Scia Engineer Optimizer 2011 Příklady optimalizace reálných konstrukcí

Statika 2012

30.05.2012

Tractebel Engineering - Musée des Confluences - Lyon, France - image © isochrom.com

S Scia Engineer Optimizer O 2011 Příklady optimalizace reálných konstrukcí

David Šedlbauer, Radim Blažek

OBSAH  ÚVOD  OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA  Modely  Postup optimalizace  Výsledky  ŽELEZOBETONOVÝ SKELET  Modely  Parametrizace  Výsledky  ZÁVĚR

1

www.nemetschek-engineering.com

1

Statika 2012

30.05.2012

ÚVOD

 Důvody optimalizace  Úspora nákladů na výrobu a výstavbu konstrukcí  Vyšší využití dostupných materiálů  Lepší pochopení chování konstrukce  Kvalitnější služby zákazníkům  Zvýšení konkurenceschopnosti

2

ÚVOD

 Scia Engineer Optimizer  Softwarový nástroj pro obecnou optimalizaci  Scia Engineer + EOT (Scia Engineer Optimization Toolbox)  Optimalizace bez znalosti optimalizačních metod uživatelů  Integrace nejnovějších norem, MKP, moderních optimalizačních metod  Optimalizace průřezů, tvaru konstrukce, umístění podpor či zatížení  Cíl optimalizace může být cena, váha, bezpečnost, zatížitelnost

3


2

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA MODELY  OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA - POPIS  Ocelová otevřená konstrukce mezi dvěma existujícími budovami  Devět rámových výseků  Rozteč sloupů: 12,5 x 5,08 m  Zatížení: Vlastní tíha, stálé, vítr, sníh

4

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA MODELY  OPTIMALIZACE VE DVOU KROCÍCH  Rámový výsek  Celková C lk á k konstrukce t k  CÍL OPTIMALIZACE  Minimalizovat hmotnost nosníků s náběhy a převislými konci

5


3

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE  OBECNÝ POSTUP  Tvorba modelu  Vytvoření V t ř í a zavedení d í parametrů do modelu

Scia Engineer

 Načtení souboru  Výběr parametrů  Nastavení mezí parametrů p  Výběr optimalizační metody a cílové funkce  Průběh optimalizace

EOT

 Výsledky 6

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 1)

TVORBA MODELU

7


4

Statika 2012

30.05.2012


PARAMETRIZACE

 Definice parametrů

8


PARAMETRIZACE

 Přiřazení parametrů

9


5

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE

Haunch Relativně

Popis

Hodnota

Poloha náběhu

0,5

H1

Délka průřezu Výška zúžení

610 mm

H2

Délka průřezu Výška koncová

915 mm

Bh

Délka průřezu Šířka horní pásnice

305 mm

Bs

Délka průřezu Šířka spodní pásnice 305 mm

th

Délka průřezu Tl. horní pásnice

16 mm

ts

Délka průřezu Tl. spodní pásnice

16 mm

Bh

H1

Typ

th

Název

PARAMETRIZACE

ts s

2)

Bs

10


VÝBĚR PROJEKTU A PARAMETRŮ V EOT

11


6

Statika 2012

30.05.2012


NASTAVENÍ MEZÍ PARAMETRŮ V EOT

12


VÝBĚR OPTIMALIZAČNÍ METODY A CÍLOVÉ FUNKCE

13


7

Statika 2012

30.05.2012


VLASTNÍ PRŮBĚH OPTIMALIZACE

 INFORMACE O PRŮBĚHU  Průměrný čas jednoho cyklu  Počet cyklů  Dílčí výsledky – možnost zastavení optimalizace  VÝBĚR VHODNÉHO ŘEŠENÍ  Nejlepší  Všechna spočtená

14


VÝSLEDKY

 Optimum/optima určené metodou

15


8

Statika 2012

30.05.2012


VÝSLEDKY

 Všechna vypočtená řešení + postprocesing

16

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE NOSNÍKU POMOCÍ POLOHY NÁBĚHU PARAMETRY

p Hmotnost Úspora Haunch H1 H2 Bh Bs th ts [kg] [%] [relativ.] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Původní

0,5

610

915

305

305

16

16

2313

Optimum 0,8

610

915

305

305

16

16

2283

1,30

PŮVODNÍ

OPTIMUM

17


9

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE NOSNÍKU POMOCÍ VÝŠKY NÁBĚHU A NOSNÍKU PARAMETRY

p Hmotnost Úspora Haunch H1 H2 Bh Bs th ts [kg] [%] [relativ.] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Původní

0,5

610

915

305

305

16

16

2313

Optimum 0,5

409

936

305

305

16

16

2194

5,14

PŮVODNÍ

OPTIMUM

18

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY A POLOHY NÁBĚHU A VÝŠKY NOSNÍKU PARAMETRY

Původní

Hmotnost [kg]

Haunch [relativ.]

