architectural elements history of hyperbola forms

21
1 History of Building Technology Essay on a building technology milestone. Antoni Gaudi’s Funicular model for the Colonia Guell in 18981908 and how it evolved into the hyperbolic forms we have today Lee Finnerty 300182299

Upload: lee-finnerty

Post on 16-Mar-2016

224 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

An essay carried out for my architecture studies on the history of Antonio Gaudi's Inverted Hyperbola model of 1908

TRANSCRIPT

Page 1: Architectural elements history of hyperbola forms

1  

 

 

History  of  Building  Technology  

 

Essay  on  a  building  technology  milestone.  Antoni  Gaudi’s  Funicular  model  for  the  Colonia  Guell  in  1898-­1908  and  how  it  evolved  into  the  hyperbolic  forms  we  have  today

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Lee Finnerty

300182299  

 

 

Page 2: Architectural elements history of hyperbola forms

2  

 

Table of Contents

Essay ....................................................................................................................................................2  Introduction ........................................................................................................................................... 2  

Preface  -­‐  Salvador  Dali’s  quotation.................................................................................................... 2  

Introduction ....................................................................................................................................... 3    

Gaudi’s  Life  and  Influences ................................................................................................................ 3    

Main  Body.............................................................................................................................................. 5  

Before  The  Milestone:  Giovanni  Poleni  and  Heinrich  Hübsch  Models................................................ 5  Why  the  Funicular  Model  was  Different ............................................................................................ 5  How  Did  Gaudi  reach  the  Hyperbolic  Forms ...................................................................................... 6  

How  the  Funicular  Model  Works........................................................................................................ 8  Who  Took  up  What  Gaudi  Started ................................................................................................... 12  Pier  Luigi  Nervi ................................................................................................................................. 12  

Felix  Candela .................................................................................................................................... 13  Newest  Generation  of  Architects ..................................................................................................... 15  

 

Conclusion ........................................................................................................................................... 16    

Bibliography ..................................................................................................................................19  Books ................................................................................................................................................... 19  

Journals................................................................................................................................................ 19  Picture  References............................................................................................................................... 20  Endnotes ......................................................................................................................................... 16-­‐17  

Appendices .....................................................................................................................................18  

Page 3: Architectural elements history of hyperbola forms

3  

 

“In  the  distance  between  gigantic  ferns,  

Stands  white  the  wide  face  of  menhirs  and  towers,  

Alpine  pyramids  of  marble  upon  marble,  

Whose  summits  appear  to  pierce  the  sky.”1  

 

Salvador  Dali,  Artist,  Writer,  Musician,  and  a  great  supporter  of  ‘delusional  forgotten  buildings’  

spread  across  Europe,  writes  about  how  -­‐  to  approach  the  architecture  of  Antoni  Gaudi  -­‐  you  must  

avail  upon  the  senses.    

1. “Those  who  have  not  seen  his  militant  vision  

Are  traitors...  

2. Those  who  have  not  touched  the  bony  structures  and  living  flesh  of  his  delirious  

ornamentation  

Are  traitors...  

3. Those  who  have  not  heard  the  chromatic,  glowing  stridence  of  his  colour,  the  striking  

polyphony  of  his  organ-­‐pipe  towers,  and  the  clash  of  mutating  decorative  naturalism  

Are  traitors...  

4. Those  who  have  not  tasted  his  superbly  creative  bad  taste  

Are  traitors...  

5. Those  who  have  not  smelled  the  odour  of  sanctity  

Are  traitors...”  2  

 

                                                                                                                         1Extract  from  second  Canto  of  Poet  Jacint  Verdaguer,  who  wrote  this  poem  about  Sagrada  Familiar.  One  of  Catalan  literature’s  greatest  poets.  Bishop  Torras  I  Bages  called  him  ‘the  prince  of  Catalan  poets’.  [Descharnes]  He  was  also  a  leader  of  the  Renaixença,  a  movement  of  romantic  revivalism  in  the  late  19th  Century  Catalan  culture.  Bishop  Torras  I  Bages  was  also  a  spiritual  mentor  to  Gaudi.  Gaudi  was  deeply  affected  by  his  death  in  1916  (Burry).  2  Written  as  the  Preface  for  Descharnes:  Gaudi:  The  Visionary,  in  1968,  Hotel  St  Regis,  New  York.  

Page 4: Architectural elements history of hyperbola forms

4  

 

Salvador  Dali  implores  the  viewer  to  open  their  mind  so  that  all  five  senses  may  be  enhanced  by  the  

experience  of  Gaudi’s  architecture.  Dali  also  attacks  those  who  slander  his  work,  as  they  are  mainly  

those  out  of  touch  with  their  senses.  Traitors  all,  blind  deaf  and  dumb  to  the  colours,  sounds,  and  

superbly  creative  bad  taste  emanating  from  the  living  flesh  of  his  ‘mutating  decorative  naturalism’.  

 

Introduction  

The  hyperbolic  roof  structure  in  building  construction  is  a  form  seen  so  much  today.  Whether  in  

stadium  roofs  of  airport  hangers,  it  all  comes  from  one  origin.  The  milestone  that  changed  this  

aspect  of  buildings  forever  was  Gaudi’s  experimental  model  for  the  Colonia  Guell  from  1898-­‐1908.  

