Yıl: 2023 Cilt: 19 Sayı: 39 Sayfa Aralığı: 391 - 405 Metin Dili: İngilizce DOI: 10.59215/tasarimkuram.400 İndeks Tarihi: 24-07-2023

Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture

Öz:
In the past three or four decades, scientists working in computer science, physics and mathematics have had significant research studies on origami. Currently, most of the articles and books that can be reached by designers or architects describe and deal with the subject through mathematical expressions. It does not seem possible for a reader who is not related to mathematics to understand what is explained in articles and books. Therefore, folding systems have been basically classified to make the subject more understandable for designers. Examples of kinetic architectural products that act with origami principles were evaluated through folding and building hierarchy concepts. The matrix has been generated to visualize the distribution of the characteristics and to display architectural tendencies. By the visualization of data, it becomes possible to examine the potential outputs of desired folding technique on the existing projects. Thus, the matrix guides designers to select a folding technique that meets the function. It can be mentioned that the proposed method can be attributed as a novel perspective for predesign phase of origami-based elements. Thanks to the matrix, the areas that have not been studied in architectural applications such as flexible foldings are demonstrated. Also, the relationship between building concept levels and movement motivations such as configuration and compactness has been revealed by the study. The findings and the matrix demonstrate that there are still many possibilities that can be studied.
Anahtar Kelime:

Kinetik Mimarlık Kapsamında Origami Uygulamalarının İncelenmesi

Öz:
Çalışma kapsamında origami prensipleri ile hareket edebilen kinetik mimarlık ürünleri incelenmiştir. Literatürde ilgili çalışmalar çoğunlukla konuyu katlanma mekanizmaları ve hesaplamaları üzerinden ele almakta ve matematik ile ilgili olmayan birçok okurun anlamakta güçlük çekebileceği ifadeler içermektedir. Konu ile ilgili derleme makaleleri ve retrospektif çalışmalar mevcut olmasına rağmen araştırma makalelerinin genellikle uzmanlık gerektiren konuları olması ve konuyu bütüncül olarak ele alan sınırlı sayıda çalışma olması nedeniyle, okuyucunun zihninde geniş bir bakış açısı oluşturmak zorlaşmaktadır. Dolayısıyla konunun mimar ve tasarımcılar için daha anlaşılır bir şekilde ele alınabilmesi gerekmektedir. Makaledeki metodoloji temel olarak örneklerin seçilmesine ve değerlendirilmesine dayanmaktadır. Literatürden ölçeği, işlevi, katlama yöntemi, yapısal seviyesi, alanı, malzemesi, kat deseni, hareket kabiliyeti, geometrik konfigürasyonu ve kontrol sistemi farklı olan örnekler derlenmiştir. Geniş bir bakış açısı oluşturmak adına farklı özelliklere sahip örnekler seçilmeye özen gösterilmiştir. Seçilen örnekler aşağıda tanımlanan katlanma hareketi ve yapı kavramları gibi temel konular üzerinden incelenmiştir. Çalışmada derlenen bilgiler, konuyu bütüncül olarak algılamaya katkı sağlaması açısından matriste görsel hale getirilmiştir. Bir eylem olarak katlanma hareketi; bir veya daha fazla etki (serbestlik derecesi) ile yapılandırılabilen, yüzeylerde deformasyon (fiziksel etki) oluşturabilen ve sistemlerin boyutlarını koordinat eksenlerine göre değiştirebilen bir hareket olarak tanımlanabilmektedir. Katlanma hareketi süreç açısından da bir veya daha fazla seferde gerçekleşebilmektedir. Bu sayede katlanma hareketinin özellikleri; fiziksel, kinematik ve süreç odaklı analizlerle incelenmiştir. Katlanma hareketi fiziksel açıdan incelenirken öncelikle yüzeylerin rijit veya esnek olmalarına göre iki başlığa, ardından düzlemsel (2D ⇌ 3D ⇌ 2D) veya hacimsel (2D ⇌ 3D) olmalarına göre de iki alt başlığa ayrılmaktadır. Sistemlerin hareket esnasında boyutlarında yaşanan değişimler kinematik (hareketin geometrisi) açıdan Poisson oranlarına göre