فرم‌یابی دیجیتال سازه‌های درختی براساس آزمایش رشته‌های خیس

دوره 21، شماره 134
مرداد 1403
صفحه 37-44

نوع مقاله : مقالۀ پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد تکنولوژی معماری، گروه معماری، دانشکدۀ معماری، دانشکدگان هنرهای زیبا، دانشگاه تهران.

2 دانشیار معماری، گروه معماری، دانشکدۀ معماری و شهرسازی، دانشگاه هنر ایران، تهران، ایران.

3 استادیار معماری، گروه معماری، دانشکدۀ معماری، دانشکدگان هنرهای زیبا،دانشگاه تهران ، ایران.

چکیده
بیان مسئله: بیان مسئله: فرم‌یابی براساس خودسازماندهی اجزا در طبیعت مدت‌ها مورد توجه بوده است. این فرم‌ها که براساس بهترین نحوۀ انتقال نیروها شکل می‌گیرند، با حداقل مصالح قابل ساخت بوده‌اند و نیز سبک هستند. در گذشته برای پی‌بردن به نحوۀ این خودسازماندهی، مدل‌های فیزیکی مبنای طراحی و محاسبه قرار می‌گرفت. اما فرایند ساخت این مدل‌ها، اندازه‌گیری و تعمیم آن به مقیاس واقعی کار زمان‌بر و پرزحمت است. به‌خصوص اگر ساختار موردنظر، ساختاری پیچیده، چون سازه‌های درختی باشد. امروزه با اعمال منطق طبیعت در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، می‌توان مدل‌هایی دیجیتال ساخت که فرایند فرم‌یابی و تعمیم آن به مقیاس نهایی، با صرف زمان و انرژی کمتر ممکن شود. 
هدف پژوهش: هدف این پژوهش ارائۀ ابزاری دیجیتال برگرفته از طراحی الگوریتمی، جهت فرم‌یابی دیجیتال سازه‌های درختی براساس آزمایش فیزیکی رشته‌های خیس است.
روش پژوهش: این پژوهش ابتدا از طریق مطالعۀ منابع و مقالات علمی موجود در این زمینه شکل گرفته و سپس نتایج حاصل با استفاده از ابزارهای رایانه‌ای به طراحی ابزاری دیجیتال منجر شده است. 
نتیجه‌گیری: استفاده از طراحی الگوریتمی حاصل از مدل رشته‌های خیس، می‌تواند ابزاری ساده برای طراحی بهینۀ ساختارهای درختی در اختیار طراحان قرار دهد. به این‌صورت، نه‌تنها نتیجۀ طراحی، بلکه فرایند طراحی نیز بهینه خواهد بود. یکی از چالش‌های اصلی در فرم‌یابی فیزیکی، برداشت مدل و تهیۀ نقشه‌های ساخت بوده است. با انتقال این فرایند به دنیای دیجیتال، اندازه‌گیری فرم حاصل بسیار ساده‌تر و در زمان کمتری انجام خواهد شد. در نتیجه ساخت‌پذیری این فرم‌ها افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Digital Form-finding of Tree-like Structures Based on Wet Threads Experiment

نویسندگان English

Mona Alibabaye Lavasani 1
Mohammad Reza Matini 2
Khaghani Saeed 3
1 M.A. in Architectural Technology, School of Architecture, College of Fine Arts, University of Tehran, Iran.
2 Associate Professor in Architecture, Department of Architecture , Faculty of Architecture and Urban Design, Iran University of Art,Tehran.
3 Assistant Professor, School of Architecture, College of Fine Arts، University Of Tehran, Iran.
چکیده English

Problem statement: Self-organizing particles in nature have long inspired structural form-findings. These forms shaped to transfer forces efficiently use minimal materials and are light-weight. Physical models have been used to explore these self-organizing particles and served as a basis for design and calculation. However, making, measuring, and scaling these models is tedious and hard, especially for complex geometries such as tree-like structures. Nowadays, computer simulations can apply nature’s logic to create digital models. These models simulate form-finding and scaling faster and easier.
Research objective: The purpose of this research is to present a digital tool derived from algorithmic design for the digital form finding of branching structures based on the physical testing of a wet thread model.
Research method: This research was first formed through the study of available resources and scientific articles in this field, and then the results were used to design digital tools using computational methods.
Conclusion: Algorithmic design based on the wet thread model simplifies the optimal design of tree-like structures. It optimizes both the design outcome and the design process. Physical form-finding often faces difficulties in converting models into construction plans. By digitizing this process, the measurement of the final form becomes faster and easier. This enhances the constructability of these forms.