On  which  he  spent  ten  years  developing,  and  architects  after  him  spent  their  lives  continuing  to  

develop  and  expand  upon,  i.e;  Hypar-­‐forms  visualised  by  the  funicular  idea  of  inverted  forces.  Gaudi  

had  a  starting  point  begun  almost  one  hundred  years  before  him  by  Poleni,  and  his  idea  was  picked  

up  by  the  Candelas  and  Nervis.  Yet  Gaudi’s  idea  only  changed  the  future  because  it  was  a  leap  of  

genius  and  was  able  to  bear  fruit  in  the  minds  of  younger  generations  who  carried  on  and  developed  

his  ideas.  

 

Gaudi’s  Life  and  influences  

Gaudi’s  life  experiences  play  a  vital  role  in  why  he  created  this  milestone,  so  where  better  to  start  

than  with  the  person  behind  the  idea.  Born;  Antoni  Pacido  Guillermo  Gaudi  Y  Cornet,  June  25  1852.  

The  fifth  of  five  children,  he  came  from  generations  of  coppersmiths  on  both  his  mother  and  fathers  

side.  They  had  a  proud  history  of  living  within  Catalonia  for  over  two  centuries.  Gaudi  always  felt  he  

had  a  hereditary  sense  of  volume.  He  commented  once  that:  “...the  coppersmith  embraces  all  three  

dimensions  and  thus  unconsciously  has  a  command  of  space  that  not  every  man  possesses.”  

(Descharnes)  Gaudi  has  a  sense  of  space  inherited  over  centuries,  being  influence  mainly  by  his  

Fathers  keen  sense  of  space  whom  he  looked  up  to.  

 

Page 5: Architectural elements history of hyperbola forms

5  

 

He  went  to  Architecture  School  in  Barcelona  but  rejected  the  curriculum  as  dreary,  as  it  consisted  on  

imitating  styles  of  the  past.  He  instead  was  influenced  by  listening  to  Manuel  Mila  y  Fontanals3  

preaching:  “Defend  the  excellence  of  gothic  architecture”  against  Neoclassicism.  (Descharnes)  

Antoni  felt  that  gothic  was  the  model  of  architecture  and  saw  himself  as  the  ‘Saviour  of  gothic’4  He  

also  tried  to  keep  the  Greek  tradition  alive,  for  which  he  felt  unlimited  admiration.i  

 

Pujol’s,  analysing  Gaudi’s  love  for  the  sea  during  his  time  an  University  said:  “The  Sea  represented  

for  him  the  only  element  that  synthesizes  the  three  dimensions  of  space”.  He  adds  in  Descharnes  

book  that  “He  liked  to  watch  the  sea  standing  up  so  he  could  see  the  sky  twice,  in  the  air  and  in  the  

water.”  

 

Gaudi’s  love  for  the  water  as  a  geometrical  entity  showed  his  love  for  movement,  the  sea  always  

moves  to  its  own  rhythm  unhindered  by  the  trials  of  man  but  witness  to  all  their  triumphs.  In  an  

interview  with  journalist  Vivcenta  Salaverri  in  1914  he  stated  that:  

 

“It  is  unfortunate  that  Madrid  is  the  capital  of  Spain.  Philip  II  would  have  done  better  setting  his  

court  up  in  Seville  or  Valencia  (Note  that  I  do  not  insist  on  Barcelona!)  All  great  feats  are  

accomplished  by  the  sea.  The  sea  has  been  and  must  be  involved  in  the  most  stupendous  

enterprises  of  humanity.”    (Descharnes)  

Gaudi  has  always  felt  that  Mediterranean  people  were  truly  imaginative,  He  said  the  Expiatory  

Temple  the  Sagrada  Familia  of  Barcelona  was  a  “Hellenistic  temple  of  Mediterranean  gothic,  

representing  the  emancipation  of  the  people”  (Descharnes)  Gaudi:  “Reality  has  never  fooled  the  

Catalonians,  on  the  contrary  it  is  their  teacher”  (Descharnes)  Dali:  “The  Catalonians  do  not  distort  

reality,  they  transform  it”  (Descharnes).  

                                                                                                                         3  Manuel  Mila  y  Fontanals  was  a  distinguished  scholar  and  historian  of  Catalan,  he  preached  on  defending  the  imagination  of  the  Mediterranean  people  seen  in  their  architecture.      4    As  seen  in  his  diaries  as  an  early  Architect  fresh  out  of  university  [Descharnes]  

Page 6: Architectural elements history of hyperbola forms

6  

 

Before  the  Milestone  –  Giovanni  Poleni  and  Heinrich  Hübsch  

There  was  of  course  some  early  development  in  the  funicular  idea  that  may  have  led  Gaudi  to  carry  

out  his  own  experiment.      Two  men  in  particular  stand  out  as  these  early  pioneers,  Poleni  and  

Hübsch.  Although  Giovanni  Poleni  (1683  -­‐  1761)5  was  more  a  scientist  among  other  things,  his  

architectural  knowledge  was  considerable.  Enough  for  Pope  Benedict  XIV  to  call  him  to  Rome  in  

1748  to  examine  the  cupola  of  St  Peter’s  which  was  close  to  collapse,  to  which  he  issued  repairs.  

