Práca s konštrukčnými textíliemi v membránovej architektúre

Úvod

Je náročné experimentovať s nejakým novým stavebným materiálom, najmä ak je takýto materiál mimo bežných možností výberu. Konštrukčná textília je jedným z takýchto materiálov. Konštrukčné textílie, v Európe nazývané membrány, sú k dispozícii už niekoľko desaťročí, ale kvôli ich špecifickým vlastnostiam vyžadujúcich neštandardné konštrukčné metódy, zostávajú doteraz pomerne neznámymi. Pridajme k tomu ešte odstrašujúcu situáciu závislosti dnešným architektov, dizajnérov a študentov na CAD systémoch a situácia vyzerá nie príliš lichotivo.

Tradičné CAD systémy alebo form-findingové softvéry boli vždy nesmierne zložité, vyžadujúce si vlastný technický personál. Trend softvérového dizajnu však šiel cestou užívateľsky príjemného prostredia, čoho výsledkom bolo to, že čím ďalej tým viac dizajnérov a architektov, ktorí sa predtým vyhýbali zložitým CAD systémom, si postupne osvojujú také programy ako napríklad Google SketchUp. Tieto užívateľsky ľahko ovládateľné programy zbavujú spomenuté počítačové nástroje tajomstva a strachu z nich, a umožňujú prenikanie do tých oblastí, ktoré sú za normálnych okolností začiatočníkom nedostupné.

História

Robert Roithmayr, vzdelaním počítačový vedec, architekt a statik, sa rozhodol prekonať tento faktor strachu týkajúci sa membránových konštrukcií. „Mal som pocit, že najkrajšie textilné konštrukcie sú výsledkom dlhého dizajnérskeho procesu. Vedel som takisto, že tieto konštrukcie je veľmi náročné naskicovať rukou. K tomu, aby bolo možné ich dizajn správne preskúmať sú potrebné fyzické (reálne), rovnako ako počítačové 3D modely.“ Z týchto dôvodov Roithmayr v roku 2001 navštívil Technickú univerzitu v Berlíne (Technische Universität Berlin), Inštitút geodózie a geoinformatických vied (Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik), aby svoje návrhy prediskutoval s profesorom Lotharom Gründigom, z povestnej firmy Technet, ktorý bol autorom form-findingového softvéru EASY. Vzájomná spolupráca s Gründigom bola začiatkom Roithmayrovo doktorského štúdia, ktorého výsledkom bolo napokon niečo čo sa neskôr stalo známe ako Formfinder v1.0.

Roithmayrov počiatočný zámer bol prostý. „Ako nástroj musí byť tento softvér veľmi jednoduchý na použitie tak, ako je jednoduchým list papiera a ceruzka v ruke.“

V roku 2003 po skončení doktorátu testoval svoj program v reálnych situáciách na skutočných projektoch. Odcestoval do Anglicka, aby tam pracoval na viacerých projektoch pre rôzne firmy a vylaďoval tak svoj softvérový systém. Zoštíhlil softvér pre architektov a dizajnérov a zlepšil jednoduchosť použitia zavedením užívateľsky príjemného rozhrania a rastrovú grafiku. Napokon v roku 2006, po troch rokoch vývoja a testovania v praxi, s podporou firiem Technet GmbH a Lenzig Plastics GmbH sprístupnil Wehdorn prvú verziu softvéru pod obchodnou značkou Formfinder.

Formfinder dnes

Hoci Formfinder používa rovnaký algoritmus pre výpočty a generovanie tvaru ako predošlý form-findingový a inžiniersky softvér EASY, na rozdiel od neho nejde o tak náročný a zložitý program. Práve naopak, ide o štíhly a na cieľ zameraný program šitý na mieru architektom, dizajnérom a študentom. Je to nástroj s takými schopnosťami a vlastnosťami, ktoré ho robia užitočným pri zvládaní problémov rozloženia a rovnováhy síl bez toho, aby užívateľ musel vstupovať do fyzikálnych algoritmov. Inými slovami, nepotrebujete byť vôbec statikom , aby ste mohli tento softvér používať. Architekti, dizajnéri, či študenti zriedka používajú statickú analýzu týkajúcu sa síl a zaťaženia pri svojej práci. Z tohto dôvodu Formfinder využíva tzv. form-based rozhranie a intuitívne nástroje určené na manipuláciu. K zmene podoby pôvodného tvaru stačí jednoducho pohnúť vybranými bodmi na požadované miesto. Tým je v reálnom čase dosiahnutá viditeľná interakcia s modelom na obrazovke.

To, čo robí Formfinder užitočnejším a užívateľsky prívetivejším je začlenenie rôznych databáz cez integrovaný internetový prehliadač. Široký index stavebných membránových projektov umožňuje užívateľovi nachádzať inšpiráciu či pozrieť si modelovú štúdiu. Projektové prezentácie , ktoré sú súčasťou databázy softvéru obsahujú obrázky s vysokým rozlíšením rovnako ako konštrukčné detaily a všetky podstatné projektové informácie.

Tento projektový adresár je pravidelne aktualizovaný o bohatý materiál užívateľov tohto programu z celého sveta.

Force and geometry - proportion

1 : 4 = change of the system

Formfinder Light je voľne dostupný k stiahnutiu z webovej stránky. Pokiaľ by ste ho však chceli upgradovať na Formfinder Professional je potrebné si ho zakúpiť. Hlavným rozdielom medzi týmito dvomi verziami je prenositeľnosť súborov. Inými slovami, Formfinder má schopnosť importovať a exportovať súbory z a do iných CAD programov vrátane programu EASY. Na import a export používa súborový formát dxf. Súbory z programu Formfinder možno priamo otvárať v EASY, čo umožňuje plynulú interakciu medzi dizajnérmi a inžiniermi.

