Design strategies for achieving mono-material structures

• Autorzy: Broma Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.37190/arc250211

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Increasing demands for the multi-aspect efficiency of buildings lead to the growing complexity of their partitions. This results in the subdivision of these partitions into increasingly specialized layers and, consequently, in the creation of complex multi-material systems – challenging to execute, requiring advanced expertise, significant financial input and resources, and often marked by higher failure rates and faster degradation. An alternative lies in mono-material systems – architectural assemblies homogeneous in terms of the material used in construction. Their implementation may contribute to increased sustainability and technological inclusiveness, as well as foster the development of new aesthetics, aligning with the values promoted by the New European Bauhaus initiative. The study aimed to develop design strategies for creating mono-material partitions and, consequently, mono-material structures. The subject of the study focused on mono-material partitions identified in recently constructed European buildings, selected through a critical literature review. In an analysis based on case studies, desk research, and document examination, the base material of each partition was determined first. Then, the internal partition structures were identified by defining layer numbers, their types and functional roles within the partitions. Methods of using the base material that led to obtaining mono-materiality were also indicated. Finally, strategies for achieving mono-material structures were identified, systematized, and described using comparison and synthesis. The article demonstrates that these strategies are defined through functional operations on partition layers, encompassing three main actions: layer unification, layer bonding, and layer multiplication. Implementing strategies requires a shift in the approach to material use, either appropriate usage, strengthening or inducting new properties of this material. Each strategy includes three approaches: one relates to modifying the internal structure of the base material, the second to shaping the base material and the third to accumulating unmodified base material. These strategies and approaches are universally applicable, not limited to specific materials.

PL

Rosnące wymagania wobec wieloaspektowej efektywności budynków skutkują wzrostem poziomu skomplikowania ich przegród. Prowadzi to do rozszczepiania się tych przegród na kolejne wyspecjalizowane warstwy, a w konsekwencji do powstawania złożonych ustrojów wielomateriałowych – skomplikowanych wykonawczo, wymagających zaawansowanej wiedzy oraz dużych nakładów finansowych i zasobów, ale także cechujących się wzrostem poziomu awaryjności i szybszą degradacją. Alternatywą są ustroje monomateriałowe – heterogeniczne pod względem materiału wykorzystanego do wzniesienia budynku. Ich stosowanie może przyczynić się do wzrostu poziomu zrównoważenia i inkluzywności technologicznej, a także do wypracowania nowej estetyki, co wpisuje się w wartości promowane w projekcie Nowego Europejskiego Bauhausu. Celem autora było wyprowadzenie strategii projektowych, których zastosowanie pozwala osiągnąć przegrody, a w rezultacie także ustroje monomateriałowe. Badaniem objęto przegrody o cechach monomateriałowych, które zidentyfikowano we współcześnie zrealizowanych budynkach na obszarze Europy. Ich wyboru dokonano na podstawie przeglądu literatury przedmiotu. Następnie w analizie opartej na studium przypadku, desk research i badaniu dokumentów określono zastosowane materiały bazowe i zidentyfikowano wewnętrzną budowę przegród poprzez wyznaczenie liczby warstw i wskazanie pełnionych przez warstwy funkcji. Wskazano także sposoby wykorzystania materiału bazowego, które doprowadziły do uzyskania przegród o cechach monomateriałowych. Następnie przez porównanie i syntezę, zidentyfikowano, usystematyzowano i opisano strategie w dążeniu do osiągnięcia ustrojów o charakterze monomateriałowym. W artykule wykazano, że strategie te definiowane są poprzez operacje dokonywane w ujęciu funkcjonalnym na warstwach przegrody. Obejmują one trzy typy działań: unifikację warstw, spajanie warstw i zwielokrotnianie warstw. Wiąże się to bezpośrednio ze zmianą sposobu podejścia do materiału, czego efektem jest odpowiednie jego wykorzystanie, wzmocnienie lub wzbudzenie nowych właściwości tego materiału. W ramach każdej ze strategii wyróżniono trzy takie sposoby podejścia. Pierwszy związany jest z modyfikowaniem wewnętrznej konfiguracji materiału bazowego, drugi – z kształtowaniem materiału bazowego, a trzeci – z nagromadzeniem niezmienionego materiału bazowego.