Poleni  used  a  device  that  would  calculate  the  tension  the  cupola  would  be  under.  This  was  an  anti-­‐

funicular  model  and  would  be  used  to  gain  an  idea  of  where  the  compressive  forces  would  be.  This  

'device'  was  one  of  the  first  examples  of  a  hanging  model  where  such  a  technique  was  used.  Yet  his  

tensile  model  was  preliminary  and  only  showed  the  tension  of  the  one  cupola,  yet  it  was  the  start  of  

things  to  come;  fig  1.  

 

 

Heinrich  Hübsch  claimed  he  was  the  inventor  of  the  hanging  model,  using  it  first  in  1852.  However  it  was  

merely  experimental  and  was  only  one  element  of  the  test  structure  he  designed  for  the  Bulach  Church  

(1828  -­‐  1837).  Although  his  claim  is  his  right  as  it  was  the  most  advanced  use  of  the  funicular  idea  to  date  

(Tomlow).  Its  not  known  whether  Gaudi  even  knew  about  these  developments  but  both  these  

predecessors  had  their  work  published  in  journals  that  were  relatively  well  known  in  Europe.  

 

 

                                                                                                                         5  Inherited  the  title  of  Marquis  of  the  Holy  Roman  Empire  from  his  father,  but  pursued  a  life  dedicted  to  science  rather  than  power  politics.  

Fig  1:  Extract  from  the  works  of  Giovanni  Poleni  as  he  calculates  the  forces  working  in  an  inverted  power-­‐cable  idea  which  was  to  become  the  funicular.  

Page 7: Architectural elements history of hyperbola forms

7  

 

 

Aspects  of  the  model:  Why  was  it  different  

With  the  layout  of  most  buildings  one  would  design  from  the  base  to  the  top.  Establishing,  with  

formulae,  where  the  forces  would  travel.  However  with  a  hanging  model  one  would  design  from  the  

base  down  to  the  top  using  application  of  weights  to  determine  force  paths.  

"Unlike  ordinary  models  where  the  architect  chooses  a  form  and  builds  it  up,  the  shape  of  the  hanging  

model  is  largely  determined  by  the  forces  acting  on  it.  The  Poleni  example  -­‐  although  a  hanging  model  -­‐  

was  largely  dictated  by  the  architect  and  was  only  used  to  establish  tension  points.  However  it  was  the  

first  crossover  model.  

A  funicular  model  independently  forms  a  stable  figure  in  equilibrium  from  weights  established  by  the  

architect.  Antoni’s  hanging  model  was  essential  to  his  design  as  it  was  based  solely  around  the  

principle  of  optimization  through  the  inverted  catenary  line.  

 

Fig  2  on  the  left  is  Gaudi’s  original  model  and  the  one  to  the  right  is  Jos  Tomlow’s  reconstructed  model  in  its  intended  exhibition.  

As  in  Fig  2  Jos  Tomlow  set  out  to  reconstruct  Gaudi’s  design  as  it  was  seen  as  a  huge  breakthough  and  a  leap  of  genius.  Understanding  of  the  principles  Gaudi  used  was  an    important  step  (Tomlow).  

 

Page 8: Architectural elements history of hyperbola forms

8  

 

How  Gaudi  came  to  the  Hyperbolic  Forms  

Such  an  innovative  design  

requires  not  only  a  brilliant  

architect  but  also  a  patron  who  

cares  more  for  the  pleasure  of  

beautiful  things  than  the  

troubles  of  money  and  simple  

commodity.  Count  Eusebi  Güellii  

was  that  patron,  and  also  a  

great  admirer  of  Gaudi’s  work  who  commissioned  him  to  design  many  projects  including  the  Colonia  

Güell6.  Which  only  the  crypt  was  finished  as  seen  in  fig  3,  the  church  would  have  sat  on  top.  

Antoni  Gaudi’s  Crypt  of  the  Colonia  Güell  was  the  first  example  where  the  hyperbolic  Paraboloid  was  

used  in  a  building7.  Gaudi  adjusted  the  loads  and  stresses  continuously  to  determine  the  shapes  of  

supported  and  supporting  elements.  By  doing  this  he  created  an  entirely  new  architectural  

vocabulary  to  achieve  the  

resulting  “warped  forms  –  

Hyperbolic  paraboloids  and  

hyperboloids  –  as  the  governing  

elements”  (Josep).  Gaudi  had  

spent  ten  years8  working  on  

perfecting  the  funicular  model  

to  be  enlarged  and  applied  to  

real  life.  But  he  had  to  be  

                                                                                                                         6  The  Count  gave  Gaudi  complete  liberty  to  set  up  a  lab  to  experiment  on  the  structural  elements  of  his  design,  showing  his  complete  faith  in  the  innovative  value  of  Antoni’s  work  (Josep).  7  Felix  Candela  didn’t  do  his  first  experiment  till  1949.  Where  he  made  a  concrete  shell  using  the  general  principle  Gaudi  used  in  his  hanging  model.  8  Not  including  time  he  spent  on  previous  primitive  hanging  models  in  anticipation  for  such  a  project.  

