Konstruktion

Die Forschung an transformierbaren Strukturen hat Architekten, Ingenieuren und Mathematikern (z. B. E. Piniero, C. Hoberman, F. Otto, S. Finsterwalder) fasziniert. Ihr Potenzial, sich an Umweltbedingungen und die Bedürfnisse der Nutzer anzupassen oder den Errichtungsprozess zu unterstützen, hat zu schönen und komplexen Entwürfen geführt (z. B. die Hoberman-Sphäre, die Multihalle in Mannheim). Man kann zwischen konventionellen, diskreten starren Körpermechanismen und sogenannten „compliant mechanisms“ unterscheiden, die die Elastizität von Bauteilen nutzen, um kontrollierte elastische Verformungen zu erzeugen (Howell 2001).

Dieser Beitrag stellt grundlegende Prinzipien von semi-compliant Mechanismen vor, mit einem Fokus auf quadratische Gitterstrukturen mit uniaxialen Rotations-(Scheren-) Gelenken, die aus anfangs geraden, kontinuierlichen Balken bestehen. Wir verwenden spezifische Lamellenprofile, die die elastische Verformbarkeit einschränken und mindestens eine der drei lokalen Biegebachsen deaktivieren. Je nach Ausrichtung der Profile können wir drei Familien kategorisieren – doppelregelmäßige (gerade), geodätische und asymptotische Netzwerke –, die jeweils unterschiedliche kinetische Eigenschaften mit begrenzten Freiheitsgraden aufweisen. Durch die Steuerung der Strukturparameter können wir deren Form und Verhalten gestalten. Die Einführung des Krümmungs-Quadrat-Diagramms ermöglicht es uns zudem, ihre kinetische Leistung vorherzusagen.

Wir präsentieren architektonische Anwendungen sowohl experimenteller als auch gebauter Strukturen und wenden unsere Theorie auf ein neuartiges Design für den kinetischen Regenschirm an, ein transformierbares asymptotisches Gitterdach.