Những nhà nghiên cứu này đã phát minh ra một cách xây dựng hoàn toàn mới bằng gỗ
Kỹ thuật của họ làm cho các tòa nhà gỗ có cấu trúc âm thanh hơn và thân thiện với môi trường hơn.
1 /14 [Image: © ICD ITKE Đại học Stuttgart]
BỞI KATHARINE SCHWAB4 PHÚT ĐỌC
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra các vật liệu thay đổi hình dạng , thường được chế tạo từ các polyme uốn cong và xoắn khi chúng tiếp xúc với một loại kích thích bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt hoặc hơi ẩm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Thiết kế và Xây dựng Tính toán của Đại học Stuttgart đã tìm ra cách mang lại các đặc tính thay đổi hình dạng tương tự cho một trong những vật liệu xây dựng lâu đời nhất của nhân loại: gỗ.
Sau ba năm nghiên cứu cùng với Phòng thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ và Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich, các nhà thiết kế đã tạo ra một tòa tháp gỗ xoắn cao 46 feet nổi bật như một nguyên mẫu kiến trúc về những gì kỹ thuật mới của họ có thể đạt được . Mỗi trong số 12 thành phần bằng gỗ của tòa tháp được tạo ra bằng cách ghép hai miếng gỗ với độ ẩm khác nhau. Sau đó, khi các mảnh gỗ nhiều lớp bị khô, mảnh gỗ cong tự nhiên, không cần khuôn hay nẹp.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Khi chi phí môi trường của việc xây dựng bằng kính và thép ngày càng rõ ràng (Thị trưởng thành phố New York Bill DiBlasio gần đây đã giải phóng lượng khí thải carbon của các tòa nhà chọc trời truyền thống ), một số kiến trúc sư, nhà thiết kế và nhà khoa học đang ca ngợi gỗ là vật liệu xây dựng của tương lai . Điều này một phần là do sự gia tăng của gỗ nhiều lớp , một vật liệu xây dựng củng cố các điểm yếu của các miếng gỗ riêng lẻ bằng cách ghép nó với các loại gỗ khác. Nghiên cứu của Viện Thiết kế và Xây dựng Tính toán là một phần của xu hướng đang phát triển này, đặc biệt là khi các tòa nhà chọc trời bằng gỗ bắt đầu mọc lên trên khắp thế giới .
Nhưng trong khi gỗ là một vật liệu xây dựng tuyệt vời, có những rào cản để sử dụng nó theo những cách sáng tạo. Trước đây, để tạo ra đường cong gỗ, các kiến trúc sư phải áp dụng độ ẩm cho vật liệu và sau đó sử dụng các khuôn và giàn thường tốn kém và tốn thời gian để giữ gỗ tại chỗ cho đến khi khô. Kỹ thuật mới của viện sẽ ít tốn kém hơn nhiều và cho phép thay đổi nhiều loại đường cong được tạo ra, bởi vì không cần phải có lực bên ngoài: chỉ cần căn chỉnh gỗ thông minh với các hướng hạt và mức độ ẩm khác nhau. Từ đó, gỗ khô lại thành một hình dạng cong mới.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Gỗ cong vênh sử dụng độ ẩm không phải là một ý tưởng mới, nhưng biết chính xác độ cong sẽ như thế nào ở phía bên kia. Sử dụng mô phỏng trên máy tính, các nhà nghiên cứu đã có thể tính toán chính xác lượng ẩm mà mỗi mảnh cần có, cùng với hướng của hạt gỗ sẽ đi theo hướng nào, để dự đoán chính xác từng chiều dài của gỗ. Nếu chênh lệch độ ẩm giữa hai miếng ghép lớn, gỗ cong hơn, trong khi nếu chênh lệch độ ẩm nhỏ hơn, gỗ cong ít hơn. Trong một số thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thiết kế gỗ uốn cong đến mức nó có bán kính 3,3 feet.
Gần như quan trọng như hướng của hạt là sự nhận ra, sau nhiều thí nghiệm, rằng nếu các hạt của hai mảnh vuông góc với nhau, thì mảnh gỗ cong cuối cùng sẽ bắt đầu xoắn cũng như đường cong.
Kỹ thuật này dựa trên cách gỗ giữ độ ẩm: Đó là lý do tại sao các ngăn kéo của tủ gỗ không phải lúc nào cũng phù hợp hoàn hảo trong các mùa khác nhau, vì gỗ sẽ hấp thụ bất kỳ nước nào trong không khí. Achim Menges, giám đốc Viện Thiết kế và Xây dựng tính toán tại Đại học Stuttgart, người đứng đầu dự án nghiên cứu cho biết. Về cơ bản, những gì chúng tôi đã làm về cơ bản là sử dụng sự thiếu hụt giả định này như một lợi thế để định hình vật liệu.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Trong nhiều thập kỷ, các nhà sản xuất đồ nội thất và kiến trúc sư đã sử dụng các hình dạng gỗ cong trong thiết kế của họ. Tạo các hình thức gỗ luôn được yêu cầu sử dụng độ ẩm, cùng với một số loại khuôn hoặc nẹp, để tạo ra hiệu ứng mong muốn. Nhưng vì kỹ thuật mới này không yêu cầu sử dụng bất kỳ loại khuôn nào, nên rẻ hơn nhiều để tạo ra các hình dạng cong khác nhau bằng gỗ. Chúng tôi không còn phụ thuộc vào việc luôn có cùng độ cong bởi vì chúng tôi cần sử dụng cùng một khuôn, theo ông Mạnh Mạnhes. Chỉ bằng cách chơi với hướng hạt và độ ẩm, chúng ta có thể tự lập trình vật liệu để có hình dạng cụ thể.