Fig  3  View  of  the  porch  of  the  Colonia  Guell.  

Fig  4:  View  from  under  the  porch.  Can  see  the  way  the  columes  lean  in.  like  being  pulled  that  way.  As  the  church  would  have  been  on  top  of  this  the  pillars  were  calculated  to  take  the  expected  load.  

 

Page 9: Architectural elements history of hyperbola forms

9  

 

careful  as  volume  increases  more  than  capacity  to  resist,  i.e.  its  strength.  So  the  materials  for  the  

Hypar  elements  had  to  be  carefully  researched.  The  vaulting  of  the  open  portico  below  the  staircase  

is  formed  by  hyperbolic  paraboloids  and  is  created  from  bricks.  Which  were  placed  with  mastery  by  

the  Catalonian  masonries  (Tomlow).  

 

Fig  5:  View  of  the  crypt  from  the  inside.  When  construction  was  stopped  this  area  was  converted  into  the  actual  church.  

The  shape  is  used  in  several  examples  throughout  the  crypt  of  Antoni’s  unfinished  Church,  such  as  

here  in  fig  5.  This  shape  influenced  many  of  the  later  architect  greats;  Le  Corbusier,  Bonet  Armengol,  

Candela,  Nervi.  

However  the  Colonia  Güell  was  never  finished  so  the  potential  of  Gaudi’s  Hypar  roofs  was  never  

truly  realised.  As  the  World  Wariii  swept  through  the  countries  production  slowed  on  Colonia  Güell.  

Plus  a  better  production  method  of  textiles  elsewhere  in  Spain  caused  slow  but  steady  erosion  in  the  

Count’s  profits.  This  combination  halted  construction  during  1914  plus  finally  the  death  of  Count  

Eusebi  Güell  in  1916  culminated  in  the  abandonment  of  the  project9  

 

                                                                                                                         9  As  there  was  no  one  else  to  support  the  finance  of  the  church  as  it  was  seen  as  time  consuming  and  costly  (Josep).  No  one  else  saw  the  innovative  value  of  such  an  experiment.  

Page 10: Architectural elements history of hyperbola forms

10  

 

 

How  the  funicular  model  works:    

With  the  Count’s  support,  Gaudi  set  up  his  laboratory  next  to  the  site  of  Colonia  Güell  and  started  

developing  what  would  become  a  milestone  in  building  history  for  the  uses  and  limits  of  materials.  

His  structural  analysis  was  never  before  seen,  and  what  he  started  would  be  continued  by  others  

who  would  become  masters  of  their  profession.  The  Candelas  and  Nervis.  A  description  of  his  project  

would  provide  adequate  visualization  of  what  he  attempted  to  achieve  

 

Antoni  worked  with  an  

inverted  model.  In  which  the  

axis  of  the  columns  and  

arches  were  represented  

with  strings  from  which  

hung  small  weights  (Artigas).  

This  helped  him  study  the  

problem  of  stability,  which  

ultimately  necessitated  the  

construction  of  a  funicular  

model10  in  which  the  

vaulting,  cupolas,  arches,  

and  pillars  were  the  strings  

(Casanelles).  Once  he  had  

achieved  the  balance  the  

model  was  photographed  

and  inverted.  Once  upside  down  he  painted  the  photo  with  watercolours  to  place  the  abstract                                                                                                                            10  Setting  his  model  apart  from  Heinrich  Hübsch  (1795-­‐1863)  and  Giovanni  Poleni’s  models  that  were  dictated  by  the  whim  of  the  architect,  not  the  laws  of  nature  and  limits  of  material.  

Fig  6:  A  render  Gaudi  did  over  an  inverted  photograph  of  the  model  

Page 11: Architectural elements history of hyperbola forms

11  

 

model  in  the  real  world;  as  seen  in  fig  6.  In  his  watercolour  renders,  Antoni  used  soft  colours  to  

blend  the  church  in  with  the  landscape  rather  than  make  it  appear  to  dominate  the  surround11.  

 

Fig  7:  Various  Photos  of  the  early  model  reconstructed  by  Jos  Tomlow.  It  became  a  very  accurate  portrayal  of  Gaudi’s  vision.    

The  inversion  of  the  catenary  line  is  the  centre  piece  to  the  design  application  of  a  funicular  model.  

The  catenary  line  is  the  line  caused  by  a  chain  or  string  suspended  by  two  points.  It  represents  the  

optimal  design  solution  for  a  tensile  figure.  The  opposite  of  tension  is  compression;  therefore  as  the  

catenary  line  is  inverted  you  get  the  natural  optimum  line  for  compression;  the  arch  (Tomlow).  

 

When  using  a  funicular  model  any  force  will  deform  its  shape,  i.e.  if  we  pull  down  on  a  chain  at  

certain  points  it  will  take  on  new  shapes.  Therefore  any  changes  applied  to  the  figure,  and  it  will  

adjust  itself  to  achieve  an  optimum  structural  element  that  will  only  work  if  it  is  stretched  (Faber).  

