ComStruct | کامستراکت

کارگاه آموزشی-پژوهشی کامستراکت، در غالب یک دوره فشرده دو هفته‌ای در تابستان ۱۳۹۴ در کانون معماران معاصر برگزار شد. این کارگاه سعی داشت تا با نگاهی به ساختار هندسه های رایانشی و محاسباتی به عنوان ابزاری برای تولید معماری و همچنین واکاوی خصوصیات و رفتارهای این دسته از ساختارهای فضایی، تجربه‌ای از طراحی و اجرای یک نمونه ۱ به ۱ را به وجود آورد. شرکت‌کنندگان این دوره از یک سو با شناخت رفتار سازه‌ای و عملکرد مصالح در بارگذاری‌های گوناگون و درک پتانسیل‌های سازه‌ای هندسه‌های پیچیده، توانایی ایجاد ارتباط بین داده‌های سازه‌ای و فرم معماری را کسب کرده و از سوی دیگر با بهره‌گیری از تکنیک‌های تولید صنعتیِ در دسترس در کلان‌شهر تهران، شناختی ملموس از نحوه‌ی کاربرد این تکنیک‌ها و تبدیل معماری به محصولی قابل ساخت توسط این گونه ابزارها را به دست آوردند. خروجی نهائی این دوره، سایبانی با مقیاس واقعی است که در غالب یک همکاری جمعی، توسط شرکت‌کنندگان و مدرسین طراحی، و در انتهای دوره اجرا شد.

 

Persian

 

نام: کامستراکت
مکان
: کانون معماران معاصر، میدان صنعت، تهران، ایران
مدرسین:
  کریستین پلاگبرگ نیلسن، وحید اشراقی، مریم خادمی، مهراد مه‌نیا ، رامتین طاهریان

همکاران:

الهام رضوی (مدیر کانون معماران معاصر)
علی ذوالفقاری (پشتیبانی فنی)
مجید کاظم پور (پشتیبانی فنی)
افشین کوپایی (پشتیبانی فنی)
مهران داوری (پشتیبانی فنی)
فرشید اسماعیلی (شرکت فنی مهندسی مرآب مهبود)
فراز ملکی (شرکت آرپا لیزر)

دانشجویان:

احمدرضا آتشبار تهرانی، سروش اسدی، نیلوفر ایمانی، پوریا بنی‌آدم، حمید پیرو، مصطفی جهان‌میری، هدی حمزه، احسان حیدری‌زادی، کیهان خاکی، صدرا خسروان، آرین خلیقی، علی درازگیسو، ایمان شاملی، حسن شفیعی، فهیمه طهماسبیان، فرهنگ علیپور، پانیذ فرخ‌سیر، فرانه قهرمانی، پوریا گچ پزان، فرناز محمدی، فاطمه محمودیار، سوگل معاون، علی میرزاده، هومن همایوني، حجت علیپور

میزبان: کانون معماران معاصر
تاریخ:
  1394
مصالح:
 ورق های فلزی، سیم بوکسل
مساحت:
 40 مترمربع
برش لیزر:‌ شرکت آرپا لیزر
خم کردن ورق های فلزی سی ان سی:‌ شرکت آرپا لیزر
خدمات آندایزینگ (پوشش) آلومینیومی: شرکت آرپا لیزر
ارائه کننده دستگاه های نورپردازی: گروه صنعتی شعاع
کارگردان و فیلم برداری: سپند ساعدی
عکاسان: سپند ساعدی، داوود محمدحسن، فرهنگ علیپور، پوریا گچ پزان

 

شرکت‌کنندگان در این دوره از یک سو با بهره‌گیری از نرم‌افزارهایی چون راینو،‌ گرسهاپر و افزونه کارامبا امکان طراحی بر اساس داده‌های سازه‌ای و مقاومت مصالح را تجربه کردند و از سوی دیگر با ساخت محصول طراحی شده در ابعاد واقعی، تجربه‌ای ملموس از نحوه ارتباط با ابزارهای صنعتی ساخت دیجیتال، همچون سی.ان.سی‌ها، دستگاه‌های برش لیزری، پتانسیل‌ها و محدودیت‌های هر یک از این ابزار به دست آورند.