Patterns - transparent membrane

Year long umbrellas in Vienna

Používanie Formfinderu

Po nainštalovaní a pár kliknutiach si užívateľ zadefinuje hranice základného tvaru ako uzavretý polygón vo viewporte. Tvar možno modifikovať zmenou okrajov, zaťahovaním priehybu, nárysom súvisiacich uzlov alebo zmenou počtu sprostredkujúcich bodov. Modifikácia tvaru sa robí nástrojmi pohybu bodov alebo zadaním číselných hodnôt v príslušnom dialógovom okne vlastností. Program vytvára trojrozmernú sieť vo vnútri definovaných hraníc, ktorá je navyše veľmi pružná. Je možná úprava rozstupov siete a jej vylepšovanie, rovnako ako smer väzby a úroveň namáhania. Príkaz Split Curve umožňuje zaviesť nový kotviaci bod vybratej krivky bez toho, aby bolo nutné vytvoriť úplne novú sieť. Užitočným nápadom zdrojom, dostupným priamo na obrazovke, je široký zoznam antiklastických pokročilých membránových foriem, ktoré je možné priamo použiť či už pretiahnutím myšou alebo po manipulácii.

Navigácia prostredníctvom rozličných nástrojov a dialógových okien je jednoduchá a grafika prehľadná. Prepínanie medzi pôdorysom podlažia a perspektívnym pohľadom je intuitívne.

Program je veľmi stabilný až do momentu, pokiaľ sa nepokúšame pracovať s viacerými horizontálnymi na seba naukladanými vrstvami, či používať príliš veľa sietí, navzájom komplexne prepojených alebo vzájomne sa prenikajúcich.

Formfinder je vhodným nástrojom pre architektov, dizajnérov a študentov, či už začiatočníkov alebo pokročilých, skrátka takých, ktorí sa usilujú preskúmať alebo získať skúsenosti s navrhovaním membránových konštrukcií. Tento program umožňuje priamo sledovať ako modifikácia rôznych parametrov vplýva na form-findingový proces a na konečnú podobu.

Cable-net structure

Olympic park Munich (swimmingpool), Frei Otto

Formfinder zajtrajška

V roku 2009 vyšla verzia Formfinder 2.0, ktorá obsahuje aj synklastické formy, ako napríklad pretlakové, nafukovacie konštrukcie. Takisto nový, veľmi významný a jednoduchý komponent na štúdium slnečného svetla, ktorý môže napomôcť pri tak potrebných solárnych štúdiách modelov. Užitočným rozšírením bola aj funkcia systémom navrhovaných primerane dimenzovaných profilov pre káble a stožiare. Verzia Formfinder 3.0 „Power Net Technology“ je o 80% rýchlejšia a stabilnejšia. Umožňuje široké modelovacie možnosti tých najzložitejších 3D tvarov. Cieľom vývoja bolo tiež zavedenie tzv. "stavebnej fyziky", ktorá je už takisto súčasťou balíka Formfinder 3.0. Tento nástroj poskytuje presné čísla týkajúce sa teploty pochádzajúcej zo slnečného žiarenia „na“ a „pod“ membránovým povrchom a to v reálnom čase. V súčasnosti je k dispozícii verzia Formfinder 4.5 s kompletne novou superrýchlou generáciou siete a mnohými ďalšími vylepšeniami užívateľského rozhrania.

anzbrunnen - Frei Otto

Palais thermal - KTP arch.+form TL

Chemical Research Centre, Venafr

Okrem zaradenia predchádzajúcich projektov membránových konštrukcií z celého sveta, znamená medzinárodná sieť univerzít, inžinierov, architektov, dizajnérov a študentov, že sa z Formfinderu celosvetovo stáva jeden z najpoužívanejších form-findingových programov určených na dizajn a vývoj membránových konštrukcií.

autor: Robert Roithmayr, Arch. Univ . Lect. Dipl.-Ing. Dr. techn.

Vyštudoval počítačové vedy a architektúru na Viedenskej technickej univerzite (Technische Universität Wien) v roku 2001. Následne pracoval v rôznych medzinárodných renomovaných ateliéroch. V súčasnosti pracuje ako projektant a konzultant veľkých medzinárodných projektov týkajúcich sa odľahčených membránových konštrukcií. V roku 2006 založil vo Viedni spoločnosť Formfinder Software GmbH. Od roku 2008 učí na Viedenskej technickej univerzite na Inštitúte interdisciplinárneho manažmentu stavebného postupu (Institut für Interdisziplinäres Bauprozessmanagement). V rokoch 2009 až 2013 bol predsedom sekcie „Architektúry a plánovania“ Rakúskej asociácie inžinierov a architektov (Österreichische Ingenieur- und Architekten-Verein). V roku 2010 inicioval vznik postgraduálneho MEng. programu na Viedenskej technickej univerzite. Avšak hlavným predmetom aktivít Roberta Roithmayra je dizajn a projektovanie odľahčených membránových konštrukcií a vývoj softvéru Formfinder. Od roku 2012 je vedúcim výskumu Formfinder Research Laboratory. Je držiteľom ceny za stavebníctvo Österreichische Bau-Preis a členom TensiNet Association a IASS – International Association for Shell and Spatial Structures.

Project Senftenberg in team with Horst Dürr (IF Group)