 

                                                                                                                         11  This  relates  to  Gaudi’s  love  for  nature  and  his  views  of  the  sea  being  a  part  of  all  humanities  triumphs.  And  because  of  that,  we  should  always  strive  to  be  a  part  of  nature  the  sea  

Page 12: Architectural elements history of hyperbola forms

12  

 

Jos  Tomlowiv  states  that  optimization  of  the  Arch  can  be  given  through  the  application  of  the  

inverted  catenary  line.  This  is  the  general  principle  Gaudi  adhered  to.  “The  weights  drew  the  threads  

down  to  a  stable  form”  Therefore  once  the  correct  funicular  Polygons  (Josep)  were  in  place  the  

model  was  photographed  and  rendered.  

   

In  Galileo  Galilei’s  1638  book  Discorsi  e  dimostrazioni  matematiche,  intorno  a  due  nuoue  scienze,  

attenenti  alla  mecanica  &  i  movimenti  locali  Galileo  addresses  the  disproportions  of  size.  On  page  

129  is  an  illustration  of  two  bones  of  different  sizes,  one  picture  is  three  times  larger  than  the  other,  

yet  it  is  not  enlarged  in  proportion  as  its  volume  and  shape  has  changed.  He  states  that  for  the  larger  

bone  to  be  equally  effective  in  its  application  as  the  smaller  bone  it  does  not  maintain  the  same  

proportions  in  volumev  (Faber).  “This  can  be  seen  by  looking  at  bones  from  varying  sized  animals”.  

This  study  shows  where  a  limit  must  be  placed  in  the  growth  of  structural  elements.  We  can  

determine  what  the  maximum  height  of  a  material  can  be  for  it  to  support  its  own  weight.  

 

Gaudi  was  aware  of  this  and  experimented  much  on  the  application  of  materials  as  well  as  the  

chapel’s  design.  Salvador  Dali’s  brilliant  analysis  of  Gaudi’s  work  compares  his  use  of  tactile  elements  

to  the  experiments  of  the  Italian  Futurist12.  They  were  intent  on  combining  all  sensory  elements  

(Touch,  taste,  feel,  smell  and  sight)  to  create  one  element  of  triumph  in  architecture.  Gaudi  aims  for  

this  element  in  his  search  for  more  textile  materials  to  combine  a  combination  of  the  senses.  The  

awareness  of  shape,  material  use  and  its  limits  always  had  a  reference  point  of  nature  for  Gaudi.  This  

                                                                                                                         12  At  the  birth  of  their  movement  Boccioni’s  tactile  surface  signaled  a  new  sense  of  touch.  They  sought  to  embrace  everything.  Futurists  were  even  concerned  with  flavors!  In  Sum  they  preferred  a  cathedral  to  the  art  gallery  [Descharnes  11]  

Fig  8  An  illustration  from  Galileo  Galilei’s  book  on  page  129.  Two  different  bones  he  drew  as  he  saw  them  after  dissecting  animals  apparently.  

Page 13: Architectural elements history of hyperbola forms

13  

 

became  a  major  aspect  of  his  funicular  experiment,  exploring  the  capabilities,  limits  and  durability  of  

materials.  An  element  Gaudi  explored,  and  one  Candela  later  embraced.  

 

The  later  architects  to  follow  Candela's  examples  had  an  experience  of  how  the  disproportion  of  size  

affects  their  own  work.  In  the  book  The  Candela  Lectures  Jorg  Schlach  touches  on  the  problem  he  had  

spanning  distances  three  times  as  much  as  Candela  ever  didvi  but  using  the  same  formulae  for  structure  

as  Candela.  

 

After  Gaudi’s  hanging  model:  leading  up  to  Felix  Candala  &  Pier  Luigi  Nervi  

Two  Architects  who  took  up  the  ends  Gaudi  left  unfinished  was  Spanish-­‐Mexican  architect  Felix  

Candela  and  Italian  architect  Pier  Luigi  Nervi.  They  each  took  elements  clearly  seen  in  Gaudi’s  work  

and  furthered  his  idea.  Luigi  took  the  form  of  the  vaulted  construction  and  transition  of  forces,  and  

built  upon  the  idea  to  create  lightweight  concrete  structures  that  could  span  long  distances.  I.e.  the  

Plaza  Del  Sport  in  Rome.  To  a  larger  extent  Candela  built  on  Antoni’s  ideas.  Candela  uses  the  form  of  

the  hyperbolic  paraboloids  in  his  structures.  The  hypar  were  first  ever  used  in  a  building  situation  in  

Gaudi’s  Colonia  Güell  after  the  work  experimenting  on  it  for  ten  years.  Both  architects  took  on  the  

aspect  of  the  hyperbolic  Paraboloid  and  used  it  in  their  designs  extensively.  

 

Pier  Luigi  Nervi  

Pier  Luigi  Nervi  was  an  Italian  Architect.  His  work  

contained  elements  of  Gaudi’s  unique  Art  

Nouveau  style  despite  being  a  modernist.  His  

hyperbolic  structures  on  some  buildings,  namely  

the  UNESCO  Headquarters  front  entrance,  are  

the  children  of  Gaudi’s  work  on  the  Colonia  Güell  

Fig  9:  The  UNESCO:  United  Nations  Education  buildings  .  

