Computing Diagrid Structural Systems in Free-Form High-Rise Designs

Abstract

Recent years have seen the use of diagrid structural systems becoming widespread in architecture. Diagrids are advantageous mostly for cutting down on the number of structural elements used. However, the use of diagrid structural systems is still not common in free-form high-rise designs. Most high-rise designs are symmetrical and orthogonal structures whereas free-form as a type of building geometry form implies asymmetric configurations, without a fixed order or a central rotation axis. Among the difficulties observed in free-form high-rise designs is efficiency in the analysis and synthesis of structural solutions and in the physical realization of the structural elements. Overcoming these difficulties requires computational support. However, most of the existing software up to the task are protected by copyright and expensive, hence inaccessible to many small firms and individual designers. Addressing the problems of affordability and accessibility, the study presents a computational support system for preliminary design proposals of diagrid structures in free-form high-rise designs. This support takes place in an algorithmic design interface, and the biggest advantage is that designers can integrate the design and analysis phases in a single interface. The model has three main phases. These phases are the creation of a free-form high-rise geometry, structural analysis of this geometry when modelled as a diagrid structural system, and the numbering and sequencing of the most important structural element that is node connector so that it is suitable for the prefabrication. Based on the structural assessment of the model, the study also discusses the alternatives of diagrid structural systems to see whether the potential structural element may be added to the diagrid structural system.

Keywords

• diagrid structural systems,free-form high-rise designs,node connector,preliminary design,structural analysis

Diagrid Strüktür Sistemlerinin Serbest Biçimli Yüksek Tasarımlarda Hesaplanması

Abstract

Mimarlıkta diagrid strüktür sistemlerinin kullanımı son yıllarda yaygınlaşmıştır. Diagridler tasarımda kullanılan yapısal elemanların sayısını azalttıkları için avantajlıdırlar. Bununla birlikte, diagrid strüktür sistemlerinin serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda kullanımı yaygın değildir. Yüksek katlı tasarımların çoğu simetrik ve ortogonal yapılardır, fakat bir bina geometrisi biçim türü olan serbest biçim, sabit bir düzen ve merkezi bir dönme ekseni olmayan asimetrik konfigürasyonlardır. Serbest biçimli yüksek katlı tasarımlarda gözlenen zorluklar arasında yapısal çözümlerin analiz ve sentezindeki verimlilik ile yapısal elemanların fiziksel gerçekleştirilmesi vardır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için hesaplamalı yaklaşımların desteğine ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, bu çalışmaya kadar var olan yazılımlar telif hakkı ile korunmaktadır ve pahalıdır, bu nedenle birçok küçük firma ve bireysel tasarımcı bu yazılımlara erişemez. Bu yazılımların satın alınabilirlik ve erişilebilirlik problemlerini ele alan tez, serbest biçimdeki yüksek katlı tasarımlarda diagrid yapıların ön tasarımları için hesaplamalı yaklaşım ile bir destek sistemi sunmaktadır. Bu destek, algoritmik bir tasarım arayüzünde gerçekleşir ve en büyük avantaj, bütünleşik olarak tasarımcıların tasarım ve analiz aşamalarını tek bir arayüzde yapabilmeleridir. Model üç ana aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar, serbest biçimli yüksek katlı bir geometrinin oluşturulması, bu geometrinin bir diagrid strüktür sistemi ile yapısal analizi ve en önemli yapı sistemi elemanını olan düğüm noktalarının ön üretim için uygun şekilde numaralandırılması ve sıralanmasıdır. Modelin yapısal değerlendirmesine dayanarak, tez, potansiyel yapısal elemanın diagrid strüktür sistemine eklenip eklenemeyeceğini görmek için diagrid strüktür sistemlerinin alternatiflerini tartışmaktadır.

Keywords

• diagrid strüktür sistemleri,serbest biçimli yüksek katlı tasarımlar,düğüm noktası,ön tasarım,yapısal analiz

References

1. Boake, T. M. (2014). Diagrid structures: systems, connections, details. Walter de Gruyter.
2. Montuori, G. M., Mele, E., Brandonisio, G., & De Luca, A. (2014). Geometrical patterns for diagrid buildings: Exploring alternative design strategies from the structural point of view. Engineering Structures, 71, 112-127.
3. Moon, K. (2009). Design and construction of steel diagrid structures. NSCC2009.
4. Moon, K. S. (2011). Diagrid structures for complex-shaped tall buildings. Procedia Engineering, 14, 1343-1350.
5. Munro, D. (2004). Swiss Res Building, London. Nyheter Stålbyggnad, 3, 36-43.
6. Wells, M. (2005). Skyscrapers: Structure and design. Laurence King Publishing.