hesaplamalı tasarım yaklaşımları

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HESAPLAMALI TASARIM YAKLAŞIMLARI : BÜTÜNLEŞİK BİR TASARIM
ÖNERİSİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Yekta İPEK
Bilişim Anabilim Dalı
Mimari Tasarımda Bilişim Programı
Ocak 2014
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HESAPLAMALI TASARIM YAKLAŞIMLARI : BÜTÜNLEŞİK BİR TASARIM
ÖNERİSİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Yekta İPEK
(523101013)
Bilişim Anabilim Dalı
Mimari Tasarımda Bilişim Programı
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Gülen ÇAĞDAŞ
Ocak 2014
İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 523101013 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi
Yekta İPEK, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten
sonra hazırladığı “HESAPLAMALI TASARIM YAKLAŞIMLARI :
BÜTÜNLEŞİK BİR TASARIM ÖNERİSİ” başlıklı tezini aşağıda imzaları olan
jüri önünde başarı ile sunmuştur.
Tez Danışmanı :
Prof. Dr. Gülen ÇAĞDAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi
..............................
Jüri Üyeleri :
Öğr. Gr. Dr. Hakan TONG
İstanbul Teknik Üniversitesi
.............................
Doç. Dr. Özgür EDİZ
Uludağ Üniversitesi
..............................
Teslim Tarihi :
Savunma Tarihi :
16 Aralık 2013
24 Ocak 2014
iii
iv
Aileme ve can yoldaşıma,
v
vi
ÖNSÖZ
İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Bilişim Anabilim Dalı Mimari
Tasarımda Bilişim Programı'nda eğitimim sonucunda yazmış olduğum bu tez
kapsamında, öncelikle eğitimim boyunca bilgisini ve tecrübesini tüm cömertliği ile
bana aktarmış olan değerli tez danışmanım ve hocam Prof. Dr. Gülen Çağdaş'a canı
gönülden teşekkür ediyorum. Doğduğumdan bugüne kadar bana her türlü desteği
sağlamış, herzaman yanımda olan ailem, canım babacım Rifat İpek, canım annecim
Vesile İpek ve canım ablacım Saime Selda İpek'e, tüm lisans eğitimim ve yüksek
lisans eğitimim boyunca beni bir an bile yalnız bırakmayan can yoldaşım Ecehan
Esra Top'a teşekkür ediyorum.
Araştırma odasında her türlü sorunuma çözüm bulmaya çalışan, yaptığım
çalışmalarda beni yüreklendiren sevgili Araş. Gör. Sema Alaçam, Dr. Güzden
Varinlioğlu, ve Özgün Balaban'a teşekkür ediyorum.
Yüksek lisans eğitimim boyunca verdiği burs desteğiyle TÜBİTAK (BİDEB 2210)
kurumuna ayrıca teşekkürlerimi sunuyorum.
Son olarak bugünlere kadar beni tecrübeleriyle ve bilgileriyle besleyen değerli
hocalarıma teşekkürlerimi bir borç biliyorum ve hepsine tek tek teşekkür ediyorum.
Yekta İpek
Mimar, İnşaat Mühendisi
Ocak 2014
vii
viii
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖNSÖZ ...................................................................................................................... vii
İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... ix
KISALTMALAR...................................................................................................... xii
ÇİZELGE LİSTESİ ................................................................................................ xiii
ŞEKİL LİSTESİ ....................................................................................................... xv
ÖZET ........................................................................................................................ xix
SUMMARY ............................................................................................................. xxi
1. TEZİN AMACI, KAPSAMI VE YÖNTEMİ ...................................................... 1
2. BÜTÜNLEŞİK TASARIM .................................................................................... 5
2.1 Mühendislik ve Mimarlık Etkileşiminin Tarihçesi ............................................ 5
2.2 Bütünleşik Tasarım ............................................................................................ 6
2.3 Materyalleşme Çabası ........................................................................................ 8
2.4 Farklı Disiplinlerle İşbirliği Yaklaşımları ........................................................ 10
2.4.1 Disiplinler arası işbirliği (Inter-disciplinary) ............................................ 10
2.4.2 Çok disiplinli işbirliği (Multi-disciplinary) ............................................... 11
2.4.3 Disiplinler ötesi işbirliği (Trans-disciplinary) ........................................... 12
2.4.4 Çapraz disiplinli işbirliği (Cross-disciplinary) .......................................... 13
2.5 Tasarım Mühendisliği (Design Engineering) ................................................... 14
2.5.1 Performans ................................................................................................ 16
2.5.2 Malzeme .................................................................................................... 17
2.5.3 Üretim ....................................................................................................... 18
3. HESAPLAMALI TASARIM VE ANALİZ AMAÇLI KULLANILAN
ARAÇLAR ................................................................................................................ 21
3.1 3 Boyutlu Modelleme ve Geometrik Tanım .................................................... 22
3.2 Sonlu Elemanlar Yöntemi ve Analiz Araçları ................................................. 25
3.2.1 Akışkan analizleri...................................................................................... 27
3.2.1.1 Sıvı analizleri ..................................................................................... 27
3.2.1.2 Rüzgar ve hava akım analizleri .......................................................... 28
3.2.2 Strüktür analizleri ...................................................................................... 29
3.2.2.1 Statik analizler.................................................................................... 30
3.2.2.2 Dinamik analizler ............................................................................... 30
3.2.3 Elektromanyetik analizler ......................................................................... 31
3.2.4 Termal analizler ........................................................................................ 32
3.2.5 Multifizik analizler .................................................................................... 33
3.3 Simülasyonlar ................................................................................................... 34
3.3.1 Mimari tasarım amaçlı simülasyonlar ....................................................... 35
3.3.2 Taşıyıcı sistem tasarımı amaçlı simülasyonlar .......................................... 37
3.4 Bina Bilgi Modelleri ........................................................................................ 38
3.5 Üretim Araçları ................................................................................................ 40
3.6 Bütünleşik Tasarım Araçları ............................................................................ 41
4. STRÜKTÜR TÜRLERİ ...................................................................................... 43
ix
4.1 Yüklerin Etkilerine Göre Strüktürler................................................................ 43
4.1.1 Form aktif strüktürler ................................................................................ 44
4.1.2 Vektör aktif strüktürler .............................................................................. 44
4.1.3 Kesit aktif strüktürler ................................................................................ 45
4.1.4 Yüzey aktif strüktürler............................................................................... 46
4.1.5 Yükseklik aktif strüktürler ........................................................................ 46
4.2 Hareket Kabiliyetine Göre Strüktürler ............................................................. 47
4.2.1 Durağan strüktürler ................................................................................... 47
4.2.2 Hareketli strüktürler .................................................................................. 47
4.3 Bileşen Yapısına Göre Strüktürler ................................................................... 49
4.3.1 Fiber(Lifli) strüktürler ............................................................................... 49
4.3.2 Hücresel(Örgü) strüktrüler ........................................................................ 51
4.3.3 Tanecikli strüktürler .................................................................................. 53
4.3.4 Tabakalı(Lamine) strüktürler .................................................................... 54
4.4 Strüktürel Anlamda Odaklanılan Bütünleşik Tasarım Örnekleri ..................... 55
4.4.1 Sidney opera binası ................................................................................... 55
4.4.2 Centre pompidou binası ............................................................................ 56
4.4.3 Multi halle Mannheim binası .................................................................... 57
4.4.4 British Museum çatı örtüsü ....................................................................... 59
4.4.5 Swiss Re – The Gherkin binası ................................................................. 61
4.4.6 Qatar education city convention centre binası .......................................... 63
4.4.7 Glasgow museum of transport binası ........................................................ 65
5. STRÜKTÜR TASARIMINDA HESAPLAMALI STRATEJİLER ................ 69
5.1 Strüktürde Geometri ......................................................................................... 69
5.2 Öz örgütlenme .................................................................................................. 70
5.3 Deterministik ve Stokastik Yaklaşımlar ........................................................... 71
5.4 Strüktürde Örüntü ............................................................................................. 72
5.4.1 Evrimsel süreç: genotip-mutasyon-fenotip ............................................... 73
5.4.2 Kuvvet akış çizgileri.................................................................................. 74
5.4.3 Malzeme eksiltme ..................................................................................... 75
5.4.4 Çoğalan yapılar ......................................................................................... 76
5.5 Maddeleşme ve Yapım ..................................................................................... 77
5.5.1 Lazer teknolojisi - 2 boyutlu üretim teknolojileri ..................................... 78
5.5.2 CNC teknolojisi - eksiltmeli ...................................................................... 79
5.5.3 Hızlı prototipleme teknolojisi - eklemeli .................................................. 79
5.5.4 Formatif teknolojisi ................................................................................... 80
5.5.5 Robot teknolojisi ....................................................................................... 80
6. STRÜKTÜR ODAKLI BÜTÜNLEŞİK TASARIM ÖNERİSİ ....................... 81
6.1 Problemin Tanımı:Örtü Tasarımı ..................................................................... 82
6.2 Form Oluşumu ve Öneri:.................................................................................. 82
6.3 Formun Performans Analizi: Statik Strüktür Analizi ....................................... 82
6.4 Strüktürün Geliştirilmesi – Strüktürel Artikülasyon ........................................ 84
6.4.1 Performans değerlerinin tasarıma dahil edilmesi ...................................... 85
6.4.2 Örüntü oluşumu - çoğalan yapılar: Voronoi ............................................. 86
6.4.2.1 Öz örgütlenme .................................................................................... 87
6.4.2.2 Genotip ............................................................................................... 88
6.4.2.3 Mutasyon ve evrim ............................................................................. 89
6.4.2.4 Fenotip ................................................................................................ 89
6.5 Prototipin Üretilmesi: Farklı Ölçeklerde Farklı Teknolojilerin Kullanılması .. 92
6.6 Algoritma ve Modelin Uygulanması ................................................................ 93
x
7. SONUÇ .................................................................................................................. 99
KAYNAKLAR........................................................................................................ 101
EKLER .................................................................................................................... 107
ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................ 121
xi
KISALTMALAR
BIM
CAA
CAD
CAE
CFD
FEM
NURBS
SMG
: Building Information Modelling
: Computer Aided Analysis
: Computer Aided Design
: Computer Aided Engineering
: Computational Fluid Dynamics
: Finite Element Method
: Non-Uniform Rational Bezier Spline
: Specialist Modelling Group
xii
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 4.1 : Strüktür Odaklı Tasarım Ürünleri Tablosu .......................................... 68
xiii
xiv
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 1.1 : Sidney Opera Binası kesit gelişimleri (Oxman, 2010). .............................. 2
Şekil 1.2 : Londra’da ki British Museum yapsının çatı örtüsü (Url-1)........................ 2
Şekil 1.3 : Toyo Ito Serpentine pavyonu (Url-52) ....................................................... 3
Şekil 1.4 : Chemnitz stadyum önerisi (Url-53) ............................................................ 3
Şekil 1.5 : Londra Gherkin – Swiss Re yapısı (Url-54) ............................................... 4
Şekil 2.1 : Thomas Telford’ un tasarladığı The Menai Bridge, 1818-1826
(Margolius, 2010). ...................................................................................... 6
Şekil 2.2 : Buckminister Fuller tarafından tasarlanan çelik jeodezik kubbe (Url-2). .. 9
Şekil 2.3 : Disipliner çalışma alanlarının farklılaşması (Url-3). ................................ 10
Şekil 2.4 : Disiplinler arası interaktif çalışma ortamı ................................................ 11
Şekil 2.5 : Çok disiplinli çalışma ortamı diagramı .................................................... 12
Şekil 2.6 : Disiplinler ötesi çalışma süreçleri ............................................................ 13
Şekil 2.7 : Fabrikasyon bilgisinin kullanıldığı cephe tasarımı (Oxman, 2010). ........ 14
Şekil 2.8 : Tasarım Mühendisliği-geometrik ve strüktürel çalışma örneği (Oxman,
2010). ....................................................................................................... 15
Şekil 2.9 : Farklı ölçeklerde performans kontrolü çalışmaları (Url-4). ..................... 16
Şekil 2.10 : Katlanmış kağıt örneği (Url-5). .............................................................. 18
Şekil 2.11 : Tuğlaları bilgisayar kontrolü ile dizen helikopter robot (Url-6). ........... 19
Şekil 3.1 : Tel çerçeve geometrik model temsili (Url-7). .......................................... 22
Şekil 3.2 : 2 ve 2,5 boyutlu geometrik model temsilleri (Url-8). .............................. 23
Şekil 3.3 : 3 boyutlu geometrik model temsili (Url-9). ............................................. 23
Şekil 3.4 : Katı geometrik modelleme temsili (Url-10). ............................................ 24
Şekil 3.5 : Serbest formlu yüzey geometrik modellemesi temsili (Url-11). .............. 25
Şekil 3.6 : Sonlu elemanlar yöntemi ile yapılmış baraj gövdesi analiz örneği (Url12). ........................................................................................................... 25
Şekil 3.7 : Hava dolaşımı analizine imkan veren ortamlar (Url-13).......................... 26
Şekil 3.8 : Bir sıvının yolu üzerinde uğradığı türbülansın görselleştirilmesi (Url-14).
.................................................................................................................. 27
Şekil 3.9 : Bir sıvı akışı üzerinden taşınan sedimentlerin analiz görselleştirilmesi
(Url-15). ................................................................................................... 28
Şekil 3.10 : Hava akımının form üzerinde oluşturduğu basınç analizi (Url-16). ...... 28
Şekil 3.11 : Gherkin adlı yapının tasarım esnasında yapılmış aerodinamik analizi
sonucu formun strüktür üzerinde oluşan yüklere göre optimizasyonunu
gösteren görsel (Url-17). .......................................................................... 29
Şekil 3.12 : Strüktür analizleri ile yapı taşıyıcısının davranışının görselleştirilmesi
(Url-18). ................................................................................................... 30
Şekil 3.13 : Dinamik analiz altında oluşan salınım ve strüktür üzerinde oluşan iç
kuvvetlerin analiz araçları ile görselleştirilmesi (Oasis Generator SOM)
(Url-19). ................................................................................................... 31
Şekil 3.14 : Elektromanyetik analiz aracı kullanılarak görselleştirilmiş
elektromanyetik alan (Url-20). ................................................................. 32
xv
Şekil 3.15 : Yapının güneş enerjisine göre yapılan termal analiz örneği (Url-21). ... 32
Şekil 3.16 : Bir rüzgar tribününden geçen hava akımının tribün üzerindeki etkisinin
hesaplandığı bir multifizik analiz görseli (Url-22). .................................. 33
Şekil 3.17 : Gerçek sistemler ve modeller üzerinden yapılan bilgi çıkarımları (Url23)............................................................................................................. 35
Şekil 3.18 : Mimari tasarım süreçlerinde kullanılan bazı simülasyonlar (Url-24). ... 36
Şekil 3.19 : Bir okulun tahliye simülasyonu (Url-25). .............................................. 37
Şekil 3.20 : Deprem yükleri altında köprünün deformasyon simülasyonu (Url-26). 38
Şekil 3.21 : Bina bilgi modellerinin sunduğu çalışma platformlarını anlatan görsel
(Url-27). .................................................................................................... 39
Şekil 3.22 : Robot teknolojisi kullanılarak üretilmiş bir duvar (Url-28). .................. 41
Şekil 4.1 : Heino Engel’in yaptığı strüktür sınıflandırması (Veltkamp, 2007).......... 43
Şekil 4.2 : Form aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004)............................... 44
Şekil 4.3 : Vektör aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004). ........................... 45
Şekil 4.4 : Kesit aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004). .............................. 45
Şekil 4.5 : Yüzey aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004). ............................ 46
Şekil 4.6 : Yükseklik aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004). ...................... 46
Şekil 4.7 : Mafsal yardımı ile yapılmış bir hareketli strüktür örneği (Url-29). ......... 48
Şekil 4.8 : Milwaukee Sanat Müzesi hareketli güneş kırıcları (Url-30). ................... 48
Şekil 4.9 : Lifli malzeme yapısı (Url-31). .................................................................. 49
Şekil 4.10 : Lifli strüktürlere örnek bir yapı (Url-32). ............................................... 50
Şekil 4.11 : Fiber Strüktürle tasarlanan bir mekanın tasarım süreci (Url-33). ........... 50
Şekil 4.12 : Bal peteklerinin oluşturduğu 2 boyutlu strüktür örneği (Url-34). .......... 51
Şekil 4.13 : İki eğrilikli yüzeyle tanımlanmış 2.5 boyutlu strüktür (Url-35). ............ 52
Şekil 4.14 : Eyfel kulesi 3 boyutlu hücresel strüktürlere bir örnektir (Url-36).......... 52
Şekil 4.15 : 3 boyutlu hücresel strüktür örnekleri (Url-37). ...................................... 53
Şekil 4.16 : Çelik kürelerin yan yana gelmesi ile oluşturulmuş bir strüktür (Url-38).
............................................................................................................... 53
Şekil 4.17 : Tabakalı strüktürlerin farklı tabakalarının formu oluşturması (Url-39). 54
Şekil 4.18 : Farklı tabakaların beraber oluşturdukları strüktürler (Url-40). .............. 55
Şekil 4.19 : Kabuk yapıların formu mimar ve mühendisin işbirliği sonucunda
belirlenmiştir (Url-41). .......................................................................... 56
Şekil 4.20 : Centre Pompidou da kullanılan gerber kirişleri (Margolius, 2002)........ 57
Şekil 4.21 : Multi Halle Mannheim yapısının taşıyıcı ahşap kabuğu (Url-42). ......... 58
Şekil 4.22 : Fiziksel model ile bulunmuş form (Wedland, 2001). ............................. 58
Şekil 4.23 : British Museum yapısı üzerine yapılan çatı (Url-43). ............................ 59
Şekil 4.24 : Süreç içinde gerçekleşen form çalışmaları (Williams, 2001). ................ 60
Şekil 4.25 : Süreç sonunda gelinen geometri (Williams, 2001). ............................... 60
Şekil 4.26 : Strüktürel gridin “mesh relaxation” tekniği ile evrimleşerek strüktürel
bileşen boylarının eşitlenmesi (Williams, 2001). .................................. 60
Şekil 4.27 : The Gherkin yapısının formu (Url-44). .................................................. 61
Şekil 4.28 : Yapının aerodinamik analizi ve smilasyonu (Url-45). ........................... 62
Şekil 4.29 : Katların 5 derece dönmesi ile oluşmuş şaftlar (Url-46). ........................ 62
Şekil 4.30 : Katarda tasarlanan örtünün ağaç strüktürü (Burry, 2010). ..................... 63
Şekil 4.31 : Bilgisayar destekli hesaplanan form (Burry, 2010). ............................... 64
Şekil 4.32 : Strüktürel kesitlerin belirlenmesi (Burry, 2010). ................................... 65
Şekil 4.33 : Glasgow Museum of Transport (Url-47). ............................................... 66
Şekil 4.34 : Yapının strüktür tasarımı (Kocaturk ve Medaujub, 2011). .................... 66
xvi
Şekil 5.1 : Deterministik ve deterministik olmayan süreçler (İpek ve diğerleri, 2012).
.................................................................................................................. 72
Şekil 5.2 : Genotip-evrim-fentotip sürecinin diyagramatik anlatımı (Mutlu, 2010). 73
Şekil 5.3 : Tanımlanmış geometri üzerinden oluşan akış çizgileri (Url-48).............. 74
Şekil 5.4 : Zamanla eksilen malzeme ve strüktür sisteminin belirmesi (Huang ve Xie,
2007). ....................................................................................................... 76
Şekil 5.5 : Bileşenin farklı mesnet noktalarına göre büyümesi (Mutlu, 2010). ......... 76
Şekil 5.6 : Guggenheim Bilbao müzesi (Url-49). ...................................................... 77
Şekil 5.7 : Kesim yapan lazer kesici (Url-50)............................................................ 78
Şekil 5.8 : Üç eksenli ve beş eksenli üretim araçları (Kolarevic, 2003). ................... 79
Şekil 5.9 : Robot kolun tuğlaları farklı konfigürasyonlarda dizimi (Url-51). ........... 80
Şekil 6.1 : Bütünleşik tasarım çerçevesi .................................................................... 81
Şekil 6.2 : Rhinoceros yazılımında tanımlanan geometri .......................................... 82
Şekil 6.3 : Analiz süreci sonucu oluşan stres haritasının zamanla değişimi.............. 83
Şekil 6.4 : Strüktür analizi sonrası oluşturulan stres haritası ..................................... 84
Şekil 6.5 : Plan görünümünde temsil edilen stres dağılımı ....................................... 84
Şekil 6.6 : Yüzey ve imaj için ortak oluşturulan grid ................................................ 85
Şekil 6.7 : Grasshopper ve Rhinoceros programlarının arayüzü ............................... 85
Şekil 6.8 : Kare ve diktörgen gridlere uygulanan deformasyonlar (İpek ve diğerleri,
2012) ........................................................................................................ 86
Şekil 6.9 : Radyal ve altıgen gridlere uygulanan deformasyonlar (İpek ve diğerleri,
2012) ........................................................................................................ 87
Şekil 6.10 : Genotip olarak oluşturulan grid ve kuvvetler haritası ............................ 88
Şekil 6.11 : Kuvvetler haritası değerlerinin herbir noktaya gelen karşılığının
hesaplanması ve okunması ....................................................................... 88
Şekil 6.12 : Deformasyonları oluşturacak noktaların ve etki alanlarının belirlenmesi
.................................................................................................................. 89
Şekil 6.13 : Evrim süreci sonunda oluşmuş fenotip .................................................. 90
Şekil 6.14 : Örüntüyü üç boyultlu kontrol imkanı veren arayüz ............................... 90
Şekil 6.15 : Süreç içindeki evrimleşme ..................................................................... 91
Şekil 6.16 : 2 ve 3 boyutlu strüktürel örüntü fenotipi ve genotipi ............................. 91
Şekil 6.17 : Sistemin parametreleri............................................................................ 93
Şekil 6.18 : Yüzey üzerine denk gelecek şekilde oluşturulan grid ............................ 94
Şekil 6.19 : Gridlere denk gelen renk değerlerinin okunması ................................... 94
Şekil 6.20 : Ekstremum noktalarının belirlenmesi .................................................... 95
Şekil 6.21 : Strüktürel örüntünün 2 boyutlu olarak oluşturulması ............................ 95
Şekil 6.22 : 3 boyutlu olarak oluşturulmuş strüktür .................................................. 96
Şekil 6.23 : 3 boyutlu oluşturulmuş strüktür ve gerilme haritasının birlikte
izlenebilmesi ............................................................................................ 96
Şekil 6.24 : Modelin Uyguma süreci ......................................................................... 97
Şekil 6.25 : Algoritma akış diyagramı ....................................................................... 98
Şekil 6.26 : Oluşan strüktürün görselleştirilmesi....................................................... 98
xvii
xviii
HESAPLAMALI TASARIM YAKLAŞIMLARI : BÜTÜNLEŞİK BİR
TASARIM ÖNERİSİ
ÖZET
Gelişen teknolojinin sağladığı imkanlar ile, hayatlarımızda tecrübe ettiğimiz büyük
değişimler gibi yaşadığımız süreçler de derin değişimlere uğramıştır. İlerleyen
teknoloji dolayısıyla üretilen bir çok araç, tasarım süreçlerimizi ve buna bağlı olarak
tasarım algımızı değiştirmiştir.
Bahsedilen bu değişimin son 50 yılda daha gözle görünür bir duruma gelmesi ve
özellikle geçirdiğimiz son 15 yıl içinde gelişme ivmesinin daha da fazla artması
konuyu önemli bir noktaya taşımıştır. Bu ivme tasarım süreçlerine hesaplamalı
yaklaşımların girmesine ve bu hesaplamalı yaklaşımların tasarım süreçleri içinde
kullanılmasnda etken olmuştur. Modernizm ile başlayan zaman diliminde, tasarım
süreçlerinde disipliner bilgilerin bağlarının kopması durumu yaşanırken, bahsedilen
son 15 yıllık süreçte bu bağların yeniden kurulması için yapılan çalışmalar önem
kazanmıştır ve bu bağları tasarım ortamında farklı çerçevelerle tanımlayan yeni
işbirlikçi ilişkiler ortaya konmuştur.
Bu bağlamda, Modernizm ve modernizm öncesinde mimarlar ile mühendislerin
birlikte çalıştığı ortamların birbirinden ayrışması ve strüktür bileşenin ana bileşeni
olması göz önünde tutularak, strüktür tasarımının mühendislik ve mimarlık disipliner
bilgileriyle beraber hesaplamalı yaklaşımların kullanılması ile yaratıcı ve yenilikçi
tasarım süreçlerinin çıkma potansiyelinin yüksek olması motivasyonu ile bu tez
çalışması gerçekleştirilmiştir.
Tez çalışması kapsamında, modernizm ve hemen öncesinden başlayan mühendislik
ve mimarlık disiplinlerinin arasındaki ilişkilerin günümüze kadar nasıl bir süreçte yol
alındığından bahsedilerek, farklı disipliner bilgilerin arasında oluşturulmuş bağların
örüntüleri incelenmiştir. Burada, bilgilerin ve yöntemlerin iç içe geçerek bütünleştiği
dolayısıyla bütünleşik tasarım süreçlerine geçişimiz konu edilmiştir. Gelinen noktada
mimarlık ile mühendislik iletişiminin ve ilişkisinin doğurduğu kavramlar, yine
bunlara bağlı olarak gelişen tasarım süreçlerinden bahsedilmiştir.
Günümüze gelindiğinde mühendislik ve mimarlık dijital araçlarının ne kadar
örtüşerek, ne derecelerde beraber kullanıldığı incelenmiştir. Bu araçların herbirinin
bütünleşik tasarım süreçlerini destekleyen araçlar olduğu söylenmektedir. Her biri
farklı amaçlara yönelik üretilen dijital araçların beraber kullanımlarının, bütünleşik
tasarım süreçlerinde farklı disipliner bilgilerin kullanılmasına olanak sağladığı göz
önüne serilmiştir.
