德国·2015-16年ICD-ITKE研究馆---ICD-ITKE University of Stuttgart

• 设计单位

  ICD-ITKE University of Stuttgart

• 地址

  德国

• 建筑面积

  85平方米

• 项目年份

  2016

    ICD和ITKE共同完成了一个木材展馆，展示使用分段木材外壳的机器纺织制造技术。展馆是首个使用木材元素的工业缝纫技术建造的建筑级别的项目。它是研究馆装置成功系列的一部分，呈现了建筑方面计算机设计、仿真设计和制造工艺领域的潜力。该项目由学生与研究人员共同设计和实践的，这是一支由建筑师、工程师、生物学家和古生物学家组成的跨专业团队。

壳体结构的仿生研究

    ICD和ITKE设计的该馆是在一层柔软的薄膜内部用机器人织上可以增强结构的碳纤维而形成的轻型纤维复合材料外壳建筑物。同时，还研制了一种制备工艺，使得弯矩传输力为零，就不会变形，展馆的复杂形态由不同几何形状的极薄胶合板组成。在建筑设计中传统的木工链接使建筑结构变得轻质。

    在这个项目中，自然分割壳体结构是在一个跨学科的合作进行了进一步的分析，这是一个创新，拓展了仿生学与建筑的结合度。由海胆的骨架和沙钱的形态定义转化为实际的建造，以及作为一体化设计流程的程序原则。

    该项目设计的构想和扫描电镜是几个不同物种进行的，为了了解其复杂的内部结构。得出的结论是，这些分段的轻质结构的性能不仅依赖于其个别方解石板的布置，同时也依赖于双层体系的几何体形和材料内的分化。然而最重要的是，除了指形接合，一些海胆种类的方解石板都是通过碳纤维连接的。从而可推测，这种复合材料连接起着重要的作用，同时保持了海胆骨架的完整性及其暴露于外部的荷载力。

使用的材料和结构逻辑

    基于生物原理以及材料特性，材料系统的开发是一个双层结构。建筑元素包含极薄木条。采用木材的各向异性，这些极薄材料的纹理方向和厚度都符合所需的不同刚度，分别成为不同半径的组成部分。因此，传统的轻质结构只能预置固定的形态转载。在形态转换中，组件体形由机器缝纫控制。以这种方式可产生151个不同的几何组件，从而组装成一个刚性的双曲壳结构。

    由于外部负载通常应该避免胶合板条的弯矩，节段之间的连接仅用于传输平面内的法线和剪切力。从而使指形接合位于板块边缘处，前者导致了独特的清晰度的连接传输段之间的拉力，扮演一个角色类似海胆板块之间的纤维连接。

机器缝纫的木壳结构

    木材具有优异的机械性能和高潜力的纺织，并允许广泛范围几何体形。特别是薄层的胶合板，多个连续的连接一般是优选的更大的奇异的。然而，铰接的连接一般需要大的压力机或复杂的模板，以保持层压所需的压力。

    该项目通过计算机设计探讨海胆的骨架，不只是单独加入单独弯曲的胶合板条，而且还可以防止潜在的脱层。机器人生产被用于协助组装和板条的弯曲，构成一个组件。然后预置固定的形态。在制作过程中，首先通过机器缝纫将该节段移动，以便将这些板条连接。然后，胶合板相互粘接形成基本单元，用简单的木卡槽让单元连接在一起，便于组装拆卸。该机器人和缝纫机是通过自定义软件集成和控制。这确保了没有横向运动。

    展馆由151个不同的组件组成。直径范围在0.5和1.5米之间，它们的几何体形和材料制成的流程，以适应当地的结构和几何需求。这个项目开发的纺织连接可以克服任何金属紧固件的需求。整个结构重量为780公斤，占地面积为85平方米，跨越9.3米。与最终的材料的厚度/跨度比平均为1 / 1000，也就是每平米为7.85千克。

     整体设计对大学校园的场地条件作出回应，它建立了一个半室外空间，将地面地形整合为一个座椅景观，并向邻近的公共广场开放。同时它演示了开发的系统的形态适应性。研究馆展示了如何计算合成的生物原理和材料之间的复杂的相互作用，形成和机器人制造可能产生创新的木材施工方法。这种多学科的研究方法不仅可演示与有效利用材料的轻量化结构，还探索了新的空间品质和扩展木结构建筑构造的可能性。