dr.ir. Karel Vollers, TU Delft, Faculteit BouwkundeWaren in Europa vrije vormen in de architectuur 20 jaargeleden artistieke uitzonderingen, binnenkort heeft iede-re provincie er wel een paar. De gretigheid waarmee zijontworpen worden, vindt een weerwoord in snelle ont-wikkelingen in de uitvoeringtechniek. Dit artikel gaat inop het toekomstige gebruik van beton voor vrij gebogenvlakken.V a n v l a k n a a r v r i j g e b o g e n v l a kVan oudsher speelt beton een belangrijke rol bij derealisatie van dubbelgebogen vlakken. Een rij voor-beelden leest als een aaneenschakeling van wereld-wijd verspreide monumenten. Het door RudolfSteiner ontworpen Goetheanum (voltooid in 1928)gelijkt een massief boetseerwerk (foto 1). Zoals nufreesmodellen de tastbare omzettingen zijn vancomputervisualisaties, lag het toen voor de hand metkleitemodelleren.Maardebetontechniekontwikkel-de zich snel. De Zwitser Robert Maillart pionierdemet dunne constructies. In 1939 maakte hij inZurich een parabolisch schaaldak van 12 m hoogteen slechts 60 mm dik, bij een overspanning van 16 m(foto 2). Lyrisch beschreef architectuurcriticus Sig-friedGiedionhetalseenzijdendoekdatalseenballonwil opstijgen. In de jaren vijftig en zestig bouwde dein Spanje geboren Felix Candela in Mexico voort ophet werk van de betonconstructeurs. Hij verfijnde detechniek van hyparvormige- en bolo?dale schalen.Karakteristiek was het voor trek- en drukkrachtenoptimale parabolische krachtenverloop van de wape-ning (foto 3).In Itali? bouwde Pier Luigi Nervi vanaf de jarendertig schaaldaken uit gestandaardiseerde elemen-ten. Deze schaaldaken imponeren door de grote ma-ten en de plasticiteit van de als boombladeren ge-nerfde structuur (foto 4). De harde grafiek vanschaduwrasters bij Nervi contrasteert met het strijk-licht over de doekdunne betonschillen bij Candela.Beiden tonen in hun werk een toenemende com-plexiteit, waarbij ontwerp en uitvoering nauw ver-bondenblijven.Zijmaaktenvermeendeeconomischevoordelen waar in concurrentie met conventioneleconstructies. Op materiaaleconomie werd verdiend,terwijl arbeid relatief goedkoop wasOok veel andere toonaangevende architecten ont-wierpen schaaldaken. Vaak luxer afgewerkt en meteen minder benadrukt krachtenverloop, maar zeoogden net zo futuristisch. Zo ontwierp Eero Saar-inen de met zijn vloeiende lijnen op een vogel lij-kende TWA terminal op het J.F. Kennedyvliegveldin New York (voltooid in 1963) (foto 5). Op kleinereschaal en minder prestigieus, verschenen overal terwereld variaties in kerken en stations. Maar in dejaren zeventig raakten hypar- en bolo?dale schalenuit de mode. Men was op de vormgevingsmogelijk-heden uitgekeken en arbeid was duur geworden.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pO n t w i k ke l i n g e ncement 2003 24Dichterlijke en liederlijke vrijheden binden strijd aan met starre rationalisatieRATIONALISATIEEN VRIJE VORMGEVING1 | Goetheanum nabij Basel2 | Het parabolische schaal-dak van de tentoonstel-lingshal in Z?rich3 | Het uit 1958 daterende `Las Chalupas-restaurant' met achthyparbolische parabolenBeton is al in een vroeg stadium gebruikt voorkoepels.Doorgebruiktemakenvanregelmatigegeo-metrie konden grote series gelijke elementen wor-den samengesteld. Soms werden die bouwcompo-nenten zelfs zonder steigerwerk gestapeld, zoals bijhet in 1957 door Jorn Utzon ontworpen SydneyOpera House. Door de voor die tijd zeer complexevorm werd het pas in 1973 voltooid (foto 6).Oscar Niemeyer, een Braziliaanse architect, volgdeen volgt met zijn 95 jaar, zijn eigen lijn. Hij staatbekend om de vrij vloeiende belijningen in zijn totsculpturen versimpelde gebouwen. Enkelvoudig ge-bogenvlakkenenomwentelingslichamenbaseerthijvaak op combinaties van rechte en cirkelvormig ge-bogen lijnstukken. Door het afwijken van een geo-metrische basisvorm introduceert hij in de vlakkeneenbijnamenselijkeonderhuidsespanning.