Personal experiences in Structural Architecture: from form finding to free form design

Introduction

The empirical method in structural form ﬁ nding

has achieved world-wide efﬁ ciency and recognition as

massive forms’ building tradition has continued to expand

in history. Through direct involvement of lithoid mate-

rials, working under unilateral state of stress, designers

driven by “static intuitions” have largely succeeded in

giving shape to complex constructions, stabilized by grav-

ity acting on the structural dead load mass (Fig. 1a, b).

Ever since the second industrial revolution, with the

help of materials able to carry tensile stresses, still the

form of the structures have nevertheless been conceived

and found observing the laws of statics, as a guarantee

of an aesthetic result achieved. For membrane and cable

structures, where the morphology must satisfy equi-

librium conditions under an initial state of stress, ﬁ nding

the form of the structure is a “must” and, hence, a form

ﬁ nding procedure is required to identify the initial geo-

metry.

Nowadays, architects and engineers alike are immerged

in a new challenge: the Free Form Design (FFD): a new

fashion with the prevalence of aesthetics over static ratio-

nality where the role played by the structures is merely

to support the architectural design. This is a trend whose

excellent illustration and one of the ﬁ rst examples is the

Guggenheim Museum in Bilbao – hence often referred to

as a “Bilbao effect” (Fig. 1c).

Many novel projects attempt to extend the “state of the

art” but, according to personal experiences, new structural

2014

4(40)

DOI: 10.5277/arc140408

Massimo Majowiecki*

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną:

od poszukiwania formy do projektowania „free form”

Personal experiences in Structural Architecture:

from form finding to free form design

Wprowadzenie

Metoda empiryczna w poszukiwaniu formy konstruk-

cyjnej została powszechnie uznana za skuteczną, w miarę

jak masywne formy budownictwa rozwijały się na prze-

strzeni dziejów. Stosując materiały kamienne, pracują-

ce w jednorodnym stanie naprężenia, projektanci mogli

– kierując się „intuicją statyczną” – kształtować skompli-

kowane konstrukcje, których stateczność zapewniał cię-

żar własny konstrukcji (il. 1a, b).

Od czasów drugiej rewolucji przemysłowej, kiedy

upow szechniło się już stosowanie materiałów umożliwia-

jących przenoszenie naprężeń rozciągających, wciąż po-

szukiwano form konstrukcyjnych i tworzono je, traktując

prawa statyki jako gwarancję uzyskania estetycznego

rezultatu. Dla konstrukcji membranowych i cięgnowych,

których morfologia musi spełniać warunki równowagi

w początkowym stanie naprężenia, poszukiwanie wstęp-

nej formy konstrukcji jest koniecznością i stą

d niezbędne

jest przeprowadzenie procedury identyﬁ kacji geometrii

początkowej

Współcześnie, zarówno architekci, jak i inżyniero-

wie pochłonięci są nowym wyzwaniem: projektowa-

niem nazywanym „Free Form Design” (FFD) – nową

modą podkreślającą przewagę efektu wizualnego nad

* Uniwersytecki Instytut Architektury w Wenecji, Włochy/Venice

University Institute of Architecture, Venice, Italy.

Procedura ta nazywana jest w języku angielskim „form-finding

process”.

80 Massimo Majowiecki

sta tyczną racjonalnością, w której jedyną rolą konstrukcji

jest wsparcie projektu architektonicznego. Jest to kieru-

nek, którego doskonałą ilustracją i jednym z pierwszych

przykładów jest Muzeum Guggenheima w Bilbao – stąd

często zjawisko to określane jest jako „efekt Bilbao”

(il. 1c).

Wiele nowatorskich projektów próbuje rozszerzyć do-

tychczasowy poziom osiągnięć, jednakże zgodnie z mo-

imi osobistymi doświadczeniami, nowe morfologie struk-

turalne zastosowane w rzeczywistych metodologiach

projektowania koncepcyjnego prowadzą do wątpliwości

w ocenie niezawodności obiektów [1].

Morfologia i analiza strukturalna

Konstrukcje lekkie miały wielki wpływ na moje bada-

nia akademickie i działalność projektową. Byłem pod

wra żeniem formy konstrukcji przestrzennych i prowadzą-

cych doń badań naukowych od czasu uczestnictwa (jako

stu dent) w kongresie IASS (International Association for

Shell and Spatial Structures – Międzynarodowego Stowa-

rzyszenia Konstrukcji Powłokowych i Przestrzennych)

odbywającym się w Madrycie w 1969 r. W rzeczy samej,

poszukiwanie formy i nieliniowa praca cięgien, membran

i konstrukcji pneumatycznych stanowiły tematy, na któ-

rych się skupiałem najpierw jako inżynier, a następnie

jako adiunkt na Uniwersytecie w Bolonii. Na początku lat

70. XX w. w ogólnym zarysie opracowane zostało inte-

morphologies adopted in actual conceptual design method-

ology generate uncertainties in reliability assessment [1].

Morphology and structural analysis

Lightweight structures strongly inﬂ uenced my personal

academic investigations and design activities. I was truly

impressed by spatial structures’ design and the research

that led to them since my participation (as a student) in

IASS (International Association for Shell and Spatial

Stru c tures) Congress, held in Madrid in 1969. As a matter

of fact, form ﬁ nding and nonlinear behaviour of cables,

mem branes and pneumatic structures were the subjects

I focused on, at ﬁ rst, as an engineer and then as an assis-

tant professor at the University of Bologna. An interactive

graphic software was developed on main frames in the ear-

ly 1970

, that was then extended to mini and personal com-

puters, as a natural consequence of those early studies [2].

Of course, the information technology revolution has

inﬂ uenced structural engineering as well. During the

1950

and the 1960

the design methodology of the struc-

tural engineer has been remarkably inﬂ uenced by two

major developments: the harmonization of the various

theories of structural mechanics and the introduction of

electronic processors accompanied by symbolic and ma-

trix languages and ﬁ nite element methods.

My generation bridged the era between approximated

methods of analysis and the advent of FEM (Finite Ele-

a c

Il. 1. a, b) architektura gotycka (klasztor Hieronimitów, Lizbona, 1517), c) „efekt Bilbao”

Fig. 1. a, b) Gothic architecture (Jerónimos Monastery, Lisbon, 1517), c) The “Bilbao effect”

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 81

ments Method) automatic analysis

but, from the point of

view of the conceptual design we get an inheritance from

Gustave Eiffel, Antoni Gaudì, Eduardo Torroja, Pier Lui-

gi Nervi, Robert Maillart and others (Fig. 2), all using

a common “structural language” as stated by Sergio Mus-

meci: Through its form, the struc ture immediately reveals

the ﬂ ow of internal forces that cross it, which is not en-

closed and hidden within the volume of an abstractly con-

ceived morphology, prone to aesthetic and static prejudice,

in which most part of matter and space is superﬂ uous [3].

Now we live in the era of “language metamorphosis”,

as it was called by Edoardo Benvenuto in his recent His-

tory of Building Science (La scienza delle costruzioni e il

suo sviluppo storico), in which symbolic language and

mathematical formalism have gone beyond the mechanics

of structures putting it at the service of automatic calculus.