 

مکان برگزاری دوره، (ساختمان کانون معماران معاصر)، یک ویلای مسکونی سی ساله است که استخر موجود در حیاط آن پس از تغییر کاربری و تبدیل شدن ساختمان به فضایی فرهنگی-آموزشی، خالی و بدون استفاده رها شده بود. پس از بررسی‌های اولیه برای انتخاب محل اجرای محصول دوره، تمرین نهائی کارگاه تحت عنوان طراحی و ساخت سایبانی پوشاننده بر روی حجم منفی استخر، با هدف تبدیل آن به فضای زنده‌ای عمومی-نمایشگاهی، تعریف شد تا جانی دوباره به این فضای بلاتکلیف داده شود. برای تحقق این امر، در تمامی مراحل پیشبرد و توسعه طرح، از زایش ایده‌های اولیه و پیدایش فرم تا گام‌های نهائی بهینه‌سازی پوسته‌ و جزئیات اجرایی، افزونه‌ی پارامتریکِ تحلیل سازه‌ای "کارامبا"، به عنوان ابزار اصلی آموزش داده شد و  مورد استفاده قرار گرفت.

 

هنرجویان در طول این دوره، با ساخت نمونه‌ها و مدل‌های آزمایشی و استفاده از ابزارهایی که پیشتر به آنها اشاره شد، به پژوهش و مطالعه بر روی سیستم‌های سازه‌ای مختلف همچون عناصر خرپایی، پوسته‌ای و دیگر انواع سازه‌ها پرداختند و تا انتهای دوره از نتایج مشاهدات و داده‌های بدست آمده برای دستیابی به هندسه و منطق سازه‌ی نهایی استفاده کردند تا فرمی بهینه برای سازه‌ی پوشاننده‌ی استخر تولید شود. در روند بهینه‌سازی پوسته و با هدف دستیابی به بیشینه استفاده از خواص و توانایی‌های سازه‌ایِ مصالح و مقاومت بیشتر در برابر بارهای وارده، نوع خاصی از الگوریتم های بهینه‌سازی، تحت عنوان بهینه سازی چند معیاری، مورد استفاده قرار گرفت. الگوریتم‌های بهینه‌سازی چند معیاری، دسته‌ای از روش‌های بهینه‌سازی هستند که امکان دستیابی به پاسخی بهینه بر مبنایِ چند تابع هدف را فراهم می‌کنند.

 

کاربرد اصلی این نوع برخورد در جهت یافتن نتیجه مطلوب، در شرایطی‌ است که به دست آوردن مقدار یا حالت بهینه‌ی همزمان چند پارامتر مورد نیاز باشد. با توجه به اینکه در روند طراحی و ساخت محصول دوره، بهینه‌سازیِ‌ پارامترهایی چون حداقل استفاده از مصالح و حدکثر پوشش دهانه مورد نظر در ترکیب با کاهش تنش اجزاء سازه‌ای و بهترین عملکرد مصالح در برابر بارهای وارده مد نظر بود، الگوریتم‌های فوق‌الذکر مورد استفاده قرار گرفت. این روند به پیدایش محصولی غیرقابل پیش‌بینی با تحدب رو به بیرون منجر شد، که در قسمت انتهایی به لبه‌ی استخر متصل شده و پیشانی آن به صورت طره‌ای سه متری سطح استخر را پوشانده است.

 

بعد از اتمام مراحل طراحی و بهینه‌سازیِ پوسته‌ی نهایی و تولید هندسه سازه مورد نظر، سطح پوسته با استفاده از الگوهای سه بعدیِ تا به قطعات مثلثی کوچک‌تر تقسیم بندی شد تا ضمن ارتقای استحکام و پیوستگی عملکرد سازه‌ای، روند ساخت محصول نیز با سهولت بیشتری انجام شود. با توجه به اینکه تکنیک‌ها و منطق‌های متفاوت بوجود آورنده‌ی الگوهای فولدینگ، خود منجر به ایجاد رفتارهای منحصر به فرد سازه‌ای می‌شوند، در ادامه با تحلیل و بررسی عملکرد الگوهای تقسیم‌بندی مورد استفاده و مقایسه‌ی عملکرد هر یک از آن‌ها تحت شرایط بازگذاری، یکی از گزینه‌ها به عنوان الگوی مثلث‌بندی نهایی انتخاب و برای بهبود رفتار سازه‌ای و وفق‌پذیری بیشتر با استراتژی ساخت وارد فاز بعدی طراحی شد. استفاده از این الگوها، که تشابه زیادی با اصول علم اوریگامی دارند، علاوه بر اینکه باعث افزایش ممان اینرسی و مقاومت خمشی پوسته محدب نهایی شد، با تبدیل فرم دوقوسی پوسته به صفحات تخت مثلثی امکان برش قطعات از ورقه‌‌های آلومینیومی توسط دستگاه برش لیزر را نیز فراهم کرد.