(foto7).Vrijwel al de voornoemde projecten zijn uit platte,enkelvoudig gebogen en getordeerde vlakken opge-bouwd. Zij zijn uitgevoerd met een bekisting vanhouten platen of latten/planken.De meeste schalen zijn ter plaatse gestort. Daar waarplanken of platen eigenlijk een dubbele kromminghadden moeten hebben, zijn bij de naden afwijkin-gen van de zuivere vorm zichtbaar. Staalplaat bekis-tingen en bollend vervormde delen in hout of staalzijn uitzonderlijk.Vanaf de jaren tachtig gaf Santiago Calatrava spant-en opengewerkte schaalconstructies een nieuw elan.Zijn structuren zijn complexer van geometrie dandie van Nervi. Vaak zijn bouwdelen samengestelduit afzonderlijke betonnen en stalen componenten(foto 8).V o r m - o o r s p r o n g : v a n l i j n e nn a a r v l a k k e nInmiddels beschikken we over diverse rekenpro-gramma's. Getalenteerde bouwtechniekstudentenleren nu tijdens hun opleiding aan de universiteitomgaan met rekenprogramma's als Diana, Easy enPro-Engineer en met modelleerprogramma's alsMaya, Rhino en 3D-Studio. Daarmee evenaren zijwat dertig jaar geleden enkel voor de beste ingeni-eurs met modelonderzoek inschatbaar was.Hoewel architecten hun ontwerpen nu veelal base-ren op vlakken ? of eigenlijk zelfs volumes ?, zijnhun constructies meestal volgens een orthogonaledan wel radiale structuur opgedeeld in lineaire ele-menten. Het beoogde gekromde oppervlak is dannog slechts plaatselijk beschreven en wordt voltooidmet een vlakvulling. Door de combinatie van vlak-vullende met dragende kwaliteiten krijgt beton eengrote potentie.Constructieve logica is in de tegenwoordige compu-ter-architectuur in het beeld ondergeschikt. De vrijebolling van vlakken in een blob (binary large object)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pO n t w i k ke l i n g e ncement 2003 2 54 | Schaaldak met principedoorsneden van detentoonstellingshal inTurijn5 | TWA terminal inNew York6 | Aaneenschakeling vanschaaldaken van hetSydney Opera Housestreeft niet meer een minimaal materiaalgebruik na,maar roept in de eerste plaats een associatie of bele-ving op. Krachten worden, net als in de High-Techarchitectuurstijl, meestal via lange wegen naar defundatieafgedragen.WordtbijHighTechdekrachts-afdracht benadrukt met lijnen, bijvoorbeeld doorspandraden bij masten, bij een Blob is dat verhuldin vlakken. Daken en wanden lopen daarbij vloeiendin elkaar over zonder stapelen of scharnieren.Bij een autocarrosserie is het ook moeilijk inzicht tekrijgen in de constructieve stabiliteit. Die is in beeldondergeschikt aan associaties die de vorm oproept:snelheid,klasse,veiligheid.Deschaalwerkingbijeenauto is hybride: de uit ??n dik materiaal gemaaktevlakken zijn met constructies versterkt. De con-structie van een blob-gebouw is zeker zo complex.Vaak draagt een interne hoofdconstructie zowel devloeren als de bollende huid. Sommige bollende ge-vels/daken hebben ondanks een geleding in panelen,enige schaalwerking. Het werken met kleine seriesopgebouwd uit grote onderdelen vereist specialisti-sche kennis. Vanwege de technology transfer ? deinteractie met technieken uit andere vakgebieden-,staat hij op gelijk niveau met de industrieel vorm-gever en de auto-, scheeps- of vliegtuigbouwkundigingenieur.U n i e k e n t r e n d y , m a a r b l i j v e n dElk gebouw is uniek, maar tussen de vele rechthoe-kige gebouwen, vallen blobs op. De vervorming vangrote vlakken is tot ornament geworden en maakt detoevoeging van artistieke verbijzonderingen overbo-dig. Het zijn tastbare verwijzingen naar het beeld dathuidige architecten hebben over de introductie vande computer in ons bestaan. Zo hebben ze