Therefore the “mentality” on which scientiﬁ c empiricism

was based has changed radically.

J.T. Oden and K.J. Bathe see in this change the begin-

ning of a new era of “computational empiricism”. One of

their interesting articles reads as follows:

The engineers’ community of 40 years ago was aware

that the use of classical analytic methods offered limited

tools for the study of mechanical behaviour and, as a conse-

quence, the engineer had to enrich his analysis with a great

deal of judgment and intuition achieved after many years

of expertise. Empiricism played a crucial role in design:

despite some general theories that were available, the me-

thods to apply them were still under development and using

Illustration is a fragment of the cover of: Levi F., Chiorino M.A.,

Bertolini Cestari C. (eds.), Eduardo Torroja – From the philosophy of

structures to the art and science of building: International Seminar,

Politecnico di Torino, Franco Angeli, Turin 2003.

raktywne oprogramowanie graﬁ czne, początkowo na du-

że

komputery stacjonarne, a następnie na minikomputery

i komputery osobiste, jako naturalna konsekwencja wcze-

śniejszych badań [2].

Oczywiście rewolucja technologii informacyjnej mia-

ła również wpływ na inżynierię budowlaną. W latach

50. i 60. XX w. na metodologię projektowania inżyniera

budowlanego znaczny wpływ wywarły dwa główne tren-

dy: harmonizacja różnych teorii mechaniki konstrukcji

i wprowadzenie elektronicznych procesorów wraz z zapi-

sem symbolicznym i macierzowym oraz metodą elemen-

tów skończonych (MES).

Moje pokolenie przeszło od epoki przybliżonych

metod analizy do pojawienia się automatycznej analizy

MES, jednakże z punktu widzenia projektowania koncep-

cyjnego korzystamy z dziedzictwa takich indywidualności

jak Gustave Eiffel, Antoni Gaudí, Eduardo Torroja, Pier

Luigi Nervi, Robert Maillart i inni (il. 2), którzy używali

wspólnego „języka strukturalnego”, jak to określił Sergio

Musmeci: Poprzez swoją formę, konstrukcja natychmiast

ujawnia przepływ wewnętrznych sił przez nią przecho-

dzących, które nie są zamknięte i ukryte w przestrzeni

ab strak cyj nie poczętej morfologii, narażonej na estetycz-

ne i sta tycz ne uprzedzenia, w której większość materii

i prze strzeni jest zbędna [3].

Obecnie żyjemy w epoce „metamorfozy języka”, jak

zo stało to określone przez Edoarda Benvenuto w jego nie-

dawnym dziele Historia nauki budowlanej (La scienza

delle costruzioni e il suo sviluppo storico), w której język

Ilustracja jest fragmentem okładki pozycji: Levi F., Chiorino

M.A., Bertolini Cestari C. (eds.), Eduardo Torroja – From the philoso-

phy of structures to the art and science of building: International

Seminar, Politecnico di Torino, Franco Angeli, Turin 2003.

c e

Il. 2. Wspólny „język strukturalny”: a) S. Musmeci – spiralny drapacz chmur, b) E. Torroja – zbiornik wodny w Fedala

c) P.L. Nervi – Palazetto dello Sport (Rzym), d) R. Morandi – Most Catanzaro, e) R. Maillart – Schwandbachbrücke

Fig. 2. Common “structural language”: a) S. Musmeci – Helicoidal Skyscraper, b) E. Torroja – water tank in Fedala

c) P.L. Nervi – Palazetto dello Sport (Rome), d) R. Morandi – Catanzaro bridge, e) R. Maillart – Schwandbachbrücke

82 Massimo Majowiecki

sym boliczny i formalizm matematyczny wyszły poza me -

chanikę konstrukcji, umieszczając ją w służbie obliczeń

automatycznych. Dlatego też „mentalność”, na której ba -

zo wał empiryzm naukowy, uległa radykalnej zmianie.

J.T. Oden i K.J. Bathe widzą w tej zmianie początek

nowej ery „empiryzmu obliczeniowego”. W jednym z ich

ciekawych artykułów czytamy:

Społeczność inżynierów żyjących 40 lat temu zdawa-

ła sobie sprawę, że użycie metod analizy klasycznej ofero-

wało ograniczone narzędzia do badania mechanicznych

zachowań i w konsekwencji inżynier musiał wzbo gacać

swoją analizę za pomocą wielu opinii i intuicji, które uzy-

skiwał po wielu latach doświadczeń. Empiryzm odgrywał

kluczową rolę w projektowaniu: pomimo pewnych ogól-

nych teorii, które były dostępne, metody ich zastosowania

znajdowały się wciąż w fazie rozwoju, stąd korzys tanie

z przybliżonych schematów i uciekanie się do wskazań po-

zyskanych z licznych prób i potwierdzeń było nieuchronne.

Obecnie powszechnie uważa się, że rachunek auto-

matyczny położył kres temu pół-empirycznemu okresowi

inżynierii: w dzisiejszych czasach zaawansowane modele

matematyczne mogą być budowane dla najbardziej skom-

plikowanych zjawisk ﬁ zycznych, a jeżeli procesor jest wy-

starczająco skuteczny, w oparciu o odpowiedź badanego

systemu można otrzymać wiarygodne wyniki liczbowe.

Jednocześnie korzyści płynące z zastosowania elektro-

nicznych procesorów powodują niekontrolowaną gloryﬁ -

kację automatycznej analizy i dają fałszywe wrażenie, że

maszyny mogą prześcignąć człowieka, a logika musi ustą-

pić automatyzacji [4].

Korzyści oferowane przez informatykę i automatyza-

cję by

ły bardzo ważne dla projektowania konstrukcyj nego

w ogóle, a szczególnie istotne w przypadku specjalnych

systemów konstrukcyjnych. Możliwe stało się analizo-

wanie znacznie bardziej złożonych modeli teoretycznych,

unikając, z jednej strony, nadmiernych uproszczeń, któ-

re ogałacają model teoretyczny, takich jak schematycz-

na redukcja wszelkich istotnych aspektów rzeczywistości,

a z drugiej strony, zagubienia w wyczerpujących oblicze-

niach faktów naprawdę istotnych, a przez to zniechęcenia

projektantów do rozpatrywania różnych rozwiązań kon-

strukcyjnych.

W takich pozornie sprzyjających okolicznościach wy-

kryto i udokumentowano wiele awarii konstrukcji, w któ-

rych błędy dotyczące niewłaściwego rozpoznania pracy

konstrukcji były spowodowane zawodną interakcją czło-

wiek–maszyna oraz iluzją, że komputery, te potężne na-

rzędzia analizy, są w stanie zastąpić projekt koncepcyjny

i ekspercką syntetyczną ocenę wyników.

Udokumentowane błędy modelowania metodą elemen-

tów skończonych (MES) zostały zilustrowane w materia-

łach wydanych po I Międzynarodowej Konferencji na te-

mat Technologii Obliczeniowych Konstrukcji [5].

