Altmann linkage networks and light-shelf application with a single linkage

Abstract

Today's understanding of architecture has revealed the need for structures that allow geometric form changes due to spatial and functional requirements. For this purpose, deployable structures have taken their place in architecture. These structures provide flexibility and multiple uses. While scissor mechanisms and bar mechanisms have been observed in architectural applications in deployable structures, over-constrained linkages have been used especially in recent studies of deployable structures. Over-constrained linkages make deployable structures more stable to loading. In this dissertation, the possibilities of systematically designing the single degree of freedom (DoF) networks using a kind of spatial overconstrained linkage called Altmann linkage as a basic module. The literature is investigated deeply that the conducted studies on network assemblies have been on different over-constrained linkages as a basic module, such as Sarrus, Bennett, and Bricard. There are few studies related to the Altmann linkage. None of these studies are in-depth studies to design a network based on the Altmann linkage. Also, an architectural application of the Altmann linkage has not been studied yet. This dissertation represents three main subjects: understanding the geometric properties of an Altmann linkage, designing one degree of freedom networks of Altmann linkage, and designing and analyzing an Altmann light shelf. Firstly, the geometry of the unit linkage is parameterized and its position kinematics is solved. Then, ten different single DoF Altmann networks are designed. By choosing one of the ten different networks designed, the network with folded and vault configurations is developed through assembly mode change. Afterward, light shelves are designed in Solidworks. Then, square and rectangular designs are compared in terms of their angles with the building and the west. Finally, daylight performance analyzes are made in the Relux software.

Günümüz mimarlık anlayışı, mekansal ve fonksiyonel gerekliliklerin sonucu geometrik biçim değişikliğine izin veren strüktürlerin ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu amaçla katlanabilir yapılar mimarideki yerini almıştır. Katlanabilir yapılar esneklik ve çoklu kulanım sağlamaktadır. Bu zamana kadar katlanabilir yapılarda mimari uygulamalarında makas mekanizmaların ve çubuk mekanizmaların kullanımı görülürken, özellikle son zamanlardaki katlanabilir yapı çalışmalarında fazla kısıtlı mekanizmaların kullanıldığı görülmektedir. Fazla kısıtlı mekanizmalar, katlanabilir yapıların yüklere karşı daha dayanıklı olmasını sağlamaktadır. Bu çalışmanın genel amacı ve kapsamı, temel bir modül olarak tek serbestlik dereceli (DoF) fazla kısıtlı Altmann mekanizmasından türetilen katlanabilir ağ düzenekleri oluşturmaya yönelik bir tasarım yöntemi sunmaktır. Literatürde, ağ montajları üzerine yapılan çalışmaların temel modül olarak Sarrus, Bennett ve Bricard gibi farklı fazla kısıtlı mekanizmalar üzerinde olduğu konusunda derinlemesine araştırılma yapılmıştır. Altmann mekanizması ile ilgili az sayıda çalışma vardır. Bu çalışmaların hiçbiri, Altmann mekanizmasına dayalı bir ağ tasarlamak için derinlemesine bir çalışma değildir. Ayrıca Altmann mekanizmasının mimari bir uygulama olarak henüz çalışılmadığı da görülmektedir. Bu tez, Altmann mekanizmasının tek bir modülünün geometrik özelliklerini anlamak, Altmann mekanizmaları ile tek serbestlik dereceli ağ örüntüleri tasarlamak ve Altmann ışık rafı tasarımı yapıp analizlerini yapmak gibi üç ana konuyu temsil etmektedir. İlk olarak, tek bir Altmann modülün geometrisi parametreleştirilir ve konum kinematiği çözülmektedir. Tasarlanan on farklı ağ örüntüsü, hem tam olarak konuşlandırılmış hem de katlanmış konfigürasyonlara sahip tek serbestlik dereceli Altmann ağlarıdır. Tasarlanan 10 farklı ağdan biri seçilerek, montaj modu değişikliği ile katlanmış ve tonoz konfigürasyonlu ağ geliştirilmektedir. Daha sonra da ışık rafları Solidworks’te tasarlanıp kare ve dikdörtgen tasarımlar bina ve batıyla yaptığı açılar bakımından karşılaştırılmaktadır. Sonunda da, Relux aydınlatma programında günışığı performans analizleri yapılmaktadır.