Os arquitetos priorizam superfícies que podem suportar seu próprio peso. Alguns exemplos visualmente atraentes são conhecidos como conchas, e tradicionalmente, estas foram feitas de concreto armado. No entanto, arquitetos modernos estão interessados em limitar o uso de concreto devido ao seu custo, desperdício e falta de transparência visual. Isso levou a um crescente interesse em gridshells, que usam elementos curvos de metal, vidro ou madeira para cobrir grandes áreas sem suportes internos.

Por que os Gridshells Estão Ganhando Interesse

Os gridshells são bem adequados para cobrir espaços públicos expansivos sem colunas. Eles podem ser encontrados em locais como entradas de estações de trem, pátios históricos restaurados e praças públicas. Exemplos notáveis incluem o Grande Pátio do Museu Britânico, o telhado de vidro do Museu Marítimo Holandês e o Moynihan Train Hall em Nova Iorque. Embora essas estruturas demonstrem o que os gridshells podem alcançar, os designers enfrentam a falta de ferramentas computacionais padrão que possam gerenciar eficientemente a ampla gama de formas que desejam construir.

Masaaki Miki, da Universidade de Tóquio, e Toby Mitchell, da empresa de engenharia Thornton Tomasetti, colaboraram para abordar essa lacuna. O novo algoritmo identifica formas ideais de gridshell que suportam geometries complexas enquanto mantêm a confiabilidade estrutural.

Resolvendo Desafios de Longa Data no Design de Gridshells

Apesar da existência de projetos de gridshells, os muitos requisitos geométricos, mecânicos, de fabricação e de construção tornaram-nos difíceis para a maioria dos clientes. Miki e Mitchell já haviam introduzido um sistema baseado em NURBS capaz de abordar muitos desses problemas dentro de uma única estrutura computacional. No entanto, duas limitações principais permaneceram: seu método anterior lutava com formas altamente irregulares e o tempo de computação exigido não era prático. O método atualizado elimina esses obstáculos, criando um fluxo de trabalho mais eficiente e tornando a busca por formas avançadas de gridshell viável para um grupo maior de arquitetos e designers.

“O projeto começou em 2020 com um interesse em estruturas de conchas, frequentemente feitas de concreto. Os designs tradicionais visam formas que suportam seu próprio peso inteiramente por meio da força de compressão, mas isso limita o quanto podem ser expressivos ou esculturais”, disse Miki. “Nos propusemos a encontrar novas maneiras de projetar conchas que considerassem as forças de compressão, bem como as de tensão, permitindo maior liberdade de design. Adaptamos nossa abordagem para gridshells mais modernas, de metal e vidro, desenvolvendo métodos para equilibrar confiabilidade mecânica, estética e facilidade de construção. Os avanços recentes na velocidade computacional tornaram possível resolver essas condições complexas utilizando métodos rigorosos.”

Usando NURBS para Melhorar Precisão e Velocidade

Uma das principais fortalezas do novo método é que ele trabalha diretamente com superfícies NURBS. Ao contrário das abordagens baseadas em malha que usam milhares de peças triangulares, NURBS oferecem representações suaves, contínuas e matematicamente precisas de superfícies curvas. Como as NURBS já são amplamente utilizadas no design arquitetônico, integrar esse método em fluxos de trabalho existentes é simples. A equipe de pesquisa criou um plug-in para o Rhinoceros, um popular programa CAD focado em NURBS, permitindo que os arquitetos utilizem a abordagem dentro de um software familiar.

O método representa a distribuição de estresse em uma superfície NURBS e utiliza algoritmos desenvolvidos recentemente que aumentam a velocidade de processamento em 98%. Essa melhoria elimina a necessidade de GPUs de alto desempenho e oferece uma maneira mais acessível de gerar formas que atendam tanto aos requisitos geométricos quanto estruturais. Os gridshells resultantes permanecem estáveis sob a gravidade e suportam construções de metal e vidro que são práticas de montar.

“Como estamos abordando um problema do mundo real, temos validado rigorosamente nossas soluções por meio de vários métodos de teste que também desenvolvemos”, disse Miki. “Quando os testes revelaram falhas no método, foi estressante. No entanto, agora estamos totalmente felizes porque todas as soluções passam nos testes.”

Direções Futuras

Embora a pesquisa atual se concentre em gridshells de metal e vidro, a equipe planeja expandir a técnica para incluir gridshells de madeira compósita no futuro.

Esta pesquisa foi parcialmente apoiada pela Fundação Nomura, pelos subsídios JSPS para Pesquisa Científica (KAKENHI; número da concessão 23K17784) e pelo JST ASPIRE (número da concessão JPMJAP2401).