romanti-sche idee?n over het leven dat zich afspeelt in vloei-end in elkaar overlopende dimensies als in een wis-kundig model. Al flirtend met de quantumfysicawordt met modellen gewerkt als de ring van M?bius,waar binnen- en buitenvlak in elkaar overlopen. Inhet door UN-Studio ontworpen Mercedes Benz mu-seum in Stuttgart (D) zijn twee bezoekers trajectenals dubbele helixen in elkaar vervlochten. Ondanksdeze verweving zijn de bezoekersstromen voorelkaar onzichtbaar. De ene helix is naar binnengericht door een gesloten buitenwand, de anderenaar buiten gericht door een dichte gevel langs deinwendige vide. Op zes plateaus liggen de expositie-ruimten. Afwisselend met enkele en dubbelehoogtes roteren ze om een driehoekige vide. Net alsbij het Guggenheim Museum in New York (1959)start de bezoeker op het bovenste niveau, om hetlopen door de ruimten lichter te maken. De refe-renties aan wetenschap zijn te vergelijken met dievan het Atomium in Brussel (1958) en de `spoetnik'figuren in de stijl uit de jaren 50, toen kernenergieals krachtbron beschikbaar kwam en de bemanderuimtevaart begon.Mode is meer dan een gril. Een gebouw, qua archi-tectuurstijl gedateerd, heeft een grote restwaarde.Heeft het gebouw een onderliggende visie en vereistde realisatie ervan groot inzicht in materiaalgebruiken actuele technieken, dan blijft dat een zichtbarekwaliteit van de vorm.Zowel ruimtelijke beleving als het functionele ruim-tegebruik van gebogen lijnen en vlakken vereiseneen groot inzicht in de geometrie. Was dat bij eenrechthoekig gebouw moeilijk te beschrijven, bij eengebogen vorm is dat nog meer het geval. Architec-ten onderzoeken de expressiemogelijkheden, maarhet is een buitengewoon complex onderwerp. Wat isde betekenis van een gebogen lijn, hoe werkt hetruimtelijk en welke visuele impressies laat het na?Het is als het verklaren van de werking van eenmuziekstuk, een kleur of een smaak. De beleving isA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pO n t w i k ke l i n g e ncement 2003 267 | Museum voor modernekunst in Niteroi8 | Stationsgebouw in Lyonsterk individueel, cultuurgebonden en qua impactvan de associatie niet gelijkblijvend.H a n d w e r k e n d e s c h o o n h e i d v a n h e ti n d u s t r i ? l e b o u w e nLijnrecht tegenover de zwierigheid van gebogenlijnen en vlakken staat de hoekige helderheid van degebouwen uit de jaren zestig. Nederland is hoogge?ndustrialiseerd met een traditie van rationalisa-tie: effici?nte organisatie, hoge mate van mechani-satie en optimalisering van materiaalgebruik. Metminimale middelen wordt een maximaal resultaatbereikt. Zo had architect Maaskant (1907-1977) alscredo `elke lijn die je trekt kost geld'. Zijn gebouwenzijn uit zeer grote elementen opgebouwd, daar groteelementen in verhouding tot kleine, minder rand-aansluitingen hebben. Verder verminderde hij debewerkelijkheid door het vermijden van profilerin-gen binnen een element. Grote vlakke platen warenzijn kenmerk, waarbij de optimale grootte, bijvoor-beeld wat hanteerbaarheid betreft, soms is over-schreden. Maar het proces was helder en met grotestappen ben je gauw thuis.Onwillekeurig verlang je hier soms naar terug, als jeziethoevolwassenmanneninweerenwindopslechtuitgewerkte details staan te priegelen aan smallenaden met millimetertoleranties. Denkend aan hetbewerkelijke proces en aan het nog te verrichtenwerk zal vaak de verzuchting zijn: `Hoe kom je er open hoe kom je er weer van af?'.Rationalisatie lijkt te botsen met de asymmetrischeenconstructiefgezienvaakgekunsteldeblob-vormen.Maar het zijn nog proefstukken, experimenteertui-nen voor nieuwe technieken.