in lts of one is het hoofdkantoor van Swiss Re in London. Een ontwerp van Lord Norman Foster. De omtrek van het 180m hoge gebouw wordt gevormd door een gevelbuis bestaande uit diagonale kolommen horizontalen en knopen (het “diagrid”). De gevel is in twee richtingen gebogen en de vorm is onregelmatig; de plattegrond start op een kleine footprint en dijt uit tot op bepaalde hoogte waarna de vorm weer versmalt tot in de top. De onregelmatigheid van de vorm brengt met zich mee dat de contructie-elementen niet uitwisselbaar zijn. Dit feit gecombineerd met weinig plek op de bouwplaats (financial district Londen) vereist een strenge logistiek. Elk van de 20 verdiepingen heeft 18 verschillende knopen . Deze worden geproduceerd met lasrobots. De Nederlandse combinatie Victor Buyck-Hollandia is verantwoordelijk voor deze constructie. Bijzonder is, rekentechnisch gezien, zogenaamd parametrisch modelleren. Dit werkt net als een gewone spreadsheet; wanneer je ergens in de invoer een waarde wijzigt zet de spreadsheet dit automatisch door naar de herberekende uitkomst. Bij een con- structie als deze is dat een must ! 17
  • 19. Vrijheid Vormgeving 2002 Prent uit boek met werkteke- ningen/bouwtekeningen oorlogsschepen uit de 17de eeuw. Ouderwetse blobs (?). - hout In de dakelementen industrie is er al een vijftiental jaren een verschuiving zich- tbaar van uitsluitend standaard elementen, vaak geprefabriceerd door een paar ‘grote jongens’ als Opstalan, Unidek of Isobouw, naar elementen voor individuele woningen. Aan de andere kant zien we toch ook nog steeds als bulk de rijtjeshui- zen, ook op de VINEX locaties, verschijnen. Ook in hout komen steeds meer voorbeelden waarbij de vorm van vrijwel alle elementen van elkaar verschillen; een recent voorbeeld is de eivormige fabriek voor kunststofverwerking in March en Famenne (Ardennen) waar het zelfs voor een fabriek mogelijk bleek de vorm van de toegepaste spanten te variëren. Dit is mogelijk geworden door het volledig automatisch instellen van de persmallen. Het variëren van de vorm heeft vaak ook variatie in de detaillering tot gevolg. Het Revolutionair ? prefabriceren van de details vereist bovenop de investering voor het automatisch ................................................. verstellen van de persmallen een aanvullende investering voor het boren van But more advanced CAD/CAM gaten, het, onder verstek, afzagen van de elementen, etc. De mogelijkheden processes, as employed by Frank hierin tussen de verschillende fabrikanten van gelamineerd hout is nog vrij groot. Gehry are far more revolution- ary; they begin to illiminate, Bijvoorbeeld, de details voor het EXPO-Dach in Hannover is gemaakt door die rather than automate, traditional fabikant die er de faciliteiten voor had (o.a. Derix in Niederkrügten). construction documentation. CAD/CAM steel fabrication, for De ontwikkelingen gaan verder. Steeds meer fabrikanten investeren in geavan- example, can now be a largely ceerde apparatuur waarmee het principe “producing in lots of one” steeds beter paperless process that relies uit de verf kan komen. Gezien de inspanningen van de industrie, zien zij in deze on transfer of digital files rather ontwikkeling mogelijkheden voor de toekomst. than shop drawings. ................................................. 18
  • 20. Vrijheid Vormgeving 2002 Maatvoering van Blobs1 “Nauwkeurigheid is ook maar relatief” Nauwkeurigheid van CAD programma’s is afhankelijk van de beschrijving van de coördinaten in het floating point systeem. Floating point systeem maakt gebruik van de E-notatie. Bijvoorbeeld bij een 32 bit processor wordt 24 bit gebruikt voor het beschrijven van het getal en de laatste 8 bit voor de plaats van de komma. Rekenmachines die gebruikmaken van een floating point systeem kan je herk- enen door 10 / 3 is 3,333 als je uitkomst dan weer vermenigvuldigd met 3 is de uitkomst 10 en geen 9,999. Binnen een CAD systeem zoals GIS wordt gebruik gemaakt van een absoluut 0-punt voor bijvoorbeeld het rijksmeetnet. Dit Rijksmeetnet gebruikte 25 jaar geleden een toren in Amersfoort als nulpunt. In het kader van EEG is dit veranderd in een nulpunt midden onder de Eifeltoren in Parijs. Het is al menig keer voorgekomen dat de architect zijn eerste ontwerp tekent met als onderlegger een GIS situatie. Zonder te weten ligt het absolute nulpunt van de CAD file 500 km verder weg. Alle berekeningen worden gemaakt vanaf dit absolute nul punt. Hier ligt een cruciale fout tov. het floating point systeem: hoe groter het getal hoe groter de afwijking. Binnen het GIS is een nauwkeurigheid van 5 cm voldoende, een 32 bit systeem voldoet hier aan. Bij een bouwkundige plattegrond is een nauwkeurigheid van een 0,5 mm een must. Nauwkeurige berekeningen binnen een CAD systeem vragen dus wel zeker de aandacht om fouten te voorkomen. Titanium beplating Guggenheim museum Een goede methode om een eerste opzet te maken binnen een CAD systeem is het numeriek invoeren van de eerste lijnen van de systeem assen. Deze assen numeriek te kopiëren en te transleren. Hieronder kan dan in een aparte laag de situatie als onderlegger worden gelegd. Rotaties, alleen de hoog nodige uitvoeren, nooit een rotatie uitvoeren om op een andere orthogonale as entiteiten toe te voegen om daarna het geheel weer terug te roteren. Beter is om je assenkruis te verdraaien of hetgeen wat geroteerd staat in een blok of reference te plaatsen. Afwerking EXPO 2000 met spuitbeton Maatmodel van EXPO 2000 opgebouwd uit lagen van 30cm 1 een bijdrage van Carl Peter Goossen van de afdeling Bouwkunde 19