incelenmiştir. Poisson oranı bir sistemin hareketi esnasında hareket eksenine (kuvvet yönündeki uzama) dik doğrultudaki uzama miktarının kuvvet yönündeki uzama miktarına oranıdır. Dolayısıyla bir katlanma sisteminin (3 boyutlu olarak düşünüldüğü takdirde) bir yönde uzaması durumunda geri kalan iki eksende uzama(+)/ sabit kalma(0)/ kısalma(-) gözlemlenmektedir. Diğer eksenlerde oluşan bu kombinasyonlar bağlamında negatif (+,+,+), sıfır (+,0,0), pozitif (+,-,-) ve 3 hibrit (+,+,0/ +,+,-/ +,0,-) olmak üzere toplam altı konfigürasyon belirlenmiştir. Katlanma hareketi bir süreç olarak incelendiğinde, sistemlerin istenilen yapılanmaya bir veya birden çok katlanma süreci sonucunda ulaştığı görülmektedir. Birden çok seferde katlanma peş peşe ve bağımsız tek seferde katlanmalardan oluşmaktadır. Bir diğer nokta ise sistemlerin sahip olduğu serbestlik dereceleridir. Bu noktada sistemlerin istenilen yapılanmaya ulaşabilmesi için kaç adet farklı hareket ettiriciye maruz kalması gerektiği üzerinde durulmuştur. Temel olarak bu noktada getirilen ayrım bir ve çok serbestlik dereceli (SDOF/ MDOF) katlanmalar şeklindedir. Literatürde mekanizmaların serbestlik derecelerinin hesaplanması ile ilgili birçok yayın mevcut olmakla birlikte, çalışma kapsamındaki örneklerinin serbestlik dereceleri basit geometrik hesaplamalar veya sistemlerin gerçekte sahip olduğu hareket ettiricilerin sayılması yolu ile anlaşılmıştır. Çalışma kapsamında yapı kavramlarının hiyerarşik seviyeleri (yapı/ yapı alt sistemi/ yapı elemanı) tartışılmış ve açıklanmıştır. Bu sayede örneklerdeki kinetik parçaların yapı ile ilişkisi hiyerarşik olarak incelenmiştir. Bütünden parçaya doğru açıklanan kavramlarda; yapı kategorisi altında, sistemlerin ıslak hacim veya çekirdek içerip/ içermemesine göre iki alt başlığa, yapı elemanında ise elemanların güçlü (duvar, zemin gibi) veya zayıf (kapı, pencere gibi) uzamsal tanımlayıcılar olup/ olmamasına göre ana/ yardımcı yapı elemanı olarak iki alt başlığa ayrılmıştır. Bu sayede kinetik elemanların hiyerarşik konumları net bir şekilde belirlenebilmiştir. Çalışma kapsamında toplanan 47 örnek tek veya birden fazla parçadan oluşma durumlarına göre öncelikle ikiye ayrılmıştır. Ardından biçim (konfigürasyon) değiştirme, kompakt duruma gelebilme veya her ikisi olarak tanımlanabilen hareket motivasyonlarına göre üç alt kategoriye ayrılmıştır. Birden fazla parçadan oluşan ürünler ayrıca parçaların bir araya geliş yönleri açısından (radyal, doğrusal, düzlemsel ve simetrik) da incelenmiştir. Matris fiziksel açıdan değerlendirildiğinde, tek parçadan oluşan ürünler altında biçim değiştirme ve kompakt alt başlıklarında yer alan örneklerin neredeyse tamamının rijit, hacimsel katlanma yaptığı gözlemlenmiştir. Örneklerin kinematik, süreç odaklı ve parçaların bir araya geliş yönleri incelemesinde matriste örneklerin homojen dağılıma sahip olduğu görülmektedir. Örneklerin yapısal kavram seviyesine göre farklı gruplaşmalar oluşturduğu gözlemlenmiştir. Tek parçadan oluşan ürünler başlığı altındaki biçim değiştirme alt başlığındaki örneklerin tamamı yapı alt sistemi ve daha alt seviyelerde bulunurken, aynı başlıkta bulunan kompakt alt başlığındaki örneklerin tamamına yakınının, yapı alt sistemi ve daha yüksek seviyelerde olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle üst yapısal seviyelerde istifleme ihtiyacının, alt yapısal seviyelerde ise biçim (konfigürasyon) değiştirme ihtiyacının daha fazla olduğu gösterilmiştir. Verilerin görselleştirilmesi ile istenilen katlanma tekniğinin mevcut projeler üzerindeki olası çıktılarının incelenmesi mümkün hale gelmektedir. Ayrıca matristeki işaretlemelerin dağılımları da mimari yönelimler hakkında fikir vermektedir. Matris sayesinde, esnek katlanmalar gibi mimari uygulamalarda incelenmemiş alanlar gösterilmiştir. Ayrıca, yapı seviyeleri ile konfigürasyon değiştirme ve kompakt du
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Arya, M. (2016). Packaging and Deployment of Large Planar Spacecraft Structures [PhD]. Caltech.
