FSS#5 Bending Active Shells

FSS#5 BENDING ACTIVE SHELLS

‫‪01 ABSTRACT‬‬ ‫چکیده‬

‫‪1‬‬

‫‪Freeform Space Structure Workshops are held for the purpose of research‬‬ ‫‪and practice the two areas of free form structures and computer integrat‬‬‫‪ed construction and design methods. Each of these training programs deals‬‬ ‫‪with a specific way of constructing free form structures. This workshop tried‬‬ ‫‪to design and construct a structure by examining surface active and bending‬‬ ‫‪active structures. At first, students have created ways to develop the form‬‬ ‫‪by studying the materials and understanding their behavior. Then, they have‬‬ ‫‪developed their designs using digital fabrication tools and produced them‬‬ ‫‪on a real scale. All parts of these two structures are made of 6mm thick ply‬‬‫‪wood and cut using digital fabric cutting machines. Then, by applying force‬‬ ‫‪and using the elastic properties of the materials, they are bent to their final‬‬ ‫‪shapes.‬‬

‫مجموعــه کارگاه‌هــای ســازه‌های فضایــی فــرم آزاد بــا هــدف تحقیــق و تمریــن در میــان‬ ‫دو حــوزه ســازه‌های فــرم‌آزاد و روش‌هــای یکپارچــه طراحــی و ســاخت رایانشــی برگــزار‬ ‫می‌گردنــد‪ .‬هــر یــک از ایــن برنامه‌هــای آموزشــی بــه یــک روش و فــن خــاص در راســتای‬ ‫ســاخت ســازه‌های فــرم آزاد می‌پــردازد‪ .‬ایــن کارگا ‌ه بــا بررســی ســازه‌های ســطح فعــال‬ ‫و خــم فعــال تــاش نمــوده تــا در زمــان ســه هفتــه یــک ســازه فــرم‌آزاد از ایــن دســته را‬ ‫طراحــی کــرده و بســازد‪ .‬در ایــن مســیر دانشــجویان در ابتــدا بــا مطالعــه مصالــح و شــناخت رفتار‬ ‫آن روش‌هایــی را جهــت توســعه فــرم ایجــاد نموده‌انــد‪ .‬ســپس‪ ،‬بــا اســتفاده از ابــزار ســاخت‬ ‫دیجیتــال طراحــی خــود را توســعه داده و در مقیــاس واقعــی تولیــد کرده‌انــد‪ .‬تمامــی قطعــات‬ ‫ایــن ســازه از پالیــوود بــا ضخامــت شــش میلیمتــر بــوده و بــا اســتفاده از ابــزار ســاخت دیجیتــال‬ ‫بــرش خورده‌انــد‪ .‬ســپس بــه کمــک اعمــال نیــرو و اســتفاده از ویژگـی‌ االســتیک مصالــح خــم‬ ‫شــده تــا بــه شــرایط و فــرم نهایــی خــود برســند‪.‬‬

2

‫‪02 INTRODUCTION‬‬ ‫معرفی‬

‫‪3‬‬

‫‪This workshop was orgenized and held by Digital Craft House of the Universi‬‬‫‪ty of Art in fall 2021. The purpose of this workshop was to provide students‬‬ ‫‪with an integrated digital design experience and familiarity with digital fab‬‬‫‪rication tools and facilities. Our ultimate goal was to produce a pavilion at‬‬ ‫‪the University of Art. The pavilion was constructed with plywood sheets and‬‬ ‫‪using a technique of surface active structures. Final tests and manufacturing‬‬ ‫‪of all parts of these pavilion was all digitally produced. This workshop was‬‬ ‫‪attended by 24 students and 9 teachers.‬‬

‫ایــن کارگاه آموزشــی توســط خانــه ســاخت دیجیتــال دانشــگاه هنــر در پاییــز ســال ‪ ۱۴۰۰‬برگــزار‬ ‫گردیــد و محصــول نهایــی آن در شــعبه بــاغ ملــی تهــران دانشــگاه هنــر قــرار گرفتــه اســت‪.‬‬ ‫هــدف از برگــزاری ایــن کارگاه تجربــه طراحــی و ســاخت دیجیتــال یکپارچــه بــرای دانشــجویان‬ ‫و آشــنایی بــا ابــزار و امکانــات ســاخت دیجیتــال بــوده اســت‪ .‬بــه ایــن منظــور‪ ،‬طراحــی و‬ ‫ســاخت یــک پاویــون بــا مســاحت ‪ ۴۰‬متــر مربــع در دســتور کار قــرار گرفــت‪ ،‬کــه بــا اســتفاده از‬ ‫مصالــح ورقـه‌ای تختــه چنــدال و بــا روش مــورد نظــر ایــن کارگاه آموزشــی ســاخته شــد‪ .‬تمامــی‬ ‫قطعــات ایــن پاویــون بــا اســتفاده از تجهیــزات ســاخت دیجیتــال تولیــد شــده‌اند‪ .‬در ایــن کارگاه‬ ‫‪ ۲۴‬شــرکت کننــده و ‪ ۹‬مــدرس حضــور داشــتند‪.‬‬

