Δ064.17 Εκτατικές Δομές: Από την Έρευνα στην Κατασκευή

Τίτλος: Εκτατικές Δομές 
Υπότιτλος: Από την Έρευνα στην Κατασκευή
Φοιτητές: Περιγιάννης Αναστάσιος, Σαββοπούλου Ευαγγελία
Επιβλέπων καθηγητής: Παπαβασιλείου Ματθαίος
Σύμβουλοι: Καραδήμας Κωνσταντίνος, Μιλτιάδου Ανδρονίκη
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τμήμα Αρχιτεκτόνων  Μηχανικών
Φεβρουάριος 2017


Αφορμή για την παρούσα διπλωματική εργασία αποτέλεσε η διερεύνηση της άμεσης και εφήμερης αρχιτεκτονικής σε σχέση με το σύγχρονο τρόπο ζωής. Η ανάγκη για προσαρμογή στις συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες καθώς και η ανάγκη του ανθρώπου να “κινείται”, να είναι δραστήριος, δημιουργικός, να επικοινωνεί, δημιουργώντας “κοινούς τόπους” και εμπειρίες με άλλους ανθρώπους.

Στη σύγχρονη εποχή εμφανίζεται συχνά η ανάγκη για άμεση παραγωγή χώρου, ικανού να καλύψει μια λειτουργία και να στεγάσει έναν αριθμό ανθρώπων με εφήμερο τρόπο. Είτε πρόκειται για μια έκτακτη ανάγκη, είτε για ένα αστικό δρώμενο, είτε ακόμη και για οποιαδήποτε συλλογική δραστηριότητα σε αστικό ή εξωαστικό περιβάλλον, κατασκευές μικρής ή μεσαίας κλίμακας καλούνται να ‘’φιλοξενήσουν’’ την εκάστοτε λειτουργία με τρόπο που να ανταποκρίνεται στον εφήμερο χαρακτήρα της. Η διάρκεια ζωής μια τέτοιας κατασκευής μπορεί να ποικίλει από μερικές ώρες μέχρι μερικούς μήνες.

Η πλειοψηφία των κατασκευών που μελετήθηκαν προκειμένου να σχεδιαστεί η τελική κατασκευή ανήκουν στην κατηγορία των εκτατικών δομών. Εκτατικές δομές ορίζονται ως οι κατασκευές που έχουν τη δυνατότητα να μεταβαίνουν από μια κλειστή, συμπαγή κατάσταση σε μια ανοιχτή, διευρυμένη μορφή με άμεσο τρόπο χάρη στο ιδιαίτερο δομικό σύστημα της κάθε κατασκευής.


Για το σχεδιασμό της δικής μας κατασκευής θέσαμε εξαρχής ορισμένες βασικές προϋποθέσεις. Αρχικά, είναι πολύ σημαντική η διαμπερής κίνηση στην κατασκευή, καθώς δεν ορίζεται αυστηρά μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, αλλά η είσοδος και η κυκλοφορία μέσα σε αυτή γίνεται ελεύθερα ή διαμορφώνεται ανάλογα με τις απαιτήσεις της λειτουργίας που φιλοξενεί κάθε φορά. Για το λόγο αυτό η τετράγωνη κάτοψη θεωρήθηκε καταλληλότερη σαν σχήμα. Ταυτόχρονα, η διαμπερής κίνηση δίνει τη δυνατότητα ένωσης πολλών μονάδων μεταξύ τους προκειμένου να καλυφθούν λειτουργίες που απαιτούν συγκέντρωση μεγαλύτερου αριθμού ατόμων, αλλά και λειτουργίες που απαιτούν συγκεκριμένο τρόπο στην οργάνωση της κάτοψης. Για να επιτευχθεί αυτό βέβαια είναι απαραίτητο τα όρια της κατασκευής να είναι κάθετα στο επίπεδο του εδάφους, το οποίο συνεπάγεται και την ομαλή ένωση των μονάδων μεταξύ τους.

Η συνδεσμολογία που επιλέγεται αποτελείται από ψαλίδια που ενώνονται σε σειρά με τέτοιο τρόπο ώστε οι άνω και κάτω κόμβοι να βρίσκονται σε ευθείες παράλληλες μεταξύ τους και κάθετες προς το επίπεδο του εδάφους.


Για να είναι εφικτή η κίνηση των συνδεόμενων ψαλιδιών πρέπει να ληφθούν υπ όψιν οι κατάλληλοι γεωμετρικοί περιορισμοί. Με αυτόν τον τρόπο γίνεται η διαίρεση του επιθυμητού τόξου στον επιλεγμένο αριθμό ψαλιδιών. Η συνολική γεωμετρία προκύπτει από την επανάληψη του βασικού τόξου με ψαλίδια τόσο στη μία διεύθυνση όσο και στην κάθετη. Σχηματίζεται έτσι στην τελική της μορφή μια θολωτή επιφάνεια με τετράγωνη κάτοψη, η οποία έχει τη δυνατότητα να μεταβαίνει από μια κλειστή, συμπαγή κατάσταση σε μια ανοιχτή, τελική μορφή και το αντίστροφο.

