Lovasközpont a Csepel-szigeten

Károlyfi Kitti és László Gabriella diplomamunkájukban alapvető célként tűzték ki egy olyan épület tervezését, amelyen az építészeti - és a szerkezettervezés egymásra hatása jól vizsgálható. A modern építészet tárházát felhasználva olyan lovasközpontot terveztek, amely ideális hely lehet a lovassport hagyományának felélesztésére. 

Diplomamunkánk témaválasztását egy napjainkban egyre fontosabb kérdés – az építész és szerkezettervezői munka összehangolásának problémája – határozta meg. Az építészet lehetőségeinek tárháza jelentősen megnőtt, köszönhetően a szoftveres tervezés és a gyártástechnológia fejlődésének, amely lehetővé teszi a bonyolult geometriájú, kétszer görbült szerkezetek tervezését és kivitelezését is. A szabad formájú épületek nem csak esztétikai értéket hordoznak, de jelentős előnyökkel isrendelkeznek. Értelmezhetjük őket szilárd burokként, amely héjszerkezetként, az alatta lévő funkciónak megfelelő ideális formájú. Ezek az épületek nem tartalmaznak felesleges sarkokat, tereket, az éppen szükséges teret veszi el az adott funkcióhoz és a lehető legkisebb felülettel burkolja be azt.

Építészeti, tömegformálási szempontból előnyt jelent, hogy kétszer görbült felületekkel közbenső támasz nélkül lefedhetők a nagyobb fesztávok. A szabad formájú épületek tervezése azonban összetett folyamat, amely különös gondosságot igényel. Az építész és statikus tervezők - már a koncepcionális tervezéstől történő - szoros együttműködése nélkülözhetetlen, ezen múlik a végeredmény is. Mindemellett mindkét szakág esetén fontos, hogy a társszakma vonatkozásaira is rálátásuk legyen, hiszen ebben az esetben a funkció, a szerkezet és a forma erőteljesen befolyásolják egymást.

2015-ben adódott a lehetőség, hogy megismerjünk egy olyan, hazánkban még ritkán alkalmazott módszert, amely lehetőséget ad szabadformájú épületek könnyebb tervezésére, azok szerkezeteinek optimalizálására és a legelőnyösebb megoldások megtalálására. Ez a tervezési módszer megkönnyíti az építész és statikus munka összehangolását, a két szakma közötti határterület megtalálásával a közös projektek megvalósítása megkönnyíthető. Ekkor tűztük ki célként, hogy diplomamunkánkban egy konkrét tervezési feladaton keresztül szeretnénk vizsgálni és bemutatni a tervezési folyamatot az építészeti koncepciótól egészen a koncepcionális szerkezeti méretezésig, kihasználva az integrált szoftveres környezet nyújtotta lehetőségeket.

Funkcióválasztás

Első lépésként olyan funkció után kutattunk, amelynél igényként merülhet fel a reprezentatív formálás. Ekkor jött szóba a 2024-es magyarországi olimpia eshetősége, hiszen az olimpiai komplexumoknál jellemző a nagyvonalú és reprezentatív létesítmények alkalmazása. Az olimpiai sportágak közül a lovaglást választottuk, mivel ez hazánkban jelentős múlttal rendelkezik. Egykor az élvonalban voltunk a lovas sportok terén, mely ágazat az utóbbi évtizedekben maradandó szakmai és minőségi károkat szenvedett. A II. világháborút követően az oktatók, versenyzők és szakértők nem tudtak a szakmájukban maradni, sokan csak külföldön érvényesülhettek. A lovas turizmusnak, lovas sportoknak és a hagyományőrzésnek azonban jól láthatóan van helyük, fejlődési potenciáljuk, mivel az ágazat rendelkezik azzal a hagyományokra épülő szakmai elhivatottsággal és tudással, amely által hazánk újra lovas nemzet lehet. Ezt a nemzeti hagyományt szeretnénk újra feléleszteni és visszaállítani a sportág színvonalát az egykor elért szintre.