‫‪03 PROCESS‬‬ ‫فرآیند‬

‫‪In the zero phase of the workshop, different methods of fabrication of these‬‬ ‫‪types of structures and different types of materials were tested for their‬‬ ‫‪elastic deformation and ability of being cut with digital fabric cutting ma‬‬‫”‪chines. As a result of this process, “cardboard and high Impact polystyrene‬‬ ‫‪was selected as the desired prototyping material and plywood with different‬‬ ‫‪thicknesses for use in the final work.‬‬ ‫‪The first phase of the workshop consisted of two parts: training and experi‬‬‫‪ence. In the training section, students were introduced to the Grasshopper‬‬ ‫‪software as a digital design tool and digital fabrication tool to realize their‬‬ ‫‪potential in design. Students were then asked in the experience section to‬‬ ‫‪try to bend a sheet to form a module or part of an active bend structure. In‬‬ ‫‪this section, the students succeeded in designing seven different prototypes.‬‬ ‫‪In the next step, three different systems were selected as the main options‬‬ ‫‪and students studied and developed them in three groups.‬‬ ‫‪The output of this part was prototype of a fifth of the whole or part of the‬‬ ‫‪final work. This is to ensure that each group experiences the process of pro‬‬‫‪ducing a prototype of pavilion using digital design tools and in the same‬‬ ‫‪detail as the final work.‬‬ ‫‪In the last step, a design alternative was selected by students’ vote and was‬‬ ‫‪made on a real scale. The production of the construction drawings was made‬‬ ‫‪entirely by code in the Grasshopper software and all parts were produced by‬‬ ‫‪CNC milling and laser cutting.‬‬

‫‪5‬‬

‫در مرحلــه صفــر کارگاه‪ ،‬پیــش از شــروع دوره آموزشــی روش‌هــای مختلفــی بــرای ســاخت‬ ‫ایــن نــوع از ســازه‌ها امتحــان گردیــد و انــواع مختلــف مصالــح از نظــر توانایــی تغییــر شــکل‬ ‫االســتیک و توانایــی بــرش بــا دســتگاه‌های ســاخت دیجیتــال مــورد آزمایــش قــرار گرفــت‪.‬‬ ‫در نتیجــه ایــن فرآینــد «مقــوا و هــای ایمپکــت پلــی اســتایرن» بــه عنــوان مصالــح مطلــوب‬ ‫نمونــه ســازی و تختــه چنــدال بــا ضخامت‌هــای مختلــف جهــت اســتفاده در کار نهایــی انتخــاب‬ ‫گردیدنــد‪.‬‬ ‫مرحلــه اول ایــن کارگاه شــامل دو بخــش آمــوزش و تجربــه بــود‪ .‬بــه گون ـه‌ای کــه در بخــش‬ ‫آمــوزش بــه دانشــجویان نرم‌افــزار گرس‌هاپــر بــه عنــوان ابــزار طراحــی دیجیتــال و معرفــی‬ ‫تجهیــزات بــه عنــوان ابــزار ســاخت دیجیتــال معرفــی گردیــد تــا بتواننــد از پتانســیل‌های آن در‬ ‫طراحــی خــود اســتفاده نماینــد‪ .‬ســپس در بخــش تجربــه از دانشــجویان خواســته شــد تــا تــاش‬ ‫کننــد بــا خــم کــردن ورق‌هــا یــک مــدول یــا قســمتی از یــک ســازه خــم فعــال را بســازند‪ .‬در‬ ‫ایــن قســمت دانشــجویان موفــق شــدند تــا هفــت مــدل اولیــه متفــاوت طراحــی نماینــد‪.‬‬ ‫در مرحلــه بعــد‪ ،‬ســه سیســتم مختلــف بــه عنــوان گزینه‌هــای اصلــی انتخــاب شــدند و‬ ‫دانشــجویان در ســه گــروه بــه مطالعــه و توســعه طــرح پرداختنــد‪ .‬خروجــی ایــن قســمت ماکــت‬ ‫یــک پنجــم کل و یــا بخشــی از کار نهایــی بــود بــه گونـه‌ای کــه ایــن اطمینــان حاصــل شــود‬ ‫کــه هــر گــروه فرآینــد تولیــد یــک پاویــون را در مقیــاس ماکــت بــه صــورت دیجیتالــی و بــا‬ ‫جزئیــات مشــابه کار نهایــی تجربــه خواهــد نمــود‪.‬‬ ‫در آخریــن مرحلــه یــک اثــر از ســه گزینــه موجــود بــا رای دانشــجویان انتخــاب گردیــد و در‬ ‫مقیــاس واقعــی ســاخته شــد‪ .‬تولیــد نقشــه‌های ســاخت ایــن قســمت تمامــا توســط کــد در‬ ‫نرم‌افــزار گرس‌هاپــر انجــام گردیــد و تمــام قطعــات توســط دســتگاه بــرش ‪CNC milling‬‬ ‫و بــرش لیــزر تولیــد گشــت‪.‬‬

