Kabuk yapılar için evrimsel algoritma tabanlı parametrik tasarım önerisi
Evolutionary algorithm based parametric design proposal for shell structures
Yazar: İHSAN ERDEM ER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TOGAN TONG
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Evrimsel algoritmalar = Evolutionary algorithms    ; Eğrisel kabuk yapılar = Curvilinear shell structures ; Geometri optimizasyonu = Geometry optimisiation ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization

Özet:
Kabuk sistemleri, az malzeme ile geniş açıklıkları geçebilmektedir. Bu sebeple kabuk sistemleri geçmişten günümüze araştırılan ve geliştirilen bir konu olmuştur. Kabuk sistemleri, geniş açıklıkları geçebilmenin yanında serbest formların üretimine de imkân sağlamaktadır. Ancak karmaşık yapıları birçok tasarım ve uygulama zorluğunu da beraberinde getirmektedir. Bu durum, kabuk tasarımında hem mimari gereksinimleri karşılayabilen hem de strüktürel olarak başarılı olabilecek bir form arayışını doğurmaktadır. Form arayışı için başlarda fiziksel modellemeye dayalı yöntemler kullanılırken, hesaplamalı tasarım araçlarının gelişimi ile fiziksel modellere alternatif olarak dijital form bulma yöntemleri geliştirilmiştir. Dijital yöntemler mekanik yöntemlere göre daha hızlı olsalar da hesaplamalı tasarım, parametre ve başarımların net bir şekilde tanımlanmasını gerektirmektedir. Kabuk tasarımında yükseklik, statik, maliyet ve estetik gibi birden çok başarım göz önünde bulundurulmak zorundadır. Son yıllarda evrimsel algoritmalar birden çok başarım için optimizasyon imkânı sunabildikleri için mimari tasarım alanında kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada da kabuk yapıları için evrimsel algoritmaya dayalı optimizasyon modeli geliştirilmiştir. Önerilen modelde düzlemsel panellerden oluşan yığma kabuk yapılar için dinamik gevşeme yöntemiyle form bulma işlemi gerçekleştirilmiştir. Ardından üretilen form panel sayısı, paneller arası kırılma ve yükseklik açısından evrimsel algoritmalar kullanılarak optimize edilmiştir. Optimizasyon işlemi ilk olarak tek hedefli optimizasyon ardından çok hedefli optimizasyon algoritması ile gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Geliştirilen hesaplamalı tasarım yönteminin, kabuk yapılarının ön tasarım süreçlerine katkı sağlaması hedeflenmiştir.

Abstract:
Shell systems can pass large openings with less material. For this reason, shell systems have been a subject that has been researched and developed from past to present. Shell systems allow the production of free forms as well as being able to pass large openings. However, their complex structures bring many design and production difficulties. This situation leads to the search for a form that can both meet the architectural requirements and be structurally successful in shell design. While methods based on physical modeling were used in the beginning for form seeking, digital form finding methods have been developed as an alternative to physical models with the development of computational design tools. Although digital methods are faster than mechanical methods, computational design requires clear definition of design variables and objectives. In shell design, multiple objectives such as height, static, cost and aesthetics have to be considered. In recent years, evolutionary algorithms have started to be used in the field of architectural design, as they can offer optimization for multiple performances. In this study, an optimisation model for shell structures based on an evolutionary algorithm was developed. The dynamic relaxation method was used for form finding in the proposed model, which was developed for masonry shell structures consisting of planar panels. Then, the generated shape was optimised in terms of number of panels, height and panel breakage using evolutionary algorithms. The optimisation process was carried out first with a single-objective optimisation and then with a multi-objective optimisation algorithm, and the results were compared. The results were compared with each other. The developed computer-aided design method is expected to contribute to the early design processes of shell structures.