在建筑通过新的视角可变形的结构:模拟研究gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

近年来,技术已经越来越多地影响建筑设计和生产,以及现有的建筑环境,从材料到建筑和城市规模。同时,技术已经取得了良好的理解和社会内部共享的升值,建筑和工程学科。与此同时,技术构成关键社会和文化组件在建筑环境的创建和维护。在过去的几年中,建筑材料和方法应用导致了不利环境的影响,而一个正在进行的人口增长。因此,生态和可持续性方面的建筑越来越多地引入相关的话语和文化发展。资源效率和性能,尽管主要考虑在一个工程和经济背景下,包括积分跨学科驱动组件在实际生产的建筑。沿着这些线路,灵活性、自适应性和可变换性在建筑成为决定性的可持续建筑环境(gydF4y2Ba陈,2007gydF4y2Ba;gydF4y2BaChristoforou et al ., 2015gydF4y2Ba)。这些术语暗示建筑生产使用最小自然资源和操作在最大时间间隔最大效率和最低技术支出。因此,设计是面向材料机械性能优越,低自重、模块化、容易连接和可扩展性建筑、和技术,使调整和修改以最小的意思。特别是建筑可变换性需要在及时获得最大的运营效率变化的内部功能,外部环境和加载条件下,以及在能源开发。这样的属性导致改善用户舒适、住宿的不断变化的需求,建筑美学和运营成本,以及安全。灵活性等使形成了一个基本的驾驶方面增强属性的建筑结构及其通信逻辑的生活环境。gydF4y2Ba

灵活的架构与工业化在1960年代,有关大规模生产,预制和模块化提供反复组装,可调节和移动组件(gydF4y2Ba卡斯,2017gydF4y2Ba)。工业化大规模生产提供,这表示虚拟系统的模数协调的化身。模块化的组件将相互联系,并提供一个高度的细化和精度,以及集成的所有设备所必需的“完美的环境控制”(gydF4y2BaWachsmann 1989gydF4y2Ba;gydF4y2BaKrausse和李奇登斯坦,2000年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba海斯和米勒,2008年gydF4y2Ba)。工业化进一步使建筑生产的灵活性,通过构建和/或其组件的转移从工厂到网站及其装配现场通过特殊的关节需要功能和成本效率。这个背景是主张建筑包含装配的特点,拆卸和重新组装。因此,建筑结构被认为是一个副产品,而不是最终产品,而组装空间和体积会从材料和生产过程确定形式和功能(gydF4y2BaBurkhardt Hennicke, 1975gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

同时,在富有远见的体系结构中,有一个普遍的看法,可以利用模块化设计与集成技术(不断塑造新的环境gydF4y2Ba牛曼1961gydF4y2Ba;gydF4y2Ba林,2010gydF4y2Ba)。在这个框架中,术语“超级油轮”作为一个开放的结构概念,介绍了预制和模块化的胶囊单位可以插入或剪。这些想法体现结构的快速和灵活的转换(gydF4y2BaBanham 1976gydF4y2Ba;gydF4y2Ba林,2010gydF4y2Ba)。因此,可变换性来源于灵活性的功能配置和运行所必需的建筑。建筑形式可以进化功能需求变化,与此同时,新技术和设计开发可以采用(gydF4y2BaDomenig和胡特,1967年gydF4y2Ba;gydF4y2BaBanham 1976gydF4y2Ba;gydF4y2Ba克洛茨,1986gydF4y2Ba;gydF4y2Ba威廉,1996gydF4y2Ba;gydF4y2Ba2009年事业gydF4y2Ba)。设计具有灵活性和可变换性相关的机械,电气和“控制系统(gydF4y2Ba萨德勒,2005gydF4y2Ba)。有远见的项目,比如插件的城市,1964年,超级油轮的注意力转移到其元件包中模块化的单位。后者使架构被视为一组临时构件之间的关系,而不是固定的形式,而暂时性、分布和动员体系结构描述的重要连接链接实现最大的灵活性gydF4y2Ba萨德勒,2005gydF4y2Ba)。架构被提拔为复杂分散的服务情况,定义用户的积极参与,为不确定的和情境。gydF4y2Ba

