Students construct self-supporting tower

Two engineering students have worked out how to make curved buildings using facade plates with no other supporting structure. This can bring the building industry closer to shapes that have previously been impossible.

2016.03.01 | Kim Harel

Curved buildings are difficult. They require advanced supporting structures and expensive facade solutions. Or do they? This tower could be the first step on the way to more shapes in the building industry of the future. Two engineering students have built a 10-metre-high tower made of fibreglass-reinforced concrete. And it can support itself. (Photo: AU Engineering archive)

Today it is extremely difficult and expensive to erect curved buildings – also known as amorphous constructions. It requires advanced design of facade elements and a complicated reinforcement structure in the supporting frame.

In connection with their MSc in Engineering project at Aarhus University, two students have nevertheless found a spectacular alternative method.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

Med små facadepaneler af glasfiberarmeret beton samt nogle specialdesignede samlinger af stål har de vist, at de kan opføre en dobbeltkrum bygning, der kan bære sig selv helt uden kostbar konstruktion.

”Kan det nu passe?” vil de fleste byggeeksperter sige. Men ikke desto mindre, står et færdigt tårn på 10 meter nu klar på Aarhus Universitet.

”Vi lavede de teoretiske beregninger i forbindelse med vores speciale og besluttede os for at efterprøve teorien. Nu er vi så færdige med at opføre vores tårn, og som man kan se, så bærer den krumme facade sig selv. Det er selvfølgelig bare et lille demonstrationsprojekt, men det illustrerer, at der findes et ukendt potentiale for at arbejde med nye former og arkitektur i almindeligt byggeri med overkommelige budgetter”, siger Karsten H. Sørensen, nyuddannet civilingeniør fra Aarhus Universitet.

Facader til mere end pynt
Nøglen til det hele ligger i formberegningerne til bygningen, der gør, at den kan være meget stærk og samtidig meget tynd.

”Vi har hentet inspiration fra naturen og studeret former med selvbærende egenskaber.  Undersøger man for eksempel et æg, så ser man, at det har en skal, der er utrolig tynd i forhold til dens styrke, og det skyldes formen. Ved at vælge en formgivning med styrkemæssige kvaliteter, får man helt nye arkitektoniske og designmæssige muligheder,” siger Claus L. Andersen, nyuddannet civilingeniør fra Aarhus Universitet.  

Tårnet på Aarhus Universitet er udført som en trykbue. De studerende har nemlig udviklet en algoritme, som kan beregne former med maksimale selvbærende egenskaber. Derefter har de brugt præfabrikerede facadeplader til at bygge tårnet.

Metoden står i skarp kontrast til den gængse fremgangsmåde, man bruger, når man vil opføre krumme facader på bygninger i dag. Her fræser man hvert element ud i en unik form og sætter dem sammen omkring en stålkonstruktion. Det er en omstændelig proces med et meget stort materialeforbrug.

”I dag er facadeelementer stort set kun pynt. Vores mål var at demonstrere, at det rent faktisk kan lade sig gøre at udforme facaden, så den er med til at bære,” siger Karsten H. Sørensen. 

De to studerende har bl.a. samarbejdet med det internationale ingeniørhus Waagner-Biro, arkitekt Ben Allen og flere danske fremstillingsvirksomheder om både idéudvikling, materialefremstilling og opførelse af tårnet.

På vej væk fra en ”firkantet” byggekultur
Karsten H. Sørensen og Claus L. Andersen håber, at deres demonstrationsprojekt kan være første skridt i retning af en ny byggekultur, der gør det både nemmere og billigere for arkitekter og bygherrer at håndtere komplekse geometrier og dermed realisere blødere og mere elegante former i bygninger.

"Vi håber, at den ingeniørvidenskabelige forskning på sigt kan give nye muligheder for  bygningsarkitekturen," siger Karsten H. Sørensen.

I første omgang skal der dog en hel del mere forskning til for at undersøge, hvordan de tynde facadekonstruktioner nøjagtigt vil reagere på forskellige kraft- og vindlastsforhold i større byggerier.

Kandidatprojektet fra Aarhus Universitet indgår som en del af et internationalt forskningssamarbejde med Delf University of Technology i Holland og University of Technology i Darmstadt i Tyskland.

Planen er nu, at tårnet skal udsættes for yderligere statiske og dynamiske tests i laboratoriet, der vil danne baggrund for videre forskning i dobbeltkrumme overflader til bygninger.

For more information, please contact

MSc in Engineering student Karsten H. Sørensen
karsten@hoegsgaard.dk

MSc in Engineering student Claus L. Andersen
andersen89@me.com

Professor Poul Henning Kirkegaard
Department of Engineering
Aarhus University

More information

The project is part of an international research collaboration between Aarhus University (AU), the Delft University of Technology (TU Delft) and the Darmstadt University of Technology (TU Darmstadt).

Read more about this field of research here.

In this project, the students also collaborated with Ramirent A/S, BB fiberbeton A/S, Waagner-Biro, Adapa ApS and Studio Ben Allen.

Public / media, AU Engineering