3Dプリントされた構造で継続維持できるリブ付スラブ

July, 14, 2022, Zurich--ETH Zurichによると､プロジェクトRIBB3Dは､従来のフロアスラブ設計への挑戦であり､材料効率のよい方法で鉄筋コンクリート構造が可能になる｡ロボット3Dプリンティングを利用して珍しい双方向リブフロアスラブのための特注プラスチック型枠構造を作ることで､新しいアプローチは､従来の固体スラブよりも40%少ないコンクリートを使用する｡パフォーマンスへの妥協は全くない｡

鉄筋コンクリート床スラブは､一般に､高層ビルのカーボンフットプリントの半分以上を占める｡ほとんどの場合､コンクリート床スラブは､固体スラブとして構築される､その構造が効率的だからではなく､成型することで使える安価な平面骨組だからである｡新しいRIBB3Dソリューションは､これらの制約の克服に成功し､非標準､最適化された形状を効率的に作製するデジタル製造プロセスを利用する｡

力の流れから分かる設計と製造
RIBB3Dは､床リブと内力の流れの配置に基づいてリブ付床スラブを設計するワークフローを開発するために構造工学とデジタル製造ツールを組み合わせる｡まず､有限要素分析(FEA)を使って主曲げモーメントを計算した｡次に､結果としてのベクトルをパラメトリック設計ソフトウエアにインポートし､そこでリブレイアウトが生成された｡パラメトリックモデルに基づいて､研究チームは構造的分析を行い､材料消費を最小化するために最適化ループを走らせた｡

次に､このワークフローを利用して､8×8 mグリッドのコラムで支持されたマルチベイスラブが設計された｡そのうちの2.7×2.7 mが作製された｡熱可塑性ペレット押出機を備えた産業用ロボットが､実物大スラブプロトタイプの型枠を3Dプリントした｡その構造は､従来の鉄筋および標準の自己充填コンクリート鋳造物で強化された｡

少ない材料で同等の性能
学際的研究チームは､新しい型枠と確立されたコンクリートおよび強化技術を統合し､建築基準法を確保した｡実物大スラブの構造的故障テストでは､最適化された設計は､柱とスラブの接続の脆性パンチング故障を防ぎ､レファランス固体フラットスラブと比較して､最大負荷が80%上回ることを明らかにした｡

結果が示しているのは､2方向リブスラブトポロジーが､従来のフラットスラブに対して､約40%のコンクリート利用を少なくすること､同時に､従来のコンクリートを使った同じ構造的安全性､堅牢さと快適さの基準を維持することである｡低炭素コンクリートと組み合わせると､コンクリートのカーボンフットプリントは､約2/3削減できる｡これは､自動工程で材料効率のよいフロアスラブを造る3Dプリント型枠の潜在性を際立たせており､環境にやさしいコンクリート建設に道を開く｡
(詳細は､https://kaufmann.ibk.ethz.ch/)