GREAT SPACES

Nytt reisetorg i Fredrikstad som langspent takkonstruksjon

Tema

Offentlig reisetorg, konstruksjonsteknikk, form-finding

Studio

Masteroppgave NTNU

Tidspunkt

10. semester, vår 2023

Plassering

Fredrikstad, Østfold

Om

Med utgangspunkt i siste studiesemestre der jeg jobbet med prosjekter som på ulikt vis undersøker samspillet mellom arkitekturen og konstruksjonen, har jeg dedikert min masteroppgave til en type arkitektur som er tematisk særlig relevant - arkitekturen av store rom (great spaces). Store rom defineres som helt eller delvis klimatiserte og er karakterisert av utstrakte og kontinuerlige romforløp, der omfattende konstruksjonssystemer er nødvendige for å kunne bære den overdekkende takstrukturen.

Oppgaven tar for seg hvordan arkitekturen av store rom kan svare på sammensatte romprogrammer for offentlige funksjoner. Hvordan formgivning for optimal lastbærende evne utfolder seg i fysisk form. Hvordan bruken av trebaserte materialer kan presentere en alternativ byggemåte for moderne langspennende strukturer. Og ikke minst, hvordan formgivning for optimale konstruksjoner kan bidra til arkitektonisk merverdi; gode arkitektoniske løsninger og særegen arkitektonisk identitet.

Temaet anvendes i form av en ny togstasjon i Fredrikstad, Østfold. Med utgangspunkt i planlagt utbygging av jernbanesporet gjennom byen, og kommunens ønske om å flytte dagens togstasjon til nord for sentrum, undersøker prosjektet hvordan utformingen av togstasjonen som et offentlig reisetorg kan bidra til utviklingen av en flerfunksjonell bydel, samt hvordan prosjektering av bygningen som en langspent takkonstruksjon kan løse en tomt preget av mange sirkulasjonsmønstre og en begrenset byggeflate.

Oppgaven baserer seg på utarbeidet kommunedelplan som foreslår en omfattende transformasjon av området, med omlegging av trafikk og infrastruktur og en sterk urban fortetting inntil tomten.

Konseptskisse for utviklingen av stasjonsområdet, Fredrikstad kommune

Metode: Form-finding

“In the Form-finding process, the designer looks at processes in nature to uncover ways in which to organize his or her building project. It is a study into the capability of discovering optimum form & dynamic adaptability. The beauty of the form does not have to be designed; rather it becomes an emergent property from the developed natural forms.”

— Nicholas S. Goldsmith

Som forklart over, beskriver det engelske begrepet form-finding en designprosess der formen er et direkte rasjonelt svar på de fysiske lastene bygningen blir utsatt for. Med dette representerer formen gjerne den mest optimale veien for kreftene å forflytte seg fra punktet der lastene inntreffer bæresystemet til der de forlater det. Innen konstruksjonsteknikken viser dette til dimensjonering av konstruksjonen med minst mulig tverrsnitt og dermed minimal materialbruk. Som følge av formenes forankring i fysiske naturfenomener, kan formene ofte beskrives med matematiske geometrier og formler. Historisk har pionerene i fagfeltet latt seg inspirere av naturen ved utforskning av mer effektive bæresystemer.

Den spanske arkitekten Antoni Gaudí er kjent for sine modeller laget med kjeder og lodd. Gravitasjonsvekten kjedene blir utsatt for fører til en naturlig dannelse av en form i statisk likevekt. Disse modellene er fremragende eksempler på form-finding.

Over er bilde av Gaudís modell for Colónia Guell krypten.

