Descrizione del Corso:
Il corso si propone di analizzare le principali realizzazioni nel campo delle strutture spaziali, delle coperture a grande luce e delle strutture a guscio, prendendo in considerazione sia gli edifici degli anni '50-'70 che le architetture contemporanee. Attraverso un'analisi dettagliata dei metodi di modellazione e verifica, il corso intende spiegare i diversi approcci progressivamente proposti per il calcolo delle strutture a guscio e spaziali. In questo contesto, vengono presentate le fasi di ricerca della forma e di successiva validazione per strutture di questo tipo.
L’obiettivo del corso è fornire una visione critica dei diversi metodi introdotti per la progettazione di strutture leggere, considerando inizialmente i modelli utilizzati per realizzazioni con materiali tradizionali e successivamente valutando prototipi atipici e innovativi. Nel caso di questi ultimi, verrà esplorato l’uso di materiali sostenibili ed eco-compatibili, nonché la progettazione di strutture trasportabili per applicazioni aerospaziali.
I processi di ricerca della forma (FFp), come il metodo di rilassamento dinamico, il modello particella-molla, l’analisi della rete di spinta, ecc., verranno illustrati insieme ai principi e alle differenze per la ricerca della forma di volte, grid shell e strutture bending active I metodi FFp saranno implementati utilizzando software come Rhinoceros, Grasshopper, Visual-Nastran 4D, ecc.
Saranno anche trattati i metodi di calcolo e le procedure di generazione delle forme per strutture tensegrity e origami, descrivendo i principi fondamentali. L'ottimizzazione strutturale di gusci e strutture spaziali sarà valutata attraverso i principali metodi innovativi basati su approcci parametrici e topologici, anche con l’uso di superfici NURBS.
Infine, il corso intende identificare le principali procedure di validazione per queste strutture, con particolare attenzione ai criteri di analisi dell’instabilità locale e non locale per gusci e volte. Il fenomeno di instabilità e instabilità accoppiata sarà studiato attraverso l’applicazione di modelli FEM lineari e non lineari. In particolare, il corso fornirà anche una panoramica sulle tecniche di rinforzo attuali e sui sistemi di monitoraggio permanente, attualmente in uso, nelle strutture spaziali e a guscio normalmente impiegate per coprire spazi pubblici.
Course Description:
The course aims to offer an analysis of the most important realizations, in the field of space structures, large span roofs and shells, regarding, at the same time, the buildings of the 50-70s, and with respect to nowadays architectures. Through a detailed analysis of the modeling and verification methods, the course purposes to explain, the different approaches, progressively proposed, for the calculation of shell and spatial structures. With this motivation, the form-finding and the successive validation phase, for structures of this type, are presented.
The course aims to provide a critical point of view of the different methods introduced for the design of light-weight structures, firstly, considering the models employed for the realizations using traditional materials and successively evaluating a-typical and innovative prototypes. In these last cases, the use of sustainable and eco-friendly materials and the design of transportable structures for aerospace applications will be explored. The form-finding processes (FFp), such as the dynamic relaxation method, the particle spring model, the thrust network analysis, etc. will be illustrated together with their principles and their differences for the FFp of vaults, grid shells and active bending structures (FFp will be implement ed by Rhinoceros, Grasshopper, Visual-Nast ran 4D, et c.). The calculation methods and the shape generating procedures for tensegrity and origami structures will be also addressed in their fundamental outlines.
The structural optimization of shells and spatial structures will be evaluated by investigating the main and most innovative methods based on the parametric and topological approaches, also by the use of NURBS sur faces. The course, finally, get the scope of identifying the most important validation procedures for these structures with respect to the criteria of local and non-local instability analysis of shells and vaults. The possible instability and coupled instability phenomenon will be studied through the application of linear and non-linear FEM models. In particular, the course will also provide an overview on the current retrofitting techniques and permanent monitoring systems, currently in use, in spatial and shell structures normally employed to cover public spaces.
Laurea in Ingegneria Civile, aerospaziale, Architettura
Degree in Civil Engineering, Aerospace Engineering, Architecture
Course Highlights and Short Program:
• Shell and spatial structures: Light-weight structures: origins and developments. Iconic and emblematic cases in the European and American schools.
• Form finding approaches: dynamic relaxation method (DRM), particle spring model (PSM), thrust network analysis (TNA), multibody rope approach (MRA), R-funicularity. Theory and applications.
• Tensile and tension-compression lightweight structures: Tent structures, tensegrity and origami. Theory and fundament al features; Local and Non-local stability analysis. Snap-through instability and collapse of shell structures, instability for tensegrities.
• Structural optimization of shell and spatial structures: traditional and innovative approaches.
• Monitoring of shell and spatial structures: main technologies and applications.
Programma
• Strutture a guscio e strutture spaziali: Strutture leggere: origini e sviluppi. Casi iconici ed emblematici nelle scuole europee e americane.
• Metodi di ricerca della forma: metodo di rilassamento dinamico (DRM), modello particella-molla (PSM), analisi della rete di spinta (TNA), approccio a corda multibody (MRA), R-funicularità. Teoria e applicazioni.
• Strutture leggere in trazione-compressione: strutture tipo tenso, tensegrity e origami. Teoria e caratteristiche fondamentali; Analisi di stabilità locale e non locale. Instabilità da snap-through e collasso delle strutture a guscio, instabilità nelle tensegrity.
• Ottimizzazione strutturale di gusci e strutture spaziali: approcci tradizionali e innovativi.
• Monitoraggio di gusci e strutture spaziali: principali tecnologie e applicazioni.