Algorithm-Aided Structural Engineering of Steel-Framed Warehouse
Mäenpää, Jukka (2018)
Mäenpää, Jukka
2018
Rakennustekniikka
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-02-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201801171104
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201801171104
Tiivistelmä
The thesis inspects algorithm-aided structural design which may be the next big development step in structural engineering. The main aims of the thesis are to examine the possibilities of algorithm-aided structural engineering in steel-framed warehouses and to examine the reliability of Karamba's components in structural design. Karamba is made for algorithm-aided design and is capable to use FEM and to design according to Eurocode 3 (2005).
The thesis utilizes two research methods: a literature review and a case study. The literature review deals with algorithm-aided design. The case study consists of three parts: pre-study, algorithm-aided modelling and algorithm-aided structural design. The pre-study concerns Karamba's abilities in the field of structural design of steel by comparing Karamba's results to RFEM's. In the second part priorly modelled warehouse is remodelled by an algorithm. The last part designs the warehouse according to Eurocode 3 (2005).
Based on the results of the case studies the structural design results by Karamba are mostly on the safe side. The accuracy and reliability of the steel design results were dependent on the critical design criteria and the software has simplications that influences to the utilization rates. In the case study 95 % of the differences in utilization rates between Karamba and RFEM varies between -0.02 and 0.06 meaning that Karamba calculates lower resistance values for the structural members than RFEM.
The research shows that algorithm-aided structural design is a potential tool as long as the reliability of the algorithm-aided design is first veri ed. It is suitable for warehouses that have repetitive structures. If the structures are not repeated but the elements need to be modelled one by one the algorithm-aided modelling will be greatly slowed down. Tässä työssä tutkitaan algoritmiavusteista rakennesuunnittelua, joka voi olla seuraava iso kehitysaskel rakennesuunnittelussa. Työn tavoitteena on selvittää algoritmiavusteisen rakennesuunnittelun mahdollisuudet teräsrakenteisten varastorakennusten suunnittelussa ja tutkia Karamban komponenttien luotettavuus rakenteiden mitoittamisessa. Karamballa voi suorittaa algoritmiavusteisesti FEM-laskentaa ja mitoittaa teräsrakenteita Eurokoodi 3:n (2005) mukaan.
Tavoitteiden saavuttamiseksi hyödynnettiin kahta eri tutkimusmenetelmää: kirjallisuusselvitystä ja case-tutkimusta. Kirjallisuusselvitys käsittelee algoritmiavusteista suunnittelua. Case-tutkimus koostuu kolmesta osasta: esitutkimuksesta, algoritmiavusteisesta mallintamisesta ja algoritmiavusteisesta rakennesuunnittelusta. Esitutkimuksessa selvitetään Karamban kyky mitoittaa teräsrakenteita ja vertaillaan laskentatuloksia RFEM-mitoitusohjelman kanssa. Toisessa osassa mallinnetaan jo kerran suunniteltu varastohalli uudestaan, mutta nyt algoritmin avulla. Kolmannessa ja viimeisessä osassa mitoitetaan algoritmiavusteisesti mallinnettu rakennus Eurokoodi 3:n (2005) mukaan.
Tutkimus osoittaa, että Karamban laskenta on pääasiassa varmalla puolella. Sen luotettavuus teräsrakenteiden mitoittamisessa riippuu määräävästä suunnittelukriteeristä. Karamba on tehnyt joitakin yksinkertaistuksia, jotka vaikuttavat käyttöasteisiin. Case-tapauksessa, varastohallissa, 95% sauvojen käyttöaste-eroista Karamban ja RFEM:in välillä olivat -0.02 0.06. Karamba siis ylimitoitti hieman.
Tutkimuksen perusteella algoritmiavusteinen rakennesuunnittelu tarjoaa potentiaalisia mahdollisuuksia suunnitteluprosessin tehostamiseen, kunhan ensin varmistutaan mitoituksen luotettavuudesta. Varastohalliin, jossa on paljon toistuvia rakenteita, algoritmiavusteinen suunnittelu sopii hyvin. Jos rakenteet eivät toistu, vaan rakenneosat joudutaan mallintamaan yksitellen, hidastuu algoritmiavusteinen mallintaminen huomattavasti.
The thesis utilizes two research methods: a literature review and a case study. The literature review deals with algorithm-aided design. The case study consists of three parts: pre-study, algorithm-aided modelling and algorithm-aided structural design. The pre-study concerns Karamba's abilities in the field of structural design of steel by comparing Karamba's results to RFEM's. In the second part priorly modelled warehouse is remodelled by an algorithm. The last part designs the warehouse according to Eurocode 3 (2005).
Based on the results of the case studies the structural design results by Karamba are mostly on the safe side. The accuracy and reliability of the steel design results were dependent on the critical design criteria and the software has simplications that influences to the utilization rates. In the case study 95 % of the differences in utilization rates between Karamba and RFEM varies between -0.02 and 0.06 meaning that Karamba calculates lower resistance values for the structural members than RFEM.
The research shows that algorithm-aided structural design is a potential tool as long as the reliability of the algorithm-aided design is first veri ed. It is suitable for warehouses that have repetitive structures. If the structures are not repeated but the elements need to be modelled one by one the algorithm-aided modelling will be greatly slowed down.
Tavoitteiden saavuttamiseksi hyödynnettiin kahta eri tutkimusmenetelmää: kirjallisuusselvitystä ja case-tutkimusta. Kirjallisuusselvitys käsittelee algoritmiavusteista suunnittelua. Case-tutkimus koostuu kolmesta osasta: esitutkimuksesta, algoritmiavusteisesta mallintamisesta ja algoritmiavusteisesta rakennesuunnittelusta. Esitutkimuksessa selvitetään Karamban kyky mitoittaa teräsrakenteita ja vertaillaan laskentatuloksia RFEM-mitoitusohjelman kanssa. Toisessa osassa mallinnetaan jo kerran suunniteltu varastohalli uudestaan, mutta nyt algoritmin avulla. Kolmannessa ja viimeisessä osassa mitoitetaan algoritmiavusteisesti mallinnettu rakennus Eurokoodi 3:n (2005) mukaan.
Tutkimus osoittaa, että Karamban laskenta on pääasiassa varmalla puolella. Sen luotettavuus teräsrakenteiden mitoittamisessa riippuu määräävästä suunnittelukriteeristä. Karamba on tehnyt joitakin yksinkertaistuksia, jotka vaikuttavat käyttöasteisiin. Case-tapauksessa, varastohallissa, 95% sauvojen käyttöaste-eroista Karamban ja RFEM:in välillä olivat -0.02 0.06. Karamba siis ylimitoitti hieman.
Tutkimuksen perusteella algoritmiavusteinen rakennesuunnittelu tarjoaa potentiaalisia mahdollisuuksia suunnitteluprosessin tehostamiseen, kunhan ensin varmistutaan mitoituksen luotettavuudesta. Varastohalliin, jossa on paljon toistuvia rakenteita, algoritmiavusteinen suunnittelu sopii hyvin. Jos rakenteet eivät toistu, vaan rakenneosat joudutaan mallintamaan yksitellen, hidastuu algoritmiavusteinen mallintaminen huomattavasti.