Wnioski z teoretycznej i eksperymentalnej

analizy konstrukcji przestrzennych

Podczas pracy nad projektami, w których projektowa-

nie i analizę systemów konstrukcyjnych byłem bezpo-

średnio zaangażowany, zgromadzono wiele doświadczeń,

approximate schemes and resorting to indications derived

from numerous tests and conﬁ rmations was inevitable.

Today the common belief is that automatic calculus has

put an end to this semi-empirical age of engineering: by

now sophisticated mathematical models can be built on

some of the most complicated physical phenomena and

if the processor is sufﬁ ciently powerful, reliable numeri-

cal results can be obtained based on the response of the

examined system.

The advantages brought by electronic processors may,

on the other hand, create an uncontrollable exaltation of

the automatic calculus and give the false impression that

man can be outshined by machines and the logic by the

automation [4].

The advantage offered by informatics and automation

has been very important in the ﬁ eld of structural design in

general and particularly signiﬁ cant in the case of special

structural systems. It was possible to examine more rig-

orous theoretical models avoiding, on the one hand, ex-

cessive simpliﬁ cations that deprive the theoretical model,

like a schematic reduction of the reality, of all signiﬁ cance

and, on the other hand, that exhausting calculations lead

to the loss of facts with a true inﬂ uence, thus discouraging

designers from trying out different structural solutions.

Under such apparently favourable circumstances,

many documented structural failures have been detected

in which mistakes regarding the inadequate evaluation

of structural behaviour were caused by unreliable man/

machine interaction and the illusion that computers, those

powerful instruments of analysis, could replace concep-

tual design and the expert synthetic criticism of results.

Documented FEM modelling errors are illustrated in

the proceedings of the First International Conference on

Computational Structures Technology [5].

Conclusions from theoretical and experimental

analysis of spatial structures

While working on the projects in which the author was di-

rectly involved in design and analysis of structural systems,

accumulated were some experiences that today may be part

of the knowledge base. Considering the statistical results of

the – in service – observed behaviour, the unusual typolo-

gies, the new materials and, specially, the “scale effect” of

long span structures, several special design aspects arise.

Un certainties, in reliability assessment, principally due to

load ing experimental identiﬁ cation and analytical model-

ling simulation of structural response, have been identiﬁ ed:

A. The nonlinear geometric and material behaviour un-

der internal volume restraint ﬂ uid interaction and follower

loading. The wind induced response of the cable-membrane

original supported stadium roof was analysed by a nonlin-

ear model and a ﬁ eld of multi correlated artiﬁ cial generated

wind loading time histories. Wind tunnel tests have been

carried out at the BLWT Lab. of UWO on a model of 1:200.

B. The snow distribution and accumulations on large

covering areas in function of statistically correlated wind

direction and intensity. During the design of a new cable

stayed roof for the Montreal Olympic Stadium, a special

analysis was made considering three roof geometries

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 83

vary ing the sag of the roof from 10 m, 11.5 m and 13 m,

in order to ﬁ nd a minimization of snow accumulation by

wind interaction. The experimental investigation was car-

ried out by RWDI [6] to provide design snow according

to FAE (Finite Area Element) method, representing up to

day a state of the art on the matter.

C. The parametric sensibility of the structural system

depending on the type and degree of static indetermina-

cy and hybrid collaboration between hardening and softe-

ning behaviour of substructures. The unusual suspended

roof of the Montreal Stadium has been analysed being sen-

sitive to the tolerances in length of the cable stayed system.

D. The wind pressure distribution on large areas con-

sidering theoretical and experimental correlated power

spectral densities or time histories [7]. Results and speci-

ﬁ cations obtained:

1) pressure coefﬁ cients (maxima, minima and aver-

age) for every 10° of incoming direction,

2) peak pressures and global forces are given as a “ﬁ nal”

design value,

3) time histories of the local pressures for every 10°

of incoming ﬂ ow direction; the maximum, minimum and

average values of the wind pressure have then been evalu-

ated, as well as the root mean square of its ﬂ uctuating part,

4) aerodynamic pressure measurements,

5) measurement of global forces by dynamometric

balance,

6) evaluation of pressures and ﬂ ow within the double

skin facade.

And some problems detected during global forces mea-

surements:

1) the ﬂ uctuating part was completely different,

2) the balance results seem to be “fuzzy”,

as it appeared from the correlation loci between the force

(in the global structure reference system) and the cor-

responding base moment M

The aerodynamic behaviour shows a clear shedding

phenomenon. The external border of the structure, consti-

tuted of the trussed compression ring with triangular sec-

tion and tubular elements and by the rooﬁ ng of the upper

part of the stands, disturbs the incoming horizontal ﬂ ow in

such a way so that vortex shedding is built up. This causes

the rooﬁ ng structure to be subjected to a set of vortices

with a characteristic frequency. This is conﬁ rmed by the

resulting Power Spectra Density Function of the ﬂ uctuat-

ing pressures, which shows a peak at about 0.15 Hz even

if the values rapidly decrease with increasing distance.

E. Rigid and aeroelastic response of large structures under

the action of cross-correlated random wind action consider-

ing static, quasi-static and resonant contributions. This allows

deﬁ ning and changing a-priori the (mean) angle of attack; it

also allows a large reproducibility of the tests. On the other

hand, the inverse method consists in measuring the forces on

the deck during a free motion. This procedure allows investi-

gating the vortex shedding mechanism and ﬂ utter derivatives.

F. Reliability and safety factors of new hi-tech com-

posite materials.

G. The necessity to avoid and short-circuit progressive

collapse of the structural system due to local secondary

structural element and detail accidental failure. A ﬂ uid-

obecnie mogących stanowić część podstawowej wiedzy

projektanta. Na podstawie wyników statystycznych ob-

serwacji – w trakcie eksploatacji – pracy niezwykłych

typologii, nowych materiałów, a zwłaszcza „efektu skali”

konstrukcji o dużej rozpiętości, ustalono kilka szczegól-

nych aspektów projektowania. Zidentyﬁ kowano nastę-

pujące niejasności przy ocenie niezawodności, głównie

z powodu eksperymentalnej identyﬁ kacji działających

obciążeń i analitycznego modelowania odpowiedzi kon-

strukcji:

A. Nieliniowe geometrycznie i materiałowo zachowa-

nie przy oddziaływaniu cieczy o ograniczonej objętości

przy obciążeniu śledzącym. Analizowano odpowiedź da-

chu stadionu o konstrukcji membranowo-cięgnowej na

działanie wiatru za pomocą modelu nieliniowego i pola

wielokrotnie skorelowanych sztucznie wytworzonych hi-

storii obciążenia wiatrem w czasie. Testy w tunelu aero-

dynamicznym zostały przeprowadzone w BLWT Lab.

w UWO na modelu w skali 1:200.

B. Rozkład i nagromadzenie śniegu na dużych obsza -

rach pokrycia w funkcji statystycznie skorelowanego

kie runku i intensywności wiatru. Podczas projektowania

nowego podwieszonego do cię

gien dachu Stadionu Olim -

pijskiego w Montrealu przeprowadzono specjalną ana lizę,

rozpatrując trzy różne warianty geometrii ugięcia da chu

w zakresie 10 m, 11,5 m i 13 m, w celu ustalenia mini-

malnego nagromadzenia śniegu przy interakcji wiatru.

