Computing diagrid structural systems in free-form high-rise designs
Diagrid strüktür sistemlerinin serbest biçimli yüksek tasarımlarda hesaplanması
- Tez No: 559198
- Danışmanlar: PROF. DR. MİNE ÖZKAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Mimarlıkta diagrid strüktür sistemlerinin kullanımı son yıllarda yaygınlaşmıştır. Diagridler tasarımda kullanılan yapısal elemanların sayısını azalttıkları için avantajlıdırlar. Bununla birlikte, diagrid strüktür sistemlerinin serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda kullanımı yaygın değildir. Yüksek katlı tasarımların çoğu simetrik ve ortogonal yapılardır, fakat bir bina geometrisi biçim türü olan serbest biçim, sabit bir düzen ve merkezi bir dönme ekseni olmayan asimetrik konfigürasyonlardır. Serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda gözlenen zorluklar arasında yapısal çözümlerin analiz ve sentezindeki verimlilik ile yapısal elemanların fiziksel gerçekleştirilmesi vardır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için hesaplamalı yaklaşımların desteğine ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, bu çalışmaya kadar var olan yazılımlar telif hakkı ile korunmaktadır ve pahalıdır, bu nedenle birçok küçük firma ve bireysel tasarımcı bu yazılımlara erişemez. Bu yazılımların satın alınabilirlik ve erişilebilirlik problemlerini ele alan tez, serbest biçimdeki yüksek katlı tasarımlarda diagrid yapıların ön tasarımları için hesaplamalı yaklaşım ile bir destek sistemi sunmaktadır. Tez, diagrid strüktür sistemlerini inceleyerek başlar. Geleneksel strüktür sistemleri ve diagrid strüktür sistemleri arasında temel bir fark vardır. Bir diagrid strüktürel sistem, diyagonal strüktürel elemanlarla destekleyerek oluşturduğu güçle yapısal bütünlük sağlar ve bu diyagonal bölünme dış duvarda, yani cephede gerçekleşir. Çapraz strüktürel elemanlar, yani diyagonaller, üç boyutlu bir bağlantının estetik ve işlevsel gereksinimlerini karşılayan düğüm noktaları aracılığıyla birbirine bağlanır. Düğüm noktaları, diagrid strüktür sistemlerinin ana unsurlarıdır. Diagrid strüktür sistemler, yapısal sağlamlık, kolonsuz iç mekanlar ve düğüm noktalarından dolayı kazanılan esneklik gibi geleneksel strüktür sistemlerine kıyasla bazı avantajlara sahiptir. Serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda diagrid strüktür sistemlerinin kullanımına dair sınırlı örnekler, verimlilikle ilgili zorlukların nasıl çözüldüğü hakkında bazı bilgiler vermektedir. Bunlara dayanarak, tez, serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda diagrid yapıya bütünsel bir bakış açısı sunarak, ön tasarımlar için makul ve erişilebilir bir hesaplama desteği geliştirmektedir. Bu destek, algoritmik bir tasarım arayüzünde gerçekleşir ve en büyük avantaj, bütünleşik olarak tasarımcıların tasarım ve analiz aşamalarını tek bir arayüzde yapabilmeleridir. Model üç ana aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar, serbest biçimli yüksek katlı bir geometrinin oluşturulması, bu geometrinin bir diagrid strüktür sistemi ile yapısal analizi ve en önemli yapı sistemi elemanını olan düğüm noktalarının ön üretim için uygun şekilde numaralandırılması ve sıralanmasıdır. Model ilk olarak, x ve y yönünde temel geometrinin uzunluğu ve genişliği ve z yönünde hareketi, dönüş açısı ve seri sayısı gibi parametreler ile serbest biçimli yüksek katlı bir geometrinin oluşturulmasını öne sürmektedir. Daha sonra, modelde Grasshopper programında Karamba eklentisinin kullanılmasıyla, diagrid strüktür sistemi tasarlanmış ve analiz