Lapszámok

A kortárs építészetben egyre nagyobb teret hódít a parametrikus tervezés, mely a korábbinál szabadabb építészeti formálást tesz lehetővé. Ezzel és a függönyfalrendszerek együttes alkalmazásával foglalkoztam a Tudományos Diákköri Konferenciára készített dolgozatomban. Az így megismert megoldásokat alapul véve terveztem egy kísérleti épületformát, amin további vizsgálatokat végeztem.

Az előkutatás során vizsgáltam a függönyfalak fejlődéstörténetét, a feléjük támasztott követelményeket és fajtáit, valamint a parametrikus tervezés geometriai hátterét biztosító alapformákat, mint a boltozatok és kupolák, minimálés egyenes vonalú torzfelületek. A több irányba görbült felületek közül egyesek visszavezethetők egyszerűbb felületekre vagy görbékre, míg mások szabad formálásúak.

Az ilyen felületek kezelése sokszor hatékonyabb parametrikus eszközzel, mint hagyományos építészeti módszerrel.

Mivel a kutatásom célja a parametrikus függönyfalak helyzetének vizsgálata volt napjainkban, ezért példaépületek bemutatásán keresztül három különböző formálási alapelvet vettem górcső alá. Leginkább ezek szemléltetik a parametrikusan tervezett üveg homlokzati szerkezetek tervezése és megépítése során fellépő problémákat.

Kapcsolási sor a Rhino-Grasshopper programból.

A függönyfalak szabad formálásának egyelőre gátat szabnak a szerkezeti lehetőségek és a kivitelezési megoldások. Az összetett geometriai formákat az egyszerűbb kivitelezhetőség érdekében síklapokra, többnyire háromszög raszterre szokás felosztani, hiszen három pont mindig meghatároz egy síkot. A számba vett megoldások között azonban olyan példák is szerepelnek, amelyeknél négyszög rasztert alkalmaztak a tervezők a torznégyszögek kezelésével vagy kiküszöbölésével.

Szabad formálású felületek lefedése háromszögekkel

A szabad formálású felületek felosztásának legegyszerűbb geometriai megoldása a háromszögek alkalmazása. A frankfurti MyZeil bevásárlóközpont teljesen egyedi épületburkának kialakításánál is ezt a megoldást használták. Kis háromszögekre osztották fel, majd ezeket a nagyobb fokú előregyárthatóság érdekében nagyobb háromszögekké egyesítették. Az építési helyszínen már ezeket pozicionálták egymáshoz. Ezt a megoldást nehezíti, hogy nagyon sok különböző méretű elemet eredményezhet, ami az előregyártásban problémát jelenthet. Nagy odafigyelést igényel és jóval több helyszíni összeszerelő munkával jár. Mindezek ellenére ez a megoldás biztosítja a legnagyobb formai szabadságot a tervezőknek.

A MyZeil bevásárlóközpont héjszerkezetének belső képe

Görbült felületek lefedése négyszög síkokkal

Egyes kétszer görbült felületek esetében van lehetőség a felületek sík négyszögekre való felosztására is, ezeknél azonban fontos megjegyezni, hogy már a tervezési fázis elején oda kell figyelni a felület görbületére és felosztására. Ezeknek összhangban kell lenniük egymással, hogy ne eredményezzenek torznégyszögeket. Erre példa a kínai Maritim Museum épülete, ahol pontmegfogásos technológiát használva sík négyszög üveglapokat használtak. Ennél a megoldásnál a sík lapok alkalmazása miatt a felület csak korlátozott görbületet tud felvenni, ami határt szab a formai szabadságnak.

Szabad formálású felületek lefedése négyszögekkel

Az épület formájából adódó torz sokszögeket a felületre illesztett sokszög alapú gúla, illetve csonka gúla formájú homlokzati panelek alkalmazásával lehet kezelni. A gúla formából adódóan ez a megoldás a homlokzat síkjára merőlegesen is teljes tervezői szabadságot biztosít. Ilyen elemekből felépülő parametrikus homlokzati rendszert dolgozott ki a Schüco. Ezek a panelek a megfelelő fogadó háttérszerkezet biztosítása esetén öntartók. A teljes formai szabadság, az előregyárthatóság előtérbe helyezése miatt azonban már nem biztosított.

Árnyékolás

Napjainkban egyre fontosabb kérdés a fenntartható épülettervezés. Ennek egy igen fontos pillére az árnyékolás, mely az egyedi formájú épületek esetén külön kihívást jelent. A frankfurti MyZeil épületnél a síkháromszög elemekből álló membrán burkot nem védték a felmelegedéstől, ezért a kritikus felületeket utólag kellett beárnyékolni.

A MyZeil kanyont formáló burkára való rálátás a belső térből

A gúla formáknál a geometriának köszönhetően elérhető, hogy a homlokzatot a környezetére reflektálva alakítsák ki, ezzel fenntartható megoldást kínálva az épület túlmelegedésére és a benapozottság kezelésére. A kidolgozott panelsémák lehetőséget adnak a direkt napsugárzás elleni védekezésre amellett, hogy a belső terekben biztosított legyen a folyamatos szórt fény. Ezt a rendszert használva terveztem egy kísérleti épületformát. Az elkészült formán lefuttattam egy nappálya modellt, mely egy évre lebontva szimulálja a nap mozgását és megmutatja, hogy melyek azok a felületek, amik árnyékolásra szorulnak az épület burkán és melyeken elenyésző a napos órák száma, ezért maradhatnak teljesen átlátszón. A mellékelt képeken jól látszik, hogy például egy ellipszis formájú épületen milyen szép szabályos formát ad ki a direkt és a szórt napfényt kapó felületek váltakozása.

Csomóponti kialakítások

A szabad formálású függönyfalak csomóponti kialakításukat tekintve készülhetnek például hegesztéses módszerrel, ami a leginkább letisztultabb, filigránabb külsőt kölcsönző kialakítás. Ennél a megoldásnál azonban méretezni kell a szerkezetet a hegesztés során fellépő hősokkra is, ami jelentős többletköltséget jelent. Valamint azzal is számolni kell, hogy ez a kialakítás bonyolult statikai erőjátékot eredményez és rengeteg különböző csomóponti kialakítást, sokféle elemhosszal. Ezek jelentősen rontják az előregyárthatóság fokát, megnövelik az összeszerelési időt és számos hibaforrást rejtenek.

A négyszög síkokkal történő lefedés esetén minden elem előregyártható, viszont az üvegtáblákat egyenként kell bepozicionálni, ami ugyancsak jelentős építéshelyi munkát igényel.

További kérdésként merül fel, hogy miként kezelik a napsugárzásból adódó hőtágulást ezek a szerkezetek. A függönyfalakat eddig jellemző nagy fokú vagy teljes előregyárthatóság miatt a bonyolult geometriáknál sérülhet. Bár a gúla és csonka gúla formákból alkotott rendszer megoldást kínálhat erre, de a magas anyagszükséglet miatt ez igen drágának bizonyulhat. Mérlegelendő, hogy amint ezen a rendszeren belül is nagyobb formai szabadságot szeretnénk elérni, csorbát ejthetünk az előregyárthatóságon. Érdekes feladat a jövőre nézve olyan anyagok és szerkezeti kapcsolati lehetőségek feltárása, melyek a lehető legnagyobb fokú formai szabadság mellett is megállják helyüket a feléjük támasztott követelményekkel szemben, illetve megtalálni az igények közötti optimumot.

Témavezető: Sárközi Réka és dr. Széll Attila Béla, a Pécsi Tudományegyetem oktatói