Badanie eksperymentalne przeprowadzono w RWDI [6],

aby określić obciążenie śniegiem zgodnie z metodą FAE

(elementów o skończonej powierzchni) z wykorzystaniem

najnowszych osiągnięć techniki w tym zakresie.

C. Wrażliwość parametryczna systemu konstruk cyj-

nego w zależności od typu i stopnia niewyznaczalności

sta tycznej i hybrydowej współpracy pomiędzy poszcze-

gól nymi podkonstrukcjami – sztywnymi i podatnymi.

Przeanalizowano niezwykły wiszący dach stadionu

w Mon trealu, biorąc pod uwagę wrażliwość na tolerancję

długości systemu podwieszonego do cięgien.

D. Rozkład ciśnienia wiatru na dużych obszarach w od -

niesieniu do teoretycznych i eksperymentalnych sko re-

lowanych widm gęstości mocy lub historii czasowych [7].

Uzyskano następujące wyniki i dane techniczne:

1) współczynniki ciśnienia (maksymalne, minimalne

i średnie) dla każdych 10° kierunku wiatru,

2) ciśnienia szczytowe i siły całkowite są podane jako

„ostateczna” wartość obliczeniowa,

3) historie czasowe ciśnień lokalnych dla każdych 10°

kierunku przepływu wiatru; wyznaczono maksymalne,

minimalne i średnie wartości ciśnienia wiatru, jak również

średnią kwadratową jego części zmiennej,

4) aerodynamiczne pomiary ciśnienia,

5) pomiary sił całkowitych za pomocą miernika dyna-

mometrycznego,

6) wyznaczenie ciśnienia i przepływu w obrębie po-

dwójnej fasady.

Wykryto także pewne problemy podczas pomiarów sił

całkowitych:

1) część zmienna była całkowicie różna,

2) wyniki bilansu pomiarów miernikiem dynamome-

trycznym zdają się „rozmyte”,

84 Massimo Majowiecki

jak wynika z korelacji loci pomiędzy siłą F

(w globalnym

strukturalnym systemie odniesienia) a odpowiadającym

momentem bazowym M

Zachowanie aerodynamiczne wykazuje wyraźne zjawi-

sko odrywania się wirów. Zewnętrzna granica konstrukcji,

którą stanowi wsparty kratownicowy pierścień ściskany

o przekroju trójkątnym i elementach rurowych, poprzez

zadaszenie górnej części trybun zakłóca przychodzący

przepływ poziomy w taki sposób, że tworzą się ścieżki

wirów. Powoduje to, że konstrukcja dachu jest poddana

działaniu serii wirów z charakterystyczną częstotliwością.

Potwierdza to wynikowa widmowa funkcja gęstości mocy

zmieniającego się ciśnienia, wykazująca wartość szczyto-

wą przy około 0,15 Hz, nawet jeśli wartości gwałtownie

spadają w miarę wzrostu odległości.

E. Sztywna i aeroelastyczna odpowiedź dużych kon-

strukcji pod losowym obciążeniem wzajemnie skorelo-

wanymi oddziaływaniami wiatru, biorąc pod uwagę skła-

dowe statyczne, quasi-statyczne i rezonansowe. Pozwala

to na zdeﬁ niowanie i zmianę przyjętego a priori (śred-

niego) kąta natarcia; umożliwia to także wysoką powta-

rzalność prób. Jednocześnie metoda odwrotna polega na

pomiarze sił na pomoście podczas ruchu wolnego. Pro-

cedura ta umożliwia badanie mechanizmu powstawania

ścieżki wirów i pochodnych trzepotania (ﬂ atteru).

F. Niezawodność i czynniki bezpieczeństwa najnowo-

cześniejszych materiałów kompozytowych.

G. Konieczność unikania progresywnej awarii syste-

mu konstrukcyjnego z powodu wad lokalnych drugo rzęd -

nych elementów konstrukcyjnych i przypadkowych awa-

rii. Nieliniowa analiza oddziaływania cieczy w dzie dzinie

czasu, wykonana przy sprawdzaniu projektu stadionu

w La Placie [5] w warunkach symulowanej awarii pro-

gresywnej wykazuje większą zgodność mię dzy mode lem

teoretycznym a wartościami ekspery men tal nymi.

H. Kompatybilność wewnętrznych i zewnętrznych

ograniczeń i szczegółów projektowych wraz z hipotezą

modelującą i reakcją rzeczywistego systemu konstrukcyj-

nego. Szczególną uwagę poświęcono analizie głównego

węzła podwieszenia nowego stadionu Juventusu w Tury-

nie (il. 3a, b). Zastosowano dedykowany model matema-

tyczny 3D FEM do analizy rozkładu naprężeń i ich miej-

scowych koncentracji (il. 3c).

I. W przypadku konstrukcji ruchomych wiedza podsta-

wowa obejmuje głównie ruchome dźwigi, a odpowiedni

proces projektowania koncepcyjnego musi brać pod uwa-

gę istniejące obserwacje, testy i specyﬁ kacje opisujące za-

chowanie podobnych systemów konstrukcyjnych. W celu

wypełnienia tej luki, Grupa Robocza IASS Nr 16 przygo-

towała najnowszy raport o rozkładanych konstrukcjach

da chowych [8], zawierający zalecenia dla projektowania

kon strukcyjnego oparte na obserwacjach usterek i awarii.

Niektóre doświadczenia

w koncepcyjnym projektowaniu konstrukcji

oraz realizacjach

Synergia panująca pomiędzy badaniami naukowymi

a projektowaniem została syntetycznie wyrażona przez

Davida I. Blockleya następująco: „Aby zrobić, musisz

interaction nonlinear analysis in time domain, made for

the checking of La Plata stadium design [5] under simu-

lated progressive collapse, shows a better agreement be-

tween theoretical model and experimental values.

H. The compatibility of internal and external restrains

and detail design, with the modelling hypothesis and real

struc tural system response. Special attention was de di cated

to the analysis of main suspending joint of the new Juven-

tus Stadium in Turin (Fig. 3a, b). A dedica ted 3D FEM

mathematical model was implemented to ana lyse the

stress distribution and peak concentrations (Fig. 3c).

I. In the case of movable structures, the knowledge

base concerns mainly the moving cranes and the related

conceptual design process has to consider existing obser-

vations, tests and speciﬁ cations regarding the beha viour

of similar structural systems. In order to ﬁ ll the gap, the

IASS Working Group No. 16 prepared a state of the art

report on retractable roof structures [8] including recom-

mendations for structural design based on observations of

malfunction and failure.

Some experiences

in conceptual design of structures and realizations

The synergy between research and design was syntheti-

cally expressed by David I. Blockley as: “To do you must

know, and to know you must do”. From this synergy re-

sulted several designs of structural architecture in the ﬁ eld

of spatial structures. They can be grouped according to the

typologies of the IASS tradition:

1. Space structures:

a) single layer grids,

b) double and multi-layer grids (Fig. 4),

c) single and double curvature space frames.

2. Cable structures (Fig. 5):

a) cable stayed roofs,

b) suspended roofs,

c) cable trusses,

d) single and multilayer nets.