H1 [mm]

H2 [mm]

Bh [mm]

Bs [mm]

th [mm]

ts [mm]

0,5

610

915

305

305

16

16

2313

Úspora [%]

Optimum 1

0,5

409

936

305

305

16

16

2194

5,14

Optimum 2

0,319

400

931

305

305

16

16

2185

5,53

S Stejná áú úspora, různé ů é parametry!!!

OPTIMUM 2

19


10

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY NÁBĚHU A NOSNÍKU A ŠÍŘKY PÁSNIC PARAMETRY

Hmotnost [kg]

Haunch [relativ.]

H1 [mm]

H2 [mm]

Bh [mm]

Bs [mm]

th [mm]

ts [mm]

Původní

0,5

610

915

305

305

16

16

2313

Optimum

0,5

410

938

176

176

16

16

2035

PŮVODNÍ

OPTIMUM

PŮVODNÍ

Úspora [%]

12,02

OPTIMUM

20

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY A POLOHY NÁBĚHU, VÝŠKY NOSNÍKU, ŠÍŘKY A TLOUŠŤKY PÁSNIC PARAMETRY

Hmotnost [kg]

Haunch [relativ.]

H1 [mm]

H2 [mm]

Bh [mm]

Bs [mm]

th [mm]

ts [mm]

Původní

0,5

610

915

305

305

16

16

2313

Optimum

0,400

431

892

295

295

10

10

2035

Úspora [%]

12,02

 POZOR! Ne N vždy žd vyšší šší počet č t parametrů t ů zaručí čí lepší l ší optimum! ti !  Záležitost například výběru optimalizační metody – viz WORKSHOP – Scia Egnineer Optimizer

21


11

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE CELKU  Totožný postup optimalizace  Využití V žití analýzy lý rámového á éh výseku ý k  Počet parametrů  Meze parametrů PARAMETRY

Původní

Hmotnost [kg]

Haunch [[relativ.]]

H1 [[mm]]

H2 [[mm]]

Bh [[mm]]

Bs [[mm]]

th [[mm]]

ts [[mm]]

0,5

610

915

305

305

16

16

20758

Úspora [%]

Optimum 1

0,5

514

873

260

260

16

16

19114

7,92

Optimum 2

0,416

480

888

282

341

13

10

18509

10,8

22

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE CELKU  Ve výsledku použity zaokrouhlené hodnoty parametrů blízko optima  Konečná úspora téměř 10%  Čas optimalizace: 10,5 h

PARAMETRY Haunch [relativ.]

H1 [mm]

H2 [mm]

Bh [mm]

Bs [mm]

th [mm]

ts [mm]

Hmotnost [kg]

Původní

0,5

610

915

305

305

16

16

20758

Výsledek

0,420

480

890

280

280

14

14

18825

Úspora [%]

9,31

23


12

Statika 2012

30.05.2012

OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE CELKU PŮVODNÍ

OPTIMUM

24

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET MODELY  ŽELEZOBETONOVÝ SKELET  Bytový dům v proluce  Jedno J d podzemní d í a pět ět nadzemních d í h pater t  Zatížení: Vl. tíha, stálé, užitné, vítr, sníh  Skelet doplněn stěnami v suterénu, stěnami na straně původní zástavby a stěnami schodišťového jádra

25


13

Statika 2012

30.05.2012

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET MODELY  DVA TYPY OPTIMALIZACE  Poslední patro  Prutové P t é prvky k celé lé b budovy d  CÍLOVÁ OPTIMALIZAČNÍ FUNKCE  Cena konstrukce z cen hlavních materiálů  cena = Objemmax·2000 + B500Bweight·14·1,05

26

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET

Default

h

Délka průřezu

Tloušťka desky

200 mm

a

Délka průřezu

Šířka průřezu

400 mm

b

Délka průřezu

Výška průřezu

470 mm

d

Průměr výztuže Průměr prutu

16 mm

d1

Průměr výztuže Průměr třmínku

8 mm

d2

Průměr výztuže Průměr výztuže plochy 12 mm

b

 PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PATRA Název Typ Popis

h

PARAMETRIZACE

27


14

Statika 2012

30.05.2012

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE PATRA

PŮVODNÍ

OPTIMUM

 Diskrétní parametry!  Unifikace U ifik prvků ků a výztuže ý t ž  Úspora 18 %  Čas optimalizace: 40 h