  • Attia, S. (2016). Evaluation of adaptive facades: The case study of Al Bahr Towers in the UAE. Special Issue on Shaping Qatar’s Sustainable Built Environment-Part I, QScience Connect, 2, 6. doi:10.5339/connect.2017.qgbc.6
  • Baerlecken, D., Gentry, R., Swarts, M., & Wonoto, N. (2014). Structural, Deployable Folds — Design and Simulation of Biological Inspired Folded Structures. International Journal of Architectural Computing, 12(3), 243-262. doi:10.1260/1478-0771.12.3.243
  • Beer, F. P., Johnston, E. R., DeWolf, J. T., & Mazurek, D. F. (2009). Statics and Mechanics of Materials (1st ed.). McGraw-Hill, New York.
  • Bern, M., & Hayes, B. (1996). The Complexity of Flat Origami. ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms.
  • Bowen, L. A., Grames, C. L., Magleby, S. P., Howell, L. L., & Lang, R. J. (2013). A classification of action origami as systems of spherical mechanisms. Journal of Mechanical Design, Transactions of the ASME, 135(11). doi:10.1115/1.4025379
  • Cambridge Dictionary. (n.d.). Retrieved July 15, 2022, from https://dictionary.cambridge.org/tr/
  • Ching, F. D. K., Onouye, B. S., & Zuberbuhler, D. (2013). Çizimlerle Taşıyıcı Sistemler. Şemalar, Sistemler ve Tasarım (1st ed.). YEM, İstanbul.
  • de Temmerman, N., Mira, L.A., Vergauwen, A., Hendrickx, H., de Wilde, W.P. (2012). Transformable structures in architectural engineering. WIT Transactions on The Built Environment, 124(2). doi:10.2495/HPSM120411
  • del Grosso, A. E., & Basso, P. (2012). Deployable Structures. Embodying Intelligence in Structures and Integrated Systems, 83, 122–131. doi:10.4028/ WWW.SCIENTIFIC.NET/AST.83.122
  • Demaine, E. D., Demaine, M. L., Koschitz, D., & Tachi, T. (2011, September). Curved Crease Folding a Review on Art, Design and Mathematics. Proceedings of the IABSE - IASS Symposium: Taller, Longer, Lighter .
  • Demaine, E. D., & O’Rourke, J. (2007). Geometric Folding Algorithms: Linkages, Origami, Polyhedra (1st ed.). Cambridge University Press, New York.
  • Dureisseix, D. (2012). An Overview of Mechanisms and Patterns with Origami. International Journal of Space Structures, 27(1), 1–14. doi:10.1260/0266-3511.27.1.1
  • Evans, T. A., Lang, R. J., Magleby, S. P., & Howell, L. L. (2015). Rigidly Foldable Origami Gadgets and Tessellations. Royal Society Open Science, 2(9). doi:10.1098/RSOS.150067
  • Fei, L. J., & Sujan, D. (2013). Origami Theory and Its Applications: A Literature Review. World Academy of Science, Engineering and Technology, 73, 1131–1135. doi:10.5281/ ZENODO.1055421
  • Fenci, G. E., & Currie, N. G. R. (2017). Deployable Structures Classification: A review. International Journal of Space Structures, 32(2), 112–130. doi:10.1177/0266351117711290
  • Fox, M. A. (2003). Kinetic Architectural Systems Design. Transportable Environments 2, Kronenburg, R. (ed.), 163-186 (1st ed.). Spon Press, London.
  • Hanaor, A., & Levy, R. (2001). Evaluation of Deployable Structures for Space Enclosures. International Journal of Space Structures, 16(4), 211–229. doi:10.1260/026635101760832172
  • Imlach, H. (2011). Origami shelter. Retrieved May 6, 2023, from https://www.hannahimlach.com/ Origami-Shelter
  • Jackson, P. (2011). Folding Techniques for Designers from Sheet to Form. Laurence King Publishing, London.
  • Jackson, P. (2019). The Art and Science of Folding. Aalto University Communications, from https://www. youtube.com/watch?v=5TA9MjkUxpY
  • Kanade, T. (1980). A theory of Origami world. Artificial Intelligence, 13(3), 279–311. doi:10.1016/0004-3702(80)90004-1
  • Karanouh, A., & Kerber, E. (2015). Innovations in dynamic architecture. Journal of Facade Design and Engineering, 3, 185-221. doi:10.3233/FDE-150040
  • Karaveli Kartal, A. S. (2017). Kinematic Design and Analysis of Deployable Vault and Pseudo-Dome Structures Based on Origami Techniques [PhD]. İzmir Institute of Technology, İzmir.
