Kantavien rakenteiden parametrinen suunnittelu ja mallintaminen
Lalla, Alex (2018)
Lalla, Alex
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
2018-01-10
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201712212481
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201712212481
Tiivistelmä
Rakenteiden parametrisella suunnittelulla tarkoitetaan menetelmää, jossa rakenteen ominaisuuksiin vaikuttaville parametreille määrätään arvot käsin tai ennalta määriteltyjen sääntöjen avulla siten, että lopputuloksen tuotetaan ominaisuuksiltaan suunniteltu rakenne. Määritellyt säännöt voivat perustua soveltuvilta osin esimerkiksi suunnitteluohjeisiin tai kokemusperäiseen tietoon. Parametrien arvoja muuttamalla voidaan näin muodostetussa systeemissä muuttaa suunniteltavan rakenteen ominaisuuksia.
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten parametrinen suunnittelu menetelmänä soveltuu rakennesuunnitteluun. Olennaisena osana soveltuvuutta tutkittiin parametrisella suunnittelumenetelmällä saavutettavia etuja ja vastaavasti mahdollisia huonoja puolia verrattuna perinteiseen suunnittelumenetelmään, erityisesti rakennesuunnittelijan näkökulmasta. Tutkimuksessa pyrittiin myös selvittämään, onko parametrisen suunnittelumenetelmän soveltuvuudessa eroja rakenneosakohtaisesti ja miten erilaisia rakenneosia on järkevää suunnitella parametrisella menetelmällä. Lisäksi selvitettiin, onko rakenteiden optimointia tarkoituksenmukaista integroida parametriseen suunnitteluprosessiin.
Tutkimus toteutettiin kahdella menetelmällä. Kirjallisuusselvityksellä selvitettiin parametrisen suunnittelumenetelmän ominaisuuksia ja periaatteita sekä hyödyntämistä eri suunnittelualoilla. Kirjallisuusselvityksessä perehdyttiin myös optimointiin ja kantavien rakenteiden optimointitapoihin. Tietoa parametrisen suunnittelumenetelmän soveltuvuudesta rakennesuunnitteluun kerättiin kvalitatiivisti pyrkien soveltamaan kirjallisuusselvityksen tuloksia erilaisten rakenneosien ja rakenteiden suunnittelussa.
Tutkimuksessa havaittiin, että soveltamalla parametrista suunnitteluprosessia voidaan rakennesuunnitteluun kuluvaa aikaa lyhentää, kun tarkastellaan ajanjaksoa luonnossuunnittelusta toteutussuunnitteluun. Parametrisella prosessilla voidaan myös tutkia perinteistä suunnittelumenetelmää suurempi määrä vaihtoehtoja rakenneratkaisuille sekä hyödyntää optimointia tehokkaasti rakenteiden kustannusten minimoinnissa. Ongelmaksi parametrisen suunnittelun soveltamisessa havaittiin, että parametrinen prosessi voi toisaalta johtaa myös pidempään suunnitteluun kuluvaan aikaan. Havaittiin, että suunnitteluun kuluvan ajan määrittäminen etukäteen on haastava tehtävä, jonka tueksi tarvitaan kokemusperäistä tietoa.
Tärkeimpinä tuloksina tutkimuksessa esitetään komponenttipohjainen menetelmä kantavien rakenteiden parametriseen suunnitteluun. Menetelmällä saavutetaan etua erityisesti moniparametristen rakenteiden, kuten ristikoiden suunnittelussa. Lisäksi tuloksena esitetään, että parametrinen malli on aina suunniteltava, sekä perustelut tälle väitteelle.
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten parametrinen suunnittelu menetelmänä soveltuu rakennesuunnitteluun. Olennaisena osana soveltuvuutta tutkittiin parametrisella suunnittelumenetelmällä saavutettavia etuja ja vastaavasti mahdollisia huonoja puolia verrattuna perinteiseen suunnittelumenetelmään, erityisesti rakennesuunnittelijan näkökulmasta. Tutkimuksessa pyrittiin myös selvittämään, onko parametrisen suunnittelumenetelmän soveltuvuudessa eroja rakenneosakohtaisesti ja miten erilaisia rakenneosia on järkevää suunnitella parametrisella menetelmällä. Lisäksi selvitettiin, onko rakenteiden optimointia tarkoituksenmukaista integroida parametriseen suunnitteluprosessiin.
Tutkimus toteutettiin kahdella menetelmällä. Kirjallisuusselvityksellä selvitettiin parametrisen suunnittelumenetelmän ominaisuuksia ja periaatteita sekä hyödyntämistä eri suunnittelualoilla. Kirjallisuusselvityksessä perehdyttiin myös optimointiin ja kantavien rakenteiden optimointitapoihin. Tietoa parametrisen suunnittelumenetelmän soveltuvuudesta rakennesuunnitteluun kerättiin kvalitatiivisti pyrkien soveltamaan kirjallisuusselvityksen tuloksia erilaisten rakenneosien ja rakenteiden suunnittelussa.
Tutkimuksessa havaittiin, että soveltamalla parametrista suunnitteluprosessia voidaan rakennesuunnitteluun kuluvaa aikaa lyhentää, kun tarkastellaan ajanjaksoa luonnossuunnittelusta toteutussuunnitteluun. Parametrisella prosessilla voidaan myös tutkia perinteistä suunnittelumenetelmää suurempi määrä vaihtoehtoja rakenneratkaisuille sekä hyödyntää optimointia tehokkaasti rakenteiden kustannusten minimoinnissa. Ongelmaksi parametrisen suunnittelun soveltamisessa havaittiin, että parametrinen prosessi voi toisaalta johtaa myös pidempään suunnitteluun kuluvaan aikaan. Havaittiin, että suunnitteluun kuluvan ajan määrittäminen etukäteen on haastava tehtävä, jonka tueksi tarvitaan kokemusperäistä tietoa.
Tärkeimpinä tuloksina tutkimuksessa esitetään komponenttipohjainen menetelmä kantavien rakenteiden parametriseen suunnitteluun. Menetelmällä saavutetaan etua erityisesti moniparametristen rakenteiden, kuten ristikoiden suunnittelussa. Lisäksi tuloksena esitetään, että parametrinen malli on aina suunniteltava, sekä perustelut tälle väitteelle.