DigDesFab15研究馆

介绍

这个项目达到建设的一种典型的结构(图1)使用一个新的、创新的木头和聚合物混凝土组成的复合材料。在这个层次上的研究,这种复合材料应用程序适用于中档结构(馆),以下主要特点:

1。可以使用预制程度高,

2。结构是轻量级的,

3所示。创建结构刚性节点在木材成为可能,

4所示。复合材料允许无限制的几何(任何形状都可以产生)。

背景

研究馆遵循一个特定的结构策略。它试图开发和测试一个新的混合施工技术使用的组合作为复合材料聚合物混凝土和木材。聚合物混凝土尚未大规模建筑生产测试。Hochschule特里尔完成一些全面模拟特里尔在维也纳(2014、2016)和(2014)与应用艺术大学的合作Schober et al ., 2016)。这些最初的原型可以镌刻在一个边界框的体积约3米×3 m×3 m。

DigDesFab15研究馆项目,聚合物混凝土材料被测试为混合材料组合和直接依从性与木材板边界框的体积约8米×8米×8米。

材料成分和性能

而不是传统的混凝土、聚合物水泥的绑定组件不是水泥,但聚酯树脂。需要精确的关系和组合三个组件,以确保材料的刚度。对于这个项目,总共120公斤的Epument 140/5 A1聚合物混凝土使用。三个必要的组件是由·拉姆夫机系统在Wangen GMBH & CO KG公司,的贝戈平根市德国和混合使用比率表所示1在下面。

因此,由于精确的混合物,没有什么不同材料一致性是可能的,因为这是水泥基混凝土的情况。这是一个缺点当应用和混合物。另一个缺点是微妙的处理由于树脂成分和相对较高的价格,与水泥基混凝土相比。

然而,聚合物混凝土的应用也提供了巨大的优势。治愈的材料不是脆弱,也高压(不仅压缩)的能力,并证明具有较高的坚持木材料。审美,它可以产生(取决于添加剂)与不同的晶粒尺寸,这样可以非常光滑或粗糙的表面质量,根据模板表面。聚合物混凝土不需要振动压实。

传统使用的材料

业内有一个大型的应用程序对聚合物混凝土。聚合物混凝土是一种工业制造材料和精确控制颗粒大小和刚度等材料的品质品质。因为所有组件(组件)没有水是工业生产,他们可以控制高度。一个重要的当前应用程序的材料是机械制造的基础。这是因为保证刚度高,不像普通混凝土脆性材料,并且可以承受振动和紧张部队在某种程度上。见表2下面的比较传统的cement-bound混凝土和聚合物混凝土(毛皮Betonbau研究所,1998年;Schober 2008)。

在DigDesFab15研究馆使用的材料

近年来,聚合物混凝土进行检测,并进行了小规模应用在Hochschule特里尔(w·贝克尔教授教授r图姆)在德国。DigDesFab15项目建立在知识通过这个初步研究在德国;然而,这种类型的建筑和结构类型学与本研究测试馆首次在一个更大的规模。目的是创建一个完全自营结构与结构的节点在一个矩形网格(不需要使用三角网格)。这是创新的,因为在正常情况下,很难实现结构弯曲木关节僵硬的节点;因此,在许多情况下,三角(桁架)系统。这个问题自然减少了可用性的成本有效的建筑师和结构工程师的设计选择。

方法

教学方法

研究馆的设计过程遵循一个严格的系统方法。24名学生被分为4个组,每组六个学生。这些团体提供了一个设计任务,辅导向发展中初始设计建议。

项目设计开发感兴趣的两个点。一方面,建筑短暂要求考试来创建一个轻量级的结构,另一方面,一个结构上可行的施工技术和应用的聚合物混凝土结合木材必须开发。不是建筑所需的简单设计一个防水保护雨的避难所。开发的建筑系学生所需的犀牛蚱蜢和Karamba分析设置和定义文件在专家的帮助下从Bollinger + Grohmann工程师。

设计方法

结构系统已经开发在设计任务的所谓Zollinger系统(孟et al ., 2016),小模块(Tamke et al ., 2010)预制和加入,形成一个更大的结构(袋,2013)。犀牛的参数模型和蚱蜢软件创建和测试通过各种细分实际上密度和节点大小(图2)。总体结构与结构分析评价工具Karamba犀牛蚱蜢(插件),层数目的不同高度的馆出现结构分析垂直和水平载荷下的应力和变形量。

蚱蜢定义加载RhinoVault NURBS曲面创建的。定义适用于矩形细分(图3),并创建相应的四条腿的每个节点表(或层数目)不同结构的高度。Karamba插件用于应用重力(垂直)和网格(水平)加载到结构。相对应的网格视图组件和材料利用率导致Karamba与区分参数化层数目的高度。矩形网格细分进行了优化,同时保持最大材料容量的利用率低于60%。

施工方法

叠层云杉木材板(3 - layer, 19毫米厚)是用于建设。所有的碎片从3 d模型被夷为平地,分布在标准尺寸板(1.25米×2.00米)参数化,使用犀牛插件蚱蜢。块是减少3斧数控机(图5),边缘被磨绒展示最后一块时避免受伤。几何独特的作品(切两次双分层)标记的数字模型和学生分类和标签和分组邻块(节点)后立即和手工生产。每个节点与金属螺丝拧在一起作为一个临时夹具(图6)。