A díjugrató versenyek egyre népszerűbbek a világban, ám Kelet-Európa ebből a fejlődésből egyelőre kimaradt, ezért is tartjuk fontosnak egy olyan létesítmény tervezését, amely nemzetközi vagy akár világversenyek rendezésére is alkalmas. Emellett a gazdasági előnyök is számottevőek, ugyanis a versenyek mellett jelentős bevételt hozhat a lovas turizmus, a bérlótartás és az oktatás is. Ezért a lovas komplexumot úgy terveztük, hogy e célokra alkalmas legyen, sőt a feltételezett 2024-es budapesti olimpia lovas versenyszámainak is helyet adjon.

Tervezési program

A lovas központ funkcionális szempontból alapvetően két célt szolgál. Egyrészt beltéri és szabadtéri sportolási lehetőséget biztosít, melyben teret kap az elméleti és gyakorlati oktatás hobbi- és versenyszinten, a lovas terápia, valamint a bérlótartás. Másrészt kikapcsolódási lehetőséget kínál a nézők számára hazai, nemzetközi, és lovas világversenyek, valamint egyéb sport- és kulturális rendezvények által. A meghatározott igények kielégítéséhez az épületegyüttesnek tartalmaznia kell megfelelő befogadóképességgel rendelkező fedeles és fedetlen versenypályákat, és a velük közvetlen összeköttetésben lévő fedeles és fedetlen bemelegítő pályákat. A nézők kiszolgálásához szükséges fogadó-várakozó és fogyasztótér kialakítása. A bemelegítő pályákhoz közel érdemes az iskola- és bértartott lovak tartására szolgáló istállók és kiegészítő helyiségeket elhelyezése.

Helyszín

A megvalósíthatósági tanulmány alapján a 2024-es olimpia központja a fővárosban, a XXI. Kerületi Kvassay-zsilip környezetében alakítandó ki. Az olimpiai falu a Csepel-sziget északi részén kap helyet, ezért a tervezett épületegyüttes annak közvetlen közelében, az Észak-Szigetcsúcs keleti részén helyezkedik el. A terület megfelelő közelségben van a belvároshoz, valamint a város legnagyobb egybefüggő – mintegy 250 hektáros – zöldterülete lévén ideális környezet a lovas központnak. Az olimpia rendezési feltétele az infrastruktúra fejlesztése, ezért a tervezés során alapul vettük a fejlesztési tervekben szereplő Galvani út és híd kiépítését.

Építészeti koncepció

A tervezés egyik alappillére a szabad formálás. Az épületegyüttes a modern építészet eszközeivel ad teret a lovas hagyománynak. A cél egy reprezentatív komplexum létrehozása, amely él a XXI. századi építészet adta lehetőségekkel, mindemellett formálásával, alkalmazott tervezési, konstruálási eszközeivel a lovas sportra jellemző dinamizmust, erőt és mozgást sugallja. A választott terület a szabad formálást nem gátolja, illeszkedési problémák nincsenek. Célunk volt az emblematikus megjelenés, olyan épületegyüttes létrehozása, amely olimpiai létesítményként is identifikálhat.

Az építészeti koncepció második tézise az optimumra való törekedés. A szabad formájú épületek esetén – mivel az építész lehetőségei korlátlanok – gyakran a formai igény határozza meg a szerkezetet, a tömegformálás könnyen öncélúvá válhat. A tervezési folyamat során fontos szempont volt a funkció-forma-szerkezet egymásra gyakorolt hatásának folyamatos vizsgálata, a három tényező közötti optimum keresése.

A harmadik tézis a versenypályák nézők általi egy pontról történő megközelítése. Ezzel egy reprezentatív előcsarnok alakul ki, amely ünnepélyessé teszi a megérkezést, valamint lendületet, sodrást ad a közlekedésnek. Ez a központi tér kapcsolatot létesít a pályák között és koherens együttessé teszi az épülettömegeket.

