Väitös: Suunnittelija löytää uudella työkalulla halvimmat kantavat rakenteet
Diplomi-insinööri Kristo Mela on kehittänyt väitöstyössään rakennusten ristikkorakenteiden optimointimalleja, jotka mahdollistavat edullisten rakenteiden löytämisen nopeasti. Optimointityökalu soveltuu erityisen hyvin suunnittelun alkupuolelle, jolloin on suurin mahdollisuus vaikuttaa kustannuksiin ja säästöihin.
Diplomi-insinööri Kristo Mela on kehittänyt väitöstyössään rakennusten ristikkorakenteiden optimointimalleja, jotka mahdollistavat edullisten rakenteiden löytämisen nopeasti. Optimointityökalu soveltuu erityisen hyvin suunnittelun alkupuolelle, jolloin on suurin mahdollisuus vaikuttaa kustannuksiin ja säästöihin.
Tyypillisesti rakennesuunnittelija etsii hyvää ratkaisua kokemuksensa ja intuitionsa ohjaamana. Aikataulusta riippuen hän voi tarkastella muutamaa eri rakennekonseptia. Esimerkiksi kattoristikoita suunniteltaessa käytettävissä on joukko hyvin tunnettuja tyyppirakenteita, joissa ristikon sauvoittelu on ennalta määrätty. Suunnittelijan tehtäväksi jää enää sauvojen poikkileikkausprofiilien määrittäminen siten, että rakenteesta saadaan mahdollisimman taloudellinen.
Suunnittelijan valintamahdollisuuksia rajoittavat erilaiset rakenteen toiminnallisuuteen ja valmistettavuuteen liittyvät vaatimukset. Kattoristikon on esimerkiksi toteutettava euronormien asettamat ehdot rakenteen lujuudelle, jäykkyydelle ja stabiiliudelle. Lisäksi ristikon sauvojen poikkileikkausmitat on valittava siten, että sauvojen väliset liitokset voidaan valmistaa.
”Lukuisten käypien rakennevaihtoehtojen joukosta suunnittelija tutkii vain murto-osan. Lopulta jää epäselväksi, olisiko rakenteesta saatu vielä edullisempi tai kevyempi”, Mela toteaa.
Matemaattinen optimointiteoria tarjoaa väkevän työkalun suunnittelijalle taloudellisimman ratkaisun löytämiseksi annetussa ajassa. Optimointia soveltamalla suunnitteluprosessi voidaan automatisoida, kun eri rakennevaihtoehtoja ei tarvitse kokeilla yksi kerrallaan. Näin saadaan edullisempia rakenteita lyhyemmässä ajassa.
”Esimerkiksi kattoristikoita suunniteltaessa voidaan optimoinnin avulla etsiä parhaat sauvojen poikkileikkaukset ja optimaalinen ristikon korkeus.”
Väitöskirjassaan Mela tutki ristikkorakenteiden optimoinnin haastavinta tehtävää, jossa sauvaprofiilien lisäksi optimoidaan sauvojen ja solmujen lukumäärä sekä sauvojen kytkeytyminen toisiinsa. Tässä niin sanotussa topologian optimoinnissa rakennesuunnittelijan ei tarvitse päättää ristikon sauvoittelua etukäteen, mikä mahdollistaa esimerkiksi kokonaan uudenlaisten kattoristikkotyyppien löytämisen. Samalla saavutettavat kustannussäästöt kasvavat, kun taloudellisinta rakennetta etsitään laajemmasta joukosta.
Melan kehittämien tehtävänasettelujen avulla ristikoiden topologian optimoinnin teoreettiset ongelmakohdat voidaan kiertää ja optimointiin saadaan rakennesuunnittelijan tarpeet aiempaa paremmin mukaan. Minimoimalla ristikon valmistusvaiheet huomioon ottavaa kustannusfunktiota saadaan jo tarjousvaiheessa yksityiskohtaista tietoa ristikon valmistuskustannuksista, mikä helpottaa tarjouksen tekemistä.
Kristo Melan teknillisen mekaniikan alaan kuuluva väitöskirja Mixed Variable Formulations for Truss Topology Optimization (Sekalukuformulointeja ristikkorakenteiden topologian optimointiin) tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston teknisten tieteiden tiedekunnassa torstaina 20. kesäkuuta kello 12 alkaen Konetalon salissa K1702.
Mela (32) työskentelee tutkijana TTY:n teknisen suunnittelun laitoksella teknillisen mekaniikan ja optimoinnin tutkimusryhmässä.
Tätä artikkelia ei ole kommentoitu
0 vastausta artikkeliin “Väitös: Suunnittelija löytää uudella työkalulla halvimmat kantavat rakenteet”