Ahşabın Higromorfik Mekanizması: HygroShell

Paradigma değişiminin ön saflarında yer alan ve ahşabın daha önce istenmeyen higroskopik malzeme özelliklerinden yararlanarak form ve yapı oluşturan HygroShell, yeni bir tür biyo-temelli mimariyi keşfediyor.

Fotoğraflar ITECH/ICD/ITKE University of Stuttgart tarafından çekilmiş.

Karmaşık ekolojik, sosyoekonomik ve sosyokültürel krizlerin kesişme noktasında yer alan yapılı çevre, acilen tasarım, mühendislik ve inşaata yönelik temelde yeni bir yaklaşım gerektirmekte.

Enerji bolluğu ve endüstriyel malzemeler çağından enerji kıtlığı ve doğal malzemeler çağına geçerken malzeme zekası inşaat mantığı ile eş anlamlı hale gelecek.

Chicago Architecture Biennial 2023’te ilk kez görücüye çıkan HygroShell, bu paradigma değişiminin ön saflarında yer alıyor, ahşabın daha önce istenmeyen higroskopik* malzeme özelliklerinden yararlanarak form ve yapı oluşturuyor, yeni bir tür biyo-temelli ve biyo-esinli mimariyi keşfediyor.

HygroShell, mimaride yeni malzeme kültürlerini müjdeleyen, türünün ilk örneği, kendi kendini inşa eden ahşap yapı sistemini araştırıyor.

Kerestenin doğal şekil değiştirme özelliklerine erişmek için yeni hesaplama yöntemleri kullanan HygroShell, düz paketlenmiş, yerinde bükülmüş bileşenlerden yapılmış tam ölçekli, uzun açıklıklı, hafif bir kabuğun tasarımını, mühendisliğini ve üretimini sergiliyor.

Her bir bileşen, düz halinin içine gömülü mimari, yapısal ve kinetik özellikler içeriyor ve kavisli, kiremit kaplı, birbirine kenetlenmiş bir geometri üretmek için yerinde harekete geçiyor.

Sonuç, sadece 28 milimetre inceliğindeyken 10 metreye yayılan zarif kavisli bir kanopi.

Tipik yapısal tipolojilerden ayrılan çatının tek kavisli tasarımı, biyo-bazlı malzemelerle kaynak tasarrufu sağlayan, ince kabuklu yapı için yeni potansiyellerin kilidini açıyor.

HygroShell, yerinde şekillendirme mekanizması, yapısal itici güç ve tasarım temeli olarak kerestenin temel özelliklerini kullanarak geleceğe dönük mimariye alternatif bir yaklaşım keşfediyor.

Doğal malzemelerin hesaplamalı olarak etkinleştirilen bu anlayışı sayesinde, hem malzeme hem de formda daha derin bir mimari entegrasyon elde etmek ve mimaride ekolojik olarak etkili, ancak etkileyici bir malzeme kültürünü keşfetmek mümkün.

HygroShell, ITECH Master’s Program and the Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC) kapsamında bir araştırma pavyonu olarak geliştirilmiş olup disiplinler arası ve çeşitli bir araştırma ve eğitim ortamının önemini ve potansiyellerini vurguluyor.

HygroShell higromorfik özellikleri, yüksek nem içeriğiyle başlayan daha kalın bir “aktif” katmana ve düşük nem içeriğine sahip daha ince bir “kısıtlayıcı” katmana sahip iki katmanlı, çapraz katlı laminatlar inşa ederek kullanıyor.

Çift katmanlı tabakalar, aktif katmandaki ahşap kurudukça büzüldüğünde eğrilir. Analitik olarak türetilmiş mekanik modeller kullanılarak, malzemenin doğal özellikleri, kavisli geometriler oluşturmak için düşük enerjili, pasif bir yöntem olarak hassas bir şekilde hedeflenen bir şekilde kullanılabilir.

Diğer akıllı şekil değiştiren malzemelerle karşılaştırıldığında, ahşabın güçlü anizotropisi, yapısal özellikleri ve genel bolluğu, kendi kendini şekillendirmeyi ekonomik olarak ve bina yapımına uygun ölçeklerde entegre etmek için ideal.

HygroShell, form, yapı ve üretim sürecini yönlendirmek için malzeme çeşitliliğini temsil eden verileri kullanır.

Tasarım ve üretim süreci boyunca hassas malzeme bilgilerini entegre etmek için özel bir hesaplama iş akışı geliştirilmiş. Yaklaşım, hem şekillendirme sürecini hem de nihai yapısal bütünlüğü etkileyen damar oryantasyonu ve ahşap nem içeriği gibi temel parametreleri entegre eder.

Kendi kendini şekillendiren çift katmanlarda eğriliği tahmin etmek için mevcut bir analitik yöntem kullanılarak, üretilebilir eğrilik aralığını temsil eden başlangıçta malzeme bilgisine sahip bir tasarım alanı oluşturulmuş ve görselleştirilmiş.