 

برای بهبود عملکرد سازه‌ایِ پوسته و قطعات مثلثیِ تشکیل دهنده‌ی آن، تصمیم بر آن شد تا با برش بخش‌هایی از هر مثلث و تا کردن مثلث‌های کوچک‌تر به سمت بیرون و همچنین اضافه کردن الگویی از کابل‌های کششی در لایه بیرونی، پوسته را که تا این لحظه رفتار غشایی داشت، به خرپایی سه‌بعدی تبدیل کنیم. نکته‌ی حائز اهمیت در این فرآیند استفاده‌ی حداکثری از مصالح پوسته و ارتقای کارایی سازه‌ای با اضافه کردن کمترین مصالح و اجزای ثانویه در این مورد الگویی از کابل‌ها- بود به نحوی که با حذف بخشی از مصالح سطح پوسته و قرار دادن همان میزان مصالح در ضخامت آن،‌ سازه‌ای دو لایه حاصل می‌شود که رفتاری مناسب تر در مواجهه با نیروهای بیرونی خواهد داشت. در این مرحله آنالیزهایی نیز در شرایط مختلف بارگذاری از جمله بارهای طبیعی برف و باد- صورت گرفت تا با بررسی میزان باربری هر یک از قطعات مثلثی در شرایط مختلف بارگذاری، امکان محاسبه ابعاد دقیق برش مثلث‌ها در هر یک از نقاط فراهم شود.  نتیجه‌ی این فرآیند را می‌توان نمودار رفتار سازه‌ای پوسته قلمداد کرد چرا که ارتفاع‌ متفاوت اجزای عمودی به نوعی بیانگر نحوه‌ی جریان نیروها و تنش‌های سازه‌ای محلی هر قطعه می‌باشد. در نتیجه عملکرد کلی سازه؛ در سطح آن قابل خوانش و مشاهده است.

 

نحوه تا خوردن مثلث‌های داخلی به گونه‌ایست که در هر زوج از قطعات همسایه، ابتدا دو ضلع از مثلث داخلی هریک برش خورده و حول محور سوم و در جهت قطعه دیگر خم می‌شود. مثلث‌های خم شده‌ی قطعات همسایه، در نقطه‌ای خارج از پوسته به یکدیگر متصل شده و تشکیل مثلثی عمود بر صفحه‌ی اصلی می‌دهند. در نهایت با اضافه شدن شبکه‌ی کابل‌ها به این سیستم، راس خارجی مثلث‌ها به یکدیگر متصل شده و سیستم خرپایی دولایه و سه‌بعدی مورد نظر به وجود می‌آید. تحلیل‌های بعدی انجام گرفته روی این سیستم نشان داد که تمامی قسمت‌های شبکه کابلی در تحمل بار و عملکرد سازه‌ای نقش دارند، با این تفاوت که برخی از آنها در تمام حالات بارگذاری و برخی دیگر تنها در حالاتی خاص از بارگذاری به صورت فعال درگیر می‌شوند. نحوه‌ی کابل کشی پیوسته‌ی پوسته این امکان را فراهم می‌آورد که کابل‌ها به صورت پیش‌تنیده بعد از اجرای کامل سیستم به آن اضافه شوند. جزئیات طراحی شده در یال آزاد انتهای پوسته به نحوی است که با تا خوردن قطعات مستقر در لبه، ضمن افزایش مقاومت و ثبات در اجزای انتهایی، امکان اتصال کابل‌ها در این منطقه فراهم شود و یال آزاد به مثابه یک تیر قوسی در سیستم عمل کند.

 

لینک های مرتبط:

- وب سایت مدرس: کریستین پلاگبرگ نیلسن []
- وب سایت مدرسین: مهراد مه نیا و رامتین طاهریان  []

- وب سایت مدرس: وحید اشراقی  []

- وب سایت و آدرس کانون معماران معاصر (جهت بازدید پروژه): تهران، شهرک غرب، فاز 3، خیابان حسن سیف، کوچه دوم، پلاک 7   []

 

English

 

Name: ComStruct, computational structures

Tutors:

- Kristjan P. Nielsen
- Mehrad Mahnia
- Vahid Eshraghi
- Mariam Khademi
- Ramtin Taherian

Host: Contemporary Architects Association¹, Tehran, Iran

Workshop Team:

Farhang Alipour, Soroush Asadi, Ahmadreza Atashbar Tehrani, Pouria BaniAdam, Ali Derazgisou, Paniz Farrokhsiar, Pouria Gachpazan, Faraneh Ghahremani, Hoda Hamzeh, Ehsan Heidari Zadi, Hooman Homayooni, Niloofar Imani, Mostafa Jahanmiri, Keyhan Khaki, Aryan Khalighy, Sadra Khosravan, Fatemeh Mahmoudyar, Ali Mirzadeh, Sogol Moaven, Farnaz Mohammadi, Hamid Peiro, Hasan Shafiei, Iman Shameli, Fahimeh Tahmasebian, Hodjat Alipour

Area: 40 sqm

Date: 2015

Laser Cutter Provider: Arpa Laser Co.

