Teräshallin kattojäykistyksen massa- ja kustannusoptimointi
Vastapuu, Juho (2018)
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
2018-12-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212669
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212669
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä selvitettiin rasituksien jakautumista sauvarakentein jäykistetyn teräshallin kattojäykistyksessä ja suoritettiin jäykisterakenteiden massa- ja kustannusoptimointia. Optimointi suoritettiin algoritmiavusteisia työkaluja hyödyntäen käyttäen Grasshopper, Karamba3D ja Galapagos -sovelluksia. Työllä on tarkoitus tuottaa tietoa näiden komponenttien toiminnasta ja soveltuvuudesta teräsrakenteiden optimointiin. Optimoinnilla on tarkoitus selvittää erilaisten jäykistetopologioiden kustannustehokkuutta.
Työn teoriaosuudessa syvennytään optimoinnin matemaattiseen teoriaan, avataan optimoinnin yleisimpiä käsitteitä ja työssä käytettävän geneettisen optimointialgoritmin toimintaperiaatetta sekä sakkofunktiota. Lisäksi teoriaosuudessa selvitetään erilaisten jäykistysrakenteiden toimintaperiaatetta sekä Eurokoodi 3:n mukaista jäykistysjärjestelmän epätarkkuuksista aiheutuvaa rasitusta ja jäykistevoiman kertymää jäykistävälle ristikolle. Työssä esitellään myös teräsrakenteen materiaali-, valmistus- ja asennuskustannusten muodostumista kustannuspaikkaperusteisesti. Tutkimusta varten toteutetun teräshallin parametrisen rakennemallin sovelluksen toimintaperiaate ja sen käyttö optimointiin esitellään yleisellä tasolla. Lisäksi optimoinnissa käytettävän Galapagos-komponentin toiminta selostetaan yksityiskohtaisesti.
Optimoinnin lisäksi työssä suoritettiin selvitys, jossa vertailtiin kahden erilaisen jäykistystopologian rasitusten jakautumista. Selvityksessä osoitettiin, että jäykisterakenteille kohdistuu rasituksia ulkoisesta vaakakuormasta, jäykistysjärjestelmän epätarkkuudesta ja rakenteiden muodonmuutoserosta seuraamuksena syntyvästä pakkovoimasta. Lisäksi osoitettiin, että katto-orsille pääkannatinristikon yläpaarteelta kohdistuva ekvivalentti stabiloiva voima on verrannollinen paarteen taipuman arvoon orren kohdalla.
Tutkimuksessa suoritettiin optimointi teräshallin kattojäykistykselle. Optimoinnin suunnittelumuuttujina käytettiin kattorakenteiden poikkileikkauksia sekä jäykisterakenteiden topologia- tai geometriaparametreja. Optimoinnin tuloksissa esitellään tuloksena saatu optimirakenne, eri rakenteiden käyttöasteet, rakenteen siirtymät sekä massojen ja kustannusten jakautuminen rakenneosittain. Lisäksi optimoinneista esitetään konvergenssikäyrät, joiden perusteella optimoinnin laatua arvioidaan.
Työn teoriaosuudessa syvennytään optimoinnin matemaattiseen teoriaan, avataan optimoinnin yleisimpiä käsitteitä ja työssä käytettävän geneettisen optimointialgoritmin toimintaperiaatetta sekä sakkofunktiota. Lisäksi teoriaosuudessa selvitetään erilaisten jäykistysrakenteiden toimintaperiaatetta sekä Eurokoodi 3:n mukaista jäykistysjärjestelmän epätarkkuuksista aiheutuvaa rasitusta ja jäykistevoiman kertymää jäykistävälle ristikolle. Työssä esitellään myös teräsrakenteen materiaali-, valmistus- ja asennuskustannusten muodostumista kustannuspaikkaperusteisesti. Tutkimusta varten toteutetun teräshallin parametrisen rakennemallin sovelluksen toimintaperiaate ja sen käyttö optimointiin esitellään yleisellä tasolla. Lisäksi optimoinnissa käytettävän Galapagos-komponentin toiminta selostetaan yksityiskohtaisesti.
Optimoinnin lisäksi työssä suoritettiin selvitys, jossa vertailtiin kahden erilaisen jäykistystopologian rasitusten jakautumista. Selvityksessä osoitettiin, että jäykisterakenteille kohdistuu rasituksia ulkoisesta vaakakuormasta, jäykistysjärjestelmän epätarkkuudesta ja rakenteiden muodonmuutoserosta seuraamuksena syntyvästä pakkovoimasta. Lisäksi osoitettiin, että katto-orsille pääkannatinristikon yläpaarteelta kohdistuva ekvivalentti stabiloiva voima on verrannollinen paarteen taipuman arvoon orren kohdalla.
Tutkimuksessa suoritettiin optimointi teräshallin kattojäykistykselle. Optimoinnin suunnittelumuuttujina käytettiin kattorakenteiden poikkileikkauksia sekä jäykisterakenteiden topologia- tai geometriaparametreja. Optimoinnin tuloksissa esitellään tuloksena saatu optimirakenne, eri rakenteiden käyttöasteet, rakenteen siirtymät sekä massojen ja kustannusten jakautuminen rakenneosittain. Lisäksi optimoinneista esitetään konvergenssikäyrät, joiden perusteella optimoinnin laatua arvioidaan.