Collaborative Research: Tessellated Structural-Architectural Systems for Rapid Construction, Repair, and Disassembly

合作研究:用于快速建造、修复和拆卸的棋盘格结构建筑系统

基本信息

  • 批准号:
    1762899
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-15 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Recent natural disasters are reminders that the next generation of buildings should minimize economic and social consequences of extreme loading with minimal environmental impact. This research investigates a new integrated structural-architectural wall system which utilizes tessellated patterns, an arrangement of repetitive elements, to produce buildings that can be efficiently constructed, repaired, reconfigured, and deconstructed. Tessellated Structural Architectural (TeSA) systems can contribute to resilience through rapid repair and reoccupation after an extreme event, as well as to sustainability through reuse and adaptability of materials, structural elements, and buildings. Among the benefits of TeSA systems is to facilitate building adaptation and deconstruction, which are strategies for mitigating obsolescence, a primary cause of building demolition, and limiting the environmental footprint of demolition debris while increasing the lifecycle of buildings as they are flexible to adapt to future uses. The need for these benefits will likely increase as urbanization continues to increase. University coursework and practitioner workshops will be used to disseminate research results and encourage their application in the construction industry.This research project will study and understand fundamental differences of multiple classes of TeSA systems. The structural behavior of diverse classes of tessellated wall systems, including 1D and 2D topologically interlocking tessellations will be investigated through validated models. Analytical models, physical experiments, and probabilistic assessments will be used to focus on localization of damage in tessellated structures and the effects of repair/replacement of damaged elements at the building scale. Research will also create a decision framework whereby integrated teams of architects and engineers can utilize fragility curves as a visual means of communicating the effects of design decisions concerning materials and building systems. It will provide architects and engineers with validated methods and a demonstrated framework for designing TeSA systems of their own creation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
最近的自然灾害提醒我们,下一代建筑应该尽量减少极端负荷的经济和社会后果,尽量减少对环境的影响。本研究探讨了一种新的集成结构-建筑墙系统,该系统利用镶嵌图案,一种重复元素的排列,来生产可以有效建造,修复,重新配置和解构的建筑物。镶嵌结构建筑(TeSA)系统可以在极端事件发生后通过快速修复和重新使用来提高弹性,并通过材料、结构元素和建筑的再利用和适应性来实现可持续性。TeSA系统的好处之一是促进建筑物的适应和解构,这是减轻陈旧的策略,这是建筑物拆除的主要原因,并限制拆除碎片的环境足迹,同时增加建筑物的生命周期,因为它们可以灵活地适应未来的使用。随着城市化的持续发展,对这些福利的需求可能会增加。将利用大学课程和实践者讲习班来传播研究成果,并鼓励其在建造业中的应用。本研究项目将研究和了解多类TeSA系统的基本差异。不同类型的镶嵌墙系统的结构行为,包括1D和2D拓扑互锁镶嵌将通过验证模型进行研究。分析模型、物理实验和概率评估将被用于关注镶嵌结构中损伤的局部化,以及在建筑尺度上修复/更换受损元素的影响。研究还将创建一个决策框架,建筑师和工程师的综合团队可以利用易损性曲线作为一种视觉手段,传达有关材料和建筑系统的设计决策的影响。它将为建筑师和工程师提供有效的方法和演示框架,以设计他们自己创建的TeSA系统。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Design, Fabrication and Assembly of a Tessellated Precast Concrete Shear Wall
镶嵌式预制混凝土剪力墙的设计、制造和组装
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Crocker, G. F.;Ross, B. E.;Kleiss, M. C.;Okumus, P.;Elhami Khorasani, N.;Romano, J. M.
  • 通讯作者:
    Romano, J. M.
Undergraduate student experience in a multidisciplinary architecture-civil engineering research project
本科生在多学科建筑-土木工程研究项目中的经历
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Crocker, G.F.;Bender, K.E.;Blasiak, R.;Lang, J.;Moore, S.;Wright, O.;Dai, S.;Syed, M.;Elhami-Khorasani, N.;Barrios Kleiss, M.C.
  • 通讯作者:
    Barrios Kleiss, M.C.
Failure Modes of 3D-Printed Tessellated-Tile Beams
3D 打印棋盘格瓦梁的失效模式
  • DOI:
    10.1061/9780784484180.031
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Crocker, Grace F.;Dai, Sida;Ross, Brandon E.;Carlos Kleiss, Michael;Okumus, Pinar;Elhami-Khorasani, Negar;Moore, Seth
  • 通讯作者:
    Moore, Seth
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    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Ross, Brandon E.;Yang, Cancan;Kleiss, Michael Carlos;Okumus, Pinar;Elhami Khorasani, Negar
  • 通讯作者:
    Elhami Khorasani, Negar
Repairable Modular Structural-Architectural Shear Walls
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  • DOI:
    10.1061/9780784484180.032
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Syed, Mohammad;Crocker, Grace F.;Elhami-Khorasani, Negar;Okumus, Pinar;Ross, Brandon E.;Barrios Kleiss, Michael Carlos
  • 通讯作者:
    Barrios Kleiss, Michael Carlos
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