Områdeplan over reisetorget med ulike kryssende sirkulasjoner

N

Kart over Fredrikstad

Turkis markerer eksisterende jernbanelinje og togstasjon

Rød markerer ny jernbanelinje og togstasjon

N

PROSJEKT

Situasjonssnitt av togstasjonen og nedsenket jernbanetunnel på tvers av åslandskapet

Formkonsept

0. Utgangspunkt

Jernbaneplattformene plasseres under bakken, med to åpninger til gateplanet. Trappesjakter plasseres med hensyn til fremkommenlighet og brannsikkerhet.
1. Overdekking

Der plattformene går i dagen dekkes de over med frittstående sammenhengende tak.
2. Sirkulasjon og siktlinjer

Taket brytes opp ut ifra viktige sirkulasjonsakser og siktlinjer.
3. Spenn på langs

For å danne inngangsrom til plattformene fra kortsidene av åpningene, spennes takstrukturen på langs. Grunnet lange spenn utformes takkonstruksjonen som en hengende flate.
4. Fordeling av spennet

For å skape håndterbare spennlengder for konstruksjonen legges til et ekstra brudd i taket.
5. Henvendelser til kontekst

Taket responderer på ulike situasjoner rundt tomten ved å senke eller heve takets hengepunkter.
6. Justering for regnvann

Takoverflatens form justeres for å samle vann på den nordlige siden.

Utonhusplan av reisetorget

N

Langsnitt reisetorg

Ulike tverrsnitt igjennom reisetorget

Fotografi av eksisterende siktlinje mot Glemmen kirke

Illustrasjon av bevart siktlinje mot Glemmen kirke

KONSTRUKSJON

Fysisk modell - konsept for selvformende bæresystem

Formgivning av lastbærende element

0. Utgangspunkt

Som følge av takspenn på langs foreligger uvanlig lange spenn på opp til 75m.
1. Fagverk

Fagverk er populær løsning for lastføring over store avstander som et momentfritt system. I tilfelle av prosjektet ville fagverket ha antatt 7 meter høyde, som ville gitt en uønsket stor visuell tyngde for takkonstruksjonen sett opp mot tomten.
2. Bue

Buessytem er også en form for momentfritt system med kun trykkrefter i lastbærende elementer. Buesystemer har derimot ulempen av å være utsatt for knekning ved for store laster.
3. Hengende kjede

Som en motsetning til bueformen, bærer hengende kjedeform også uten momentkrefter - denne gangen kun med strekkrefter. Hengekjeder er populære løsninger ved brokonstruksjoner med lange spenn.
4. Dobbel kjede

Lastbærende kjedeform dobles for å oppnå lavere interne spenningskrefter. De to kjedeformene er forbundet sammen med vertikale trykkstaver.
5. Manglende stivhet

Strekksystemets svakhet er mangel på avstiving i tilfelle av ujevn belastning. For dimensjonering av takkonstruksjoner er dette særlig aktuelt ved forekomst av snølaster eller nyttelaster.
6. Avstivet hengende fagverk

Systemet tilføres avstivende diagonale elementer. Systemet minner om et opphengt fagverk, med forskjellen av at både over- og undergurten bærer lasten med kun strekkrefter.

7. Anvendt bæresystem - Hengende fagverksbjelke

Ved å nedjustere antall fag i fagverket, samt justere orienteringen på de diagonale stavene, oppnås et gunstig system for å både bære belastningen over spennet som et strekksystem, samtidig som det har en tilstrekkelig stivhet for ulike tilfeller av lastkrefter.

Konstruksjonssystem

1. Sekundærstruktur (stålrør)

2. Hengende fagverksbjelker (Laminated Veneer Lumber)

3. Tverrfagverk (stålprofiler)

4. Søyler (betong & stålkabler)

Modellbilder 1:200

Detaljer

Dimensjonering av konstruksjonen

Digitale konstruksjonsanalyser og manuelle overslagsberegninger har vært benyttet i oppgaven for å utforske konstruksjonskonsepter samt å dimensjonere endelige lastbærende system.

Undersøkelsene baserer seg på dimensjoneringen av de elementene som vurderes som worst-case scenarioer, sammen med deres tyngste forutatte lastkombinasjoner. Til høyre vises et diagram over takkonstruksjonen, der taket er vurdert som 4 systemer. T4 har størst spenn og var av den grunn brukt som utgangspunkt for dimensjoneringen av prosjektet.

Under vises utdrag av analysene.

Konstruksjonsanalyse av hengende fagversbjelke H-sør