在工程背景下,最初概念和意识到在实际规模,有自适应结构。之前的相关进展,实现自适应性活动可变换性,是基于建筑减少大规模和高强度材料的弹性模量相对较低。代表性的例子包括form-active系统的大跨度轻型gridshells拉伸结构和弹性,在模拟和勃起,以及他们的载荷变形行为(gydF4y2Ba恩格尔,1999gydF4y2Ba;gydF4y2BaLienhard Knippers, 2013gydF4y2Ba)。两种,安装过程和系统的载荷变形行为意义的互动设计和分析过程,即。开发一系列平衡形式,根据边界条件和单个构件刚度。因此,形式、材料和应力分布系统条件相互地(gydF4y2Ba奥托,1967gydF4y2Ba;gydF4y2Ba2011年以自重桥梁结构,gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

一个实际转向可变形的结构的愿景是通过结构主动控制研究和应用概念在航空和机械工程(gydF4y2Ba么,1972gydF4y2Ba)。动力结构的假设不是静态架构的必要性;相反,它有能力适应时间变化通过与嵌入式系统主动控制机制(gydF4y2Ba祖克和克拉克,1970年gydF4y2Ba)。建筑形式的设想是免费的适应变化的影响。因此,一系列的形式,以满足一系列的输入需求变更在建筑物的寿命,是一个主要设计目标。结构机制的设想,使不同的几何配置组件,其中,折叠,滑动,扩大和改变大小和形状。控制系统将直接向指定的转换结构,通过机械、气动、化学、磁或自然的方法。gydF4y2Ba

与此同时,先进的计算平台模拟和数字系统分析,以及在材料设计和运动系统,受精动力学系统的开发和实现。这些主要参考1)部署的任务,即。,to unfold from a compact and retracted state to a predetermined, extended and fully deployed one, and 2) transformability tasks in interactive environments, mainly serving experimental, spatial cognition and environmental, energy related issues. In the first case, applications involve structural mobility, transportability and erectability at different sites and hostile environments with limited human access, i.e., temporary environments and aerospace (Pellegrino 2001gydF4y2Ba)。在第二种情况下,应用程序是指不同的建筑元素,如内墙、地板、立面元素,防晒和可再生能源集合元素(gydF4y2Ba卡斯et al ., 2021gydF4y2Ba)。主要类型包括张拉整体结构,scissor-like和折纸启发系统(gydF4y2Ba1976年普gydF4y2Ba;gydF4y2BaEscrig 1985gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2019gydF4y2Ba)。系统组成使低自重,容易安装和额外的灵活性对形态学的结果通过就业基本定制模块(gydF4y2Ba卡斯et al ., 2022gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

张拉整体结构组成空间self-stressed酒吧单位压缩和紧张成员(gydF4y2Ba内尔森,1965gydF4y2Ba;gydF4y2Ba1976年普gydF4y2Ba;gydF4y2Ba贝尔哈吉阿里et al ., 2011gydF4y2Ba)。压缩成员可能只是间接地或直接互联,并通过张力稳定成员(gydF4y2BaDjouadi et al ., 1998gydF4y2Ba;gydF4y2Ba甘特图,2001gydF4y2Ba)。在后一种情况下,更高的刚度值系统实现(gydF4y2BaDjouadi et al ., 1998gydF4y2Ba)。可变换性在张拉整体结构是通过更换结构关节或压缩成员与机械传动装置,或就业紧张的成员变长和线性运动执行机构(gydF4y2BaHanaor 1997gydF4y2Ba;gydF4y2BaTibert 2002gydF4y2Ba;gydF4y2Ba亚当和史密斯,2008gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

Scissor-like元素包含对酒吧互联的转动关节,使运动的内部传播,从一个组件到另一个通过集成的机械执行机构(gydF4y2BaEscrig 1985gydF4y2Ba;gydF4y2Ba你和Pellegrino, 1997gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马登et al ., 2011gydF4y2Ba)。通过只允许一个组件旋转,运动学原理降低了一个二自由度的驱动和控制机制(景深)系统。各种结构形状可以在部署国家基于各自的差异化的关节位置或酒吧长度。中间配置,然而,只有彼此的倍数。增加配置变化是通过增加景深的机制,即。,额外的应用程序的简单使成角元素(gydF4y2Ba霍伯曼1993gydF4y2Ba;gydF4y2Ba你和Pellegrino, 1997gydF4y2Ba),scissor-hinge机制(gydF4y2BaAkgun et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaAkgun et al ., 2011gydF4y2Ba),和环球剪刀组件(gydF4y2Ba喜悦米拉et al ., 2015gydF4y2Ba)。同样,开发双scissor-pair可变形的结构和双曲抛物面,基于二自由度机制,旨在获得各种可能的不均匀形状(gydF4y2Ba罗森博格和论文,2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马登et al ., 2015gydF4y2Ba)。折纸刚性板块结构形式的组合相应的联系,因为在hinge-like折痕折叠集中,包括驱动机制(gydF4y2Ba陈et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