Buradan, pavyon yapısı ve şekillendirme sırası dikkate alınarak küresel bir parametrik tasarım çerçevesi geliştirilmiş. Endüstri ortaklarıyla birlikte çalışılarak tasarım alanı, kütüklerin standart kesim modellerini de içerecek şekilde malzeme verimliliğini dikkate alacak şekilde ayarlanmış.

Süreç boyunca manuel veri toplama, parametrik detaylandırma ve doğrudan yapısal modelleme, malzeme bilgisine sahip bir geometri ve süreç sağlıyor.

HygroShell’in belirleyici yönü, fiziksel şekillendirme, yapı, bağlantı detayları, hava koşullarına karşı koruma ve kaplamayı düz katman tabanlı prefabrikasyona yerleştirme yeteneği.

Ahşap konstrüksiyonda geleneksel prefabrikasyon yöntemleri standartlaştırılmış panellerle sınırlıyken, burada malzeme programlama, üretimde düz panellerin avantajlarını yüzey aktif tek kavisli yapıların avantajlarıyla mümkün kılmakta.

Eğrilik, poliüretan yapıştırıcı ve Fransız klepe presleme ve vakum laminasyon kombinasyonu kullanılarak ince, 4 mm’lik bir kontrplak katmanına yapıştırılan aktif katman içinde 20 mm kalınlığında belirli yüksek nem içerikli levhaları seçmek ve yerleştirmek için dijital iş akışı kullanılarak programlanmış.

HygroShell, ahşaptan yapılmış mevcut yapısal tipolojilerin tanımına meydan okuyor.

Geleneksel olarak, ahşap yapılarda eğriliğin yapısal kullanımı yüzey olarak değil, çoğunlukla doğrusal bir eleman olarak uygulanabilir olmuş.

Yüksek yüzey eğriliği nedeniyle, iç kuvvetler esas olarak düzlem içi hareketler yoluyla aktarılabilir ve bu da yapısal sistemi doğal olarak ölçeklenebilir hale getirir. Özellikle yüzey kesişimleri, sağlam kabuk davranışını sağlar ve genel yapısal süreksizlik olmadan uzunlamasına doğramalara izin verir.

Doğrama ve işlemedeki geometrik karmaşıklık, parametrik planlama ve dijital imalat yoluyla yönetiliyor.

HygroShell, yalnızca ahşabın kendine has özellikleri ve gelişmiş dijital planlama ile mümkün kılınan yeni bir yapısal tipoloji sınıfını göstermekte ve kavisli yüzeyli ahşap yapılarda daha fazla potansiyel gelişime ışık tutuyor.

HygroShell bir kavram kanıtı olarak hizmet veriyor ve uzun kavisli yüzey yapılarının basitleştirilmiş inşası için yerinde kendi kendini şekillendiren ahşap yapı sisteminin olanaklarını sergiliyor.

Bu haliyle, kavisli yüzeyli yapıların inşasında genellikle karşılaşılan zorlukları, kapsamlı kalıp ve karmaşık işleme süreçlerinden malzemenin kendisinin sofistike bir şekilde önceden programlanmasına doğru kaydırıyor.

Yapının tasarımı, gerekli malzeme ve yapısal kütleyi arttırmadan daha uzun açıklıklı yapılarda kereste kullanımına yönelik yeni olasılıklara ışık tutuyor. Sadece 40 m²’lik bir alanı kaplayan bu yapı, fiziksel ve çevresel açıdan ultra hafif.

İçeride durulduğunda çatı, zemine temas ettiği üç küçük destekten yukarıya doğru yumuşak ve zahmetsizce kavis yaparak havada süzülüyormuş gibi görünür. Bu etki, dikey duvarlardan kemerlere ve neredeyse yatay konsollara yumuşak geçişle vurgulanmakta.

Entegre bağlantılar aşağıdan görünmez, daha çok beton veya tekstil mimarisine aşina olan sığ kıvrımlı kesişmeler boyunca uzamsal bir süreklilik yaratıyor.

Uzaktan bakıldığında dinamik ve kağıt inceliğinde görünen pavyon, yüksek teknoloji ürünü biçimsel dilin ahşabın doğal nitelikleri ve ahşap kiremitin iyi bilinen yerel özellikleriyle sentezinden oluşuyor.

Bu tür konseptlerin geliştirilmesi ancak hesaplamalı tasarım, simülasyon, malzeme araştırması ve endüstri uzmanlığının derinlemesine entegrasyonuyla mümkün ve mimarlıkta disiplinler arası araştırma ve eğitimin potansiyelini vurguluyor.

HygroShell, ahşabın doğal özelliklerini kullanarak inşaat ölçeğinde kendi kendini şekillendiren, hafif ve ekolojik olarak sürdürülebilir bir yapı sistemi sunuyor.

Proje, malzeme, tasarım ve üretimin entegrasyonu ile geleceğin inşaat yöntemlerine ışık tutuyor.

*Higroskopi, genel kimyada herhangi bir maddenin içinde bulunduğu ortamdaki su moleküllerini difüzyon veya çeperinde yoğunlaştırma yöntemi ile azaltabilme yeteneğine verilen isimdir.