3. Membrane structures (Fig. 6).

4. Hybrid structures:

a) tensegrity systems,

b) beam-cable systems (Fig. 7).

5. Convertible roofs:

a) overlapping sliding system (Fig. 8),

b) pivoted system,

c) folding system.

Actual trends in structural architecture:

the free form design

As written in the Divina Comedia:

Halfway through the journey we are living

I found myself deep in a darkened forest,

For I had lost all trace of the straight path

At this time, more than half way through my journey,

I ﬁ nd myself in the “Wave Fashion” Comedy, with no ac-

Dante Alighieri, The Divine Comedy, Inferno, Canto I.

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 85

Il. 3. Nowy stadion Juventusu w Turynie:

a) dach, b) model bryłowy głównego węzła podwieszenia, c) graficzne przedstawienie rozkładu naprężeń

Fig. 3. New Juventus Stadium in Turin:

a) roof, b) solid view drawing of main suspension joint, c) graphic representation of stresses

Il. 4. Przestrzenna muszla Pala D’Andrè w Rawennie

Fig. 4. Space shell of Pala D’Andrè in Ravenna

wie dzieć, aby wiedzieć, musisz zrobić”. W wyniku tej sy-

nergii powstało kilkanaście projektów architektury struk-

turalnej w dziedzinie konstrukcji przestrzennych. Można

je pogrupować zgodnie z typologiami według tradycji

IASS:

1. Konstrukcje przestrzenne:

a) ruszty jednowarstwowe,

b) ruszty dwu- i wielowarstwowe (il. 4),

c) ramy przestrzenne o pojedynczej i podwójnej

krzy wiźnie.

2. Konstrukcje cięgnowe (il. 5):

a) dachy podwieszone do cięgien,

b) dachy wiszące,

c) kratownice cięgnowe,

d) siatki jedno- i wielowarstwowe.

3. Konstrukcje membranowe (il. 6).

4. Konstrukcje hybrydowe:

a) systemy tensegrity,

b) systemy belkowo-cięgnowe (il. 7).

5. Dachy rozkładane:

a) system przesuwny nakładkowy (il. 8),

b) system obracany,

c) system składany harmonijkowo.

86 Massimo Majowiecki

Aktualne trendy w architekturze strukturalnej:

projektowanie „free form”

Jak napisano w Boskiej komedii:

W życia wędrówce, na połowie czasu,

Straciwszy z oczu szlak niemylnej drogi,

W głębi ciemnego znalazłem się lasu

W obecnym czasie, dalej niż na połowie czasu w mojej

życia wędrówce, odnajduję się w Komedii „Fala Mody”

bez godnych zaufania przewodników. Prawdziwie wąt-

pię, aby FFD mogło pokazać nam drogę, jak wznieść się

do Nieba. Pomocnicze w zamyśle zasoby IT (technolo-

gii informacyjnej) wydają się pokonywać ludzki rozum,

w miarę jak „nowoczesne tendencje” zbaczają z prostej

drogi [9] z:

Dante Alighieri, Boska komedia, Piekło, Pieśń pierwsza, w. 1−3,

przeł. E. Porębowicz, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław

1986, s. 3.

countable guides. I truly doubt that FFD, in architecture,

shows the way to ascend into Heaven. Auxiliary IT (Infor-

matics Technology) resources seem to overcome human

reason, as “modern tendencies” diverge from the straight

path [9] with:

1) the prevalence of aesthetics over static rationality,

2) stringent search for structural efﬁ ciency to solve

a more complex issue than reality, in order to achieve an

original solution,

3) the categorical rhetoric of structural actions that

translate into design languages,

4) the structure as a sculpture,

5) mechanistic impressionism,

6) the metaphorical transposition, into architecture, of

Nature and other foreign elements,

7) the rhythmic and monotonous repetition of an ar-

chitectural motif,

8) the emphatic representation of a typical element’s

detail, to identify the overall scale.

Il. 6. Konstrukcje membranowe: a) Stadion Alpejski, Turyn, b) Targi w Mediolanie

Fig. 6. Membrane structures: a) Stadium of the Alpes, Turin, b) Milano Fair

Il. 5. Kładka dla pieszych nad autostradą A-13, Włochy

Fig. 5. Footbridge over A-13 highway, Italy

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 87

1) przewagą efektu wizualnego nad statyczną racjo-

nalnością,

2) rygorystycznym poszukiwaniem konstrukcyjnej

efektywności, aby rozwiązać problem bardziej złożony

niż w rzeczywistości, w celu uzyskania oryginalnego roz-

wiązania,

3) kategoryczną retoryką działań strukturalnych, które

przekładają się na języki projektowania,

4) strukturą jako rzeźbą,

5) mechanistycznym impresjonizmem,

6) metaforyczną transpozycją Natury i innych elemen-

tów obcych w architekturę,

7) rytmicznym i monotonnym powtarzaniem motywu

architektonicznego,

8) emfatyczną reprezentacją szczegółu typowego ele-

mentu w celu identyﬁ kacji skali ogólnej.

Możemy uznać, że powstaje fenomenologiczna nie-

pewność, zawsze kiedy forma konstrukcji lub technika

projektowania generuje niepewność co do jakiegokolwiek

aspektu możliwego zachowania konstrukcji będącej w bu-

dowie, eksploatacji i warunkach ekstremalnych.

Niepewności te zostają wprowadzone do projektów,

które usiłują rozszerzyć „stan techniki”, włączając nowe

koncepcje i technologie. W rzeczywistych realizacjach fe-

nomenologiczne niepewności projektu odgrywają bardzo

ważną rolę; dzisiaj widzimy wolną formalną ekspresyj-

ność, która tworzy takie obiekty architektury, jak krzy-

we wieże, rzeźbione mosty, przekrycia „free form” itp.,

Phenomenological uncertainty may be considered to

arise whenever the form of construction or the design

technique generates uncertainty about any aspect of the

possible behaviour of the structure under construction,

service and extreme conditions.

Those uncertainties are introduced in designs which

attempt to extend the “state of the art”, including new

concepts and technologies. In actual realizations, phe-

nomenological design uncertainties play a very important

role; today we see free formal expressiveness originating

such architectural objects as leaning towers, sculptured

bridges, free form enclosures and the like, whose shape

sometimes has no connection whatsoever with structural

principles.

According to the technical and scientiﬁ c philosophy

taken from Eiffel, Torroja, Nervi and others, who de-

signed by looking ﬁ rst and foremost at the construction,

quite sure that observing the laws of static engineering

would be seen, per se, as a guarantee of aesthetic results

achieved, they are no more than structural forgeries.

On the contrary, many of these new architectural ob-

jects amaze us and they are appreciated in the name of the

very deﬁ nition of the word architecture, as an intellectual

and technical exercise directed at adapting our physical

environment to the needs of social life. It cannot be denied

that some works achieve the level of architectural and

sculptural art and the role played by structures is merely

to support architectural design.