以上提到的类型学限制有两个主要方面:一方面,只有个人目标配置是通过预定义的系统的运动轨迹;另一方面,更换机械执行机构的主要成员导致大幅增加的结构重量,机制的复杂性和能源大量的运动学,负面影响系统的性能(gydF4y2Ba卡斯和Matheou, 2021gydF4y2Ba)。引入弹性运动学数量的增加意味着可以获得目标配置,以及可能的运动轨迹为每个目标配置。在转换的过程中,进一步系统确定各自的中间状态转换状态。这种灵活性意味着操作的结构能够在开放式环境中可能发生的可能性来适应不同情况下的时间和建筑物的寿命。从这个意义上说,结构设计,进一步使解决方案的选择一系列可行的替代品,而不是独特的和固定的解决方案。对减少所需的执行机构可变换性,结构成员需要捆绑驱动方式,即。与单一驱动组件,连接,最好是脱离身体的主要结构。gydF4y2Ba

Linkage-based系统,包括连续的一系列一维,刚性酒吧由低阶双互联,可能构成可变形的结构具有较高的灵活性和可控性(gydF4y2Ba束缚et al ., 2012gydF4y2Ba)。回顾运动机制,参照结构方面的联系,包括在(gydF4y2BaMruthyunjaya 2003gydF4y2Ba)。在实现可变换性,系统仍然需要大数量的致动器相应的自由度。相反,一个适当的控制序列逐步转换可以应用在调整先后从初始到目标系统关节值(gydF4y2BaChristoforou et al ., 2015gydF4y2Ba)。底层的运动学原理涉及到减少系统外部控制1-DOF机制在每个转换步骤。的一部分,这些作品被认为是两个结构和转换概念,即“有效crank-slider”(ECS)和“有效的实验室”(E4B)。可变形的刚性连杆结构的运动学,要么直接或cable-driven驱动,研究了在模拟以及实验(gydF4y2Ba卡斯et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba2019年gydF4y2Ba;gydF4y2BaMatheou et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaChristoforou et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba卡斯et al ., 2020gydF4y2Ba)。这两种方法的结合实现证明进一步增强系统可变换性及其可控性(gydF4y2BaKonatzii et al ., 2021gydF4y2Ba)。此外,双版本的有效crank-slider结构和控制概念研究(gydF4y2Ba卡斯et al ., 2021gydF4y2Ba)。基本的结构机制包括两个crank-slider机制共享一个共同的滑块,它提供了运动两部分之间的耦合。在以上情况下,转换可以实现使用替代运动序列和最合适的一个可能选择在考虑不同的因素,包括时间尺度转换、功能、架构标准和目标,和/或机械标准,比如,能源消耗,做的功驱动系统,制动力矩、滑块位移,电缆相对长度变化等。此外,致动器的基本方法依赖减少数量,脱离主体结构的身体,旨在保持最小自重,结构简单,转换过程中减少了能源消耗。gydF4y2Ba