Strüktür bilgisinin ve strüktür tiplerinin bugüne kadar nasıl kullanıldığı ve hangi tip
sınıflandırmalar ışığında incelendiği açıklanarak bunların modernizm sonrası süreçte
günümüze kadar olan güncel örnekler üzerinden analizleri yapılmıştır.
Güncel yaklaşımlardan olan tasarımda hesaplamalı yaklaşımların, strüktür tasarımı
süreçlerindeki rolü ve etkisi tartışılarak farklı yaklaşımlar incelenmiştir.
xix
Tüm bu tartışmalar ve incelemeler ışığında ortaya bir sentez koyularak, tezin çalışma
odağını oluşturan hesaplamalı yaklaşımların kullanıldığı bir bütünleşik tasarım
önerisi yapılmıştır. Bu öneri anlatılanların sentez bir modeli olacak şekilde
kurgulanmıştır.
Ortaya koyulan sentez ile, dijital araçların ve hesaplamalı yaklaşımların ve farklı
disipliner bilgilerin tasarım süreçlerine dahil edilmesi, daha yaratıcı ve yenilikçi
ürünlerin oluşturulmasına yol açarken süreçlerin üretkenliğini güçlendirmektedir.
Öte yandan bütünleşik tasarım süreçleri, karmaşık karakteristik gösteren tasarım
problemlerine getirilecek önerilerin üretilmesinde avantajlı konuma geçmektedirler.
xx
COMPUTATIONAL DESIGN APPROACHES : AN INTEGRATED DESIGN
PROPOSAL
SUMMARY
By the means of the potentials offered by developments in technology field, the
continuums in that we live have exposed to big shifts like the big changes that we
experience in our lives. The tools offered by technological improvements have
changed the design process; therefore, they have changed the design perception.
The big shift, mentioned above, has been revealed in the last 50 years and it becomes
one of the hot topics in the literature because of the rapid increment of the
acceleration of developments in technology field. While these improvements have
caused computational approaches to penetrate into design process, the topic of using
computational approaches in the design process has become another hot topic in
design literature.
On the other hand, in the period that started with modernism, it had been experienced
that the links between different disciplinary knowledge had been cut off. Therefore,
in the last fifteen-year-period, the studies to reconnect and redefine the links have
been gaining the importance and it has been postulated new frameworks for defining
the links for new collaboration environments. These studies induce new disciplinary
relationships that emerges new fields to study as new disciplines.
In the architectural field, new collaborative working environments had started to be
seen with the start of the usage of steel in building design. Coining the term
“tension” was a milestone for architects and structural engineers to create new
collaborative environments together.
In this context, by considering the importance of structural design layer within
architectural design schema, this thesis has been done with the motivations:
• To alter the potentials of the differentiation of the working environments
between architects and engineers in the period of modernism and premodernism
• To reveal the potential to create more creative and more innovative design
outputs by the help of combination of different disciplinary knowledge,
architectural and engineering.
Within the scope of the thesis, it is examined how the links between the disciplines,
architecture and engineering, go through within the time passing from premodernism to today. Moreover, it is examined the patterns of the collaboration
frameworks for different disciplinary knowledge; therefore, it is revealed how the
frameworks can help to combine different knowledge and how it is shifted to
integrated design processes from conventional design processes. In this sequence, it
xxi
is mentioned the new terms popped up by the interaction between architects and
engineers within the contemporary frameworks.
Another question within the context of this thesis is reviewed: In recent times, how
do the digital tools in the field architecture and engineering overlap and how much
can they be integrated? After having been put forward the studies of Finite Element
Method and its computational aspect, engineers widely started using computational
finite element tools in their problem solving processes. Therefore, the information
production has become rapid and accurate. Furthermore, the capabilities of the
computational tools create useful information to be used as inputs for different
disciplines. Hence, the information flow between disciplines become integrative and
combinatorial. In this sense, it is pronounced that the digitals tools, produced for
different usage, have the potentials to support the integrated design process and to
attach the different disciplinary knowledge into design process environment. To
better clarify the digital tools, it is gone through the topics: Geometrical
representation in digital environment, finite element methods, digital tools for
analysis, simulations, building information models.
Taking into consideration the fact that the main layer of architectural design, which
is structural layer, is the main collaborative and the most visible component of the
building design. Therefore, it is conveyed the different structure types and the
different classifications in this section.
After focusing and discussing several structural taxonomies, it is analysed the
structure examples of the building in the last sixty-year-period by focusing on the
stuctural taxonomies mentioned. Considering the fact that structures are the main
attraction for architects in time due to its significant role creating geometries and
make them stand. The analysed examples in this section gives the direction to discuss
how the designers and engineers collaborated and combined their knowledge and
what kind of structure types used for the specific cases.
In one section in the thesis, it is focused on computational approaches in design field
specifically in structural design as one of the contemporary approaches in design.
Geometry is the most important component of the structures as it contain the
information for representation, analysis, and construction; therefore, geometry is
disscussed focusing on the potentials and significance in structures.
Furthermore, related to geometry, self organisation concept is discussed as a
geometrical computational approach; in this sense, deterministic and nondeterministic approaches is focused. Moreover, it is reported the four different
computational methods that have the potential to integrate the performative concepts
in to design. As a compact statement, It is discussed the different computational
approaches used for design of structures and revealed their potentials, roles and
effects in the design process.
After all the reviews and discussions, it is postulated a synthesis which is a proposal
for the computational integrated design approach as a focal point of the thesis. This
proposal is a synthesised model, which is framed by the topics and the ideas that are
mentioned in the thesis. In the proposal, the performative values integrated to
structural pattern which is composed on the given form and the structural
xxii
performance data is converted into geometrical data on the double-curved surface to
make the output be converged to much more optimised solution. The surface on
which the pattern is formed, is analysed using the finite element methods to obtain
values on the surface. After creating the performative value output, which is the one
of the inputs of design process, according to the data obtained, the surface pattern is
generated.
In the framork of the proposed synthesis, it is revealed the distinction between
deterministic approaches and non-deterministic approaches in design process.
Deterministic approaches and non-deterministic approaches are two design methods
used during the problem solving process in the ill-defined problems. The
deterministic approach commonly used while non-deterministic approach has limited
use in the architectural design. Deterministic approaches in architectural design leads
the designer to arrive to concrete solutions and to produce one exact solution based
on the data driven from the parameters. If no change occurs in the parameters, the
solution does not change. Thus, randomness has no place in finding the final
solution.
It has been choosen as surface pattern type, the voronoi, to optimise a design
problem. A voronoi pattern is produced on a double-curved surface as a structural
element. Voronoi pattern gives the designer a chance of optimisation within the
critical boundaries of structural performance.
It is possible to perceive the grid, the point set, pattern structural system, and the
stress map simultaneously while using the proposed model. At initial design stages,
the user is able to form the pattern directly, and other components indirectly. Using
the interface, user is able to control distribution and density of the control points that
direct the deformation of the pattern. Thus, the user can watch all of the deformations
throughout the design product. Using this approach, it is possible to create multiple
solutions meeting the structural requirement
The proposed model helps to construct the link between geometric and structural
topics and help to remove contradiction between optimisation and generative
concepts. By merging optimisation and generative concept, the paper demonstrates to
extract the implicit structural and geometrical potentials of patterns as structures.
Moreover, the proposed model at the initial stage of the design process offers the
designer a decision support system. The solutions generated by the system converge
to the optimum solution, which meets the performance requirements. Therefore, the
proposed approach reduces the time spent to make the design outcome realistic.
Additionally, the proposed approach boosts of generative methods by using
optimisation methods and makes the design process more performance oriented. To
conclude with, the designer enriches the solution set around the convergent ones to
the optimum solution by the help of the embedded performance intelligence.
With the proposed model, the design process becomes much more creative and
innovative than before, by attaching the computational approaches and different
disciplinary knowledge into the process. These tools and approaches enrich the
design process making it more generative. On the other hand, integrated design
approaches become more advantageous comparing the conventional design ones
when producing the proposals for complex-characterised-problems.
xxiii
xxiv
1. TEZİN AMACI, KAPSAMI VE YÖNTEMİ
Son yıllarda gelişen bilgi teknolojilerinin tasarım süreçleri üzerine olan etkisinin
hızla büyüdüğü bu dönemde tasarım arayışlarımızın da değiştiği gerçeği, bugüne
kadar deneyimlediğimiz tasarım sürecinin evrimleşmesine yol açmıştır. Tasarım
süreçlerinin değişimleri, tek eksenli lineer bir çizgi üzerinde gerçekleşiyor gibi
gözükse de, bu değişimler ışığında ihtiyaçlara karşılık veren sonuçlar ile ürünlerin
üretim süreçlerinde gerçekleşen disiplinler arası etkileşim ve iletişim söz konusu olan
evrilmenin doğrusal yapısını bozmaktadır. Özellikle son 50 yıllık dilimde, mimari
düşüncelerin fiziksel hale geçirilmesi süreci olan yapım sürecinde karşılaşılan
sorunların çözümlerinde söz konusu edilen iletişim ve etkileşim kendini açıkça
göstermektedir.
Bu süreçte tanımlanabilecek olan mimarlığın materyalleşmesi çabası, mimari tasarım
ve yapım süreçlerini disiplinlerarası süreçler haline getirmiştir; buna bağlı olarak da
mimari tasarım süreçlerini teknoloji ile malzeme çalışma alanlarından beslenir hale
getirmiştir. Mimarlığın materyalleşme çabası ve hedefi, tasarım ortamında yeni
ilişkiler tanımlayarak disiplinler arası işbirlikçi ilişkiler inşa etmiştir. Rivka Oxman
ve Robert Oxman yeni kurgulanan bu ilişkileri “The New Structuralism Design
Engineering and Architectural Technologies” makalesinde “new structuralism”
olarak tanımlayarak bu ilişkilerin özellikle mimarlar ve yapı mühendisleri arasında
gerçekleştiğini söylemişlerdir (Oxman ve Oxman, 2010).
Strüktür mühendisleri ve mimarlar arasında kurulan ilişkilerin diğer disiplinlerle
kurulan ilişkilere göre daha önce başlamasının sebebi, mimari tasarımda strüktür
bileşeninin en kuvvetli bileşen olması ile açıklanabilir. Fransız mimar Eugene
Emmanuele Violetle-Duc mimarlığın tamamının strüktürden türetildiğini ve ana
hedefinin
strüktürün
dışavurumu
olduğunu
söylerken,
strüktür
katmanının
mimarlığın ana bileşeni olduğunu öne çıkartmak istemiştir (Margolius, 2002).
1
1957 senesinde Sidney Opera Binasının yapımı ile başlayan strüktür mühendisleri ve
mimarların işbirliği sonucunda tasarımda hedeflenen yapının materyalleşmesi,
mimari tasarım kültürü özelinde disiplinlerarası çalışmalara temel oluşturması
açısından önemli bir başlangıçtır (Şekil1.1). O zaman diliminden günümüze
gelindiğinde daha genişlemiş ilişkiler çerçevesinde tasarımın materyalleşmesi çabası
görülmektedir. Norman Foster, British Muesum çatısının tasarımından yapımına
kadar geçen süreçte mimarlar, matematik bilimciler, bilgisayar mühendisleri ve
strüktür mühendisleri ile işbirliği yaparak ortak bir ürün ortaya koymuştur (Şekil
1.2).
Şekil 1.1 : Sidney Opera Binası kesit gelişimleri (Oxman, 2010).
Şekil 1.2 : Londra’da ki British Museum yapsının çatı örtüsü (Url-1).
2
Bu örneklerdeki disiplinlerarası çalışmalar 1990 senesinden sonra artmaya
başlamıştır. Bunlara örnek olarak, Toyo Ito’nun pavyonu (Şekil 1.3), Cecil Balmond
un Chemnitz Stadyum önerisi (Şekil 1.4), Foster’ın Gherkin yapısı (Şekil 1.5) ve
yine Foster’ın British Museum (Şekil 1.2) yapısı önemli yapılar arasında
gösterilebilir.
Şekil 1.3 : Toyo Ito Serpentine pavyonu (Url-52)
Şekil 1.4 : Chemnitz stadyum önerisi (Url-53)
Tüm bu kurulan ilişkilerin daha iyi tanımlanması ve mevcut ilişkilerin geliştirilmesi
yanında da kurgulanacak olan yeni ilişkilerin daha sağlam temellere oturması adına
‘interdisipliner’,
‘multidisipliner’,
‘transdisipliner’,
3
ve
‘cross-disipliner’
kavramlarının incelenmesi, bu tezin bütünlüğü ve bu tez kapsamında yapılan
çalışmanın literatürde nerelerde kendine yer bulacağı adına önemlidir.
Şekil 1.5 : Londra Gherkin – Swiss Re yapısı (Url-54)
Bu tez çalışmasında, günümüze kadar gelinen süreç boyunca, gelişen işbirliğinin
ortaya koyduğu bir alan olan hesaplamalı mimari tasarım yaklaşımlarının ürünler
üzerindeki yaratıcı ve yenilikçi etkilerinin önemini göstermek amaçlanmıştır. Bu
amaçla mimarlık ve strüktür mühendisliği displinlerinin işbirliği ile hesaplamalı bir
ürün tasarımı önerisi geliştirilmiştir. Öneri, strüktür öğesinin mimari tasarımın en
önemli öğelerinden biri olması motivasyonu ile, strüktür odaklı bir yaklaşım
çerçevesinde geliştirilmiştir. Tez kapsamında, farklı disipilinlerarası ilişkilerin ortaya
konulmasına ek olarak, bütünleşik tasarım kavramı, bununla birlikte mevcut tasarım
ve analiz araçları üzerine incelemeler yapılmıştır. Sonra da strüktür türleri örnekler
üzerinden incelenmiştir. Tüm bu yapılan incelemeler ışığında yapılan sentez ile
hesaplamalı strüktür tasarımına dayalı bütünleşik tasarım bağlamında form üretimi
amacıyla, voronoi örüntüsüne dayalı bir kabuk tasarımı geliştirilmiştir.
4
2. BÜTÜNLEŞİK TASARIM
2.1 Mühendislik ve Mimarlık Etkileşiminin Tarihçesi
Marcus Vitruvius Pollio yazdığı “Mimarlık Hakkında On Kitap“ (De architectura
libri decem) adlı eserinde mimarın görevlerini kullanışlılık, sağlamlık, güzellik
olarak sayarken, tasarımın, yapımın ve mekaniğin bir arada düşünülmesi gerektiğini
vurgulamıştır (Vitruvius ve diğerleri, 2005). Yapı inşa sanatı olan mimarlık,
mimarlar tarafından 18. yüzyılda başlayan aydınlanma dönemine kadar bu anlayış
doğrultusunda algılanmıştır. Aydınlanma dönemi ile başlayan ve arkasından doğa
bilimlerinin kurulmasıyla - sanat ve bilim alanlarının birbirinden ayrılmasıyla - takip
eden süreçte, mimarlık ve mühendislik birbirinden kopmaya başlamıştır (Margolius,
2002). Mimarlık disiplini bu başlangıçla birlikte kendini mühendislik dallarından
soyutlayarak, teknolojik gelişmelerin yanında mühendislik alanındaki gelişmelere de
sırt çevirdiği bir sürece girmiştir. Fransız devrimi ile başlayan doğa bilimleri
alanındaki gelişmeler ve bu gelişmeler ışığında Alvin Toffler’ in de “3. Dalga“
kitabında bahsettiği gibi toplumlar bu kırılma ile tarım toplumundan endüstri
toplumuna adım atmışlardır (Toffler, 1989). Endüstri toplumunun şekillendirdiği
mimarlık da elbetteki önceki mimarlıktan farklı olmuştur. İçinde bulunulan süreçte
yapı mühendisliği olarak ortaya çıkan disiplin ve bu disiplinde çeliğin yapılarda
kullanılması büyük bir teknolojik gelişme olarak yapı algısının mühendislik alanında
değişmesine sebep olmuştur.
Gelinen noktada strüktür mühendislerinin mühendislik yapılarında geniş açıklıkların
oluşturulmasında çeliği taşıyıcı olarak kullanması, mimarların ilgisini çekerek
mimarlık ve mühendislik ilişkilerinin yıkılan köprülerinin tekrardan oluşmasına
sebep olmuştur. Margolius kitabında aydınlanma döneminde gerçekleşen ayrılmanın
strüktür mühendislerinin çeliği kullanarak yaptığı iki kara parçasını bağlayan köprü
gibi bu kırılmanın mimarlık ve mühendislik kültürlerini bağlayan bir kırılma olduğu
benzetmesini yapmıştır (Şekil 2.1) (Margolius, 2002).
5
Şekil 2.1 : Thomas Telford’ un tasarladığı The Menai Bridge, 1818-1826
(Margolius, 2010).
2.2 Bütünleşik Tasarım
Buraya kadar anlatılan tarihsel süreç sonunda, mimari tasarım süreçleri
zenginleştirilmiştir ve dolayısıyla mimari tasarım süreçleri sonunda ortaya koyulan
ürünlerin de zenginliği artmıştır. Süreçlerin ve ürünlerin zenginliği adına farklı
disiplinler arasında yapılan çalışma örneklerinin modern çağ sonrası arttığı rahatça
görülmektedir. Aslında, yapılan işbirliği stratejileri, yukarıda bahsedildiği gibi
teknoloji ve diğer alanlarda kaydedilen gelişmeler ile desteklenmiştir. Bu gelişmeler
günümüzde bilginin işlenmesini kolaylaştırarak tasarım süreçlerine daha yoğun bir
şekilde yansımasını sağlamıştır.
Bütünleşik mimari tasarım süreçlerinin ilk örnekleri yapı mühendisleri ve mimarlar
arasında gerçekleşen süreçler sonunda ortaya koyulmuştur. İşbirliğinin yapı
mühendisleri ve mimarlar arasında gerçekleşmesi ile yapı için strüktürün en önemli
katman olduğunu, strüktürün mimarlık için bir iskelet oluşturduğu ve tasarım
sürecindeki tüm geometrik ilişkiler için bir altlık oluşturduğu söylenebilir
(Mangelsdorf, 2010).
6
Sayısal hesaplama tekniklerinin ve bilgisayar teknolojilerinin son 50 yılda kaydettiği
gelişme sonrasında, sunduğu hızlı ve hayli kapsamlı analiz kolaylıklarının ve üretken
süreçlerinin mimari tasarım süreçleri içerisine katılması son yıllarda kaçınılmaz
olmuştur.
Strüktür katmanının tasarımının bütünleşik mimari tasarım süreçlerinde ele
alınmasından ve analiz teknolojilerinin mimarlık ürünlerine analiz verisi olarak ek
bir girdi olarak eklenmesinden sonra, bu yaklaşımlar diğer mühendislik dallarının da
mimari tasarım süreçlerine katılmasını tetiklemiştir. Bu yaklaşımların süreçlere
katılması literatürde performansa dayalı tasarım kavramının ortaya çıkmasına sebep
olmuştur. Bu eksende mimari ürünlerin süreçlerine dahil olan farklı disipliner
bilgilerin katılması son zamanların önem kazanan konularından olmuştur. Bu
süreçleri daha sağlamlaştırmak açısından ve bütünleşik stratejilerin sadece tasarım
süreci kısmında değil, aynı zamanda üretim ve yapım sürecinde kullanılması
gerektiği fikrinden hareketle Bina Bilgi Modelleri (BIM-Building Information
Modelling) fikri ortaya atılmıştır. BIM fikri ile daha fazla şekillenen tasarımda
işbirliği konusu ile sayısal tasarım konuları mimarlık alanında fazlaca konuşulur
duruma gelmiştir.
Ne yazık ki, şu an elimizde var olan araçlar tasarım sürecinden çok mimari ürünlerin
yapım süreçlerine odaklandığı için tasarım süreçlerinde performansa dayalı tasarım
stratejileri ve bütünleşik tasarım stratejileri gerektiği kadar kullanılamamaktadır.
Özellikle BIM yazılımları yapım aşamasında farklı disiplinler tarafından kullanılan
ortak yazılımlar haline gelse de, tasarım süreci içinde ve ilk tasarım evresinde
konuşulan bütünleşik tasarım ve performansa dayalı tasarım stratejilerine cevap
verememektedir.
Bu noktadan hareketle performansa dayalı stratejilerin ve bütünleşik tasarım
stratejilerinin tasarımın ilk evrelerinde süreçler içine katılması gerçeği yadsınamaz.
Bahsedilen tasarım stratejilerinin tasarımın ilk evrelerinde sürece girdi sağlamak için
çeşitli dijital araçların üretilmesi önemlidir. Tasarımın ilk evresinde performansa
dayalı olan bir stratejinin hedeflenmesi ve bu kapsamda bulunan girdilerin tasarım
sürecine daha ilk evrelerden katılması, tasarımın üretkenliği ve uygulanabilirliği
açısından önem kazanmaktadır. Bu güdümle kurgulanmış araçlar mimari tasarım
süreçlerini geliştirecektir ve daha zengin tasarım kümeleri oluşturulmasını
7
sağlayacaktır. Dolayısıyla yapılan işbirliklerinin daha çok anlam kazanmasını da
diğer bir yandan tetikleyecektir.
Bugüne kadar mimari tasarım süreçleri içinde mühendislerle yapılmış olan işbirlikçi
tasarımlarda
yapılan
uygulamalar
tasarımların
sadece
bilgisayar
ekranında
kalmaktansa onların fiziksel karşılıklarının bulunmasını sağlamıştır. Tez kapsamında
tasarımın ilk aşamasında tasarıma girdi olarak eklenen bilgiyi üretecek analiz ve
değerlendirmelerin yapılabilmesinin geometri, strüktür ve üretim sınırlarını zorlayan
tasarımların materyalleşmesinde ne kadar büyük bir rol oynadığı örnekler üzerinden
anlatılacaktır ve öngörülerde bulunulacaktır.
Bütünleşik tasarım süreçlerinin daha iyi anlaşılması ve üzerine söylemler konulması
adına, süreçlerin gerçekleştiği ortamların ve farklı bilgi alanları üzerinde kurulan
ilişki örüntülerinin incelenmesiyle birlikte tanımlanması önem kazanmaktadır. Bu
ilişkilerin
dışsallaştırılması
için
daha
önce
söz
edilen
‘interdisipliner’,
‘multidisipliner’, ‘transdisipliner’, ve ‘cross-disipliner’ kavramlarının bu noktada
açıklanarak, bütünleşik tasarım süreçleri içinde oluşan ilişkilerin okumalarının
yapılması gerekmektedir. Bu süreçlerde oluşan işbilirlikçi ortamların anlaşılması ve
geliştirilmesi için de ayrıca önem kazanmaktadır.
2.3 Materyalleşme Çabası
Bu süreç içinde buraya kadar bahsedilen ilişkileri mimarların zihinlerinde oluşan
idea ve fikirleri materyalleştirme çabasında olduklarını göz önünde bulundurarak,
materyal ve teknoloji alanındaki gelişmelere de sürecin bir parçası olarak
bakıldığında söz konusu gelişmelerle birlikte mimari tasarımın modern çağdaki
evrimi kolaylıkla gözlenebilmektedir.
Richard Buckminister Fuller’in 1983 senesinde RIBA (Royal Institute of British
Architects) tarafından Norman Foster adına düzenlenen konferansta yaptığı konuşma
Ivan Margolius tarafından referans gösterilerek 19. yüzyılda çeliğin yapı malzemesi
olarak kullanılmasının mimari tasarım süreçlerinin gelecek dönemde daha fazlaca
değişeceğini ve disiplinler arası işbiliğinin artacağını söylemiştir, ayrıca çekmeye
çalışan strüktürlerin (Şekil 2.2) kullanımlarının artmış olduğunu ve çelikle beraber
‘tension’ (çekme) kavramının süreçleri fazlaca değiştirdiğini ve teknoloji ve
8
malzeme alanında gerçekleşecek olan gelişmelerin gelecek zamanlarda süreçleri
değiştireceğini söylemiştir. (Margolius, 2002).
Yukarıda anlatılanlar ve çeşitli gelecek projeksiyonları doğrultusunda, yapı ve
malzeme teknolojilerinin mimari tasarım süreçlerini doğrudan değiştirmesiyle
tasarım süreçlerinde farklı disiplinlerin ve farklı bilgilerin süreçlerin içine entegre
edilmesinin önemi kolaylıkla farkedilmektedir.
Şekil 2.2 : Buckminister Fuller tarafından tasarlanan çelik jeodezik kubbe (Url-2).
Tasarımcının fikirlerini materyalleştirme çabası olarak mimari tasarım süreçleri,
bilginin bu sürece katılması ile güçlenmektedir. Mimari tasarım süreci tasarımcının
fikirlerinin materyalleştirip arkitektonik düzleme aktarılması süreci olarak görülürse,
fikirlerin arkitektonik karşılıklarının bulunması konuyla ilgili disipliner bilginin üst
düzeyde olmasıyla üretkenleşecektir ve zenginleşecektir.
İşte tam bu noktadan hareketle çeliğin yapı malzemesi olarak kullanılma bilgisinin
tasarım süreçlerine katılarak süreçlerin daha zengin ve yaratıcı olmasını sağladığı
gerçeği, çelik kullanımı sonrası mimari ürünler incelendiğinde görülmektedir.
9
2.4 Farklı Disiplinlerle İşbirliği Yaklaşımları
Son yıllarda bilgi difüzyonu ve erişilebilirliği düzeylerinin artması ile araştırma
alanlarında gerçekleşen metodolojik değişimler ve bilginin kullanılmasının
değişimleri ile birlikte, araştırma, problem çözme ve tasarım süreçlerimizin tek yönlü
bilgilerin kullanılmasının, farklı ve çok yönlü disipliner bilginin kullanılması ile yer
değiştirdiği gerçeği yukarıda ortaya koyulan süreçten rahatlıkla görülmektedir.
Akademide araştırmaların büyük bir çoğunluğu bir disiplin üzerinden yürümekte olsa
da bu araştırmalar farklı disipliner bilgilerin beraber kullanıldığı araştırmalar olarak
kendine yer bulmaktadır (Klein, 1990).
Şekil 2.3 : Disipliner çalışma alanlarının farklılaşması (Url-3).