A lovas központ működéséből adódik a koncepció következő pontja, amely a hétköznapi használat és a versenyszituáció tömegképzésben való megjelenítése. Alapvető döntés volt, hogy a vendégek és a sportolók által használt terek térben és megjelenésükben is elkülönüljenek.

Telepítés

A telepítést két alapvető szempont befolyásolta. Fontos volt, hogy a lovas központ kellő mértékben szeparált legyen a külső környezettől, mindazonáltal a vendégek által használt épületek és terek nyissanak a közönség felé. Másrészt vizsgálandó a használat kettőségéből adódó különböző rendeltetésű és minőségű épületek megfelelő térbeli kapcsolata. Az épületegyüttes fő megközelítése északi irányból történik, míg a kiszolgálás a Weiss Manfréd útról leágazva, a délkelet felől. A két versenypálya oly módon fogja közre az előcsarnokot, hogy az a fő megközelítési pont felé tölcsérszerűen kiszélesedve vonzza be a látogatókat. A pályákhoz közvetlenül csatlakoznak a bemelegítő pályák, amelyeket a koherens formálás érdekében dombba süllyesztettünk. A déli oldalon, a telepítés ívét követve, valamint azt lezárva helyeztük el az istállókat és kiegészítő funkcióit. Az építészeti koncepciónak megfelelően a bejárati csarnokba egy széles, ünnepélyes lépcsőn át lehet feljutni, ahonnan közvetlenül elérhető mindkét versenypálya nézőtere.

A fedeles lovarda formakeresése

Diplomamunkánk részleteiben kidolgozott eleme a fedeles lovarda. A versenypálya mérete a FEI (Nemzetközi Lovas Szövetség) által meghatározott értékeknek megfelel, illetve a többcélú használhatóság érdekében azon túlmutat (40 x 80 m). Ebből adódóan a 4500 főt befogadó épület alaprajzi befoglaló mérete 136x100 m. Az épületben kialakítottunk a bírók, a média, valamint a VIP vendégek számára elkülönített közlekedőt, lelátót és fogyasztóteret, irodákat, gépészeti helyiséget. Ezeket a funkciókat célszerűen központosítva, egy magban helyeztük el, ügyelve a pályára való megfelelő rálátásra.

A szabad formájú épületek kapcsán az egyik alapvető kérdés a forma megválasztása. A geometria definiálására számtalan módszer létezik, de alapvetően három csoportba sorolhatók:

• szoborszerű formaalkotás: kézzel vagy számítógéppel alkotott, interaktív módon formálható modell
• geometriai elemekből felépülő modell
• fizikai folyamatok által meghatározott forma: láncgörbe kísérlet, szappanhártya kísérlet

A fedeles lovarda esetében a formakeresést több szempont befolyásolta. Egyrészt az építészeti koncepcióban megfogalmazott igény az emblematikus, dinamikus megjelenésre, másrészt a funkcionális igények. Az említett kiegészítő funkciók (média, bírók, VIP elkülönített terei) egy magban történő elhelyezése által az épület déli oldalán egy jelentős tömeg – 4 szintes vasbeton épületrész – jelenik meg.

A kiinduló forma tisztán a funkcióból adódott. A nézőtér nagyobb belmagassági igénye szerint egy körbefutó nyeregfelület volt az első vízió, amely két egymásra merőleges parabolából jött létre. A nyeregfelület és az oldalfelület lekerekítése által alakult ki az első épülettömeg. A forma kritikus pontja a megfelelő lejtés kialakítása, és ahogy a vízlefolyás vizsgálat is kimutatta, a forma módosítására volt szükség. A továbbgondolt forma esetén a geometriai módszert alkalmazva a hyperbolikus paraboloid volt a kiinduló pont. Ez a forma a magasabb vasbeton épületrész miatt torzított, oldalfallalhoz kapcsolása szintén lekerekítéssel jött létre. Ez a tömeg stilizált nyeregként az építészeti koncepcióban megfogalmazott igényeknek is megfelelt.