Il. 7. Konstrukcje hybrydowe na terenach targowych w Bolonii: a) pawilon 16-18, b) pawilon 19-20

Fig. 7. Hybrid structures (cable string beams) at Bologna fair: a) Pavillion 16-18, b) Pavillion 19-20

Il. 8. Stadion Marco Polo, Wenecja

Fig. 8. Marco Polo Stadium, Venice

88 Massimo Majowiecki

Under those circumstances Torroja anticipated, with

an ethic judgement, how to behave under the FFD which

con sti tutes a new challenge for Architects and Engineers

alike:

If being creative simply stands for emerging driven

by no sensible arguments, if creativity fails to happen as

a direct result of reliable and accurate principles applied

to new issues, then original ideas, torn between misrep-

resentation and inconsistent mannerism, move from ge-

nius to vanity, converting art into expediency. Innovation

alone shall never take an instrumental role in promoting

the artist; the skills of the artist should deserve respect

and praise ﬁ rst and, eventually, focus the public interest

on their innovatory potential [10, cap. XVII].

At this point we have to say that from a statistical

viewpoint, human errors in the ﬁ elds of design and con-

struction tend to increase remarkably when innovation

is dis conti nuous and sudden and when it does not take

place gra dually with the aid of scientiﬁ c knowledge [11],

[12]. The free structural morphology that stems from the

current FFD trends represent, at the same time, a challenge

and makes us apprehensive in building science and tech-

nique, which are traditionally anchored to conventional

-typologies and geometries (frames, arches, shells, etc.).

This entails a radical change in the civil structural engi-

neer’s mental form and methodology, especially with re-

gard to the interpretative control of the structural response

in terms of state of stress and deformation under the action

of permanent and live loads, obtained through sophisti-

cated analysis carried out according to the ﬁ nite elements

method.

Therefore, the FFD needs from structural engineering

some new contributions. They are usually worked out in-

dividually for use in speciﬁ c projects. For instance:

– The use of conventional steel proﬁ les, conceived to

be connected mainly at 90°, is not appropriate when the

structural geometry is also involved into the FFD. A ﬁ rst

International Colloquium of FFD, addressed to a new

technologic contribute to facilitate the production and

con struction process, was held at TU Delft in 2006.

– An interesting contribute to generate structural com-

posite steel plated elements able to follow a free form is

Wetkamp Delta rib-system.

– ULS veriﬁ cation of free form member steel sections.

When using the plated box sections as in the under con-

struction High Speed Train Station in Florence (originally

struction by STM – Studio Tecnico Majowiecki), a special

method of ULS veriﬁ cation of the steel members and sec-

tions named “reduced stress method” is illustrated in [13].

The method:

1) allows to take into account direct stresses

, shear

stresses

, stresses

acting parallel to cross-section plane,

2) allows to deﬁ ne the acceptability of cross-section

stresses distribution from the combined point of view of

resistance and instability by means of the acceptability of

stresses distribution of single cross-section plates,

3) allows to adopt as reference the stresses distribution

derived from gross cross-section without iterative proce-

dure and without additional eccentricity eN,

których kształt niejednokrotnie nie ma jakiegokolwiek

związku z zasadami konstrukcyjnymi.

Według ﬁ lozoﬁ i technicznej i naukowej przejętej po

Eiffelu, Torroi, Nervim i innych – którzy projektowali, pa-

trząc przede wszystkim na konstrukcję, w przekonaniu, że

przestrzeganie zasad statyki budowli samo przez się bę-

dzie gwarancją osiągnięcia efektów estetycznych – nie są

one niczym innym jak strukturalnymi fałszerstwami.

Wręcz przeciwnie, wiele z tych nowych obiektów archi-

tektonicznych zadziwia nas i są one doceniane w imię sa-

mej deﬁ nicji słowa architektura jako intelektualne i tech-

niczne ćwiczenie mające na celu zaadaptowanie naszego

środowiska ﬁ zycznego dla potrzeb życia społecznego. Nie

można negować faktu, że niektóre dzieła osiągają poziom

sztuki architektonicznej i rzeźbiarskiej, a rola kon strukcji

ogranicza się jedynie do wspierania projek tu ar chi tek-

tonicznego. W tych okolicznościach Torroja prze wi dział,

wyrokując etycznie, sposób zachowania w przypadku pro -

jektowania FFD, które stanowi nowe wyzwanie zarów no

dla Architektów, jak też i Inżynierów:

Jeśli bycie kreatywnym oznacza po prostu, że ktoś nie

daje się prowadzić sensownym argumentom, jeżeli kre-

atywność nie następuje jako bezpośredni rezultat zasto-

sowania wiarygodnych i precyzyjnych zasad do nowych

zadań, w takim razie, oryginalne idee rozdarte pomiędzy

mylną interpretacją a niespójnym manieryzmem prze-

chodzą od geniuszu do próżności, przekształcając sztukę

w oportunizm. Sama innowacja nigdy nie przejmie instru-

mentalnej roli w promowaniu artysty; przede wszystkim

umiejętności artysty powinny zasługiwać na szacunek

i po chwałę i w końcu skupiać zainteresowanie publiczne

na swoim innowacyjnym potencjale [10, cap. XVII].

W tym momencie musimy powiedzieć, że ze staty-

stycznego punktu widzenia ludzkie błędy w dziedzinie

projektowania i budownictwa mają tendencje do znacz-

nego wzrostu, gdy innowacja nie jest ciągła i jest niespo-

dziewana, i kiedy nie wydarza się stopniowo z pomocą

naukowej wiedzy [11], [12]. Swobodna strukturalna mor-

fologia, która wywodzi się z aktualnych trendów FFD,

sta nowi jednocześnie wyzwanie i obawę w nauce i techni-

ce budowlanej, które zazwyczaj są zakotwiczone w kon-

wen cjonalnych typologiach i geometriach (ramy, ł

uki, po -

włoki itp.). To pociąga za sobą radykalną zmianę w formie

psychicznej i metodologii pracy inżyniera konstruktora,

zwłaszcza w odniesieniu do interpretacyjnej kontroli od-

powiedzi konstrukcji w rozumieniu stanu naprężenia i od-

kształcenia pod działaniem stałych i zmiennych obciążeń,

którą uzyskuje się na drodze zaawansowanej analizy prze-

prowadzonej za pomocą metody elementów skończonych.

Dlatego też FFD wymaga od inżynierów budowlanych

nowego zaangażowania. Jest ono wypracowywane indy-

widualnie i wykorzystywane przy konkretnych projek-

tach. Na przykład:

– Wykorzystanie konwencjonalnych proﬁ li stalowych

przewidzianych do łączenia przede wszystkim pod kątem

90° nie jest celowe, gdy geometria konstrukcji również

jest typu „free form”. Pierwsze Międzynarodowe Kolo-

kwium FFD poświęcone roli nowych technologii w ułat-

wianiu procesu produkcyjnego i konstrukcyjnego odbyło

się w TU Delft w 2006 r.

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 89

– Interesującym rozwiązaniem w wytwarzaniu kon-

strukcyjnych kompozytowych elementów stalowych, któ-

re mogą być kształtowane jako „free form”, jest system

Wetkamp Delta.

– Weryﬁ kacja ULS (stanu granicznego nośności) prę-

tów stalowych o złożonych przekrojach typu „free form”.