Bu noktadan hareketle disiplinin tanımını yapmak ve disiplinler arasında kurulan
ilişkilere bakmak, tasarım süreçlerinde kurulan veya kurulabilecek olacak ilişkilerin
okunmasını kolaylaştıracaktır (Şekil 2.3).
Disiplin kelimesi Türk Dil Kurumu (TDK) tarafından “Öğretim konusu olan veya
olabilecek bilgilerin bütünü, bilim dalı” şeklinde tanımlanmaktadır.
2.4.1 Disiplinler arası işbirliği (Inter-disciplinary)
Disiplinler arası terimi birden çok disiplinin birleştirilerek yeni disipliner bilginin
ortaya konması olarak tanımlanmaktadır. Disiplinler arası çalışmalarda birden fazla
disipliner bilginin kullanılması ile yeni farklı beliren disiplinler ve dolayısıyla farklı
boyutlarda bir disipliner bilginin varlığından söz edilmektedir (Klein, 2005).
Bu tür çalışma ortamlarında, farklı disipliner bilgi ve metodlar çalışma ortamına
entegre edilerek bu girdiler üzerinden gerçek bir sentez yaklaşımı ile problemlerin
çözümü ya da yeni disipliner bilgiler üretilir (Stember, 1991).
Bu ortamlarda farklı disipliner bilgiler, farklı disiplinlerden çalışmalara dahil olarak
bu disipliner bilgiler üzerinden yeni disipliner bilgilerin belirmesi ışığında problemin
10
çözülmesinde kullanılmaktadır. Yeni bilginin oluştuğu bu ortamda yeni beliren
disipliner bilgi tarafından kontrol edilen bir merkezilikten bahsedilirken, holistik
yaklaşımlara izin veren bir çalışma alanı olarak karşımıza çıkmaktadır (Şekil 2.4).
Şekil 2.4 : Disiplinler arası interaktif çalışma ortamı
Karşılıklı etkileşimin bir hayli fazla olduğu disiplinler arası gerçekleşen çalışma
ortamlarında beliren disipliner bilgilerin ortaya çıktığı, dolayısıyla yeni terminoloji
ve dağarcığın da oluşan bilgiye göre şekillendiği söylenebilir.
2.4.2 Çok disiplinli işbirliği (Multi-disciplinary)
Çok disiplinli terimi birden fazla akademik disiplinin veya mesleki bilginin
kullanıldığı alanları anlatmaktadır. Çok disiplinli bir proje eşit haklara sahip olan
farklı disiplinlerden ve ortak bir hedefi olan grubu anlatmaktadır (Şekil 2.5). Bu
grupta farklı disipliner bilgiye sahip olan paydaşlar kendi disipliner bilgilerini
projeye yansıtmaya çalışır. Ortak hedef çerçevesinde farklı disipliner bilginin hedef
bağlamında çalışmaya entegre olması çok disiplinli yapının özelliğidir.
Bina yapım süreçlerinde tasarım ile başlanan ve yapım ile biten süreç boyunca çok
disiplinli bir yaklaşım izlenmektedir. Alışık olduğumuz bu süreçler daha tasarım
aşamasında farklı disiplinlerin birlikte çalışması ile yaratıcı süreçler ve ürünler
belirmektedir.
11
Çok disiplinli çalışma ortamlarında ortak olan hedef belli alt parçalara bölünerek
katılımcıların disipliner bilgilerine göre dağılım yapılmaktadır. Bu tür ortamlarda
dağıtılmış bilgiden ve dağıtılmış kontrolden bahsetmek mümkündür. Yani her
katılımcı kendi üzerine düşen görevi üstlenerek onunla ilgilenmektedir. Burada da
merkezi olmayan bir durum söz konusu olmaktadır.
Şekil 2.5 : Çok disiplinli çalışma ortamı diagramı
Bu çalışma ortamlarında katılımcılar arasındaki iletişim, farklı disipliner bilgilerin
ortak dağarcıklarının az olmasından kaynaklanan ek bir problem olarak ortaya
çıkmaktadır. Çok disiplinli çalışma ortamlarında dağarcığı ortaklaştıracak görev ve
parça paylaşımları ortamı daha verimli ve üretken hale getirmektedir.
Çok disiplinli çalışma ortamları ve araştırmalar, zaman içinde yeni alanlar açmaktan
çok, karşılaşılan problemlere yeni çözümler ve yeni yaklaşımlar ortaya koymaktadır.
2.4.3 Disiplinler ötesi işbirliği (Trans-disciplinary)
Disiplinler ötesi çalışma ortamları, disiplinlerin yeterli olmadığı ve holistik araştırma
süreçlerinin gerekli olmadığı konuların çalışıldığı alanlar olarak tanımlanabilir. Bu
12
çalışma ortamlarında farklı disiplinlerin düşünsel çerçeveleri birleştirilerek disipliner
bakış açılarının ötesine geçilmeye çalışılmaktadır.
Bu çalışma ortamında disipliner bilgiler aynı merkezde üst üste konularak yeni bir
çerçeve ve bakış açısından değerlendirilerek süreçlere entegre edilmektedir (Şekil
2.6). Bundan dolayı disiplinler ötesi çalışma ortamları iki yada daha fazla disiplini
aşan problemlerin yada araştırmaların konu olduğu alanlarda devreye girmektedir.
Şekil 2.6 : Disiplinler ötesi çalışma süreçleri
Disiplinler ötesi çalışma ortamında daha güçlü bir merkezilikten ve holistik araştırma
sürecinden bahsedilebilir. Disipliner bilgiler üzerinden yeni bir bakış açısı koyarak
sürecin daha farklı bir perspektif ile yürütülmesini sağlamaktadır.
2.4.4 Çapraz disiplinli işbirliği (Cross-disciplinary)
Çapraz disiplinli çalışma ortamlarında, bir disipliner bilginin diğer bir disiplinin
bakış açısından açıklanmasıyla süreç gerçekleşir. Bir disiplinin diğer bir disiplinin
perspektifinden açıklanması holistik yaklaşımlara uzak kalsa da, analojik bir
yaklaşım içermektedir. Bu tip süreçlerde iki disiplin alanı iletişime geçmektedir ve
dolayısıyla çapraz disiplinli süreçler holistik yaklaşımlardan uzaklaşmıştır.
13
2.5 Tasarım Mühendisliği (Design Engineering)
Tasarım Mühendisliği son on yıl boyunca mimarlar ve strüktür mühendisleri arasında
interaktif tasarım süreci sağlayan bir ortam olarak gelişmiştir ve bu ortam strüktür
mühendislerinin
geleneksel
anlayışlarını
yıkmaya
başlayarak
yeni
yapı
mühendislerinin tasarım süreçlerindeki yaklaşımlarını değiştirmektedir (Oxman,
2010). Mimarlar ve strüktür mühendisleri arasında tanımlanan yeni ilişkiler
maddeleşme çabasını erişilebilir yaparak süreçlerin daha verimli ve üretken
olmalarını sağlamıştır. Yeni tanımlanan ilişkiler strüktür tasarımını geleneksellikten
çıkartarak yeni süreçleri şekillendirmiştir ve tanımlamıştır.
Modern çağla başlayan süreçte interaktivitenin artması ve son senelerde varılan
tasarım mühendisliği kavramıyla tasarım süreçleri içine sadece strüktür disiplini
bilgisinin katılmasından öte, teknolojinin gelişmesi ile disiplinlerin bir parçası haline
gelen dijital araçların kullanılması bilgisinin katılması, tasarım süreçlerinde multidisipliner çalışma yerine interdisipliner çalışma ortamlarının önemini gözler önüne
sermektedir.
Şekil 2.7 : Fabrikasyon bilgisinin kullanıldığı cephe tasarımı (Oxman, 2010).
14
Yapım süreçlerinin kendi başlarına multi-disipliner çalışma ve etkileşim ortamı
olduğu gerçeği modern çağ ile anlaşılmıştır. Bu konuda yapılan çalışmalar üzerine bu
ortama destek verebilecek ve ihtiyaçları karşılayabilecek olan dijital araçlar
günümüzde Building Information Modelling (Bina Bilgi Modelleri) olarak karşımıza
çıkmaktadırlar.
Ancak son on senedir gelişmekte olan tasarım mühendisliği ortamı, bu bahsedilen
multi-disipliner çalışma ortamından çok inter-disipliner bir çalışma ortamı özelliği
göstermektedir. Dolayısıyla tasarım mühendisliği inter-disipliner ortamların bir
uzantısı olarak karşımıza çıkmaktadır.
Tasarım mühendisliği, mimarlık ve strüktür mühendisliğine ait disipliner bilgilerin
sentezi olarak karşımıza çıktığından bu yana tasarım süreçlerine geometrik bilgiyi ve
materyal bilgilerini süreç içine difüze ederek daha üretken ve yaratıcı tasarım
süreçlerinin tanımlanmasını ve deneyimlenmesini sağlamıştır (Şekil 2.7). Bu
aşamada, strüktürel ve geometrik alanlarındaki bilgilerin analizini, yorumlanmasını
ve sentezini kolaylaştıran dijital araçların süreçlere dahil olması kaçınılmaz olmuştur.
Tüm bu sentez üzerinden yapılan çalışmalar ve üretimler sonrası, sınırları zorlayıcı
ürünlerin bu tasarım süreçleri sonunda çıktığı gerçeği rahatlıkla okunabilmektedir.
Şekil 2.8 : Tasarım Mühendisliği-geometrik ve strüktürel çalışma örneği (Oxman,
2010).
15
Ancak teknolojinin gelişmesi ile gelinen noktada, daha önceden eklenmiş materyal
ve geometrik bilgilere ek olarak üretim ve fabrikasyon süreçlerine dair bilgilerin de
dahil edilerek daha yaratıcı ve üretken tasarım süreçleri fikri geliştirilmektedir. Bu
yaklaşımla holistik tasarım yaklaşımları ortaya konarak süreçlerin daha verimli ve
daha üretken olması hedeflenebilir (Şekil 2.8).
Bu noktada multi-disipliner ve inter-disipliner ortamın farkı göz önünde
bulundurularak, tasarım mühendisliği çok disiplinli bir ortam yerine disiplinler arası
bir etkileşim ortamı olarak görülmelidir.
Mühendislik ve mimarlığa ait disipliner bilginin birleştirilerek sentez edilmesiyle
yeni bilgilerin belirdiği ve bunların süreçlere katıldığı unutulmamalıdır.
2.5.1 Performans
Teknolojik alandaki gelişmeler ışığında dijital araçların artması bilginin kolay
işlenebilirliğini gündeme getirmiştir. Bilginin kolay işlenmesi, tasarım süreçleri
içerisine dahil edilecek bilgi potansiyelini arttırarak süreçlerin zenginleşmesini
sağlamıştır.
Şekil 2.9 : Farklı ölçeklerde performans kontrolü çalışmaları (Url-4).
16
Üretilen
dijital
araçlar,
karmaşıklık
özelliği
yüksek
bilgilerin
tasarımda
kullanılmasını etkin kılmıştır. Daha önceleri karmaşık bilgilerin tasarım esnasında
kullanılması pek mümkün olmazken, şu an sahip olduğumuz araçlar vasıtasıyla
kolaylıkla bu bilgiler tasarım süreçleri boyunca her an kullanılabilir duruma
gelmişlerdir.
Tüm bu gelişmeler ışığında, disiplinlerarası çalışma ortamlarında, günümüz
endüstrisinin ve içinde bulunduğumuz çağın gerektirdiği en önemli başlık olarak
performans bilgisinin süreçlere dahil edilmesi söz konusudur. Şekil 2.9 görselinde
AA-DRL Pavillion isimli pavyonun tasarımı sürecinde, pavyonun strüktür
performansı form ölçeğinde (kabuk), yapı eleman ölçeğinde (kiriş) ve detay
ölçeğinde (bağlantı elemanları) dijital araçlarla kontrol edilerek en iyi seviyelere
çekilmeye çalışılmıştır.
Bir
ürünün
ve
tasarımın
performans
gereklilikleri
en
başta
gelirken,
değerlendirilmesi gereken kapsam ise, ürünün yaşam döngüsü boyunca her yönden
en iyi seviyeye çekilmesidir. Dolayısıyla bu karmaşıklıkta performans kavramının
her yönden en iyi seviyede tutulması, şu anki teknolojilerle mümkün olmaktadır ve
sayısal ortam, performansın her yönlü optimizasyonuna imkan vermektedir.
Dolayısıyla performans kavramı yukarıda bahsedilen disiplinler arası bir çalışma
ortamı olan tasarım mühendisliği için önemli kavramlardan biridir.
2.5.2 Malzeme
Tasarım mühendisliğinde ele alınan diğer ana bir kavram ise malzemedir.
Malzemenin günümüzde gelişen bilim ve teknoloji ile durağanlıktan çıkıp daha
dinamikleşmiş olması gerçeğini göz önünde bulundurmadan edemeyiz. Bu
doğrultuda malzemenin içinde saklı olan potansiyellerin ortaya konulup tasarıma
girdi olarak katılması, tasarımın verimliliğini arttırmaktan öte ortaya üzerine
konuşulacak ve araştırma yapılacak bir çok konu koyması açısından da önem
kazanmaktadır.
Malzeme kavramı, bahsedilen konu ışığında ana bir omurga olma potansiyelindedir,
şöyle ki: Malzemenin içinde barındırdığı potansiyeller gerek sonraki bölümlerde
bahsedilen üretim aşamasına çeşitli fikirler veren ya da üzerinde yapılacak
manipülasyonlar ile malzemenin performansını arttırması potansiyelleri açısından
17
tam da üretim ve performans kavramları arasında oturup iki taraflı bir besleme
göstermektedir.
Şekil 2.10 : Katlanmış kağıt örneği (Url-5).
Buna basit bir örnek vermek gerekirse; kullanılan malzemenin kağıt olması
durumunda kağıdın katlanarak taşıyıcılığının ve dolayısıyla performansının
arttırılması durumu gösterilebilir (Şekil 2.10). Buradan hareketle katlanmış olarak
kullanılan kağıdın parçalanmadan yekpare şeklinde üretilmesi ise diğer yönde
beslenmedir ve kendi potansiyellerinin üretim aşamasında nasıl artıya dönüşeceğiyle
ilgili bildirim yapmaktadır.
Bu disiplinler arası çalışma ortamlarında amaç, çevresel verilere bağlı performans
değerleri ile malzeme potansiyelinin eşikleri arasında sentezlenmiş bir formülasyonu
ortaya koymak olarak tanımlanmaktadır (Hensel ve Menges, 2006).
2.5.3 Üretim
Üretim kavramı ise tasarım mühendisliğinin üçüncü kavramı olarak öne çıkmaktadır.
Üretim kavramı yapım ve üretim teknolojilerinin tasarım sürecine katılarak tasarım
sürecinin kısıtlanmayıp daha geniş sınırlar içinde değerlendirilmesine izin
vermektedir.
Hesaplamalı tasarımın ortaya çıkmasıyla ve teknolojilerle beraber, tasarım
süreçlerinde kullanılan fiziksel maketlerin temsil ettiklerinin sınırları genişlemiştir.
Yeni süreçlerde fiziksel maketlerin ölçekli temsili, maketlerden daha çok bizlere
form üretme, performans kapasitesini ölçme, geometrik ve topolojik tutarlılıklarını
görme, üretimini ve montaj metotlarını sorgulama imkanı vermektedir (Hensel ve
Menges, 2006). Bundan dolayı üretim daha tasarım sürecinde başlayarak, malzeme
ve performans testlerinin fiziksel ortamda yapılmasına imkan vererek üretim
metotlarını tasarım sürecine dahil etmektedir.
18
Teknolojinin gelişmesi ile karmaşık bilgilerin süreç içine dahil edilmesi tasarım
süreçlerinin verimliliğini arttırırken, disiplinler arası çalışma ortamı ise ortaya yeni
konuların koyulmasını ve araştırma alanlarının açılmasını tetiklemektedir. Bunun
yanında oluşan ortam, holistik tasarım süreçlerinin ve teknolojilerin de dolaylı olarak
gelişimini sağlamaktadır. Kullanılan teknolojilerin yaygınlaşması sonucu süreçlerin
değişiminin koşulsuz olduğu gerçeği unutulmamalıdır (Şekil 2.11).
Şekil 2.11 : Tuğlaları bilgisayar kontrolü ile dizen helikopter robot (Url-6).
Öngörülen değişimin bütünleşik yaklaşımlar yönünde olacağı aşikardır ve öyle
gözüküyor ki, bu değişimde elimizde bulunan dijital araçlar ve teknolojiler mimarlık
ve mühendislik disipilinini daha da fazla etkileyecektir.
19
20
3. HESAPLAMALI TASARIM VE ANALİZ AMAÇLI KULLANILAN
ARAÇLAR
Yeni kavramların ortaya atılması ve yeni tasarım süreçlerinin tanımlanması
sonucunda mimarlığın geldiği noktada, kullanılan geleneksel tasarım araçlarının
yeterli olmadığı ve yeniden tanımlanmış tasarım süreçlerinin içinde bulunduğu
karmaşıklığa cevap veremediği açıktır. Kullanılan araçların yetersiz olduğu
gerçeğinden kaynaklı yeni araçların ihtiyacı sorununa, bilgi teknojilerinin gelişmesi
ile cevap aranmıştır.
Bu süreçte oluşturulan ve ortaya koyulan tasarım araçları belirli görevleri yerine
getirmek amacı ile üretilmiştir. Öncelikle kullanılan araçların ve temsillerin
kompleks geometrileri ortaya koyma zorluğu nedeniyle, ilk gelişmeler geometrik
temsil üzerine olmuştur. Bilgisayar Destekli Tasarım (Computer Aided Design:
CAD) ortamları, geometrik tabanlı platformlar olarak geliştirilmeye başlanmıştır. İlk
ortaya koyulan örneklerinde teknik çizim iş yükünün azaltılması çabasının olduğu
açıkça görülürken, daha sonraki örneklerde kompleks geometriler ile çalışmak üzere
üretilen araçlar göze çarpmaktadır.
Daha sonra geometri problemlerinin ötesinde performans güdümleri ve amaçları
mimari tasarım süreçlerine karışmaya başladıkça, ihtiyaçlar ve dolayısıyla ihtiyaç
duyulan araçlar tamamen değişmiştir. İhtiyaç duyulan araçlar aslında mühendislerin
analiz için kullandıkları araçlardan olmuş ve mimari tasarım süreçleri içinde
mühendislerin analiz için kullandıkları programlar kullanılmaya başlanmıştır.
Böylece tasarım ürünün performans değerlendirmesi ilk tasarım evrelerinden
başlayarak göz önünde bulundurulmaya ve değerlendirmeye alınmaya başlanmıştır.
Mimari tasarım sürecinin arkasından gelen yapım süreci ve bu sürecin mühendisler
ile beraber yapılması gerekliliği ve çalışma ortamlarının tamamen birbirlerinden ayrı
olması sonucunda ihtiyaç duyulan ortak çalışma platformunda işbirliği içinde
21
çalışmaya, bu ortamı sağlayan Bina Bilgi Modelleri (Building Information
Modelling: BIM) yazılımları ile çözüm bulunmuştur.
3.1 3 Boyutlu Modelleme ve Geometrik Tanım
Teknik çizimi desteklemek için üretilen yazılımlar ile mimari tasarımda ve genel
anlamda tasarımda, bilgisayar destekli tasarım kavramı literatüre girmeye
başlamıştır. Bu kavram ile başlayan evrilme, geometrik temsil olan teknik çizimden
tasarı geometriye sıçramıştır. Geometrik ve 3 boyutlu modelleme, tasarım
süreçlerinin önemli bir parçası olduğu için geometrilerin tasarım süreci içinde hızlı
üretilmesi tasarım süreci boyunca yapılan araştırmaları arttırmaktadır ve süreçleri
zenginleştirmektedir (Arangarasan ve Gadh, 2000). Dolayısıyla yukarıda bahsedilen
sıçrayış sonucunda tasarı geometri konusunda tasarımcılara yardımcı olan araçlar
üretilmiştir. Öncelikle literatüre Computer Aided Drafting olarak yerleşen kavram
daha sonraları bu sıçrayış ile Computer Aided Designing and Drafting olarak
anılmaya başlanmıştır.
Geometrik modellemenin ilgi alanının bir objenin geometrisinin bilgisayar dilindeki
matematiksel tanımı olarak ortaya konmaktadır (Narayan, 2008). Narayan, geometrik
modellemenin farklı temsillerle olduğunu ve bunlardan en temelinin tel çerçeve
olduğunu söylemektedir. Tel çerçeve modellerde obje birbirine bağlı çizgilerle temsil
edilmektedir(Şekil 3.1).
Şekil 3.1 : Tel çerçeve geometrik model temsili (Url-7).
22
Tel çerçeve temsilini 3 ayrı kategoriye ayırmış olan Narayan bunları şöyle
sıralamaktadır:
•
Objelerin 2 boyutlu temsil (Şekil 3.2),
•
Objelerin iki boyutlu düzlemde 2,5 boyutlu temsili (Şekil 3.2),
•
Tüm geometrik özellikleri içinde barındıran 3 boyutlu temsil (Şekil 3.3).
Şekil 3.2 : 2 ve 2,5 boyutlu geometrik model temsilleri (Url-8).
Şekil 3.3 : 3 boyutlu geometrik model temsili (Url-9).
23
İkinci grup geometrik modeller ise, 3 boyutlu ortamlardaki katı modelleme olarak
gösterilmektedir. Bu geometrik modellemelerde 3 boyutlu katı kapalı geometriler ile
objeler temsil edilmektedir. Bu temsil yönteminde 3 boyutlu primitif objelerin
yardımları ile daha kompleks objeler ve geometriler temsil edilebilmektedir (Şekil
3.4).
Şekil 3.4 : Katı geometrik modelleme temsili (Url-10).
Üçüncü grup geometrik modelleme temsili olarak Serbest formlu yüzey modellemesi
gösterilmektedir. Bu geometrik temsil ise NURBS (Non-Uniform Rational Bezier
Splines) eğrilerinin matematiksel tanımları ile ifade edilmektedir (Şekil 3.5). Serbest
yüzeylerin oluşturulmasına izin veren bu temsil yöntemi, son zamanlarda Mimari bir
temsil aracı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ancak ilk olarak araba ve uçak
formlarının tasarlanmasında ve üretilmesinde kullanılan geometrik bir temsil
yöntemidir.
24
Şekil 3.5 : Serbest formlu yüzey geometrik modellemesi temsili (Url-11).
3.2 Sonlu Elemanlar Yöntemi ve Analiz Araçları
Bilgisayar destekli mühendislik (Computer Aided Engineering) kavramı altında
karşılaşılan bilgisayar destekli analiz (Computer Aided Analysis) başlığında kendine
yer bulan analiz araçları mimari tasarım süreçlerinde kendine yer bulmaya
başlamışlardır.
Geçmişten günümüze gerçekleşen gelişimlerde süreçlere her zaman evrimleşme
hakim olmuştur. Sürece hakim olan evrimleşme aslında deneme yanılma yöntemleri
sonuncunda elde ettiğimiz tecrübelerin ve bilgilerin tamamıdır (Meguid, 1987). Bu
süreçlerde aslında edinilen tecrübe ve bilgi sonraki tasarımlar ve süreçler için altyapı
oluşturarak yeni ortaya koyulacak olan tasarımları ileri götürmeye yardımcı
olmaktadır.
Şekil 3.6 : Sonlu elemanlar yöntemi ile yapılmış baraj gövdesi analiz örneği (Url-12).
25
Meguid kitabında modern tasarımcı ve mühendislerin bahsettiği geleneksel deneme
yanılma yöntemlerini kullanırken, karmaşık analiz yöntemlerinin süreç içinde
tasarımların yaratıcı ve ekonomik olmasının yanında güvenli, sağlam ve diğer
şartlara uygun hale getirebileceğini dile getirmiştir (Meguid, 1987).
Bilgisayar destekli analiz araçları tasarım sürecine yardımcı olacak her türlü analizi,
tasarım süreci boyunca etkili hale getirmektedir.
Meguid, bilgisayar ortamındaki en güçlü analiz aracı olarak sonlu elemanlar
yöntemini (Finite Element Method) göstermektedir. Sonlu elemanlar yöntemi ile
strüktür stress analizleri, dinamik etki hesaplamaları ve ısı analizleri yapılabildiği
gibi ortaya koyulan tasarımların bu analizler sonucunda değerlendirmeleri
yapılabilmektedir (Meguid, 1987).
Teknolojinin gelişmesi ile analiz ortamları sonlu elemanlar yöntemi ile ısı
transferlerinden de öteye geçerek enerji analizlerine kadar uzanmıştır. Analiz için
üretilmiş özel programlar özel ihtiyaçlara cevap vermektedir (Şekil 3.7). Mekanik
analizlerin ötesine geçerek günümüzde enerji, ışık analizleri gibi analizlere imkan
veren ortamlar üretilmiştir.
Şekil 3.7 : Hava dolaşımı analizine imkan veren ortamlar (Url-13).
26
3.2.1 Akışkan analizleri
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics) konusunda
karşımıza çıkan akışkan analizleri, akışkanların hareketlerine dair karşılaşılan
problemlerin çözümünde kullanılan nümerik analizlerdir. Bu analizler farklı
yöntemlerle
nümerik
hesaplara
dökülmektedir
ve
yöntemlerden
en
çok
kullanılanlarından biri de sonlu elemanlar yöntemidir.
Akışkan analizleri sayesinde sıvı ve gazların hareketleri incelenerek karşılaşılan
problemlere çözüm getirilmektedir. Hesaplanması zor olan bu nümerik analizlerin
hesaplarını kolaylaştıran araçlar, özellikle mühendislik alanında büyük zaman
kazanımlarına imkan vermektedir (Cottrell ve diğerleri,2009).
3.2.1.1 Sıvı analizleri
Sıvı
analizleri,
özellikle
mühendislerin
sıvılar
için
karşılaştıkları
tasarım
problemlerinde gerekli güvenlik ve sistem gereksinimlerini sağlamak için
kullandıkları bir analiz türüdür (Şekil 3.8). Özellikle büyük ölçekli baraj yapılarının
üzerinden akan sıvıların hızlarını, ivmelerini, türbülans değerleri gibi değerleri
gözlemek için tasarım aşamasında kullandıkları analizlerdir.
