Striatus人行天桥

Striatus是一座拱形的无加固砌体人行天桥,由3D打印的混凝土块组成,不用砂浆组装。在威尼斯建筑双年展期间,该作品在Giardini della Marinaressa展出,直至2021年11月,16×12米的人行天桥是同类作品中的首例,将建筑大师的传统技术与先进的计算设计、工程和机器人制造技术相结合。

外观 ©2021 naaro
外观 ©2021 naaro

Striatus “这个名字反映了它的结构逻辑和制造过程。混凝土被印成与主要结构力正交的层,以创造一个不需要加固的 “条纹 “纯压缩式缆车结构。

细部 ©2021 naaro
细部 ©2021 naaro

混凝土的新语言

Striatus提出了一种新的混凝土语言,这种语言在结构上是有依据的,有制造意识的,对生态负责的,并能准确地用更少的钱建造更多的东西,它优化了砌体结构、3D混凝土打印(3DCP)和当代设计的相互关联的特性;提出了传统混凝土建筑的替代方案。

外观 ©2021 naaro
外观 ©2021 naaro
 外观 ©2021 naaro
外观 ©2021 naaro
细部 ©2021 naaro
细部 ©2021 naaro

几何学上的力量

纹状体是一种无钢筋混凝土结构,通过几何形状实现强度。混凝土可以被认为是一种在压缩中表现最好的人造石。在拱形和拱顶结构中,可以精确地放置材料,使力量能够以纯粹的压缩方式传递到支撑物上。强度是通过几何形状产生的,而不是像传统的混凝土梁和平面楼板那样低效的材料堆积。这为大幅减少空间所需的材料数量提供了机会,也为使用低强度、低污染的替代材料进行建设提供了可能。

纹状体构造 ©2021 tom van mele
纹状体构造 ©2021 tom van mele

纹状体的分叉甲板几何形状响应其现场条件。其结构拱的索道形状由极限分析技术和平衡方法定义,例如推力网络分析,最初是为历史砖石拱顶的结构评估而开发的;它的月牙形轮廓包含推力线,在所有负载情况下,通过结构追踪压缩力。

纹状体构造 ©2021 tom van mele
纹状体构造 ©2021 tom van mele
纹状体构造 ©2021 tom van mele
纹状体构造 ©2021 tom van mele

钢制拉杆吸收了拱门的水平推力。氯丁橡胶垫放置在干式组装块之间,避免了应力集中,控制了界面的摩擦性能,与历史上砌体建筑中使用的铅板或软砂浆相呼应。

在平面上,结构的边界形成了深拱门,将水平荷载(例如,来自靠在栏杆上的游客)以纯压缩的方式传递给支撑。先进的离散元素模型(DEM)被用来完善和优化区块的立体结构,并在极端载荷情况下或支撑件的差异沉降下检查整个组件的稳定性。

纹状体构造 ©2021 alessandro dell'endice
纹状体构造 ©2021 alessandro dell’endice

桥的53个3DCP模版是用不平行的印刷层制作的,这些印刷层与主要的力流是正交的。这就避免了打印层之间的分层,因为它们被压缩在一起。增材制造工艺确保了部件的结构深度可以在不生产具有实心截面的块体的情况下实现,因此与减材制造方法或铸造相比,减少了所需的材料数量。

Striatus在两个层面上遵循砖石结构逻辑。作为一个整体,该桥表现为一系列倾斜的无加固的伏索拱门,其离散性与压迫力的主导流正交,遵循与罗马石拱桥相同的结构原则。在在局部地区,在拱顶的层面上,3DCP层表现为传统的砖砌体,这在努比亚或墨西哥拱顶内的倾斜的砖排中很明显。

纹状体构造 ©2021 alessandro dell'endice
纹状体构造 ©2021 alessandro dell’endice

可持续数字混凝土

循环设计,Striatus只在需要的地方放置材料,大大减少了其对环境的影响。Striatus的建造没有钢筋,采用干式组装,没有粘合剂,可以反复安装、拆卸、重新组装和重新使用;展示了可持续发展的三个R(减少、再利用、再循环)是如何应用于混凝土结构的。

安装过程 ©2021 tom van mele
安装过程 ©2021 tom van mele

减少:通过结构几何学和快速成型制造,最大限度地减少资源的消耗和消除建筑垃圾,从而降低体现的排放量。 3DCP只在需要的地方放置混凝土,最大限度地减少了所需的材料数量,而Striatus的低应力、纯压迫式栅栏的几何形状提出了3DCP的进一步发展,将能够使用强度更低、污染更少的可打印材料。 与混凝土中的嵌入钢筋相比,Striatus使用外部拉杆来吸收其拱形的推力,并极大地减少了所需的钢筋数量。作为一种高碳密集型材料,单位质量的钢筋(100%回收)是标准混凝土的10倍以上。

再利用:提高循环性和寿命。与传统的钢筋混凝土结构不同,Striatus的设计是干式组装,没有任何粘合剂或胶水,使桥梁能够被拆除并在其他地方重新使用。它的漏斗式设计确保了3DCP块在整个使用过程中经历低应力,导致结构完整性没有损失。Striatus将组件在压缩和拉伸中分开,确保外部拉杆可以很容易地被访问和维护,从而使整个结构的寿命更长。

循环利用:通过确保不同的材料的拆散和可分离的,Striatus的每个组件都可以很容易地以最小的能源和成本进行回收。3D打印也避免了一次性模具带来的浪费和成本。此外,Striatus内的组件材料通过使用机械连接,如维萨之间简单的干式接触,而不是化学胶水或粘合剂,保持独立和可分离,确保在元件的使用寿命结束时,可能在多次循环使用后,进行简单、低能耗的回收。