Page 14: Architectural elements history of hyperbola forms

14  

 

resulting  from  his  funicular  model  experiments.  Nervi  said  “Scienza  o  Arte  del  Costruire?”13  He  

argues  that  the  art  is  in  the  construction,  achieved  through  the  science  of  stability,  as  most  of  his  

works  contained  strongly  geometric  entities.  “To  build  correctly  is  the  essence  of  architecture”  

(Huxtable).    

 

Candela’s  Thin  Shells  and  Hyperbolic  Paraboloids:  

Felix  Candela  really  took  Gaudi’s  principle  further  

and  devoted  his  architectural  career  to  these  

aspects  of  design.  Becoming  the  stepping  stone  from  

Gaudi  to  architects  today,  Candela’s  application  of  

Gaudi's  ideas  evolved  the  Hypar  structured  roof.    

“Funicular,  synonymous  with  catenary”:  A  shell  that  

has  only  compressive  stresses,  with  compressive  

thickness  at  all  points.  Underweight  the  cable  works  

in  its  only  possible  way:  in  traction  (Faber).  

The  Anti-­‐funicular  is  the  pulling  down  on  a  tensile  

                                                                                                                         13  Translates  to  “Construction,  Science  or  Art?”  

Fig  10:  Nervi’s  design  for  light  weigh  roofs  that  follow  the  same  principle  as  Candela’s  design  for  a  low  cost  school  

Fig  11:  (Top)  Felix  Candela’s  design  for  a  low  cost  school  1951.  (Bottom)  Felix  standing  on  top  of  his  first  experiment  in  1949.  

Page 15: Architectural elements history of hyperbola forms

15  

 

element  i.e.  a  chain  being  pulled  down  by  weights.  If  we  invert  this  chain  to  form  an  arch,  the  “forces  

that  act  upon  it  are  transmitted  along  lines  with  forces  that  are  opposed  to  the  traction:  it  will  only  

compress”  (Faber).  

 

Felix  Candela’s  first  test  of  what  would  later  consume  his  architectural  career  -­‐a  hyperbolic  roof-­‐  was  

in  1949.  His  shape  was  essentially  an  “inverted  overhead  power  cable”  and  with  a  vaulted  

construction  it  only  works  against  compression.  This  elementary  principle  is  the  basis  for  all  history  

of  vaulted  construction14    (Faber).  

 

Candela’s  own  analysis  on  this  led  to  his  development  of  the  hyperbolic  form  which  was  to  add  

corrugations  into  some  of  his  shells.  An  example  of  Felix’s  use  of  corrugations  is  seen  in  his  1951  

design  for  a  low  cost  school,  fig  9.  When  we  pull  down  on  a  cable  it  tightens  under  traction,  however  

a  compressive  structure  can  be  destabilised  by  its  own  weight  along  the  lines  where  the  forces  

would  travel.  “The  same  way  in  which  a  walking  stick  will  double  under  the  weight  of  a  person”  

(Faber).    

Fig  12  Candella’s  design  for  hangers,  incredibly  similar  to  a  design  Nervi  did  in  Fig  9.  

 

                                                                                                                         14  It  is  essentially  also  the  basic  principle  Gaudi  used  in  his  ‘funicular  model’  

Page 16: Architectural elements history of hyperbola forms

16  

 

The  Hypar,  its  double  curved  surface  can  be  created  using  straight  generators,  making  it  easier  in  some  

ways  than  a  general  curved  roof.  

 

The  hypar,  with  its  double  curved  surface,  can  

be  created  using  only  straight  parts  the  

lightweight  thin  roof  structure  is  becoming  

more  relevant  today  as  it  uses  fewer  

resources.  

 

 

 

 

 

The  Newest  Generation  

After  a  while  the  thin  shelled  structures  began  to  disappear  and  were  being  replaced  by  compressive  or  

tensile  roofed  structures  due  to  the  formwork  being  more  expensive  than  the  shell  itself.  So  a  faction  of  

architects  including  Jorg  Schlach  went  about  to  revive  concrete  shells.  They  used  "pneumatic  framework  

and  prefabrication"  (Nordenson).  One  example  of  these  techniques  is  in  Stuttgart,  a  glass-­‐fiber  

reinforced-­‐concrete  shell  that  resembles  very  closely  Candela's  Xochimilco  restaurant15  in  Fig  12.  

 

                                                                                                                         15  The  building  Schlach  noted  as  being  the  biggest  influence  on  him.  

Fig  13:  The  Xochimilco  restaurant  by  Felix  Candela  

Fig  14:  Analysis  drawings  for  the  Xochimilco  Restaurant  by  Felix  Candela.  Calculation  of  the  forces.  

 

Page 17: Architectural elements history of hyperbola forms

17  

 

   

A  revival  of  an  idea,  kept  alive  by  the  next  young  minds  to  change  buildings  and  how  we  perceive  them  

forever.  The  Hyperbolic  roof  creates  spaces  of  dynamism  to  which  are  still  being  used  today  to  

accentuate  importance  of  a  space.  When  Schlach  showed  Candela  his  Stuttgart  version  of  the  Xochimilco  

restaurant  he  was  apparently  overjoyed  to  see  it.    “With  tears  in  his  eyes  he  [Candela]  said:  ‘It  feels  good  

to  know  that  your  own  work  is  useful  and  interesting  enough  to  bear  fruit  in  the  mind  and  work  of  some  

younger  colleagues’”  (Nordenson).    

