Bionic models in optimal design of flat gridshell surfaces

• Autorzy: Gawell Ewelina , Rokicki Wiesław

Identyfikatory

DOI

10.36176/96.PTGiGI.2019.32.3.02

Warianty tytułu

PL

Modele bioniczne w optymalnym kształtowaniu płaskich struktur prętowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Contemporary architectural explorations are also concerned with the structural developments of geometric spatial forms. More and more original objects are created or even mapped in reference to nature creations. The reasons for such undertakings are, on the one hand, the need to rationalize structural solutions, while on the other hand the creation of new forms in the context of aesthetics, functions, symbolism, etc. The dynamically developing computer programs that enable multilateral analysis of the proposed solutions in the design process, especially in the aspect of irregular shapes are a significant impulse for the introduction of bionic patterns into architecture. A significant pragmatic change of approach in the design process is the interdisciplinary cooperation of specialists from many fields. As a result, architectural objects in which innovative techniques, materials and technological solutions are tested, often differ from known modern building technologies. The use of bionic models in the search for new aesthetics in architecture requires the shaping of structural elements following the logic of Nature, which determines unconventional, but at the same time rational material solutions optimized towards minimal consumption of materials and energy required to produce them. Such perception of load-bearing structures is not new, but only a continuation of logical thinking from the past, and the development of digital tools supporting designers provides multiple optimization opportunities in synergistic architectural explorations. An important element of an article is own research on optimization of flat gridshell surfaces. The search criterion is the minimum mass and the study compiles selected classic models (regular divisions) and selected bionic models (irregular divisions).

PL

Współczesne poszukiwania w architekturze opierają się na strukturalnym budowaniu geometrycznych form przestrzennych. Coraz więcej oryginalnych obiektów powstaje w nawiązaniu, a nawet odwzorowywaniu tworów spotykanych w naturze. Powody takich działań to z jednej strony potrzeba racjonalizowania rozwiązań strukturalnych, natomiast z drugiej strony kreowania nowych form w kontekście estetyki, funkcji, symboliki, itp. Istotny impuls wprowadzania wzorów bionicznych do architektury stanowią rozwijające się dynamicznie programy komputerowe, które umożliwiają wielostronne analizowanie proponowanych rozwiązań, szczególnie w aspekcie nieregularnych kształtów. Znaczącym, pragmatycznym działaniem jest też zmiana podejścia w procesie projektowania w ukierunkowaniu na interdyscyplinarną współpracę specjalistów z wielu dziedzin. W rezultacie obiekty architektoniczne, w których testowane są nowatorskie rozwiązania techniczno-materiałowe i technologiczne, często różnią się od znanych współczesnych technologii budowania. Wykorzystanie modeli bionicznych w poszukiwaniu nowej estetyki w architekturze wymaga kształtowania elementów konstrukcyjnych zgodnie z logiką Natury, która determinuje niekonwencjonalne, ale jednocześnie racjonalne rozwiązania materiałowe zoptymalizowane z uwagi na minimalne zużycie tworzyw i energii do ich wytworzenia. Takie postrzeganie struktur nośnych nie jest nowym podejściem, a jedynie kontynuacją logicznego myślenia z przeszłości, a rozwój cyfrowych narzędzi wspomagających projektowanie oferuje zwielokrotnione możliwości optymalizacyjne w synergicznych poszukiwaniach architektonicznych. Istotnym elementem artykułu są badania własne dotyczące optymalizacji płaskich struktur prętowych. Kryterium poszukiwań jest minimalna masa, a w badaniu zestawiono wybrane modele klasyczne(o regularnych podziałach) oraz wybrane modele bioniczne (o podziałach nieregularnych).

Słowa kluczowe

EN

structural surfaces; bionic model; topological optimization

PL

powierzchnie strukturalne; model bioniczny; optymalizacja topologiczna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Geometrii i Grafiki Inżynierskiej
• Czasopismo: Journal Biuletyn of Polish Society for Geometry and Engineering Graphics
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 32
• Strony: 45--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz.

Twórcy

autor

Gawell Ewelina

• Faculty of Architecture at the Warsaw University of Technology (WAPW) Department of Structural Design, Construction and Technical Infrastructure ul. Koszykowa 55, p.216, WARSZAWA, POLAND

autor

Rokicki Wiesław

• Faculty of Architecture at the Warsaw University of Technology (WAPW) Department of Structural Design, Construction and Technical Infrastructure ul. Koszykowa 55, p.216, WARSZAWA, POLAND

Bibliografia

• [1] Burry J., Burry M.: The New Mathematics of Architecture, Wyd: Thames and Hudson, Londyn, 2010.
• [2] Gawell E.: Synergy of spatial forms and statics in optimal shaping of rod structures [Synergia formy przestrzennej i statyki w optymalnym kształtowaniu struktur prętowych], rozprawa doktorska; promotor: dr hab. inż. Wiesław Rokicki – profesor PW, Wydział Architektury Politechniki Warszawskiej, 2015.
• [3] Gawell E., Rokicki W., Nowak A., Pietrzak J., Wrona M.: Poszukiwania topologiczne w optymalizacji komórkowych powierzchni strukturalnych – badania modelowe, grant dziekański dla młodych naukowców i uczestników studiów doktoranckich WAPW, Warszawa, 2015.
• [4] Mitsui K.: Optimal Shape and Topology of Structure Searched by Ants’ Foraging Behavior, “Report of the Research Institute of Industrial Technology, Nihin University – Number 83, 2006, ISSN 0386-1678, < http://www.cit.nihonu.ac.jp/laboratorydata/kenkyu/publication/report/83.pdf > [access: 30.07.2019]
• [5] Tajs-Zielińska K.: Rozprawa Doktorska, Optymalizacja elementów konstrukcyjnych metodą automatu komórkowego, Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, Instytut Mechaniki Stosowanej, Kraków 2011, Biblioteka Cyfrowa Politechniki Krakowskiej.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).