Şekil 3.8 : Bir sıvının yolu üzerinde uğradığı türbülansın görselleştirilmesi (Url-14).
27
Bundan başka sıvının dahil olduğu tasarım problemlerinde kullandıkları yaygın bir
analiz türüdür. Örneğin, bir akarsu üzerinde taşınan sedimentlerin miktarlarının ve
birikeceği yerlerin analizleri, bu analiz yöntemleri ile yapılabilmektedir (Şekil 3.9).
Şekil 3.9 : Bir sıvı akışı üzerinden taşınan sedimentlerin analiz görselleştirilmesi (Url15).
3.2.1.2 Rüzgar ve hava akım analizleri
Rüzgar ve Hava akım analizleri ise diğer bir akışkan analizi olarak karşımıza
çıkmaktadır. Özellikle aerodinamik gereksinimler açısından daha çok araba ve uçak
tasarımında formların belirlenmesi aşamasında kullanılan bir analiz türüdür (Şekil
3.10).
Şekil 3.10 : Hava akımının form üzerinde oluşturduğu basınç analizi (Url-16).
28
Bunun dışında mimarlık alanında özellikle sürdürülebilir başlıklar altında yapının
pasif iklimlendirmesini sağlayacak yönlenme çalışmalarında, yüksek yapılar için
yapının strüktür yüklerini azaltacak formun bulunması çalışmalarında rüzgar akış
analizleri kullanılmaktadır (Şekil 3.11).
Şekil 3.11 : The Gherkin adlı yapının tasarım esnasında yapılmış aerodinamik analizi
sonucu formun strüktür üzerinde oluşan yüklere göre optimizasyonunu gösteren
görsel (Url-17).
3.2.2 Strüktür analizleri
Strüktür analizleri yapı mühendisleri tarafından en sık ve yaygın olarak kullanılan bir
analiz türüdür. Belirlenen yük etkileri altında yapıların ve nesnelerin taşıyıcılarının
malzeme özelliklerine göre verdikleri tepkilerin hesaplanmasıdır. Strüktür analizleri
yapılardan başka, köprülere, araçlara, mobilyalara ve hatta biyolojik dokulara bile
uygulanabilmektedir. Bu analizler sayesinde taşıyıcıların yükler altında oluşan yer
değiştirmeleri, stresleri, iç kuvvetleri, mesnet tepkileri ve stabiliteleri gibi bir çok
değer hesaplanabilmektedir.
29
3.2.2.1 Statik analizler
Strüktür analizlerini gerçekleştirebilmek için yüklerin, geometrinin, mesnetlenme
koşullarının ve malzeme özelliklerinin belirlenmiş olması gerekmektedir. Bu veriler
statik analizler için yeterli olmaktadır ve strüktürlerin durağan durumları için gerekli
olan mesnet tepkileri, yer değiştirmeleri ve strüktür üzerinde oluşan iç kuvvetlerin
değerlerinin hesaplanmasına imkan vermektedir (Şekil 3.12).
Şekil 3.12 : Strüktür analizleri ile yapı taşıyıcısının davranışının görselleştirilmesi
(Url-18).
Statik analizler strüktürlerin davranışlarını çok detaylı olarak anlatmasa da
tasarımların ilk aşamalarında tasarımcıya strüktürün genel davranışına dair bir fikir
verebilecek güçtedir.
3.2.2.2 Dinamik analizler
Statik analizden farklı olarak dinamik analizler taşıyıcıların zamana bağlı değişen
yükler altındaki davranışlarının analizlerini yapan araçlardır. Örneğin deprem anında,
deprem kuvvetlerinin zamanla değiştiği durumlarda taşıyıcının vereceği tepkileri
analiz ederek hesaplayan modal analizler bunlara örnek olarak verilebilir (Şekil
3.13). Yada hareket eden bir makina kolunun gerçekleştirdiği hareket boyunca
üzerindeki yüklerin değişiminin ve yüklerin altında makina kolunun nasıl tepki
30
verdiğini görselleştiren araçlar dinamik analizlere imkan veren araçlara örnek olarak
gösterilebilir.
Dinamik analiz araçları ile analizlerin gerçekleştirilebilmesi için strüktürün maruz
kaldığı yüklerin ve bu yüklerin zamana bağlı değişimlerinin tam ve doğru olarak
tanımlanmaları gerekmektedir.
Şekil 3.13 : Dinamik analiz altında oluşan salınım ve strüktür üzerinde oluşan iç
kuvvetlerin analiz araçları ile görselleştirilmesi (Oasis Generator SOM) (Url-19).
Dinamik analizler statik analizlerden daha detaylı girdiler gerektirirken, taşıyıcıların
davranışlarının doğruya çok yakın bir şekilde hesaplanmasına imkan vermektedir.
3.2.3 Elektromanyetik analizler
Elektromanyetik analizler elektronların hareketi sırasında oluşan çekim kuvvetinin
dolayısıyla bu kuvvetlerden oluşan manyetik alanların, bu alanların fiziksel dünya ile
etkileşiminin hesaplanması ve çözümlenmesi için kullanılan analizlerdir. Bu analizler
31
daha çok biomedikal alanlarda kullanılırken aynı zamanda elektronik cihazların
radyasyon hesaplarında, uzaktan algılamada, anten alıcı ve verici analizlerinde,
radyasyon analizleri gibi bir çok analizin yapılmasında kullanılırlar. Kullanılan
araçlar da elektromanyetik analiz araçları içinde değerlendirilmektedir (Şekil 3.14).
Şekil 3.14 : Elektromanyetik analiz aracı kullanılarak görselleştirilmiş
elektromanyetik alan (Url-20).
3.2.4 Termal analizler
Termal analiz araçları, ısının dolayısıyla sıcaklık değişimlerinin fiziksel ortamdaki
karşılıklarının çözümlenmesini ve hesaplanmasını sağlayan araçlardır. Önceleri daha
çok malzeme biliminde kullanılan bu analiz araçları, çağdaş dünyadaki
gereksinimlerin enerji üzerinden olması öngörüsüyle diğer alanlarda da kullanılmaya
başlanmıştır.
Şekil 3.15 : Yapının güneş enerjisine göre yapılan termal analiz örneği (Url-21).
32
Mimarlık ve mühendislik alanlarında sürdürülebilirlik başlığı ile başlayan enerji
korunumlu yapıların inşaa edilmesi amaçları ile bu araçlar yavaş yavaş önce makina
mühendisleri ve daha sonra mimarlar tarafından kullanılmaya başlanmıştır (Şekil
3.15).
Geldiğimiz noktada termal analiz araçları bize, ürettikleri bilgi çıktılarıyla güneş
enerjisinin tasarım sürecinde ele alınarak pasif iklimlendirme stratejileri hakkında
yönelimler sağlamaktadırlar. Böylece tasarımların enerji yönünden daha optimum
koşullara getirilmesine imkan vermektedirler.
3.2.5 Multifizik analizler
Buraya kadar anlatılan analiz araçları, aslında fiziksel ortamların sanal modellerini
oluşturarak üzerinden yapılan analizlerin özelleşmiş olduğu araçlar olarak karşımıza
çıkmaktadır. Her bir analiz aracı kendi alanına dair çözümlemeler sunmaktadır.
Teknoloji ile birlikte karşılaşılan problemlerin daha karmaşık çözümler gerektirmesi
karşısında bu araçlar tek başlarına yetmemeye başlamışlardır. Aynı problemde bir
kaç farklı analizin gerektiği durumlarda, farklı farklı yararlanabilme olanağı olsa
dahi, bu durumda dış ortamda bulunan etkenlerin kümülatif etkisinin göz ardı
edilmesi gerekiyordu. İşte bu noktadan hareketle, tüm fiziksel analizlerin dolayısıyla
fiziksel ortamı oluşturan tüm fizik kanunlarının geçerli olduğu bir sanal ortama
ihtiyaç duyuldu. Dolayısıyla multifizik analizlere imkan verecek analiz araçları
oluşturuldu.
Şekil 3.16 : Bir rüzgar tribününden geçen hava akımının tribün üzerindeki etkisinin
hesaplandığı bir multifizik analiz görseli (Url-22).
33
Bu araçlar örneğin bir akarsu üzerine yapılacak olan baraj gövdesinin taşıyıcılığını
durağan halde değil de, akarsuyun taşkın durumlarında ve aynı zamanda suyun
sıcaklığının farklı olması durumlarında analiz edebilecek ve üzerinden geçen suyun
betonu aşındırmasına kadar hesaplanabilecek analizlerin tek bir ortamda hiç bir
etkiyi ihmal etmeden yapılmasına izin vermektedirler.
Bu araçlar aslında fiziksel ortamın sanal bir modelini oluşturarak, matematiksel
denklemler üzerinden gerçeğe en yakın şekilde çözümlenmesini sağlamaktadırlar
(Şekil 3.16).
3.3 Simülasyonlar
Analiz araçlarının gerçek sistemlerin birer sanal modeli olduğundan yola çıkarak, bu
araçlar modellenmiş sistemlerin belli bir zaman parametresine bağlı sistem
davranışlarının ortaya konulması olarak değerlendirilebilir. Bu bağlamda ise,
simülasyonlar gerçek sistemlerin sanal ortamda modelleri üzerinden zaman
parametresinin
değişimi
ile
sistemin
davranışının
haritalanması
olarak
açıklanmaktadır. Diğer bir deyişle, bir sistemin veya sürecin alt bileşenleri arasında
kurulmuş olan ilişkilerin zaman üzerinden benzetiminin kurulmasıdır.
Bu çerçevede, simülasyonlar süreçlere dair net ya da yaklaşık bilgiler vererek
kestirimler ve çıkarımlar yapmayı sağlar, bir nevi deney ortamı imkanı vermektedir
(Ören, 2006).
Deney ortamlarının mümkün olamadığı durumlar için simülasyonlar ya da diğer bir
deyişle benzetim modelleri deney ortamını oluşturmak için ortaya konmuş araçlardır.
Sistemlerin karmaşıklığının çok yüksek olduğu problemlerde,
sistemlerin
davranışının zamana bağlı değişimini gözlemek için kullanılan simülasyonlar
sonucunda edinilen çıkarımlar problemlerin çözümünde önemli rol oynamaktadırlar.
Simülasyonlar mimarlık ve mühendislik alanlarında deney imkanlarının kısıtlı
olmasından dolayı deney ve dolayısıyla tasarım nesnesinin, tasarım sonrası yaşam
döngüsüne yönelik kestirimler yapmak için fazlaca başvurulan bir araç haline
gelmiştir. Her zaman gerçek birebir sistemlerin ve prototiplerinin yapılamadığı
durumlar için simülasyonlar deney ortamı olarak karşımıza çıkmaktadır. Mimarlık
alanında son zamanlarda hesaplamalı tasarım süreçlerinin ortaya çıkmasından sonra
kullanılmaya başlanan simülasyon sistemleri, mimari ürünlerin yaşam döngüsü
34
süreçlerine dair izlenimlerin edinilmesinde ve tasarım süreçlerine bu izlenimlerin
bilgi olarak katılmasına imkan vererek tasarımcıyı daha derin ve geniş düşünmeye
itmektedir.
Şekil 3.17 : Gerçek sistemler ve modeller üzerinden yapılan bilgi çıkarımları (Url-23).
Mimarlıkta ve mühendislikte farklı amaçla yapılmış araçlar karşımıza çıkmaktadır.
Mimarlıkta simülasyonlar bize daha çok beliren bilgiler sağlarken, mühendislikte
kullandığımız simülasyonlar daha çok deterministik sonuçlar sağlamaktadır.
3.3.1 Mimari tasarım amaçlı simülasyonlar
Mimari tasarım süreçlerinde simülasyon araçlarının gelişmesi ve hesaplamalı tasarım
tekniklerinin üzerine yapılan araştırmalar sonucu, simülasyonların mimari tasarım
süreçlerinde kullanılması artmıştır.
Mimari tasarım süreçlerinde en fazla kullanılan simülasyonlar gölge ve güneş
simülasyonları olmuştur. Bununla birlikte yapılan çalışmalar ve ihtiyaçların
değişmesi ile, enerji ve gün ışığı simülasyonları sürdürülebilirlik başlığı altında
çokça kullanılmaya başlanmıştır. Enerji simülasyonlarının alt başlığı olarak pasif
iklimlendirme optimizasyonları için kullanılan rüzgar akış simülasyonları ise diğer
bir başlık olarak karşımıza çıkmaktadır (Şekil 3.18).
35
Şekil 3.18 : Mimari tasarım süreçlerinde kullanılan bazı simülasyonlar (Url-24).
Özellikle akustik önemler açısından deney ortamlarının fiziksel olarak oluşturulması
güç olan tasarım problemlerinde, sesin kontrole alınmasını analiz etmek için akustik
simülasyon ve analiz araçları kullanılmaktadır.
Dış etkilerden çok yapının asıl öznesini oluşturan kullanıcı odaklı simülasyon
araçları ise son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu
simülasyonlar kullanıcı hareketlerinin benzeşimini kurarak tasarım sürecinde daha
dinamik kararlar verilmesine ve gerçek kullanıma yakın sirkülasyon sistemleri
tasarlanmasına yardımcı olmaktadır. Yine kullanıcı hareketlerinden yola çıkarak
36
Şekil 3.19 : Bir okulun tahliye simülasyonu (Url-25).
yapıların tahliye simülasyonlarını yaparak mimara çeşitli çıkarımlar üretip yapının
işlevsel
optimizasyonunu
oluşturarak
tasarımların
daha
verimli
olmasını
sağlamaktadır (Şekil 3.19).
3.3.2 Taşıyıcı sistem tasarımı amaçlı simülasyonlar
Mimarlıkta kullanılan simülasyonların yanı sıra, mühendislik problemlerinde
özellikle yapı mühendislerinin kullandığı analiz programlarının simülasyon amaçlı
olanları, strüktürlerin verilen yükler
altında davranışlarını incelemek için
kullanılmaktadır.
yükler
Taşıyıcı
sistemlerin
altında
gerilim
değişimlerini,
deformasyonlarını ve dolayısıyla bütüncül hareketinin takibini kolaylaştırmaktadır.
Bu simülasyonlar taşıyıcıların zamana bağlı davranışlarını verilen yükler altında ve
37
özellikle dinamik yükler altında, deprem yükleri ve değişen rüzgar yükleri gibi,
simüle ederek tasarım süresince bir deney ortamı yaratmaktadır.
Taşıyıcı sistemlerin simülasyonunu yapan araçlar, tasarımcı için yine diğer
simülasyonlarda olduğu gibi bir deney ortamı hazırlayarak tasarım sürecinde karar
vermeye yardımcı olur (Şekil 3.20).
Şekil 3.20 : Deprem yükleri altında köprünün deformasyon simülasyonu (Url-26).
Bu simülasyonlar özellikle dinamik strüktürlerin yani durağan olmayan hareketli
strüktürlerin tasarımında verimli hale gelmektedirler. Simülasyonlar, statik sistemlere
göre çok daha fazla karmaşık olan dinamik strüktürlerin çözümlenmesinde zaman
parametresinin sürece dahil olmasından dolayı statik analiz araçlarının önüne geçerek
süreçlerin vazgeçilmez bir aracı olmaktadır.
3.4 Bina Bilgi Modelleri
Buraya kadar anlatılanlar çerçevesinde analiz ve simülasyon araçlarının tasarım
sürecine dahil olması ile kullanılan araçların ve ortamların daha verimli bir şekilde
kullanılması adına çeşitli ortam arayışları olmuştur. Bu arayışların asıl sebebinin
tasarım süreçlerine dahil olan farklı disipliner bilgilerin nasıl yönetileceği ve tasarım
38
sürecinde daha verimli nasıl kullanılacağı konularına yönelik soruların cevap arayışı
olduğu rahatlıkla söylenebilir.
Farklı disipliner bilgilerin sürece analiz, simülasyon ve diğer dijital araçların
yardımıyla entegre edilmesinin daha verimli yollarının aranmasının karşılığında
cevap olarak Bina Bilgi Modelleri (BIM) konusu ortaya konmuştur (Şekil 3.21).
Şekil 3.21 : Bina bilgi modellerinin sunduğu çalışma platformlarını anlatan görsel
(Url-27).
Mimari tasarım süreçlerinde temsil bilgisi içeren çizimlerin üzerine daha farklı
bilgilerin gömüldüğü bir ortam olarak başlayan bina bilgi modelleri, şu anki
süreçlerin vazgeçilmez parçası olmuştur. Bir yapı elemanının süreçte aslında
temsilden öte barındırdığı bilgilerin aynı objede temsil bilgisi ile başlayarak üzerine
geometri ve malzeme gibi konulara ait bir çok bilgi gömme imkanı veren ortamlar
daha sonraları içerdikleri bu bilgilerin sayesinde analiz araçlarının da kullanabileceği
bilgilerin sahip olduğu bir ortam haline gelmiştir.
Bu noktadan sonra analiz araçları ise yavaş yavaş bu ortamlara eklenmeye
başlamışlardır. Çeşitli firmalar tarafından geliştirilen BIM yazılımları çeşitli analiz
araçlarını içinde bulundurarak hazırlanan modeller üzerinden çeşitli analizlere izin
vermektedir. Örneğin oluşturulan bir model üzerinden, rüzgar analizlerinin,
39
güneşlenme analizlerinin, ve enerji analizlerinin yapılması mümkün hale gelmiştir.
Bunlara ek olarak, çeşitli bağımsız yazılımcılar tarafından geliştirilen eklentiler ile
BIM
modellerinde
sahip
olduğumuz
dataların
robotları
kontrol
eden
mikroişlemcilere data göndermesi ve bu mikroişlemcilerle konuşması imkanlar
dahilindedir.
Yine bunun yanında analiz araçlarıyla birlikte simülasyon araçları bütünleşirken,
sadece tasarım sürecine dair değil yapının yapım ve işletme süreçlerine dair
simülasyonların ve analiz araçlarının bütünleşmesi Bina Bilgi Modelleri ortamını
verimli ve güçlü yapmaktadır.
Ancak henüz gelişmekte olan bu ortamların bir çok eksiği, tamamlanması ve
bütünleştirilmesi gereken bir çok noktası vardır.
Bu ortamların eksik noktalarından en belirgini, yapı elemanları üzerinden tüm
bilgilerin var olan elemanlar üzerine gömülmesinden ötürü tasarım süreçlerinin daha
önceden tanımlanmış yapı elemanları üzerinden yapılmasına izin verdiği için tasarım
süreçlerinin ilk aşamalarında tasarımcıyı kısıtlaması ve üretkenliğini dizginlemesidir.
Bunun yanında, tasarımcıyı ve tasarım süreçlerini üretken hale getiren hızlı gelişen
teknolojiyle bütünleştürülmesi zor olmaktadır ve zaman almaktadır.
3.5 Üretim Araçları
Tasarım süreçlerinde simülasyonların deney alanlarını genişlettiği gibi, teknolojinin
geçirdiği bu büyük değişim ile gelişen üretim sistemleri ve üretim araçları da tasarım
süreçlerinde fiziksel deneyim ortamının genişletilmesine yardımcı olmaktadır.
Kullanılan lazer teknolojisi, CNC teknolojisi ve hızlı prototipleme teknolojisi ile
yapılabilen hızlı, hassasiyeti yüksek prototip ve maketler tasarım süreçlerindeki
fiziksel deney ortamlarını genişletmektedir.
40
Şekil 3.22 : Robot teknolojisi kullanılarak üretilmiş bir duvar (Url-28).
Bu teknolojilerin yanında robot teknolojisinin, araba ve uçak endüstrisinde verimli
olması nedeniyle yapım sistemlerinde de kullanılmaya başlanmıştır. Henüz mimari
tasarım süreçlerinde nasıl kullanılacağı bilgisinin eksik olması ve araçların yetersiz
olmasından dolayı yaygın olarak kullanılmamaktadır.
Tüm tasarım sürecinin bu kadar çok bileşenli hale gelmesi ve teknolojideki büyük
manevra, gelişen üretim araçlarının ve üretim sistemlerinin tasarım süreci içinde
düşünülmesi konusunu gündeme getirmiştir. Artık bahsi geçen üretim araçlarının ve
sistemlerinin tasarım süreçlerinde verimli ve akıllıca kullanılması ayrı bir çaba olarak
karşımıza çıkarken, bu dinamiğin tasarım süreciyle bütünleştirilmesi süreci daha
üretken hale getirmektedir.
3.6 Bütünleşik Tasarım Araçları
Son yıllarda ortaya koyulan yazılımlar tek bir amaca yönelik olduğu için tasarım
sürecinde tasarımcının, mesleki sınırlar içerisinde yakalama şansı bulunan alışıla
gelmişin dışında tasarım çözümleri yakalamasını engellemektedir (Holzer ve
diğerleri, 2007).
Yukarıda da bahsedildiği gibi üretilen araçlar belirli amaçlara yönelik hazırlandığı
için, aslında her disiplin kendi alanlarındaki problemleri çözmek için üretilen
araçlarla çalışmaktadır. Bu gerçek aslında disiplinleri birbirinden ayıran diğer bir
faktör olarak gösterilebilir.
41
Bu kısıtın önüne geçmek için ve holistik yaklaşımları tasarım süreçlerinde
uygulamaya geçirmek için, tasarımcının ihtiyaç duyduğu bilgileri üretecek olan
araçların üretilmesi gerekmektedir. Analiz araçları içinde sıralanan multifizik analiz
araçları, tasarımcının ihtiyaç duyduğu holistik yaklaşımı karşılayacak olan bilgiyi
üreten araçlar olarak öne çıkmakta olsa bile, bu araçların tasarım araçları ile söz
konusu olan bütünleşmesi henüz yeterli seviyede değildir. Geliştirilecek olan
bütünleşik tasarım araçlarının aslında, tasarım ortamlarına tam entegre olarak
üretilmesi, tasarımcının daha zengin ve derin düşünebildiği süreçleri aktive ederek
tasarım sonunda çıkan ürünlerin daha yaratıcı ve yenilikçi olmasını sağlayacaktır.
Bu tez kapsamında yapılan öneri bu bağlamda düşünüldüğünde, tasarımcının daha
yenilikçi, yaratıcı ürünler ortaya koyduğu bir bütünleşik tasarım aracı örneği olarak
görülmelidir.
42
4. STRÜKTÜR TÜRLERİ
Mimarlık ve mühendisliğin birbiriyle etkileşimi sonucunda ve yeni hesaplamalı
matematiksel modeller ortaya konuldukça, strüktürlerin daha verimli kullanılması ve
anlaşılabilmesi için çeşitli sınıflamalar yapılmıştır. Bu sınıflamalardan mühendislik
alanında, matematiksel ve fiziksel modeller ile örtüşmesi adına yüklerin etkilerine
göre strüktürler en başta gelmektedir. Arkasından gelen bir diğer sınıflandırma ise
strüktürlerin hareket yeteneklerine göre sınıflandırılmasıdır.
Geometrik temsillerin bilgisayar yardımıyla yapılmasının kolaylaştığı ve hesaplama
yöntemlerinin ise bir o kadar geliştiği günümüzde, strüktür tasarım stratejilerinin
değiştiği ve yapılmış olan sınıflandırmalara ek olarak tasarım süreci içerisindeki
temsilleri ve dijital temsillerini baz alan yeni bir sınıflandırma, bu tez kapsamında
ortaya konulmuştur.
4.1 Yüklerin Etkilerine Göre Strüktürler
Bahsedilen sınıflandırmalardan en güncel ve geçerli olan Heino Engel’in yapmış
olduğu sınıflamadır; bu, strüktürlere etkiyen yüklerin strüktürler üzerinde yarattığı
etkileri anlamak açısından önem kazanmaktadır. Veltkamp, strüktürel davranışın
strüktürlerin yükleri nasıl aldığını, nasıl ilettiğini ve nasıl aktarıldığını gösterdiğini
söylemiştir (Şekil 4.1) (2007).
Şekil 4.1 : Heino Engel’in yaptığı strüktür sınıflandırması (Veltkamp, 2007).
43
Bu çerçevede Heino Engel’in yapmış olduğu sınıflama yüklerin strüktürler
üzerindeki etkilerine göre yapılmış bir sınıflandırmadır. Şekil 4.1 de yüklerin
etkilerine göre strüktür sınıflandırmasının tablosu görülmektedir.
4.1.1 Form aktif strüktürler
Heino Engel form aktif strüktürleri “sabit olmayan esnek malzemeli, belirli şekli olan
ve sabit sonlu, kendisini ve mesnet aralıklarını destekleyen strüktür sistemleri” olarak
tanımlamaktadır (Engel, 2004). Form aktif strüktürler, bu sınıflandırmada üzerine
aldığı yüklerin yönünü değiştirerek, basit basınç ve çekme kuvvetlerine dönüştürerek
ileten strüktür sistemleridir. Üzerine etkiyen yükler altında şekil değiştiren ve kararlı
formu alan form aktif strüktürler, bu formun değişmesiyle strüktürün stabilitesi
olumsuz yönde etkilenmektedir.Heino Engel, form aktif strüktür sistemlerini kendi
içinde kablo sistemler, tente sistemler, hava basınçlı sistemler ve kemer sistemler
olarak dört ayrı başlıkta incelemiştir (Şekil 4.2).
Şekil 4.2 : Form aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004).
4.1.2 Vektör aktif strüktürler
Vektör aktif strüktürler,çubuk elemanların üzerine gelen kuvvetleri yeni vektörler ile
yeniden yönlendirerek mesnetlere ilettiği strüktür sistemleri olarak tanımlanmaktadır
(Engel, 2004). Vektör aktif sistemlerde elemanlar, kendi üzerlerine gelen yüklerin
doğrultularını, kendi doğrultularını tanımlayan vektörlerle değiştirerek yükleri
mesnetlere ulaştırmaktadırlar. Vektör aktif sistemler de form aktif strüktürler gibi,
dış yükleri basınç ve çekme kuvvetlerine dönüştürerek taşırlar. Heino Engel, vektör
44
aktif strüktür sistemlerini dört alt başlıkta incelemiştir ve bunlar: Düz kirişler,
aktarılmış düz kirişler, kavisli kirişler ve uzay kirişler olarak sayılmıştır (Şekil 4.3).