  • 21. Vrijheid Vormgeving 2002 1 Curven Berekeningen met Bezier, Spline’s en NURBS zijn benadering methoden. Een Bezier is een lijn die een benadering vind tus- sen een aantal ankerpunten. Spline is een methode die door de ankerpunten gaat en een begin richting heeft gekregen, terwijl de NURB op elk ankerpunt een richting kan krijgen. 2 Alle methoden gaan uit van een benadering. Binnen het kader wat hierboven staat is de benadering van curve lijnen zeer onnauwkeurig bij verkeerd gebruik kan het oplopen tot 5 cm. Een methode om dikte te geven aan een curve lijn is de offset van de curve. Voor bijvoorbeeld de beschrijving van de constructie is een zeer onnauwkeurige methode. Curven geven ons een nieuwe beeldvorming binnen de Architectuur, we kunnen er niet omheen. Daarom zijn er CAD systemen ontwikkeld in de auto en vliegtuig industrie die de benadering methoden binnen een aantal restricties zeer nauwkeurig kunnen berekenen. Toch is er ook een methode die wij beter kunnen gebruiken: 3 Wanneer de vormgeving is vastgelegd in een aantal curven en driedimensionale netten is het mogelijk om het geheel te benaderen met “constructie stukjes” waar we de vormgeving ook in realiteit mee willen benaderen. Het Guggenheim mu- seum in Bilbao van Frank O. Gehry is gemaakt van titanium platen met verschillende krommen in één richting. Wanneer de constructie opbouw bekend is, is het mogelijk om daarop de verdere uitwerking te baseren. Binnen de Cad systemen hebben we mogelijkheden qua entiteiten om alle bekende vormen van componenten te beschrijven. Van een normale lijn, plaat, blok, kegel, bol, torus of onderdelen hiervan. Deze entiteiten hebben een nauwkeurige wiskundige beschrijving. Door te denken in 4 componenten in plaats van gehele curve vormgeving is alles in realiteit weer mogelijk. Als voorbeeld gaan we een curve omzetten in plaatcom- ponenten. De curve wordt voorzien van punten die getransleerd zijn langs de curve met een vaste afstand van 600 mm, er zijn ook ander methoden als alle delen even groot etc. Hieroverheen worden lijnen (vectoren) overheen getrokken. Dit geeft een goede rekenkundige basis om verdere constructie te stapsgewijze benadering van een curve construeren. Bijvoorbeeld een kolom op de bisectrice tus- door te facetteren met delen van 600mm sen twee lijnen. Ook voor de Expo 2000 in Hannover van MVRDV heeft ABT een soort gelijke methode gebruikt om de duinen vast te leggen. 20
  • 22. Vrijheid Vormgeving 2002 Rapid Prototyping Definitie: “A proces that automatically creates a physical Prototype from a 3D CAD model, in a short period of time.” 1 LMT = Layered Manufacturing Technology Bij deze technologie wordt het model opgebouwd uit laagjes schuim of laagjes papier. Het is een additief proces. Het formaat van het prototype is in principe onbeperkt. LMT systemen zijn erg kostbaar ~ $100.000. 2 CNC machining gaat uit van het slijpen van het model uit een massief blok materiaal. Het is een subtractief proces. Desktop CNC is veel goedkoper dan LMT ~$10.000 inclusief machine. Wanneer een groter prototype gewenst is kan een externe machine van een gespecialiseerd bedrijf ingezet/aangestuurd worden. “If you were a Platonist you could say that it had been lurking out there all the time, waiting for it’s cultural moment to arrive.” FOG/A gebruikt CATIA zowel om te Rapid Proto typen als om 1 op 1 de produktielijnen aan te sturen. Onder: scannen prototype (reverse engineering) Rechts: model Zollhoff complex gemaakt met LMT Ook bij Rapid Prototyping is CAM software nodig zij het eenvoudige. Deskproto is er een voorbeeld van. Het is ontworpen als een toegankelijk programma dat eenvoudig te bedienen is zodat snel geproto- typed kan worden op een (in-house) CNC machine. Gestreefd is naar een black box; één druk op de knop en het model wordt 3D geprint net als een Word bestand op papier. Het programma kan STL files inlezen maar geen IGES. IGES heeft meer opties voor het maken van nauwkeurige “tooling strategies” maar het formaat is complexer en vereist een grotere nauwkeurigheid. Desktop CNC machine Frezen RP model uit perspex 21
  • 23. Vrijheid Vormgeving 2002 Toekomst - Onderhoud Wat te doen bij een uitbreiding over 10 jaar ? Het inlezen van oude files in het (reken)pakket. - Speciale custom software (formfinding) - Real time rekenen een koppeling tussen VR en EPW of te wel rekenen in de 4de dimensie (verdergaand parametrisch modelleren). - Artificial Intelligence Het programmeren van de constructie/het gebouw volgens de wetten van de zwaartekracht. Zal de constructeur nog meer dan hij nu af en toe moet zijn een constructief computerdeskundige worden (zie bijlage B.7) ? Een voorbeeld hiervan werd gevonden op Discovery Channel. De computer bepaald met een aantal gegeven bouwstenen en overspanning, doorbuigingseis en sterkteeigenschappen hoe ver de uitkraging maximaal kan worden. Een ander voorbeeld is een nieuw LEGO product Mindstorms. Kinderen (?) kunnen met dit speelgoed (?) een robot/bulldozer o.i.d. bouwen die ze zelf kunnen aansturen met een computerprogrammaatje, sensoren en kleine elektromoteren. 22