  • Korkmaz, K. (2004). An Analytical Study of the Design Potentials in Kinetic Architecture [PhD]. İzmir Institute of Technology, İzmir.
  • Krieg, O. D., Christian, Z., Correa, D., Menges, A., Reichert, S., Rinderspacher, K. & Schwinn, T. (2014). HygroSkin – Meteorosensitive Pavilion. Fabricate 2014. Negotiating Design & Making, Gramazio, F., Kohler, M., & Langenberg, S. (eds.), pp. 60-67. UCL Press, London.
  • Kronenburg, R. (1995). Houses in Motion - The Genesis, History and Development of the Portable Building. Academy Editions, London.
  • Kuribayashi, K., Tsuchiya, K., You, Z., Tomus, D., Umemoto, M., Ito, T., & Sasaki, M. (2006). Self-deployable origami stent grafts as a biomedical application of Ni-rich TiNi shape memory alloy foil. Materials Science and Engineering: A, 419(1–2), 131–137. doi:10.1016/J. MSEA.2005.12.016
  • Latka, J. F. (2017). Paper in architecture: Research by design, engineering and prototyping. A+BE | Architecture and the Built Environment. No. 19.
  • Lebée, A. (2015). From Folds to Structures, a Review. International Journal of Space Structures 30(2), 55-74. doi:10.1260/0266-3511.30.2.55
  • Lynch, J., & Raney, J. (2020). Volumetric Origami-based Deployable Modular Space Structures with Tailorable Stiffness. AIAA Scitech 2020 Forum. doi:10.2514/6.2020-0110
  • Maden, F. (2023). Geleceğin Mimarisi: Kinetik Yapılar ve Mashrabiya Tabanlı Cephe Tasarımı. Tasarım Kuram, 19(38), 98-114. doi:10.59215/ tasarimkuram.2023.373
  • M.A.DI. M60. (n.d.). Retrieved May 6, 2023, from https:// madihome.com/our-houses/m60/
  • Megahed, N. A. (2016). Understanding kinetic archi- tecture: typology, classification, and design strategy. Architectural Engineering and Design Management, 13, 130-146. doi:10.1080/17452007. 2016.1203676
  • Mitani, J. (2019). Curved-Folding Origami Design. CRC Press, Boca Raton.
  • Miura, K. (1985). Method of Packaging and Deployment of Large Membranes in Space. Institute of Space and Astronautical Sciences.
  • Osório, F., Paio, A., & Oliveira, S. (2014). KOS - Kinetic Origamı Surface. Rethinking Comprehensive Design: Speculative Counterculture, Gu, N., Watanabe, S., Erhan, H., Hank Haeusler, M., Huang, W., Sosa, R. (eds.), Proceedings of the 19th International Conference on Computer Aided Architectural Design Research in Asia CAADRIA, 201–210, Hong Kong. doi:10.52842/ conf.caadria.2014.201
  • Overvelde, J. T. B., de Jong, T. A., Shevchenko, Y., Becerra, S. A., Whitesides, G. M., Weaver, J. C., Hoberman, C., & Bertoldi, K. (2016). A Three-Dimensional Actuated Origami-Inspired Transformable Metamaterial with Multiple Degrees of Freedom. Nature Communications, 7. doi:10.1038/NCOMMS10929
  • Overvelde, J. T. B., Weaver, J. C., Hoberman, C., & Bertoldi, K. (2017). Rational Design of Reconfigurable Prismatic Architected Materials. Nature, 541(7637), 347–352. doi:10.1038/ NATURE20824
  • Pellegrino, S. (2001). Deployable structures in engineering. Deployable structures. Pellegrino, S. (ed.), 1-35. Springer, Vienna.
  • Peraza Hernandez, E. A., Hartl, D. J., & Lagoudas, D. C.(2019). Active Origami: Modeling, Design, and Applications. In Active Origami: Modeling, Design, and Applications. Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-319-91866-2
  • Ramzy, N.S., & Fayed, H.A. (2011). Kinetic systems in architecture: New approach for environmental control systems and context-sensitive buildings. Sustainable Cities and Society, 1(3), 170-177. doi:10.1016/j.scs.2011.07.004.
  • Resch Pattern. (n.d.). Ron Resch Official Website. Retrieved July 15, 2022, from http://www.ronresch.org/ ronresch/gallery/paper-folding-origami/
  • Schenk, M. (2011). Folded Shell Structures [PhD]. University of Cambridge.