目前纸应用基本变换方法提出torus-shaped rigid-bar连杆组成的空间结构,及其可变换性使用参数关联设计方法研究。论文的第一个贡献是指扩展的基本结构和可变换性方法平面相互联系的联系,已经在先前的研究证明,空间圆截面结构域。这些方法为空间提供了一个框架转换不增加控制的复杂性。在以前的情况下,建筑信封是通过挤压产生的平面表面(定义的基本平面连杆)在纵向方向上沿水平轴。在目前的情况下,建筑信封是由旋转的平面表面垂直中心轴。从架构的角度来看,torus-like形状的建筑提供一定的福利相关的空间组织均匀弯曲的内部空间与视觉收敛向中央心房和圆外部取向和建筑的灵活性配置通过可能的分歧在多个单位。建筑类型学的圆形的周长也有一个较小的面积,帮助热在寒冷的气候条件。推而广之,可变形的torus-shaped建筑可以提供改进的功能配置、自然采光和通风的空间,能源效率,以及风的压力下的空气动力学形状。最后但并非最不重要,建筑物的空间转换产生令人印象深刻的审美效果。从结构的角度来看,torus-like形状的结构使得在实际的方式,通过控制空间系统的转换只活跃的径向平面的联系。 The length of the passive interconnecting members is adjusted accordingly. Both transformation approaches applied in the case study reconfirmed the advantages of the system for the proposed building typology, namely increased flexibility in its kinematics and reduced structural self-weight. The first mentioned advantage relates to an increased number of possible target configurations, transformation states and motion trajectories. The latter results from a reduced number of required actuators, which are also detached from the main structure body. The second contribution of the paper refers to the parametric associative design investigation of the transformability of the structure applied. The simulation studies in digital design are used to demonstrate the applicability of the approach in the spatial domain and exemplify the concepts. The case study demonstrates also that an investigation of the kinematics of the system at a preliminary design stage, may take place through digital parametric design tools, avoiding thus time-demanding numerical analysis processes. From a design methodology point-of-view, this may further enable increased integration and interdisciplinarity throughout a systematic design process in providing enhanced performance-based design outcomes.

2空间结构的转换方法gydF4y2Ba

提供一个计划转换和所需承载系统的行为在不同的运行状态,如中间状态和目标位置,平面连杆机构的基本变换方法应用系统在空间结构排列和相互联系的。驱动平面系统构成结构的活性成分,而其余成员被动链接调整他们的长度根据活动关节位置。他们还充当稳定组件时锁定在任何运行状态的结构。被动成员伸缩元素与锁机制来传输压缩部队。连续电缆对角线下保持张力,以确保结构的环形隔膜。空间系统的转换可能需要协调,即。,我dentical and synchronous, or non-coordinated motions of the individual active systems. Each joint of the active system is installed with a brake mechanism to provide locking and releasing in each transformation step based on a predetermined motion schedule. Furthermore, position sensors are installed on the joints serving as feedback information for the realization of the respective angle adjustments during transformations.

可变换性提供rigid-bar连杆系统用大头针和滑动支座,当一个直线电机连接到后者,gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba。在这种情况下,ECS转换方法。个人内部的序列联合发布和联合调整确定初步的运动时间表,当关节支持保持开启状态转换,减少系统1-DOF机制。在随后的过程中,一旦一个特定联合调整通过各自的滑动系统的执行机构的支持,然后保持锁定,直到目标位置。在任何操作系统的状态,支持作为销支持和所有内部关节都是锁着的。rigid-bar连杆系统,支持销连接到地面,可变换性提供了一个线性或旋转运动时致动器连接到一个支持,gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba。在这种情况下,E4B的转换方法。两个人内部关节锁在每个转换步骤,提供地面支持仍在转换解锁,和一个联合调整到所需的值。从那时起,每一步调整关节保持锁定,直到目标位置。期间的一个限制系统的运动轨迹转换涉及其通过单一的配置或其附近(gydF4y2Ba诺顿,2008gydF4y2Ba)。在奇点驱动器可能会无法进一步系统,这可能会略有不安时遵循不同的路径(gydF4y2Ba公园和金,1999年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

ECS的情况下,线性致动器控制滑块的位置和在E4B的情况下,调整相关的关节角的位置。运动执行机构的操作以及关节的激活刹车,由中央控制管理系统,使用感觉反馈信息。不同类型的线性致动器可以使用包括液压系统。双作用液压缸使用加压液压提供准确的双向运动。一般来说,液压系统缓慢但却能产生巨大的力量。另一种类型的线性致动器主轴。在这种情况下使用一个电动马达旋转螺纹轴而螺母来回移动沿着它的长度。E4B的概念,驱动关节可能是另外安装一个旋转,高扭矩电机(齿轮)。gydF4y2Ba

的构建信封应该低自重、高弹性和强度在获得只有弹性变形转换期间,没有压力与主结构的相互作用。此外,信封结构需要灵活的为了适应情况下假定任何相邻驱动连杆结构不同的配置。主要是,一个专门的二级结构是用来支持膜信封和补偿可能相对变形转换期间的主要结构。gydF4y2Ba