 

A  recent  evolution  of  the  application  of  lightweight  

hyperbolic  roofs  is  in  the  DG  Bank  building  in  Berlin  (2000)  

fig  15.  With  a  glass  roof  and  triangular  mesh  for  optimal  

load  bearing  potential,  it  is  a  direct  descendant  of  the  

early  architects  Gaudi,  Poleni  and  Hübsch  hanging  models.  

Lead  architect  of  the  project  was  Frank  Gehry.  

 

 

 

 

What  Gaudi  started  has  evolved  into  beautiful  

lightweight  designs  on  the  largest  of  scales.  The  

Zaragoza  stadium  has  an  amazing  roof  that  unfolds  like  a  flower  to  shade  the  inhabitants  of  the  

arena  (fig  15).  Using  the  notion  of  double  curved  

hypar  roofs  that  can  be  created  using  only  straight  

elements,  it  unfolds  to  form  a  flat  roof,  but  can  fold  

carefully  up  again  as  seen  in  figures  16  and  17.  

Fig  16:  Zargoza  Stadium  from  above  with  the  light  membrane  roof  fully  opened.  

Fig  17:  Roof  of  Zaragoza  being  extended.  

Fig  15:  DG  Bank  Building  in  Berlin  by  Frank  Ghery.  

Page 18: Architectural elements history of hyperbola forms

18  

 

These  structures  with  hypar  roofs  still  contain  extraordinary  spaces  within  them  generated  by  the  

double  curved  roof.    The  roof  over  the  ice-­‐skating  rink  in  Munich  is  a  pure  membrane  cover  so  it  

moves  and  creates  a  natural,  almost  flowing  cover;  a  direct  relation  to  Gaudi’s  love  for  movement  of  

buildings  and  an  evolution  of  his  own  beliefs.    

Conclusion  

The  hyperbolic  form  started  with  Gaudi’s  idea  to  create  an  entirely  new  structural  analysis  method  

and  was  developed  through  time.  Later  people  were  those  who  developed  this  analysis  and  created  

the  lightweight  roofs  which  became  the  high  

tensile  roofs  that  retract  over  stadiums.  The  

Colonia  Guell  only  became  a  milestone  because  

it  wasn’t  forgotten,  and  without  it,  the  

development  of  lightweight  roofed  structures  

would  have  been  severely  hindered.    

 

 

 

 

 

 

Fig  19:  The  original  Photo  of  Antoni  Gaudi’s  funicular  model  

 

Fig  18:  Looking  straight  up  at  the  roof  as  it  begins  to  open.  

Page 19: Architectural elements history of hyperbola forms

19  

 

Bibliography    

Antoni  Gaudi  

Artigas,  Isabel.  Antoni  Gaudi:  Complete  Works.  Koln:  Evergreen,  2007.  

Burry,  Mark.  The  Expiatory  Church  of  the  Sagrada  Familia.  London:  Phaidon,  1993.  

Casanelles,  Eusebi.  Antoni  Gaudi:  A  Reappraisal.  Connecticut:  New  York  Graphic  Society,  1965.  

Collins,  George  R.  Atoni  Gaudi.  New  York:  George  Braziller,  1960.  

Descharnes,  Robert  and  Clovis  Prevost.  Gaudi:  The  Visionary.  New  York:  The  Viking  Press,  1971.  

Güell,  Xavier.  Antoni  Gaudi.  Barcelona:  Editorial  Gustavo  Gili,  1990.  

Pabon-­‐Charneco,  Arleen.  The  Architectural  Collaborations  of  Antoni  Gaudi.  Michigan:  U.M.I,  1983.  

Josep,  Lliuis  Sert.  The  Crypt  of  the  Guell  Chapel.  Barcelona:  Ediciones  Poligrafa,  1960.  

 

Other  Architects  

Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder.  London:  The  Architectural  Press,  1963.  

Nordenson,  Guy.  Seven  Structural  Engineers:  The  Felix  Candela  Lectures.  New  York:  The  Museum  Of  Modern  Art,  

2008.  

 

Huxtable,  Ada.  Pier  Luigi  Nervi.  New  York:  George  Braziller,  1960.  

Segui,  Miguel.  Candela  Perez  Pinero.  Madrid:  Editorial  Rued  S.L,  2004.  

 

Books  

Gies,  Thatcher.  The  Cambridge  History  Of  Spanish  Literature.  Cambridge:  Cambridge  University  Press,  2004.  

Knight,  Kevin.  The  Catholic  Encyclopedia.  New  York:  New  Advent,  2003.  

Lefaivre,  Liane  and  Tzonis  Alexander.  The  emergence  of  modern  architecture:  a  documentry  history  from  1000  to  1810.  London:  Routledge,  2004.  

Journals    

Kato,  Arkinori.  "Pier  Luigi  Nervi."  Process:  Architecture  (1981):  52-­‐63.  