edilmiştir. Yapı elemanlarının oluşturulması, temel desteklerinin tanımlanması, farklı yük tiplerinin belirlenmesi, bir malzeme tipinin atanması, malzemelerin kesitinin belirlenmesi, diagrid strüktür sistemi tasarımın ana adımlarıdır. Stres seviye değerlerinin değerlendirilmesi ve görselleştirilmesi, yapısal elemanların yer değiştirme değerleri, yapının toplam ağırlığı değerleri yapısal analizin temelini oluşturmaktadır. Yapısal analizin sonunda geri bildirim olarak bir yapısal değerlendirme yapılır ve alternatifler sunulur. Son olarak düğüm noktaları, diagrid strüktür sistemlerinin en önemli yapısal sistem elemanlarıdır. Ön üretim, düğüm noktaları için çok önemlidir, çünkü ön üretim daha iyi bağlantı koşulları sağlar ve çok sayıda çeşitli düğüm noktaları, ön üretim yoluyla sıralanabilir ve kontrol edilebilir. Bu nedenle, farklı sayıda bağlantı ve farklı bağlanma açısına sahip düğüm noktaları, ön üretim için numaralandırılır ve sıralanır, rastgele seçilen düğüm noktaları, ön üretim için prototip olarak üretilir. Modelin yapısal değerlendirmesine dayanarak, tez, potansiyel yapısal elemanın diagrid strüktür sistemine eklenip eklenemeyeceğini görmek için diagrid strüktür sistemlerinin alternatiflerini tartışmaktadır. Serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda diagrid strüktür sistemlerinin kullanıldığı sınırlı örneklerinde, diagrid strüktür sistemlerindeki yapı elemanları bölgesel olarak daha yoğun kullanıldığı görülmüştür, bu nedenle diagrid strüktür sistemleri alternatif olarak bölgesel olarak güçlendirilebilir. Böylece, tezin bu bölümünde, temel olarak Grasshopper programında Karamba eklentisinin kullanılmasıyla, yapı elemanlarının stres seviye değerlerine ve yapısal elemanların yer değiştirme değerlerine göre en zayıf kısımları tanımlanmış ve analiz edilmiştir. Alternatif tasarımlar ile yapılan yapısal değerlendirmelere dayanarak, tüm sistemin yapısal elemanlarının sayısını artırmak veya güçlendirmek yerine, bölgesel çözümler ile daha ekonomik ve verimli sonuçlar üretmek mümkündür. Yapısal elemanların değerleri standartların altında ise, standartlar karşılanıncaya kadar bölgesel olarak ilave yapısal elemanlar eklenmiştir. Bu nedenle, diagrid strüktür sistemini güçlendirmek yerine bölgesel olarak güçlendirmek için alternatif tasarım çözümleri sunmak tezin bu bölümünün temel amacıdır. Sonuç olarak, diagrid strüktür sistemlerinin serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda kullanımına erişilebilir bilgisayar destekli hesaplamalar ile ön tasarım önerileri sağlamak için bir model tasarlamak, tezin temel amacıdır. Tez, serbest biçimli yüksek katlı tasarımlar için tasarımcılara erişilemeyen ve korumalı yazılımlarla uğraşmadan zorlukları önleyerek diagrid strüktür sistemi tasarımını ve analizini sunar ve ön üretim için düğüm noktalarını hazırlar. Diagrid strüktür sistemlerinin serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda erişilebilir bilgisayar destekli hesaplama ile model tasarlayan tezin amacına ek olarak, dijital tasarım ortamlarının ve bilgisayarlı yaklaşımların çağdaş mimaride etkisinin artması beklenmektedir. Tasarımcılar, tasarım ve ön üretim aşamalarında daha fazla sorumluluğa sahip olacaklardır. Bu tez, tasarımcıların diagrid strüktür sistemlerin serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda tasarlanması ve analiz edilmesi ve ön üretim için düğüm noktalarının hazırlanması ile tasarımcının sorumluluğunu artırmayı ve böylece tasarımcıların ön tasarımlardan ön üretime kadar olan süreçlerde daha etkili olmalarını sağlar.