3 torus-shaped空间结构gydF4y2Ba

torus-like建筑形状空间圆截面的形状代表建筑使特定的建筑特色,包括统一的、弯曲的内部空间,中庭和潜在的将结构划分为多个建筑单位(gydF4y2BaSteadman 2015gydF4y2Ba)。实际应用的具体类型进行分类根据建设规模。在小建筑规模、应用程序与展览和馆相关用法,例如,ICD / ITKE研究馆,2010年与曲面形状,和法拉第馆,2012年,半环面形状(gydF4y2BaKnippers 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaTornabell et al ., 2014gydF4y2Ba),以及临时栖息地(gydF4y2BaKolarevic 2003gydF4y2Ba)。在大型建筑规模、应用程序指的是博物馆,例如,美国空军博物馆Duxford, 1997,环面形状段(gydF4y2BaSchittich Geisel, 1998gydF4y2Ba),研究前提,例如,法律研究所的医学在马德里,2006年,环面形状(gydF4y2BaZaera-Polo 2009gydF4y2Ba),以及机场航站楼信封的结构,例如,珠宝在新加坡樟宜机场,2019,轴环形状(gydF4y2BaTahmasebinia et al ., 2021gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

本研究中的案例是指torus-shaped空间结构的空心圆截面,由十六8小节联系,在周长径向排列。长1.75米的主要联系各个酒吧加入连续通过外围链接和相互联系的变量长度;结构成员由圆形空心铝型材的168.3/6.3和101.6 / 4毫米,分别。连续斜20毫米直径和可变长度的电缆提供结构性的隔膜。gydF4y2Ba

为了实现系统的可变换性,主要联系安排在径向方向上被激活,而外围连接的链接作为被动的元素。在示例中,只有协调转换每个驱动平面连杆上执行。因此,所需数量的联合制动释放在每个转换步骤的减少系统1-DOF机制,基于一个运动计划,根据特定的运动学和静态响应标准选择在不同的可行的。转换步骤的完成允许系统获得目标的位置。此外,任何中间转换的系统状态,也可能提供一个进一步的结构形式的具体操作时间。因此,转换方法允许形式不断演变。当目标位置或取得临时转换的系统状态,然后锁定所有关节应用刹车。gydF4y2Ba

建筑结构是对称转换从最初的目标形状相同跨度来演示该转换后考虑的方法,gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。初始配置的双重quasi-paraboloid海拔形状、结构的跨度4.90米两边和相应的最大高度为4.96米;在其目标配置双quasi-ellipsoid海拔形状的两边相等的跨度,结构获得最大高度为3.60米。内循环开放区域的直径6.0米。而选择的初始和目标配置只是象征的可变换性的结构,可以选择其他形状根据各自的标准和目标。在目前的情况下,建筑的初始配置为例如,功能用途增加屋顶高度,提高了自然光在室内空间分布,适当的光电板集成建筑信封,和斜屋顶表面,防止存款的雪。目标配置为例如,改善室内面积的利用率,声学和自然通风的室内空间,加热和冷却建筑物的性能,以及气动建筑的形状。最初是由下列向量和目标配置,其中包括内部关节角:gydF4y2Ba

系统的运动序列已被选为每个转换的方法,gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。序列的顺序遵循一个逆时针调整关节从旁边的第二系统内部关节向外支持,JgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。在过去的ECS的转换步骤,最后一个关节向外的地面支持连接到滑块调整关节,JgydF4y2Ba_1gydF4y2BaJgydF4y2Ba_8gydF4y2BaJgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba。最后E4B的转换步骤包括两个关节的调整支持,JgydF4y2Ba_1gydF4y2BaJgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba关节,JgydF4y2Ba_2gydF4y2BaJgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.1参数关联设计gydF4y2Ba

参数关联设计方法应用于本研究旨在模拟空间结构的转换过程从最初到目标位置的基础上,考虑了转换的方法。计算工具的使用可以是非常有益的研究动能形式(gydF4y2BaTerzidis 2003gydF4y2Ba)。3 d动态计算方法属性可视化的一个范式转变适合使用预定义的几何属性和配置约束在决策过程中(gydF4y2Ba克里安,2006gydF4y2Ba)。作者曾研究可变形的结构系统通过棱镜机械系统使用不同的方法和工具(2 d工作模型、SolidWorks Matlab / Simulink)。在这项研究中,提出了可变形的机械部件的结构已被译成约束、变量和依赖性促进能力的早期工程知识融入建筑设计。这个工作流已经实现在Rhino中/蚱蜢使用河豚和Karamba3D插件作为标准组件,gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。特别是勘探设计旨在提供不同维度ECS和E4B机制的架构,更好的理解静态组件之间的相互作用和灵活的关节控制,最终,动能形式和空间结构体系的行为。gydF4y2Ba