  • 24. Vrijheid Vormgeving 2002 3.5 Reacties vanuit de praktijk In bijlage 1 tot en 7 zijn enkele reacties opgenomen vanuit de praktijk. Bedoeling van deze reacties is de breedte aan te geven van de wijze hoe dit type architectuur ontstaat en hoe er over gedacht wordt. In de bijlage zijn opgenomen: B.1: Willem Jan Neutelings B.2: Lars Spuybroek B.3: Gregg Lynn B.4: Harold Kloft B.5: Kas Oosterhuis B.6: Interview Wiljan Houweling B.7: Interview Richard Fielt De bijdragen zijn sterk verschillend van aard. Van kritisch sceptisch (Willem Jan Neutelings) tot tamelijk zweverig (Kas Oosterhuis). Ook pretentie kan de bijdragen van Lars Spuybroek en Gregg Lynn niet ontzegd worden. De bijdragen van de ABT-’ers Richard Fielt en Wiljan Houweling brengen het geheel dan terug naar de aarde. 3.6 Lessen in vrije vormgeving Praten over nieuwe architectuur en vrije vormen is één. Uiteindelijk gaat het om het bouwwerk. In de bijlage zijn een aantal voorbeelden van gebouwde, of binnenkort te bouwen architectuur met vrije vormen verzameld. De voorbeelden hebben het doel een beeld te geven van de sterk verschillende aanpak en mogelijk te inspireren of te zien hoe het beter kan. In de bijlagen 8 tot en met 19 zijn een aantal voorbeelden opgenomen. Naast projectgegevens wordt ingegaan op de techniek van deze projecten. In de bijlage zijn opgenomen: B.8: Atletiekstadion Chemnitz B.9: Guggenheim museum Bilbao B10: Victoria & Albert Museum B.11: Lloyds Cricket Ground B.12: Aegis project B.13: Ost Kuttner apartments B.14: Subway Tokyo B.15: Restaurant Noorderdierenpark B.16: Afvalverwerking Zenderen B.17: Paviljoen BMW B.18: Overdekking British Court B.19: Eden Project 23
  • 25. Vrijheid Vormgeving 2002 3.7 ABT en vrije vormgeving Binnen ABT is altijd een fascinatie geweest voor ‘spannende’ vormen. De spanning kan zeer verschillend van aard zijn: * grote vrije overspanningen spreken tot de verbeelding * fragiliteit van de constructie * bijzondere gebouwvormen kunnen een spanning geven. Reeds in het verleden heeft ABT bij veel projecten geëxperimenteerd met vrije vormen en nagedacht over technische oplossingen. Enkele voorbeelden uit het verleden: * Spuitbeton in Minnaert gebouw van Willem Jan Neutelings in de Uithof; * Spuitbeton in gekromde vorm van Educatorium van OMA, ook in de Uithof; * Hyparschalen in hout bij Station in Tilburg (bijzonder lezenswaardig is ook de ‘schalen ‘ documentatie vervaardigd door oud ABT Directeur Jan Pestman); * Spuitbeton in uitkijkpost op de Hoge Veluwe; * Spuitbeton toegepast in de roten van bv Burger’s Desert of Burger’s Ocean. In de bijlagen 20 tot en met 25 zijn opgenomen: B.20: Andrassy project (ING bank Boedapest) B.21: Stadhuis Alphen aan den Rijn B.22: Terminals Potsdam B.23: Keuringsdienst van Waren Zwijndrecht B.24: Floriade Haarlemmermeer B.25: Renovatie flat Kleiburg 24
  • 26. Vrijheid Vormgeving 2002 4 MATERIALEN 4.1 Inleiding De vormgeving van bouwwerken, met de zogenaamde BLOB architectuur wellicht in zijn meest extreme vorm, wordt mede bepaald door de constructieve mogelijkheden. Deze zijn sterk afhankelijk van het toegepaste materiaal. De indruk bestaat, dat de tot op heden gerealiseerde BLOB architectuur is gerealiseerd met zeer traditionele constructies (Guggenheim Bilbao) of met een zeer ambachtelijke basisconstructie waarmee de uiteindelijke constructie is gerealiseerd (bekisting voor de betonnen schalen in het casino Zandvoort). In al deze gevallen is de BLOB architectuur beschouwd als een esthetische afwerking. Ons denken over het realiseren van constructies Circus te Zandvoort (Soeters) [3.] beperkt ons tot lineaire elementen, platen en schijven. Een enkele keer wordt een schaal als constructief element in beschouwing genomen. Dit leidt tot een sterke scheiding tussen vormgeving en constructie waarbij de vormgeving gerealiseerd worden met allerlei niet constructieve elementen. Misschien is dat ook wel het meest realistische. Aan de andere kant is een studie naar integratie van beiden zinvol: de constructie naar de buitenschil zoals bij de ontwikkeling van hoogbouw het geval is (met het John Hancock Center in Chicago het Alcoa Building in San Fran- cisco en het 780 Third Avenue Building in New York als duidelijke voorbeelden). BLOB architectuur vereist misschien een vergaande integratie tussen vorm en constructie zonder te vergeten dat alle belastingen uiteindelijk aan moeder aarde moeten 780 Third Avenue, New York worden afgegeven. (Skidmore, Owings & Merrill) [4] Bij de BLOB architectuur komen veel (dubbel) gekromde oppervlakken voor. Volledige integratie van vorm en constructie is vertoond met schaalconstructies. Bij ABT hebben we in het verleden een aantal zogenaamde hyparschalen gerealiseerd (bijvoorbeeld het station in Tilburg, het station in Schiedam, de Kerk in Osdorp) [6]. Een integratie van vorm en constructie is bij hyparschalen met rechte lijnvormige elementen, in genoemde voorbeelden van staal en/of hout, te realiseren. Indien overgegaan wordt naar andere, wellicht meer complexe vormen, zijn schalen van beton mogelijk. Alleen, beton heeft een gietvorm (bekisting) nodig, welke op een of andere manier gemaakt zal moeten worden. Wellicht moeten we in het fabricageproces naar de automobielindustrie kijken, waar een ‘nieuw’ model met dezelfde machine gerealiseerd kan worden als hetvoorgaande model door het vormpersen van de verschillende onderdelen op een andere wijze in te stellen. Hyparschalen [5] 25
