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gramazio kohler research, ETH zurich plante le futur arbre dans une cour suisse

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cette structure – connue sous le nom de «futur arbre» ​​- combine des techniques de conception de pointe, la science des matériaux et la fabrication robotisée pour créer un objet architectural accrocheur. démontrant les dernières recherches de recherche gramazio kohler à ETH zurich, le «futur arbre» ​​consiste en un entonnoir léger Charpente structure de cadre construite par un robot et un sur mesure béton colonne créée à l'aide d'un ultra-mince Imprimé en 3D coffrage. l'ensemble de la conception et de la fabrication ont été développés comme des processus indissociables et entièrement numériques.

eth zurich futur arbre
vue latérale du pavillon
image et vidéo © gramazio kohler research, ETH zurich

achevée par gramazio kohler research, ETH zurich, la structure est située à esslingen, en suisse et s'étend sur la cour de basler & hofmann – une société de conseil suisse AEC qui est également le client et partenaire du projet. "La tige du futur arbre est une colonne en béton armé, réalisée à l'aide d'un coffrage ultra-fin, imprimée en 3D par un robot et remplie d'un béton à durcissement rapide développé sur mesure", explique l'équipe de conception. «Ce nouveau procédé de fabrication, connu sous le nom de« coquille d’œuf », permet la fabrication de structures en béton non standard et structurellement optimisées, tout en pouvant intégrer des armatures standard et minimiser les déchets de coffrage. le processus de la coquille d'oeuf utilise l'impression 3D de modélisation par dépôt fondu (FDM) afin d'obtenir un large espace de conception et de fabrication. »

eth zurich futur arbre
le futur arbre par une journée ensoleillée
image © recherche gramazio kohler, ETH zurich

mesurant 2,1 mètres de hauteur (6′11 ′ ′), le coffrage a été construit en une seule pièce à l'aide d'une configuration d'impression à grande échelle composée d'un bras robotisé à six axes combiné à un axe linéaire vertical. «Les données de fabrication pour le processus d'impression 3D ont été directement générées à partir du modèle de conception paramétrique, ce qui a permis des itérations rapides de prototypes physiques.» dit l'équipe. «Un défi courant dans l'impression 3D à grande échelle est le rétrécissement du matériau d'impression lors du refroidissement. dans la future colonne d'arbre, ce problème a été résolu en appliquant un micro-motif en forme de diamant sur le coffrage. cela a permis de réduire les contraintes dues au retrait lors de l'impression, ainsi que de rigidifier le coffrage. »

eth zurich futur arbre
par temps ensoleillé, le cadre réciproque projette un motif d'ombres sur le sol
image © recherche gramazio kohler, ETH zurich

la colonne est un premier exemple de coffrages minces imprimés en 3D utilisés dans un contexte de construction. «En règle générale, les coffrages pour béton sont des feuilles de bois ou d'acier épaisses, avec une structure de support pour résister à la pression hydrostatique exercée par le béton fraîchement coulé,» poursuit les recherches de gramazio kohler. «Cependant, dans le processus de la coquille d'oeuf, il est possible d'utiliser un coffrage d'une épaisseur de seulement 1,5 mm en utilisant une méthode de coulée sophistiquée. cette méthode de coulée, développée pour la première fois dans le cadre du projet smart dynamic casting (SDC) chez ETH zurich, utilise une combinaison d'adjuvants pour contrôler soigneusement la prise du béton. de cette façon, la pression sur le coffrage est réduite au minimum et un coffrage de 8 kg pourrait être utilisé pour fabriquer une colonne de 800 kg. »

eth zurich futur arbre
sous le futur arbre de l'immeuble de bureaux Basler & Hofmann
image © recherche gramazio kohler, ETH zurich

la verrière est un cadre réciproque s'étendant sur une superficie de 107 mètres carrés (1152 pieds carrés) et composé de 380 éléments de bois acétylés uniques qui sont assemblés bout à bout à l'aide de vis. la structure repose sur la colonne de béton et est en outre ancrée au bâtiment sur deux côtés. «Grâce à l'agencement spécifique de ses éléments, un cadre réciproque peut atteindre une portée beaucoup plus grande que la taille des éléments ne le permettrait autrement», dit l'équipe. «Ici, motivé par le comportement structurel du cadre, le motif en nid d'abeille se transforme progressivement entre un hexagonal et un triangulaire afin d'atteindre différents niveaux de rigidité en flexion dans différentes zones du cadre. la configuration de plus en plus triangulaire du coin en porte-à-faux rend cette zone plus rigide et minimise localement les déformations structurelles. »

eth zurich futur arbre
gros plan de la couronne de colonne à l'interface avec la structure en bois
image © basler & hofmann AG

afin d'étudier de nombreuses instances de la conception, toute la géométrie et l'évaluation de la structure ont été programmées (décrites avec un algorithme), y compris un échange de données automatisé entre le logiciel de modélisation de l'architecte (rhinocéros) et l'application d'analyse structurelle de l'ingénieur (sofistik, autodesk RSA). "Le modèle informatique a également facilité une approche de conception simultanée, permettant de résoudre et de coordonner différents niveaux de détails (LOD) et disciplines en même temps," explique la recherche gramazio kohler. «Par exemple, la géométrie des vis reliant les éléments en bois a été développée parallèlement à la conception globale, de sorte que l'intégrité structurelle, la conception architecturale mais également la faisabilité de la fabrication pourraient être assurées en permanence.»

recherche gramazio kohler, ETH zurich plante le «futur arbre» ​​dans une cour suisse
couronne du futur arbre
image © recherche gramazio kohler, ETH zurich

depuis sa création en 2005, le groupe de recherche de l'ETH zurich dirigé par fabio gramazio et matthias kohler est à la pointe de la fabrication numérique en architecture. voir plus de projets du groupe de recherche sur designboom ici.

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