Σημαντικό σημείο στην έρευνα αυτή αποτελεί η γενίκευση του γεωμετρικού συστήματος που αναπτύχθηκε και οι περαιτέρω δυνατότητες του, οι οποίες προκύπτουν με αφορμή την προτεινόμενη κατασκευή. Μετά την ολοκλήρωση της γεωμετρικής ανάλυσης του συστήματος με τα ψαλίδια για τον σχεδιασμό της συγκεκριμένης κατασκευής, προχωρήσαμε στην παραμετροποίηση των γεωμετρικών του αρχών έτσι ώστε να εφαρμόζονται σε οποιαδήποτε τυχαία καμπύλη. Ουσιαστικά, πρόκειται για έναν κώδικα στο Grass¬hopper στον οποίο με την είσοδο τριών μεταβλητών (τυχαία καμπύλη, “μήκος του σχοινιού” της αρχικής έλλειψης, απόσταση d του “πάχους” της κατασκευής), η καμπύλη μπορεί να μετατραπεί σε ψαλίδια. Ακολουθώντας την ίδια βασική αρχή, την σύνδεση υπό γωνία δύο καμπυλών είναι δυνατή η επίτευξη πλήθους γεωμετριών.  Θεωρούμε πως αυτή η γενίκευση είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς δίνεται η δυνατότητα στον καθένα να μπορεί να πειραματιστεί και να δημιουργήσει τελικά οποιαδήποτε γεωμετρία επιθυμεί.


Η κινητική συμπεριφορά της γεωμετρίας εμφανίζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς κατά τη διαδικασία της ανέγερσης, η γεωμετρία δεν εκτείνεται με ομαλό τρόπο καθ’ όλη τη διάρκεια. Όπως φαίνεται και στις εικόνες, οι οποίες δείχνουν τη γεωμετρία σε Grasshopper, από την αρχική κλειστή θέση, η γεωμετρία εκτείνεται συνεχώς σε όλες τις ενδιάμεσες θέσεις κατά μήκος και κατά πλάτος, χωρίς να αναπτύσσει ιδιαίτερο ύψος. Ωστόσο, μόλις φτάσει σε μια μέγιστη θέση, οι διαστάσεις της κάτοψης αρχίζουν και πάλι να μικραίνουν, ενώ το ύψος αυξάνεται δραματικά, έως ότου φτάσει στην τελική ανοιχτή θέση, όπου τελικά η γεωμετρία αποκτά τις διαστάσεις που έχουν οριστεί από τη διαδικασία σχεδιασμού. Το γεγονός αυτό αποτελεί την αφετηρία για μια σειρά ζητημάτων που προκύπτουν για την υλοποίηση και την ανέγερση της πραγματικής κατασκευής.


Στη συνέχεια ακολουθούν σχέδια της προτεινόμενης κατασκευής καθώς και εικόνες του μοντέλου που πραγματοποιήθηκε σε κλίμακα 1/3. Το μοντέλο παίζει σημαντικό ρόλο στην διπλωματική αυτή καθώς γίνεται το μέσο συνεχούς διερεύνησης και πειραματισμού της συμπεριφοράς της κατασκευής.
Τα επιμέρους πεδία διερεύνησης αφορούν την ανέγερση της κατασκευής, τη λειτουργία της κάλυψης, τη σταθεροποίηση και τη θεμελίωση της. Στόχος σε όλα τα βήματα της διερεύνησης είναι να διατηρηθεί μια κατασκευαστική λογική που θα είναι εύκολα προσεγγίσιμη δίνοντας τη δυνατότητα χρήσης μιας τέτοιας δομής από διευρυμένα στρώματα της κοινωνίας.

Στοιχεία κατασκευής 


Ανέγερση 


Θεμέλια 


Μεμβράνη 


Η κατασκευή που προκύπτει τελικά έχει στην κλειστή θέση διαστάσεις 1.30 x 1.30 x 2.80 m και στην ανοιχτή θέση 8.00 x 8.00 x 6.20 m στο μέγιστο ύψος της. Αυτό σημαίνει ότι η τελική μορφή της κατασκευής είναι περίπου 6 φορές μεγαλύτερη σε κάτοψη και 2 φορές μεγαλύτερη σε ύψος από ότι ήταν στην κλειστή θέση. Επιτυγχάνεται επομένως ο αρχικός στόχος για οικονομία χώρου, ευκολία στη μεταφορά και στην αποθήκευση.


Για τη διαδικασία της μεταφοράς και του στησίματος της κατασκευής στο πεδίο, είναι απαραίτητο να υπάρχουν:

- ένα μικρό φορτηγό με καρότσα, για τη μεταφορά της κατασκευής και των υπολοίπων στοιχείων που την αποτελούν (πλάκες θεμελίων, ράβδοι για τις διαγώνιες, μηχανισμός τροχαλίας, κ.α.)
- 8 άτομα για το άνοιγμα της κατασκευής και την τοποθέτηση των θεμελίων
- μια μικρή σκάλα

Η κατασκευή μεταφέρεται σε μια τοποθεσία με μηδενική ή ελάχιστη κλίση. Σημειώνονται στο έδαφος τα τέσσερα σημεία που οριοθετούν την κατασκευή. Οκτώ άτομα (δυο σε κάθε πλευρά) ξεκινούν ταυτόχρονα να περιστρέφουν τον άξονα που περιέχει το κουτί με τις τροχαλίες και τα σχοινιά. Η κατασκευή εκτείνεται μέχρι τη μέγιστη ανοιχτή θέση και έπειτα φτάνει στην τελική της θέση. Οι μισοί μένουν να στηρίζουν την κατασκευή έως ότου οι άλλοι μισοί τοποθετήσουν τα θεμέλια και τα ενώσουν με τους τέσσερις γωνιακούς κόμβους. Έπειτα ένα άτομο ανεβαίνει στη σκάλα και σταθεροποιεί τις τροχαλίες στα κουτιά. Τέλος, τοποθετούνται οι ράβδοι στις διαγώνιους. Η κατασκευή είναι έτοιμη! Για τη διαδικασία του κλεισίματος ακολουθείται ακριβώς η αντίστροφη διαδικασία.