Parametric Structural Analysis and Development of Aluminium Connectors in Timber Gridshells

Gitterskallkonstruksjoner har tradisjonelt blitt bygd opp av rette stålelementer, sveiset eller boltet til stålforbindere. På grunn av miljøaspekter, utvikling av trelastprodukter, økt fokus på tre som byggemateriale både med hensyn til estetikk og materialegenskaper, bygges flere gitterskall nå i tre. Design av forbindere i gitterskall kan være komplisert på grunn av lastforholdene og omfattende geometrier. Med bakgrunn i at aluminium er et resirkulerbart materiale, har lav tetthet og er lettere å forme sammenlignet med stål, undersøkes muligheten for å utvikle forbindere i aluminium som en erstatning til forbindere i stål. Elementanalyser av to gitterskallforbindere i aluminium er presentert. Den ene er “Glued Finger” (GF)-forbinderen, hvor alt materialet møtes i senteret. Den andre er “Split Ring” (SR)-forbinderen, hvor alt materialet er flyttet ut fra senteret. To hovedutfordringer med designet er identifisert og dimensjonert; kjernedelen og tre-til-metall-delen. For å gjøre dimensjoneringsprosessen av gitterskallforbindere mer effektiv, har elementanalyser blitt etterforsket i et parametrisk miljø. Tilpassede komponenter har med suksess blitt utviklet i programmene Rhino/Grasshopper, for å analysere den konstruksjonsmessige oppførselen til forbindere parametrisk. Komponentene muliggjør at designeren kan lage parametriske elementmodeller i 3D i Rhino/Grasshopper, og genererer input-filen (INP) som kan importeres som en modell og deretter sendes inn for analyse direkte i Abaqus. Fra resultatene i den parametriske konstruksjonsanalysen ble det konkludert med at SR-forbinderen har det beste designet med tanke på volumeffektivitet og dermed også kostnadseffektivitet. Ved vurdering av om forbinderene er utsatt for knekking og hvordan de takler eksentriske laster, ser SR-forbinderen ut til å være et bedre design, på grunn av dens høye bøyestivhet om begge akser. For å forbedre opptredenen til GF-forbinderen i forhold til eksentriske laster og knekking, er det foreslått å legge til plater rettvinklet på midten av de indre platene. Derimot er rotasjonsstivheten til GF- forbinderen funnet å være rundt dobbelt så høy som rotasjonsstivheten til SR-forbinderen. Videre er det argumentert for at GF-forbinderen ser ut til å ha det mest praktiske designet ved montering av konstruksjonen på byggeplass, siden den består av færre deler som skal binde sammen treelementene.