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ICD/ITKE研究Pavillon 2011

时间：2021-10-11 12:32:09 来源：

建筑师: 计算设计研究所位置: 开普勒。
11-17，70174斯图加特，德国
项目年份: 2011类
别: 展馆

2011夏季，计算设计研究所 (ICD) 和建筑结构与结构设计研究所 (ITKE) 与斯图加特大学的学生一起在教学和研究的交叉点上实现了一个临时的仿生研究馆。该项目通过新颖的基于计算机的设计和模拟方法以及用于其建筑实施的计算机控制制造方法，探索了海胆板骨架形态的生物学原理的建筑转移。一种特殊的创新在于通过计算过程有效地将公认的仿生原理和相关性能扩展到一系列不同的几何形状的可能性，这可以通过以下事实证明: 展馆的复杂形态可以仅使用极薄的胶合板 (6.5毫米)。

生物系统

该项目旨在将生物结构的性能能力整合到建筑设计中，并全面测试最终的空间和结构材料系统。重点放在模块化系统的开发上，该系统由于其板组件和机器人制造的手指接头的几何差异而具有高度的适应性和性能。在分析不同的生物结构时，海胆 (Echinoidea) 的亚种沙美元的板块骨架形态变得特别令人感兴趣，并随后提供了已实现的仿生结构的基本原理。沙美元的骨骼壳是多边形板的模块化系统，这些板在边缘通过指状方解石突起连接在一起。通过板及其连接系统的特定几何布置来实现高承载能力。因此，沙美元是由预制构件制成的贝壳的最合适模型。同样，通常在木工中用作连接元件的传统指关节可以看作是沙美元方解石突起的技术等效物。

形态转移

在对沙美元进行分析之后，将其板块结构的形态整合到展馆的设计中。三个板边缘总是在一个点处汇合在一起，这一原理使得能够传递法向力和剪切力，但在接头之间没有弯矩，因此产生了弯曲轴承但仍可变形的结构。与传统的轻型构造不同，后者只能应用于负载优化的形状，这种新的设计原理可以应用于广泛的定制几何形状。这种方法的高轻量化潜力是显而易见的，因为展馆可以仅由6.5毫米薄板胶合板建造，尽管其尺寸相当大。因此，它甚至需要锚定在地面上，以抵抗风的吸力。

除了这些结构和组织原则外，生物结构的其他基本特性还应用于项目的计算设计过程:

-异质性: 单元大小不是恒定的，而是适应局部曲率和不连续性。在小曲率区域中，中央单元的高度超过2米，而在边缘，它们仅达到一半1米。

-各向异性: 展馆是定向结构。细胞根据机械应力拉伸和定向。

-层次结构: 展馆组织为两级层次结构。在第一层，胶合板的手指接缝被粘在一起，形成一个单元。在第二层次上，简单的螺钉连接将单元连接在一起，从而可以组装和拆卸展馆。在每个层次级别中，只有三个板 (分别为三个边缘) 仅在一个点处相遇，因此确保了两个级别的可弯曲边缘。

计算设计和机器人生产

展馆复杂形态的设计，开发和实现的要求是项目模型，有限元模拟和计算机数字机器控制之间的封闭，数字信息循环。表单查找和结构设计密切相关。优化的数据交换方案使将复杂的几何图形反复读入有限元程序以分析和修改模型的关键点成为可能。同时，对胶合和螺栓连接进行了实验测试，结果包括在结构计算中。

每个细胞的板和手指关节都是用大学的机器人制造系统生产的。使用自定义的编程例程，计算模型为自动生成用于控制工业七轴机器人的机器代码 (NC代码) 提供了基础。这使得能够经济地生产850多个几何上不同的部件，以及在空间中自由布置的100,000多个手指关节。在机器人生产之后，将胶合板连接在一起以形成单元。预制模块的组装是在斯图加特大学的城市校园进行的。所有设计，研究，制造和建造工作均由学生和教职员工共同进行。

研究馆提供了一个机会，可以研究使用代表不同几何特征的自由曲面进行模块化仿生构造的方法，同时开发两个不同的空间实体: 一个带有多孔内层的大内部空间和一个大开口，面向大学建筑物之间的公共广场，两层之间包裹着一个较小的间隙空间，显示出双层壳的构造逻辑。

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