дома нескучно
Как весело и с пользой пережить самоизоляцию

Геометрия многослойных конструкций свободной формы для архитектурного строительства

9 November 2019

Свободные формы в архитектуре - это область больших инженерных проблем и новых дизайнерских идей.

Яндекс картинки
Яндекс картинки

Очевидно, что процесс проектирования, который включает в себя форму, возможную сегментацию на отдельные детали, функциональность, материалы, статику и стоимость, на каждом этапе выигрывает от полного знания сложных взаимосвязей между геометрическими требованиями и доступной степенью свободы.

Треугольные сетки - самый простой, удобный и структурно устойчивый способ представления гладкой формы дискретным способом - не поддерживают желаемые свойства сеток, имеющих отношение к строительной конструкции (главное, узлы "без кручения"). Альтернативы, а именно четырех доминантные и шестиугольные сетки, как правило, имеют меньший вес и могут быть построены с помощью оптимизированных по геометрии узлов и балок.

Однако геометрия таких сеток сложнее. Особенно сложными являются эстетическое расположение кромок и геометрические ограничения плоских поверхностей и оптимизированных узлов.

Яндекс картинки
Яндекс картинки

Совсем недавно исследователи заинтересовались геометрическими основами однослойных и многослойных структур свободной формы, которые не основаны на треугольных сетках. Существующая литература была мотивирована проблемами при изготовлении стали/стекла и других конструкций и в основном направлена на реализацию фасонных деталей из сетки свободной формы с плоскими гранями.

В некоторых статьях представлены конические сетки, имеющие плоские поверхности и имеющие офсетные сетки на постоянном расстоянии от основной сетки до лицевой стороны. Они могут служить основой многослойных конструкций, и поэтому впервые принципиально решена задача многослойной реализации поверхности свободной формы с помощью плоских частей.

До сих пор богатство интересной геометрии, имеющей отношение к строительству сооружений свободной формы в архитектуре, исследовалось лишь в малой степени. Целью данной статьи является показать, как можно анализировать локальную структуру однослойных и многослойных конструкций с использованием сетчатого параллелизма в качестве основного инструмента.

Эта концепция позволяет закодировать существование осей и смещений узлов в дискретном изображении Гаусса и определить дискретные кривизны естественным путем. Оптимизация линейного пространства сеток параллельно данной сетке дает инструмент для моделирования. Особенно важным и интересным типом сеток являются сетки, обладающие смещением кромок.

Яндекс картинки
Яндекс картинки

В некоторых работах демонстрирует, как проектировать сетки с плоскими гранями, круглыми и коническими сетками по разделам и оптимизации, а также как аппроксимация заданной формы кольцевой или конической сеткой. В качестве исходных данных для таких алгоритмов оптимизации сетки можно использовать любую сетку, выровненную по сети основных линий кривизны. Аппроксимация гладких поверхностей сетками с плоскими гранями без акцента на несущие конструкции и многослойные конструкции может быть достигнута путем аппроксимации вариационной формы. Катлер и Уайтинг изменили этот метод с точки зрения эстетики и архитектурного дизайна. В более общем плане, различные исследовательские проекты по геометрии для архитектуры в целом продвигаются группой Smart Geometry [SG].

Яндекс картинки
Яндекс картинки

Сетки, лица которых в основном плоские 5-гоны или 6-гоны, имеют определенные желаемые свойства, но такие сетки получили значительно меньше внимания в графическом сообществе, чем треугольные и четырехугольные сетки. Некоторые заметные исключения составляют работы Аклемана по процессам доработки и комбинированному первичному/двойному подразделению. Однако они не учитывают плоскостность граней или другие аспекты, имеющие отношение к строительству зданий.