Ngoài ra, kỹ thuật này không yêu cầu các công cụ ngoài hai công cụ đã là một phần của các cơ sở sản xuất tiêu chuẩn: đầu đọc độ ẩm và lò nướng công nghiệp (các nhà máy gỗ đã có các máy này, vì tất cả gỗ tươi phải được sấy khô trước khi có thể được sử dụng làm tòa nhà vật chất).
Do đó, Menges dự đoán một loạt các ứng dụng, chủ yếu là thêm các yếu tố kiến trúc cong vào các tòa nhà. Một chi tiết trông rất đẹp, nhưng điều đó cũng làm cho các tòa nhà có cấu trúc âm thanh hơn và thân thiện với môi trường hơn, để khởi động. Một phần tử cong cho phép bạn xây dựng với ít vật liệu hơn, theo ông Mạnh Menges. Nếu đó là một khối lập phương hoặc hộp thẳng, nó sẽ tiêu tốn nhiều vật liệu hơn. Ông tin rằng kỹ thuật này thêm vào một quá trình hình thành thực sự bền vững cho một vật liệu xây dựng đã thực sự bền vững.
Có những thách thức phía trước: Menges nói rằng trong khi quy trình uốn cong không yêu cầu các công cụ vượt quá những gì đã có sẵn trong các cơ sở sản xuất gỗ, ngành công nghiệp vẫn được thiết kế cho các miếng gỗ phẳng, khiến việc hậu cần trở nên khó khăn hơn (bạn không thể phù hợp gần như nhiều mảnh gỗ cong trên một chiếc xe tải như bạn có thể phẳng miếng). Nhưng anh không nghĩ sẽ quá khó để vượt qua. Rốt cuộc, tòa tháp cao 46 feet đã được đúc sẵn trong năm ngày và chỉ mất năm giờ để lắp ráp. Tòa tháp hiện đang được trưng bày tại Remstal Garden Show ở Đức , kéo dài đến ngày 20 tháng 10.
1 /14 [Image: © ICD ITKE Đại học Stuttgart]
BỞI KATHARINE SCHWAB4 PHÚT ĐỌC
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra các vật liệu thay đổi hình dạng , thường được chế tạo từ các polyme uốn cong và xoắn khi chúng tiếp xúc với một loại kích thích bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt hoặc hơi ẩm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Thiết kế và Xây dựng Tính toán của Đại học Stuttgart đã tìm ra cách mang lại các đặc tính thay đổi hình dạng tương tự cho một trong những vật liệu xây dựng lâu đời nhất của nhân loại: gỗ.
Sau ba năm nghiên cứu cùng với Phòng thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ và Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich, các nhà thiết kế đã tạo ra một tòa tháp gỗ xoắn cao 46 feet nổi bật như một nguyên mẫu kiến trúc về những gì kỹ thuật mới của họ có thể đạt được . Mỗi trong số 12 thành phần bằng gỗ của tòa tháp được tạo ra bằng cách ghép hai miếng gỗ với độ ẩm khác nhau. Sau đó, khi các mảnh gỗ nhiều lớp bị khô, mảnh gỗ cong tự nhiên, không cần khuôn hay nẹp.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Khi chi phí môi trường của việc xây dựng bằng kính và thép ngày càng rõ ràng (Thị trưởng thành phố New York Bill DiBlasio gần đây đã giải phóng lượng khí thải carbon của các tòa nhà chọc trời truyền thống ), một số kiến trúc sư, nhà thiết kế và nhà khoa học đang ca ngợi gỗ là vật liệu xây dựng của tương lai . Điều này một phần là do sự gia tăng của gỗ nhiều lớp , một vật liệu xây dựng củng cố các điểm yếu của các miếng gỗ riêng lẻ bằng cách ghép nó với các loại gỗ khác. Nghiên cứu của Viện Thiết kế và Xây dựng Tính toán là một phần của xu hướng đang phát triển này, đặc biệt là khi các tòa nhà chọc trời bằng gỗ bắt đầu mọc lên trên khắp thế giới .