`Blobs' kunnen complete afgeronde volumes zijn,maar ook uitzonderlijke vormen op een gevel, dieverder eenvoudig van geometrie is. Dure fragmen-ten zijn dan op een grote goedkope gevel af te schrij-ven. Zo zijn de contourlijnen van het glazen omhul-sel van het nieuwe ING-kantoor langs de ringwegA10 bij Amsterdam cilindrisch afgerond. De hoekenwaar deze contourlijnen elkaar ontmoeten zijn bol-vormig. De verbijzondering geeft de gevel een meer-waarde en impliceert vaak dat de rest van de gevelvan hetzelfde materiaal gemaakt wordt. De meesteprojecten zijn te klein van omvang om een ingrij-pend innovatietraject op af te kunnen schrijven.Maar grote projectenrechtvaardigenookgrote inves-teringen in innovaties.Pasalsalleonderdelenin3Dvooreenconcurrerendeprijsverkrijgbaarzijn,zullendetotalekostenvaneenbollende gevel gelijk zijn aan die van een platte. Danworden de aansluitdetails net zo simpel als de beves-tiging van een voorruit in een auto. Maar zolang glasin 3D niet verkrijgbaar is, zal een medium nodigblijven dat de vari?rende afstand van een platte ruittot een bollend betonnen gevelelement overbrugt.Zo zijn bij het Neue Zollhof in D?sseldorf (ontwerpFrank Gehry) platte ruiten gevat in rechthoekigekozijnen, die voor de gebogen gevel liggen (foto 9).De algemene beschikbaarheid van vrijgebogen glaszal de ontwikkeling van vervormtechnieken vanandere gevelmaterialen een enorme impuls geven.Een enkel bedrijf biedt het glas nu al aan, zoals C-tek in de V.S. (www.c-tek.com), eventueel zelfs (che-misch) gehard en/of gelamineerd. Het wordt bij-voorbeeld gebruikt voor de opbouw van luxe jachten.Indezebrancheismeergeldbeschikbaarvooronder-zoek. En de ontwikkelingen gaan snel: binnen tienjaar zal vrijgebogen glas op grote schaal en verkrijg-baar zijn tegen voor de bouw aanvaardbare kosten.Bij een bollende gevel staan de delen van gevel ele-menten overal onder een andere hoek. Dat impli-ceertzekerbijeenapartebinnen-enbuitenhuid,veelgespecialiseerd werk voor landmeters.Vooral wanneer uitgegaan wordt van een combina-tie met gestandaardiseerde (rechte) elementen ont-staan overal verschillende maten. Dit is vaak bij eenstaalconstructie het geval wanneer bijvoorbeeld aande stalen dragers bollende ruiten gehangen moetenworden. Beton daarentegen wordt meteen in dejuiste vorm geproduceerd ? het combineert de func-ties van drager, afstandhouder en vlakvuller. Beves-tigingen voor componenten kunnen in de bekistingin de juiste richting worden mee gefreesd. Controlein maatvoering tijdens de bouw en stelwerk zijn danbeduidend lager. Bij het maken van vrij gebogen vlak-ken is het essentieel zoveel mogelijk handwerk te voorko-men.Mensenwerkenmindernauwkeurigdanmachi-nes en zij introduceren fouten.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pO n t w i k ke l i n g e ncement 2003 2 79 | Van het computer-gestuurd uitfresen, hetleggen van de wapening,het nauwkeurig stellenvan de prefab elemententot het uiteindelijkeresultaat: Neue ZollhofU i t v o e r i n g s t e c h n i e k e n v o o r v r i jg e b o g e n v o r m e n v a n b e t o nVrij gebogen vlakken zijn nu opgenomen in hetvormvocabulaire van de architectuur. De wens dietoe te passen is blijvend, maar de omvang van demarkt hangt samen met de aangeboden productenen technieken.Met beton kan een gesloten dunne omhulling vooreen paviljoenachtig gebouw gemaakt worden, waar-bij de huid zelfdragend is, dan wel opgehangen aaneen onderliggend raamwerk.Dergelijke unieke gebouwvormen blijven wellichteen klein deel uitmaken van de totale marktomvang.Wellicht zal de productie van gebouwgevels vanmeerverdieping gebouwen in kwantiteit groter zijn.Daarbij kunnen de bollende gevelelementen al danniet de vloeren dragen. Door deze met vloeiendelijnen 'organisch' in de vloeren te laten overlopenkan wellicht met stijve inklemmingen het materi-aalgebruik geminimaliseerd worden.Dubbelgebogen betonnen gevelelementen zijn