纹状体构造 ©2021 tom van mele
纹状体构造 ©2021 tom van mele
细部 ©2021 naaro
细部 ©2021 naaro

机器人3D混凝土打印

与典型的简单水平层挤出 3D 打印不同,Striatus 使用双组分 (2K) 混凝土墨水和相应的打印头和泵装置,通过 6 轴多自由度机械臂精确打印非均匀和非平行层。这种新一代的3D混凝土打印技术与拱形砌体设计相结合,使得所产生的构件在结构上不需要任何加固或后张力就可以使用。

3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d

为了防止结构力的方向和材料层的方向之间的错位,这种错位是由典型的明确建模几何形状的切片引起的,为Striatus制定了一个定制开发的设计管道,以确保其打印层完全与整个桥梁的压缩力方向对齐,并且在每个3D打印块的局部。为了解决打印过程中可能妨碍中间稳定性的问题和挑战,逐渐演变的打印路径的连贯性和可行性已使用功能表示 (FRep) 过程进行建模。为了解决在印刷过程中可能阻止中间稳定性的问题和挑战,使用功能表示(FRep)过程对逐渐演变的印刷路径的一致性和可行性进行了建模。

3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d

这个过程对最小重叠量、印刷层之间的最大悬臂以及印刷长度、印刷速度和挤出的湿混凝土量等规则进行编码和连续检查。这些通常用于水平分层的3DCP的措施,已经被推进和完善,以便在倾斜的平面设置上工作:

●所有53个打印块的起点和终点平面之间的角度差异已被同时调整,以满足多种标准,如相邻块之间适当的结构接触和角度,以及最大的打印倾斜度。
●对空心截面和填充物三角结构的精心设计和反复完善,确保了材料的放置与精确分析的每个块的局部结构性能相对应。这种设计和优化已被应用于每个块的每个单独的层(平均每个块有500个打印层),确保所有的块都是尽可能的空心和轻,从而使用尽可能少的材料,同时在所有的负载条件下保持结构完整性。
●由此产生的复杂的截面设计已被处理成一个单一的、连续的打印路径,满足各种标准,包括适当的打印速度和转弯半径,结构上所需的材料宽度和厚度,以及自然发生的打印工艺品的控制表达。

3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d

机器人3DCP砌筑的一个细微的方面是将智能和高技能劳动力重新引入制造和建筑行业。制造的数字化和熟练装配和建筑技术的数字增强,使年轻一代能够获得历史上积累的知识,并通过使用计算和机器人技术,使其系统地升级为工业化建筑。与偏向于自动化和流水线生产的蛮力和经常浪费材料的经济形成鲜明对比的是,3DCP砌体引入了人机共生经济的可能性。这有望在环境、社会文化和经济上对其20世纪的前身形成一个可持续的替代。

3D打印 ©2021 in3d
3D打印 ©2021 in3d

计算性设计到施工的整合

整合设计、工程、制造和施工,Striatus重新定义了传统的跨学科关系。块的精确制造是由参与该过程的各个特定领域的软件工具链之间明确的数据交换来实现的。这种共同开发的方法是通过使用COMPAS来实现的,COMPAS是一个开源的计算框架,用于AEC行业的合作和研究,这使得项目的主要参与者之间能够流畅地互动,他们在五个不同的国家一起工作,在一个非常紧张的时间表和预算下,当时是不可能旅行的。

颠覆性的前景

Striatus提供了一个用更少的钱建造更多的东西的蓝图。Striatus采用相同的结构原理和类似的完全集成的计算设计到制造方法,构成了Block研究小组与Holcim合作开发的拱形、肋骨加筋、非钢筋混凝土地板的基础,提出了任何建筑物内标准低效楼板的替代品。

与典型的钢筋混凝土平面楼板相比,这种新的楼板系统只使用了30%的混凝土体积和仅10%的钢材。缆车结构内的应力非常低,也使其能够使用低含碳量的混凝土,其中包含高比例的回收建筑垃圾。预制和干式组装,因此完全可以拆卸和重复使用,这种地板系统在使用寿命结束后可以轻松和干净地回收。

据估计,未来30年全球将建造3000亿平方米的楼面,而楼层占大多数高层建筑(10层以上)重量的40%以上,引入Striatus展示的原则将真正颠覆建筑行业–改变我们设计和建造建筑环境的方式,以应对我们这个时代的决定性挑战。

外观 ©2021 naaro
外观 ©2021 naaro

图纸

平面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
平面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
立面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
剖面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
剖面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
剖面图 ©2021 Zaha Hadid Architects
剖面图 ©2021 Zaha Hadid Architects

项目信息

设计 ZHACODE 、 ETH BRG
工程 ETH BRG
制作设计 ETH BRG 、 ZHACODE
3D混凝土打印 In3D 、
混凝土材料开发 Holcim 、LafargeHolcim Spain、
装与建造 Bürgin Creations、ETH BRG
后勤 ETH BRG 、Holcim Switzerland & Italy、LafargeHolcim Spain
CNC 木模板Ackermann GmbH
现场测量 L2F Architettura
钢支架 Pletscher
激光切割氯丁橡胶 ZB Laser
文档 ZHACODE 、 ETH BRG 、 In3D

编辑及翻译:Ing, ©️FULLDES设计 获授权发布 ,著作权来自作者,图片版权来自摄影师或公司

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