Elastic structures in architecture on the basis of bionic principles

Die Verformungsfähigkeiten der neuen Baumaterialien wie zum Beispiel Glas- oder kohlefaserverstärkter Kunststoffe zeigen neue Möglichkeiten für wandelbare Konstruktionen in der Architektur: Konstruktionen, die sich mit Hilfe von Biegsamkeit ihrer Komponenten verformen lassen. Diese Arbeit versucht zu zeigen, wie man diese biegsamen Konstruktionen entwickeln kann. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf Verformungsmechanismen, Verformungsmöglichkeiten und Anwendungsmöglichkeiten dieser Art von wandelbaren Konstruktionen, die besonders aus biegsamen Stäben bestehen. Natürliche Prinzipien werden in der vorliegenden Arbeit als Vorbild geeigneter Mechanismen von biegsamen Konstruktionen betrachtet. Zuerst werden acht passende Vorbilder aus der Natur ausgewählt, die einen Körperteil oder den gesamten Körper eines Tieres oder einer Pflanze betreffen. Für die Übertragung ihrer Prinzipien auf die Architektur wird eine geometrische Methode angewandt. Acht Prinzipien, die von natürlichen Mechanismen hergeleitet sind, werden durch geometrische Modelle abstrahiert. Durch eine schrittweise Modifikation werden acht Grundmuster definiert. Jedes Muster beschreibt einen Mechanismus für die Verformung einer biegsamen Konstruktion in der Architektur. Im nächsten Schritt werden die Grundmuster weiterentwickelt, um verschiedene Möglichkeiten der Verformung durch Anwendung dieser Mechanismen studieren zu können. Damit haben wir verschiedene Varianten der Grundmuster durch ihre Manipulationen, Kombinationen und Anordnungen dargestellt. Diese Varianten präsentieren unterschiedliche Entwurfskategorien für biegsame Konstruktionen, die von acht ursprünglichen Grundmustern abstammen. Die Umsetzung entwickelter Grundmuster in der Architektur wird im letzten Schritt vorgestellt. In dieser Phase haben wir gezeigt, dass drei Gruppen der Anwendungszwecke für diese biegsamen Konstruktionen vorstellbar sind, die sich entweder erweitern können oder mit gleichen Elementen verschiedene Räume kreieren oder sich zur Anpassung an verschiedene Forderungen variieren können. Sie werden durch verschiedene Beispiele demonstriert.The deformation capability of the new materials such as glass- or carbon fibre reinforced plastics provides new possibilities for convertible structures in architecture: the structures which can be deformed through using the flexibility of their components. This research tries to represent how to develop these elastic structures. We concentrate on mechanisms, deformations and possible applications of this type of convertible structures that consist especially of flexible rods. In present work, the principles of nature are implemented as models of the appropriate mechanisms for flexible structures. The research process starts with survey and selection of eight suitable examples from nature such as an organ or a body of a plant or an animal. Then a geometric method is proposed for transfer of the natural principles into architecture. In this method eight principles which are derived from natural mechanisms are abstracted by geometric models. Later through gradual modification process eight basic patterns are defined. Each pattern presents a mechanism for deformation of a flexible structure in architecture. In the next step, the basic patterns are developed to show various possibilities of deformations by application of thei convertible mechanisms. For this reason we demonstrate different variants of the basic patterns through their manipulations, combinations and arrangements. These variants represent different design categories for flexible structures that stem from the eight basic patterns. Various proposals for the application of these developed basic patterns in architecture are the last step. In this part we demonstrated three purposes for applications of these flexible structures, i.e. structures that can be deployed, structures that can be created in different shapes using a similar component, and structures that can adjust their form based on different functions. These applications are demonstrated through various examples