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原型塔 01

DRX 2013 - 结果

分支系统

Kavin·Horayangkura, 建筑学学士; Samar Malek, 博士,美国注册绿色建筑师; Maximilian Thumfart, 硕士工程师 。

简介

为原型塔IV开发的设计工具基于分支的垂直网状结构。这一工具模拟通过一组描述不同生长方向和分支合并的规则模拟树形分支。这种设计工具整合了建筑和结构并且可以生成不同的类型。生成的整体结构为一个斜肋构架和一个空间构架组成的混合体。使用树形分支具有许多建筑和结构以及空气动力学上的优点,包括构架连续性以及不规则立面减轻涡旋脱落,所有这些产生独特的空间。

概念

目的是利用一个分支算法生长出一个450m高的高层以生成结构和空间构型。因此结构应从一个或多个种子点生长成一个或多个像树一样的吸引点。生长参数和规则通过检验抽象自然树生长而识别。在一个自然生长模式中,分支分布于每一个节点。其类型根据分支角度而变化,直到它成为一个与斜肋构架相似的模式。自然界中不存在这种类型,但它是一个理论上的生长模式,这种模式可以生成一个宽而稳定的结构,因为这种类型具有更少的层次并且保留有更少的宽松成员。这种从树形至斜肋构架的模式变化启发了生成一个高层的想法并且带来一个生成不同类型的分支算法。

分支算法

分支描述了一个元素分解成两个,同时对称地改变生长方向。影响类型生长的参数包括参数迭代、分支对之间的角度、成员长度以及种子和吸引点的数量和位置

指导高层生长的规则集为:

每一对试图聚焦于它的吸引点的对称轴,这是焦点线;在每一个顶端周围有一个合并公差半径,它可以强制顶端加入,如果它们的公差圆相交。边际函数生成一个三角网格结构,它与成员不互边的树形分支不同。

在三维空间中有2种分支模式:一种产生2个分支,每个分支试图生长进入最近的邻居的方向。第二种模式产生4个分支,其中2个分支在最近的邻居之间的一个平面中生长至起始点的两侧。另外2种分支生长方向与这个平面正交。

控制三维生长的另一个重要工具是检验点和树形区域。如果分支位于检验点的吸引半径范围内,检验点强制结构传递某种定义好的点。树形区域可以根据程序或其它覆盖某些区域的生长参数以影响结构。

设计探索

这种设计工具可以通过操纵种子点、吸引点和检验点的位置和数量来生成不同的结构。从这种探索中一系列从纯斜肋构架至纯空间构架变化的结构可以被生成。最终的设计为两者的混合体。

关键参数

原型塔IV生长的关键参数是为增加塔顶密度而逐渐减少的成员长度、成员静态角度以及从底部径向位置至顶部方形位置变化的检验点。

结构分析

这一结构是为位移和强度设计的。在调查了斜肋构架和空间构架的结构性能后,斜肋构架被置于底部。布置周边结构增加了结构的横向稳定性。另外,从斜肋构架至空间构架的过渡带的位置的作用被研究并获得结论。研究发现从结构角度而言斜肋构架至少为结构高度的一半时更具效率。因此最终设计在一半高度时过渡至空间构架。最终设计在Karamba中被分析和优化。基于这些成果,成员被重新调整了大小以清晰地确保更小的横截面直径依赖于更大的横截面。

设计工具具有许多结构上的优点。它可以产生有助于消除涡旋脱落的不规则立面;它避免结构上框架不连续性因为所有成员生长自对方;它生成渐变结构因为所有分支向一个吸引点生长;并且它生长出一个三角网格,而三角网格是最稳定的类型。

程式

建筑的程式取决于结构。在塔的底部,在周围放置结构使一个开放的占地面积更方便,这个占地面积自然地成为办公用面积。在结构的顶部,三维分支生成独特的单一集群,这一集群被用作居住空间。

结论

这种分支设计工具可以生成三种不同类型的结构:斜肋构架、空间构架以及斜肋构架和空间构架的混合体。这种算法具有许多结构上、空气动力学的以及编程方面的优点。进一步的设计和结构分析将包括结构的热力性能和采光性能,以及附加结构(空心板和楼板)、负载和负载组合以及一个动态分析。