Elastic timber gridshells. from the finding form process to the erection of efficient lightweight structures

Abstract

Elastic timber gridshells emerged in the last century, essentially related to ephemeral buildings, setting a ‘new’ benchmark for lightweight, cost-effective, sustainable and temporary constructions. Timber gridshells are adaptable and can be used in rehabilitated buildings as well as, new buildings, new systems like roofs, or as small additions in nonstructural elements and act as a simple partition. However, the main feature is not its use, but its shape and how it allows some freedom in its design; an attractive characteristic for designers due to its structural behaviour. Based on the advantages of the structural system, it should be expected that timber gridshells have a wider presence in contemporary architecture. However, this is not the case, there are very few examples being built. One reason why this happens, is because of the difficulty to reach the desired design since there is a lack of information about the tools that can help to define such complex systems. Until today, the design and construction of elastic, or post-formed timber gridshells, have only been based on a case to case basis and have not been studied or used as a type of structure that can be repeated in several different applications. The aim of this thesis is to contribute to answer this difficulty, i.e. working on overcoming the lack of design guidelines, by presenting a state of the knowledge on elastic timber gridshells and by case studies analysing the process involved in building this kind of a structures. The thesis is addressing elastic timber gridshells, from the design phase to the construction phase. The results obtained show that this type of structure can be very interesting at a functional level with numerous tectonics characteristics that make elastic timber gridshells attractive as a structural solution in contemporary architecture.

As malhas elásticas de madeira surgiram no século passado, essencialmente relacionadas com construções temporárias, estabelecendo uma "nova" referência para construções leves, econômicas, sustentáveis e efêmeras. As malhas de madeira são adaptáveis e podem ser usadas em edifícios a reabilitar, bem como, novos edifícios, coberturas, ou em pequenas modificações como elementos não estruturais. No entanto, a principal característica não é seu uso, mas sua geometria e como isso permite uma enorme liberdade formal torna-se uma característica atraente para todos os projetistas. Com base nas vantagens deste sistema estrutural, é de esperar que as malhas elásticas de madeira tivessem uma presença mais ampla na arquitetura contemporânea. Contudo, não é o caso, existem poucos exemplos construídos. Um motivo para isso acontecer é a dificuldade em projetar as formas desejadas, pois existe uma lacuna de informação sobre as ferramentas que podem ajudar a definir estas geometrias complexas. Por exemplo, as ferramentas baseadas em softwares computacionais têm um grande potencial para o processo de projeção das malhas de madeira nas fases de projeto e construção, onde a localização da malha e a otimização ocorrem, seguidas por um processo de produção industrial. Até hoje, o projeto e a construção destas estruturas, foram estudados apenas de caso a caso e não foram estudados ou usados como um tipo de solução que pode ser repetida em várias aplicações diferentes. O objetivo desta dissertação é contribuir para a resolução desse problema, ou seja, trabalhar na superação da falta de diretrizes de projeto, apresentando um estado do conhecimento sobre as malhas elásticas de madeira e analisando e explicando o processo envolvido na construção deste tipo de estruturas. Esta tese aborda as malhas elásticas de madeira, desde a fase de projeto até à fase de construção. Os resultados obtidos mostram que este tipo de estrutura pode ser muito interessante a um nível funcional, com numerosas características com valor tectônico que tornam as malhas elásticas de madeira atrativas como uma solução estrutural na arquitetura contemporânea.