这篇由 Maren Zywietz、Karsten Schlesier 和 Annette Bögle 撰写的论文，记录了重新思考轻量化结构以应对日益严重资源稀缺问题的方法。
Maren ZYWIETZ*, Karsten SCHLESIERᵃ, Annette BÖGLEᵃ
*汉堡港口城市大学，Henning-Voscherau-Platz 1, 20457 Hamburg, Germany
图 1： 模块化概念，包含受弯构件与形态主动的薄膜元件
当前朝向“受弯主动结构设计”的发展，显示轻量化结构正因应当代需求而不断演变。本论文记录了重新思考轻量化结构的设计方法，以应对资源日益匮乏的挑战。
由于传统复合材料在可回收性方面存在严重限制，这对设计师和工程师在原材料使用上提出了新挑战。为了减少环境影响，本研究探讨了在受弯张拉结构中使用完全可回收、且来自再生资源的材料。
图 2： 重新思考轻量化展亭的设计提案
基于实验性的方法，本论文提出了一个创新的展亭设计，并将在 IASS WG21 比赛中作为实体原型展出。研究结果基于四步骤方法学：参数化设计、材料测试、数值模拟，以及利用实体模型验证结果。
重新思考轻量化展亭展示了：应用符合循环经济的材料，也能为未来的轻量化结构带来富有启发性的贡献。
图 3： 可生物降解承重结构元件（白蜡木与羊毛织物）的生物循环
我们的世界、气候与环境的严峻状态，很大程度上源于人类对资源的不负责任使用。从生态角度来看，轻量化结构为这些问题提供了解决方案：通过优化材料强度的利用，轻量化结构能够节省材料，从而节约资源。此外，这类结构通常可以拆解并重复使用。
图 4：样品在三点弯曲试验中失效
历史发展表明，轻量化结构能够灵活适应社会需求。这一特点也体现在新结构类型——“受弯张拉混合结构”——的延续与创新上。与以往避免弯曲应力不同，弯曲如今成为决定形态的关键结构因素。
图 5：膜条单轴拉伸试验
对细长截面高强度的需求，推动了过去数十年建筑材料的快速发展。然而，多层次且复杂的复合材料在可回收性方面存在严重限制，这对当前从线性经济转向循环经济的范式转移造成了困难。
本研究的目标，是探讨在受弯张拉混合结构中使用完全可回收材料，特别关注可再生资源。研究将确定此类材料在结构与力学层面上所面临的挑战，并提出解决方案。
图 6：双轴测试中的羊毛织物
近十年来发展的“受弯主动结构”新类型，其特征是结构构件的弹性变形，决定了结构的形态与整体刚度。当受弯构件与形态主动的薄膜结构相结合时，形成一种混合系统，融合了两种结构类型的优点。
受弯构件提供双曲率与必要的预应力，而薄膜则维持曲率并提升构件的屈曲强度。
先前研究已证明这一原理在小型与大型项目中均可应用。由于混合结构的形态寻找过程复杂，计算机辅助形态寻找技术也取得了重要进展。目前关于受弯张拉混合结构的研究，重点在于提高结构的刚度与稳健性。同时，针对材料行为的定制（如 CNC 编织织物）也在小型装置中得到探索。
图 9：完成的模型安装
评估轻量化结构的品质，不能仅从材料强度来衡量，所用材料对环境的影响同样是评估设计是否能实现可持续性的重要标准。
本研究表明，基于复杂形态寻找与结构作用的精细结构，也能够通过完全有机、可再生资源制成的承重构件来实现。重新思考轻量化，因此能够在未来资源友好的材料使用上，为轻量化结构的发展做出富有启发性的贡献。
【制作团队】
企划：了有和
脚本：parametrichouse
排版：了有和
校对：Tav、林晨
监制：了有和、Beatrice
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