使用树叉而不是钢接头构建承重结构

喻仁静
导读 废弃的树叉可以使用麻省理工学院研究人员开发的施工技术取代建筑项目中的承重接头。该系统结合了衍生式设计和机器人制造,允许树叉(树干或

废弃的树叉可以使用麻省理工学院研究人员开发的施工技术取代建筑项目中的承重接头。

该系统结合了衍生式设计和机器人制造,允许树叉(树干或树枝分裂成两部分的木块)用作连接直线建筑构件的Y形节点。

由麻省理工学院(MIT)的数字结构研究小组创建,五步法已被用于在大学校园内安装演示结构,目前正在建设一个更大的展馆。

麻省理工学院数字结构研究小组使用树叉作为承重接头建造的结构

麻省理工学院的数字结构小组已经建立了一个使用树叉作为关节的演示结构

研究人员认为,他们的系统可以通过提供高强度但排放密集型的原始材料(如钢)的替代品来减少建筑对环境的影响,这些材料通常是形成结构部件所必需的。

相比之下,树叉不仅是天然的和可再生的,而且是木材工业的再生废物,木材工业仅使用树木的直线部分来制造家具和建筑材料。

麻省理工学院建筑技术项目副教授、数字结构研究小组组长凯特琳·穆勒(Caitlin Mueller)将树叉描述为“自然工程结构连接”,由于其内部光纤网络,可以非常有效地传递力。

“你能给材料的最大价值就是让它在结构中起承重作用,”她告诉大学报纸麻省理工学院能源计划。

碳革命标志

“如果你拿一个树叉,把它从中间切下来,你会看到一个令人难以置信的纤维网络,这些纤维交织在一起,在一棵树上创造了这些通常是三维的负载转移点,”她继续说道。

“我们开始使用3D打印做同样的事情,但我们远不及大自然在复杂纤维取向和几何形状方面的作用。

Mueller 和她的数字结构团队开发的五步工作流程的第一步是将一系列树叉编目到数字库中。这是通过3D扫描完成的,可以使用智能手机应用程序等现成的设备来完成。

这些扫描捕获分支的相对几何形状和方向,从而确定前叉的内部纤维方向,从而确定其强度。

数字建筑设计显示树叉与节点匹配,绿色匹配良好,红色匹配差,黄色匹配良好

树叉使用软件分发,该软件将不良匹配标记为红色

第二步涉及将树分叉与给定架构设计中的 Y 形节点进行匹配。这是通过算法实现的,这些算法评估特定树叉的形状与给定节点的对齐程度,然后调整树叉的整体分布以最有效地利用库存。

在第三步中,设计人员可以处理结构的形状,因为他们知道用于匹配过程的算法将随时重新计算最佳树叉分布。

由数字结构团队开发的软件自动生成设计,提供最佳的“匹配分数”,但也允许设计人员用自己的喜好覆盖这些设计。

扬·沃姆

一旦设计完成,第四步涉及尽可能少地切割树叉,以剥离树皮并使关节适合其指定的节点。

这个阶段也是自动化的,算法生成代码指令,在演示结构的情况下,波士顿Autodesk技术中心的机器人切割木材。

在最后也是唯一一个低技术含量的步骤中,结构被手动组合在一起,“就像孩子的玩具套装一样”,每个树叉都贴上标签,以便直接组装。

机器人手臂将一块木头推入带锯

树叉在自动化过程中进行最小的切割和成型

穆勒认为,就像目前的计算设计过程一样,这个系统最终可以让建筑师探索新的形式。

“过去二十年中建造的许多标志性建筑都有意想不到的形状,”她说。“树枝具有非常特定的几何形状,有时适合于不规则或非标准的建筑形式 , 不是由某种任意算法驱动,而是由材料本身驱动。

木材已成为越来越受欢迎的选择,因为建筑和建筑行业试图减少材料和建筑的隐含碳排放。

据估计,一棵完全成熟的树木在一年内会从大气中去除22公斤的二氧化碳,这意味着只要负责任地采购和使用,这种材料就是碳负的。

在实现木材的可持续潜力方面,需要解决的关键问题之一是木材工业产生的大量未使用的边角料,以及围绕运输和加工的问题。

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