Computing diagrid structural systems in free-form high-rise designs

Mimarlıkta diagrid strüktür sistemlerinin kullanımı son yıllarda yaygınlaşmıştır. Diagridler tasarımda kullanılan yapısall 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 yapısall çözümlerin analiz ve sentezindeki verimlilik ile yapısall 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 yapısall 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, yapısall 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 yapısall 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, yapısall elemanların yer değiştirme değerleri, yapının toplam ağırlığı değerleri yapısall analizin temelini oluşturmaktadır. Yapısal analizin sonunda geri bildirim olarak bir yapısall değerlendirme yapılır ve alternatifler sunulur. Son olarak düğüm noktaları, diagrid strüktür sistemlerinin en önemli yapısall 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 yapısall değerlendirmesine dayanarak, tez, potansiyel yapısall 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 yapısall elemanların yer değiştirme değerlerine göre en zayıf kısımları tanımlanmış ve analiz edilmiştir. Alternatif tasarımlar ile yapılan yapısall değerlendirmelere dayanarak, tüm sistemin yapısall 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 yapısall 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.