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Morphogenesis of a toroidal Skywalk. Development, design and optimization
- 1. Morphogenesis of a Toroidal Skywalk Development, design and optimization Università di Pisa Scuola di Ingegneria Tesi di laurea specialistica in Ingegneria edile e delle costruzioni civili Relatori: Prof. Ing. Maurizio Froli Ing. Francesco Laccone Candidato: Marco Pellegrino
- 2. Introduzione Analisi preliminari Form Finding Ottimizzazione strutturale Pannellizzazione Progetto
- 3. Introduzione
- 4. Grand Canyon skywalk Arizona – Hualapai Indian Reservation Riferimenti contemporanei Glacier skywalk Jasper National Park - Canada • Camminamento in vetro • Travi scatolari • Struttura anima piena e reticolare • Cavo post-teso • Camminamento in vetro
- 5. • Struttura a spirali avvolgenti • Guscio Vitreo • Camminamento in vetro Progetto
- 6. Ingegneria parametrica scripting Gli script sono creati attraverso concatenazione di righe di codice. Oggi esistono degli editor visuali, estremamente utilizzati nella generazione di architetture complesse.
- 9. Elemento trave Caratteristiche della sollecitazione • Percorso semi circolare CARATTERISTICHE DELLA SOLLECITAZIONE • Doppiamente Incastrata • Carico distribuito uniforme Momento flettente Momento torcente Taglio
- 10. Momento flettente Elemento trave Caratteristiche della sollecitazione - Fibre tese superiori agli appoggi - Fibre tese inferiori in mezzeria - Fibre compresse inferiori agli appoggi - Fibre compresse superiori in mezzeria
- 11. Analisi del guscio Caratteristiche • Sezione ellittica 5 7 • Guscio Toroidale
- 12. Analisi del guscio Stato tensionale Vista superiore Vista Trazione Compression e TrazioneCompressione
- 13. Analisi del guscio Direzioni principali
- 14. Analisi del guscio Direzioni principali Stato tensionale Direzioni principali
- 15. Form Finding
- 16. Form Finding RICERCA DELLA FORMA DELLA STRUTTURA Le architetture free-form sono complesse da disegnare e necessitano quindi dello sviluppo di algoritmi appositi. Grazie a questi è anche possibile definire forme che abbiano delle caratteristiche più performanti.
- 17. Equazione parametrica della spirale Form Finding Curve a passo costante
- 18. Form Finding Curve a passo costante
- 19. Form Finding Curve a passo costante n = 3 n = 8 n = 16n = 12
- 20. Form Finding Ispirazione Stadio Nazionale di Pechino, Arup Skylink, Francoforte Bollinger-Grohmann
- 21. Form Finding Curve avvolgenti Spazio x,y,zSpazio u,v u v
- 22. Form Finding Curve avvolgenti Spazio x,y,zSpazio u,v
- 23. Form Finding Curve avvolgenti Spazio x,y,zSpazio u,v
- 24. Form Finding Curve avvolgenti Spazio x,y,zSpazio u,v
- 26. Processo iterativo Algoritmi genetici Ottimizzazione strutturale Curve a passo costante Curve generiche
- 28. Ottimizzazione strutturale Processo iterativoN° spirali = 6 n° avvolgimenti: 1…6 N° spirali = 8 n° avvolgimenti: 1…6 N° spirali =10 n° avvolgimenti: 1…6 N° spirali =16 n° avvolgimenti: 1…6 N° spirali =14 n° avvolgimenti: 1…6 N° spirali =12 n° avvolgimenti: 1…6
- 29. Ottimizzazione strutturale Processo iterativo 38 cm 110’000 kg
- 30. Ottimizzazione strutturale Processo iterativo 10 mm 15 mm 20 mm 450 x 220 Spessore profilo
- 33. massa spostamento Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico Pareto Front Un insieme di soluzioni ottimali
- 34. Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico Pareto Front – 5 ‘ Pareto Front – 10 ‘ Pareto Front – 30 ‘
- 35. Mass 170021.5275 Displacement 0.108832 0.53 0.75 0.79 0.8 0.49 0.33 0.2 0.21 59 62 6 69 Genome Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico
- 36. Mass 168225.3942 Displacement 0.307878 0.54 0.98 0.83 0.97 0.49 0.3 0.2 0.14 59 62 11 68 Genome Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico
- 37. Mass 152081.0362 Displacement 0.184175 0.73 0.74 1 0.76 0.22 0.15 0.95 0.21 68 23 3 25 Genome Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico
- 38. Ottimizzazione strutturale Algoritmo genetico Mass 108.568 Displacement 0.358926 0.25 0.5 0.75 1 0.25 0.5 0.75 1 75 75 75 75 Genome
- 39. Comportamento delle spirali Sforzo normale Spirale 1 Spirale 3 Spirale 4 Spirale 2 Trazione compressione 42 cm
- 40. Compressione dei pannelli di vetro Tesatura cavo Forze risultati dopo la tesatura del cavo
- 41. Compressione dei pannelli di vetro Stato tensionale Presenza totale della sollecitazione di compressione nei pannelli Vista superiore Vista inferiore
- 42. Pannellizzazione
- 43. Pannellizzazione Algoritmo di ottimizzazione Selezione del pannelloCreazione dello stampo cilindrico o toroidale Il pannello viene posto di fronte allo stampo attraverso una trasformazione T I vertici vengono proiettati sulla superficie Lo stampo viene tagliato con 4 piani paralleli all’asse z passanti per i vertici Il pannello viene creato e riposizionato Il pannello è riposto sulla superficie iniziale
- 44. Pannellizzazione risultati TOT senza ottimizzazione: 627 TOT con ottimizzazzione: 374 Risparmio 40 % mold C1 C2 number €Pannelli €TOT 4.224 - 26 2 52 3.097 30.892 24 2 48 1.923 38.171 13 2 26 3.097 23.265 24 5 120 1.923 16.775 13 5 65 doublecurvature cilinder
- 45. Progetto
- 46. Progetto Dettagli costruttiviPlanimetria Sezione r = 20 metri c = 63 metri h = 5 metri b = 6,50 metri
- 53. Progetto #VR Realtà Virtuale Dinamica Realtà Virtuale statica
- 54. #VR Virtual Reality Occhio destro Occhio sinistro