A novel approach for post-tensioned concrete shell structures. The case study of a football stadium in Denmark

The concrete industry is the third-largest energy consumer in the world and the second industrial emitter of carbon dioxide. However, due to the characteristics of concrete, including strength and durability, constructors resort to employing this material. In this work, the intention is to reduce the material used for concrete and improve the performance of concrete structures. As such, an investigation has been carried out for the design of complex shell geometries by applying a new post-tensioning method. The method starts with understanding the influence of curvature and corrugation on the shell structure by simulation. Moreover, a shell design corresponding to an optimal/near-optimal solution is determined to have minimum material used during the fabrication process. Along with the research part, an architectural application is developed. The project is a football stadium in the city of Odense (Denmark) for 8200 spectators, where the developed method is used to design a solution for the roof covering the tribune. This consists of a segmented large shell where prefabricated concrete elements are combined into a sculptural, yet material-efficient structure. This application shows benefits in terms of the construction process and minimization of material.

L'industria del calcestruzzo è il terzo consumatore di energia al mondo e il secondo emettitore industriale di anidride carbonica. Tuttavia, a causa delle caratteristiche del calcestruzzo, tra cui resistenza e durata, i costruttori ricorrono all'uso di questo materiale. In questo lavoro, l'intenzione è di ridurre il materiale utilizzato per il calcestruzzo e migliorare le prestazioni delle strutture in calcestruzzo. Pertanto, è stata condotta un'indagine per la progettazione di complesse geometrie di conchiglia applicando un nuovo metodo di post-tensionamento. Il metodo inizia con la comprensione dell'influenza della curvatura e dell'ondulazione sulla struttura della conchiglia mediante simulazione. Inoltre, viene determinato un design a guscio corrispondente a una soluzione ottimale / quasi ottimale per l'utilizzo di materiale minimo durante il processo di fabbricazione. Insieme alla parte di ricerca, viene sviluppata un'applicazione architettonica. Il progetto è uno stadio di calcio nella città di Odense (Danimarca) per 8200 spettatori, ove il metodo sviluppato viene utilizzato per progettare una soluzione per il tetto che copre la tribuna. È costituito da una grande conchiglia segmentata in cui elementi prefabbricati in calcestruzzo sono combinati in una struttura scultorea ma efficiente dal punto di vista dei materiali. Questa applicazione mostra vantaggi in termini di processo di costruzione e minimizzazione del materiale.