PARAMETRY h a b [mm] [mm] [mm] Původní

d [mm]

d1 [mm]

d2 [mm]

Cena [Kč]

200

400

400/470

10-16

8

12/14

163678

Výsledek 160

300

380

18

8

12

133840

Úspora p [%]

18,23

28

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PARAMETRIZACE  PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU Název Typ Popis Default b_beam Délka průřezu Výška žebra

470 mm

a_colA

Délka průřezu Šířka průřezu sloupy sk. A

300 mm

b_colA

Délka průřezu Výška průřezu sloupy sk. A

400 mm

a_colB

Délka průřezu Šířka průřezu sloupy sk. B

400 mm

b_colB

Délka průřezu Výška průřezu sloupy sk. B

400 mm


Sk.B Sk.A

400 mm

b_colA

a beam Délka průřezu Šířka žebra a_beam

15

Statika 2012

30.05.2012

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PARAMETRIZACE  PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU Název Typ Popis Default Průměr výztuže

Průměr výztuže – žebra

20 mm

Dst_beam Průměr výztuže

Průměr třmínků – žebra

10 mm

D_colA

Průměr výztuže

Průměr výztuže – sloupy sk.A 24 mm

Dst_colA

Průměr výztuže

Průměr třmínků – sloupy sk.A 10 mm

D_colB

Průměr výztuže

Průměr výztuže – sloupy sk.B 24 mm

Dst_colB

Průměr výztuže

Průměr třmínků – sloupy sk.B 10 mm Sk.B Sk.A

D beam D_beam

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET VÝSLEDKY  OPTIMALIZACE PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU  Dva přístupy – základní, rozšířený  ZÁKLADNÍ  Unifikace prvků, rychlejší optimalizace, menší úspora  Úspora téměř 8 %  Čas optimalizace: 29,3 h PARAMETRY

Cena [Kč]

a_beam a beam [mm]

b_beam b beam [mm]

a_colA a colA [mm]

D_beam D beam [mm]

D_colA D colA [mm]

D_colB D colB [mm]

Původní

400-470

200-400

400-600

10-16

16

16

250258

Optimum

180

350

390

26

26

24

230393

Úspora [%]

7,72

31


16

Statika 2012

30.05.2012

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET VÝSLEDKY  ROZŠÍŘENÁ  Více parametrů, delší čas optimalizace, větší úspora  Úspora Ú té téměř ěř 15 %  Čas optimalizace: 62,4 h PARAMETRY PRŮŘEZŮ a_beam [mm]

b_beam [mm]

a_colA [mm]

b_colA [mm]

a_colB [mm]

b_colB [mm]

Původní

400-470

200-400

400-600

400-600

400-600

400-600

Optimum p

180

340

320

370

320

420

D_beam [mm]

Dst_beam [mm]

PARAMETRY VÝZTUŽE D_colA [mm]

Dst_colA [mm]

D_colB [mm]

Dst_colB [mm]

Cena [Kč]

Původní

10-16

8-12

16

8-12

16

8-12

250258

Optimum

22

10

20

12

26

8

213019

Úspora [%]

14,88 32

ŽELEZOBETONOVÝ SKELET VÝSLEDKY PŮVODNÍ

OPTIMUM

33


17

Statika 2012

30.05.2012

ZÁVĚR  SE OPTIMIZER – JEDNODUCHÁ OBECNÁ OPTIMALIZACE  Na každé konstrukci lze ušetřit  Různé Rů é úl úlohy h optimalizace ti li – cena, hmotnost, h t t poloha, l h zatížitelnost  Při vhodné úvaze je optimalizace vhodná i na složitější konstrukce

 Pro více informací neváhejte a navštivte náš WORKSHOP Scia Engineer Optimizer Salonek 2 17:30-18:50 BUDEME SE TĚŠIT  34

Kontakt

Děkujeme za pozornost Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (projekt MPO FT-TA4/100) a z projektu SGS11/021/OHK1/1T/11 - Pokročilé algoritmy pro numerickou analýzu a modelování.

Nemetschek Scia, s.r.o. Evropská 2591/33E 160 00 Praha Czech Republic E-Mail: [email protected] Internet: www.nemetschek-scia.com 35


18

Scia Engineer Optimizer 2011 Příklady optimalizace reálných konstrukcí

Recommend Documents