  • 27. Vrijheid Vormgeving 2002 De aanvankelijk consequent aanwezige scheiding tussen constructie en afwerking is wellicht nog bij de cabriolet, en zeker bij de vrachtwagen, aanwezig; bij de ‘normale’ personenauto is deze scheiding verdwenen. Een van de resultaten van een dergelijke ontwikkeling in de bouw kan een bouwelement of een gietvorm voor een bouwelement zijn. In ontwikkeling in deze richting opent Bundes Gartenshau, Mannheim mogelijkheden voor de BLOB architectuur. (Mutschler und Partner) [5] Een andere mogelijkheid tot integratie van vorm en constructie is het realiseren van bouwwerken met buig- en torsieslappe oppervlakken welke in ‘willekeurige’ vormen getrokken kunnen worden alvorens ze te fixeren. Na fixatie moeten de oppervlakken wel belasting kunnen worden afgedragen. Met lijnvormige elementen gerealiseerde oppervlakken zijn hiervoor geschikt; een voorbeeld is het gebouw voor de ‘Bundes Gartenschau’ welke bij toepassing van het materiaal hout (4.5) wordt beschreven. Andere voorbeelden zijn de tentconstructies, welke door de eeuwen dienden als onderdak voor nomadenvolken over de gehele wereld en waarvoor uitsluitend ‘natuurlijke’ materialen als takken en gelooide huiden werden gebruikt. Het boek ‘SHELTER’ [1] geeft van deze tentconstructies een groot aantal voorbeelden, zoals de hiernaast afgebeelde tent van de toearegs, en van op deze voorbeelden geïnspireerde, soms meest fantastische, bouwsels. Van oppervlakken met schijven gerealiseerd is de torsiestijfheid veel groter zodat de mogelijkheden hiermee Tent van de toearegs [1] beperkter zijn. Een destijds voor de ijsbaan in Nijmegen uitgezocht alternatief, zie 4.5, toonde aan dat er een “acceptabele” kromming van het dakvlak met zogenaamde houten stiffened panel dakelementen te bereiken is. In de voorbeelden van Capadocia (Turkije) is een zeer vergaande integratie tussen vorm en constructie bereikt: uitgeholde en een wel op zeer speciale wijze vormgegeven rotsmassieven. Voorbeelden met ferrocement spreken tot de verbeelding. Sinds de zeventiger jaren hebben studies naar het construeren met ruimtelijke figuren, welke wiskundig zijn te beschrijven, geleid tot een schier onuitputtelijke reeks Capadocia, Turkije [1] van mogelijke bouwvormen. Bij het beschrijven van mogelijkheden met kunststof wordt een in Delft gebouwd voorbeeld en de bijbehorende ‘vormtaal’ beschreven. Koepels met staafvormige draagstructuur, zoals koepel met geodetische staafverdeling, kent, ook in Nederland, voorbeelden met staal en met hout, en sluiten dicht bij deze ‘vormtaal’ aan. Winkel van ferro-cement, Palm Springs[1] 26
  • 28. Vrijheid Vormgeving 2002 De vorm van koepels is dwingend al zijn er wel allerlei ‘grapjes’ mee uit te halen zoals bijvoorbeeld de zogenaamde ‘Bindo Dome’ toont, waar het topgedeelte uit de bolvorm is getrokken. Verregaande integratie van vorm en hoofddraag- constructie zal in de meeste gevallen overigens niet realistisch, zeker als het meerlaagse bouw betreft. Integratie in de gevel en in het dak is wellicht wel mogelijk. 4.2 Staal Bindo dome, Mineapolis [1] Staalconstructies worden meestal met walsproducten gerealiseerd. Geperste platen, zoals gebruikt in de automobielindustrie, komen niet of zelden voor. Voor het realiseren van complexe vormen met krommingen in meerdere richtingen zijn geperste platen zeer geschikt. Eventueel dubbel uitgevoerd voor het verkrijgen van voldoende sterkte en stijfheid (sandwichelementen). Een andere optie om met staal een complexe vorm te realiseren is het vervormen van een vlak welke met kruisende strippen wordt gerealiseerd, zoals in figuur 4.2.1 is aangegeven, welke op de kruisingen met een stiftvormig verbindingsmiddel zijn verbonden. Bundes Gartenschau, Mannheim (Mutschler und Partner) [5] Figuur 4.2.1: kruisende strippen Een grit zoals in figuur 4.2.1. is aangegeven is gemakkelijk te vervormen. Deze moet in de gewenste vorm worden gefixeerd via een bevestiging aan de, wellicht traditionele, (hoofd) draagconstructie. Een voorbeeld met staal met een dergelijke constructie is onbekend(?). Een voorbeeld met hout is het al genoemde paviljoen in de “Bundes Gartenschau” te Mannheim. Forum, Tokio (Viñoly) [3] 27
  • 29. Vrijheid Vormgeving 2002 Koepels met geodetische staafverdeling in aluminium / staal kent in Nederland voorbeelden in o.a. Geertruidenberg en Schiphol. Een van de beroemdste en eerste voorbeelden (1922) is de koepel boven op de fabriek van Carl Zeiss in Jena, waarbij het lichte stalen frame diende als ondergrond voor de later aangebrachte ferrocement. De binnenzijde van de koepel diende als projectiescherm. Deze koepel heeft navolging gekregen in o.a. de koepel voor het planetarium in Artis (Amsterdam), welke met houten staven is gerealiseerd. Koepel van Carl Zeiss in Jena [1] Zogenaamde tentconstructies, welke verderop kort aan de orde komen, worden vaak gesteund door een stalen draagconstructie. De millenium dome in Londen is er één van. Ook het Museum of Dinosaurs in