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: yektaipek@gmail.com 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