6

‫‪04 FINAL PRODUCT‬‬

‫محصول نهایی‬

‫‪The product of this workshop is the pavilion that is placed in the courtyard‬‬ ‫‪of Bagh-Melli campus. This pavilion is made of strip-like elements that are‬‬ ‫‪connected in two perpendicular direction and provided a three dimensional‬‬ ‫‪bent in space and are stabilized in the same way. Final shape is the result of‬‬ ‫‪putting these pieces together.‬‬ ‫‪Initially this form was digitally modeled on Grasshopper software and then‬‬ ‫‪the unroll of each piece was plotted. Due to the five-meter length of the‬‬ ‫‪pieces, each piece was split into smaller pieces so that they could be cut‬‬ ‫‪from standard plywood sheets 122 x 244 cm. Also some members were pro‬‬‫‪duced as a stitching plate for these smaller parts to produce a U shaped form‬‬ ‫‪and to bind the U-shapes together.‬‬

‫محصــول ایــن کارگاه پاویونــی می‌باشــد کــه در حیــاط بــاغ ملــی اجــرا شــده اســت‪ .‬ایــن‬ ‫پاویــون از قطعاتــی در دو راســتای اصلــی عمود‌بــر هــم ماننــد یــک گریدشــل ایجــاد شــده‌اند‬ ‫کــه بــه دلیــل فــرم دو قوســی‪ ،‬پــس از اتصــال قطعــات بــه هــم دیگــر قطعــات دو بعــدی فــرم‬ ‫ســه بعــدی نهایــی را بــه خــود می‌گیرنــد‪.‬‬ ‫در ابتــدا ایــن فــرم بــه صــورت دیجیتالــی در نرم‌افــزار گرس‌هاپــر مــدل شــد و ســپس گســترده‬ ‫هــر قطعــه ترســیم گردیــد‪ .‬بــا توجــه بــه طــول پنــج متــری قطعــات ایــن ســازه‪ ،‬هــر قطعــه بــه‬ ‫قطعــات کوچکتــری تقســیم شــد تــا بتــوان آن‌هــا را از صفحــات اســتاندارد تختــه چنــدال در‬ ‫ابعــاد ‪ 122‬در ‪ 244‬ســانتیمتر بــرش زد‪ .‬قطعاتــی نیــز بــه عنــوان صفحــه دوخــت ایــن قطعــات‬ ‫کوچکتــر جهــت تولیــد فــرم حاللــی شــکل و اتصــال حالل‌هــا بــه یکدیگــر تولیــد گردیــد‪.‬‬

04-1 DIGITAL DESIGN PROCESS ‫فرآیند طراحی دیجیتال‬

FORM MAKING ‫طراحی فرم‬

9

10

STRUCTURAL AND GEOMETRICAL ANALYSIS

‫تحلیل هندسی و سازه‌ای‬

Step 1: Border and Support

‫ محدوده و تکیه‌گاه‬:‫مرحله اول‬

Step 2: Form Finding

Step 3: Stress Distribution

Step 4: Displace

‫ فرم یابی‬:‫مرحله دوم‬

‫ توزیع تنش‬:‫مرحله سوم‬

‫رسی جابجایی‌ها‬

ement Control

‫ برر‬:‫مرحله چهارم‬

Step 5: Face Connection

Step 6: Generating Strip Elements

‫ تسلسل وجوه‬:‫مرحله پنجم‬

‫ تولید المان‌های نواری‬:‫مرحله ششم‬

Step 7: Determination of Strip

Width Base on Structural Analysis

‫ تعیین عرض نوار برمبنای تحلیل سازه‬:‫مرحله هفتم‬

‫‪04-2 FABRICATION PROCESS‬‬ ‫فرآیند ساخت‬

‫پالی‌وودهای تخت الیه باال‬

‫خم کردن‬

‫پیچ و واشر‬

‫‪The CNC milling machine cut‬‬ ‫‪the elements of this project‬‬ ‫‪from the 6mm thick plywood‬‬ ‫‪sheets. Although the final 3D‬‬ ‫‪model contains the bent ele‬‬‫‪ments, these elements were‬‬ ‫‪fabricated as flat pieces, creat‬‬‫‪ing the final shape regarding‬‬ ‫‪the accurate joint position. In‬‬ ‫‪other words, the position of the‬‬ ‫‪joints was calculated based on‬‬ ‫‪the final form of the structure.‬‬ ‫‪Therefore, it is impossible to‬‬ ‫‪bolt them unless the elements‬‬ ‫‪are in their final shape and po‬‬‫‪sition.‬‬