Fukui, Japan, is in dit verband het vermelden waard. In het kader van het realiseren van ‘willekeurige’ vormen mag het zogenaamde Exploform procédé niet onvermeld blijven. In een bak met water wordt een vlakke plaat met behulp van een explosie op een mal (vorm) geschoten. De explosie is zo groot, dat de plaat de vorm van de mal Millenium Dome, Londen (Richard Rogers Partnership) [3] aanneemt. Grote voordeel ten opzichte van persen, ook een mogelijke koude vervormingmethodiek, is, dat met één mal kan worden volstaan (de contramal, wel noodzakelijk bij het persprocédé, is overbodig). Het Exploform procédé is op dit moment in studie voor het nieuwe theater aan de Rijn in Alphen a/d Rijn. Het moge duidelijk zijn, dat het Exploform procédé geschikt is voor het prefabriceren van afwerkplaten, vooralsnog niet voor een integratie van afwerking en draagconstructie. 4.3 Aluminium Zuiver aluminium heeft slechte mechanische eigenschappen. Door het ontwikkelen van legeringen zijn deze aanzienlijk te verbeteren en is het als constructiemateriaal toepasbaar. Evenals staal kan alu- minium in profiel worden gewalst. Meest toegepaste Museum of Dinosaurs, Fukui (Kurokawa) [10] profielvormen zijn de golfvorm, de trapeziumvorm en de zwaluwstaartvorm. De vormmogelijkheden van walsproducten beperkt worden door de beschikbare walsen. Aangezien aluminium bij een temperatuur van 450 tot 500 oC zacht en plastisch wordt, kan aluminium worden geëxtrudeerd. Hierbij wordt het aluminium door een matrijs geperst. De vormmogelijkheden worden beperkt door de beschikbare matrijzen. Voor aluminium lijkt het bij staal beschreven Exploform procédé prima toepasbaar voor het realiseren van ‘willekeurig’ gevormde afwerkplaten. Voorbeeld van een aluminium constructie is het tentoonstellingspaviljoen van de “Aluminium Zentrale” op Tentoonstellingspaviljoen Aluminium Zentrale de Hannover Messe. (Hannover Messe) [7] 28
  • 30. Vrijheid Vormgeving 2002 4.4 Beton Beton is een materiaal wat gegoten wordt en daardoor ogenschijnlijk een zeer geschikt materiaal voor het realiseren van BLOB architectuur waarbij een hoge mate van integratie tussen constructie en vormgeving bereikbaar is. Echter, voor alle gegoten vormen is een gietvorm nodig. Zo lijkt het circus in Zandvoort een voorbeeld van BLOB architectuur waar deze integratie is bereikt. Inderdaad: de dubbel gekromde betonnen schalen bepalen de vormgeving en de draagconstructie. De houten vormen (mallen) voor deze schalen zijn zeer ambachtelijk, en met zeer veel hoofdbrekens, gemaakt (jammer dat deze juweeltjes van vakmanschap uitsluitend als bekisting zijn gebruikt). Kaiser Dome, Honolulu (Richter) [9] Bij de realisering van een door Frank O. Gehry futuristisch kantorencomplex op het voormalige terrein van “Zollhoff”in Dusseldorf is een nieuwe bouwtechniek ontwikkeld voor het maken van gekromde bekistingsmallen. De mallen zijn vervaardigd van Styroporblokken, die op basis van CAD- gegevens door een computergestuurde freesmachine zijn uitgefreesd tot de uiteindelijke complexe vorm. Door de ronde en het grote aantal afwijkende elementen was een dergelijke CAD-CAM benadering uiterst geschikt voor het realiseren van de bekistingsmallen. Een goede toekokmst gedachte voor de betonindustrie als het op complexe vormen aankomt (zie ook paragraaf 3.3”Computing is about insight, not about numbers”). Misschien is spuitbeton een goede optie om constructief toe te passen als draagconstructie van blobs. Bad Dürrheim ( ) 4.5 Hout Hout in constructies wordt, evenals staal en aluminium, vaak als lijnvormig element ingezet. Voor een integratie van vorm en constructie in een BLOB ontwerp zijn dubbel gekromde elementen nodig. Het vervaardigen van deze elementen in gelamineerd hout behoort tot de mogelijkheden, projecten als Bad Dúrrheim en, meer recentelijk, het Expo dak in Hannover tonen dit aan, al is het vervaardigen ervan geen dagelijks werk. Nieuwe producten worden ontwikkeld waarbij houten elementen via extrusie of zelfs via gietvormen tot stand worden Bad Dürrheim ( ) gebracht. Het betreft hier composiet materialen welke voor ca. 70% uit houtvezels en voor 30% uit kunststoffen bestaan. De extra mogelijkheden voor toepassing in vormvrije architectuur is nog onduidelijk: zoals beschreven bij aluminium beperken de beschikbare matrijzen de vormmogelijkheden terwijl voor gietvormen mallen beschikbaar moeten zijn, die eveneens de vormmogelijkheden kunnen beperken. Aangezien de materiaaleigenschappen van deze nieuwe producten (nog) onvoldoende bekend zijn, is uitsluitend een mogelijke toepassing als niet constructieve afwerking mogelijk. Expodak, Hannover (Herzog + Partner) 29
