تحلیل و مدل‌سازی رایانشی ساختار آوندی برگ گیاهان به مثابه‌ پوشش سازه‌ای و مقایسه‌ تطبیقی آن با سازه‌های متداول

بیان مسئله: ساختارهای طبیعی، طی قرون متمادی، برای رسیدن به راه‌حل‌های قابل قبول در برابر عوامل خارجی توسعه یافته‌اند. در جریان این فرایند فقط کاراترین فرم‌های طبیعی در طی میلیون‌ها سال باقی مانده‌اند. یکی از این ساختارهای طبیعی ساختار آوندی برگ گیاهان است که در مقاله‌ حاضر مورد بررسی قرار گرفته است. بدون شک ساختار گیاهان از اصولی مشابه با اصول مهندسی ساخت بشر، اما با عملکردی بسیار ظریف‌تر و پیچیده‌تر، پیروی می‌کند. این پیچیدگی تا آنجایی است که درک ساختار و رفتار این عناصر طبیعی بعضاً غیرممکن می‌شود. اما امروزه با استفاده از توانایی تحلیل و مدل‌سازی کامپیوتری می‌توان ساختارهای پیچیده‌ طبیعی را درک کرد و به ساده‌سازی و استخراج ساختار الگوریتمیک آن‌ها پرداخت. این پژوهش به تحلیل رایانشی ساختارهای آوندی برگ گیاهان، به‌منظور دست‌یابی به یک افزونه (پلاگین)، برای طراحی پوشش‌های سازه‌ای برگرفته از طبیعت، می‌پردازد. در این راستا پژوهش حاضر براساس پایداری سازه‌ای موجود در برگ‌ها، در پی یافتن پاسخی برای این سوالات است که: 1) آیا ساختار آوندی برگ برای یک سازه‌ انسان‌ساز در مقیاس بزرگ قابلیت استفاده دارد و در مقایسه با سازه‌های متداول شرایط مطلوب‌تری را ایجاد خواهد کرد؟ و 2) آیا سازه‌ طراحی‌شده بر مبنای ساختار آوندی برگ گیاه توان باربری بیشتری نسبت به سازه‌های متداول دارد؟هدف پژوهش: این پژوهش به دنبال طراحی یک سازه‌ متفاوت با الهام از ساختارهای آوندی برگ‌گیاهان است که به بهبود عملکرد سازه‌ای در جهت افزایش توان باربری سازه‌ای کمک خواهد کرد؛ همچنین، دستیابی به جذابیت بصری در سیستم‌های تیر و ستونی از طریق دورشدن از ساختارهای متعامد نیز هدف دیگری است که در این پژوهش دنبال خواهد شد.روش پژوهش: این تحقیق توصیفیتحلیلی است و گردآوری اطلاعات و تحلیل و تلفیق آن‌ها به روش اسنادی انجام شده است.نتیجه‌گیری: افزونه‌ طراحی‌شده با استفاده از ساختار آوندی گیاهی کاربران را قادر می‌سازد با تغییر پارامترهای تعبیه‌شده در آن طیف گسترده‌ای از ساختارهای پوششی با ابعاد مختلف تولید کنند. این توانایی برای اعمال تغییرات، به معمار اجازه می‌دهد فرم‌های پیچیده‌تری ایجاد کند که بدون استفاده از این افزونه به دلیل پیچیدگی زیاد در شکل یا ساختار طرح، امکان‌پذیر نخواهد بود.

Analyzing and Modeling the Computational Vascular Structure in Plants’ Leaves as a Structural Building Envelope and a Comparative Comparison with Common Structures

Problem statement: Natural structures have been developed over the centuries to obtain acceptable solutions to external factors. During this process, only the most efficient natural forms have survived for millions of years. One of these natural structures is the vascular structure in plants’ leaves, which is discussed in the present article. Undoubtedly, the plants’ structure follows principles similar to that of humanmade engineering, but with more complex and precise technology. The extreme complexity behind the natural elements sometimes make hard to understand the behavior of them. But nowadays, by using computer analysis and modeling abilities, we can understand the natural complex structures and attempt to simplify and extract their algorithmic structure. In this research, we have carried out a computational analysis of vascular structure in plants’ leaves, in order to obtain a plugin to design structural building envelope s inspired by nature. Therefore, according to structural sustainability in the leaves, the present research seeks to answer these questions; can the structure, which a leaf conforms to, be used in a humanmade structure on a large scale? Compared to common structures, would it provide more favorable conditions? On the other hand, does the structure, designed based on the vascular structure in plants’ leaves, have more loading capability than the common structures?Research objective: The purpose of this research is to design a different structure, inspired by the vascular structure in plants’ leaves, which will help improve the structural function towards increasing structural loading capability, and also achievement of visual attraction in beam and column systems is another goal in this paper by avoiding orthogonal structures.Research method: This research is descriptiveanalytic, and the data are gathered and analyzed through documentology.Conclusion: The designed plugins, using plants’ vascular structure, enable users to create a vast spectrum of cover construction in different sizes by altering the devised parameters. This ability to make changes allows the architect to create more complex forms, which would be impossible without using these plugins, due to complexity in shape or the design’s structure.