Työkalu paalulaattojen algoritmiavusteiseen suunnitteluun

Abstract

Paalulaatat voivat olla nykyisin erittäin monimuotoisia. Erityisesti kaupunkialueella kunnallistekniikka, tilanpuute ja kustannusten optimointi vaikuttavat paalulaattojen geometrioihin. Monimuotoisten paalulaattojen laskentamallien luominen on työläs tehtävä niin geometrian kuin kuormitustenkin osalta. Paalulaattojen geometria saadaan lähtötietona, kuormitukset määritetään pengerkorkeuden sekä liikennetyypin mukaan ja paalutus on riippuvainen kuormituksista, jolloin algoritmiavusteisella suunnittelulla voidaan helpottaa laskentamallien luomista. Tässä työkalussa algoritmiavusteiseen suunnitteluun käytetään Rhinoceros 3D -ohjelman Grasshopper-lisäosaa ja laskentaohjelmana käytetään Dlubal:n RFEM5-ohjelmaa.

Tässä kehittämistyössä tutkittiin algoritmiavusteisen suunnittelun hyödyntämisen mahdollisuuksia paalulaattojen suunnittelussa. Työssä luotiin Ramboll Finland Oy:lle työkalu, jolla paalulaattojen laskentamallien luonti saadaan automatisoitua. Tutkimusstrategiana oli laadullinen tapaustutkimus, jossa perehdyttiin paalulaattojen suunnitteluun ja algoritmiavusteiseen suunnitteluun kirjallisuuden avulla, jonka perusteella algoritmiavusteinen työkalu luotiin. Työkalun toimintaa verifioitiin vertaamalla sillä määritettyjen laskentamallien kuormituksia aiemmin suunniteltujen paalulaattojen laskentamallien kuormituksiin. Työkalua testattiin myös oikeassa projektissa, jossa selvitettiin sen todellista toimivuutta, käytettävyyttä ja hyödyntämisen etuja.

Työn tuloksena saatiin työkalu, jolla paalulaatan laskentamalli luodaan algoritmiavusteisesti geometrian, kuormitusten ja kuormitusyhdistelmien osalta. Yksinkertaisilla laatoilla työkalu muodostaa laskentamallin geometrian ja kuormitusten osalta oikein, mutta haastavien geometrioiden osalta työkalulla ei siihen pystytä. Kokonaisuutena työkalu kuitenkin helpottaa paalulaattojen laskentamallien luomista. Tärkeimmät kehittämisehdotukset ovat nykyisen työkalun korjaaminen haastavien geometrioiden osalta, rajauksen ulkopuolisten laattatyyppien ja kuormitusten sekä rakenteiden optimoinnin lisääminen työkaluun. Näiden lisäksi myös rakenneosakohtainen mitoitus, tietomallin luominen ja hiilijalanjälkilaskennan lisääminen työkaluun ovat tunnistettuja kehittämiskohteita.

Pile supported slab geometries can be very complex especially in city area because of municipal infrastructure, lack of space and cost optimization. Although the loads can be parametrized by the height of embankment and load type on top of the slab, generating structural analysis models of such complex pile supported slabs can be difficult. Algorithm-aided design can be used to ease the task. Algorithms can also be used to create the structural geometries. This tool is created with Grasshopper, which is an add-on to Rhinoceros 3D program and RFEM5 from Dlubal. Grasshopper is used for the algorithm-aided design and RFEM5 is used for the structural analysis.

Utilization of algorithm-aided design in designing of pile supported slabs was studied in this development work. The goal was to create an automatic tool for Ramboll Finland PLC that creates a FEM structural analysis model of pile supported slabs. The research strategy was a qualitive case-study in which the theory of pile supported slabs and algorithm-aided design was investigated to implement the algorithm-aided tool. Validity of the tool was verified by comparing results of the pile supported slab FEM-models defined by the tool to ones already designed. Case-study was done in an actual project to test functionality, usability, and benefits of utilization of the tool.

As a result of this study, a tool was created that can create structural analysis model of pile supported slab using algorithms. The tool can accurately generate models of relatively simple slabs but not from more complex slabs. The models generated by the tool include geometry of structures, loads and load combinations. This study can be considered successful even though a comprehensive tool could not be made. The tool makes it easier to generate structural analysis models of pile supported slabs. The most important need of further development is to fix the problems of the current tool and then add slab types and loads that were excluded from the tool at this point. Optimization of the structures is also an important development area of the tool. Some minor recognized development areas are adding design of structural components, creation of a building information model and calculation of structures’ carbon footprint to the tool.