Kelvincell cluster

Posted on Posted in 3. adaptieve evenwichtsvormen

Onderzoek: Is een cluster van Kelvincellen bruikbaar voor de begrenzing van de binnenruimte door adaptieve architectuur?


Samenvatting


De veronderstelling is dat een Kelvincell cluster bijzondere vormeigenschappen heeft waardoor het geschikt is als begrenzing van de binnenruimte door adaptieve architectuur. De vraag van dit onderzoekje is dan ook: Is een cluster van Kelvincellen bruikbaar als bouwsteen voor de adaptieve en plastische binnenruimte?


Inleiding

Een groenteboer kan zich afvragen op welke manier hij zijn sinaasappels het beste kan stapelen, zodat in een kist zoveel mogelijk sinaasappels passen. Recht opstapelen levert veel grote tussenruimtes op. Diagonaal is meer efficiënt. Een slimme groenteboer schudt daarom zijn kisten en laat de sinaasappels zodoende een optimale stapeling vinden. Stapeling van bollen – op welke wijze dan ook – levert altijd onbenutte ruimte op. Wiskundigen hebben zich de vraag gesteld of er een vorm bestaat dat de 3 dimensionale ruimte optimaal invult. Lord Kelvin (die van de temperatuurschaal) heeft in het eind van de 19e eeuw een stelling geponeerd dat dit een 14vlak is. Tot voor kort werd aangenomen dat de zogenoemde Kelvincell de meest optimale vorm is. Desondanks bestond hiervoor niet echt een bewijs. Onlangs (in 1993) bleek dat er een andere manier bestaat die de ruimte efficiënter invult. Weaire en Phelan vonden dat een element bestaande uit 2 verschillende vormen dat de ruimte efficiënter invult: de Weaire–Phelan structuur.  


Randvoorwaarden en vraagstelling

De binnenruimte zal moeten worden opgetrokken uit elementen die segmentief en repetitief zijn en makkelijk verwijderbaar en toevoegbaar zijn.  Hierdoor is de binnenruimte relatief eenvoudig te fabriceren en blijft de binnenruimte plastisch en adaptief. De Weaire–Phelan structuur valt af omdat deze structuur uit 2 verschillende vormen en daarmee minder segmentief en repetitief is dan een Kelvincell. Het gegeven dat de laatste de ruimte enigszins minder optimaal invult is van minder belang. De vraag is echter of een structuur van Kelvincellen ook plastisch is en adaptief kan zijn. Dit is de vraag staat in dit item centraal.


Resultaten

Een Kelvincell bestaat uit 6 hexagonen (6 vlakken) en 6 vierkanten. In Google sketchup is deze vorm opgezet. De structuur zie je pas goed als je beweegt. Bekijk daarom het bijgevoegde filmpje. Je kan zien dat de structuur van Kelvincellen een 2 ledig karakter heeft: diagonaal en orthogonaal. De staande orthogonalen is rood gemaakt. In de structuur is een opening gemaakt om een indruk te geven hoe een binnenruimte eruit kan zien.


Conclusie

De structuur van Kelvincellen is niet goed te begrijpen als je enkel kijkt naar een stilstaand beeld. Een beweging in of rondom de structuur is een must. Zo kun je zien dat de structuur heel repetitief is. Daarnaast valt ook op dat er vaste substructuren bestaan, bijvoorbeeld de staande rode kolommen. Deze repetitieve substructuren reduceren de plasticiteit. De substructuur verkleint de diversiteit aan open ruimtes binnen in de structuur. Dit hadden we niet verwacht. Repetitie en eenvormige segmenten hebben de plasticiteit te veel verkleind.