ALTYAPI ÖLÇEK 04-06 - BİNA→BÖLGE 2024 · Konsept Çalışması

Topoloji-Optimize Köprü

Kuvvet akışına göre şekillenen yaya köprüsü. %50 daha az malzeme, daha net strüktür.

Altyapı Topoloji Optimizasyonu WAAM Yaya Simge Yapı

PROJE: Topoloji-Optimize Köprü
PAFTA: A-104
TÜR: ALTYAPI
ÖLÇEK: ÖLÇEK 04-06 - BİNA→BÖLGE
TARİH: 2024
ÇİZEN: FRAKTAL

GENEL BAKIŞ

Geleneksel köprü tasarımı, açıklık boyunca tekdüze bir taşıyıcı mantık uygular. Bu yaya köprüsünde ise topoloji optimizasyonu ile malzeme yalnızca kuvvet akışının geçtiği bölgelere yerleştirildi.

Sonuç, geleneksel kafes sisteme göre %50 daha az çelik kullanan ve kent için güçlü bir simgesel değer üreten organik bir form oldu.

Çalışma, İzmir körfezi için fikir yarışması formatında geliştirildi. Altyapıyı mimarlık olarak ele alıyoruz: bina ölçeğinde tek bir strüktür, bölge ölçeğinde bir rol.

ZORLUK

45 metrelik bir yaya köprüsünü, malzeme tüketimini ve yapım karmaşıklığını azaltırken kentsel ölçekte simgesel bir etki üretecek şekilde tasarlamak.

TASARIM FELSEFESİ

Tasarım Yaklaşımı

Taşıyıcı sistemi mimarlığa sonradan eklenen bir katman olarak görmüyoruz; taşıyıcı sistemin kendisi mimarlık. Malzemeyi sadece kuvvetin aktığı yere koyduğumuzda, ortaya çıkan form hem dürüst hem verimli, hem de kaçınılmaz biçimde güzel oluyor.

YAKLAŞIM

Araştırma Odaklı Tasarım

01

Topoloji Optimizasyonu

Tasarım hacmini 2,4 milyon voksele ayırdık; ölü yük, hareketli yük, rüzgar ve deprem senaryolarını tanımlayıp Millipede'de 1.247 iterasyon çalıştırdık. Algoritma, gerilmeyi 240 MPa altında tutarken başlangıç hacminin %68'ini kaldırdı.

02

Gerçek Zamanlı FEA Doğrulaması

Her iterasyonu Karamba3D ile doğruladık. Orta açıklıkta 24 mm'yi (L/500) aşan yer değiştirme gösteren alternatifleri eledik. FEA modelinde son form, tam yük altında en fazla 18 mm yer değiştirme gösteriyor.

03

WAAM Düğüm Üretimi

48 ana strüktürel düğüm, klasik imalat için fazla karmaşıktı. Bu nedenle 316L paslanmaz çelikte WAAM (Tel-Ark Katmanlı İmalat) kurgulandı. Her düğüm 12-18 saatte basılıp bağlantı yüzeyleri CNC ile işlenecek şekilde kurgulandı; FEA doğrulamasında düğümler 1,8x tasarım yükünü taşıyacak şekilde boyutlandırıldı.

04

Döşeme Entegrasyonu

4,2 metre genişliğindeki yürüyüş döşemesi, taşıyıcı kaburgalar arasına oturan CLT panellerle çözüldü; beton alternatife göre ölü yük %60 azaltıldı.

SÜREÇ

Tasarım Süreci

01

Yük Senaryoları

3 hafta

Ölü yük, hareketli yük, rüzgar ve deprem yük kombinasyonları tanımlandı. Tasarım hacmi topoloji optimizasyonu için 2,4 milyon voksele ayrıştırıldı.

02

Topoloji Optimizasyonu

6 hafta

Millipede'de 1.247 iterasyon. Algoritma, tüm noktalarda gerilmeyi 240 MPa'nın altında tutarak başlangıç hacminin %68'ini kaldırdı.

