Praėjusį mėnesį vartydami žurnalą „Structum“ galėjote susipažinti tiek su naujausiomis medienos naudojimo šiuolaikinėse statybose tendencijomis, tiek su moderniomis šios statybinės medžiagos apdirbimo naujovėmis ‒ pradedant nuo medinių langų gamybos ir baigiant kartoninių namų statyba. Šiame straipsnyje pristatome dar vieną naują medinių statinių konstravimo būdą, gimusi iš kompiuterinio dizaino ir architektūros idėjų bei natūralių gamtos kūrinių sintezės.

OBJEKTAS: ICD-ITKE tyrimų paviljonas

VIETA: Keplerstrasse 11, Štutgartas, Vokietija

PLOTAS: 85 m2

MATMENYS: 11,5 × 9,5 m

PROJEKTO VADOVAI: prof. Achimas Mengesas (Kompiuterinio dizaino institutas, ICD) ir prof. dr. Janas Knippersas (Statybinių konstrukcijų ir struktūrinio dizaino institutas, ITKE)

MOKSLINIAI DARBUOTOJAI: Simonas Bechertas, Oliveris Davidas Kriegas, Tobiasas Schwinnas, Danielis Sonntagas

KONSTRUKCIJOS SEGMENTAI: 151 vnt.

STATYBOS METAI: 2016 m.

Projektavimas prasidėjo nuo plokščiojo jūrų ežio kiauto analizės

Vasarį interneto portale „ArchDaily“ Metų pastato apdovanojimų nedidelio statinio konkurso kategorijoje laurus nuskynė Štutgarto universiteto mokslinių tyrimų grupės paviljonas. Tai jau šeštasis nuo 2010 m. Kompiuterinio dizaino instituto (ICD) ir Statybinių konstrukcijų ir struktūrinio dizaino instituto (ITKE) sukurtas paviljonas. Šiemet šių institutų pristatytas novatoriškas statinys buvo skirtas naujausių skaitmeninio dizaino ir robotizuoto gamybos proceso pritaikymo architektūroje galimybėms tyrinėti. Projektas tapo sėkmingu tarpdisciplininės komandos, sudarytos iš architektų, inžinierių, biologų ir paleontologų, įgyvendintų idėjų pavyzdžiu.

Štutgarto universiteto darbuotojai ir studentai, semdamiesi įkvėpimo gamtoje, sukūrė originalų paviljoną. Skliautinė naujoviško statinio konstrukcija sudaryta iš laminuotos faneros lakštų, kurių formai išlenkti ir tarpusavyje susiūti tikrąja šių žodžių prasme buvo naudojamas robotų darbas. Tai pirmas kartas, kai statinio architektūrinei išraiškai pasiekti buvo pritaikyti tokie kompiuteriu sumodeliuoti ir pramoniniu būdu sujungti mediniai elementai. Kaip ir ankstesni Štutgarte sukurti paviljonai, šiųmečio statinio konstrukcija remiasi biometriniais gyvūnų kiautų tyrimais ‒ jo projektavimas prasidėjo nuo plokščiojo jūrų ežio kiauto anatominės konstrukcijos analizės.

Siekdami suprasti sudėtingos formos vidines kiautų struktūras, paviljono kūrėjai kartu su Tiubingeno universiteto specialistais padarė daug kelių rūšių jūrų ežių nuotraukų ir SEM elektronų mikroskopijos skenografijų. Tyrinėjimų metu gauta vaizdinė informacija leido jiems padaryti išvadą, kad lengvų gamtinių segmentų konstrukcijos stiprumas priklauso ne tik nuo atskirų kalcito plokščių išsidėstymo, bet ir nuo dvisluoksnės sistemos geometrinės morfologijos bei medžiagų diferenciacijos. Svarbiausia, buvo pastebėta tai, kad kai kurių jūrų ežių kalcito kiautai yra sujungti ne tik sąnariais, bet ir pluoštiniais elementais. Būtent toks kiauto plokščių sujungimas keliomis skirtingomis medžiagomis ir yra svarbiausias kiauto išskirtinio atsparumo išsaugojimo veiksnys tiek ežiui augant, tiek veikiant jį išorės jėgomis. Dėl to vėliau projektuotojų pasirinkta dvisluoksnė paviljono struktūra tapo panaši į plokščiojo jūrų ežio kiautą ‒ ji buvo sukurta remiantis atitinkamais biologinių struktūrų principais ir medžiagų charakteristikomis.