Wykorzystując proﬁ lowane przekroje skrzynkowe, takie

jak w budowanej stacji szybkiej kolei we Florencji (orygi-

nalnie zaprojektowanej przez Foster and Arup, gdzie pro-

jekt wykonawczy został przygotowany przez STM – Studio

Tecnico Majowiecki), specjalna metoda weryﬁ kacji ULS

prętów i przekrojów stalowych zwana „metodą zredukowa-

nego naprężenia” została zilustrowana w [13]. Metoda ta:

1) pozwala na wzięcie pod uwagę naprężeń podłuż-

nych

, naprężeń stycznych

, naprężeń

działających

równolegle do płaszczyzny przekroju poprzecznego,

pozwala na określenie dopuszczalności rozkładu na-

prężeń w przekroju poprzecznym z punktu widzenia wytrzy-

małości i niestabilności za pomocą dopuszczalności rozkładu

naprężeń poszczególnych ścianek przekroju poprzecznego,

3) pozwala na zastosowanie jako wartości referen-

cyjnej rozkładu naprężeń otrzymanego dla przekroju po-

przecznego brutto bez procedury iteracyjnej i bez dodat-

kowego mimośrodu eN,

4) jest uogólnieniem poprzedniej metody efektyw-

nych przekrojów poprzecznych,

5) jest konstrukcyjną metodą optymalizacyjną w celu

zwiększenia niezawodności w FFD. Metoda optymaliza-

cji oparta na algorytmie genetycznym została przedsta-

wiona w [14] (il. 9),

6) obejmuje zaawansowane metody analizy niekon-

wencjonalnych wrażliwych systemów konstrukcyjnych

z niepewnościami obejmującymi tolerancje budowlane.

4) is the generalization of the previous effective cross-

sections method,

5) structural optimization methods to increase reli-

ability in FFD. An optimization method based on genetic

algorithm is presented in [14] (Fig. 9),

6) advanced methods of analysis for unconventional

sensitive structural systems with uncertainties including

construction tolerances.

In the case of a new suspended cable roof of Braga Sta-

dium in Portugal, reliability analysis under random wind

loads was performed (Fig. 10), [15]. The following results

are obtained: a) the sensibility of the failure probability of

the roof to the spatial random distribution of wind loads,

b) the wind direction that drives the structure to fail with

most probability (considering all wind direction with

a uniform distribution), c) the points of the roof that will

fail with most probability, and d) the spatial distribution

of wind loads that drive the structure to fail with most

probability.

The time dependent effect of coactive indirect actions

as pre-stressing, short and long term creeping and tem-

perature effects; furthermore, when rheological uncer-

tainties (as creep differential column shortening in high

rise buildings or construction time history incremental

state of deformation and stress, etc.) involve modelling

uncertainties, it would be necessary to have adequate and

systematic feedback on the response of the design by mo-

nitoring the subsequent performance of such structures so

that the long term sufﬁ ciency of the design can be eva-

luated.

Some actual, FFD objects elaborated under the

structural consultancy of the author, are shown in Figu-

re 11.

Il. 9. Metoda optymalizacji oparta na algorytmie genetycznym: a) algorytm optymalizacji, b) optymalizacja typologii – rozwiązanie wstępne,

c) optymalizacja typologii – wynik końcowy, d) optymalizacja łączona – wynik końcowy

Fig. 9. Optimization method based on genetic algorithm: a) optimization algorithm, b) topology optimization – initial solution,

c) topology optimization – final result, d) combined optimization – final result

90 Massimo Majowiecki

W przypadku nowego dachu wiszącego na nowym

stadionie w Bradze w Portugalii przeprowadzono ana lizę

niezawodności w warunkach losowych obciążeń wiat rem

[15] (il. 10). Uzyskano następujące wyniki: a) wrażliwość

prawdopodobieństwa awarii dachu na przestrzenny lo-

sowy rozkład obciążeń wiatrem, b) kierunek wiatru po-

wodujący awarię konstrukcji z największym prawdopo-

dobieństwem (biorąc pod uwagę równomierny rozkład

wszystkich kierunków wiatru), c) te punkty dachu, które

są najbardziej narażone na awarię, oraz d) przestrzenny

rozkład obciążeń wiatrem powodujących awarię kon-

strukcji z największym prawdopodobieństwem.

Zależny od czasu efekt jednoczesnego działania czyn-

ników pośrednich, takich jak wstępne sprężenie, pełza nie

i działanie temperatury; ponadto, gdy niepewnoś ci re olo -

giczne (jak zróżnicowane skrócenie pod wpływem peł za nia

słupów w wieżowcach lub przyrost w historii okresu budo-

wy stanu deformacji i naprężeń itp.) obejmu ją nie pewności

modelowania, w takim przypadku ist nieje ko nieczność

zdobycia odpowiedniej informacji zwrot nej na temat od-

powiedzi projektowanej konstrukcji poprzez monitorowa-

nie jej kolejnych zachowań w celu do ko nania ewaluacji

długoterminowej rozwiązań projek towych.

Niektóre rzeczywiste obiekty FFD opracowane przy

konstrukcyjnej konsultacji z autorem zostały przedsta-

wione na ilustracji 11.

Concluding remarks

Free Form Design is a challenge for architects and en-

gineers alike but, after the ﬁ rst’s impressive realizations,

the ethic and aesthetic repercussions of FFD’s appeal on

the social context must be carefully considered, to avoid

the inclination to view innovation, of any kind, as posi-

tive merely because it is innovative, irrespective of its real

merits or its contribution to knowledge.

From the structural point of view, in order to guarantee

the required reliability level, special expertise is needed in

the design and construction of free structural morphologies

involved in FFD. Considering that modern design & con-

struction activities are part of a complex, holistic, trans-

multi and inter-disciplinary process that must achieve

a required reliability level a Value Analysis is also highly

recommended, even in the preliminary design phase, in

order to ﬁ nd the most suitable and compatible solution

in accordance with the expected function worth, focus-

ing from the “know-how” to the “know-why”, in desig -

ning and constructing the “what” or – better – the “what for”.

Il. 10. Inżynieria dachu wiszącego na cięgnach na stadionie w Bradze w Portugalii:

a) widok ogólny, b) analiza w tunelu aerodynamicznym, c) rozkład współczynnika bezpieczeństwa β wykazujący wrażliwość SLU

(stanu granicznego użytkowalności) na obszarze czarnym (β = 3,798) [16]

Fig. 10. Engineering of suspended cable roof of Braga Stadium, Portugal:

a) general view, b) wind tunnel analysis, c) β-Safety Index distribution, evidencing SLU sensibility on the black region (β = 3.798) [16]

Osobiste doświadczenia z architekturą strukturalną /Personal experiences in Structural Architecture 91

Uwagi końcowe

Projekty free form stanowią wyzwanie zarówno dla ar-

chitektów, jak i inżynierów, jednakże po pierwszych im-

ponujących realizacjach etyczne i estetyczne reperkusje

oddziaływania FFD na kontekst społeczny muszą zostać

starannie przeanalizowane w celu uniknięcia tendencji do

osądzania innowacji, jakiegokolwiek rodzaju, jako zjawi-

ska pozytywnego tylko dlatego, że jest ono innowacyjne,

niezależnie od rzeczywistych zalet tej innowacji bądź jej

wkładu do stanu wiedzy.

