Tractebel Engineering - Musée des Confluences - Lyon, France - image isochrom.com Scia Engineer Optimizer 2011 Příklady optimalizace reálných konstrukcí David Šedlbauer, Radim Blažek OBSAH ÚVOD Modely Postup optimalizace Výsledky ŽELEZOBETONOVÝ SKELET Modely Parametrizace Výsledky ZÁVĚR 1 www.nemetschek-engineering.com 1
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
MODELY - 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 MODELY OPTIMALIZACE VE DVOU KROCÍCH Rámový výsek Celková konstrukce k CÍL OPTIMALIZACE Minimalizovat hmotnost nosníků s náběhy a převislými konci 5 www.nemetschek-engineering.com 3
OBECNÝ POSTUP Tvorba modelu Vytvoření ř a zavedení parametrů do modelu Scia Engineer Načtení souboru Výběr parametrů Nastavení mezí parametrů Výběr optimalizační metody a cílové funkce Průběh optimalizace EOT Výsledky 6 1) TVORBA MODELU 7 www.nemetschek-engineering.com 4
2) PARAMETRIZACE Definice parametrů 8 2) PARAMETRIZACE Přiřazení parametrů 9 www.nemetschek-engineering.com 5
2) PARAMETRIZACE Název Typ Popis Hodnota Haunch Relativně 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 th ts Bh H1 Bs 10 3) VÝBĚR PROJEKTU A PARAMETRŮ V EOT 11 www.nemetschek-engineering.com 6
4) NASTAVENÍ MEZÍ PARAMETRŮ V EOT 12 5) VÝBĚR OPTIMALIZAČNÍ METODY A CÍLOVÉ FUNKCE 13 www.nemetschek-engineering.com 7
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 5) Optimum/optima určené metodou 15 www.nemetschek-engineering.com 8
5) Všechna vypočtená řešení + postprocesing 16 OPTIMALIZACE NOSNÍKU POMOCÍ POLOHY NÁBĚHU Haunch [relativ.] H1 PARAMETRY H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] 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
OPTIMALIZACE NOSNÍKU POMOCÍ VÝŠKY NÁBĚHU A NOSNÍKU Haunch [relativ.] H1 PARAMETRY H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] 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 OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY A POLOHY NÁBĚHU A VÝŠKY NOSNÍKU Haunch [relativ.] H1 PARAMETRY H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] Původní 0,5 610 915 305 305 16 16 2313 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 Stejná úspora, různé ů parametry!!! OPTIMUM 2 19 www.nemetschek-engineering.com 10
OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY NÁBĚHU A NOSNÍKU A ŠÍŘKY PÁSNIC Haunch [relativ.] H1 PARAMETRY H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] Původní 0,5 610 915 305 305 16 16 2313 Optimum 0,5 410 938 176 176 16 16 2035 12,02 PŮVODNÍ OPTIMUM PŮVODNÍ OPTIMUM 20 OPTIMALIZACE POMOCÍ VÝŠKY A POLOHY NÁBĚHU, VÝŠKY NOSNÍKU, ŠÍŘKY A TLOUŠŤKY PÁSNIC Haunch [relativ.] H1 PARAMETRY H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] Původní 0,5 610 915 305 305 16 16 2313 Optimum 0,400 431 892 295 295 10 10 2035 12,02 POZOR! Ne vždy vyšší počet č parametrů ů zaručí lepší optimum! Záležitost například výběru optimalizační metody viz WORKSHOP Scia Egnineer Optimizer 21 www.nemetschek-engineering.com 11
OPTIMALIZACE CELKU Totožný postup optimalizace Využití analýzy rámového výseku Počet parametrů Meze parametrů PARAMETRY Haunch [relativ.] H1 H2 Bh Bs th ts Hmotnost [kg] Úspora [%] Původní 0,5 610 915 305 305 16 16 20758 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 OPTIMALIZACE CELKU Ve výsledku použity zaokrouhlené hodnoty parametrů blízko optima Konečná úspora téměř 10% Čas optimalizace: 10,5 h PARAMETRY Haunch H1 H2 Bh Bs th ts [relativ.] Hmotnost Úspora [kg] [%] Původní 0,5 610 915 305 305 16 16 20758 Výsledek 0,420 480 890 280 280 14 14 18825 9,31 23 www.nemetschek-engineering.com 12
OPTIMALIZACE CELKU PŮVODNÍ OPTIMUM 24 ŽELEZOBETONOVÝ SKELET MODELY ŽELEZOBETONOVÝ SKELET Bytový dům v proluce Jedno podzemní a pět nadzemních pater 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
ŽELEZOBETONOVÝ SKELET MODELY DVA TYPY OPTIMALIZACE Poslední patro Prutové prvky celé budovy CÍLOVÁ OPTIMALIZAČNÍ FUNKCE Cena konstrukce z cen hlavních materiálů cena = Objem max 2000 + B500B weight 14 1,05 26 ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PARAMETRIZACE PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PATRA Název Typ Popis 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 h 27 www.nemetschek-engineering.com 14
ŽELEZOBETONOVÝ SKELET OPTIMALIZACE PATRA Diskrétní parametry! Unifikace prvků a výztuže Úspora 18 % Čas optimalizace: 40 h PŮVODNÍ OPTIMUM h a PARAMETRY b d d1 d2 Cena [Kč] Úspora [%] Původní 200 400 400/470 10-16 8 12/14 163678 Výsledek 160 300 380 18 8 12 133840 18,23 28 ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PARAMETRIZACE PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU Název Typ Popis Default a_beam Délka průřezu Šířka žebra 400 mm 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 b_cola Sk.B Sk.A www.nemetschek-engineering.com 15
ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PARAMETRIZACE PARAMETRY PRO OPTIMALIZACI PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU Název Typ Popis Default D_beam 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 ŽELEZOBETONOVÝ SKELET OPTIMALIZACE PRUTOVÝCH PRVKŮ CELKU Dva přístupy základní, rozšířený ZÁKLADNÍ Unifikace prvků, rychlejší optimalizace, menší úspora Úspora téměř 8 % Čas optimalizace: 29,3 h PARAMETRY a_beam b_beambeam a_cola D_beam D_colA D_colB Cena [Kč] Úspora [%] Původní 400-470 200-400 400-600 10-16 16 16 250258 Optimum 180 350 390 26 26 24 230393 7,72 31 www.nemetschek-engineering.com 16
ŽELEZOBETONOVÝ SKELET ROZŠÍŘENÁ Více parametrů, delší čas optimalizace, větší úspora Úspora téměř 15 % Čas optimalizace: a_beam b_beam 62,4 h PARAMETRY PRŮŘEZŮ a_cola b_cola a_colb b_colb Původní 400-470 200-400 400-600 400-600 400-600 400-600 Optimum 180 340 320 370 320 420 D_beam Dst_beam PARAMETRY VÝZTUŽE D_colA Dst_colA D_colB Dst_colB Cena [Kč] Úspora [%] Původní 10-16 8-12 16 8-12 16 8-12 250258 Optimum 22 10 20 12 26 8 213019 14,88 32 ŽELEZOBETONOVÝ SKELET PŮVODNÍ OPTIMUM 33 www.nemetschek-engineering.com 17
ZÁVĚR SE OPTIMIZER JEDNODUCHÁ OBECNÁ OPTIMALIZACE Na každé konstrukci lze ušetřit Různé éúlohy optimalizace cena, hmotnost, t poloha, 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: info@scia.cz Internet: www.nemetschek-scia.com 35 www.nemetschek-engineering.com 18