Kantavien rakenteiden algoritmiavusteisen rakennesuunnitteluprosessin kehittäminen
Karjalainen, Petteri (2018)
Karjalainen, Petteri
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
2018-10-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201810032391
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201810032391
Tiivistelmä
Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia ja kehittää rakennuksen kantavien rakenteiden algoritmiavusteista rakennesuunnitteluprosessia. Tutkimusmenetelmänä käytetään kirjallisuustutkimusta sekä tapaustutkimusta. Tutkimus aloitetaan analysoimalla perinteistä, nykyään yleisesti käytettävää rakennesuunnitteluprosessia. Tämän jälkeen tarkastellaan algoritmiavusteisen suunnittelun ominaisuuksia ja arvioidaan niiden soveltuvuutta erilaisiin suunnittelutehtäviin. Tutkimuksessa tarkastellaan yksittäisten algoritmisten työkalujen lisäksi koko suunnitteluprosessin toimivuutta.
Algoritmiavusteista suunnitteluprosessia tutkitaan kuvitteellisen suunnittelukohteen avulla. Suunnittelussa keskitytään tarkastelemaan geometrisesti haastavaa teräsrakenteista kattorakennetta. Kattorakennetta ei pyritä mitoittamaan ja mallintamaan täydellisesti vaan tarkoituksena on keskittyä algoritmisen suunnitteluprosessin ja sen osatekijöiden toimivuuteen. Algoritmisen suunnittelun alustana toimii Rhinoceros 3D -ohjelman lisäosa, Grasshopper. Työssä toteutettava algoritminen suunnitteluprosessi etenee aina arkkitehdin algoritmipohjaisesti tuotetusta geometriasta toteutuskelpoisiin ja lujuudellisesti varmennettuihin rakenteisiin ja liitoksiin. Suunnittelussa linkitetään algoritmien avulla älykkäästi toisiinsa sekä arkkitehtimalli, laskentamalli että rakennemalli.
Tutkimuksen tulokset vastaavat melko hyvin kirjallisuudesta saatavia tuloksia. Algoritminen suunnitteluprosessi toimii kaikilta osiltaan suhteellisen hyvin ja sen vahvuudet ja ongelmakohdat ovat tunnistettavissa. Algoritmiset menetelmät mahdollistavat tietyissä rajoissa hyvin tehokkaan muutosten toteuttamisen. Suunnittelutiedon linkittyminen helpottaa suunnittelijoiden välistä yhteistyötä, vähentää päällekkäistä työtä ja tehostaa näin koko suunnitteluprosessia. Lisäksi algoritmit helpottavat ja nopeuttavat erityisesti geometrisesti haastavien sekä systemaattisesti toistuvien rakenteiden suunnittelua. Algoritmiavusteisilla menetelmillä on myös puutteensa. Jotta algoritmit toimisivat hyvin, tulee niitä luotaessa ottaa huomioon kaikki mahdolliset rakenteisiin kohdistuvat muutokset. Tämä on usein käytännössä mahdotonta. Lisäksi algoritmien avulla toteutettavassa reaaliaikaisessa pilvipohjaisessa tiedonsiirrossa tulee kiinnittää erityistä huomiota käytettävien työkalujen tiedonsiirtokapasiteetin riittävyyteen.
Algoritmiavusteista suunnitteluprosessia tutkitaan kuvitteellisen suunnittelukohteen avulla. Suunnittelussa keskitytään tarkastelemaan geometrisesti haastavaa teräsrakenteista kattorakennetta. Kattorakennetta ei pyritä mitoittamaan ja mallintamaan täydellisesti vaan tarkoituksena on keskittyä algoritmisen suunnitteluprosessin ja sen osatekijöiden toimivuuteen. Algoritmisen suunnittelun alustana toimii Rhinoceros 3D -ohjelman lisäosa, Grasshopper. Työssä toteutettava algoritminen suunnitteluprosessi etenee aina arkkitehdin algoritmipohjaisesti tuotetusta geometriasta toteutuskelpoisiin ja lujuudellisesti varmennettuihin rakenteisiin ja liitoksiin. Suunnittelussa linkitetään algoritmien avulla älykkäästi toisiinsa sekä arkkitehtimalli, laskentamalli että rakennemalli.
Tutkimuksen tulokset vastaavat melko hyvin kirjallisuudesta saatavia tuloksia. Algoritminen suunnitteluprosessi toimii kaikilta osiltaan suhteellisen hyvin ja sen vahvuudet ja ongelmakohdat ovat tunnistettavissa. Algoritmiset menetelmät mahdollistavat tietyissä rajoissa hyvin tehokkaan muutosten toteuttamisen. Suunnittelutiedon linkittyminen helpottaa suunnittelijoiden välistä yhteistyötä, vähentää päällekkäistä työtä ja tehostaa näin koko suunnitteluprosessia. Lisäksi algoritmit helpottavat ja nopeuttavat erityisesti geometrisesti haastavien sekä systemaattisesti toistuvien rakenteiden suunnittelua. Algoritmiavusteisilla menetelmillä on myös puutteensa. Jotta algoritmit toimisivat hyvin, tulee niitä luotaessa ottaa huomioon kaikki mahdolliset rakenteisiin kohdistuvat muutokset. Tämä on usein käytännössä mahdotonta. Lisäksi algoritmien avulla toteutettavassa reaaliaikaisessa pilvipohjaisessa tiedonsiirrossa tulee kiinnittää erityistä huomiota käytettävien työkalujen tiedonsiirtokapasiteetin riittävyyteen.