Fraktallar ile Dallanmış Çelik Strüktür Elemanı Tasarımı

Geniş açıklıklı yapılarda kullanılan, dallanmış çelik strüktürler, genellikle göz önünde bulunan ve büyük bir hacme yayılan yapı elemanlardır. Bu yüzden tasarımcılar tarafından estetik durmaları amaçlanmaktadır. Bu tarz çelik strüktürlerin tasarımında önceden hesaplanmış, rastgele olmayan ancak karmaşık ve tekrara bağlı bir görüntü elde etmek için tasarımda fraktallardan yararlanılabilir.  Fraktallar ile tasarlanacak bir dallanmış çelik strüktür elemanı estetik durduğu kadar ilgi çekici de olacaktır.

İlk başta, mevcut yapılarda kullanılmış olan dallanmış strüktürler incelenmiştir. Daha sonra bu strüktürler ile uyumlu çalışabileceği düşünülen fraktallar araştırılmıştır. Aynı zamanda Incendia adındaki üç boyutlu fraktal motorunda da tasarıma ilham olması için yeni fraktallar da üretilmiştir. Yeni tasarımın mevcuttaki uzay kafesler ile kolayca entegre olabilmesi için uzay kafeslerin standart boyutlarına göre tasarlanması düşünülmüştür. Ancak mevcut sistemlerin projenin olanaklarını kısıtladığına karar verilmiş ve alternatiflerin çoğu bu sistemlerden bağımsız olarak kurgulanmıştır.

Tasarım yapılırken ilk başta strüktürün yayılacağı en büyük hacim belirlenmiştir. Bu hacim ters duran kare tabanlı bir piramittir. Geçilen açıklığa ve kat yüksekliğine göre piramidin boyutları değiştirilebilmektedir. Strüktürdeki profillerin oluşturacağı geometri, bu piramidin köşe noktaları arasında oluşturulan kavisli kenarlardır. Aynı zamanda köşelerden ağırlık merkezine bağlanan doğrusal profiller geometriyi kararlı hale getirir. Piramidin üçgen yüzeylerine denk gelen kısımlarda oluşturulan profiller ise, strüktürdeki yük ve stresin dağıtılmasına yardımcı olurken geometrinin karmaşıklaşmasına da sağlamaktadır.

En büyük hacim belirlendikten sonra fraktal, bu hacmin merkezine doğru küçülerek, adım sayısı arttıkça ilerlemektedir. Fraktalın adım sayısı, ilk şeklin boyutları ve profilleri oluşturan bağlantı noktalarının parametreleri değiştirilebilir. Farklı senaryolara uygun farklı alternatifler, kısa zamanda hesaplamalı olarak üretilebilir. Oluşturulan alternatifler statik olarak analiz edilerek daha sonra optimize edilebilirler.

Fraktalların geometrideki tekrar etme davranışını taklit etmek için Grasshopper’ın Anemone eklentisi kullanılmıştır. Anemone eklentisi yazılan kodun bir döngüye sokulmasını ve istenilen sayıda tekrar ettirilmesini sağlar. Kod ile elde edilen geometrinin strüktürel olarak analiz edilmesi için de Kiwi 3D eklentisi kullanılmıştır. Strüktürü oluşturmak için kullanılan kod ile entegre çalışan Kiwi 3D, analizin de otomatikleşmesini ve gerçek zamanlı yapılabilmesini sağlamıştır. Çeşitli alternatiflerin analizleri yapılarak, geometrinin farklı parametrelerde statik olarak nasıl tepki verdiği de incelenmiştir. İstenilen boyutlarda bir strüktür elde eden kullanıcı, analizden sonra strüktürü statik olarak daha güçlü bir hale getirmek için geometrinin parametrelerini değiştirebilir ve anında geribildirim alabilir. Aynı zamanda yine kod içerisinden, üretilmiş eleman ile X ve Y eksenlerinde istenen aks sayılarında bir grid sistem oluşturabilir.

Projenin çıktısı olarak, mevcut strüktürlere uyum sağlayabilen ve mevcut strüktürlerden bağımsız üretilmiş iki temel ürün tipinden söz edilebilir. Üretken sistem yöntemlerinden fraktalların kullanılması ile bu proje Autopoiesis kavramı ile ilişkilendirilmiştir.