03

Üretim Stratejisi

3 ay

48 ana düğüm için 316L paslanmaz çelikte WAAM üretim yöntemi belirlendi; CLT döşeme panelleri detaylandırıldı.

04

Tasarım Geliştirme

4 ay

Karamba3D ile gerçek zamanlı FEA doğrulaması sürdürüldü; düğümler 1,8x tasarım yüküne göre boyutlandırıldı, montaj sırası ve saha senaryosu netleştirildi.

TEKNİK BİLGİ

Teknik Veriler

Açıklık 45 m (tek)

Döşeme Genişliği 4,2 m

Malzeme Tasarrufu Makasa göre %50

Kaldırılan Hacim Başlangıcın %68'i

Voksel Çözünürlüğü 2,4 milyon

Benzersiz Panel 120 (CNC)

Doğal Frekans 2,5 Hz

Maks Yer Değiştirme Orta açıklıkta 18 mm

MALZEMELER

Malzeme Paleti

01

316L Paslanmaz Çelik

48 ana düğüm, WAAM (Tel-Ark Katmanlı İmalat) ile üretilip bağlantı yüzeyleri CNC ile işlenecek şekilde kurgulandı. Her düğüm 12-18 saatte basılacak biçimde boyutlandırıldı.

02

Yapısal Çelik

WAAM düğümleri arasındaki bağlantı elemanları. Maliyeti kontrol altında tutmak için standart profiller tercih ettik; sadece düğümler katmanlı imalat gerektirdi.

03

Çapraz Lamine Ahşap

CLT döşeme panelleri taşıyıcı kaburgalar arasına oturuyor; betona göre ölü yükü %60 azaltarak hafif formu ayakta tutuyor.

04

LED Aydınlatma Sistemi

Aydınlatmayı taşıyıcı kaburgaların içine yerleştirdik. Işık, köprünün organik formunu takip ediyor ve geceye ayrı bir kimlik kazandırıyor.

SONUÇLAR

Performans Metrikleri

%50 Daha Az Çelik geleneksel kafes kirişe göre

45m Açıklık tek açıklık

2,5Hz Doğal Frekans konfor eşiğinin üzeri

120 Benzersiz Panel CNC üretimi

SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK

Çevresel Etki

Geleneksel kafes kiriş tasarımına göre %50 daha az çelik

CLT döşeme betona kıyasla ölü yükü %60 azaltır

WAAM imalatı düğümlerde malzeme israfını minimize eder

Malzemeyi sadece kuvvetin aktığı yollara koyduk, geri kalanı boşluk

Sadece yayalara açık: araçsız kent içi ulaşımı destekliyor

Korkuluklara entegre güneş panelleri LED sistemini besliyor

TASARIM ETKİSİ

Analizimizden Önce & Sonra

Önce

Geleneksel kafes kiriş tasarımı

Sonra

Topolojiyle optimize edilmiş form

Topoloji optimizasyonu, başlangıç hacminin %68'ini kaldırarak malzemeyi yalnızca kuvvet akış yollarına yerleştirdi. Sonuç, geleneksel kafes sisteme göre %50 daha az çelikle daha net, daha güçlü bir strüktürel ifade üretti.

Önce

Standart imalat düğümleri

Sonra

WAAM baskılı yapısal düğümler

Tel-Ark Katmanlı İmalat, geleneksel kaynaklı düğümlerin yerine 316L paslanmaz çelikten 48 özel 3B baskı düğüm öngörüyor; her biri FEA doğrulamasında 1,8x tasarım yüküne göre boyutlandırıldı.

TASARIM ÖDÜNLEŞİMLERİ

Karmaşık geometri, uzman üretim ve hassas montaj planı gerektirir; saha lojistiği tasarım kadar kritik hale gelir.

GALERİ