Şekil 4.3 : Vektör aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004).
4.1.3 Kesit aktif strüktürler
Düz ve sabit olan doğrusal elemanlardan oluşan, taşıma mekanizmasının kesme
kuvvetlerini karşılayan, eğilme momentlerine cevap veren ve tüm bu kuvvetlerin
materyal gücü ile karşılanan strüktür sistemleri kesit aktif strüktür sistemleri olarak
tanımlanmaktadır (Engel, 2004). Kesit aktif strüktür sistemleri, kolon-kiriş sistemleri
olarak bildiğimiz ve karşımıza oldukça sık çıkan sistemlerdir. Bu sistemler; kiriş
sistemler, rijit iskelet sistemler, taşıma ızgara sistemler ve konsol taşı sistemler
olarak dört başlıkta incelenmektedir (Şekil 4.4) (Engel, 2004).
Şekil 4.4 : Kesit aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004).
45
4.1.4 Yüzey aktif strüktürler
Yüzey
aktif
strüktür
sistemleri
esneyebilen,
ancak
kuvvetlerin
yeniden
yönlendirilmesi, yüzey dayanıklılığı ve özellikle yüzey tasarımı ile etkilenen,
kuvvetlerin yeniden yönlendirildiği, basınç, çekme ve kesme kuvvetlerini karşılayan
strüktür sistemleri olarak tanımlanmaktadır (Engel, 2004). Yüzey aktif strüktür
sistemleri Heino Engel’ in sınıflandırmasında üç ana başlıkta incelenmektedir: Levha
sistemler, katlanmış levha sistemler ve kabuk sistemler (Şekil 4.5).
Şekil 4.5 : Yüzey aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004).
4.1.5 Yükseklik aktif strüktürler
Yükseklik aktif strüktürler; yanal yüklerin diğer yüklere göre baskın olduğu, üzerine
gelen yükleri zemine aktaran strüktürler olarak tanımlanır (Engel, 2004).
Şekil 4.6 : Yükseklik aktif strüktür sistemleri çeşitleri (Engel, 2004).
46
Bu sistemlerin ana görevi, üst üste istiflenmiş yatay düzlemlerden gelen yatay
yükleri alarak, doğrultularını düşey duruma getirerek mesnetlere iletmektir.
Yükseklik aktif strüktürler diğer dört strüktür sistem tipinde olduğu gibi belirli bir
kuvvet mekanizması üzerine oturmaz; ancak yapıların baskın fonksiyonu üzerine
oturmaktadır (Engel, 2004). Yükseklik aktif strüktürler, dört alt başlıkta
incelenmektedir: Izgara yüksek strüktürler, muhafaza yüksek strüktürler, çekirdek
yüksek strüktürler ve köprü yüksek strüktürler (Şekil 4.6).
4.2 Hareket Kabiliyetine Göre Strüktürler
Yük etkilerine göre strüktür sistemlerinin sınıflandırılmasının yanında temel bir
sınıflandırma ise strüktürleri hareket kabiliyetlerine göre sınıflandırmaktır.
Strüktürlerin hareket kabiliyetleri iki başlıkta incelenebilir: Durağan strüktürler ve
hareketli strüktürler.
4.2.1 Durağan strüktürler
Durağan strüktürler, genel anlamda binalarda, köprülerde, barajlarda vs. kullanılan
zaman içinde hareket etmeyen, hareket kabiliyeti olmayan ya da hareket kabiliyetleri
çok az olan strüktürlerdir. Genel anlamda strüktürel stabilitenin sağlanması için
kompleks yapılarda durağan strüktürler kullanılmıştır. Durağan strüktürlerde birleşim
yerleri hareketsizdir ve tüm sistem mesnetlere bağlanmıştır.
Yapılarda kullanılan strüktürler genellikle durağan olması ve dolayısıyla strüktürel
stabilitenin
maksimizasyonu,
performansın
ve
verimliliğin
arttırılması
hedeflenmektedir. Dolayısıyla durağan strüktürler en çok karşılaştığımız strüktür tipi
olarak değerlendirilebilir.
4.2.2 Hareketli strüktürler
Hareketli strüktürler, strüktürün stabilitesinin bozulmadan, strüktürün bir parçasının
hareketli olması ile tasarlanmış strüktürlerdir. Özellikle açılır ve kapanır, taşımanın
kolaylaştırılması amaçla kullanılan strüktürler, hareketli mafsalların yardımıyla
yapılmaktadır (Şekil 4.7).
47
Şekil 4.7 : Mafsal yardımı ile yapılmış bir hareketli strüktür örneği (Url-29).
Özellikle kendine kinetik mimarlık başlığında yer bulan hareketli strüktürler, 21.
yüzyılda Buckminister Füller’in ortaya attığı “tensional integrity” kelimelerinden
gelen tensegriti strüktür tipinin ortaya atılması ile başlamıştır (Zwijgers ve Van
Rooy, t.y.).
Şekil 4.8 : Milwaukee Sanat Müzesi hareketli güneş kırıcları (Url-30).
Hareketli strüktürlere ilk verilebilecek örnek kablo ve çubuk yardımıyla yapılan
tensegriti strüktürlerdir. Başlarda durağan strüktürler olarak tasarlanan tensegrity
strüktürler, daha sonra kabloların hareketli olmasından ve hiperstatik (fazla bağlı)
sistemler olmalarından dolayı hareket potansiyelleri ortaya çıkartılarak hareketli
sistemlerde kullanılmıştır (Korkmaz, 2012). Hareketli strüktürler yapılarda ana
strüktürden çok, hareketli yapı elemanlarının strüktürlerinde kullanılmaktadır (Şekil
4.8).
48
4.3 Bileşen Yapısına Göre Strüktürler
Bilgisayar destekli tasarımların ve dolayısıyla hesaplamalı tasarım stratejilerinin
gelişmesi ile bu süreçte tanımlanan stratejilerin tasarım süreçlerine entegre edilmesi
açısından yeni ortaya koyulan sınıflandırmalara ihtiyacımız vardır. Strüktürlerin
malzemeden öte geometrik bileşenlerinin, strüktürlerin verimini ve perfomansını
doğrudan etkilediği göz önünde tutulacak olursa, bileşen yapılarının geometrik
açıdan sınıflandırmaları önem kazanmaktadır. Bu noktadan hareketle özellikle
malzeme alanında malzemenin dayanımı açısından, iç yapısındaki bileşenlere göre
kullanılan sınıflama bize strüktürün tasarımının bilgisayar destekli tasarımında yol
gösterici olacaktır. Buradan hareketle, bu tez kapsamında bileşen yapılarına göre
strüktürlerin dört ana başlıkta incelenmesi önerilmiştir.
4.3.1 Fiber(Lifli) strüktürler
Maddeleri oluşturan uzun ve ince ipliksi yapılar lif olarak tanımlanmaktadır.
Kaslarımızın yapısında oluştuğu gibi lifler malzemeye dayanıklılık ve esneklik
getirmektedir. Genellikle kompozit malzeme üretiminde kullanılan lifli yapılar, bir
bağlayıcı madde ile birbirlerine bağlanarak dayanımı sağlamaktadırlar (Şekil 4.9).
Şekil 4.9 : Lifli malzeme yapısı (Url-31).
Buradan yapılacak bir analoji ile aslında betonarme kolon ve kirişlerin içlerinde
kullanılan çelik donatılar bu liflere benzetilebilir. Liflerin beton içindeki
konumlarının değişimi performansı doğrudan etkileyeceği gerçeği bir yanda
dururken bunun hesaplanmasının zorluğu bir yanda durmaktadır. Ancak gelişen
araçlar ve teknolojiler ile liflerin birer düz çubuk değil aslında serbest formlu
geometriler haline gelebileceği fikri gündeme gelmektedir (Şekil 4.10).
49
Şekil 4.10 : Lifli strüktürlere örnek bir yapı (Url-32).
Bu noktadan hareketle aslında o donatıların beton içinde bir donatı değil, kendi
başlarına bir sistem oluşturmaları fikri artık içinde bulunuduğumuz teknoloji ve
araçlarla mümkün hale gelmiştir.
Fiber strüktürler akışkanlık ve esneklik özelliklerini içerdikleri için böyle yapıların
tasarımı sürecinde verimli hale gelmektedirler (Şekil 4.11). Fiber strüktürlerin en
önemli özelliği sistemin birbirinden ayrık olmak yerine tam bir sistem özelliğini
taşıyarak tüm bileşenlerin beraber bir sonuç oluşturan tek bir hareket olduğudur (Sin
J., 2010).
Şekil 4.11 : Fiber Strüktürle tasarlanan bir mekanın tasarım süreci (Url-33).
50
4.3.2 Hücresel(Örgü) strüktrüler
Hücresel strüktürler, hücrelerin yanyana gelerek oluşturduğu yapılar olarak
tanımlanabilir. Diğer bir tanımla bir çerçeve ve boşluklu modülün farklılaşarak ya da
kendini tekrarlayarak oluşturduğu yapılar hücresel ya da örgü strüktürler olarak
tanımlanabilir.
Hücresel strüktürlerde bir bileşen ve bu bileşen üzerinden oluşan bir örüntü söz
konusudur. Sistemin genelindeki örüntüye söz konusu oluşan bileşen, topolojik
değişimler ile örüntüyü daha karmaşık hale getirebilmektedir. Hücresel strüktürler 2
boyutlu, 2.5 boyutlu ve 3 boyutlu olarak incelenebilir. 2 boyutlu hücresel strüktürler,
düzlemsel yüzeyler üzerinden oluşturulan örüntüler ile ortaya çıkar.
Şekil 4.12 : Bal peteklerinin oluşturduğu 2 boyutlu strüktür örneği (Url-34).
Bunlara örnek olarak bal arılarının yaptığı bal petekleri küçük ölçek olarak
gösterilebilir (Şekil 4.12).
2.5 boyutlu hücresel strüktürler ise, tek eğrilikli yada iki eğrilikli yüzeyler üzerinden
oluşmuş olan örüntüler olarak tanımlanabilir. Stuttgart üniversitesinde Hesaplamalı
tasarım ensitüsü ve Yapı Strüktürleri ve strüktür tasarımı enstitüsü işbirliği ile
yapılmış olan ICD/ITKE Araştırma Pavyonu 2011 adlı yapıda kullanılan hücresel
strüktür çift eğrilikli yüzey tanımlayarak oluşturulmuş 2.5 boyutlu strüktürlere örnek
olarak gösterilebilir (Şekil 4.13).
51
Şekil 4.13 : İki eğrilikli yüzeyle tanımlanmış 2.5 boyutlu strüktür (Url-35).
3 boyutlu hücresel stürktürler ise birbirleriyle tamamen bağlı, topolojik olarak kapalı
bir cisim oluşturan strüktürler olarak tanımlanmaktadır (Şekil 4.14).
Şekil 4.14 : Eyfel kulesi 3 boyutlu hücresel strüktürlere bir örnektir (Url-36).
Bugün en basit düzeyde tasarlanan kolon-kiriş (karkas, çerçeve) yapılarından oluşan
yapılar 3 boyutlu hücresel strüktürlere örnek verilebilir. Küçük ölçeklerde malzeme
52
performansı açısından da 3 boyutlu strüktürler üzerine çalışmalar yapılmıştır ve aynı
analoji üzerinden çeşitli çalışmalar yapılmıştır (Şekil 4.15).
Şekil 4.15 : 3 boyutlu hücresel strüktür örnekleri (Url-37).
4.3.3 Tanecikli strüktürler
3 boyutlu uzayda, bileşenlerin geometrik özelliklerine göre yanyana gelerek
büyüyerek oluşan strüktürler olarak tanımlanabilir.
Şekil 4.16 : Çelik kürelerin yan yana gelmesi ile oluşturulmuş bir strüktür (Url-38).
53
Tanecikli strüktürler, hücresel strüktürler gibi ufak parçaların yan yana gelerek
oluşturdukları sistemlerdir. Bu sistemleri hücresel strüktürlerden ayıran özellik masif
bileşenlerden oluşuyor olmasıdır. Tanecikli strüktürler büyük ölçekli strüktürlerde
verimli olmazken, özellikle endüstriyel düzeyde obje tasarımlarında ve sanat
çalışmalarında gözlenebilmektedir. Tanecikli strüktürlere Anish Kapoor’un 2009
senesinde sergilenmeye başlanan Tall Tree & The Eye adlı heykeli örnek olarak
gösterilebilir (Şekil 4.16). Anish Kapoor, bu heykelinde 73 adet yansıtıcı malzeme
ile kaplanmış çelik küre kullanmıştır. Her bir küre 3 boyutlu eksenler etrafında
birbirlerine tutturulmuşlardır ve yapıt kompleks matematik ve strüktürel prensipler
üzerinden şekillenmiştir.
4.3.4 Tabakalı(Lamine) strüktürler
Faklı tabakaların birbirleri ile etkileşim içinde oluşturdukları yapılar, tabakalı yada
lamine strüktürler olarak tanımlanabilir. Tabakalı strüktürleri en iyi anlatacak olan
örnek ZipChair adlı sandalye yapımında kullanılan yapım metodu ve dolayısıyla
ortaya çıkmış olan strüktür çeşididir.
Şekil 4.17 : Tabakalı strüktürlerin farklı tabakalarının formu oluşturması (Url-39).
Şekil 4.17 görseli verilen iki farklı tabaka, bir düz tabakadan CNC yardımı ile
oyularak oluşturulmuştur. Diğer tabaka ise aynı şekilde düz bir tabakadan oyularak
elde edilmiştir. İki tabaka birbiri üzerine tam olarak oturarak yeni eğimli yüzeyin
oluşmasına yardımcı olmaktadır (Şekil 4.18).
Tabakalı strüktürler teknoloji ve araçların gelişimi ile tasarım sürecinde düşünülmesi
gereken, göz önünde bulundurulması gereken birleşen yapısına göre bir strüktür tipi
olarak karşımıza çıkmaktadır.
54
Şekil 4.18 : Farklı tabakaların beraber oluşturdukları strüktürler (Url-40).
4.4 Strüktürel Anlamda Odaklanılan Bütünleşik Tasarım Örnekleri
Tüm bu bahsedilen tasarım stratejilerine örnek olarak, anlatılanlar paralelinde ve
kronolojik sıra üzerinden uygulamadan bazı örnekler verilmiştir. Bu örneklerin
incelenerek anlaşılması, kurgulanan sistemlerin daha sağlam temellere oturması
açısından oldukça önemlidir. Bu yapılar, 1959 senesinden başlayarak 2010 senesine
kadar olan bütünleşik tasarım stratejilerinin örnekleri olarak sunulmuştur. Örnekler
sırası ile: Sidney Opera Binası, Centre Pompidou, Multi Halle Mannheim, British
Museum Çatı Örtüsü, Swiss Ray-Gherkin, Milan E3 Exhibition Centre, Khan Shatyr
Entertainment Centre, Glasgow Museum of Transport yapılarıdır.
4.4.1 Sidney opera binası
1956 senesinde tasarımına başlanılan Sidney Opera Binası yapısı Danimarkalı mimar
Jørn Utzon tarafından tasarlanıp, tasarım sürecinde ise İngiliz strüktür mühendisi
Ove Arup ile işbirliği yapılmıştır. Yarışma sonucu seçilen projenin kabuklarının
geometrisi, matematiksel denklemler ile eşleştirilemediği için, yapı mühendisi ile
daha formun belirlenmesi aşamasında işbirliği başlamıştır (Şekil 4.19).
Önerilen kabukların gerçekleştirilmesi için mimar ve mühendis işbiliği yaparak
kabukların matematik denklemleri ile örtüştürülerek taşıyıcılığı daha bu fazda etüt
edilmiştir.
55
Şekil 4.19 : Kabuk yapıların formu mimar ve mühendisin işbirliği sonucunda
belirlenmiştir (Url-41).
Yapının tamamlanması ile ikonik etkisi sayesinde yapı dönemin önemli yapıları
arasında gösterilmiştir. İkonik etkisinin yanında formun beraber çalışma sayesinde
ortaya koyulması ve fikrin materyalleşmesi mimar ve strüktür mühendisinin beraber
çalışması sonucunda gerçekleşmiştir. İşbirliği açısından bütünleşik tasarım
süreçlerinin ilk örneklerinden olan bu yapıda sadece form değil, formun
materyalleşmesi adına üretime yönelik çalışmalar da yapmışlardır. Bu çalışmalar
esnasında tek katmanlı betonarme kabuk, kaburgalı tek katmanlı parabolik kabuk,
kaburgalı çift katmanlı kabuk, uzay kafes üstü beton panel kaplanmış elipsoid kabuk,
yerinde dökülmüş ya da prekast betonarme kabuk, uzay kafes ark kabuk seçenekleri
düşünülmüştür. Tüm bu olanaklar göz önünde tutulup analizleri yapılarak en sonunda
1961 senesinde küresel geometriyle oluşan yerinde dökme betonarme kabuklar
seçilerek fikir materyalleştirilmiştir. Böylece yapıda tüm kabukların aynı küreden
çıkan kabuklar ile inşa edilmesi ile, kalıpların tekrar tekrar tüm kabuklar için
kullanılması sağlanmıştır (Margolius, 2002).
4.4.2 Centre pompidou binası
1971 yılında tasarımına başlanıp 1977 yılında inşaası yapılan Centre Pompidou
yapısı mimar ve mühendislerin beraber çalışarak ürettikleri bir mimari üründür. Yapı
Renzo Piano ve Richard Rogers tarafından tasarlanmıştır. Tasarım sürecinde
mimarlar, yapı mühendisi olan Ove Arup ile işbirliği yaparak çeşitli yenilikçi
strüktürel çözümlerle kendi tarihsel konjüktürü içinde fazlasıyla öne çıkan bir yapı
ortaya koymuşlardır.
56
Şekil 4.20 : Centre Pompidou da kullanılan gerber kirişleri (Margolius, 2002).
Tasarım sürecinde karar verilen, binanın içindeki mekanik sistemlerin strüktür de
dahil olmak üzere dışarı alınma fikrini, daha bu fikir verilirken yapı mühendisleri ile
çalışarak gerçekleştirmişlerdir. Bu fikri yapı mühendislerinin önerdiği garberette
taşıyıcılar sağlamıştır (Şekil 4.20). 45 metre açıklığa izin veren sistem, yine çelik
malzemesi ve betonun beraber çalışması ile çözülmüştür. Bahsi geçen gerber
kirişleri, kendi fonksiyonlarına ek olarak görsel etki olarak da binanın kendi dönemi
için öne çıkan bir yapı olmasını sağlamıştır (Margolius, 2002).
4.4.3 Multi halle Mannheim binası
Mimar ve strüktür mühendisi olan Frei Otto tarafından 1975 senesinde sergi alanı
olarak tasaralanan Multi Halle Mannheim yapısı, sergi düzeni gerekliliklerini
sağlamak için geniş açıklıkların bulunduğu bir total mekan olarak düşünülmüştür.
Tasarım aşamasında bu amaca ulaşmak için ve yapının geçici bir yapı olması
nedeniyle Frei Otto ahşap bir kabuk tasarlamıştır (Şekil 4.21). Yapının tasarlandığı
dönemde bilgisayar teknolojilerinin fazla gelişmemiş olmasından dolayı Frei Otto
form bulma çalışmasını bilgisayar yerine fiziksel modelle yapmıştır.
57
Şekil 4.21 : Multi Halle Mannheim yapısının taşıyıcı ahşap kabuğu (Url-42).
Günümüzde bilgisayarda yapılan materyalin sahip olduğu taşıma kabiliyetini
tamamiyle verimli kılmak için, kullanılan form bulma tekniğini o zaman için Frei
Otto asılı zincir modeli ile bulmuştur (Şekil 4.22) (Wendland, 2001).
Şekil 4.22 : Fiziksel model ile bulunmuş form (Wedland, 2001).
58
Yapının metal tellerden bir maketini yaparak, sistemin kendi yükü ile yaptığı
deformasyonu gözleyerek ve deformasyonları ters yönlü ele alarak malzemenin sahip
olduğu taşıma kapasitinin maksimum düzeyde kullanılmasını sağlamıştır. Yapının
formu fiziksel model ile belirlendikten sonra, bu form matematik formüllere
dökülerek yapının tam geometrisi bulunmuştur ve bu işlem zamanın bilgisayar
teknoloji kısıtı nedeniyle elle yapılmıştır (Van De Straat, 2011). Yapının modeli
üzerinden Klaus Linkwitz ve takımı tarafından maket üzerinden stereografik
ölçümler yapılarak 3 boyutlu hale getirilerek yapımı için gerekli temsiller ve çizimler
elde edilmiştir (Wenderland, 2001). Bu yapıda kullanılan form çalışması günümüzde
form üretme çalışmaları adı altında literatüre girmiştir. Aslında bugünkü dijital
teknikler ile şekillenmiş form üretme simülasyonlarına bir altyapı oluşturmuştur.
Buraya kadar bahsedilen süreçlerin farklı disipliner bilgilerin tasarım sürecini
zenginleştirdiğini ve daha yaratıcı süreçleri tetikleyen bir etkisi olduğu örnekler
incelendikçe açıkça görülebilmektedir.
4.4.4 British Museum çatı örtüsü
2001 senesinde Foster and Partners tarafından tasarlanmış ve inşaası bitmiş örtü
aşamasında mimarlar strüktür mühendisleri ile çalışarak tasarım sınırları içinde en
uygun olan formu bulmuşlardır (Şekil 4.23).
Şekil 4.23 : British Museum yapısı üzerine yapılan çatı (Url-43).
Bu çalışma sonucu ortaya çıkan ürün British Museum avlusunun üzerini
kapatmaktadır. Dışarıda dikdörtgen formlu eski müze yapısı ve içinde ise dairesel
59
formlu okuma odası bulunmaktadır. Bu iki farklı form bir çatı örtüsüyle
birleştirilmek istenmiştir.
Şekil 4.24 : Süreç içinde gerçekleşen form çalışmaları (Williams, 2001).
Şekil 4.25 : Süreç sonunda gelinen geometri (Williams, 2001).
Bu süreçte Buro Happold mühendislik firması ile işbirliği yapan Foster and Partners
geometrik kısıtların yanında geometrinin strüktür performansını arttırmak üzere
çalışmışlardır (Şekil 4.24 ve Şekil 4.25).
Şekil 4.26 : Strüktürel gridin “mesh relaxation” tekniği ile evrimleşerek strüktürel
bileşen boylarının eşitlenmesi (Williams, 2001).
Bu çalışma bir form çalışması olarak yapılmıştır ve bu ürün tasarımı sürecinde ‘mesh
relaxation’ metodu kullanılmıştır (Şekil 4.26). Bu metod ile her bir strüktür
60
bileşeninin boyları birbirine yaklaştırılarak çift eğrilikli yüzey tanımlayan bileşenler
fabrikasyon kolaylığı için aynı boyutlara getirilmiştir.
4.4.5 Swiss Re – The Gherkin binası
Londra’da Foster and Partners tarafından tasarlanan yapı 2004 senesinde kullanıma
açılmıştır. Bu yapının tasarım sürecinde Foster and Partners bünyesinde bulunan
modelleme ve dijital tasarım süreçleri üzerine özelleşmiş olan ve 1997 yılında
kurulan ‘The Specialist Modelling Group’ bölümü tarafından çalışılmıştır. Bu grup
yapı tasarım sürecinin ilk tasarım aşamasından yapım aşamasına kadar bu yapı ile
ilgilenmiştir. Bu yapıyı diğer yüksek yapılardan ayıran özellikler, formunun diğer
yapılardan farklı olarak silindirik olması, yine bu formun ortada şişkinleşerek en üst
kısmında daralarak noktasal hale gelmesi ve spiral bir formasyonla strüktüre
edilmesidir (Şekil 4.27) (Freiberger, 2007).
Şekil 4.27 : The Gherkin yapısının formu (Url-44).
Bu yükseklikte olan yapılarda karşılaşılan en büyük sorun strüktürün rüzgar yükü ile
zorlanması ve binanın zemine dokunduğu noktada rüzgar kaynaklı oluşan
türbülansların konforsuz bir mekan oluşturması nedeniyle SMG (The Speacialist
Modelling Group) yapının tasarımında matematik formülasyonları üzerine kurgulu
türbülans simülasyonları yapan dijital araçların kullanılmasını önermiştir (Freiberger,
61
2007). Bu simülasyon çalışmaları sonrası ulaşılan çıkarımlar ise yapının formunu
belirlemiştir (Şekil 4.28). Bu çalışmalardan SMG’nin elde ettiği bilgiler ise, yuvarlak
en kesitli bir yapının ve ortasında şişkin olan bir formasyonun rüzgar yüklerini
düşürdüğüdür (Freiberger, 2007).
Şekil 4.28 : Yapının aerodinamik analizi ve smilasyonu (Url-45).
Yapı diğer yandan olabildiğince sürdürülebilir bir yapı olarak tasarlanmak
istenmiştir. Bu doğrultuda yapılan çalışmalarda doğal ışığı tüm binanın içine almak
için dairesel plandan altı adet üçgen daire çıkarılmıştır (Şekil 4.29).
Şekil 4.29 : Katların 5 derece dönmesi ile oluşmuş şaftlar (Url-46).
Böylece alınan ışık binanın çekirdeğine kadar ulaştırılmıştır. Bu noktada oluşan
boşluklar yapı içindeki havalandırmaya da katkıda bulunacak şekilde düşünülmüştür.
Çıkarılan boşluklar yapı içinde üst üste konmak yerine her bir kat planı belirli bir
derece ile döndürülerek havanın hareketini kolaylaştıracak şekilde tasarlanmıştır. Bu
dönme dereceleri ise yapılan analiz ve simülasyonlar sonrasında 5 derece olarak
62
belirlenmiştir (Shen, 2009). Oluşan boşluklar aslında yapı içinde doğal havalandırma
ve doğal ışık için düşey şaftlar oluşturmuştur. Her katın döndürülme dereceleri ise
yapının strüktürünü spiral bir forma götürmüştür.