  • 31. Vrijheid Vormgeving 2002 Koepels in allerlei vormen zijn in hout veelvuldig gebouwd. Voor de grote koepels is een zogenaamde geodetische staafverdeling zeer geschikt en toegepast (de grootste koepel met houten staven tot op heden is de Tacoma dome met een grondiameter van ca. 162 m). Deze constructievorm, ontwikkeld door Richard Buckminster Fuller, is bij staal (de koepel in Jena) en aluminium (Kaiser dome in Honolulu) aan de orde geweest. Aangezien een dergelijke constructie veelvuldig statisch onbepaald is, kan een aanzienlijk deel van de draagconstructie worden weggelaten of worden vervangen door niet dragende elementen. Dit biedt meer vormvrijheden dan dat de (dwangmatige) bolvorm doet vermoeden. Buckminster Fuller [9] Min of meer vrije vormen kunnen worden verkregen door het vervormen van andere vormen, bijvoorbeeld door het vervormen van een plat vlak. Dit vlak moet hiertoe buigslap en torsieslap zijn. Voor de ijsbaan in Nijmegen is destijds een alternatief uitgezocht met een houten dakbedekking, waarbij de elementen als rechte (standaard) panelen zouden moeten worden geproduceerd en zonder veel problemen op het dak de, dubbel gekromde, dakvorm zou moeten kunnen volgen. Een simpel proefje, waarbij één van de vier punten van het rechthoekige element zover werd opgetild, dat de overige drie punten alle nog juist contact met de grond hielden, toonde aan dat er een “acceptabele” kromming van het dakvlak met zogenaamde houten stiffened panel dakelementen Kerk in Hongarij (Markovecz) [3] (enkelhuidige ribpanelen) te bereiken is. Figuur 4.5.1: Het in de proef beschouwde element. Kerk in Kizhi (Rusland) [1] De ene hoek kon ( = 750 mm worden opgeteld alvorens de overige hoeken los van de grond kwamen. 30
  • 32. Vrijheid Vormgeving 2002 Tot slot worden nog drie afbeeldingen getoond van met hout gerealiseerde opvallende projecten: de kerken van Paks (Hongarije) en Kizhi (Rusland) en de graanbehandelingsfabriek in Marche-en-Famenne (België). Deze laatste eivormige koepel is gerealiseerd met parallelle ellipsvormige spanten van verschillende afmetingen: door vergaande automatisering en mechanisatie in de productiebedrijven is standaardisatie in het ontwerp (veel dezelfde elementen) geen echte noodzaak meer. Sinds het ambachtelijke aanbrengen van spindels voor het realiseren van de benodigde persdruk in het lamineerproces steeds meer vervangen wordt door computergestuurde hydraulische vijzels zijn vele verschillende elementen in één ontwerp overigens geen probleem. Veel verschillende elementen vereisen echter tevens vele verschillende aansluitdetails. De nodige investering in computergestuurde machines voor de prefabricage van deze details is hier en daar gedaan; de verwachting is dat veel bedrijven volgen. Venafro, italië (Samyn & Partners) [3] 4.6 Glas De vormvrijheid met glas is gering al kunnen er dubbel gekromde oppervlakken, zie de autoruiten, mee worden gerealiseerd. Glas is een enorm sterk materiaal. Het brosse breukgedrag beperkt echter de toepassingsmogelijkheden. Om deze reden blijven de toepassingen waarbij het materiaal op trek (buigtrek) wordt belast beperkt. Toepassingen waarop een belasting op zuivere druk maatgevend is, zijn meer vertoont. Ook in het geval van zuivere druk is de vormvrijheid beperkt, aangezien spelen met vormen tot gevolg heeft dat de druklijn niet met de vorm overeenkomt en het glas op buigtrekspanningen belast zal worden. Bevrijdingsmuseum, Groesbeek (Croonen) [8] Verder onderzoek is noodzakelijk. 4.7 Textiel Textiel lijkt een ideaal materiaal voor de BLOB architectuur. Zonder al te veel moeite kan textiel tussen randen worden gespannen. Afhankelijk van de vorm van de randen wordt aan het af te spannen oppervlak een vorm meegegeven. Complicerende factor is, dat de vorm van het textiel toegesneden moet zijn aan de vorm van de omranding omdat anders het vlak niet mooi strak kan worden afgespannen. Voorbeelden zijn de al genoemde millenium dome in Londen en het museum of dinosaurs in Fukui. Andere te vermelden voorbeelden zijn het bevrijdingsmuseum in Groesbeek, het stadium van Bari, een chemisch laboratorium in Venafro (Italië), de luchthaven van Denver en Spelerij-Uitvinderij in Dieren. Stadium, Bari (Renzo Piano) [3] 31
  • 33. Vrijheid Vormgeving 2002 Tentconstructies vereisen een onderconstructie van staal, hout, aluminium of een ander materiaal, die voldoende sterkte en stijfheid bezit om het geheel overeind te houden. Een bouwwerk welke deze onderconstructie niet nodig heeft, zijn de zogenaamde blaashallen. In deze hallen wordt de luchtdruk steeds een fractie hoger gehouden dan de luchtdruk buiten: de constructie vereist een constante toevoer van energie). De architectuur zou zich in het vormgeven van deze bouwwerken kunnen uitleven zonder dat dit allerlei complicaties voor de draagstructuur tot gevolg hoeft te hebben (denk aan de springkussens welke als kermisattractie voor de kinderen overal worden opgesteld). Luchthaven, Denver (Fentress) [3] 4.8 Kunststof De vormentaal en de constructieve mogelijkheden met kunststof zijn legio. Onderzoek naar toepassingsmogelijkheden met allerlei materialen zoals bijvoorbeeld “Twaron”, “Arall” of “Glare” gaat steeds maar door. Voor het ontwikkelen van constructieve toepassingsmogelijkheden zijn allerlei geometrische vormen geanalyseerd, waarbij vlakken van beperkte Beschrijving van de vormen, afmetingen tegen elkaar worden geplaatst. De vlakken samen-gesteld met polyeders [2] ondersteunen elkaar en door de beperkte vlakafmetingen is het plooigedrag (stabiliteit) goed ondanks de geringe dikte. Er is een soort “vormentaal” ontwikkeld, welke teruggrijpt op de vijf Platonische polyeders. De met deze polyeders samen te stellen figuren worden ontwikkeld m.b.v. formules (1) en (2). Tetrahedron Hexahedron Octahedron Dodecahedron Icosahedron Polyeders, basisfiguren voor allerlei vormen [2] E1 (de vijf Platonische Polyeders) R1 = (1) (E1n1sinn1 +cosn1 )1/n1 R1E2 R2 = n2 n2 (2) (E2 sin +R1n2cosn2 )1/n2 Met deze vormentaal is bijvoorbeeld een loods ontwikkeld op het terrein van het Stevinlaboratorium Nummer 4 bij de subfaculteit der Civiele Techniek van de TU te Delft. Vormen samengesteld met polyeders [2] 32