CNC Sheet Metal Bending: Arpa Laser Co.

Aluminum Anodizing Service: Arpa Laser Co.

Lighting Device Provider: Shoa Industrial Group

Collaborators:

- Elham Razavi / CEO at Contemporary Architects Association,
- Ali Zolfaghari / Technical Support,
- Majid Kazempour / Technical Support,
- Afshin Koupaei / Technical Support,
- Mehran Davari/ Technical Support,
- Farshid Esmaeili / Marab Mahbod Engineering & Technical Co.,
- Faraz Maleki / Arpa Laser Group

Cinematography and Video Director: Sepand Saedi

Photography: Sepand Saedi, Davood MohammadHasan, Farhang Alipour, Pouria Gachpazan

 

ComStruct was a two-week workshop on computational structures as form generators which took place in summer of 2015 and aimed to explore the material behavior, directionality of elements, as well as understanding structural potentiality of complex geometries. During the workshop period hosted by the Contemporary Architects Association in Tehran, Iran, the workshop team consisting of 5 tutors and 25 participants utilized the algorithmic design and analysis potentials of Rhino, Grasshopper and Karamba, as well as fabrication techniques existing in industrial zone of Tehran, the capital of Iran, to design and construct a one to one scale canopy.

The venue at the Contemporary Architects Association is located in a converted 30-years-old residential house, with an unused and empty swimming pool in the front yard. The task of the workshop was to design and fabricate a self-supporting/self-stable canopy covering the 4x10m pool, converting it into a vivid exhibition and public area. To this end, the parametric FEM program Karamba was used as the main tool to aid design development, from form-finding stage to optimizing structural shell and elements.

After a few days of experiments and studies on structural elements such as truss and shell structures via physical models and above mentioned software the starting pistol of final product’s form-finding was fired. The goal of the form-finding process was to come up with an optimal shape taking into account boundary conditions of the site (the pool) and the use of material. A multi-objective optimization was performed using Octopus.e, where parameters for use of material was combined with stress analysis calculated with Karmba engine. This resulted in a form of non-trivial nature, a concave shell cantilevered along its length, however still highly optimized concerning downwards loading.

After breeding an optimized shell structure, the surface was discretized into a folded pattern to increase the stiffness by creating inertia, while rationalizing the form in terms of fabrication. Among a bunch of rationalization techniques, triangulation was selected due to adaptability with the selected material (Aluminum sheet) and metal laser cutting approach and by converting the double-curved canopy into a grid of planar surfaces. For coming up with the most efficient pattern a couple of different patterns were tested program and comparing the structural performance of these folded patterns through Karmaba program resulted in an optimized folding methodology.

After this tessellation phase, introduction of multiple load cases took into account to simulate the structural behavior from snow and wind loads. By analyzing the now folded shape with these loads, the performance of each triangular panel was obtained in terms of local utilization and translated into a differentiation of hole sizes that was cut in the middle of each fold. These triangular holes were laser cut on two sides and bend around the last, rotating the cut material upwards with varying heights reflecting the local utilization. The directionality of the folding methodology was such that two adjacent panels’ cut material would meet and form an out-of-plane triangle.

Adding a grid of cables to the system by joining out-of-plane points of these bend triangles, converted the shell into a double-layered structure and the outcome was a three-dimensional tension truss. Using Karamba, it was confirmed that all cables were activated –however some only under some load cases. To avoid pre-tensioning each cable segment, a continuous cable pattern was applied connecting the all the peak nodes in a row. As each node connected four cable segments, the cable were weaved in and out with a zig-zag pattern. This method also implied that the cables could be pre-stressed from the ground after the structural erection was complete. At the free edges the cable ends were hidden in a designed connection that incorporated an edge-beam.

And After a two-week practice on structurally driven design process with an interdisciplinary dialogue between architecture, structural parameters and fabrication techniques, finally the structure was erected just above the elderly pool, converting it into an alacritous space for students’ gatherings and public events of the institute.

 

1) Location: No. 7, 2nd alley, Hassan-e Seif St, Faze-3, Shahrak-e Gharb, Tehran, Iran

 

 

 

 CAOIdonation

A little help...
Goes a long way!

Newsletter

Iranmap Thank you for spending
your time with us!