Elephant House Zoo Zurich
Architect : Markus Schietsch Architekten GmbH
지붕은 자유 경간의 얇은 목조 외피로 설계되었다. 사전에 세 겹으로 제작한 패널들을 현장에서 구부려 곡면 형태를 만들고 못을 박아 고정했다. 개구부들은 현장에서 육중한 목재 셸 구조 속을 잘라 만들었다. 연속적으로 변화하는 입면 구조는 하중 지지영역을 나타내는 유기적 형태의 테두리로, 마치 지붕의 경계까지 자라나는 듯한 박막들로 이루어진다.
이 아이콘적인 지붕 셸 구조는 역동적인 입면과 함께 분위기 있는 외피와 상형화된 ‘자연-구조’를 형성하며, 디자인의 본질을 건축과 풍경의 공생으로 집중시킨다.
글: 마르쿠스 쉬치 건축사사무소
The new elephant house in Zurich Zoo is embedded in the extensive landscape of the newly designed Kaeng Krachan Elephant Park. The characteristic element of the new elephant house is its striking wooden roof which blends into the landscape as a shallow freeform shell-structure. The roof dissolves into a transparent mazelike structure that establishes an organic relationship to the surrounding forest. In the interior the roof unfolds its atmospheric effect: as if through a canopy of trees the sunlight filters through the intricate roof structure generating constantly changing light atmospheres.
The roof is designed as a shallow, free-spanning wooden shell. Prefabricated triple-layer panels were bent on-site into their form and nailed up. The openings were cut out on-site from the massive wooden shell. The continuously changing facade structure consists of lamellas that seemingly grow up to the edge of the roof as an organically shaped band indicating the load bearing areas.
The iconographic shell of the roof together with the dynamic facade form an atmospheric envelope and pictographic “Nature-Construction” concentrating the essence of the design into a symbiosis between architecture and landscape.
Written by Markus Schietsch Architekten GmbH
Structural system The large roof with a free span of 80m is constructed as a wooden shell. Shell structures allow large spans with a very economic and efficient use of the material. Contrary to a normal beam construction a shell structure transfers the forces into the ground without generating large bending moments by using a curved surface so that the forces flow in direction of the structure.
Therefore the form of the shell is crucial for its efficiency and performance. Architects and Engineers have experimented with shell and membrane structures by using physical models for form finding and testing.
The basic principle to generate the ideal form of a shell is the catenary of a free hanging cable or chain. Since the elephant house has an irregular free formed shape this principle had to be translated in a digital 3D ‘hanging model’ for generating the ideal form and adapt it to the architectural expression. The developed parametric computer model was also able to be adapted to changing inputs as for example size and positions of the openings or the detailed analysis of snow loads and wind forces.
구조 체계 80m의 자유 경간을 지닌 커다란 지붕은 목조 셸로 구성되었다. 셸 구조는 재료를 아주 경제적이고 효율적으로 활용하면서 넓은 경간을 허용한다. 통상적인 보 구조와는 반대로 곡면을 활용하는 셸 구조는 커다란 휨 모멘트를 발생시키지 않고도 구조의 결을 따라 힘을 지반으로 전달한다.
따라서 셸의 형태는 그 효율성과 성능에 있어 매우 중요하다. 건축가와 엔지니어 들은 실물 모형을 통해 적절한 형태를 찾고 시험하면서 셸 구조와 막구조를 실험 해왔다.
기본적으로 셸의 이상적 형태를 만드는 원리는 케이블이나 체인을 자유롭게 매달 때의 현수선 형태를 만드는 것이다. 이 건물은 불규칙한 자유 형태를 취하기 때문에, 3차원 디지털‘ 현수형 모델’을 통해 이상적 형태를 만든 다음 그것을 건축적 표현으로 변환해야 했다. 그렇게 개발한 파라메트릭 컴퓨터 모델은 개구부의 크기와 위치 값을 달리하거나 설하중과 풍하중을 상세히 분석한 결과에 따라 조정이 이루어졌다.
Wooden Shell Usually shell constructions are omni-directional structures. The loads are transferred directly to the closest load bearing element following the progress of the declining form. Wood however is an anisotropic materials and has a directional structure.
Its structure of parallel fibers is very strong in longitudinal direction but weak in orthogonal direction. Therefore the challenge was to develop a structural system which would allow for the transformation of a directional material into an omni-directional structure which resulted in a prototypical structure. The main idea was to construct the shell with three layers of cross laminated timber panels, which are rotated against each other by 60° and joined together by nailing them up on site. The panels form a stable shell and divide the flow of forces by their changing directions. Onto this primary shell a layer of reinforcement ribs was bend to stiffen the shell. On top of the ribs following the edges of the openings a layer of laminated veneer panels completes the structural system forming a sort of box girder with a height of 54cm and a total free span of over 80m.
The wooden shell rests on an embracing concrete ring following the undulating edge of the roof. This concrete beam is pulling together the forces of the shell and transfers them into four bundles of concrete slabs and a linear concrete wall transferring the loads into the ground. The concrete slabs are placed at the low points points of the roof. In between the load bearing areas the edge of the roof spans as an arch.