4.4.6 Qatar education city convention centre binası
Katar’ da Arata Isozaki tarafından tasarlanan yapının 250 metrelik giriş cephesinde
düşünülen örtünün taşıyıcısı mühendislerle birlikte çalışılarak, daha tasarım
sürecinde formun belirlenmesi aşamasından başlayarak üretim sonuna kadar işbirliği
yapılmıştır. Katar bölgesine özel Sidra ağacından yola çıkılarak hedeflenen tasarımda
ağaç şeklinde strüktür oluşturulması planlanmıştır (Şekil 4.30). Bu strüktürün
belirlenmesinde EESO(Extended Evolutionary Structural Optimization) tekniği ile
evrimsel strüktür optimizasyonu kullanılmıştır (Şekil 4.31) (Burry, 2010).
Şekil 4.30 : Katarda tasarlanan örtünün ağaç strüktürü (Burry, 2010).
Bu araziye ve materyal koşullarına göre en iyi mekanik performansı verecek olan
strüktürü en az malzeme ile sağlayan durumun çözümü ile taşıyıcının formu
belirlenmiştir. Yere iki noktadan yükleri iletmekte olan strüktür 100 metre açıklıkta
performansını yerine getirmektedir. Bu heykelsi form bilgisayarda gerçekleşen
döngüsel hesaplamalar sonucunda elde edilmiştir.
63
Şekil 4.31 : Bilgisayar destekli hesaplanan form (Burry, 2010).
64
Bir bloktan eksiltilerek yapılan hesaplama sonucu geri kalan form taşıyıcıyı
oluşturmaktadır. Gereksiz malzeme kullanımı azaltılarak minimum malzeme ile
strüktürel performans sağlanmaktadır (Burry, 2010).
Şekil 4.32 : Strüktürel kesitlerin belirlenmesi (Burry, 2010).
Formun bulunmasından sonra Buro Happold projede devreye girerek bu strüktürün
oluşması için fabrikasyon sürecinde harcamaları minimize etmek için altıgen kesitli
taşıyıcılar üzerine kaplanmış saç profiller ile tasarımı materyalleştirmiştir (Şekil
4.32). Her biri birbirinden farklı panelleri yerlerine yerleştirmek için panellerin her
biri üzerine yapılan etiketleme yöntemine gidilmiştir (Burry, 2010).
Tasarımın en başından sonuna kadar yapılan işbirliği ve teknolojinin doğru yönlerde
kullanılması
ile
geometrik
sınırları
zorlayan
fikirlerin
ve
ideallerin
materyalleşmemesinin ihtimalleri gittikçe düşmektedir. Bu sayede daha yenilikçi ve
yaratıcı süreçlerin doğması çok zor olmayacaktır.
4.4.7 Glasgow museum of transport binası
Zaha Hadid Architects tarafından tasarlanan yapının ilk tasarım aşamasından
başlayarak Buro Happold mühendislik grubu ile çalışılmıştır. Yarışma sonucunda
seçilerek ödül almış yapının ilk önerileri serbest formlu (free-form) olarak
sunulmuştur (Şekil 4.33). Bu aşamadan başlanarak mühendisler ile çalışan mimarlar
yapının gerçekleşmesi için diğer bir deyişle, fikirlerini materyalleştirmek için
parametrik bir yaklaşım izlemişlerdir. Mimarlar tarafından önerilen form,
mühendisler ile birlikte çalışılarak parametrize edildikten sonra strüktürel performans
değerlerine göre formun en optimum çözümü diğer örneklerde olduğu gibi elde
edilmiştir.
65
Şekil 4.33 : Glasgow Museum of Transport (Url-47).
Bu noktadan başlayan tasarım sürecine yansıyan parametrik dil, mühendisler ve
mimarların kendi aralarında tasarım sürecinde form, strüktür ve diğer katmanların
tasarımının işbirliğini arttırmıştır. Hatta bu parametrik dil, tasarım sürecinin dışına da
çıkarak üretim safhasına kadar yansımıştır.
Şekil 4.34 : Yapının strüktür tasarımı (Kocaturk ve Medaujub, 2011).
66
Tasarım ve üretim sürecinde kullanılan parametrik dil, yapıda kullanılan yapı
bileşenlerinin
üretimlerini
kolaylaştırarak
sayısal
üretim
yöntemlerinin
kullanılmasını sağlamıştır. Geometrik sınırları zorlayan bir proje olarak karşımıza
çıkan bu projede üretim aşamasının parametrik dille kurgulanması da daha üretken
ve verimli bir süreci meydana getirmiştir (Kocaturk ve Medaujub, 2011).
Bu yapının tasarımında sergi alanları kolonsuz olarak düşünülmüştür ve geometrinin
sınırları zorlayan bir formu olduğu için, formun kararı Buro Happold ile çalışılarak
gerçekleştirilmiştir. Katlanmış plak tektoniği kullanılarak gerçekleştirilen yapının
serbest formlu olması ile her bir strüktür bilşeninin birbirinden farklı olması
sebebiyle
projenin
gerçekleştirilmesi
dijital
araçlarla
kolaylaştırılmıştır
(Mangelsdorf, 2010). Katlanmış plak tektoniğinin kullanılmasına mühendisler ile
daha
yarışma
aşamasında
karar
verildiğinden,
daha
sonraki
adımların
gerçekleştirilmesi daha az sorunlu ve daha üretken ve verimli bir süreç doğurmuştur
(Şekil 4.34). Tüm bu kullanılan metodlar ve ortaya koyulan ürün günümüzde serbest
formun mükemmel bir stürktür olarak kullanılmasına ve mimari bir formun sunduğu
geniş
potansiyellere
örnek
olarak
67
gösterilmektedir
(Oxman,
2010).
Çizelge 4.1 : Strüktür Odaklı Tasarım Ürünleri Tablosu
Yapının
Görseli
Projenin İsmi
Sidney Opera
Binası
Taşıyıcı
Sistem
Malzemsi
Çelik ve
Beton
Yük Etkisine
Hareket Kab.
Göre Taşıyıcı
Göre Taşıyıcı
Sınıflandırması Sınıflandırması
Yüzey aktif
Durağan
Yılı
Mimar ve
Mühendisi
Amaç
Araçlar
1958
J. Utzon ve
O. Arup
Strüktürel form
bulma
Matematiksel
modeller
R. Piano, R. Esnek mekan
Vektör aktif
Rogers ve
kullanılması
G.Franchini
C.
Strüktürel form
Fiziksel
Vektör aktif
Mutschler,
bulma
maket ve asılı
J. Langner
zincir modeli
ve F. Otto
Foster +
Strüktürel form
Evrimsel
Vektör aktif
Partners ve
bulma
yaklaşımlar
Buro
Happold
Foster+Part
Aerodinamik
Analiz
Yükseklik aktif
ners ve
performans
araçları ile
Arup
için form
değerlendirme
bulma
A. Isozaki Strüktürel form
Evrimsel
Kesit aktif
ve RHWL
bulma
yaklaşımlar
Architects
Zaha Hadid
Serbest form
Parametrik
Vektör aktif
Architects
üretme
yaklaşımlar
Centre
Pompidou
Çelik
1971
Multihalle
Mannheim
Ahşap
1978
The British
Museum
Çelik ve
Beton
2001
Swiss Re
Çelik
2001
Katar Eğitim
ve Konferans
Merkezi
Glasgow
Trans.
Museum
Çelik
2009
Çelik
2010
68
Bileşen Yap.
Göre Taşıyıcı
Sınıflandırması
Fiber Yapılı
Durağan
Hücresel Yapılı
Durağan
Hücresel Yapılı
Durağan
Hücresel Yapılı
Durağan
Hücresel Yapılı
Durağan
Fiber Yapılı
Durağan
Hücresel Yapılı
5. STRÜKTÜR TASARIMINDA HESAPLAMALI STRATEJİLER
Tasarımcılar günümüzde dijital yaklaşımlar kullanarak tasarım şemaları geliştirmeye
yönelmektedirler ve sistemin malzeme özellikleri gibi saklı kalmış gibi gözüken
özelliklerini bu aşamada göz ardı etmektedirler. Geometrilerin hesaplanmasından
sonra yukarıdan aşağı(top-down) yöntemli mühendislik ile bulunan formların üretim
ve malzeme çözümleri ortaya konmakta, dolayısıyla alt bileşenler tasarımın başında
yok sayılarak tam bir sistem tanımlanamamaktadır (Fleischmann ve Menges, 2012).
Alt bileşenlerin sistemin bir parçası olarak tasarım sürecinin en başından
düşünülmesi tasarımların daha verimli, yenilikçi ve yaratıcı olmasını sağlayacaktır.
Tasarım
sürecinde,
karmaşıklaştırmaktadır.
sistemi
Ancak
alt
bileşenleri
sahip
ile
olduğumuz
birlikte
teknoloji
düşünmek
ve
süreci
araçlar
bu
karmaşıklıktaki problemlere çözüm üretme yeteneğine sahiptirler. Buradan hareketle,
mimari son ürünün asıl omurgasından bahsettiğimiz strüktür katmanının tasarımında
yani mimari tasarımın ana katmanlarının en başında gelen strüktür tasarımında
hesaplamalı stratejileri kullanmamız gerektiği bir gerçek olarak karşımıza
çıkmaktadır.
Strüktür tasarımının, tasarım süreçlerinde önemli bir katman olmasının ve bu
katmanın tasarımında tanımlanabilecek çeşitli stratejilerin ortaya koyulması ise
tasarım sürecini daha anlaşılır hale getirecektir.
5.1 Strüktürde Geometri
Strüktür tasarımında geometri bileşeni; temsil, analiz ve yapım için gerekli en temel
bileşen olarak karşımıza çıkmaktadır. Strüktür sistemlerinin sınıflandırılmasının
aslında geometrik ilişkilere ve dolayısıyla sistemlerin davranışlarına dayalı olması,
geometri bilşeninin önemini göstermektedir. Heino Engel, mimaride strüktürel formu
geometriye atıf yaparak, farklı denge durumları boyunca diğer yönlerdeki yeniden
69
yönlendirilen gelen kuvvetlerin yapılarının fonksiyonlarından çıkarılan teknik
şekiller olarak ifade etmektedir (Engel, 2004).
Bunun yanında geometri, Pearson tarafından bir kuvvetler diyagramı olarak form,
yapı sistemleri tasarımı için önemli yol gösterici bir fikir olarak tanımlanmaktadır
(Pearson, 1990). Strüktür sistemleri, geometrik ilişkilerin ışığında gerçekleşen
kurgular olarak çizgilerin, düzlemlerin ve katıların tanımını yapmaktadır. Dolayısıyla
strüktür sistemlerinin konfigürasyonları, mimari tasarım aşamasında önemli bir
unsurdur. Strüktür tasarımında, dolayısıyla mimari tasarımda geometrinin üç önemli
fonksiyonu olduğunu söyleyen Heino Engel bu fonksiyonları şöyle sıralamıştır:
•
Tasarımın sonuçlarını görülebilir yapmak için bir araç ve ortam hazırlar,
•
Strüktür fikirlerinin üretimi için prototip şekiller ve sistemler kataloğu
hazırlar,
•
Uzayın ve onun kurallarının keşfi için bilimsel bir taban oluşturur (2004).
Bu üç fonksiyonun diğer bir okuması ise temsil, yapım dökümantasyonu ve analiz
ortamı olarak yapılabilir.
Geometrinin strüktür tasarımı için bu kadar önemli olması, geometrinin sahip
olduğumuz dijital araçlarla entegrasyonu açısından önemini de vurgulamaktadır.
Dijital araçlar hali hazırda analiz ve temsil açısından ihtiyaçlarımızı karşılar
durumdadırlar. Ancak Engel’in de bahsettiği prototip şekilleri örnek tabanının
hazırlanması işini daha derinleştirmek, dolayısıyla süreci zenginleştirmek adına sahip
olduğumuz teknolojilerin bütünleşmesi bu aşamada önemlidir.
5.2 Öz örgütlenme
Örneklerin
ve
prototiplerin
hazırlanması
konusunda
hesaplamalı
tasarım
stratejilerinin ve araçlarının kullanılması tasarım süreçlerini yukarıda bahsedilen
çerçevede zenginleştirecektir.
Öz örgütlenme bu kapsamda üzerine konuşulması gereken bir kavram olarak
karışımıza gelmektedir. Öz örgütlenme, başta düzensiz olan bir sistemin bileşenleri
arasında gerçekleşen lokal ölçekteki etkileşim ile ortaya çıkan global ölçekteki
formun belirme süreci olarak tanımlanmaktadır. Öz örgütlenme sürecinde, sistem bir
etmen tarafından ya da bir sistem tarafından kontrol edilmezken, süreç fizik
70
kanunları ve matematiksel ilişkiler çerçevesinde gerçekleşmektedir. Ancak ilk
başlangıç koşulları bir etmen tarafından tetiklenebilir. Öz örgütlenme, merkezi bir
süreçten daha çok lokal ilişkilere dayalı olduğu için merkezi olmayan bir süreç
olarak karşımıza çıkmaktadır. Özörgütlenme üç temel maddeye dayanmaktadır:
•
Güçlü, dinamik, doğrusal olmayan pozitif ve negatif geri bildirimler,
•
Problemlerde faydalı bilgi ve keşfe dayalı bilginin dengesi,
•
Çoklu etkileşimler(Bonabeau ve diğerleri, 1999).
Merkezi olmayan ve lokal ilişkilerin resmin bütününü oluşturduğu bu süreç, belirme
kavramının dolayısıyla tahmin edilemeyen sonuçların oluşmasına açık bir süreçtir.
Bu süreçte öz örgütlenen sistem, sınırları çizilen ve tanımları konmuş çerçevede
denge noktasına yani sistemin potansiyelinin 0 olduğu noktaya yaklaşmaya
çalışmaktadır. Bu noktaya ulaşırken ise lokal ilişkiler, bir çok farklı tahmin
edilemeyen sonuç ürettiğinden dolayı süreç zenginleşmektedir.
Strüktür tasarımında ise Heino Engel geometrinin katalog ve prototip hazırlanması
için önemli oluğunu söylemektedir; bu doğrultuda öz örgütlenme süreçlerinin
geometrinin değerlendirilmesi aşamasında süreçleri zengileştireceğini söylemek
yerinde olacaktır(Engel, 2004).
5.3 Deterministik ve Stokastik Yaklaşımlar
Deterministik ve stokastik yaklaşımlar tasarım problemlerinin çözümlerinde her
zaman yer almış iki farklı yaklaşımdır. Modern çağın başlaması ile deterministik
yaklaşımlar popüler bir yaklaşım olarak problem çözümlerinde kullanılmaktaydı.
Tasarım süreçlerinde deterministik yaklaşımların kullanımı tasarımcıları belirli ve
sabit çözümlere götürmekteydi, çünkü deterministik yaklaşımlarda rastgelelik
kavramının yeri yoktur. Deterministik çözümler parametrelere bağlı olarak tek
çözüm üretmektedir, yani parametreler değişmedikçe bu yaklaşımda sonuç da
değişmemektedir.
Diğer yandan deterministik olmayan çözümler rastgelelik kavramını barındırdığı için
her döngü farklı bir çözüm üretmektedir. Tasarım süreçlerinde deterministik olmayan
yaklaşımların kullanımı farklı çözüm kümelerinin oluşmasına imkan vermektedir.
Dolayısıyla çözüm kümesini genişleten bu yaklaşımlar, tasarım süreçlerini daha
71
üretken, zengin hale getirmektedir ve süreç boyunca tasarımcıya sınırların ötesine
geçme imkanı vermektedir (İpek ve diğerleri, 2012).
Deterministik ve stokastik yaklaşımların farkını ortaya daha açık bir şekilde koymak
için bir küpün içini dolduracak bir geometrinin tasarımını hayal edelim. Geometrinin
tasarımı deterministik bir yakaşım ile geometrik kurallar üzerinden tanımlamaya
gidildiğinde, kuralların tanımlanması için tasarımcının son ürünü tasarım sürecinde
zihininde oluşturması gerekmektedir. Geometrinin tasarımı zihninde oluşturulduktan
sonra algoritmik düşünce ile kurallar tanımlanarak sonuç ürün oluşturulmaktadır.
Şekil 5.1 : Deterministik ve deterministik olmayan süreçler (İpek ve diğerleri, 2012).
Diğer taraftan stokastik yaklaşımlarda, tasarımcı sonuç ürünü zihninde oluşturmadan,
ve dolayısıyla geometrik kuralları belirlemeden, sistemin bileşenlerinin davranış
kurallarını koyarak oluşturulan bir süreç gerçekleştirebilir. Deterministik olmayan bu
yaklaşımla oluşturulan bir tasarım sürecinde, sistemin bileşenleri geometriyi
oluşturmak adına simüle edilebilir. Böylece, süreç boyunca her döngü farklı bir çıktı
oluşturarak daha geniş ve zengin bir tasarım çözüm kümesi oluşturur; tasarım
sürecini üretken bir hale getirir (Şekil 5.1).
5.4 Strüktürde Örüntü
Strüktürlerin davranışlarını belirleyen geometri, yüklerin nasıl iletildiğini gösteren
temsiller olarak görülürken, diğer bir yandan temsillerin yüklerin nasıl iletildiğini
belirten kıstaslar olduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Söz gelimi, bir çatının kırma
çatı olmasını söylerken aslında yüklerin çatının eğimi ile aktarılacağını, teras çatı
olmasını söylerken yüklerin yatay olarak aktarılacağını anlatmaktayız.
72
Strüktürlerin davranışlarının, geometrik temsiller ile tanımlanması aslında strüktürün
oluşturduğu örüntünün, strüktürün davranışını temsil ettiğini göstermektedir. Bu
noktada, oluşturulan örüntüler, strüktürün genel davranışını belirleyen norm olarak
ortaya çıkmaktadır. Bu tez kapsamında, strüktürel örüntülerin oluşturulması adına,
strüktür geliştirmede hesaplamalı stratejiler bağlamında dört farklı yöntem
incelenmiştir.
5.4.1 Evrimsel süreç: genotip-mutasyon-fenotip
Sütrüktürel örüntülerin oluşturulmasında, evrimsel yaklaşımların genotip ve fenotip
analojilerinin kullanıldığı stratejiler bu bölümde incelenmektedir. Genotip biyolojide
organizmanın taşıdığı genetik özellikler olarak tanımlanırken, fenotip ise genotiplerin
fiziksel dışa vurumu olarak tanımlanmaktadır. Bu stratejilerde bir genotip
tanımlanmaktadır
ve
geçirdikleri
evrim
sonucunda
fenotip
oluşmaktadır.
Hesaplamalı strateji olarak bu stratejide, genotip geometrik bir gride karşılık
gelirken, üzerine uygulanan deformasyonlar süreçte evrim olarak tanımlanabilir.
Arkasından oluşan yeni formasyon, oluşan yeni örüntü fenotipe karşılık gelmektedir.
Mutlu, tezinde genotipin evrim sürecinde tanımlanan vektör alanlarıyla mutasyona
uğraması sonucu yeni fenotiplerin belireceğini söylemiştir (Mutlu, 2010). Burada
vektör alanları, matematikte kullanılan vektörler bütünü olarak bahsedilmektedir.
Sözü geçen vektör alanları tasarımın perfomans özelliklerini arttıracak şekilde
tanımlanabilmektedir ve dolayısıyla tasarımın performansını arttırarak bütünleşik bir
tasarım süreci karakteristiği göstermeye başlamaktadır.
Vektör alanlarının farklı şekillerde ve farklı kriterlere göre tanımlanması, evrim
sürecini tanımladığı için süreç sonunda oluşacak olan fenotiplerin, yani strüktürel
örüntülerin farklı fenotipler olmasına sebep olacaktır (Şekil 5.2).
Şekil 5.2 : Genotip-evrim-fentotip sürecinin diyagramatik anlatımı (Mutlu, 2010).
73
Evrim sürecinde oluşturulacak bazı mutasyonlar ile fenotip havuzunun değişkenlik
skalası genişletilebileceği gibi, çok farklı fenotiplerin belirmesi de söz konusu
olacaktır. Süreçteki mutasyonlar, rasyonel ve fiziksel kanunlara dayalı kurallar
olabileceği gibi, ihtimal dahilinde mutasyonlar sezgisel kurallar çerçevesinde
tanımlanabilmektedir. Sezgisel verilerin sürece dahil edilmesi sistemin kontrolünü,
sistemin kuralları dışına taşıyacağından daha zengin süreçler oluşmasına ihtimal
vermektedir.
5.4.2 Kuvvet akış çizgileri
Kuvvet akış çizgileri metodu, strüktürel örüntülerin strüktürel performans odaklı
şekillendirilmesi için kullanılabilecek diğer bir hesaplamalı stratejidir. Bu metodda
strüktürel örüntü, yükler ve onların sistem üzerindeki akışlarından yola çıkarak
oluşturulur. Sisteme etkiyen yüklerin sistem üzerindeki optimum yolları hesaplanır
ve tasarımcıya strüktürel performansa dair bilgiler ile geri besleme yapılır. Mutlu,
kuvvet akış çizgileri metodunun, genotip ve fenotip metoduna göre daha çok beliren
bir karakteristikte olduğunu ve genotip bilgisinin gerekmediğini söylemektedir
(Mutlu, 2010).
Şekil 5.3 : Tanımlanmış geometri üzerinden oluşan akış çizgileri (Url-48).
74
Bu strateji verilen bir verinin manipülasyonundan daha çok, verilerin işlenip daha
başka bir bilgi üretilmesi süreci olarak tanımlanabilir.
Bu sistemde yüklerin iletildiği noktaların üç boyutlu uzayda bir konfigürasyon olarak
tanımlasına ek olarak yüklerin akış yönlerini belirtecek mesnetler çekim noktaları
olarak tanımlanması gerekmektedir. Böylece yüklerin hareketlerini oluşturacak olan
vektörlerin hesaplanması için gerekli ortam hazırlanmış olmaktadır. Bu noktada
sürecin içine dahil edilen strüktürel analiz verisi, vektörlerin gerçekçiliğini arttırarak
sistemin gerçek bir modele yaklaşmasını sağlamaktadır (Şekil 5.3).
Sürü davranışlarını simüle eden algoritmalar gibi, herbir yük noktasından etmenlerin
mesnetlere doğru hareketleri ile oluşturulan kuvvet akış çizgileri, tasarımcıya
strüktür tasarımına ilişkin performatif bilgileri eş zamanlı olarak sağlayarak tasarımın
performans odaklı ve bütünleşik bir tasarım süreci olarak tanımlanmasını
sağlamaktadır.
5.4.3 Malzeme eksiltme
Malzeme eksiltme yöntemi, evrimsel algoritmaların kullanıldığı bir hesaplamalı
strüktür tasarım stratejisidir. Üretken yanının olmasıyla birlikte optimizasyon
kavramını içinde barındıran bir tekniktir. Evrimsel strüktür optimizasyonu
(Evolutionary Structural Optimisation) olarak da bilinen bu teknik, tekrarlanan
döngülerle malzemenin strüktürel performansına göre azaltılması ile çalışan bir
yöntemdir.
Bu yöntem 1990 ların başında ortaya atılırken temel konsept gereksiz malzemelerin
her bir döngüde yavaş yavaş eksiltilmesiyle tanımlanırken, daha sonra bu yöntem
gerekli mazlemelerin azaltılması ve gereken yerlere ek malzeme eklenmesi olarak
geliştirilmiştir (Huang ve Xie, 2007).
Bu teknik tasarımcıya, materyal odaklı verimliliği sunarken aynı zamanda strüktürün
gerekli formunun belirmesini sağlamaktadır. Mesnet koşulları ve yükleme koşulları
tanımlanan geometri üzerinden gerçekleşen malzeme eksiltme, yerel gerilmelere
bağlı
olduğu
için
materyal
verimini
optimizasyonuna izin vermektedir (Şekil 5.4).
75
arttırarak
strüktürel
performansın
Şekil 5.4 : Zamanla eksilen malzeme ve strüktür sisteminin belirmesi (Huang ve Xie,
2007).
5.4.4 Çoğalan yapılar
Çoğalan yapılar metodu, diğer metodlara göre daha bütüncül bir yaklaşımdan daha
çok bileşen bazlı bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Diğer yaklaşımlara göre
tersten bir yol izleyen bu yöntemde göz önünde bulunudurulan belirlenmiş bir
bileşenin, strüktürel stabiliteyi performans açısından değerlendirmenin yanında
bileşenlerin büyüme kapasitelerini göz önüne alan bir yaklaşımdır. Böylece oluşan
çözüm kümesi sadece strüktürel performansla değil, aynı zamanda bileşenlerin
birleşim ve büyüme potansiyellerine göre şekillenmektedir (Şekil 5.5).
Şekil 5.5 : Bileşenin farklı mesnet noktalarına göre büyümesi (Mutlu, 2010).
Bileşenler büyüme potansiyelleri doğrultusunda ve mesnetlere ulaşacak şekilde
büyürken, bileşenlerin sistem üzerinde bulundukları konuma bağlı olarak lokal
verilere göre deforme olmasıyla strüktürel performans sağlanmış olur. Örneğin,
76
mesnete yakın bölgelerde moment streslerinin artmasına bağlı olarak, momentin
karşılanması doğrultusunda bileşenlerin geometrisi büyümektedir (Mutlu, 2010).
5.5 Maddeleşme ve Yapım
Mimari tasarım sürecinde oluşan ürünlerin fiziksel ürünlere dönüşmesi ile son ürün
elde edilmektedir. Yapım süreci ve tasarım süreci birbirlerinden ayrı gözükseler de,
günümüz yaklaşımlarında birbirlerinin ayrılmaz parçası haline gelmişlerdir. Bu
ayrılmaz bütünlüğü, William Mitchell ‘mimarların inşaa edebildiklerini çizdikleri ve
çizebildiklerini inşaa ettikleri’ sözleriyle ifade etmiştir (Mitchell, 2001).
