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Gridshells: Construções de Forma Livre e Grandes Extensões

Uma Gridshell de forma orgânica e livre de colunas proporciona liberdade de design ilimitada para arquitetos e engenheiros estruturais. Estas estruturas de forma espacial inovadoras derivam sua força por ter dupla curvatura na sua forma geral. Nisso, elas são semelhantes às cúpulas geodésicas. Mas enquanto as cúpulas geodésicas estão limitadas as superfícies esféricas, as gridshells podem assumir curvatura diferentes em cada uma das duas direções ortogonais.

Aviary gridshell dome

O uso astuto da geometria permite às gridshells leves abrangerem vastas extensões de espaço. Elas fornecem toda a eficiência das cúpulas geodésicas, mas com formas lúdicas e condições de apoio caprichosos. As Gridshells também são conhecidas como cúpulas de forma livre, cúpulas freestyle, cascas de estrutura, ou cúpulas reticulares. A Geometrica chama suas gridshells "Freedomes®", sua marca registrada para estas estruturas em uso desde meados de 1990.

A História da Gridshell

A Gridshell tem uma história interessante. O nome "gridshell",especialmente na Europa, tornou-se uma maneira de descrever as combinações de cúpula de forma livre do tipo curvatura e curvatura inversa em uma única estrutura. Mas, no início, gridshells tinham ou curvatura positiva, como as cúpulas geodésicas, ou curvatura negativa como hiperbolóides. Na última década do século 19, o engenheiro russo Vladimir Shukhov construiu altas torres com geradores de linhas retas entrecruzadas que formaram hiperbolóides de revolução. No final dos anos 20, Walther Bauersfeld criou a primeira cúpula geodésica como cofragem para um planetário na Alemanha, e posteriormente, Buckminster Fuller começou a popularizar essa forma na década de 1950.

Douglas Wright Seminal Paper on Gridshells

Em fevereiro de 1965, o Dr. Douglas Wright (diretor fundador da Geometrica) publicou um artigo inovador sobre o design das gridshells, Membrane Forces and Buckling in Reticulated Shells no Jornal da Divisão de Estruturas da Sociedade Americana de Engenheiros Civis. Ele explicou como essas belas estruturas podem ser projetadas com base em princípios sólidos da mecânica, mesmo antes dos computadores estarem suficientemente poderosos ou habilitados. Tornou-se o papel mais discutido da Divisão de Estruturas nesta época, e permitiu o uso racional desta forma estrutural.

Hyperbolic paraboloid gridshells in a 40m X 40m array

Usando essa pesquisa, F. Castano Sr. (pai do CEO da Geometrica) e Wright colaboraram em vários gridshells de parabolóides hiperbólicos nos finais dos anos 60, incluindo o pavilhão mexicano na Expo 67 em Montreal, o Palácio de Esportes da Cidade do México em 1968, e vários outros edifícios de exposição.

Toluca Gridshell

Talvez a realmente primeira gridshell de forma livre foi o Auditório Toluca. Os arquitetos foram Gallo e Azorín, e os engenheiros Wright e Castano Sr. Foi concebido como um edifício retangular plano, com uma arbitrária, não algébrica superfície treliça que tinha um raio continuamente variável de curvatura. A empresa de Castano, o precursor de Geometrica, construiu este gridshell notável em 1967. O resultado foi impressionante. Ele ganhou o Prêmio Nacional de Arquitetura do México em 1967.

Matadores Gridshell under Construction

A Geometrica carrega essa herança até os dias de hoje pela construção de gradshells de grandes áreas e peso leve para os mercados mundiais de arquitetura e de proteção ambiental. Os Gridshells da Geométrica tiram maior proveito do comportamento estrutural tri-dimensional para atingir as metas de arquitetura e orçamentais em projetos de construção, conforme explicado mais adiante. Mas, primeiro, uma comparação:

Gridshells vs Cúpulas Geodésicas

É bem conhecido que a superfície esférica das cúpulas geodésicas encerra o volume máximo para uma dada área de superfície. Mas o volume de uma esfera, ou ainda um segmento de uma esfera, ao passo que é o material ideal para armazenagem, não é tão útil para muitas outras atividades, e pode resultar em desperdício de terra ou espaço.

Geodesic domes are ideal for material storage

Para muitas aplicações, uma secção esférica é muito alta no centro, ou muito baixa nas bordas, a não ser que a borda da cúpula seja levantada com uma parede ou colunas. Em uma gridshell, o perfil pode ser modificado de modo que ele aumenta rapidamente, para proporcionar uma altura razoável do beiral, e em seguida, se estende com uma inclinação baixa, para economizar espaço inutilizável. As Gridshells podem ser superfícies de revolução de curvatura positiva, ou de curvatura negativa, ou de ambos. 

Gridshell springs from Seussian supports

Existem literalmente, um número infinito de possíveis planos para uma gridshell. Alguns dos mais comuns são variações sobre o retângulo, mas triângulos, estrelas, ovais e outras formas são possíveis. Um meridiano pode ser parabólica, elíptica, circular ou qualquer outra curva suave. A linha de espiral pode ser Seussian em plano ou elevação. Esta liberdade de formas disponibiliza um uso eficiente da terra e um belo espaço interior. Bucky iria babar.