Szoftveres tervezés

A tervezési folyamatot alapjaiban meghatározta a rendelkezésre álló szoftveres környezet. Az építészeti és szerkezettervezői munka összehangolásának egyik feltétele a szoftverek közötti könnyű átjárhatóság, az elemek együttműködése. A felületek megadása háromdimenziós rajzoló program, ez esetben a Rhinoceros 3D segítségével történt. Ez az egyik leggyakrabban alkalmazott tervező szoftver, amely NURBS-alapú ábrázolási módot használ. A NURBS-felületek nem csak közelítik a görbületet kisméretű lapos felületekkel, hanem tényleg simák, így különösen alkalmasak organikus modellek készítésére. A Rhinoceroshoz tartozik egy kiegészítő, a Grasshopper, amely segítségével már képes a parametrikus tervezésre. A modellépítés során ezzel az eljárással az adatokat, geometriát nem kell fixen definiálni, azokhoz egy változtatható paraméter rendelhető. A parancsokból összefüggő kapcsolati hálózat, azokból pedig egy rendszer készíthető. Így elérhető, hogy egyetlen paramétert megváltoztatva a teljes modell változik minden komponensével együtt. Ez a koncepcionális tervezés során rendkívül előnyös lehet, ugyanis a modell könnyedén alkalmazkodhat a felmerülő igényekhez. A fedeles lovarda első formaváltozatait a Rhinoceros általános kezelőfelületén terveztük. A funkcionális igények és az építészeti koncepció pontosítását követően készült el a jelenlegi forma, már paraméteres tervezési módszerrel.

A Grasshopperben ezen kívül lehetőség van hálózatok generálására és optimalizálására is. A lovarda esetében alapvetően háromszög hálózatot készült, főként esztétikai és gazdaságossági szempontokból. A kétszeresen görbült felület megfelelő méretű négyszöghálózat alkalmazása esetén görbült felületű burkolatot eredményezne. A felületre kétféle háromirányú hálózat született, amelyek közül különböző vizsgálati szempontok - rudak és csomópontok száma, rudak hossza - alapján választottuk ki a kedvezőbbet.

Szerkezeti koncepció

A térlefedő szerkezet egyrétegű háromszög hálózatú acél rácsfelület. Az épület funkciójából adódóan nem rendelkezhet belső megtámasztásokkal, viszont formája miatt nem képes tisztán membrán erőjátékra. A szerkezeti kialakításra két koncepció született. Az első változat hierarchikus szerkezeti rendszert alkot: egy a küzdőteret lefedő rácsfelületből és egy főtartós rendszerből, amely biztosítja a szerkezeti forma alakját, valamint viseli a rácsfelület reakcióerőit. A két rendszer között egy peremgerenda biztosítja az erők továbbítását. A második változat hasonló hierarchiával rendelkezik, azonban a főtartós rendszerhez az oldalfal és a nyeregfelület rácsozata által alkotott, összefüggő hálózat csatlakozik.

Olyan koncepció volt a cél, amely mind szerkezeti, mind építészeti szempontból is optimális, ezért a főtartós rendszerre több változat született. Alapvetően két irány alakult ki: egy letisztult és egy organikus forma. Esztétikai szempontokból az utóbbit, azonban figyelembe kellett venni a szerkezeti befolyásoló tényezőket is. Fenn áll ugyanis annak a veszélye, hogy a lefedő nyeregfelületről lehajlás következtében a káros mértékű nyomatékok és húzóerők túlterhelhetik a főtartókat, ami miatt káros mértékű deformációk jöhetnek létre. Ennek megakadályozása érdekében javasolt minél több ponton és több irányból csatlakozni a főtartókkal a lefedő hálózathoz, valamint minél távolabb helyezni a főtartót a nyeregfelület és az oldalfal csatlakozási vonalához, ezzel növelve az erőkart. Így a szerkezeti forma biztosítása érdekében a két főtartó változat szerkezeti rendszerét ötvöztük. Ennek végeredményeként jött létre a végleges főtartós rendszer, amely egymáshoz és a hálózathoz szervesen kapcsolódva körbefut a csarnokban.