کلیدواژه‌ها English

  • Self-Organizing Patterns
  • Digital Form-finding
  • Algorithmic Design
  • Tree-like Structures
Ahmeti, F. (2007). Efficiency of Lightweight Structural Forms: The Case of Tree-like Structures-A comparative Structural Analysis (Unpublished master’s thesis in Science). Building Science & Technology, Vienna University of Technology, Austria. https://papers.cumincad.org/data/works/att/bsct_ahmeti.content.pdf .16. 
Banzhaf, W. (2003). Self-Organizing Systems. In R. A. Meyers (Ed.), Encyclopedia of Physical Science and Technology. Academic Press. 590.
Banzhaf, W. (2009). Self-organizing Systems. In R. A. Meyers (Ed.), Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Springe, 8040–8050.
Block, P., DeJong, M. & Ochsendorf, J. (2006). As Hangs the Flexible Line: Equilibrium of Masonry Arches. Nexus Network Journal, 8(2), 13–24. https://doi.org/10.1007/s00004-006-0015-9
Von Buelow, P. (2007). A Geometric Comparison Of Branching Structures In Tension And Compression Versus Minimal Paths. IASS Conference: International Association of Shell and Spatial Structures, Venice, Italy. https://www.academia.edu/6725876/A. 
Burkhardt, B. (2016). Natural structures - the research of Frei Otto in natural sciences. International Journal of Space Structures, 31(1), 9. https://doi.org/10.1177/0266351116642060 
Camazine, S., Deneubourg, J.-L., Franks, N. R., Sneyd, J., Theraula, G. & Bonabeau, E., (2020). Self-Organization in Biological Systems. Princeton University Press.
Cui, W., Zhou, H., Qu, H., Chung Wong, P. & Li, X. (2008). Geometry-Based Edge Clustering for Graph Visualization: IEEE. Transaction on Visualization and Computer Graphics, 14(6), 84-1277. http://.doi.org/10.1109/TVCG.2008.135
Dixit, S., Stefańska, A. & Musiuk, A. (2020). Architectural form finding in arboreal supporting structure optimisation. Ain Shams Engineering-Journal, 12(2), 2321-2329. doi:https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.08.022.
Fabricius, D. (2016). Architecture before architecture: Frei Otto's ‘Deep History’. The Journal of Architecture, 21(8), 1253-1273. https://doi.org/10.1080/13602365.2016.1254667
Holten, D. (2006). Hierarchical Edge Bundles: Visualization of Adjacency Relations in Hierarchical Data. The 11th Eurographics/ IEEE Transaction on Visualization and Computer Graphics, 15(5), 741-748. http://dx.doi.org/10.1109/TVCG.2006.147
Holten, D. & van Wijk, J.J. (2009). Force-Directed Edge Bundling for Graph Visualization. The 11th Eurographics/ IEEE-VGTC Symposium on Visualization, 28(3), 983-990. https://doi.org/10.1111/j.1467-8659.2009.01450.x
Isaacs, A.J. (2008). Self-Organizational Architecture: Design Through Form-Finding Methods (Unpublished master thesis’s in Architecture). The Academic Faculty, Georgia Institute of Technology.
Karsenti, E. (2008). Self-organization in cell biology: a brief history. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 9(3), 255-262. https://doi.org/10.1038/nrm2357
Kilian, A. (2004). Linking Hanging Chain Models to Fabrication: The 24th Annual Conference of the Association for Computer Aided Design in Architecture. ACADIA. https://doi.org/10.52842/conf.acadia.2004.110
Kovacic, I., Miodrag, Z. & Dragi, R. (2018). Sympodial tree-like structures: from small to large amplitude vibrations. Bioinspiration & Biomimetics, 13(2), 026002–026002. https://doi.org/10.1088/1748-3190/aa9d1c
Li, Q., Su, Y., Wu, Y., Borgart, A. & Rots, J. G. (2017). Form-finding of shell structures generated from physical models. International Journal of Space Structures, 32(3), 11–33. https://doi.org/10.1177/0266351117696577.
Lopes, J.V., Paio, A.C. & Sousa, J.P. (2014). Parametric Urban Models Based on Frei Otto’s Generative Form-Finding Processes. Proceedings of the 19th Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA), 595-604. https://doi.org/10.52842/conf.caadria.2014.595
Mattheck, G. C. (1991). Trees: The Mechanical Design. Springer-Verlag.  https://books.google.com/books/about/Trees.html?id=i8PqCAAAQBAJ
Md Rian, I., & Sassone, M. (2014). Tree-inspired dendriforms and fractal-like branching structures in architecture: A brief historical overview. Frontiers of Architectural Research, 3(3), 298–323. https://doi.org/10.1016/j.foar.2014.03.006
Otto, F. & Bodo, R. (2001). Finding form: towards an architecture of the minimal. Edition Axel Menges.
Pathak, SH. (2019). Biomimicry: (Innovation Inspired by Nature). International Journal of New Technology and Research, 5(6). https://doi.org/10.31871/ijntr.5.6.17
Spuybroek, L. (2005). The Structure of Vagueness. Textile, 3(1), 6-19. https://doi.org/10.2752/147597505778052620
Veenendaal, D. & Block, P. (2012). An overview and comparison of structural form finding methods for general networks. International Journal of Solids and Structures, 49(15), 3741-3753. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.08.008
Whitehead, R. (2016). Model Behavior: The Evolving Use of Physical Prototypes in Structural Shell Design, 1959-1974. In R. Corser & Sh. Haar (eds.),   Shaping new knoeledges. ACSA , 114. https://www.acsa-arch.org/chapter/model-behavior-the-evolvinguse-of-physical-prototypes-instructural-shell-design-1959-1974/