Hyperboloid gridshell for water tower

Outro exemplo: torres de água hiperbolóide têm curvatura negativa e geometria otimizada para a contenção elevada de água. E tornando esta forma em elegantes telhados de rendimentos.

Hyperboloid gridshell roof

Desenhando Gridshells de Grandes Extensões

Um algoritmo simples para encontrar as formas únicas de extensão de gridshells requer apenas quatro parâmetros:

  • Borda da cúpula
  • Altura do ápice
  • Um meridiano
  • Ângulo em plano sobre o qual o meridiano selecionado é tomado.

Para se adaptar às mudanças da borda da cúpula, o meridiano irá variar já que é examinado em outras direcções. Mas os desenhos têm de apresentar apenas uma das secções, a fim de definir completamente a sua geometria. Uma vez que a geometria e condições de suporte da sua estrutura são definidos, os engenheiros da Geometrica podem propor os padrões mais eficientes e as opções de camadas para o seu recinto, ou você pode escolher o padrão por você mesmo. Outros algoritmos de forma consideradas também são possíveis. Por exemplo, uma forma gridshell pode ser encontrada por métodos matemáticos de relaxamento, ou por analogia físicas, tais como as superfícies mínimas ou grades de tracção.

Gridshell in Qatar

Os suportes podem ser colunas de concreto ou de aço, paredes, vigas de borda, ou placas. A cúpula pode ser reforçada com um anel integral de tensão para suportar a sua reacção horizontal, devido à grande quantidade de gravidade. Outras variações interessantes sobre as formas básicas de gridshell, incluem:

  • A linha nascente de uma gridshell pode variar em elevação, quando desejado. Isso pode permitir o apoio lateral, suporte dos cantos, ou as bordas mais altas para as aberturas especiais.
  • Definir o ápice fora do centro pode ser útil quando um lado não é suportado, por exemplo, em um anfiteatro ou um aviário.

Nemak gridshell spans 224m x 84m

Outra variação de uma eficiente Freedome® é uma superfície mínima; como o termo descreve, que é o mínimo necessário para cobrir a superfície de um limite determinado. Isso pode ser conseguido pela variação das alturas de apoio. Outras variações para um mínimo de superfície pode ser conseguida através da aplicação de uma carga para "abobadar" isso. Por exemplo, os reservatórios de água podem ser construídos sob a forma de uma gota de água, pelo que a superfície do reservatório atinge uma tensão uniforme.

Drop-shaped gridshell water tank

Até 50 anos, os próximos 50 anos

Desde os anos em que Douglas Wright conduziu a sua pesquisa de referência, os computadores tornaram-se habilitados e a construção com gridshell tornou-se popular. Arquitetos de todo o mundo podem imaginar e desenhar incríveis superfícies curvas, que se estendem por centenas de metros sem apoios intermediários. A iluminação é levada para o espaço interior, como nunca foi feito antes, graças à leveza e a fineza dos gridshells metálicos. Mas um problema ainda faz as gridshells menos prevalecente do que as formas garantidas. Sua eficiência estrutural não se traduz bem em eficiência orçamental: É muito difícil e caro fabricar e montar estruturas com centenas de milhares de componentes, onde cada parte é diferente de todas as outras. Por este problema, e apesar do seu potencial, as gridshells são muitas vezes limitadas na sua utilização à projectos de muito alto nível, com grandes orçamentos.

Matadores Gridshell

Mas, a Geometrica resolveu este problema. Com o sistema de construção e tecnologia Freedome® da Geometrica a eficiência estrutural inerente e a beleza das gridshells está disponível para todos os projetos. Construído de aço galvanizado ou de alumínio leve e forte, as gridshells de Geometrica têm sido utilizados em aplicações puramente funcionais, assim bem como para os edifícios de arquitectura distintas.

Velodrome gridshell

Os tubos estruturais da Geometrica são pré-fabricados em um sistema de produção baseado em computador e conectado no local com seus centros de conexões em alumínio eficientes. O centro prevê uma variedade ilimitada em forma. As peças individuais são estampadas e rotuladas por computador, e embaladas para uma utilização eficaz na área. O comportamento dúctil é alcançada, como o conjunto desenvolve 130% dos tubos de aço classificando as forças de rendimento e as transferências de curvatura. Quando todos os tubos para um centro são montados, o conjunto é terminado com arruelas e um único parafuso.

Nemak Gridshells

Geometrica construiu as maiores cúpulas gridshell industriais do mundo usando a tecnologia Freedome®, alcançando até 18.000 m2 de área de cobertura e grandes eixos de extensão de 224m (foto acima), ou 145m de diâmetro e 94m de altura (foto abaixo). Outros exemplos incluem a cúpula da sorte de carvão Freedome em Taiwan, as cúpulas gêmeas de 122m para JEA, na Flórida, a Coemin Freedome de 5000m2, a cúpula Ruwais de 135m em Abu Dhabi e a cúpula San Cristobal de 140m na Bolívia.

Os próximos 50 anos de construção gridshell serão realmente emocionantes.

Gridshell with 145m Base Dimension and 94m Height

 

A Geometrica é líder mundial em cúpulas abobadadas e arquitetura de forma livre,cúpulas geodésicas e gridshells. Preencha o formulário abaixo para saber mais sobre como a Geometrica pode ajudar no seu projeto.