Az alkalmazott integrált számítógépes környezet lehetővé tette a szerkezeti modell 3D nyomtatását is.

Koncepcionális méretezés

A Rhinocerosban és a Grasshopperben megalkotott szerkezeti geometriát egy lépésben importáltuk a ConSteel acélszerkezet tervező szoftverbe, ahol a koncepcionális méretezés készült. Az építészeti koncepciónak megfelelően a szerkezet összes rúdja melegen hengerelt CHS szelvényből készül. A tervezett modell kezdetben azonos méretű CHS szelvényekből épült fel. A méretezés lépései a modellhelyesség tesztelését követően a következőek voltak:

• a modell megfelelő erőjátékának biztosítása
• keresztmetszetek méretezése
• globális stabilitásvizsgálat.

A koncepcionális tervezést az egyszerűség kedvéért a mértékadó teherkombinációra – azaz az állandó terhekre és a magyarországi féloldalas hóteherre – végeztük el. A teljes modellt a kezdeti igénybevételek alapján tíz rúdelem csoportra osztottuk, ahol minden csoporthoz azonos átmérőjű és falvastagságú CHS szelvényt rendeltünk. A tényleges szelvények kiválasztása a ConSteel automatikus keresztmetszet méretező moduljával történt. Mivel a legnagyobb keresztmetszeti kihasználtságok a megengedett 100% alatt maradtak, a koncepciót működőképesnek véltük, a 128 kg/m² fajlagos szerkezeti acél felhasználás a részletes tervezés során tovább csökkenthető.

A keresztmetszetek szilárdsági ellenőrzését a globális stabilitásvizsgálat követte. Az első vizsgálatokból levont következtetés, hogy az első kritikus teherszorzó értéke túl alacsony, valamint a kihajlási alakok a koncentrikus gyűrűk mentén hullámzást mutatnak. Ennek orvoslására – a hálózat sűrűségének változása miatt kialakult átmeneti – gyűrűk mentén térbeli rácsos merevítő bordákat vittünk végig. A globális stabilitásvizsgálat végrehajtásához az EN 1993-1-1 szabvány nyomott rúdra vonatkozó globális helyettesítő imperfekciós módszerét alkalmaztuk, melynek eredményeként a keresztmetszeti kihasználtságok ugyan jelentősen megnőttek, de nem lépték túl a megengedett 100%-ot.

Összefoglalás

Diplomamunkánk célja alapvetően az építészeti és szerkezettervezés egymásra hatásának vizsgálata egy építészetileg és szerkezetileg is kihívást jelentő feladaton. Funkcióválasztásunkkal a magyar lovassportot szeretnénk feleleveníteni, a hagyományt feléleszteni, s mindezt a modern építészet tárházának alkalmazásával. Az épületegyüttes nagyfesztávú fedeles lovardája kapcsán vizsgáltuk a forma-funkció-szerkezet kölcsönhatását, s kitűzött célunk volt, hogy mind építészetileg, mind pedig szerkezetileg optimális megoldást találjunk. Bár diplomatervünk részleteiben kidolgozott eleme a fedeles lovarda, igyekeztünk az épületegyüttesre komplex megoldást adni. A terv terjedelméből adódóan főként koncepcionális válaszokat adtunk, hiszen nem is volt célja az együttes részletekbe menő kidolgozása, sokkal inkább a két szakma határterületének vizsgálata, az esztétika és szerkezeti kialakítás összefüggéseinek feltárása.

Károlyfi Kitti, László Gabriella