Retrofitting existing buildings with responsive tensegrity systems to improve structural behaviour and energy performance

Buildings that are over 40 years old are the majority in Italian architectural heritage. This means that it is necessary to start thinking a way to obtain an overall improvement of their characteristics, without having to demolish or radically alter their original structure. Here we focus our attention on seismic and energetic aspects of buildings. Italy is a seismic country and most of its architecture needs an upgrade to face the risk of earthquakes. Simultaneously, recent European codes want designers to pay attention to climatic control of new constructions, but even retrofitting existing buildings would lead to a significant amount of cost savings over time. To address both these issues, we propose a tensegrity module with an origami-like behaviour, based on a previous project of arch. Pino Pizzigoni, who in 1966 designed a new type of window frame for Zucchi's house, in Bergamo. The choice of tensegrity systems, which are prestressed cable-bar structures, is related to their peculiar ability to change their geometrical configuration while maintaining their structural integrity. This kind of module can be connected to an existing building frame to better resist to horizontal loads. At the same time, cladding can be attached to the tensegrity structure and, using a grid of modules, we can obtain a structural skin with a shape-changing capability to control solar gains on the construction. In this way, depending on the environmental conditions, each module can change dynamically its configuration and behave as a responsive element for a better interior climate control.

Gli edifici con più di 40 anni di età rappresentano la maggior parte del patrimonio edilizio in Italia. Questo vuol dire che diventa necessario iniziare a pensare a una strategia per poterne migliorare le prestazioni, senza doverli demolire o alterare profondamente. Qui viene focalizzata l'attenzione sugli aspetti sismici ed energetici degli edifici. L'Italia, infatti, è una nazione ad elevato rischio sismico e la maggior parte dei suoi edifici necessita di un adeguamento per poter fronteggiare futuri, violenti terremoti. Contemporaneamente, le recenti norme europee chiedono ai progettisti di prestare attenzione all'efficienza energetica delle nuove costruzioni, ma bisogna notare che un eventuale adeguamento degli edifici esistenti potrebbe portare a un significativo risparmio di costi nel tempo. Per affrontare questi due aspetti, viene qui proposto un modulo tensegrale con un funzionamento a origami, basato su un precedente progetto dell'arch. Pino Pizzigoni, che nel 1966 progettò un nuovo tipo di finestra per villa Zucchi a Bergamo. La scelta di un sistema tensegrale, che è una struttura presollecitata composta da barre e cavi, è legata alla propria capacità di cambiare configurazione geometrica, pur continuando a mantenere la propria integrità strutturale. Questo tipo di modulo può essere così collegato a una struttura portante preesistente, per poter meglio resistere ai carichi orizzontali tipici di un sisma. Allo stesso tempo, un sistema di rivestimento può essere impiegato come completamento della struttura tensegrale e, impiegando una griglia di moduli di questo tipo, si può ottenere un involucro strutturale con capacità di cambiamento di forma, in modo da controllare i guadagni solari dell'intera costruzione. In questo modo, in base alle condizioni ambientali esterne, ogni modulo può cambiare dinamicamente la propria configurazione e comportarsi come un elemento responsivo per un miglior controllo climatico dell'edificio.