Hexagrids plegables y transportables : un sistema prefabricado con nudos articulados bloqueables

Abstract

This document describes the technological feasibility of a structural system based on hexagonal modules with lockable pin joints. The system is mainly aimed at the construction of low and medium height buildings in developing countries, which need to increase and improve their infrastructure at high speed and low cost. In order to achieve this goal, the project takes a two-pronged approach: -Analyse and adjust to scale the development of structural façades in hexagonal modules, known as Hexagrid. -Investigate the possibility of adjusting the foldability of straight bar systems used in lightweight structures so that they are applicable to flat surfaces. This document is divided into six chapters: The first chapter looks at using active vector structures in the construction of structural frames, predominantly for high-rise buildings. The scope and limitations of this approach are studied, while describing previous research conducted, then going on to look at the development of hexagonal frames, known as Hexagrid. The second chapter is dedicated to gathering information on solutions used by other authors to achieve articulation and locking of joints, almost always within the scope of lightweight structures. This chapter touches on the basic concepts required to understand and produce a folding system, the movement of which may be controlled and locked in its position of use. The third chapter focuses on finding a geometrical configuration with bar dimensions adequate for the structure to efficiently withstand the proposed stresses. It thus explores models that vary in the configuration parameters of the frame, as well as in density and changes of direction, in addition to the connection with the slabs. A standard model is subsequently proposed that fits a height equivalent to 4, 8, 12, 15 or 16 floors with a spatial configuration of tube within tube. Through these models, we attempt to look for the limits of the proposed structural design, in order to understand how the models absorb applied loads and to understand the relationship between deformation produced by wind and deformation produced by vertical loads. The fourth chapter proposes a folding system, the design of pin joints and a locking system for the model proposed in the previous chapter. The design of the pin is analysed in terms of its behaviour and resistance against the maximum forces obtained in the analysis of the structure conducted in the previous chapter. The fifth chapter synthesises the work previously conducted by applying the knowledge obtained to an 8-storey building. This chapter seeks a solution to the process of transport and assembly of a building in real-life application. The sixth and final chapter brings together the conclusions from each of the previous chapters to reach overall conclusions that may lead to possible future avenues of research.

En este documento lo que se describe es la viabilidad tecnológica de un sistema estructural basado en módulos hexagonales cuyos nudos son articulados y bloqueables. El sistema está enfocado a comprobar la construcción de edificaciones de mediana y baja altura en países en vías de desarrollo, que necesitan aumentar y mejorar sus infraestructuras a gran velocidad y a bajo coste. Para lograr este cometido se absorben recursos de dos vertientes: -Analizar y ajustar a su propia escala el desarrollo de fachadas estructurales de módulo hexagonal, conocidas como Hexagrid. -Buscar la posibilidad de modificar la plegabilidad de los sistemas de barras rectas que se utilizan en las estructuras ligeras para que sean aplicables a superficies planas. Este documento se divide en 6 capítulos: En el primer capítulo se hace una aproximación al uso de estructuras de vector activo que desembocan en la construcción de mallas estructurales para, sobre todo, edificaciones de gran altura. Se estudian sus alcances y limitaciones mientras se describen los estudios previos realizados hasta enfocarse en el desarrollo de las mallas hexagonales, que se denominarán Hexagrid. El segundo capítulo está dedicado a la recopilación de información sobre soluciones utilizadas por otros autores para lograr la articulación y fijado de uniones, casi siempre dentro del ámbito de las estructuras ligeras. En este capítulo se hace busca un acercamiento a los conceptos básicos necesarios para entender y producir un sistema plegable cuyo movimiento pueda ser controlado y fijado en su posición de uso. El tercer capítulo se centra en encontrar una configuración geométrica con un dimensionado de barras adecuado para que la estructura pueda recoger eficientemente los esfuerzos planteados. Para esto se exploran modelos que varían en los parámetros de configuración de la malla, tales como la densidad y el encuentro en los cambios de dirección, además de la conexión con los forjados. Posteriormente se propone un modelo tipo que se ajusta a una altura equivalente a 4, 8, 12, 15 y 16 pisos con una configuración espacial de tubo dentro de tubo. A partir de estos modelos se buscan los límites del diseño estructural propuesto, viendo cómo absorben los modelos las cargas aplicadas y la relación entre la deformación producida por el viento y la deformación producida por las cargas verticales. En el cuarto capítulo se plantea un sistema de plegado, el diseño de las articulaciones del nudo tipo y su sistema de fijación para el modelo propuesto en el capítulo anterior. Se realizan análisis del diseño del nudo para ver su comportamiento y resistencia frente a los máximos esfuerzos obtenidos en el análisis de la estructura del capítulo previo. El quinto capítulo propone una síntesis del trabajo previamente realizado aplicando el conocimiento obtenido en una edificación de 8 pisos de altura. En este capítulo se busca una solución al proceso de transporte y ensamblado de una edificación acercándose a una aplicación real. En el sexto y último capítulo se hace una recopilación de las conclusiones de cada capítulo para llegar a unas generales que desembocan en unas posibles vías de estudio futuras.