Optimierungsmöglichkeiten in der Tragwerksplanung durch den Einsatz parametrischer Rechenmodelle

Abstract

Die Verwendung parametrischer Rechenmodelle zur Analyse und Berechnung von Bauwerken stellt eine in der Tragwerksplanung relativ neuartige Entwicklung dar. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Einsatzmöglichkeiten parametrischer Modellierung in der Tragwerksplanung und zeigt deren Vorteile auf. ImWesentlichen sind dies die Möglichkeit der Analyse vieler verschiedener Modellzustände in kurzer Zeit sowie das sich ergebende Potential durch die Verknüpfung der sodann variablen Modellparameter mit Optimierungsalgorithmen, die zu einer Automatisierung des Berechnungs- und Optimierungsprozesses führen. Als Einstieg in die Thematik dient eine Definition des Begriffs „Tragwerksplanung“ mit einer Erläuterung ihrer Aufgaben bei der Bearbeitung eines Bauprojekts. Anschließend erfolgt eine Erklärung des allgemeinen Ablaufs einer statischen Berechnung mit ihren einzelnen Schritten. Dabei wird ersichtlich, dass die Optimierung eines Tragwerks eigentlich ein fundamentaler Bestandteil einer jeden statischen Berechnung ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit stellen Kapitel 3 und 4 zwei unterschiedliche Statik-Programme vor, ein im deutschsprachigen Raum bekanntes, sehr verbreitetes und ein relativ neuartiges Programm, das den Aufbau eines parametrischen Rechenmodells ermöglicht. Die Lektüre dieser beiden Kapitel vermittelt dem Leser ein Gefühl für die Charakteristika und Unterschiede beider Programmtypen und bildet somit die Grundlage für den Hauptteil dieser Diplomarbeit, der sich dem kombinierten Einsatz beider Programmtypen anhand eines realen Projekts widmet. Dieser kombinierte Einsatz ermöglicht die Vereinigung der jeweiligen Vorteile beider Statik- Programme und eröffnet somit vielfältige sowie neue Möglichkeiten bei der Berechnung. Im konkreten Beispiel erfolgt die Optimierung einer bestehenden Tragstruktur unter Zuhilfenahme genetischer Algorithmen. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Interpretation der erhaltenen Ergebnisse aus der Projektstudie

Using parametric models for the analysis and computation of structures is a relatively new development within structural engineering. The aim of this masters thesis is to show the potential of parametric modeling within structural analysis and design and to discuss the associated advantages. The primary areas of investigation in this study are the ability for parametric modeling techniques to assess many structural forms within very short time periods and the implementation of optimization algorithms within the structural design procedure. The thesis starts with a broader explanation of structural engineering and its functions during the various stages of construction projects. Afterwards the basic stages of the calculation process are presented. Through discussing these procedures, it will become clear that structural optimization is a fundamental part of every static calculation. Chapters 3 and 4 introduce the reader to two different structural analysis programs one being very popular and the other using a relatively new approach which is little known among civil and structural engineers. These two chapters deal with the individual features and relative advantages and disadvantages of both methods which forms the outline of the main discussion of the thesis. The thesis aims to present the benefits of combining these two types of software in a real project, demonstrating the range of new possibilities available to structural engineers and their design teams when this approach is adopted. To assess the method, it is used in a current project where an existing load-bearing structure is optimized through the implementation of genetic algorithms in the parametric calculation model. The last chapter gives an interpretation of the case study results to stronger highlight the benefits of parametric structural engineering and additionally tries to take a look at possible future developments and applications.