  • 34. Vrijheid Vormgeving 2002 Een ander voorbeeld is de hiernaast afgebeelde ruimtelijke structuur [1]. Dat er met kunststoffen in het verleden veel is geëxperimenteerd maakt de hiernaast afgebeelde “constructie” met polyurethaanschuim duidelijk. Deze experimenten hebben vooral in de alternatieve sfeer plaatsgevonden en de duurzaamheid van dergelijke constructies kan worden getwijfeld. Bouwwerk van polyurethaanschuim [1] Nieuwe ontwikkelingen tonen de vormstudies met Arall (met aramide- vezel), de voorloper van Glare, welke materialen ontwikkeld zijn voor het bouwen van vliegtuigen aan de TU Delft. De eigenschappen van deze materialen lijken dusdanig, dat een onderzoek naar toepassingsmogelijkheden in de (blob) architectuur gewenst is. Toepassingen van Arall [12] Ruimtelijke structuur [1] 4.9 Ter afsluiting Wat proberen we eigenlijk met de zogenaamde “BLOB” architectuur. Komende vanuit de natuurlijk geleverde bescherming via natuurlijke grotten zijn we steeds meer rationelere ruimten gaan creëren waarbij rechte vormen voor de constructie de over- hand kregen. Is de BLOB architectuur een menselijk streven om op een of andere wijze “het gevoel van binding met de natuur” terug te krijgen? “Is de BLOB architectuur een menselijk streven om op een of andere wijze “het gevoel van binding met de natuur” terug te krijgen?” “Woning” van de Republikeinwever [11] 33
  • 35. Vrijheid Vormgeving 2002 5. Constructiesystemen 5.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden verschillende typen constructiesystemen behandeld. Eerst wordt er in het algemeen gekeken naar de bestaande constructietypen die de constructeur voor handen heeft voor het realiseren van een bouwwerk. Ook worden hier een tweetal overzichten getoond waarin de verschillende constructietypen zijn onderverdeeld in categorieen. Hierbij is een greep gedaan uit de bonte verzameling van onderverdelingen die in de loop der jaren door verscheidene mensen zijn opgesteld. Aan de hand van de eerder gevonden categorieen worden de constructies uit de blob-architectuur tegen het licht gehouden. Hieruit blijkt dat ondanks de sterk 3 dimensionale vorm van blobs de toegepaste constructiesystemen vaak opgebouwd uit lineaire elementen. Vervolgens wordt er een relatie gelegd tussen de afbouwconstructie en de hoofddraagconstructie bij blob -architectuur. Hierin is getracht een onderverdeling te vinden aan de hand van deze relatie. Hierbij wordt ook nog even kort stilgestaan bij aspecten die spelen bij de afbouwconstructies van blobs. Op basis van de gevonden onderverdeling wordt voor de projecten uit bijlagen B.8-B.24 nagegaan hoe er is omgegaan met de relatie tussen afbouw en hoofddraagconstructie. In de laatste paragraaf van dit hoofdstuk zal aandacht worden besteed aan rekentechnische aspecten. Hierbij zal worden stilgestaan bij de mogelijke problemen van 2 en 3 dimensionale rekenmodellen die gebruikt worden voor de berekening van blobs. 34
  • 36. Vrijheid Vormgeving 2002 5.2 Constructiesystemen Bij het ontwerpen van draagconstructies heeft de constructeur de keuze uit een grote verzameling van constructieve schema’s. Ieder constructiesysteem heeft zijn eigen specifieke eigenschappen en toepassingsgebied. Op basis hiervan kiest de de constructeur het systeem wat het beste past binnen de opgave van het project. Ondanks de grote variatie aan bouwkundige opgaven in de nederlandse bouwpraktijk blijven de toegepaste constructies vaak slechts beperkt tot een aantal standaard oplossingen. Een reden hiervoor kan zijn dat de economische haalbaarheid van bepaalde constructietypen hoger is dan anderen, hetgeen weer ingegeven kan worden door de op de markt aanwezige bouwmaterialen en bouwelementen. Dit werkt in de hand dat de bekendheid met minder toegepaste constructiesystemen afneemt. Kennis over berekenings- en uitvoeringswijze van dergelijke constructies neemt af, waardoor het effect wordt versterkt. In deze paragraaf worden de mogelijke constructiesystemen nog eens gepresenteerd. Hiervoor worden een tweetal schema’s gebruikt waarin verschillende constructietypen zijn onderverdeeld naar een aantal criteria. Er bestaan vele categoriseringen van constructiesystemen. Er worden onderdeverdelingen gemaakt naar allerlei eigenschappen als krachtwerking, stijfheid, ruimtelijke dimensie, etc. Uit de veelvoud van onderverdelingen worden hier twee voorbeelden gegeven. De eerste is een onderverdeling van constructietypen volgens Frei Otto. Hij maakt onderscheid naar lineaire, vlakke en ruimtelijke systemen en naar krachtswerking, normaalkracht, buiging of een com- binatie van beide. Het tweede schema is naar Büttner/ Hampe. In plaats van onderscheid naar krachtswerking wordt in dit schema de tweedeling buig- slap versus buigstijf gemaakt. 35