预定了三维几何形状的组装件在每个节点(图4)。相邻块只会组合在一起的几何角度预定的磨块;因此,没有测量必须从3 d模型转移到物理模型在这个状态。这意味着,每个节点和底部的四块密封板只能组合在一起的一种方法。帮助装配过程和几何控制的目的,缝在每一块磨,标志指示的相邻块需要精确。螺丝只作为临时固定,直到聚合物混凝土填充节点最终固定(图的中心7)。每个节点与切削板底部密封的薄(8毫米)胶合板材料,贴上一个惟一的代码。项目建立一个矩形网格,每个节点周围有四条腿一个中央节点腔(互惠系统)的聚合物混凝土(图8)。聚合物混凝土(固化时间约8 h)与木材和坚持,因此,创建了一个结构刚性节点在木材,在一个大范围的几何变化。通常情况下,很难实现硬木材结构节点结构;因此,这个应用复合方法可能提供有趣的未来潜力。

122个节点都是单独和与螺丝螺栓现场。开发出相应的装配策略,容易相互连接的节点通过使用研磨几何参考。在最后的结构,木材表四节点的腿重叠,所以最后的材料厚度是2毫米×19毫米= 38毫米(图11)。重叠部分适合在特定的位置,这将创建一个装配1:1结构时参考。几何的协助下开发软件插件犀牛库开发一个纯压缩负荷自由的壳。在这种情况下,不支持模板(除了目的如下所述)脚手架的施工需要,总装,所包涵。组装件添加从最低的行和结构拱门建成后达到最终的结构稳定性。所需的施工,脚手架是汇编程序达到和更高层次的结构。同样,脚手架帮助稳定不完全封闭的拱形结构对水平荷载(风)在施工期间。

结果和反射

展馆是分解和佐在不同的位置。节点的节点可以拆卸后拧松连接节点的双层木表。测量之后控制物理结构的挠度追求完整的加载。这些不同(< 20毫米的地方弯曲的扩展模块)的第一行的值计算结构Karamba分析(图9),在决赛中最大的部分变形结构发生由于在装配缺陷。这些缺陷是进一步增加多个de -和重建后(图10)。混合木板和聚合物混凝土的质量仍不断好接触外面的天气和湿度条件后几个月。木头并不是治疗在这个实验中,为了没有潜在的结构薄弱层之间的木材表面和聚合物混凝土。因此,原木的户外条件不可能持续了超过6个月。在以后的实验中,不同的木材治疗与聚合物混凝土的组合应用程序测试。明显暴露聚合物混凝土的颜色改变后暴露于紫外线的时间较长。暴露在室外湿度和雨不影响木材和混凝土之间的结构性的依从性,然而,由于木材表面没有保护,木材本身显示结构弱化和分解的迹象。多个组合件和节点失败,测试了材料的断裂裂隙发生总是在层压木板,而不是在聚合物混凝土/木材表面接合。特别注意必须致力于以下施工中实际的问题:由于聚合物混凝土必须倒和(和聚合物混凝土的材料一致性无法改变),解决方案必须发现保持液体聚合物混凝土接触木头直到固化(模板、临时固定、等等)。

结论

由于这个项目的实验性质,它是非常有用的开发和测试在学术背景下底层的基本原则。学生受益于与结构专家合作,成为用来同时开发和设计专业知识和技术的组合和结构原则。同时,相当数量的工作参与设计、制造、装配原型结构仅用于测试目的是不可能的在纯粹的工业环境没有实质性的金融和人力资源投资。

这施工技术被证明是一个在结构上可行的方法生产硬木材节点在任何几何布局中档户外建筑在这个特定的结构体系。通常情况下,结构的木/木连接,钢镶嵌或特殊螺丝/螺栓连接是必需的。对于这个研究项目,木头碎片被连接在一个僵硬的结构节点注入聚合物混凝土。如果聚合物混凝土和木材之间的接触表面是足够大,混合聚合物混凝土/木联合可以暴露于高张力和压缩力量之前材料发生故障。通常,依从性高;因此,材料在木材组件发生故障时,在不破坏复合关节。这个项目没有测试其他材料;然而,进一步的研究可能合并使用其它平面材料,如铝复合材料板(Alucobond)代替木材表。用这种方法,不需要创建硬钢镶嵌木/木连接。这个综合施工技术的最大优势之一是,由于液体聚合物混凝土材料的一致性,任何几何三维布局可以生产,只要暂时密封和固定可以实现化学固化过程完成之前(大约8 h)。复合材料测试在中等规模(馆规模)已经成功,然而,对于大型规模,工业建筑应用在建筑规模,进一步认识和研究具体完成在两个领域:

答:评估结构的优势(按压/张力能力)的复合材料

b .长期耐用性(暴露在湿度和紫外线)的复合材料。

作者的贡献

AG)是项目负责人,负责研究项目。房车支持参数化设计过程和结构设计提供专家知识(蚱蜢,Karamba)。

利益冲突声明

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。

确认

特别感谢:维也纳应用艺术大学/学院架构Bollinger + Grohmann Ingenieure Loftcity Brotfabrik文氏Hochschule特里尔·拉姆夫集团和所有涉及到的学生。

引用