  • Schumacher, M., Schaeffer, O., & Vogt, M. M. (2010). MOVE: Architecture in Motion. Dynamic Components and Elements. Birkhäuser, Basel.
  • Sheikh, W. T., & Asghar, Q. (2019). Adaptive biomimetic facades: Enhancing energy efficiency of highly glazed buildings. Frontiers of Architectural Research, 8(3), 319-331. doi:10.1016/j. foar.2019.06.001
  • Süalp, Ç. (2021). Kinetik Mimarlık Kapsamında Dinamik Origaminin İncelenmesi [MSc]. Mimar Sinan University of Fine Arts, İstanbul.
  • Stevenson, C. M. (2011). Morphological principles of current kinetic architectural structures. Adaptive Architecture, The Building Centre, pp. 1–12. London.
  • Tachi, T. (2010a). MIT 6.849 Geometric Folding Algorithms: Linkages, Origami, Polyhedra. Lecture 6: Architectural Origami. In MIT OpenCourseWare. https://www.youtube.com/ watch?v=ShvQYLXCjos
  • Tachi, T. (2010b). Freeform Rigid-Foldable Structure using Bidirectionally Flat-Foldable Planar Quadrilateral Mesh. Advances in Architectural Geometry 2010, Ceccato, C., Hesselgren, L., Pauly, M., Pottmann, H., Wallner, J. (eds). Springer, Vienna. doi:10.1007/978-3-7091-0309-8_6
  • Thün, G., Velikov, K., Ripley, C., Sauvé, L., & McGee, W. (2012). Soundspheres: Resonant Chamber. Leonardo, 45(4), 348–357. doi:10.1162/ LEON_a_00409
  • Torggler, K. (2013). Evolution Door. Retrieved May 6, 2023, from https://www.torggler.co.at/
  • Toydemir, N., Gürdal, E., & Tanaçan, L. (2004). Yapı Elemanı Tasarımında Malzeme (2nd ed.). Literatür yayıncılık, İstanbul.
  • Türkçü, Ç. (2015). Yapım: İlkeler, Malzemeler, Yöntemler, Çözümler (5th ed.). Birsen yayıncılık, İstanbul.
  • We fold (n.d.). Give the right folding to your project. Retrieved May 17, 2023, from https://madihome. com/we_fold01/
  • Zirbel, S. A., Lang, R. J., Thomson, M. W., Sigel, D. A., Walkemeyer, P. E., Trease, B. P., Magleby, S. P., & Howell, L. L. (2013). Accommodating Thickness in Origami-based Deployable Arrays. Journal of Mechanical Design, Transactions of the ASME, 135(11). doi:10.1115/1.4025372
  • Zuk, W., & Clark, R. H. (1970). Kinetic Architecture (1st ed.). Van Nostrand Reinhold, New York.
APA Süalp Ç, Gür N (2023). Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. , 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
Chicago Süalp Çetin,Gür N. Volkan Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. (2023): 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
MLA Süalp Çetin,Gür N. Volkan Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. , 2023, ss.391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
AMA Süalp Ç,Gür N Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. . 2023; 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
Vancouver Süalp Ç,Gür N Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. . 2023; 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
IEEE Süalp Ç,Gür N "Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture." , ss.391 - 405, 2023. 10.59215/tasarimkuram.400
ISNAD Süalp, Çetin - Gür, N. Volkan. "Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture". (2023), 391-405. https://doi.org/10.59215/tasarimkuram.400
APA Süalp Ç, Gür N (2023). Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. Tasarım+Kuram, 19(39), 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
Chicago Süalp Çetin,Gür N. Volkan Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. Tasarım+Kuram 19, no.39 (2023): 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
MLA Süalp Çetin,Gür N. Volkan Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. Tasarım+Kuram, vol.19, no.39, 2023, ss.391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
AMA Süalp Ç,Gür N Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. Tasarım+Kuram. 2023; 19(39): 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
Vancouver Süalp Ç,Gür N Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture. Tasarım+Kuram. 2023; 19(39): 391 - 405. 10.59215/tasarimkuram.400
IEEE Süalp Ç,Gür N "Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture." Tasarım+Kuram, 19, ss.391 - 405, 2023. 10.59215/tasarimkuram.400
ISNAD Süalp, Çetin - Gür, N. Volkan. "Analysis of Origami Applications within the Scope of Kinetic Architecture". Tasarım+Kuram 19/39 (2023), 391-405. https://doi.org/10.59215/tasarimkuram.400