Freddo estremo

Data: 15 luglio 2022

Il vetro piegato a freddo sta vedendo una crescente adozione nei progetti di costruzione con geometrie non planari. Questo articolo presenta il lavoro svolto per una serie di quattro grattacieli, caratterizzati da 11.136 pannelli unici piegati a freddo, centinaia dei quali vengono spinti oltre i 250 mm. I pannelli sono tutti unici, non rettangolari e in alcuni casi leggermente curvi. La geometria impegnativa complica la previsione della forma finale del pannello, che è un passaggio essenziale per produrre disegni di fabbricazione della forma piatta di un pannello prima della piegatura.

Sebbene il Machine Learning sia ancora una tecnologia nascente nel settore AEC, la previsione è una classe di problemi per i quali molte tecniche di Machine Learning sono ideali, soprattutto quando si ha a che fare con una grande quantità di dati o, in questo caso, panel. L'articolo discute le caratteristiche geometriche del vetro altamente curvato, una metodologia per la previsione della forma dei pannelli e l'uso dell'apprendimento automatico nella sua implementazione. La metodologia è stata adottata per oltre 3.500 pezzi di vetro architettonico installati e ha dimostrato di ridurre le deviazioni geometriche fino al 75%, fino a tolleranze submillimetriche.

La piegatura a freddo è una tecnica che consente l'utilizzo del vetro in progetti di costruzione che presentano geometrie organiche o comunque non planari. Man mano che i metodi di piegatura a freddo vengono compresi e utilizzati in modo più approfondito, i loro limiti vengono studiati e messi in discussione. In un recente progetto, quattro grattacieli (due a 240 metri di altezza, due a 300 metri) presentano 11.136 pannelli unici piegati a freddo. Di queste migliaia, diverse centinaia di pannelli vengono spinti fuori dal piano da 200 a 400 mm.

Gran parte della ricerca sulla piegatura a freddo e sui suoi limiti meccanici riguarda pannelli rettangolari o addirittura quadrati, ma è anche noto che la forma del pannello ha un impatto significativo sulle caratteristiche di deformazione. Poiché i rettangoli non possono piastrellare una superficie non planare, è molto probabile che la maggior parte delle applicazioni di piegatura a freddo richiedano pannelli non rettangolari. I pannelli di questo progetto sono quadrilateri obliqui e servono come utile studio sulla natura della deformazione elastica nelle forme non rettangolari.

Sebbene l'interazione tra geometria e materiale sia importante da comprendere durante la progettazione e l'ingegneria, è assolutamente essenziale durante la preparazione alla fabbricazione. Affinché i pannelli si inseriscano correttamente nei rispettivi telai, è necessario tenere adeguatamente conto delle distorsioni geometriche quando si prevede la forma finale e appiattita del pannello. Ciò richiede una serie di simulazioni dei materiali che sono computazionalmente costose e richiedono molto tempo, almeno su scala di migliaia e migliaia di istanze uniche.

La previsione, tuttavia, è una classe di problemi che ben si adatta agli algoritmi di Machine Learning. Abbiamo quindi creato una metodologia per definire la superficie come un insieme di parametri, che rende possibile addestrare un modello di Machine Learning per la previsione delle geometrie delle superfici piegate a freddo nei pannelli di vetro architettonici. Da quella forma finale prevista, utilizziamo l'analisi degli elementi finiti per simulare la piegatura al contrario e prevedere la forma piatta, "srotolata", tenendo conto delle proprietà e dello spessore del materiale.

Qui discutiamo delle idiosincrasie delle vetrate altamente deformate e della metodologia per l'addestramento e l'implementazione del modello di Machine Learning.

La forma complessiva delle torri è definita da due ellissi, una alla base e una alla sommità, che hanno raggi leggermente diversi e sono ruotate l'una rispetto all'altra di 90 gradi. Un algoritmo personalizzato definito dagli architetti determina la superficie a forma libera che interpola queste due curve guida. Tale superficie costituisce la base per la suddivisione in pannelli di facciata.

La facciata presenta un elemento ombreggiante tridimensionale e la pannellatura segue un'inclinazione per aumentare l'efficacia dell'ombra. Ciò si traduce in un effetto angolato e a spirale e, soprattutto, in pannelli che si avvicinano ai parallelogrammi. Naturalmente, poiché la volumetria ha una forma a curvatura continua, i pannelli non possono restare piatti sulla superficie, ma devono piegarsi fuori dal piano.