Günümüzde gelişen yapım teknolojileri, mimarlara nelerin yapılabileceğini
göstererek tasarım süreçlerinde o teknik bilgileri kullanmasını sağlamaktadır.
Dolayısıyla tasarım süreçlerinde, mimarın neler yapılabileceğini düşünmesini
sağlayan araçlar haline gelmişlerdir. Böylece yapım süreçleri ve tasarım süreçleri
daha bütünleşerek tasarımcıyı bütünleşik düşünme yöntemlerini kullanmaya
itmektedir.
Şekil 5.6 : Guggenheim Bilbao müzesi (Url-49).
Branko Kolarevic, dijital araçların yapım süreçlerinde kullanılması ile bina
tasarımında yapılabilirliğin, hesaplanabilirliğin direkt bir fonksiyonu haline
77
gelmesinden bahsetmektedir ve üretim süreçlerinin, yeni geometrilerin tektonik
araştırmaları için zengin imkanlar sunduğunu öne sürmektedir (Şekil 5.6) (Kolarevic,
2003).
Üretim teknolojileri için bir çok taksonomi yapılmıştır (Sass ve Oxman, 2006). Bu
taksonomilerden birini oluşturan Branko Kolarevic üretim teknolojilerini 4 ana başlık
altında incelemiştir. Bunlar 2 boyutlu üretim, Çıkarmalı üretim, Eklemeli üretim ve
Biçimlendirici üretim teknolojileri olarak sıralanmaktadır.
5.5.1 Lazer teknolojisi - 2 boyutlu üretim teknolojileri
Lazer teknolojisi genellikle iki boyutlu üretimin imkan dahilinde olduğu teknolojidir
(Kolarevic, 2003). Bu teknolojilerde bir çok farklı yöntem ve araç kullanılmaktadır
ve bunlardan en yaygın olanı lazer ve su jeti kesicileri olarak karşımıza
çıkmaktadırlar. Levha şeklinde üretime giren işlenmemiş madde, bilgisayarlı kontrol
sayesinde
istenilen
şekillerde
yüksek
prezisyonlarda
kesim
işlemine
tabi
tutulmaktadırlar (Şekil 5.7). Maddenin dayanım ve malzeme özelliklerine göre,
yukarıda bahsedilen farklı araçlar kullanılmaktadır. Bu araçlar 2 boyutlu hareket
teknolojisi sayesinde üretimleri gerçekleştirmektedirler.
Şekil 5.7 : Kesim yapan lazer kesici (Url-50).
78
5.5.2 CNC teknolojisi - eksiltmeli
Çıkarmalı üretim, katı bir cisimden belli bir hacmin çıkartılması ile oluşturulan yeni
cisimlerin üretim teknolojisidir. Matkap ucu ile minimum üç yönlü maksimum beş
yönlü
hareket
kabiliyetleri
ile
3
boyutlu
hareket
yaparak
üretimi
gerçekleştirmektedirler. İki yönlü hareket kabiliyetinin yanında bu düzleme dik
üçüncü bir hareket kabiliyeti gelmesi ile 3 eksenli hale gelen üretim araçları, iki
eksenli dönme hareketleri ile 5 eksenli araçlar haline gelmektedirler.
Şekil 5.8 : Üç eksenli ve beş eksenli üretim araçları (Kolarevic, 2003).
Matkap ucunun uzaydaki hareketleri üretilecek forma göre hesaplanarak, matkap
ucunun bu yolları takip ederken malzemeyi oyması işlemi ile formların dijital
modellerinden fiziksel gerçek modellerini üretmek mümkün olmaktadır (Şekil 5.8).
5.5.3 Hızlı prototipleme teknolojisi - eklemeli
Eklemeli üretim, eksiltmeli üretimin tam tersi olarak, malzeme ekleyerek oluşturan
araçların teknolojileridir. Bu teknolojide malzeme katman katman eklenerek tüm
form katmanlar halinde oluşturulur. Bilgisayar ortamında oluşturulmuş dijital model
bir düzlem yardımıyla, bu düzleme paralel olacak şekilde katmanlarına ayrılır. Bu
katmanların dış konturları her bir katmanda üretim aracının uzayda çizmesi gereken
yolu temsil etmektedir. Geometri üzerinden tanımlanan yolları takip eden araç,
ağızlığından malzemeyi yol üzerinde bırakarak modelin fiziksel halini oluşturur. Bu
araçlar yardımıyla farklı malzemeler eritilerek üretim, çeşitli malzemelerle mümkün
olmaktadır.
79
5.5.4 Formatif teknolojisi
Formatif üretim teknolojilerinde, mekanik kuvvetler objelerin üzerine uygulanarak
şekillerinin ısı, buhar gibi ek etkilerle yeniden verilmesi teknolojisidir. Bu üretim
teknolojisine örnek olarak çeliklerin ısı ile ve eğme makinalarında yeniden
şekillendirilmesi verilebilir. Bu teknolojilerde mekanik kuvvetler objelerin
formlarına göre bilgisayar tarafından kontrol edilerek yine hassasiyeti yüksek
üretimler elde etmek mümkündür.
5.5.5 Robot teknolojisi
Robot teknolojisinin mimarlık alanında kullanımı, endüstriyel üretimde robot
teknolojisinin kullanımının yaygınlaşması ve verimliliğinin artması ile başlamıştır.
Özellikle otomobil sanayide kullanılan robot kolların yaptığı montaj, çok bileşenli
tasarımların üretiminde bir ilham kaynağı olmuştur. Altı eksenli olan robot kolları ile
çok karmaşık bileşenli tasarımların montajları ve birleştirilmesi dijital araçların
gelişmesi ile mümkün hale gelmiştir (Şekil 5.9).
Şekil 5.9 : Robot kolun tuğlaları farklı konfigürasyonlarda dizimi (Url-51).
Çok bileşenli ve karmaşık konfigürasyonlarda oluşan tasarımların üretiminde
kullanılmaya başlanılan robot teknolojisi, sadece robot kollarla sınırlı kalmayıp son
zamanlarda minyatür robot helikopterlerin üretim teknolojisinde kullanılmasıyla
sınırları gün geçtikçe genişlemektedir.
80
6. STRÜKTÜR ODAKLI BÜTÜNLEŞİK TASARIM ÖNERİSİ
Strüktürel performansın, tasarım sürecine dahil edildiği yöntemler, hesaplamalı
yaklaşımlarla birlikte değerlendirilerek bütünleşik tasarım süreçlerine bir öneri teşkil
etmektedir. Tezin bu bölümünde buraya kadar anlatılanlar çerçevesinde, hesaplamalı
tasarım yaklaşımlarıyla strüktürel performansı tasarım sürecine odak nokta olarak
alan bütünleşik bir tasarım süreci ve geliştirilen tasarım önerisi anlatılmıştır.
Bu öneri model, geometri ve strüktürel performans arasında oluşan ilişkileri göz
önünde tutmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Ortaya koyulan tasarım konusu,
strüktürel elemanların tasarımına, hesaplamalı bir yaklaşım olarak karşımıza çıkan
evrimsel yaklaşım prensiplerine dayalı alternatif bir tasarım sürecini içermektedir.
Bu tasarım süreci içerisinde, hücresel strüktür sistemlerini baz alarak onların
geometrileri
ve
strüktür
performansları
üzerine
kurgulanmış̧
bir
senaryo
hedeflenmiştir (Şekil 6.1).
Şekil 6.1 : Bütünleşik tasarım çerçevesi
Bu
çalışma,
çeşitli
geometrik
deformasyonlarla
taşıyıcılık
performansının
birleştirilerek karmaşık örüntüler ile sağlanmış bir performans ortaya koyma
yaklaşımını içermektedir.
81
6.1 Problemin Tanımı:Örtü Tasarımı
Bu çalışma için, tasarım problemi olarak örtü tasarımı seçilmiştir. Problemin çözümü
bütünleşik tasarım kapsamında ele alınmıştır. Strüktürel performans, sürecin odak
noktası olarak alınıp süreç içinde hesaplamalı stratejiler kullanılarak tasarım
problemine çözüm getirilmiştir.
6.2 Form Oluşumu ve Öneri:
Tasarım probleminde örtünün formu, geometrik koşulların en fazla zorlandığı ve
Euclid geometrisinin dışına çıkan çift eğrilikli yüzey olarak ortaya konulmuştur.
Form, Rhinoceros 3 boyutlu modelleme yazılımında NURBS yüzey tanımları
kullanılarak tanımlanmıştır (Şekil 6.2).
Şekil 6.2 : Rhinoceros yazılımında tanımlanan geometri
Tanımlanan örtü bu aşamada sadece bir geomerik temsil olarak tarif edilmiştir. Bir
yüzey formasyonu olarak oluşturulmuştur ve üzerinde strüktürel artikülasyon
bulunmamaktadır.
6.3 Formun Performans Analizi: Statik Strüktür Analizi
Rhinoceros yazılımında tanımlanan geometri, Autodesk Robot strüktür analiz
yazılımına geometrik temsil olarak aktarılmıştır. Bu yazılımda geometrik temsil, tek
bir malzeme ve monolitik bir taşıyıcı olarak, aynı zamanda 4 köşesinden ankastre
82
mesnetli bir şekilde analiz edilmiştir. Verilen yükler altında hesaplanan gerilme
değerleri ve buna bağlı geometri deformasyon değerleri hesaplanmıştır (Şekil 6.3).
Bu bilgilerin girilmesi, yüzeyin üzerinde oluşan stres dağılımını hesaplamak için
gerekli verilerdir.
Şekil 6.3 : Analiz süreci sonucu oluşan stres haritasının zamanla
değişimi
Yazılım içinde kullanılan bilgiler ve geometrik temsile dayalı olarak, tanımlanan
yüzey üzerinde oluşan stres dağılımı hesaplanmıştır. Stres dağılımı yüzey üzerinde
renklerle temsil edilmektedir. Bu renkler mavi ve kırmızı renkleri arasında bir
skalada dağılmaktadır. Aslında her bir renk kodu stres değerlerini vermektedir. RGB
renk kodunda Red, Green, ve Blue değerlerinin sayısal değerlerinin toplamının fazla
83
olduğu yerler gerilmenin az olduğu yerlere tekabül ederken, değerlerin toplamının az
olduğu yerler stresin fazla olduğu noktalara işaret etmektedir (Şekil 6.4).
Şekil 6.4 : Strüktür analizi sonrası oluşturulan stres haritası
Diğer bir deyişle, siyah beyaz üzerine indirgenen renklerde parlaklığın fazla olduğu
noktalar stresin az olduğu yerleri göstermektedir ve parlaklığın az olduğu noktalar
stresin fazla olduğu noktalardır.
6.4 Strüktürün Geliştirilmesi – Strüktürel Artikülasyon
Çalışma kapsamında strüktürel artikülasyon ve strüktürel performansın tasarım
sürecine dahil edilmesi ve strüktürel analiz programında işlenerek oluşturulan
verilerin, Rhinoceros programına alınması için bir imaj dosyası ile temsil edilmesi
gerekmektedir. Bu imaj dosyasının RGB renk bilgileri formu belirlenmiş örtünün
plan görünümünde stresin dağılımını göstermektedir (Şekil 6.5).
Şekil 6.5 : Plan görünümünde temsil edilen stres dağılımı
84
6.4.1 Performans değerlerinin tasarıma dahil edilmesi
Oluşturulan 2 boyutlu imaj, performans değerlerinin tasarım sürecinde kullanılması
için asıl veri olarak elimizde bulunmaktadır.
Şekil 6.6 : Yüzey ve imaj için ortak oluşturulan grid
Oluşturulan imaja ve üretilen yüzeye karşılık gelecek şekilde bir grid oluşturularak
her bir noktaya denk gelen renk değerleri Rhinoceros programı için bir eklenti olan
Grasshopper ortamında okunmaktadır (Şekil 6.6 ve Şekil 6.7).
Şekil 6.7 : Grasshopper ve Rhinoceros programlarının arayüzü
Okunan değerler gridin deformasyonunu sağlayarak stres dağılımına göre yeniden
şekillenmesini sağlamaktadır.
85
6.4.2 Örüntü oluşumu - çoğalan yapılar: Voronoi
Strüktürel örüntünün grid bir formasyon üzerinden strüktürel performans
gereksinimlerine göre deforme olarak oluşması için voronoi yapıları seçilmiştir. Bu
öneri için voronoi yapılarının seçilmesinin nedeni ise deformasyon sonucu oluşan
örüntünün alt parçalarının, yani her bir hücrenin, farklı topolojik özellikler
göstermesine karşın, her bir hücrenin birbirine göre kendi topolojisini forme etme
potansiyelidir. Böylece oluşan hücreler kendi komşuları ile sorunsuz bir şekilde
yanyana gelerek üretim için bir kolaylık sağlamaktadır. Buna ek olarak,
Aurenhammer,
Voronoi
formasyonunun
potansiyelini
şöyle
söyleyerek
vurgulamaktadır: Noktalar kümesi içinde her bir noktanın birbirine göre olan
konumu üzerinden oluşturulan yapılardır ve bu özelliği ile hesaplamalı geometriler
için uygun bir formasyon olarak öne çıkmaktadır (Aurenhammer, 1991).
Voronoi diyagramları noktalar kümesi üzerinden oluşturulduğu için, noktaların yer
değiştirmesi ile karmaşık hücresel yapıların oluşmasına izin vermektedir.
Farklı grid sistemlerin farklı deformasyonları üzerinden ilerleyen bir tasarım
kurgusu, farklı sonuçların üretilmesine ve ürünlerin sonuçlarında farklı başlangıç
noktalarının süreç sonunda nasıl tepki verdiklerini araştırmak, voronoi örüntüsünün
anlaşılması için önemli olacaktır (Şekil 6.8 ve Şekil 6.9).
Şekil 6.8 : Kare ve diktörgen gridlere uygulanan deformasyonlar
(İpek ve diğerleri, 2012)
86
Şekil 6.9 : Radyal ve altıgen gridlere uygulanan deformasyonlar
(İpek ve diğerleri, 2012)
Başlangıç gridleri olarak birbirinden farklı olan kare, polar, altıgen, dikdörtgen
gridler seçilerek bu gridlere tek nokta yardımıyla deformasyonlar uygulanmıştır.
Şekil 6.8 ve Şekil 6.9’ da örnekleri görülen sistemde, örüntüler gridlerin
deformasyonları üzerinden oluşmaktadır. Aslında bu örüntüleri oluşturan kontrol
parametresinin çok genel bir şekilde noktaların uzaydaki konfigürasyonları ve bu
konfigürasyonlara bağlı topolojik ilişkileri olduğu göze çarpmaktadır.
Anlatılanlar doğrultusunda gözlemlenebileceği gibi, tasarım sonucunda oluşmuş
bileşenler deforme olmamış noktalar kümesi üzerinden ham hallerindeki gridlere
denk gelirken, deformasyon işleminden sonra farklılaşarak lokal ekstremum
değerlerine cevap verecek hale gelmektedir.
6.4.2.1 Öz örgütlenme
Şekil 6.8 ve Şekil 6.9 görsellerinde görüldüğü üzere voronoi örüntüsü,
deformasyonlar ile lokal değişimlere cevap veren bir özelliğe sahiptir.Bu şekillerde
görülen örüntülerde tanımlanan deformasyon noktası, yapının yani örüntünün
sıklaştığı yerleri temsil ederek strüktürel bir performans gösterme yetisine sahiptir.
Çekim noktası ile oluşturulan deformasyonlarla özörgütlenme özelliği gösteren bir
doku haline gelmektedir.
Öz örgütlenme özelliği gösteren yapıyı kullanmak tasarım ürününün şekillenmesini
ve bunu yaparken de daha doğru (optimizasyon odaklı olarak) çözüm uzayındaki
87
çözüm kümelerine yaklaşma şansı tanımaktadır. Böylece sistemin strüktürel
performansı ortaya çıkacaktır ve potansiyelleri daha doğru şekilde kullanılacaktır.
6.4.2.2 Genotip
Evrimsel bir yaklaşım olarak kurgulanan tasarım sürecinde, grid sistem sürecin
genotipi olarak ortaya konmaktadır. Rhinoceros yazılımında oluşturulan yüzey ve
Autodesk Robot Structural Analysis strüktür analiz yazılımında oluşturulan stres
dağılımı haritası, bunlar için ortak bir genotip olan grid ile temsil edilmiştir (Şekil
6.10).
Şekil 6.10 : Genotip olarak oluşturulan grid ve kuvvetler haritası
Aynı zamanda RGB değerlerinin toplamının 0 ile 1 sayıları arasında tanımlanması ile
oluşan değerler mutasyon ve evrim için kullanılacak olan kuvvetler haritasına altlık
olmaktadır (Şekil 6.11). Bu gridin, kuvvetler haritasının verileri altında
deformasyonu ile yapının strüktrel performansı sağlanarak yanında hesaplamalı
yollarla oluşturulan ürün elde edilecektir.
Şekil 6.11 : Kuvvetler haritası değerlerinin herbir noktaya gelen
karşılığının hesaplanması ve okunması
88
6.4.2.3 Mutasyon ve evrim
Strüktür analizi sonucu elde edilmiş olan imajda, yüzey üzerinde az gerilme olan
yerler siyah ve fazla gerilme olan noktalar beyaz rengi ile temsil edilmiştir. Bu tanım
üzerinden, fazla gerilme oluşan noktalarda sistemi oluşturan noktalar birbirine
yaklaşan bir davranış izlerken, diğer noktalar sistemin optimizasyonu adına
birbirlerinden uzaklaşmalıdır. Bu işlem ise, süreç içindeki evrime konu olan noktadır.
Şekil 6.12 : Deformasyonları oluşturacak noktaların ve etki
alanlarının belirlenmesi
İşte tam burada, bu sistemin deformasyonlarını oluşturacak noktalar sistemde
tanımlanarak bir çarpan/büyüklük değeri ile etki alanları tanımlanmıştır (Şekil 6.12).
Bu etki yarıçapları ve büyüklük değeri birbiriyle örtüşmektedir. Aslında bu noktada
iki parametreden bahsedilmelidir. Birincisi etki yarıçapı, diğeri ise sistemin bu etki
yarıçapı içinde kalan noktaların yer değiştirme miktarlarını belirleyen bir parametre
olan büyüklük parametresidir. Bu parametreler sistem içinde mutasyon parametresine
karşılık gelen parametrelerdir.
Böylece sistemde nokta deformasyonlarını tanımlayan evrim ve mutasyon süreci
tanımlanmış olmaktadır. Bu noktadan sonra oluşan örüntünün kontrollü bir şekilde
oluşturulması süreci gelmektedir.
6.4.2.4 Fenotip
Tanımlanan genotip, evrim ve mutasyon bileşenlerinden sonra, fenotipin belirlenen
parametrelere bağlı olarak, istenen dokunun oluşması için parametrelerin tasarımcı
tarafından belirlenmesi önemlidir.
Fenotip olarak oluşan strüktürel örüntü, artık lokal ölçekte strüktürel gereksinimlere
cevap verecek şekilde biçimlenmiştir (Şekil 6.13). Aynı zamanda fenotipin, sadece
performans değerleriyle değil, kontrol edilebilir mutasyon sürecinde tanımlanan
89
parametrelere bağlı olduğu için, tasarımcı tarafından estetik kaygılarıyla beraber
şekillenme olanağı vardır.
Şekil 6.13 : Evrim süreci sonunda oluşmuş fenotip
Fenotipin oluşmasını sağlayan arayüz, örüntüyü sadece iki boyutlu düzlemde değil,
aynı zamanda üç boyutlu olarak kontrol etme imkanı vermektedir (Şekil 6.14).
Şekil 6.14 : Örüntüyü üç boyultlu kontrol imkanı veren arayüz
Tasarımcı tarafından tanımlanan yüzey ve bu yüzeye bağlı oluşturulan grid, sistemde
genotipi oluştururken, performans değerlerinin sürece dahil edildiği gerilme haritası
ve etki çapları ve kuvvetleri ile tanımlanan noktalar, evrim ve mutasyona yol açan
90
bileşenleri oluşturmaktadır. Tüm bu evrim süreci sonunda strüktür bir fenotip olarak
karşımıza çıkmaktadır (Şekil 6.15).
Şekil 6.15 : Süreç içindeki evrimleşme
Oluşturulan arayüzde strüktürel örüntünün 2 ve 3 boyutlu durumları, genotip ve
genotipin deformasyonu tüm ara aşamaları ile birlikte gösterilmektedir (Şekil 6.16).
Şekil 6.16 : 2 ve 3 boyutlu strüktürel örüntü fenotipi ve genotipi
91
6.5 Prototipin Üretilmesi: Farklı Ölçeklerde Farklı Teknolojilerin Kullanılması
Dijital olarak hazırlanmış ürünün, fiziksel hale getirilmesi ise, bu sürecin diğer bir
aşamasıdır. Kullanılacak olan teknolojilerin belirlenmesi için, her ölçek için farklı
avantajlarının öne çıkmasından dolayı prototipin hangi ölçek ve amaç ile
kullanılacağı önem kazanmaktadır.
Üretilecek olan prototipin küçük ölçekte ve tasarım aşamasında fiziksel temsil için
kullanılması durumunda hızlı prototipleme teknolojisi zaman kazanımı açısından öne
çıkmaktadır. Oluşturulan 3 boyutlu dijital modelin, fiziksel hale getirilmesi hiç bir
ara işlem gerektirmeden, doğrudan üretim için kullanılması kolaylığı nedeniyle hızlı
prototipleme teknolojisi kullanılabilir.
Lazer teknolojisi, hücresel bileşenlerden oluşan bu tasarım ürünü için, bileşenlerin
birbirleriyle olan geometrik ilişkilerini ve üretilen bileşenlerin montajının nasıl
yapılacağını görmek adına öne çıkmaktadır. Bu aşamada lazer teknolojisi prezisyonu
yüksek olan bir kesim aracı olarak kullanılmaktadır. Bu aracın kullanılması amacıyla
her bir bileşenin tek tek üretimi için kesim şemalarının ve kesim çizimlerinin
hazırlanması gerekmektedir.
Bu teknolojinin kullanılması montaj ve geometrik ilişkileri göstermesine rağmen,
hızlı prototipleme teknolojisine göre daha fazla zaman harcanmasına sebep olacaktır.
Ancak, gerçek süreçlere daha yakın bir iş akışı süreci gösterdiği için de önemli hale
gelmektedir.
Robot teknolojisi, bu ürünün üretilmesi kapsamında hücresel yapıların bir bir
üretilmesi ve arkasından montajının yapılması aşamasında avantajlı hale gelmektedir.
Tasarım ürünü birbirinden farklı çok sayıda elemandan oluştuğu için, her bir
hücrenin tek tek yerlerine yerleştirilmesi, otomasyonu yapılmamış sistemlerde çok
zahmetli ve zaman alıcı bir hal almaktadır. Ancak robot teknolojisinin yardımı ile bu
süreçler daha kısa zamanda yapılabilecek süreçler haline gelmektedir. Her bir
parçanın robot tarafından alınarak, uzaydaki konfigürasyonu belli olduğundan,
yerlerine
yerleştirilmesi
insan
gücü ile
yapılmasından daha
kısa
gerçekleşeceği için daha verimli bir üretim tekniği olarak değerlendirilmelidir.
92
sürede
6.6 Algoritma ve Modelin Uygulanması
Bu tez kapsamında yapılmış önerinin
algoritmasını dört ana girdi parametresi
oluşturmaktadır. Bu dört parametre
•
yüzey,
•
grid,
•
gerilim haritası ve
•
çekim noktaları
olarak sıralanmaktadır (Şekil 6.17). Yüzey parametresi öneriye konu olan, tasarımcı
tarafından tanımlanmış forma karşılık gelmektedir. Tanımlanan yüzeyi kapsayan ve
X-Y eksenlerinde yüzeyin geometrik sınırları ile sınırlanan grid parametresi, gridin
iki farklı boyutunu tanımlayan X ve Y yönündeki çözünürlük ile tanımlanmaktadır.
Bunun yanında çekim noktaları parametresi ise nokta koordinatı, nokta etki çapı ve
nokta etki kuvveti parametreleri ile tanımlanmaktadır. Gerilim haritası, tanımlanan
yüzey üzerinde oluşan gerilmelerin ifadesi olan renkli imaj ile temsil edilmektedir.
Çekim noktaları parametresi, noktaların grid üzerindeki yerleri, etki alanları ve etki
kuvvetleri alt parametreleri sayesinde tanımlanmaktadır.
Şekil 6.17 : Sistemin parametreleri
Tasarım sürecinde kullanılan algoritma üç aşamada anlatılabilir. İlk aşama tasarlanan
yüzey üzerinde oluşan gerilmelerin sonlu elemenlarda olduğu gibi alt parçalara
93
bölünerek,
her
bir
hücreye
düşen
gerilmenin
değerinin
okunması
ile
gerçekleşmektedir (Şekil 6.18 ve Şekil 6.19).
Şekil 6.18 : Yüzey üzerine denk gelecek şekilde oluşturulan grid
Şekil 6.19 : Gridlere denk gelen renk değerlerinin okunması
Yüzeyin sınırlarına denk gelecek şekilde oluşturulan gridlerden her bir hücreye gelen
renk değeri okunduktan sonra, lokal ekstremum noktalarını gösterecek şekilde
noktaların tasarımcı tarafından girilmesi aşaması gelmektedir.
94
Şekil 6.20 : Ekstremum noktalarının belirlenmesi
Bu aşamada tasarımcı kendi tercihlerine göre bu noktaların yerlerini ve sayılarını
belirleyebilir. Noktaların yerlerinin belirlenmesi ile her noktanın etki yarıçapları yine
tasarımcı tarafından tasarım kararları doğrultusunda belirlenebilmektedir (Şekil
6.20). Tasarımcıya sağlanan bu esneklik sayesinde tasarımcı, tasarım kararları ve
sezgileri ışığında tasarım ürününün son halini belirleyebilir.
Şekil 6.21 : Strüktürel örüntünün 2 boyutlu olarak oluşturulması
Noktaların belirlenmesinin ardından her bir hücreyi kontrol eden nokta, daha önce
hesaplanmış stres verileri doğrultusunda deforme edilmektedir. Bu deformasyon
sonucu oluşan yeni noktalar kümesi üzerinden voronoi formasyonu kullanılarak
strüktürel örüntü oluşturulmaktadır (Şekil 6.21).