sa-men te stellen tot een dragend gevelvlak, een carros-serie, waar componenten als kozijnen of glas, `inge-plugd' kunnen worden. Door gieteigenschappen teoptimaliseren wordt het mogelijk in een daartoe ont-worpen profilering in de betonelementen, anderecomponenten te bevestigen zonder medium, bij-voorbeeld glas zonder een kozijn. Beton combineertzo grote voordelen: het is goedkoop en koud te ver-werken tot `one-of'-producten.De uitvoeringsmogelijkheden zijn met de nieuweschuimproducten en snel ontwikkelende freestech-nieken enorm uitgebreid. Uit polystyreenschuimgefreesde bekistingen zijn goedkoop: de freestijd inhet zachte materiaal is kort, het schuim kost weinig,en afval, resp. gebruikte mal zijn goed te recyclen.Door het lage gewicht is de mal goed te hanteren.Freestechnieken die ontwikkeld zijn voor het pro-duceren van gietmallen voor bijvoorbeeld motor-blokdelen, worden ingezet om met hoge nauwkeu-righeid talrijke variaties in betontechniek te maken.Als beton gefreesd kon worden, dan zou dit de tus-senstap van een bekisting overbodig maken, maarde harde bestanddelen maken de bewerking totzandstralen van de freesboor. Bovendien verhoogthet geproduceerde harde stof de slijtage van de fijn-mechanische apparatuur.Bij het Neue Zollhof zijn gefreesde polystyreen mal-len toegepast, sommige om prefab elementen te gie-ten, sommige als ingelegde vormen tussen stalenbekistingen voor het ter plaatse storten van torde-rende dan wel vrij bollende wanden (foto 9).Aan de Zuidtangent in Hoofddorp ligt het openbaarvervoerknooppunt Fluid Vehicle. Het is ontworpendoor Maurice Nio en VHP architekten (foto 10).Blokken,gefreesduitpolystyreenschuim,zijngesta-peld tot een massief volume als een enorm stukgesmolten plastic. Het geheel is ter plaatse met poly-ester bekleed. Een ferrocement schaal met gelijkevrijheid van vorm kan bij grote zwaarder belasteobjecten de rol van het polystyreen overnemen.De constructies van Nervi zijn gebaseerd op gestan-daardiseerde elementen.Tegenwoordig kan zelfverdichtend beton met staal-vezelwapening tussen verticaal opgestelde mallengegotenwordentotdunneprefab-elementen.Zozijnnaar wens `one-of-a-kind' prefab-elementen voor vrijgebogen (al dan niet generfde) schaalconstructies temaken met een profilering aan de binnen of bui-tenzijde voor de stevigheid.Extreem dunne vlakdelen zijn in schalen te combi-neren met een nerfstructuur voor de wapening.Zo is de huid van een betonnen wedstrijdkano zodun dat het fijne gaas daarin nauwelijks nog alswapening dient. Het beton heeft eerder de functieals afsluiting van de openingen in het gaas.Naast ingestorte vrijgebogen wapening kunnen inhet zicht blijvende stalen componenten in de bekis-ting worden gelegd. Ook holle (of met schuim ge-vulde) onregelmatige ruimten zijn met gefreesdemallen relatief eenvoudig uit te voeren.T o e k o m s t i g e m a r k tGevels en draagconstructies zijn in een steeds gro-tere vormvari?teit rationeel uitvoerbaar. Hoe vaak zijtoegepast zullen worden, is moeilijk in te schatten.De sterke hausse in de bouw is voorbij, maar ook intijden van bezuinigingen is er geld voor uitdagendeprojecten met alleen al door de vorm een meer-waarde. Voor grootschalige toepassing zijn evidenteeconomische of gebruiksvoordelen vereist. Nu zijnblobs meestal slechts een omhulling, waarin nau-welijks van schaalwerking gebruik wordt gemaakt.Daarbijwordtteruggevallenoptechniekendieeigen-lijk voor platte en enkelvoudig gebogen vlakkenbedoeld zijn. Maar de toenemende marktvraag envormexperimenten geven een groeiend zicht op haal-bare innovatietrajecten. sA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pO n t w i k ke l i n g e ncement 2003 2810 | De verkeersknoop`Fluid Vehicle' van deZuidtangent inHoofddorp(foto NIO architecten)