torus-shaped空间结构形式,采取了三个步骤:一个平面与灵活的关节生成折线,转换步骤由初始和目标位置,控制和空间结构包括拉伸建筑生成的信封。这个过程允许在使用拓扑设计的灵活性和创造性,功能和几何约束设计驱动程序(gydF4y2Ba克里安,2006gydF4y2Ba)。虽然约束是包含在参数模型,它还允许调查不同角度的初始和目标职位保留组件之间的动态关系,形成空间结构。gydF4y2Ba

在第一步中,平面与八段折线是由定义的初始和目标位置的角度构造域的组件的结构,如:gydF4y2BaθgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba= (158、115)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba= (130、125)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba= (157、165)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba= (148、168)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba= (157、165)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba= (130、125)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba;gydF4y2BaθgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba= (158、115)gydF4y2Ba^ΤgydF4y2Ba度。此外,酒吧的长度被定义为1.75 m。在这个参数模型,几何约束技术的角度而言,酒吧,酒吧的长度。不同的形状可以通过改变上述参数生成。在我们的研究中,quasi-paraboloid海拔形状的初始位置的最大高度4.96米,双quasi-ellipsoid海拔形状的目标位置的最大高度3.60米都是生成的。gydF4y2Ba

基于生成的多段线,滑动域内的组件(河豚)是用于幻灯片之间的初始和目标位置。这意味着ECS的选择和E4B序列顺序可以探讨在各种可能的场景代表的几何设计可变形的torus-shaped结构。同样,可以控制的滑动解锁和锁关节“0”或“1”分别在第三节解释说。确保两条链接调整角度正确的方向通过向内旋转,一个“锚”组件在使用了袋鼠。事实上,额外的行所示gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,连关节θgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_6gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba,θgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba-θgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba。联合JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba被定义为固定的关节和关节JgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba线性滑动接头的xy-axis ECS,虽然两关节JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和JgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba已经设置为固定E4B的关节。鉴于动力学机制功能,这些约束纳入参数模型。gydF4y2Ba

为了创建的3 d形状结构、飞机径向定位在16个部门。随后,每架飞机的主要折线连接通过二级水平线和对角线成员被添加。最后,Karamba3D组件被用来构建拉伸信封。gydF4y2Ba

3.2运动学仿真gydF4y2Ba

相应的转换步骤为每个变换方法,提出了在建筑结构gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba垂直部分和等距视图的形式。在模拟根据ECS,只有最后一个,向外关节,JgydF4y2Ba_9gydF4y2Ba在每个平面系统被认为是驱动一个连接到滑块。在基于E4B的模拟,只有第一,向内关节,JgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,被认为是通过旋转致动器驱动。在每个转换步骤,每个平面系统的一个关节角是调整其目标价值,而刚性酒吧都只能在水平地面移动。建筑结构的转换,ECS后,提出了一种旋转方向相反的滑动支持前两个步骤,在同一个方向,在随后的两个步骤,在相反的方向,在最后两个步骤实现目标的位置。E4B后,建筑结构向外旋转在前两个步骤,和向内剩余的三个步骤前的目标位置。gydF4y2Ba

之间的转换的初始和目标位置存在大量不同的序列,可以实现的。选择选项的数目与引用转换过程和中间的转换获得的国家可能会受到建筑和工程需求和目标。在所有情况下,任何结构的转换涉及缓慢运动,所以,惯性系统的影响是微不足道的。然而,随后的轨迹在转换具有重要意义的相关标准,如建筑的(例如,允许构建维度在开放格局的变化,或在密集的城市背景下),功能性的(例如,需要高度的建筑物根据其使用,家具和设备)、美学,以及结构的(例如,允许的怪癖,结果相应的制动力矩和/或峰响应值在连续转换步骤,因此所需的驱动能量)。此外,时间尺度转换的外部情况变化直接相关。而建筑和功能相关的目标,如改变内部使用,需要更少的频繁转换,生物气候和能源相关的,如防晒,自然采光,通风,室内空间的照明和光电实现,需要在连续转换模式,每日和季节性的基础上。外部负荷条件,例如降雪和风力压力现场,包括不规则,临时建筑物的配置。建筑和工程相关的例子介绍了标准和目标gydF4y2BaKolaveric和Parlac (2015)gydF4y2Ba。建筑的中间转换状态直接与过程本身,由于运动计划应用于系统的运动学。获得有利的建筑配置也可以参考上述架构,功能、能源和工程标准和目标。为最有利的选择和实现建筑结构的运动序列,自动optimization-driven方法可能适用于满足一定标准和目标,而不是传统的选拔程序(gydF4y2BaKallioras et al ., 2016gydF4y2Ba)。一个自动optimization-driven 9-bar连杆的运动序列的选择基于E4B的方法提出了根据结构标准集gydF4y2BaMatheou et al。(2020)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.3结构模块化gydF4y2Ba