‫‪Sheet No.04‬‬

‫‪D6‬‬

‫‪U14‬‬

‫فرم نهایی‬

‫مهره و واشر‬

‫خم کردن‬

‫‪Sheet No.06‬‬

‫‪Sheet No.05‬‬

‫‪U14‬‬

‫‪Sheet No.04‬‬

‫پالی‌وودهای تخت الیه پایین‬

‫قطعــات مــورد اســتفاده در ایــن پــروژه‬ ‫از ورق‌هــای اســتاندارد تختــه چنــدال بــه‬ ‫ضخامــت شــش میلی‌متــر بــه وســیله‬ ‫دســتگاه برش ســی ان ســی بریده شــده‬ ‫و جزئیــات اتصــاالت نیــز بــه همیــن‬ ‫طریــق ایجــاد شــده اســت‪ .‬گرچــه مــدل‬ ‫دیجیتالــی تهیــه شــده ازقطعــات خمیــده‬ ‫تشــکیل شــده‌ اســت‪ ،‬ایــن قطعــات بــه‬ ‫صــورت تخــت تولیــد شــده و ســپس‬ ‫در اثــر اتصــال بــه یــک دیگــر خمیــده‬ ‫می‌شــوند‪ .‬بــه دلیــل محاســبه رایانشــی‬ ‫محــل اتصــاالت بــر اســاس مــدل ســه‬ ‫بعــدی نهایــی‪ ،‬پــس از اتصــال قطعــات‬ ‫بــه یکدیگــر‪ ،‬قطعــات اجبــارا شــکل‬ ‫نهایــی خــود را خواهنــد گرفــت‪.‬‬

:‫معرفی برگزارکننده‬ .‫برگزار کننده این کارگاه آموزشی خانه ساخت دیجیتال دانشگاه هنر بوده‌ است‬ ‫ عضو هیئت علمی دانشگاه هنر‬،‫ دکتر علیرضا مستغنی‬:‫مدیر کارگاه‬

Introducing the Organizers: The workshop was organized by Digital Craft House at University of Art. Workshop supervisor: Dr. Alireza Mostaghni

:‫دانشجویان‬ ‫احمدرضا کيوان پور‬ ‫علي آق گليان‬ ‫عليرضا بهرامي فر‬ ‫امين احدي‬ ‫آنا اژدر‬ ‫عاطفه حصارباني‬ ‫آتوسا صرافي‬ ‫بهناز خاکسار‬ ‫فريده عسگري‬ ‫مهسا زماني‬ ‫محيا احساني‬ ‫مريم محمد دوست‬ ‫محمد پورفوالدي‬ ‫محمدرضا غفاريان‬ ‫مونا رنجبر نيک خواه‬ ‫نرگس اقليدس‬ ‫پريسا باب الحوائجي‬ ‫رها سادات کامروافر‬ ‫ريحانه محسنيان‬ ‫رومينا مهربد‬ ‫رويا اله وردي ميگوني‬ ‫سجاد جعفري گلويک‬ ‫سارا بهاروندي‬ ‫سيده نيلوفر طاهري‬

Students: Ahmadreza Keivanpour Ali Aghgolian Alireza Bahramifar Amin Ahadi Ana Azhdar Atefeh Hesarbani Atousa Sarrafi Behnaz Khaksar Farideh Askari Mahsa Zamani Mahya Ehsani Maryam Mohammaddoust Mohammad Pourfooladi Mohammadreza Ghaffarian Mona Ranjbar Nikkhah Narges Eghlidos Parisa Babolhavaeji Raha Sadat Kamravafar Reyhaneh Mohsenian Romina Mehrbod Roya Allahverdi Meygoni Sajjad Jafari Galuyak Sarah Baharvandi Seyedeh Niloofar Taheri

:‫مدرسین‬ ‫رامتین حق‌نظر‬ ‫سیدعلی درازگیسو‬ ‫مهران مسعودی‬ ‫جواد اله قلی‬ ‫دانیال کرامت‬ ‫هانیه امید‬ ‫مونا لواسانی‬ ‫یاسمن اشجع‌زاده‬ ‫محمدحسن باقرشاهی‬

Teachers: Ramtin Haghnazar Seyed Ali Derazgisoo Mehran Masoudi Javad Allahgholi Danial Keramat Hanieh Omid Mona Lavasani Yasaman Ashjazadeh Mohammad Hasan Baqershahi

‫‪2021 Dec 08, 2022 Jan 03‬‬ ‫‪ 17‬آذر تا ‪ 13‬دی ‪1400‬‬