Naujojo statinio Štutgarte konstrukcijos segmentus sudaro išlenktos juostos iš itin plonų medienos sluoksnių. Atsižvelgiant į medienos, kaip pluoštinės medžiagos, ypatybes, plokštės buvo laminuojamos specialiuoju būdu taip, kad medienos rievių kryptys ir jos storis suteiktų juostoms skirtingo standumo ir leistų jas išlenkti nevienodu spinduliu. Taigi medinės juostos tapo elastingos ir buvo sulenktos pagal specialias formas, kurios buvo suprogramuotos dar prieš parenkant laminavimo būdą. Po šios išlenktų medinių elementų gamybos stadijos robotai juos susiuvo į segmentus ir taip stabilizavo vientisą skliauto konstrukciją.

Panaudotos neįprastos tekstilinės bei kompozitinės medžiagų jungtys

Paviljoną sudaro 151 segmentas. Kiekvienas jų yra sukonstruotas iš trijų atskirai laminuotų skirtingų formų ir matmenų (skersmuo ‒ nuo 0,5 m iki 1,5 m) buko faneros elementų, kurie po sujungimo tapo tvirta lenkto kiauto struktūra. Visas paviljonas sveria tik 780 kg ir yra daugiau nei devynių metrų pločio. Taigi šio statinio konstrukcijos svoris tėra 7,85 kg/m². Ji išlenkta virš pasėdėti skirto podiumo pakopų ir sudaro atsiveriančią į viešą aikštę pusiau dengtą erdvę.

Kadangi faneros juostose dėl išorinių statinio apkrovų lenkimo momentas statybinės mechanikos prasme dažniausiai yra vengtinas, sandūros tarp skliauto segmentų buvo sukurtos tokios, kad siūlėse daugiau veiktų šlyties jėgos, o tempimo jėgas tarp segmentų paskirstytų savitai robotų suvarstytos jungtys raiščiais.

Medienai būdingos puikios mechaninės savybės. Pritaikius neįprastus tekstilinius bei kompozitinius kelių medžiagų sujungimo būdus, ji gali įgauti kur kas daugiau konstrukcinių galimybių. Beje, norint suklijuoti ypač plonus faneros sluoksnius ir juos laminuoti, būtina sudaryti ir išsaugoti atitinkamai aukštą slėgį. Tai nėra paprasta, nes tokiems technologiniams procesams reikalingi didžiuliai presai ir kompleksiški klojiniai.

Ieškota technologijos, leidžiančios išvengti konstrukcijų delaminavimosi

Štutgarte įgyvendintas išskirtinio paviljono projektas svarbus ne tik dėl galimybių taikyti robotizaciją statybiniams elementams iš medienos susiūti tyrimo, bet ir dėl to, kad buvo ieškoma technologijos, leidžiančios išvengti medinių konstrukcijų delaminavimosi. Šiuo atveju pramoninio roboto naudojimas juostoms sulenkti ir elementams sujungti visiškai atitiko kūrėjų lūkesčius. Gamybos metu robotas pirmiausia praleido elementus per siuvimo mašiną ir sujungė juostas, o po to pagal segmento kraštus užtikrino laminavimo kokybę prijungė PVC padengtą poliesterio pluošto membraną, kuri galutinai leido suformuoti elementų jungtis. Robotą ir siuvimo mašiną kontroliavo juose integruota speciali programinė įranga, užtikrinusi, kad, dygsniuojant elementus adata, nebūtų jokių šalutinių judesių.

Naujasis paviljonas Štutgarte visiems akivaizdžiai įrodė, kaip kompiuterijos ir biologinių principų sintezė bei kompleksiška tarpusavio medžiagų, formų ir robotizuotos gamybos sąveika gali nutiesti kelią link inovatyvių konstrukcijų iš medienos. Šio tarpdisciplininio tyrimo metu ne tik buvo sukurta puiki ir lengva, taupanti medžiagą struktūra, bet ir praplėstos tektoninės medinės architektūros galimybės. 