master thesis elena corio

Università di PisaDESTeC, Scuola di IngegneriaC.d.L. Ingegneria Edile-ArchitetturaTesi di Laurea Magistrale

An innovative sail-shaped shelterfor the Ancient Ships archeological site of PisaConception and parametric design

Candidata: Elena CorioRelatori: M. Froli1, P. Cignoni2, N. Pietroni2, F. Laccone1

1DESTeC, Scuola di Ingegneria, Università di Pisa2ISTI, CNR, Pisa

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Contenuti

• Concept della copertura

• Reciprocal Frame System

• Design parametrico

• Analisi e progettazione strutturale

• Progettazione architettonica

• Fabbricazione digitale

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Planimetria del Sito Archeologico delle Navi Antiche di Pisa

Concept della copertura

Caso di studio

Scavo di una nave romana

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Concept della copertura

Requisiti

La copertura deve soddisfare i seguenti requisiti:

• Ricoprire una distanza di circa 45 metri senza sostegni intermedi.

• Proteggere gli archeologi e gli scavi dalle intemperie.

• Consentire un facile accesso ai visitatori.

• Poter essere assemblata e disassemblata anche da manodopera non specializzata.

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Copertura in legno lamellare per il Sito Archeologico di Çatalhöyük

Concept della copertura

Esempi

Gridshell in vetro a copertura delle Terme Romane di Badenweiler

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Copertura in alluminio del Sito Archeologico di Bibracte, Francia Copertura di Bibracte in fase di costruzione

Concept della copertura

Esempi

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Concept della copertura

Proposta progettuale

Il sistema costruttivo scelto è quello delle Reciprocal Frame in legno:

• Le aste hanno dimensioni piccole rispetto alla luce da coprire.

• La copertura è reversibile e gli elementi possono essere riutilizzati.

• Le unioni possono essere eseguite senza l’uso di attrezzatura sofisticata.

• Il legno è un materiale rinnovabile e compatibile con la fabbricazione digitale.

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Reciprocal Frame System

Storia

Hogan, costruzione tipica degli Indiani Navajo Disegni di Leonardo da Vinci per un ponte temporaneo

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Relazione tra i pattern RF e i pattern delle pavimentazioni

Reciprocal Frame System

Complessità geometrica

Parametri geometrici

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Reciprocal Frame System

Semplicità di giunzione

Padiglione temporaneo progettato da Shigeru Ban e ARUP

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Grid shell in legno, Multihalle in Mannehim

Reciprocal Frame System

Coperture in legno

Reciprocal Frame Structure, Lamella roof, Università di Auburn

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Reciprocal Frame System

Il nostro contributo

La ricerca condotta ha i seguenti obiettivi:

• Estendere le RF alla progettazione di gridshell con grande luce.

• Sviluppare un workflow di progettazione parametrica.

• Progettare un giunto che ottimizzi la costruzione di architetture free form.

• Sperimentare la sequenza di assemblaggio con modelli fisici.

12Grasshopper MeshLab

Modello realizzato con catene appese, Gaudì

Design parametrico

Form finding

Modello fisico per la gridshell di Mannheim Multihalle

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Design parametrico

Algoritmi generativi

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Particle-Spring System

Reciprocal Frame Grid

Kangaroo

Prima ipotesi, forma quadrangolare

Design parametrico

Studio della forma

Seconda ipotesi, forma curvilinea

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Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordo

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Design parametrico

Remeshing

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggio

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Design parametrico

Remeshing

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

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Design parametrico

Remeshing

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

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Tassellazione Voronoi

Design parametrico

Remeshing

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

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Tassellazione Voronoi

Design parametrico

Remeshing

Mesh triangolare

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

21

Tassellazione Voronoi

Design parametrico

Remeshing

Mesh triangolareCostruzione geometrica

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

22

Tassellazione Voronoi

Design parametrico

Remeshing

Mesh triangolareCostruzione geometrica

Design parametrico

Reciprocal Frame

Costruzione geometrica

Design parametrico

Particle-Spring System

Creazione di una superficie dalla curva di bordoDiscretizzazione della superficie e punti di ancoraggioSuperficie a doppia curvatura ottenuta con form finding

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Tassellazione Voronoi

Design parametrico

Remeshing

Mesh triangolareCostruzione geometrica

Design parametrico

Reciprocal Frame

Dynamic Relaxation

Analisi strutturale

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Modello strutturale in Karamba Analisi di Buckling in SAP 2000

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Progettazione strutturale

Giunto A

ASnodo cardanico

Collegamento a spinotto

Trave lignea

Fori asolatie bulloni ad attrito

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Progettazione strutturale

Giunto B

B

Arco ligneo

Giunto a cerniera

Collegamento a spinotto

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Progettazione strutturale

Giunto C

C

Trave rovescia in c.a.

Micropali

Trave lignea

Rinforzo laterale

Snodo cardanico

Progettazione architettonica

Viste assonometriche

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Vista Nord-Ovest Vista Sud-Ovest

Progettazione architettonica

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Planimetria

Progettazione architettonica

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Sezione A-A

Progettazione architettonica

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Prospetto Ovest

Progettazione architettonica

32

Prospetto Nord

Progettazione architettonica

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Prospetto Sud

Progettazione architettonica

Viste prospettiche

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Fabbricazione digitale

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Tavola dei pezzi Taglio laser

Fabbricazione digitale

Sequenza di montaggio

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Fabbricazione digitale

Primo modello di studio

Modello digitale Modello fisico

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Fabbricazione digitale

Secondo modello di studio

Modello digitale Modello fisico

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Fabbricazione digitale

Modello finale

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Modello fisico

La soluzione proposta ha i seguenti vantaggi:

• La progettazione parametrica permette di applicare il sistema a geometrie diverse.

• Lo step di form finding ha permesso di ottenere una buona riposta strutturale.

• Il metodo di remeshing ha mantenuto la forma di partenza.

• I giunti sono standard e possono essere smontati e riutilizzati.

• La fabbricazione digitale permette di gestire la complessità geometrica.

Conclusioni

Risultati

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Il progetto è stato presentato a MARAS 2016, 5th International Conference on Mobile, Adaptable and Rapidly Assembled Structures, con un articolo dal titolo:Conception and parametric design workflow for a timber large-spanned reversible grid shell to shelter the archaeological site of the Roman Shipwrecks in Pisa, che verràpubblicato sull’International Journal of Computational Methods and Experiments Measurements.

Conclusioni

Risultati

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La ricerca futura riguarderà:

• L’analisi strutturale non lineare.

• Ottimizzazione della sequenza di montaggio.

• La progettazione di un sistema di rivestimento a scaglie.

Conclusioni

Possibili sviluppi

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