Kulmatukimuurin algoritmiavusteinen suunnittelu

Abstract

Tässä diplomityössä tutkitaan kulmatukimuurin suunnittelun tehostamista algoritmien avulla. Kulmatukimuurit suunnitellaan usein laskentapohjien avulla, jossa suunnittelija iteroi useita geometria- ja raudoitusparametreja, minkä jälkeen rakenne mallinnetaan tietomalliin ja siitä luodaan valmistuspiirustukset. Prosessi on työläs ja aikaa vievää. Jos sopivaa ratkaisua ei löydy pienillä iteraatiomäärillä, saatetaan suunnittelussa tyytyä ratkaisuun, joka on liian kallis ja kaukana optimirakenteesta.

Työ koostuu kolmesta eri tutkimuksesta: kirjallisuus-, case- ja haastattelututkimuksesta ja se on toteutettu yhteistyössä Sweco Rakennetekniikka Oy:n kanssa. Kirjallisuustutkimuksessa esitellään kulmatukimuurin geo- sekä rakenneteknisen mitoituksen perusteet ja sen kaavat yleisellä tasolla. Työssä perehdytään myös algoritmiavusteiseen suunnitteluun ja optimointialgoritmin toimintaan. Kirjallisuustutkimuksen perusteella luodaan algoritmi kulmatukimuurien mitoitusta ja mallinnusta varten, jonka avulla voidaan arvioida algoritmiavusteisen suunnittelun vaikutusta suunnittelutehoon.

Case-tutkimuksessa testataan luotua algoritmia erilaisiin kulmatukimuureihin. Tutkimuksessa selvitetään algoritmin toimivuutta sekä miten paljon kulmatukimuurin kustannuksia saadaan pienennettyä. Haastattelututkimuksessa Sweco Rakennetekniikka Oy:n työntekijöistä koostuva suunnitteluryhmä testaa algoritmin toimintaa, minkä jälkeen ryhmän jäsenet vastaavat algoritmiavusteista suunnittelua koskeviin kysymyksiin. Haastattelututkimuksen avulla selvitetään, voidaanko algoritmien avulla kasvattaa suunnitteluprosessin tehokuutta. Samalla saadaan tietoa algoritmin käytettävyydestä käytännön suunnittelutyössä.

Diplomityössä saatiin selville, että algoritmit soveltuvat hyvin kulmatukimuurien suunnitteluun, sillä niiden avulla kustannuksia saadaan pienennettyä tehokkaasti. Optimointialgoritmin toiminnassa havaittiin kuitenkin tapauskohtaisia eroja, sillä korkeammat rakenteet heikensivät laskentatehoa. Kulmatukimuurien mallinnus oli puolestaan nopeaa, eikä rakenteen muoto tai koko rajoittanut sitä. Haastattelututkimuksen perusteella algoritmit koettiin nopeiksi ja helppokäyttöisiksi keinoiksi kulmatukimuurien suunnittelussa, vaikka vastaajien kokemus käytetyissä suunnitteluohjelmistoissa oli vaihteleva.

This master’s thesis explores ways of making the design process of the cantilever retaining wall more effective using algorithms. Cantilever retaining walls are often designed using calculation templates where the designer iterates multiple geometry and reinforcement variables. The structure is then modelled and the drawings are created using a 3D-modelling program. The process is labour intensive and time consuming, so if a suitable solution is not found within a few iterations, the final design may be expensive and far from the optimal structure.

The thesis consists of literary research, a case study and interviews; it has been carried out in collaboration with Sweco Rakennetekniikka Oy. The literature study presents the basics and formulas of geo- and structural designing of the cantilever retaining wall at a general level. The thesis also examines the algorithm-aided design and the functionality of the optimization algorithms. Based on the literature research an algorithm is created to design and model the cantilever retaining wall. Effects of algorithm-aided design on the design process can be discovered with the created algorithm.

The case study will test the developed algorithm and its function on a variety of cantilever retaining walls. The study was used to examine the functionality of the algorithm as well as determine how much the cost of a retaining wall can be reduced. In an interview study, a design team consisting of employees from Sweco Rakennetekniikka Oy tested the algorithm and then answered questions about algorithm-aided design. Interview research was used to examine whether algorithms can be used to increase the efficiency of the design process. At the same time information is collected on the usability of the algorithm in practical design.

The master’s thesis found that algorithms are well suited to the design of cantilever retaining walls. However, case-by-case differences were found in the operation of the optimization algorithm, as higher structures impaired computing power. Modeling of cantilever retaining walls, meanwhile, was rapid and was not limited by the shape or size of the structure. Based on interview research, the algorithm was perceived as a quick and easy-to-use tool in the design of cantilever retaining walls, although respondents’ experience with the softwares used was varied.