Słowa kluczowe

EN

mono-material structures; design strategies; layer unification; layer bonding; layer multiplication

PL

ustroje monomateriałowe; strategie projektowe; unifikacja warstw; spajanie warstw; zwielokrotnianie warstw

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Architectus
• Rocznik: 2025
• Tom: Nr 2 (81)
• Strony: 113--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Broma Tomasz

• Faculty of Architecture, Wrocław University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0413-8192

Bibliografia

• Addis, Bill. Building with Reclaimed Components and Materials: A Design Handbook for Reuse and Recycling. Routledge, 2006.
• Antonelli, Paola. Mutant Materials in Contemporary Design. Museum of Modern Art, 1995.
• Avarrus Arkkitehdit. “Helsingin Muurarimestari.” Accessed October 25, 2024, at https://www.avarrus.fi/helsinginmuurarimestari.
• Binder, Markus, and Petra Riegler-Floors. “Mono-Material Construction.” In Manual of Recycling: Buildings as sources of materials, edited by Annette Hillebrandt, Petra Riegler-Floors, Anja Rosen, and Johanna-Katharina Seggewies. Detail, 2019.
• Bitting, Selina, Tiziano Derme, Juney Lee, Tom Van Mele, Benhamin Dillenburger, and Phelippe Block. “Challenges and Opportunities in Scaling up Architectural Applications of Mycelium-Based Materials with Digital Fabrication.” Biomimetics 7, no. 2 (2022): 44. https:// doi.org/10.3390/biomimetics7020044.
• Black, James Temple, and Ronald A. Kohser. DeGarmo’s Materials and Processes in Manufacturing. Wiley, 2011.
• Boettger, Till, and Ulrike Knauer. Mono-Material: Monolithic, Homogeneous and Circular Construction. Birkhäuser, 2023.
• Böhme, Gernot. Atmospheric Architectures: The Aesthetics of Felt Spaces, edited and translated by Anna-Christina Engels-Schwarzpaul. Bloomsbury Publishing, 2017.
• Brand, Stewart. How Buildings Learn: What Happens After They’re Built. Penguin Books, 1995.
• Bucklin, Oliver, Achim Menges, Oliver Krieg, Hand Drexler, Angela Rohr, and Felix Amtsberg. “Mono-Material Wood Wall: Digital Fabrication of Performative Wood Envelopes.” Journal of Facade Design and Engineering 9, no. 1 (2021): 1–16. https://doi.org/10.7480/jfde.2021.1.5398.
• European Commission: Directorate-General for Research and Innovation, Hans Joachim Schellnhuber, Barbara Widera, Andreja Kutnar, et al. “Horizon Europe – New European Bauhaus Nexus Report.” Publications Office of the European Union, 2022. Accessed December 15, 2024, at https://data.europa.eu/doi/10.2777/49925.
• Hugentobler, Walter, Peter Widerin, Lars Junghans, and Willem Bruijn. “Do Healthy Buildings Need Technology?” Paper presented at Healthy Buildings 2016, Ghent, July 31, 2016. Accessed December 17, 2024, at https://www.researchgate.net/publication/330011167_DO_ HEALTHY_BUILDINGS_NEED_TECHNOLOGY
• Kapfinger, Otto, and Marko Sauer, eds. Martin Rauch. Refined Earth Construction & Design with Rammed Earth. Detail, 2015.
• Kelm, Teresa. Architektura ziemi. Tradycja i współczesność. Murator, 1996.
• Kelm, Teresa, and Dorota Długosz-Nowicka. Budownictwo z surowej ziemi: idea i realizacja. Oficyna Wydawnicza PW, 2011.
• Koivisto, Elina. “Updating Monomaterial Construction.” Arkkitehti. Finnish Architectural Review, no. 2 (2021): 8–19.
• Lakkala, Matti, Aale Luusua, and Janne Pihlajaniemi. “Finnish Perceptions of Log and Log Architecture.” Scandinavian Journal of Forest Research 35, no. 5–6 (2020): 296–307. https://doi.org/10.1080/0282 7581.2020.1774642
• Małasiewicz, Andrzej. “Ceramika budowlana.” In Budownictwo ogólne. Tom 1: Materiały i wyroby budowlane, edited by Bogusław Stefań- czyk. Arkady, 2005.
• Moe, Kiel. Insulating Modernism: Isolated and Non-Isolated Thermodynamics in Architecture. Birkhäuser, 2014.
• Pyrak, Stefan, Wojciech Włodarczyk, and Szczepan Woliński. “Zagadnienia konstrukcyjne w budownictwie.” In Budownictwo ogólne. Tom 3: Elementy budynków. Podstawy projektowania, edited by Lech Lichołaj. Arkady, 2008.
• Schittich, Christian, ed. In Detail: Building Simply. Birkhäuser, 2005.
• Stefańczyk, Bogusław and Iwona Lipczyńska. “Podstawowe właściwości techniczne materiałów budowlanych.” In Budownictwo ogólne. Tom 1: Materiały i wyroby budowlane, edited by Bogusław Stefań- czyk. Arkady, 2005.
• Stieglmeier, Manfred. “Office Block in Alpnach.” Detail, no. 12 (2021): 34–41.
• Ściślewski, Zbigniew. “Trwałość i ochrona przed korozją.” In Budownictwo ogólne. Tom 2: Fizyka budowli, edited by Piotr Klemm. Arkady, 2018.
• Torelli, Giacomo, Mar Giménez Fernández, and Janet M. Lees. “Functionally Graded Concrete: Design Objectives, Production Techniques and Analysis Methods for Layered and Continuously Graded Elements.” Construction and Building Materials 242 (2020): 118040. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118040.