95
Şekil 6.22 : 3 boyutlu olarak oluşturulmuş strüktür
Strüktürel örüntünün oluşturulmasının ardından yüzey üzerine haritalanması ve
dolayısıyla örüntünün 3 boyutlu olarak modellenmesi aşamasında her bir çizgi, iki
boyutlu durumundan üç boyutlu yerlerine taşınmaktadır (Şekil 6.22). Bu aşamada ve
her aşamada belirlenen ekstremum noktaları tasarımcı tarafından kontrol
edilebilmektedir (Şekil 6.23) ve her bir noktanın deformasyon katsayısı ya da kuvveti
tasarımcı tarafından kontrol edilebilmektedir.
Şekil 6.23 : 3 boyutlu oluşturulmuş strüktür ve gerilme haritasının
birlikte izlenebilmesi
Tasarım sürecinde kullanılan algoritmada kontrol parametreleri her aşamada kontrol
edilebilmektedir (Şekil 6.24).
96
Şekil 6.24 : Modelin Uyguma süreci
Bu algoritmada asıl deformasyon verisini oluşturan ekstremum noktaları tasarımcı
tarafından
belirlendiği
için
tasarım
sürecinde
tasarımcıyı
deterministik
yaklaşımlardan uzaklaştırarak daha zengin üretken bir süreç deneyimlemesine olanak
vermektedir.
97
Şekil 6.25 : Algoritma akış diyagramı
Şekil 6.26 : Oluşan strüktürün görselleştirilmesi
Önerilen yaklaşımın süreci içinde, sürecin üretkenleşmesinin yanında, performans
değerlerinin örüntüye ilk aşamalarda dahil edilerek örüntünün formuna yansıması
oluşan ürünü, strüktürel performans açısından verimli noktaya yaklaştırmaktadır ve
strüktürel açıdan bir optimizasyon sağlamaktadır.
98
7. SONUÇ
Dijital teknolojilerin tasarım süreçlerine dahil olmasıyla karmaşık özellikler gösteren
problemlerin çözümlerine getirilebilecek öneriler, daha kolay ve verimli yollardan
oluşturulabilmektedir. Teknolojilerin sağladığı avantajları ve verimli süreçleri
kullanarak, tasarım süreçlerinde farklı disipliner katkıların ayrı ayrı değil; bütüncül
bir yaklaşımla değerlendirilmesi mümkün hale gelmiştir.
Farklı disipliner bilgilerin yakın zamana kadar bir fraksiyon içinde kullanılması,
tasarım problemlerine getirilen çözümleri yeteri kadar güçlü yapmamaktadır. Ancak,
bu tez kapsamında anlatılan araç ve süreçlerin ve daha nicesinin tasarım süreçlerinde
bütünleştirilmesi ile, tasarım problemlerine getirilen çözümlerin daha güçlü olacağı
rahatlıkla görülmektedir. Dijital teknolojilerdeki ilerlemenin gün geçtikçe ivmesinin
artması ile, hesaplamalı tasarım stratejilerinin daha çok çalışılması ve daha çok
araştırılması gerekli olmaktadır. Bu konuda yapılacak olan çalışmaların ve
araştırmaların, tasarım süreçlerini daha verimli hale getireceği bir gerçektir. Bu
süreçlerde kullanılan farklı disipliner bilgiler ise, bu araçlar sayesinde süreçlere daha
çok entegre olacaklardır ve yeni bilgilerin ve yeni araştırma alanlarının oluşmasını
sağlayacaktır.
Bu tez kapsamında ortaya konan holistik yaklaşımın bahsedilen disiplinler arası
çalışma ortamlarına bir örnek olduğu unutulmamalıdır. Farklı disipliner bilginin
mimari tasarım süreçlerinde ne derinlikte ve hangi aşamalarda kullanılabileceğine bir
örnek olarak hazırlanan bu çalışma, gelişen teknolojiler ışığında geliştirilmeye uygun
bir örnek olarak ortaya konmuştur.
Bu tez özelinde, ortaya örnek olarak koyulan süreç, kullanıcıya/tasarımcıya daha
kullanışlı ve daha verimli ve etkin sonuçlara yaklaşan bir tasarım ortamı
sunmaktadır. Ortaya konulan tasarım yaklaşımı, sistemin ya da ürünün verimini
kısıtlara
ve
şartlara
göre
maksimize
etmeyi
hedeflemektedir.
Verimin
maksimizasyonu ise, son zamanlarda çok konuşulan ve dünyanın felaketi olarak
99
görülen kaynakların doğru kullanılmayışının bir eleştirisi olarak sürdülebilirlik
başlığı içinde olumlu bir yaklaşım olarak değerlendirilebilir. Diğer yandan ortaya
atılan tasarım yaklaşımı ise strüktür tasarımı açısından performansa dayalı tasarım
başlıkları adı altında önemli sayılabilecek bir konu olarak öne çıkmaktadır.
Bu nokta, Branko Kolarevic’ in “Computing the Performative in Architecture” adlı
makalesinde şu şekilde vurgulanmıştır: “Bir çok performansa dayalı tasarım üretmeyi
sağlayan araç çözüm kümesi için yüksek çözünürlükte zengin bir çözüm uzayı
sağlamaktadır; ancak bazı durumlarda çok katmanlı hale gelerek tasarım girdilerini
eşleştirmektedirler. Özel bir projenin farklı performans değerlerini belirlerken ve
hedefleri seçerken karşılıklı çakışan ve birbirine ters olan değerler tasarımların
yaratıcı ve verimli olan tarafını güçlendirmektedir” (Kolarevic, 2003).
100
KAYNAKLAR
Arangarasan, R. ve Gadh, R. (2000). Geometric Modeling And Collaborative
Design In A Multi-Modal Multi-Sensory Virtual Environment. ASME
2000 Design Engineering Technical Conferences and Computers and
Information in Engineering Conference, Baltimore, Maryland, Eylül
10-13, 2000.
Aurenhammer, F. (1991). "Voronoi diagrams - a survey of a fundamental geometric
data structure." ACM Comput. Surv. 23(3): 345-405.
Bonabeau, E. (1999). Swarm intelligence : from natural to artificial systems, Oxford
Univ. Press.
Burry, J. and M. Burry (2010). The new mathematics of architecture / Jane Burry +
Mark Burry, London : Thames & Hudson, 2010.
Cottrell, J., Hughes, T. R., & Bazilevs, Y. (2009). Isogeometric analysis : toward
integration of CAD and FEA / J. Austin Cottrell, Thomas J.R.
Hughes, Yuri Bazilevs. Chichester, West Sussex, U.K. ; Hoboken, NJ
: Wiley, 2009.
Dimcic, M. (2011). Structural optimization of grid shells based on genetic
algorithms. Stuttgart, Universit‰tsbibliothek der Universit‰t
Stuttgart.
Dominik, H., T. Jiwu, et al. (2005). Design Using Evolutionary Optimisation and
Associative Geometry. Computer Aided Architectural Design Future
2005, Vienna University of Technology, Vienna, Austria, Springer.
Engel, H. (1997). Tragsysteme = Structure systems / Heino Engel ; with a preface by
Ralph Rapson, Ostfildern-Ruit : Gerd Hatje Publishers, c1997.
Engel, H. (2004). Strüktür sistemleri / Heino Engel. Istanbul, Tasarım Yayın Grubu.
Fleischmann, M. and A. Menges (2012). ICD/ITKE Research Pavilion: A Case
Study of Multi-disciplinary Collaborative Computational Design.
Computational Design Modelling. C. Gengnagel, A. Kilian, N. Palz
and F. Scheurer, Springer Berlin Heidelberg: 239-248.
Freiberger, M. (2007). Perfect buildings: the maths of modern architecture. Plus
Magazine.
Hensel, M., and Menges, A. (2006). Morpho-ecologies / edited by Michael Hensel
and Achim Menges. London : Architectural Association, c2006.
101
Holzer, D., R. Hough, et al. (2007). "Parametric Design and Structural Optimisation
for Early Design Exploration." International Journal of Architectural
Computing 5(4): 625-643.
Huang, X. and Y. M. Xie (2007). "Convergent and mesh-independent solutions for
the bi-directional evolutionary structural optimization method." Finite
Elements in Analysis and Design 43(14): 1039-1049.
İpek, Y., Varinlioğlu, G., Çağdaş, G. (2012). An alternative approach to structural
optimisation in generative design. International Conference – 15th
Generative Art Conference, December 10-12, 2012 Lucca, İtalya
Klein, J. T. (1990). Interdisciplinarity : history, theory, and practice, Wayne State
Univ. Pr.
Klein, J. T. (2005). Humanities, culture, and interdisciplinarity: the changing
American academy. Albany, State University of New York Press.
Kocatürk, T. and B. Medjdoub (2011). Distributed intelligence in design / edited
by Tuba Kocatürk, Benachir Medjdoub, Chichester, West Sussex, UK
; Ames, Iowa : Wiley-Blackwell, 2011.
Kolarevic, B. (2003). Architecture in the digital age : design and manufacturing /
edited by Branko Kolarevic, New York, NY : Spon Press, c2003.
Kolarevic, B. (2003). Computing the performative in architecture. In Proceedings of
the 21th eCAADe Conference: Digital Design. Graz, Austria (pp. 1720).
Korkmaz, S., N. B. H. Ali, et al. (2012). "Configuration of control system for
damage tolerance of a tensegrity bridge." Advanced Engineering
Informatics 26(1): 145-155.
Mangelsdorf, W. (2010). "Structuring strategies for complex geometries."
Architectural Design 80(4): 40-45.
Margolius, I. (2002). Architects + engineers = structures. Chichester, West Sussex,
Wiley-Academy.
Meguid, S. A. (1987). Integrated computer aided design of mechanical systems :
[with 7 tables], Elsevier Applied Science.
Mithcell, William, J. (2001). "Roll Over Euclid: How Frank Gehry Designs and
Builds." Frank Gehry, Architect, ed. J.Fiona Ragheb. New York:
Guggenheim Museum Publications, 2001: 352-363.
Mutlu, M. (2010). Generative Morphologies of Architectural Organization in Matter
Force Field. Department of Architecture. Massachusetts, MIT. Master
of Science in Architecture: 93.
102
Narayan, K. L., K. M. Rao, et al. (2008). Computer Aided Design and
Manufacturing. New Delhi, Prentice-Hall of India.
Oxman, R. (2010). "The new structuralism design, engineering and architectural
technologies." Architectural Design 80(4): 15-23.
Oxman, R. (2010). "The New Structuralism: Conceptual Mapping of Emerging Key
Concepts in Theory and Praxis." International Journal of Architectural
Computing 8(4): 419-438.
Ören, T., Üney, T., & Çölkesen, R. (2006). Türkiye bilişim ansiklopedisi / ed.
Tuncer Ören, Tuncer Üney, Rifat Çölkesen. İstanbul : Papatya
Yayıncılık, 2006.
Pearce, P. (1978). Structure in nature is a strategy for design / Peter Pearce,
Cambridge : MIT Press, c1990.
Powell, K. and G. Smith (2006). 30 St Mary Axe : a tower for London / Kenneth
Powell ; photography by Grant Smith, London ; New York : Merrell
Pub., c2006.
Sass, L. and R. Oxman (2006). "Materializing design: the implications of rapid
prototyping in digital design." Design Studies 27(3): 325-355.
Shen, Y. (2009). Green Design and the City Buildings: The Gherkin, London.
Alındığı tarih: 08.02.2013, adres:
http://www.greendesignetc.net/Buildings_09/Building_Shen_Yuming
_paper.pdf
Sin, J. (2010). Transitory: Fibrous: Behaviour. Alındığı tarih: 29.03.2013, adres:
http://www.makeahybrid.org/2010/10/fibrous-behaviour/
Stember, M. (1991). "Advancing the social sciences through the interdisciplinary
enterprise." The Social Science Journal 28(1): 1-14.
Toffler, A. (1981). The third wave. New York: Bantam books.
Van De Straat, R., P. Shepherd, et al. (2011). "Computation and geometry in
structural design and analysis." 2011 IASS Annual Symposium:
IABSE-IASS 2011: Taller, Longer, Lighter.
Veltkamp, M. (2007). Free form structural design: Schemes, systems & prototypes
of structures for irregular shaped buildings.
Vitruvius, P., Güven, S., Yeğül, F., & Artamlı, B. (2005). Vitruvius : mimarlık
üzerine on kitap / Vitruvius Pollio, çev. Suna Güven; bilim ed. Fikret
Yeğül, dil ed. Bülent Artamlı. [y.y] : Şevki Vanlı Mimarlık Vakfı
Yayınları, 2005.
103
Wendland, D. (2000). Model-based formfinding processes: Free forms in structural
and architectural design. Stuttgart, Universität Stuttgart Fakultät
Architektur und Stadtplanung. Institut für Darstellen und Gestalten
2000.
Williams, C. J. K. (2001). "The analytic and numerical definition of the geometry of
the British Museum Great Court Roof." Mathematics and design
2001: 434-440.
Url-1 <http://d2qq3nlndk9vv6.cloudfront.net/images_dynam/image_fullscreen_rotat
or/wb_steel_glass_sgt_britishmuseum03_rgb12.jpg>, alındığı tarih:
05.06.2013.
Url-2 <http://media1.hellolouisville.com/media/articles/images/364_image3.jpg >,
alındığı tarih: 13.02.2013.
Url-3 <http://www.arj.no/2012/03/12/disciplinarities-2/>, alındığı tarih: 18.04.2013.
Url-4 <http://archinect.com/synthesisdna/project/c-space-pavilion >, alındığı tarih:
10.06.2013.
Url-5 <http://2.bp.blogspot.com/-RSHTmY0cxgQ/T8KvWw-6e7I/AAAAAAAAJ3s/Ed
4MEDSNKAQ/s640/hydro-fold.jpg >, alındığı tarih: 29.03.2013.
Url-6 <http://www.robarch2012.org/wp-content/uploads/2012/09/robtic_drone_asse
mbling_structure_ethzurich.jpg >, alındığı tarih: 03.03.2013.
Url-7 <http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/BOWER1/Gif/
c1f1.gif >, alındığı tarih: 10.04.2013.
Url-8 <http://img181.poco.cn/mypoco/myphoto/20110823/11/639079872011082311
43003105445783498_015.jpg >, alındığı tarih: 20.03.2013.
Url-9 <http://www.users.york.ac.uk/~dtm3/Images/Cov_StMichaels_wirefram eweb.j
pg>, alındığı tarih: 12.10.2013.
Url-10 <http://www.designworldonline.com/uploads/Imagegallery/Mach-T3-CADm
odel .jpg>, alındığı tarih: 07.04.2013.
Url-11 <http://www.resurf3d.com/cup_polygon.PNG>, alındığı tarih: 07.04.2013.
Url-12 <https://meshing.lanl.gov/proj/crustal_dyn_saf_scec_cfm/images/saf_ver01_
z_normal6.png>, alındığı tarih: 12.01.2013.
Url-13 <http://hvac-talk.com/vbb/attachment.php?attachmentid=116282&stc=1&d
=128 1413416>, alındığı tarih: 12.01.2013.
Url-14
<http://www.hatchmott.com/sites/dev.hatchmott.com/files/project_photos/H
MM_Vortex%20grit%20chamber_E_2.jpg>,
alındığı
tarih:
12.01.2013.
Url-15 <http://www.flow3d.com/images/imgs_res/spring-2010/sediment-scour-purewate r-3D-cfd-simulation.jpg>, alındığı tarih: 13.01.2013.
Url-16
<http://www.solusinc.com/images/basic-pr-front.gif>,
19.03.2013.
alındığı
tarih:
Url-17
<http://www.arrays.ru/math/gherkin_wind_web.jpeg>,
22.04.2013.
alındığı
tarih:
104
Url-18 <http://flector.es/WebRoot/Google3/Shops/con1778514/MediaGallery/finite_
element_model.jpg>, alındığı tarih: 17.06.2013.
Url-19 <http://www.architectmagazine.com/Images/tmp10D3.tmp_tcm20-193614.jp
g>, alındığı tarih: 05.04.2013.
Url-20 < http://www.cae-expert.ru/sites/default/files/images/elektromagnetizm.jpg>,
alındığı tarih: 04.04.2013.
Url-21 <http://4.bp.blogspot.com/_Brx955QrJ1o/S7pnf2JIBiI/AAAAAAAAACI/SUmz
le7zNAs/s1600/buildingenergyperformance_clip_image008.jpg>,
alındığı tarih: 18.11.2013.
Url-22 <http://ansys-workshop.webs.com/axial_inducer_-_ansys_cfx_and_ansys_me
chanical.png>, alındığı tarih: 12.05.2013.
Url-23
<http://simtechsimulations.com/images/process-simulation-inner.jpg>,
alındığı tarih: 17.11.2013.
Url-24 <http://thedesignatedsketcher.com/wp-content/uploads/post-images/2814/Va
sariTeaser.png>, alındığı tarih: 08.04.2013.
Url-25 <http://herd.typepad.com/.a/6a00d83451e1dc69e20112796e27b328a4800wi
>, alındığı tarih: 18.04.2013.
Url-26
<http://www.csoft.ru/assets/images/soft/autodesk-robot-structural-analysisprofessional/dinamika.gif>, alındığı tarih: 12.04.2013.
Url-27 <http://www.infoera.lv/uploads/news/id77/BIM_lifecycle.jpg>, alındığı tarih:
27.09.2013.
Url-28 <http://www.fabricate2011.org/wp-content/uploads/2010/12/gramzio-kohlerrob ot-630x321.jpg>, alındığı tarih: 10.10.2012.
Url-29
<http://www.msgsu.edu.tr/data/doc/mimarlik/str_ders/stricders6.pdf>,
alındığı tarih: 12.07.2013.
Url-30 <http://www.kahlerslater.com/content/images/76292.jpg>, alındığı tarih:
18.07.2013.
Url-31 <http://www.people.vcu.edu/~glbowlin/images/collagen.jpg>, alındığı tarih:
29.06.2013.
Url-32 <http://www.ecologicstudio.com/v2/medias/imgs/projects/1649-P-120-20130
610073221.jpg>, alındığı tarih: 27.06.2013.
Url-33 <http://swarmarchitecture.files.wordpress.com/2010/11/particle-flock.jpg>,
alındığı tarih: 23.06.2013.
Url-34 <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3d/Honeycomb_1
5_03_2012.jpg/1280px-Honeycomb_15_03_2012.jpg>, alındığı tarih:
23.06.2013.
Url-35 <http://icd.uni-stuttgart.de/files/11_Baubionik/FP11-453_View-Seated.jpg>,
alındığı tarih: 23.06.2013.
Url-36 <http://www.oceanlight.com/stock-photo/la-tour-eiffel-eiffel-tower-paris-pho
to-28112-223648.jpg>, alındığı tarih: 17.06.2013.
Url-37 <http://portabee3dprinter.com/wp-content/uploads/2012/11/diamond-latticethingiverse.jpg>, alındığı tarih: 23.06.2013.
105
Url-38
<http://kenredman.files.wordpress.com/2009/12/img_0002.jpg>,
tarih: 22.06.2013.
alındığı
Url-39 <http://api.ning.com/files/*IKICk42rfWXbytFBwGMrYkRJqgMQRmuliaxi5V
SWBtX5KXmBWhYriNiinABDLNtxiTwLIlZ6e1OmNoYIkUuQs3U1EF
mGMMP/cita.jpg>, alındığı tarih: 23.06.2013.
Url-40 <http://dalje.com/slike/slike_3/r1/g2009/m02/x213195601265462599_8.jpg>
, alındığı tarih: 18.06.2013.
Url-41 <http://4.bp.blogspot.com/-TFZ1TH9dpQU/T3NcGCWLQHI/AAAAAAAAAh
Q/xYtnVnpVOy4/s400/sydney_opera_house.jpg>,
alındığı
tarih:
12.07.2013.
Url-42 <http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/Herzogenried
park_070.jpg/1024px-Herzogenriedpark_070.jpg>, alındığı tarih:
18.07.2013.
Url-43 <http://s252.beta.photobucket.com/user/sambhal/media/London/Aerialviewof
britishmusem.jpg.html>, alındığı tarih: 12.12.2012.
Url-44 <http://media-cache-ak1.pinimg.com/236x/0f/a1/57/0fa157f6529d005e07ba6
0d05227279a.jpg>, alındığı tarih: 18.10.2013.
Url-45 <http://1.bp.blogspot.com/-6pytW6rcRFw/Uf8HLjFvvvI/AAAAAAAAB2k/ywu
-rLmasiI/s1600/CASE_GH_Tower_Part_4_Color+Analysis-3.JPG>,
alındığı tarih: 23.09.2013.
Url-46 <http://www.building.co.uk/pictures/300xAny/4/6/1/1576461_17SWISSOFFI
CE_ STACK.jpg>, alındığı tarih: 27.10.2013.
Url-47 <http://www.smye-holland.com/SmyeHolland_ImageLibrary/Copy%20of%2
0Riv erside%20museum%202.jpg>, alındığı tarih: 25.06.2013.
Url-48 <http://protohouse.tumblr.com>, alındığı tarih: 26.06.2013.
Url-49 <http://img.kazeo.com/344/3444160/XL/KaZeo-photo.jpg>, alındığı tarih:
12.08.2013.
Url-50 <http://www.custommade.com/custom/hanging-wood-letters-connected/3748
4/>, alındığı tarih: 18.08.2013.
Url-51 <http://www.robarch2012.org/wp-content/uploads/2011/11/1_Robotic-Fabri
cation-of-Non-standard-Brick-Wall-Professorship-Gramazio-KohlerArchitecture-and-Digital-Fabrication-ETH-Zurich.jpg>,
alındığı
tarih: 16.08.2013.
Url-52 <http://c1038.r38.cf3.rackcdn.com/group5/building45080/media/cqlp_11.iii.j
pg> , alındığı tarih: 28.08.2013.
Url-53 <http://2.bp.blogspot.com/_d042CW4fZzk/SlsBqTTrBVI/AAAAAAAAASI/FQ
RMO3IG9hc/s400/kulka.jpg>, alındığı tarih: 28.08.2013.
Url-54
<http://inspirechanwinghim.files.wordpress.com/2012/02/pr-gherkin.jpg>,
alındığı tarih: 23.03.2013.
Zwijgers, C., Van Rooy, I. (t.y). Kinetic tensegrity domes. Alındığı tarih:
08.06.2013,
adres:
http://www.bakdesign.net/ivo/sites/default/files/paper.pdf
106
EKLER
EK A: Algoritma ve Kod
EK B: Arayüz ekran çıktıları
107
108
EK A
Şekil A.1 : Önerilen Sistemin Algoritma ve Kodu
109
110
EK B
Şekil B.1 : Arayüz ekran çıktıları
111
Şekil B.2 : Arayüz ekran çıktıları
112
Şekil B.3 : Arayüz ekran çıktıları
113
Şekil B.4 : Arayüz ekran çıktıları
114
Şekil B.5 : Arayüz ekran çıktıları
115
Şekil B.6 : Arayüz ekran çıktıları
116
Şekil B.7 : Arayüz ekran çıktıları
117
Şekil B.8 : Arayüz ekran çıktıları
118
Şekil B.9 : Arayüz ekran çıktıları
119
120
ÖZGEÇMİŞ
Ad Soyad: Yekta İPEK
Doğum Yeri ve Tarihi: Ankara-17.03.1986
E-Posta: [email protected]
Lisans: İstanbul Teknik Üniversitesi – İnşaat Fakültesi – İnşaat Mühendisliği – 2009
İstanbul Teknik Üniversitesi – Mimarlık Fakültesi – Mimarlık – 2010
Mesleki Deneyim ve Ödüller:
Dome + Partners – Mimar (2013- Halen Devam Ediyor)
Henning Larsen Achitects – Mimar (2012-2013)
Uras X Dilekçi Mimarlık – Mimar (2010)
Zemin Mimarlık – Mimar (2009)
Nevzat Sayın Mimarlık Hizmetleri – Stajyer Mimar (2009)
Altıneller Mühendislik Hizmetleri – Stajyer İnşaat Mühendisi (2008)
Siska İnşaat – Stajyer İnşaat Mühendisi(2007)
2011- İtü Kampüs Girişleri Tasarım Yarışması – Birincilik Ödülü
2010- SOS İstanbul Küçüksü ve Çevresi Fikir Projesi Yarışması – Birincilik Ödülü
2010- Karaköy ve Yakın Çevresi Fikir Projesi Yarışması – Mansiyon Ödülü
2010- İTÜ Mimarlık Fakültesi Mimarlık Bölümü İkincilik Mezuniyet Derecesi
2009- İTÜ İnşaat Mühendisliği Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Üçüncülük
Mezuniyet Derecesi
2009- Prosteel Öğrenci Mimari Tasarım Proje Yarışması – Jüri Özel Ödülü
Yayın ve Patent Listesi:
 İpek Y., Varinlioglu G., Balaban O., Çağdaş G., 2012: An Alternative Approach
To Structural Optimisation In Generative Design. International Conference – 15th
Generative Art Conference, Milano Tech. Uni., December 10-12, 2012 Lucca, Italy
 Varinlioglu G., İpek Y., Balaban O., Çağdaş G., 2012: Visualisation of
Archaeological Data Using Voronoi Diagrams. International Conference – 15th
Generative Art Conference, Milano Tech. Uni., December 10-12, 2012 Lucca, Italy
 Balaban O., İpek Y., 2013: Dokunulabilir Tasarım Masası. Ulusal Sempozyum VII. Mimarlıkta Sayısal Tasarım Ulusal Sempozyumu, Haziran 27-28, 2012
İstanbul, Türkiye
TEZDEN TÜRETİLEN YAYINLAR/SUNUMLAR
 İpek Y., Varinlioglu G., Çağdaş G., 2012: An Alternative Approach To Structural
Optimisation In Generative Design. International Conference – 15th Generative Art
Conference, Milano Tech. Uni., December 10-12, 2012 Lucca, Italy
121