Nhưng trong khi gỗ là một vật liệu xây dựng tuyệt vời, có những rào cản để sử dụng nó theo những cách sáng tạo. Trước đây, để tạo ra đường cong gỗ, các kiến trúc sư phải áp dụng độ ẩm cho vật liệu và sau đó sử dụng các khuôn và giàn thường tốn kém và tốn thời gian để giữ gỗ tại chỗ cho đến khi khô. Kỹ thuật mới của viện sẽ ít tốn kém hơn nhiều và cho phép thay đổi nhiều loại đường cong được tạo ra, bởi vì không cần phải có lực bên ngoài: chỉ cần căn chỉnh gỗ thông minh với các hướng hạt và mức độ ẩm khác nhau. Từ đó, gỗ khô lại thành một hình dạng cong mới.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Gỗ cong vênh sử dụng độ ẩm không phải là một ý tưởng mới, nhưng biết chính xác độ cong sẽ như thế nào ở phía bên kia. Sử dụng mô phỏng trên máy tính, các nhà nghiên cứu đã có thể tính toán chính xác lượng ẩm mà mỗi mảnh cần có, cùng với hướng của hạt gỗ sẽ đi theo hướng nào, để dự đoán chính xác từng chiều dài của gỗ. Nếu chênh lệch độ ẩm giữa hai miếng ghép lớn, gỗ cong hơn, trong khi nếu chênh lệch độ ẩm nhỏ hơn, gỗ cong ít hơn. Trong một số thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thiết kế gỗ uốn cong đến mức nó có bán kính 3,3 feet.
Gần như quan trọng như hướng của hạt là sự nhận ra, sau nhiều thí nghiệm, rằng nếu các hạt của hai mảnh vuông góc với nhau, thì mảnh gỗ cong cuối cùng sẽ bắt đầu xoắn cũng như đường cong.
Kỹ thuật này dựa trên cách gỗ giữ độ ẩm: Đó là lý do tại sao các ngăn kéo của tủ gỗ không phải lúc nào cũng phù hợp hoàn hảo trong các mùa khác nhau, vì gỗ sẽ hấp thụ bất kỳ nước nào trong không khí. Achim Menges, giám đốc Viện Thiết kế và Xây dựng tính toán tại Đại học Stuttgart, người đứng đầu dự án nghiên cứu cho biết. Về cơ bản, những gì chúng tôi đã làm về cơ bản là sử dụng sự thiếu hụt giả định này như một lợi thế để định hình vật liệu.
[Hình ảnh: © Đại học ICD ITKE của Stuttgart]
Trong nhiều thập kỷ, các nhà sản xuất đồ nội thất và kiến trúc sư đã sử dụng các hình dạng gỗ cong trong thiết kế của họ. Tạo các hình thức gỗ luôn được yêu cầu sử dụng độ ẩm, cùng với một số loại khuôn hoặc nẹp, để tạo ra hiệu ứng mong muốn. Nhưng vì kỹ thuật mới này không yêu cầu sử dụng bất kỳ loại khuôn nào, nên rẻ hơn nhiều để tạo ra các hình dạng cong khác nhau bằng gỗ. Chúng tôi không còn phụ thuộc vào việc luôn có cùng độ cong bởi vì chúng tôi cần sử dụng cùng một khuôn, theo ông Mạnh Mạnhes. Chỉ bằng cách chơi với hướng hạt và độ ẩm, chúng ta có thể tự lập trình vật liệu để có hình dạng cụ thể.
Ngoài ra, kỹ thuật này không yêu cầu các công cụ ngoài hai công cụ đã là một phần của các cơ sở sản xuất tiêu chuẩn: đầu đọc độ ẩm và lò nướng công nghiệp (các nhà máy gỗ đã có các máy này, vì tất cả gỗ tươi phải được sấy khô trước khi có thể được sử dụng làm tòa nhà vật chất).
Do đó, Menges dự đoán một loạt các ứng dụng, chủ yếu là thêm các yếu tố kiến trúc cong vào các tòa nhà. Một chi tiết trông rất đẹp, nhưng điều đó cũng làm cho các tòa nhà có cấu trúc âm thanh hơn và thân thiện với môi trường hơn, để khởi động. Một phần tử cong cho phép bạn xây dựng với ít vật liệu hơn, theo ông Mạnh Menges. Nếu đó là một khối lập phương hoặc hộp thẳng, nó sẽ tiêu tốn nhiều vật liệu hơn. Ông tin rằng kỹ thuật này thêm vào một quá trình hình thành thực sự bền vững cho một vật liệu xây dựng đã thực sự bền vững.
Có những thách thức phía trước: Menges nói rằng trong khi quy trình uốn cong không yêu cầu các công cụ vượt quá những gì đã có sẵn trong các cơ sở sản xuất gỗ, ngành công nghiệp vẫn được thiết kế cho các miếng gỗ phẳng, khiến việc hậu cần trở nên khó khăn hơn (bạn không thể phù hợp gần như nhiều mảnh gỗ cong trên một chiếc xe tải như bạn có thể phẳng miếng). Nhưng anh không nghĩ sẽ quá khó để vượt qua. Rốt cuộc, tòa tháp cao 46 feet đã được đúc sẵn trong năm ngày và chỉ mất năm giờ để lắp ráp. Tòa tháp hiện đang được trưng bày tại Remstal Garden Show ở Đức , kéo dài đến ngày 20 tháng 10.
Nhận xét
Đăng nhận xét