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Morphogenesis of a Toroidal SkywalkDevelopment, design and optimization
Università di PisaScuola di IngegneriaTesi di laurea specialistica in Ingegneria edile e delle costruzioni civili
Relatori: Prof. Ing. Maurizio Froli Ing. Francesco Laccone
Candidato: Marco Pellegrino
IntroduzioneAnalisi preliminariForm FindingOttimizzazione strutturalePannellizzazioneProgetto
Introduzione
Grand Canyon skywalk Arizona – Hualapai Indian Reservation
Riferimenti contemporanei
Glacier skywalkJasper National Park - Canada
• Camminamento in vetro
• Travi scatolari
• Struttura anima piena e reticolare• Cavo post-teso
• Camminamento in vetro
• Struttura a spirali avvolgenti
• Guscio Vitreo• Camminamento in vetro
Progetto
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.
Ingegneria parametrica
scriptingInput
Output
Analisipreliminari
Elemento traveCaratteristiche della sollecitazione
• Percorso semi circolare
CARATTERISTICHE DELLA SOLLECITAZIONE
• Doppiamente Incastrata
• Carico distribuito uniforme
Momento flettente
Momento torcente
Taglio
Momento flettente
Elemento traveCaratteristiche della sollecitazione
- Fibre tese superiori agli appoggi- Fibre tese inferiori in mezzeria- Fibre compresse inferiori agli
appoggi- Fibre compresse superiori in
mezzeria
Analisi del guscioCaratteristiche
• Sezione ellittica
5
7
• Guscio Toroidale
Analisi del guscioStato tensionale
Vista superiore Vista inferiore
Trazione
Compressione
TrazioneCompressione
Analisi del guscio
Direzioni principali
Analisi del guscio
Direzioni principali
Stato tensionale Direzioni principali
Form Finding
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.
Equazione parametrica della spirale
Form FindingCurve a passo costante
Form FindingCurve a passo costante
Form FindingCurve a passo costante
n = 3 n = 8
n = 16n = 12
Form FindingIspirazione
Stadio Nazionale di Pechino,Arup
Skylink, Francoforte Bollinger-Grohmann
Form FindingCurve avvolgenti
Spazio x,y,zSpazio u,v
u
v
Form FindingCurve avvolgenti
Spazio x,y,zSpazio u,v
Form FindingCurve avvolgenti
Spazio x,y,zSpazio u,v
Form FindingCurve avvolgenti
Spazio x,y,zSpazio u,v
OttimizzazioneStrutturale
Processo iterativo Algoritmi genetici
Ottimizzazione strutturale
Curve a passo costante
Curve generiche
Ottimizzazione strutturale
Processo iterativo
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
Ottimizzazione strutturale
Processo iterativo
38 cm 110’000 kg
Ottimizzazione strutturale
Processo iterativo
10 mm
15 mm
20 mm
450 x 220
Spessore profilo
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
massa
spostamento
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Pareto Front
Un insieme di soluzioni ottimali
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Pareto Front – 5 ‘ Pareto Front – 10 ‘ Pareto Front – 30 ‘
Mass 170021.5275Displacement 0.108832
0.530.750.790.80.490.330.20.215962669
Geno
me
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Mass 168225.3942Displacement 0.307878
0.540.980.830.970.490.30.20.1459621168
Geno
me
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Mass 152081.0362Displacement 0.184175
0.730.741
0.760.220.150.950.216823325
Geno
me
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Ottimizzazione strutturale
Algoritmo genetico
Mass 108.568Displacement 0.358926
0.250.50.751
0.250.50.75175757575
Geno
me
Comportamento delle spiraliSforzo normale
Spirale 1
Spirale 3 Spirale 4
Spirale 2
Trazionecompressione
42 cm
Compressione dei pannelli di vetro
Tesatura cavo
Forze risultati dopo la tesatura del cavo
Compressione dei pannelli di vetro
Stato tensionale
Presenza totale della sollecitazione di compressione nei pannelli
Vista superiore Vista inferiore
Pannellizzazione
PannellizzazioneAlgoritmo di ottimizzazione
Selezione del pannelloCreazione dello stampo cilindrico o toroidaleIl pannello viene posto di fronte allo stampo attraverso una trasformazione T
I vertici vengono proiettati sulla superficieLo stampo viene tagliato con 4 piani paralleli all’asse z passanti per i vertici
Il pannello viene creato e riposizionatoIl pannello è riposto sulla superficie iniziale
Pannellizzazionerisultati
TOT senza ottimizzazione: 627
TOT con ottimizzazzione: 374Risparmio 40 %
mold C1 C2 number € Pannelli € TOT4.224 - 26 2 523.097 30.892 24 2 481.923 38.171 13 2 263.097 23.265 24 5 1201.923 16.775 13 5 65double curvature
cilinder
Progetto
ProgettoDettagli costruttiviPlanimetria
Sezione
r = 20 metric = 63 metri
h = 5 metrib = 6,50 metri
ProgettoDettagli costruttivi
Attacco per vetro
ProgettoDettagli costruttivi
ProgettoDettagli costruttivi
Attacco per vetro
ProgettoDettagli costruttivi
ProgettoDettagli costruttivi
ProgettoRendering
Vista Concettuale
ProgettoRendering
Vista Concettuale
ProgettoRendering
Vista Concettuale
Progetto#VR
Realtà Virtuale Dinamica Realtà Virtuale statica
#VRVirtual Reality
Occhio destro
Occhio sinistro
#VRVirtual Reality
Grazie per
l’attenzione