结构的模块化组装在不同层次上支持灵活性。在建筑层面,不同自治建设单位可能会意识到,当一个或多个平面连杆通过切除辅助系统断开连接。重新安排相应的信封提供连续性的立面的飞机。在结构层面上,链接的数量和长度确定内部空间的边界,以及结构的跨度,在径向方向也提供可扩展性。的系统组成,它适用于大量的链接将允许更多的光滑轮廓的内部空间,也为更多的实现复杂形状和多功能性服务转型的实际目的。然而,结构和运动规划的复杂性增加,以及传感器的数量和刹车结构上安装。gydF4y2Ba

模块化联系允许重复使用的一个标准化的施工程序和应用程序通过建设机器人未来的大会(gydF4y2Ba一杯啤酒,2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba噶比尔et al ., 2020gydF4y2Ba)。相应的机器人技术方面建设现场施工包括自动化机器人装配(gydF4y2Ba南et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2008gydF4y2Ba)和自主机器人装配(gydF4y2Ba楚et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba楚et al ., 2013gydF4y2Ba)。在这两种情况下,机器人系统导致的就业减少施工时间和成本,增强工人的安全和质量一致。gydF4y2Ba

4结论gydF4y2Ba

通过增加可变换性在建筑最初追求建筑和结构的灵活性处置建筑。这是通过工业化和模块化组件的大规模生产成为可能。在工程背景下,可变换性的自适应性首次采用数值模拟和实际安装特殊的创新结构,大跨度轻型的拉伸结构和弹性gridshells。这种发展后,提出了主动结构控制实现自适应系统的体系结构。同时众所周知的解决方案的部署结构、张拉整体结构的基础上,scissor-like和折纸类型学的启发,允许可变换性与有限数量的形状,通常花费相当大的自重增加由于身体直接驱动组件的实现结构。在实现提高灵活性与最低可变换性驱动方式,rigid-bar连杆结构构成一个有前途的解决方案。系统的运动学是基于减少外部控制1-DOF机制转换的每个连续的步骤序列。运动学的概念包括两种基本的方法,即ECS E4B的方法。这两种方法被用来将一个torus-shaped空间结构从最初到目标位置,遵循一个特定的运动序列。运动学的调查,使用参数关联设计。 The case study demonstrates: 1) the applicability of the transformation approaches to spatial circular section structures, and 2) the investigation of the kinematics of the building through parametric associative design. Congruently to previous numerical studies conducted of planar interconnected linkages it was reconfirmed through the digital design approach applied: 1) the high degree of flexibility and potential of the system enabled through the transformation approaches to provide a further number of possible building shapes according to temporary transformation states or target positions of the system, 2) the reduced structural self-weight preserved during transformations due to reduced number of used actuators, detached from the main structure body. Furthermore, the present study demonstrates the possibility to consider the kinematics of the system at a preliminary design stage in providing essential information on transformations and compatibilities of the system with regard to spatial limitations and objectives governing the design. Future work includes the development of a framework of automated motion planning and optimization procedures for the generation of optimal motion trajectories and sequences in providing respective building shapes based on specific criteria and objectives.

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

毫米,MP, EC,我起草了手稿。所有作者修改和编辑的手稿。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项工作在一定程度上由德意志Forschungsgemeinschaft(脱硫、德国研究基金会)项目号279064222 - sfb 1244。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这个手稿的内容在第二个国际会议上提出了部分建筑,2021年技术和创新,gydF4y2Ba卡斯和Matheou (2021)gydF4y2Ba。作者要感谢马提亚Kip参与参数模型。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

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