Global optimization of freeform support structures

Abstract

Postojeći su arhitektonski projekti usmjereni konstrukcijama slobodnih i neodređenih oblika. Veza između onoga što se želi postići projektom i izrade predstavlja izazov kod izvedbe potporne konstrukcije koja je geometrijski održiva, a trebala bi zadovoljiti određene estetske, izvedbene, toplinske zahtjeve i one koji se odnose na čvrstoću. Kako bi se osigurao kontakt rubova dodirnih izolacijskih panela cijelom njihovom debljinom, rubovi moraju biti odrezani pod različitim kutovima što dovodi do razlika u visini vrhova kuta te razlika u položaju unutarnjih metalnih ploča izolacijskih panela. Osnovni cilj predstavljenog istraživanja je razvoj postupka optimizacije pomoću kojega će se postići minimalna razlika u visini spoja kod svih spojišta, uzimajući u obzir sve površine slobodnog oblika pojedinog arhitektonskog projekta. Da bi se nadoknadile zaostale razlike u visini spojeva predlaže se korištenje držača razmaka različitih debljina. Mreže uglavnom četverokutne strukture konusnih svojstava zahtijevaju optimizaciju visine vrhova kutova kako bi se kod svih greda postigle približno minimalne razlike u visini spojeva. U članku se razmatra globalna minimizacija razlika u visini spojeva na uzorku arhitektonskog projekta slobodnog oblika, s mrežom uglavnom četverokutne strukture s konusnim svojstvima. Usporedba razlika u visini spojeva prije i poslije optimizacije pokazuje znatno poboljšanje.The trends in current architectural design are leading towards structures with free and irregular forms. The connection between the design intent and the fabrication presents a challenge when creating a support structure that is geometrically viable and should possess certain aesthetics, fabricational, thermal and strength requirements. To ensure the contact of edges of neighborhood insulation panels along their thickness, their edges must be cut under different angles which cause the differences in vertex heights and further the differences of the positions of the inner metal sheets of the insulation panels. The main goal of the presented research is the development of the optimization procedure by which the minimal joint height differences will be achieved in all the joints, taking into account all free form surfaces of the individual architectural design. To compensate for the residual joint height differences the usage of spacers of different thicknesses is proposed. Quad-dominant meshes with conical properties require optimization of the vertex heights to align all beams at approximately minimal joint height differences. The paper considers global minimization of joint height differences for a sample of free form architectural design, meshed with quad-dominant mesh with conical properties. The comparison of the joint height differences before and after the optimization shows the substantial improvement