未来建筑建设方向,水纺蛛网公共建筑设计探索未来新可能

2018-01-13 作者:admin 来源:未知 浏览:

计算机设计协会(简称ICD)和建筑结构和结构设计协会(ITKE)一起在斯图加特大学继续他们的帐篷研究系列。该项目的设计和建造方法是基于水纺蛛建造巢穴的方法——这种生物生命中大部分时间都待在水中,因此为了生存它会建造一种加强的气泡。

起初,水纺蛛会先建造水平的片网,将气泡放置在片网下方,最终通过在内部布置分层的纤维从而起到加强结构的作用。这种安全且稳固的栖息地可以抵抗严酷的自然环境。其建造过程显示出如何利用合适的装配策略创造出有效的纤维增强结构。ICD/ITKE的2014-15项目研究团队检验了这种建造过程,通过分析、提炼,将这种行为方式转变成了工艺性的制造过程。

为了将这种生物系统应用到建筑建造中,在乙烯材质的气承膜结构中放置了一台工业机器人。通过在内部必要的地方布置碳纤维,将这种最初容易弯曲的结构逐渐增强成自承重结构。最终这种膜壳形成了具有独特建筑品质的可居住帐篷,同时成为了一种材料得到高度利用的结构。

↑最初容易弯曲的结构逐渐增强成自承重结构

在建造过程的最初阶段,通过计算机形式算法得到膜壳几何形式和主要纤维束位置。这种方法可以让设计师将各种结构参数操控融入到纤维束的方向和密度中。

对应于这一点,为了进行柔性膜内部碳纤维加强作业,开发了一种典型的机器人自动装配工艺。充气结构不断变化的刚度和由此产生的波动为机器人控制带来了特有的挑战。为了适应这些参数变化,当前的位置和接触力都会通过嵌入式传感器进行记录,并实时传入机器人,在实际生产情况和控制代码生成之间能够做到实时反馈。

↑有选择性的在需要加强的地方应用碳纤维

通过先进的计算机设计、仿真和生产工艺,ICD/ITKE的该项目展示了这种新颖建造方法的潜力。这样得到的不仅仅是一种特别的高效利用材料的建造方法,也是一处创新的、动态的建筑范例。

↑膜壳形成了具有独特建筑品质的可居住帐篷

↑设计团队检验了水纺蛛网状建造过程

↑这个结构显示了将生物系统到建造过程的应用

↑展馆展示了新颖建筑方法的潜力

↑该建筑方法基于水纺蛛水下建造巢穴的方法

↑概念装配方法:(1)充气式膜结构(2)机器人从内部采用碳纤维增强膜结构(3)固定复合外壳

↑复合外壳的有限元分析

↑基于主体的设计工具越过多种设计参数以决定纤维分布路径

↑实体纤维布置过程

↑水纺蛛从内部加强气泡

↑机器人完成纤维增强的气承结构