Design and structural analysis of complex timber structures with glued T-joint connections for robotic assembly

Abstract

An increasing number of geometrically complex building envelopes and large-spanning structures is constructed using timber as a load-bearing material. Among recently completed projects, two prevailing implementations of wood can be observed. First type are structures consisting of engineered timber products such as glulam, where elements with complex geometries are connected by custom-made steel nodes (e.g. see Figure 3(a)) in which also geometric complexity is accommodated. Examples for this strategy are the canopy of the Canary Wharf Crossrail station in London, UK, or many salt dome structures. Second type represents custom-made beams, often milled at length into a curved shape, with notched connections as known from traditional joinery. Built structures following this approach are the roofs of the Centre Pompidou in Metz, France, and the Nine Bridges Golf Club in Yeoju-gun, South Korea. However, with the aid of robotic assembly, free-form envelopes can be constructed from short and simple linear

Form finding of nexorades using the translations method

“…They later explored the potential of double-layer neoxrades with the same analysis tool [15]. The bearing capacity of nexorades using glued connections has been evaluated by Kolhammer et al, the study demonstrates the interest to minimise eccentricities in timber nexorades [18]. This point is further discussed in sectino 4.2.…”

Workflow for a Timber Joinery Robotics

“…En un modelo CAD tridimensional, la representación idealizada de un miembro lineal de madera, es suficiente para realizar simulaciones estructurales (Kohlhammer et al, 2017) pero para muchos procesos sustractivos de piezas de geometría compleja, aparecen problemas adicionales cuando se trata del montaje de materiales que tienen tolerancias muy altas (Stumm et al, 2017). Estas tolerancias o errores, independiente de su origen, se acumulan durante las diversas fases del proyecto, desde la fabricación hasta el montaje de componentes (Brugnaro et al, 2019).…”

Estruturas recíprocas: revisão sistemática da literatura e identificação de pontos críticos para projeto e produção

“…De modo geral, Rizzuto e Larsen (2010) descrevem que elas podem ser feitas por atrito e pressão, por encaixes ou auxiliadas por fixadores mecânicos (parafusos) ou químicos (colas). No estudo sobre o uso de conexões em T, Kohlhammer et al (2017) indicam que a região e a geometria de contato entre os nexors são dois critérios que têm uma grande influência sobre a eficiência da conexão adotada, além de sugerirem que a redução da excentricidade entre os elementos pode melhorar o desempenho estrutural. Araullo e Haeusler (2017) indicam que, nas estruturas compostas tanto por elementos lineares como por bidimensionais, as especificidades encontradas nas áreas individuais de conexão demandam um projeto completamente novo e que, em geral, o uso de produtos disponibilizados pelo mercado, de forma padronizada, é insuficiente para suprir as necessidades de todas as conexões.…”

“…Rizzuto e Larsen (2010) apresentam uma síntese dos métodos tradicionais e contemporâneos de conexões utilizadas nessas estruturas. Nabaei e Weinand (2011) exploram o conceito de placas dobradas, substituindo os elementos lineares convencionais, e analisam as deformações na estrutura Kohlhammer et al (2017). relacionam a geometria e o comportamento estrutural de estruturas recíprocas, explorando o uso de conexões em T coladas, com a montagem auxiliada por robôs Song et al (2013).…”