Özet (Çeviri)
Recent years have seen the use of diagrid structural systems becoming widespread in architecture. Diagrids are advantageous mostly for cutting down on the number of structural elements used. However, the use of diagrid structural systems is still not common in free-form high-rise designs. Most high-rise designs are symmetrical and orthogonal structures whereas free-form as a type of building geometry form implies asymmetric configurations, without a fixed order or a central rotation axis. Among the difficulties observed in free-form high-rise designs is efficiency in the analysis and synthesis of structural solutions and in the physical realization of the structural elements. Overcoming these difficulties requires computational support. However, most of the existing software up to the task are protected by copyright and expensive, hence inaccessible to many small firms and individual designers. Addressing the problems of affordability and accessibility, the thesis presents a computational support system for preliminary design proposals of diagrid structures in free-form high-rise designs. The thesis starts by examining diagrid structural systems. There is a main difference between conventional structural systems and diagrid ones. A diagrid structural system provides structural integrity with the strength it forms by supporting the structure with diagonal structural elements, and this partitioning takes place on the outer wall, i.e. on the façade. Diagonal structural elements connect via node connectors which resolve aesthetical and functional requirements of a three-dimensional connection. Node connectors are the key elements of diagrid structural systems. Diagrid structural systems have some advantages compared to the conventional structural systems such as structural strength, column-free interiors and flexibility due to the node connectors. Limited examples of the use of diagrid structural systems in free-form high-rise designs provide some knowledge of how difficulties with efficiency are resolved. Based on these, the thesis offers a holistic perspective to the diagrid structure in free-form high-rise designs develops an affordable and accessible computational support for the preliminary design. This support takes place in an algorithmic design interface, and the biggest advantage is that designers can integrate the design and analysis phases in a single interface. The model has three main phases. These phases are the creation of a free-form high-rise geometry, structural analysis of this geometry when modelled as a diagrid structural system, and the numbering and sequencing of the most important structural element that is node connector so that it is suitable for the prefabrication. In the first phase, a free-form is modelled with parameters such as the length and width of the base geometry in x and y directions and movement, rotation angle and the number of series in z direction. In the second phase, the diagrid structural system is introduced to the model and analyzed for structural performance. The Karamba plugin for the Grasshopper program is the tool that is used for analysis. Creating structural elements, defining supports, specifying different types of loads, assigning a type of material, determining a cross-section for structural elements are the main steps of the design. Evaluating and visualization of stress levels, displacements of structural elements, total weight of the structure are the basis of the structural analysis. At the end of the structural analysis, a structural assessment serves as feedback and alternatives are offered. Finally, node connectors are considered for prefabrication. Prefabrication ensures better connection conditions and high number of various node connectors can be sorted and controlled via prefabrication. Thus, node connectors with a different number of conjunction and various angle of conjunction are numbered and sequenced for prefabrication. Randomly selected node connectors are fabricated as prototype for prefabrication. Based on the structural assessment of the model, the thesis discusses the alternatives of diagrid structural systems to see whether the potential structural element may be added to the diagrid structural system. In the limited examples of diagrid structural systems in free-form high-rise designs, structural elements in diagrid structural systems are used denser locally, so diagrid structural systems can be strengthened locally as an alternative. Therefore, primarily with the help of using the Karamba plugin for the Grasshopper program, the weakest parts where the structure is weak and unstable according to the stress levels and displacements of structural elements are identified and analyzed. Based on the structural assessment of alternative designs, it is possible to produce more economical and efficient outcomes with local solutions instead of increasing or strengthening the number of structural elements of the whole system. If the values of structural elements were below the standards in the model, additional structural element were added locally until the standards were met. Thus, offering the alternative design solutions for strengthening locally instead of strengthening diagrid structural systems is the main goal of this chapter of the thesis. To conclude, designing a model for affordable and accessible computational support in order to provide preliminary design proposals in diagrid structural systems in free-form high-rise designs is the main purpose of the thesis. The thesis offers a design and analysis of the diagrid structural system for a free-form high-rise geometry and prepare node connectors for prefabrication, to support designers in similar tasks by avoiding the difficulties without struggling with inaccessible, expensive and protected software. The effect of digital design environments and computational approaches in contemporary architecture is expected to increase. Designers will have more responsibility in the design and prefabrication phases. The thesis also contributes to this responsibility of designers of being more active and effective in state-of-the-art processes starting from the preliminary design proposals to prefabrication.
Benzer Tezler
- Ahşap minarelerin taşıyıcı sistem özellikleri ve deprem davranışlarının incelenmesi
The structural system of timber minarets and their earthquake behaviors
DOĞUKAN GÜDÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
MimarlıkBursa Uludağ ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMED BİLAL BAĞBANCI
- Bulut bilişimde vergilendirme: Doğrudan vergilendirme boyutu
Taxation in cloud computing: Direct taxation aspect
ALPEREN ASIM KORUK
- Computing structural analogies of musical rhythms in visual design
Müzikal ritimlerin görsel tasarımdaki yapısal karşılıklarının hesaplanması
SEÇKİN MADEN
Doktora
İngilizce
2021
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE ÖZKAR KABAKÇIOĞLU
- Computing the making of Seljuk geometric patterns
Selçuklu geometrik desenlerinde yapımın hesaplanması
BEGÜM HAMZAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE ÖZKAR KABAKÇIOĞLU
- Ayrık duhamel çarpımı ve bazı operatörlerin spektral katlılığı
Discrete duhamel product and spectral multiplicities of some operators
TEVFİK KUNT
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
MatematikSüleyman Demirel ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUNA SALTAN