Desenvolvimento de estrutura gridshell em processo generativo baseado no desempenho estrutural

Abstract

Gridshell é uma estrutura de forma livre que pode ser considerada uma casca discretizada em elementos lineares que formam uma grelha. Esse tipo de estrutura é conhecida por sua eficiência estrutural, pois possibilita vencer grandes vãos e proporcionar flexibilidade em espaços internos. Essa se justifica pela variedade de estudos abordando gridshell com malhas regulares, compostas por quadrados, triângulos ou hexágonos, mas poucos estudos abordando malhas com cominações de polígonos. Por esse motivo, esta dissertação tem como objetivo investigar as etapas para obtenção de padrões da malha por um processo de projeto generativo usando gramática da forma. Partimos do pressuposto que a variabilidade de geometrias geradas para as malhas possui efeito direto no melhoramento do desempenho estrutural do gridshell. A pesquisa é dividida em revisão de literatura, teste de metodologia, processos de modelagem digital de geometrias, definição de parâmetros formais para a gramática da forma e simulações computacionais. Introduzimos a dissertação com o levantamento bibliográfico e com teste de metodologia, formulando um algoritmo visual em Grasshopper. Nesse teste, desenvolvemos simulações computacionais para métodos de modelagem de gridshell associado ao desempenho estrutural a partir do plugin Karamba3D. Com o algoritmo testado, prosseguimos com a definição de gramática da forma para malhas e execução de simulações computacionais de desempenho estrutural. Como resultado principal, obtivemos um processo de projeto de gridshell otimizado estruturalmente, arranjados por composição de malhas que derivaram de regras simples. Palavras-chave: Gramática da Forma. Karamba3D. Lattice.

Gridshell is a free-form structure characterized as a shell discretized into linear elements to form a grid. These structures are known for their structural efficiency, which allows them to overcome large spans and provide gains in interior space, flexibility and functionality. This research was motivated by the wide range of studies addressing gridshells with regular meshes composed of squares, triangles or hexagons, but few studies dealing with meshes with polygonal combinations. Therefore, this dissertation aims to investigate the procedures for obtaining mesh patterns using Shape Grammar as a generative design process, starting from the assumption that the geometric variability of the meshes has a direct influence on the gridshell structural performance. We divided the research into a literature review, a methodology exploration, digital modeling processes, formal parameters for shape grammar definition, and computational simulations. We introduced the study with a methodology testing, formulating a visual algorithm in Grasshopper and running simulations for grid modeling associated with structural performance in Karamba3D. With the tested algorithm, we defined the shape grammar for the meshes and run structural performance simulations. As a main result, we defined a design process for structurally optimized gridshells, arranged by the composition of meshes derived from simple rules. Keywords: Karamba3D. Shape grammar. Lattice