목조 셸 일반적인 셸 구조는 특정한 방향성이 없는 전방향적 구조이기에, 하중은 하강하는 형태의 진행방향을 따라 가장 가까이 있는 내력 부재로 바로 전달된다. 하지만 목재는 비등방성 재료로서 방향성이 있는 구조다. 목재의 평행 섬유구조는 길이 방향으로 매우 강력하지만, 수직 방향으로는 약하다. 따라서 이렇게 방향성 있는 재료를 전방향적 구조로 변화시켜 프로토타입이 될만한 구조 체계를 개발하는 게 관건이었다.
주된 아이디어는 세 겹의 집성목 패널을 60도씩 회전해가며 교차시켜 현장에서 못박아 접합하는 방식으로 셸 구조를 짜는 것이었다. 이러한 집성 합판들은 안정적인 셸을 형성하며, 변화하는 결의 방향에 따라 힘의 흐름을 분할한다. 이런 구조를 기반 으로, 한 층의 곡면 늑재들을 덧대어 셸의 강성을 높였다. 개구부들의 경계를 따라 늑재들을 보강하고 그 위로 한 층의 베니어 합판을 덧붙임으로써, 구조 체계는 높이 54cm에 총 자유 경간은 80m를 넘는 일종의 상자형 보(Girder)를 형성하게 되었다. 목조 셸은 지붕의 굽이치는 모서리를 따라 휘감아도는 환형의 콘크리트 보 위에 놓인다. 콘크리트 보는 셸에 작용하는 힘들을 끌어 모아 네 묶음의 콘크리트 슬래브로, 선형 콘크리트 벽체로 전달하고, 그렇게 하중을 지반으로 전달한다. 콘크리트 슬래브들은 지붕의 낮은 지점들에 배치되며, 내력 영역들의 사이에는 지붕의 모서리가 아치를 그리며 이어준다.
About ‘wood structure’ Interview with Markus Schietsch Architekten GmbH
What are the special properties of the wood used in this project? The free-formed shell is constructed out of three layers of cross laminated timber (CLT) panels, which are rotated against each other by 60° and joined by nails in order to create an omni-directional structural system, i.e. a shell structure out of wood. What techniques of wood processing, construction or the like were applied to this project? The individual pieces of the timber shell were CNC milled and assembled like a giant puzzle. What do you think as an architect are the advantages and values of wood as a building material?
The materiality of this specific project with its symbiosis between landscape and architecture was from the very beginning conceptually conceived in wood. For this ‘nature-construction’ we wanted a natural and lively material acting as the scenographic backdrop of the visitors experience. Wood being a higly sustainable material is an additional benefit. How have you produced such various curves of wood in this project?
The panels of the first layer are precut without openings. They were bend on site over orthogonal ribs mounted on a continuous scaffolding. The panels of the second layer with precut openings with an offset of 20cm were bend over the first layer with a rotation of 60˚. The third layer was rotated again by 60 degrees with all panels having the precise cutout of the final openings and serving as a template to cut out the openings on site.
How have you resolved such disadvantages of wood as shrinkage, distortion, structural weakness, and the vulnerability to fire? For fire protection a layer of cement bonded particle boards is applied on top of the insulation and underneath the water proofing membrane.
이 프로젝트에 사용된 목재의 고유 특성은 무엇인가?
전방향적인 목조 셸 구조 체계를 만들기 위해, 현장에서 제재목들을 60도씩 회전해가며 못박아 접합한 삼중교차 집성목(CLT) 패널로 자유 형태의 셸 구조를 구성했다.
이 프로젝트에 적용된 목재가공법이나 목구조 공법 등의 적용된 기술은 무엇인가?
컴퓨터수치제어(CNC) 기법으로 목조 셸의 각 단편들을 절삭한 후 거대한 퍼즐처럼 짜맞추어 조립했다.
건축가로서 목재의 재료적인 매력과 그 가치는 무엇이라고 생각하는가?
이 프로젝트는 특히 조경과 건축의 공생을 도모했기 때문에 처음부터 목재를 사용할 생각이었다. 이러한 ‘자연-구조’를 위해, 우리는 방문객들의 경험에 장면적 배경을 제공할 생기 있는 천연 재료를 쓰고 싶었다. 목재는 지속가능성이 높다는 점에서도 이점이 있다.
이 프로젝트에서 어떻게 목재의 다양한 곡선을 연출하였는가?
먼저 개구부가 없는 첫 번째 층위의 패널들을 잘라낸 다음, 현장에서 연속 비계상에 장착한 직각 늑재들 위에서 구부렸다. 그 위로는 사전에 20cm 간격의 개구부들을 낸 두 번째 층위의 패널들을 60도 회전시킨 상태로 구부려 중첩시켰다. 세 번째 층위는 거기에 60도를 더 회전시켜 올렸는데, 모든 패널에 정밀하게 최종 개구부를 냄으로써 현장에서 개구부를 잘라내는 형판 역할을 겸했다.
목재의 단점으로 여겨지는 수축, 뒤틀림, 구조적 취약점, 화재 등의 보완은 어떻게 해결하였는가? 방화용으로 단열재 위와 방수막 아래에 시멘트 접합 파티클 보드(Particle board)를 한층 깔았다.
건축문화 2016년 2월호 [Monthly Issue]페이지 © 에이엔씨출판(주)