Tomlow,  Jos.  "Das  Modell."  Process  Architecture  (1986):  9-­‐200.  

Tomow,  Jos  “The  spirit  of  calculation  in  the  architectural  work  of  Antoni  Gaudi.  “Miscelánea”  (2002):  176-­‐199  

 

Page 20: Architectural elements history of hyperbola forms

20  

 

Pictures  Fig  1:  Lefaivre,  Liane  and  Tzonis  Alexander.  The  emergence  of  modern  architecture:  a  documentry  history  from  1000  to  1810.  page  271  

Fig  2:  Tomlow,  Jos.  "Das  Modell."  page  131  

Fig  3:  Collins,  George  R.  Atoni  Gaudi.  page  56  

Fig  4:  Güell,  Xavier.  Antoni  Gaudi  page  43  

Fig  5:  Collins,  George  R.  Atoni  Gaudi.  page  57  

Fig  6:  Collins,  George  R.  Atoni  Gaudi.  page  60  

Fig  7:  Tomlow,  Jos.  "Das  Modell."  page  28  

Fig  8:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  56  

Fig  9:  Huxtable,  Ada.  Pier  Luigi  Nervi  page  81  

Fig  10:  Huxtable,  Ada.  Pier  Luigi  Nervi  page  64  

Fig  11:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  10  

Fig  12:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  63  

Fig  13:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  194  

Fig  14:  Candela  Pinero  page  164  

Fig  15:  Nordenson,  Guy.  Seven  Structural  Engineers:  The  Felix  Candela  Lectures  page  145  

Fig  16:  Nordenson,  Guy.  Seven  Structural  Engineers:  The  Felix  Candela  Lectures  page  154  

Fig  17:  Nordenson,  Guy.  Seven  Structural  Engineers:  The  Felix  Candela  Lectures  page  155  

Fig  18:  Nordenson,  Guy.  Seven  Structural  Engineers:  The  Felix  Candela  Lectures  page  155  

Fig  19:  Josep,  Lliuis  Sert.  The  Crypt  of  the  Guell  Chapel  plate  LXXIX  

Fig  20:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  76  

Fig  21:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  83  

Fig  22:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  83  

Fig  23:  Faber,  Colin.  Candela  /  The  Shell  Builder  page  121  

                                                                                                                         i  However  he  graduated  from  the  school  of  Architecture  an  undistinguished  student  yet  full  of  optimism  and  a  strong  sense  of  pride  for  his  country.  He  rarely  (if  ever)  traveled  abroad  and  started  working  in  Barcelona  (Descharnes).  

ii  Count  Eusebi  Güell  was  one  of  Gaudi’s  greatest  friends  and  admirers.  Eusebi  was  a  rich  industrialist  who  made  his  profits  during  the  industrial  revolution.  The  small  chapel  of  Güell  Masia  at  Santa  Colona  de  Cervello  became  too  small  for  Güell’s  textile  workers.  So  he  commissioned  Gaudi  to  build  something  new  and  innovative.  The  Count  gave  Gaudi  some  of  his  most  important  commissions:  Güell’s  town  house,  his  country  house  just  outside  of  Barcelona,  only  the  stables  and  gatehouse  were  ever  built,  Güell  Park,  and  then  finally  the  Colonia  Church.  

Page 21: Architectural elements history of hyperbola forms

21  

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         iii  Like  many  architectural  projects  that  had  been  planned  to  start  or  begun  already,  construction  was  halted  as  funds  were  put  towards  the  war  effort.  

iv  Jos  Tomlow  presented  for  his  doctorate  thesis  a  report  on  the  reconstruction  of  the  Gaudi’s  funicular  model  to  the  Institute  of  Lightweight  Structures  University  of  Stuttgart  in  1986.  It  was  titled:  Rekonstruktion  Von  Gaudi’s  Hangmodell.  Tomlow  himself  played  a  prominent  part  in  the  making  of  the  model  himself.  

v  In  his  book  Faber  uses  an  example  of  a  cherry  tree.  If  the  Cherry  tree  were  to  grow  to  twice  its  size  its  weight  would  grow  in  direct  proportion  to  its  volume,  so  the  Cherry  tree  increases  by  the  cubic  multiplication  of  its  dimensions.  However  the  stalks  resistance  to  hold  the  cherries  would  increase  only  in  relation  to  its  own  area,  the  square  of  its  dimensions.  So  because  the  cherry  increases  in  a  linear  fashion  it  will  have  increased  its  weight  more  than  the  stalks  capacity  to  resist.  So  the  cherries  end  up  falling  off  the  stalks.  

vi  While  Jorg  Schlach  was  working  on  a  hypar  roof  in  Hamburg  in  the  mid  1960’s  spanning  100  meters,  Schlach  experienced  some  trouble  with  the  unsupported  edges.  As  stated  in  Faber’s  book  Candela  was  able  to  translate  the  forces  into  simple  formulae’s.  Candelas  shells  worked  while  Schlach’s  didn’t  because  of  disproportion  of  size.  Candela’s  shells  were  only  about  a  third  of  the  size  and  he  didn’t  exaggerate  the  size  of  the  shell.  “The  importance  of  scale”  (Nordenson)