Z konstrukcyjnego punktu widzenia konieczne są spe-

cjalne kompetencje w projekcie i budowie konstrukcji

o morfologii FFD, aby zagwarantować odpowiedni po-

ziom niezawodności. Biorąc pod uwagę, że nowoczes-

Il. 11. Kilka przykładów projektów FFD:

a) Vela nad Unipol Tower Plaza w Bolonii (arch. OPO & STM), b) „Cometa” Milano Portello Fair (Targi w Mediolanie), (arch. M. Bellini),

c) „The Cloud” – Nowe Centrum Kongresowe w EUR, Rzym (arch. M. Fuksas)

Fig. 11. Some examples of FFD projects:

a) Vela over the Unipol Tower Plaza in Bologna, arch. OPO and STM, b) “Cometa” Milano Portello Fair, arch. M. Bellini),

c) “The Cloud” – New Congress Centre in EUR, Rome (arch. M. Fuksas)

ne projektowanie i działalność budowlana stanowi część

kompleksowego, holistycznego, trans-, wielo- oraz in-

terdyscyplinarnego procesu, który musi osiągnąć wy-

magany poziom niezawodności, zaleca się również prze -

prowadzenie analizy wartości, nawet we wstępnej fazie

projektu, w celu znalezienia najodpowiedniejszego i naj -

bardziej kompatybilnego rozwiązania zgodnie z oczeki -

waną funkcją, stąd należy skupić się na przejściu

z „ know-how” (wiedzieć jak) do „know-why” (wiedzieć

dlaczego), w projektowaniu i budowaniu „what” (co) lub

– lepiej – „what for” (po co).

Tłumaczenie

Bogusław Setkowicz

Romuald Tarczewski

92 Massimo Majowiecki

Bibliografia /References

[1] Majowiecki M., Architecture & Structures: “Ethics in Free Form

Design, New Shell and Spatial Structures”, [w:] New olimpics, new

shell and spatial structures. Proceedings of the International Sym-

posium IASS-APCS 2006, Committee on Spatial Structures. China

Civil Engineering Society, Association for Spatial Structures, Chi-

na Steel Construction Society, Beijing University of Technology,

Beijing, China, October 16−19, 2006.

[2] Majowiecki M., Tensostrutture, „INARCOS − Rivista Tecnica e di

Informazione dell’Associazione Ingegneri e Architetti della Pro-

vincia di Bologna” 1972, No. 313, 1, 1−17.

[3] Musmeci S., La statica e le strutture. Collana Poliedro, Edizioni

Cremonese, Roma 1971.

[4] Majowiecki M., Trevisan R., A graphic interactive software for

structural modelling analysis and design, Space Structures 4,

Thomas Telford, London 1993.

[5] Proceedings of the First International Conference on Computa-

tional Structures Technology, Heriot-Watt University, Edinburgh,

U.K., 20−22 August 1991, „Structural Engineering Review” 1991,

3, 2.

[6] RWDI – Roof snow loading study-roof re-design Olympic Stadium

Montreal, Quebec. Report 93-187F-15, 1993.

[7] Majowiecki M., Observations on theoretical and experimental in-

vestigations on lightweight wide span coverings, [w:] Atti del 1°

Convegno Nazionale di Ingegneria del Vento, Firenze, Ottobre 1990.

[8] Ishii K. (ed.), Structural Design of Retractable Roof Structures,

WIT Press, Southampton 2000.

[9] de Moisset N.G., Moisset de Espanes D., Diseňar con la estruc-

tura, INGRESO, Cordoba (R.A.) 2002.

[10]

Torroja Miret E., Razón y Ser de los tipos estructurales, Instituto

de la Construcción y del Cemento. Consejo Superior de Investiga-

ciones Cientíﬁ cas, Madrid 1957.

[11] Carper K.L., Construction Pathology in the United States. Lessons

from structural failures, „Structural Engineering International”

1996, Vol. 6, No. 1, 57–60.

[12] Carper K.L., Lessons architects can learn from failures, [w:] Pro-

ceedings of the National Convention on Structural Failures and

Reliability of Civil Structures. IUAV, Venice 6–7 December 2001.

[13] Majowiecki M., Pinardi S., Reduced stress method for Class 4 steel

section, [w:] A. Steffen (ed.), Large Structures and Infrastructures

for Environmentally Constrained and Urbanised Area. Proceed-

ings of the 34

International Symposium on Bridge and Struc-

tural Engineering, Venice, Italy, September 22−24, 2010. Zürich,

International Association for Bridge and Structural Engineering,

(IABSE Reports; No. 97).

[14] Majowiecki M., Petrucci M., Structural optimization and free form

design, [w:] A. Steffen (ed.), Large Structures and Infrastructures

for Environmentally Constrained and Urbanised Area. Proceed-

ings of the 34

International Symposium on Bridge and Struc-

tural Engineering, Venice, Italy, September 22−24, 2010. Zürich,

International Association for Bridge and Structural Engineering

(IABSE Reports; No. 97).

[15] Cosentino N., Majowiecki M., Marini M., Dynamic characteriza-

tion of the New Braga Stadium large span suspension roof, [w:]

Ch. Cremona (ed.), EVACES 05: experimental vibration analysis

for civil engineering structures = analyse vibratoire expé rimentale

des structures de gé nie civil. Proceedings of the International con-

ference on experimental vibration analysis for civil engineering

structures, 26–28 October 2005, Bordeaux, France, Laboratoire

central des ponts et chaussé e, Paris 2005.

[16] Saitoh M., Conceptual Design of Hybrid Structures, [w:] I. Mun-

gan (ed.), Proceedings of the IASS 1993 Symposium, Istanbul

1993.

Streszczenie

Artykuł prezentuje doświadczenie autora i jego osobiste poglądy na wyzwania, które wynikają z nowych trendów w projektowaniu – Free Form

Design (FFD). W oparciu o uzyskane doświadczenie można było zidentyfikować zagrożenia dla systemu konstrukcyjnego, jakie niesie ze sobą

nieskrępowane tworzenie formy architektonicznej. Implikuje to potrzebę rozszerzenia zakresu i zmiany standardowego podejścia w analizie

konstrukcyjnej.

Słowa kluczowe: architektura strukturalna, konstrukcje o dużej rozpiętości, niezawodność, analiza eksperymentalna, monitorowanie

Abstract

The paper presents the author’s experience and his personal views on the challenges that arise from the new trend in design – Free Form Design

(FFD). Based on the experience gained it was possible to identify the hazards that unfettered creation of architectural form poses for the structural

system. This implies the need for extension of range and change of the standard approach in the structural analysis.

Key words: structural architecture, wide span structures, reliability, experimental analysis, monitoring

Źródła ilustracji

Wszystkie ilustracje pochodzą z archiwum prof. M. Majowieckiego.

Illustration credits

All illustrations are from the archive of Prof. M. Majowiecki.

Personal experiences in Structural Architecture: from form finding to free form design

Massimo Majowiecki

doi:10.5277/arc140408

Abstract