Structural optimization of planar and curved reciprocal frames

Starting from the aim to reduce the polluting emmisions deriving from the construction processes, in addition to the research on new materials and the improvement of the existing ones, the structural optimization is becoming more significant and used. In this compound the usage of "Reciprocal Frame" was analyzed, for this type of structure it is fundamental the way in which the elements are arranged in order to provide the equilibrium at the frame. The thesis has the aims to understand the structural behaviour of this type of structure and to find the best configuration that is able to reduce the amount of material. The structural behaviour of nexorades was studied for both planar and curved elements in order to understand how these structures behave in their plane and out of it. On the contrary, the optimization was done varying two parameters that are always recalled along the thesis: the engagement length and the macrocell size. In the case of planar reciprocal frame it was used for the optimization a MatLab script, which is able to find the best configuration varying the above variables. While for spatial nexorades it has been studied also the variation of the cross-section along the elements with a parametric software called "Grasshopper" and its plug-in "Karamba". At the end it has been demonstrated that the optimal configuration recall the regular grid which have complete different proprieties and strengths with respect to the already used structural techniques.

Partendo dallo scopo di ridurre le emissioni inquinanti dovute al mondo delle costruzioni, oltre alla ricerca di nuovi materiali e al miglioramento di quelli esistenti, l'ottimizzazione strutturale sta prendendo sempre più spazio e visibilità. In questo ambito si è voluto analizzare l'utilizzo dei "Reciprocal Frame", la peculiarità di queste strutture sta nella configurazione con la quale sono realizzate, dalla quale dipende il loro stato di equilibrio. La tesi ha lo scopo di approfondire e studiare il comportamento strutturale di questo tipo di strutture e di ottimizzarne la configurazione in modo da ridurre il quantitativo di materiale utilizzato. Il comportamento da un punto di vista strutturale è stato studiato sia per elementi piani, sia per elementi curvi, analizzando le azioni derivanti dalla componente assiale e da quella flessionale. Mentre l'ottimizzazione è stata effettuata variando i due parametri principali richiamati spesso lungo lo studio: la grandezza delle macrocelle e il rapporto di sovrapposizione. Per i "Reciprocal Frame" piani l'ottimizzazione è stata eseguita con un codice MatLab il quale è in grado di trovare la soluzione migliore facendo variare le due variabili sopra citate. Invece gli elementi curvi sono stati ottimizzati anche considerando la variazione della sezione lungo gli elementi grazie ad un software parametrico chiamato "Grasshopper" e il suo derivato "Karamba". Infine è stato possibile dimostrare, eccezion fatta per qualche caso particolare, che la soluzione ottimale riporta sempre al caso di griglia, la quale però ha caratteristiche e potenzialità diverse da quelle delle classiche maglie usate fino ad oggi.