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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
4
Statika 2012
30.05.2012
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 2)
PARAMETRIZACE
Definice parametrů
8
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 2)
PARAMETRIZACE
Přiřazení parametrů
9
www.nemetschek-engineering.com
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
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 3)
VÝBĚR PROJEKTU A PARAMETRŮ V EOT
11
www.nemetschek-engineering.com
6
Statika 2012
30.05.2012
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 4)
NASTAVENÍ MEZÍ PARAMETRŮ V EOT
12
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 5)
VÝBĚR OPTIMALIZAČNÍ METODY A CÍLOVÉ FUNKCE
13
www.nemetschek-engineering.com
7
Statika 2012
30.05.2012
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 5)
VLASTNÍ PRŮBĚH OPTIMALIZACE
INFORMACE O PRŮBĚHU Průměrný čas jednoho cyklu Počet cyklů Dílčí výsledky – možnost zastavení optimalizace VÝBĚR VHODNÉHO ŘEŠENÍ Nejlepší Všechna spočtená
14
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 5)
VÝSLEDKY
Optimum/optima určené metodou
15
www.nemetschek-engineering.com
8
Statika 2012
30.05.2012
OCELOVÁ OTEVŘENÁ HALA POSTUP OPTIMALIZACE 5)
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
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
www.nemetschek-engineering.com
18