  • 37. Vrijheid Vormgeving 2002 5.3 Constructiesystemen in blob-architectuur In deze paragraaf worden de onderverdelingen zoals genoemd in de vorige paragraaf losgelaten op de blob- architectuur. Allereerst de ruimtelijke vorm. Opmerkelijk is dat hoewel blob-architectuur zich kenmerkt door 3- dimensionale vormen en gekromde en dubbel gekromde oppervlakken, de constructie vaak is opgebouwd uit lineaire en 2-dimensionale elementen. Oplossingen zoals in de categorie van de 3-dimensionale draagstructuren als schalen en dubbel gekromde tentdoeken komt men zelden tegen. Vaker ziet men een traditionele opbouw van raamwerken of spanten. Door varierende spanten aaneen te schakelen worden de 3-dimensionale vormen dan benaderd. Hierdoor ontstaat er wel vaak een 3-dimensionale (complexe) krachtsafdracht in de constructie. Wordt er gekeken naar de krachtswerking bij blob-architectuur, dan valt op dat vrijwel alle constructiesystemen in de categorie van hybride systemen terechtkomen. Onder hybride wordt verstaan constructietype die bij de krachtsafdracht gebruik maken van een combinatie van buiging en normaalkracht. De krommingen van de blobvorm lenen zich enerzijds goed voor normaal- en membraankrachten. Anderszijds is, in tegenstelling tot zuiver geometrische vormen, de vorm vaak dusdanig grillig dat de systeemlijn van de constructie de druklijn niet meer kan volgen. Dit heeft tot gevolg dat er naast normaalkrachten ook buiging in de constructieelementen ontstaat. Feitelijk maakt dit de toegepaste constructie veel minder efficient in vergelijking met schalen en membranen met een zuiver geometrische vorm. Het resultaat is dan ook vaak een zware constructie, al dan niet weggewerkt achter de afbouwconstructie. In het plaatje hieronder is voor zowel een traditioneel drie-scharnierspant als een willekeurige blobvorm de druklijn bepaald. Dit is gedaan voor een uniforme gelijkmatig verdeelde belasting en voor een asymmetrische verdeelde belasting. Opmerkelijk is dat de grootte van optredende buigende momenten in de constructie (af te lezen aan de afstand tussen systeem- en druklijn) nauwelijks verschillen voor beide vormen. Ook wordt duidelijk waarom er bijna altijd sprake is van een hybride vorm van krachtsafdracht. Een ander criterium uit de eerder genoemde onderverdelingen is buigstijfheid. Ook hier is opmerkelijk dat ondanks dat buigslappe elementen als tentdoek makkelijk in allerlei complexe vormen te plooien zijn, dergelijke constructietypen (tot op heden) nauwelijks terugkomen in de blob-architectuur. blob 3-scharnierenspant 36
  • 38. Vrijheid Vormgeving 2002 5.4 Relatie hoofddraagconstructie-afbouwsysteem Naast de indeling van blobs op de bovengenoemde criteria is ook de relatie van de constructie tot de afbouw(constructie) een interessante invalshoek. Anders geformuleerd hoe wordt de vorm gerealiseerd in de constructie ? Wordt de vorm benaderd door de hoofddraagconstructie en wordt de afbouw (gevel) direct hierop aangebracht, of staat de constructie volledig op zichzelf zonder enige relatie met de vorm te hebben. Deze vraag raakt sterk aan het probleem van de maakbaarheid van de vorm. Hieronder is een onderverdeling gemaakt van constructies in relatie tot de mate waarin de vorm wordt gevolgd. Tevens is hierin de koppeling gelegd met de afbouw. Dit is gedaan omdat hoe minder de hoofddraagconstructie in staat is de vorm te volgen hoe meer de afbouw een op zichzelf staande constructie wordt die de vorm moet beschrijven. De meest extreme vorm hiervan is een orthogonale TYPE 1 constructie die zich binnen de blob bevindt (type 1). De afbouw-constructie staat als het ware als een stolp over de hoofddraagconstructie heen. De hoofddraag- constructie heeft daarin geen enkele relatie met de vorm van het bouwwerk. Om deze reden zullen dergelijke constructies niet vaak de voorkeur genieten van architect en constructeur, de vorm wordt niet ervaren in de constructie. Bijkomend nadeel is dat de specifieke problemen van de blob (hierop zal later verder worden ingegaan) worden verschoven naar de afbouw. De gevel zal in veel gevallen voorzien moeten worden van een ondersteuningsconstructie die als nog de complexe, gekromde vorm zal moeten beschrijven. Tegelijkertijd kan dit gezien worden als een voordeel, immers de hoofddraagconstructie kan een eenvoudige orthogonale structuur hebben. Een voorbeeld van een dergelijk ontwerp is het Zaadcentrum voor Bosbouw in Marche-en-Famenne, België van architect/ constructeur Philippe Samyn. Hierbij vormt een dubbelgekromde schil van houten spanten ingevuld met glaspanelen de overkapping voor een drietal gebouwtjes. De gebouwtjes hebben een orthogonale wanden structuur. Een stap verder wordt bereikt door de horizontale TYPE 2 elementen in het gebouw, de vloeren, de vorm van het gebouw te laten volgen (type 2). De vloeren beschrijven als het ware hoogtelijnen van de b l o b . De gevelconstructie kan van vloer naar vloer overspannen en wordt daarmee directer gekoppeld aan de hoofddraagconstructie. In de vorm van de vloer valt ook deels de blob terug te zien, de verticale constructie- elementen daarentegen hebben nog steeds nauwelijks een relatie met de verschijningsvorm van het bouwwerk. Ook hier geldt dat de specifieke blobproblemen zich niet voordoen in de hoofddraag-constructie maar worden verplaatst naar de gevel. Hoewel in vergelijking met het vorige type de gevel een minder op zichzelf staande constructie is en meer met de overige constructiedelen is gekoppeld. 37