Crossed Spirals®: soluzioni strutturali innovative

spirali incrociate crossed spirals

Il deficit attuale della filiera ecologica è la scarsa attenzione al consumo del materiale e ciò la rende, il più delle volte, inefficace.

Durante la progettazione e la costruzione diviene quindi fondamentale rispettare la sostenibilità nelle sue regole, come il minor uso possibile di materiali impiegati (ecosostenibilità diretta), data la limitatezza delle risorse nel mondo, e scegliere processi di produzione poco inquinanti per favorire lo smaltimento consono al ciclo di vita dei materiali, con il recupero di energia green.

È da questo principio che nasce Crossed Spirals ®, grazie all’idea dello studio di architettura Enrico Rosasco: la sua missione è realizzare una soluzione sostenibile che preservi l’ambiente e che, allo stesso tempo, risulti anche estremamente efficace.

INCIDE Engineering ha ingegnerizzato il concept architettonico dello studio Rosasco, eseguendo tutti i calcoli e gli aggiustamenti estetici e di forma necessari affinché questo tipo di struttura innovativa fosse funzionale e risultasse più vantaggiosa, in termini di peso, rispetto ad alcune strutture tradizionali. 

Scopri cos’è la Struttura Reticolare di Linee Spiraloidi Incrociate Crossed Spirals ®, a cosa è ispirata e quali sono i suoi vantaggi.

Presentazione del principio strutturale Crossed Spirals poi applicato ad un caso reale.

 

Cos’è la Struttura Reticolare di Linee Spiraloidi Incrociate

Gli edifici tradizionali sono costituiti da una copertura superiore sorretta da una pluralità di colonne/pilastri: sono privi di efficienti caratteristiche di scarico del peso della struttura superiore e non sono sostenibili.  

Crossed Spirals ha inventato un edificio del tipo capannone industriale o simili, comprendente una copertura superiore e un sistema di supporto poggiato a terra, configurato per scaricare il peso della copertura superiore.

Gli elementi costitutivi della colonna richiamano il comportamento del tronco di un albero nel quale gli steli (che diventano rami una volta che si dissociano geometricamente dal fusto), costituiscono una serie di piccoli canali che trasportano la linfa dalle radici alle foglie.  Questa pluralità di piccoli canali rendono l’albero una struttura pre-tesa che ha come principale caratteristica la capacità di assorbire gli sforzi provenienti dalla copertura (chioma). 

In base a quanto descritto, risulta evidente come l’edificio consenta un efficiente scarico diretto a terra degli sforzi, nonché una distribuzione uniforme dei carichi, ottenuta attraverso una dissipazione diretta dell’energia attraverso soli sforzi assiali ed un rapido trasporto a terra degli sforzi. 

Il punto di partenza per la realizzazione della Struttura Reticolare di Linee Spiraloidi Incrociate è lo studio matematico di distribuzioni auree derivanti dalla sequenza di Fibonacci, seguito dallo studio di soluzioni di dissipamento dell’energia all’interno di strutture naturali, dallo studio dei movimenti convettivi dell’aria derivanti dal gradiente termico (Fluidodinamica computazionale), infine dallo studio dell’isolamento termico degli edifici.

Il metodo strutturale Crossed Spirals ® (Spirali incrociate) basa il suo approccio su un equilibrio di sforzi generati da azioni: l’incrocio tra le spirali è il miglior modo per ottenere questo equilibrio in cui gli sforzi generati devono essere portati a terra nel modo più essenziale, senza generare altri sforzi superflui e dannosi.

Le spirali, in termini geometrici, hanno una caratteristica unica che si ritrova applicata anche in natura: nel principio da cui si generano le galassie, nella crescita di un fiore, nello sviluppo delle cellule e delle onde del mare, solo per citare alcuni esempi.

La spirale per sua definizione è di mille forme e si autogenera su se stessa variando l’angolo di crescita e assume le forme più incredibili, è un cerchio evoluto. 

Un sistema ingegneristico ha bisogno di una forma geometrica e la spirale è l’unica forma che può affrontare un sistema complesso. Il modo per rendere collaborante tra di loro le spirali non è quello di bloccarle, ma di incrociarle, per adeguarsi al sistema complesso.

I vantaggi del sistema Crossed Spirals per edifici commerciali

La superficie di giacitura proposta avvolge l’intero edificio e non aderisce in tutti i punti alla superficie architettonica ma vi si discosta, in modo variegato. Naturalmente ci sarà bisogno di una struttura secondaria che prenda gli sforzi dalla superficie architettonica e li riporti alla superficie strutturale.

La proposta crea un effetto guscio totale; non sussistono più le superfici verticali o orizzontali o inclinate tipiche e consuetudinarie. Le superfici di discesa a terra dei carichi vengono a rappresentare la stessa superficie piana o inclinata facente parte del tetto. Attraverso una  progettazione generativa con l’impiego di software parametrici si svilupperà un algoritmo attraverso il quale si potrà gestire al meglio questa tipologia formale estremamente interessante.

Questo approccio consente numerosi vantaggi:

  • una struttura portante a peso ridotto;
  • l’impiego di una tecnologia innovativa per aumentare la potenza delle aste;
  • utilizzo di innovativi giunti che non interrompono l’equilibrio elastico dell’insieme strutturale;
  • un facile e veloce assemblaggio e smontaggio;
  • materiali riciclabili al 100%;
  • sicurezza antisismica;
  • poca e semplice manutenzione;
  • l’aerazione naturale con metodo forza di Coriolis.

L’integrazione tra la struttura e l’involucro edilizio ha seguito una soluzione “a secco”, ovvero la tecnologia denominata “tecnologia Struttura/Rivestimento (o S/R) con struttura in acciaio, apportando altri benefici:

  • facilità di assemblaggio;
  • riduzione dei tempi di realizzazione, poiché tutti gli elementi strutturali e i sistemi di involucro sono realizzati in officina e già pronti alla messa in opera;
  • sostenibilità;
  • sicurezza antisismica;
  • semplificata gestione del cantiere.

Approccio parametrico del principio delle Crossed Spirals a figure geometriche variabili.

Analisi strutturale FEM: i risultati

Sono state condotte delle analisi strutturali con il metodo computazionale agli elementi finiti (FEM) su alcune tipologie di strutture Crossed Spirals®. Le strutture analizzate hanno permesso di verificare un‘ottima risposta del sistema Crossed Spirals® alle sollecitazioni e un comportamento strutturale efficiente. La struttura dell’edificio è composta da tubolari in acciaio distribuiti secondo il metodo delle spirali incrociate. L’oggetto di studio è un edificio industriale avente le seguenti dimensioni: 32x32m e di altezza totale al tetto 10m.

La struttura con reticolari di impalcato risulta avere un peso di 59 tonnellate così distribuiti:

  • 22 kg/mq per l’impalcato;
  • 33 kg/mq per i pilastri “organici.
Analisi strutturale delle deformazioni applicate alla struttura a spirali.