Помолихме Естер Аренд, победителката в унгарския дипломен конкурс Consteel 2020, да напише резюме на дипломната си работа в блога на Consteel и зададохме няколко въпроса за нейния опит по време на проекта.

Параметричен анализ на решетка със свободна форма

В дипломната си работа препроектирах покривната конструкция на залата за пристигане на панаирния център Hungexpo в Будапеща.

Размерът на сградата е около. 72,0 * 67,0 метра. Фасадата на сградата е стоманена решетъчна конструкция. Покривната конструкция на сградата е стоманена пространствена решетка, свързана с фасадната опорна конструкция.

Покривът се поддържа от стоманената пространствена решетка по краищата му и стоманобетонен пръстен в центъра. Стъклената конструкция в средата и променадата се опират върху RC пръстена, поради което средният участък не влияе на устойчивостта на останалата част от покрива. Покривната конструкция се вписва в сферична форма.

Тъй като това е структура със свободна форма, използвах Grasshopper за дизайна, софтуер, подкрепен със солиден математически апарат, който ви позволява лесно да създавате още по-сложни геометрични фигури. Освен това има голямото предимство, че позволява параметричен дизайн, поради което в него могат да бъдат разгледани много различни възможности.

В дисертацията си разгледах два вида оформление: оребрена и триъгълна решетка. И двете мрежови системи имаха 4-4 подтипа, които се различаваха в обхвата си на разстояния. Проектирах различните подтипове въз основа на аспектите на производство, монтаж и транспорт. По време на идейния проект разгледах и оцених тези 8 форми, търсейки най-благоприятното решение сред тях.

Изчисленията са извършени в Consteel, който има директна връзка с Grasshopper чрез Pangolin, така че мога да изградя статичния модел напълно параметрично.

Геометрията, която създадох в Grasshopper, се основава на пространствени криви. Въпреки това, софтуерът за анализ обикновено се занимава с по-малко опции за геометрия, поради което преработих модела, за да направя елементите управляеми в Consteel.

Целта на идейния дизайн беше да се изгради модел, който може да бъде разгледан и сравнен бързо и лесно, затова приложих само една ULS и една SLS максимална комбинация от натоварване. С помощта на параметричния модел и Pangolin бих могъл да създам модели по начин, че докато превключвам между параметрите, моделът ми Consteel се променя заедно, така че множество опции за комбинация могат да бъдат разгледани лесно. Очевидно забелязах както с триъгълници, така и с оребряване, че при твърде голямо разстояние деформацията става доминираща, така че конструкцията вече не е икономична по отношение на разхода на материал .

Избрах най-благоприятния дизайн с помощта на матрица за решения. Голямото предимство на матрицата е, че различните дизайни са ясно сравними в много аспекти. Оценката беше цветно представена. Критериите на матрицата за решения бяха следните:

Статика

• Максимално използване
• Деформации
• Критични фактори на натоварване за изкълчване

Количества

• Тегло
• Брой греди и съединения
• Дължина

Производство и монтаж

• Сглобяване и технологичност на връзките
• Транспорт
• Монтажни единици
• Покритие

Архитектура

• Естетика

Цветово кодирах различните гледни точки

• Зелено – добро, просто, идеално
• Оранжево – средно, сложно, приемливо
• Червено – бедно, сложно, проблематично

Въз основа на оценката се оказа, че оребрената структура е най-добрата, затова пренесох един от оребрените дизайни за подробни изчисления.

По време на подробното изчисление бих могъл да прилагам натоварванията по-точно върху конструкцията, заедно с комбинации от товари. Повечето товари действаха като повърхностни товари върху целия покрив, но вятърът беше с различна сила в различните зони. Тук параметричният модел също имаше голямо предимство, тъй като като структура със свободна форма, приложих натоварването от вятъра от 6 различни посоки и определих параметрично зоните на вятъра, така че промяната на посоката на вятъра също промени зоните, поради което не трябваше да дефинирам различни товари върху товарните площи.

Също така се занимавах с конфигурацията и дизайна на връзките, за които направих изчисления ръчно и с csJoint. За мен беше много поучително да видя доколко връзките са повлияли на основната структурна реакция. Вече в идеен проект, при избора на оформление на гредата и определянето на крайните гранични условия, е важно да се прецени дали връзките могат да бъдат проектирани по начин, който осигурява адекватна коравина.

Като цяло научих много за процесите на проектиране и параметричния дизайн по време на дисертацията си. Мисля, че в бъдеще ще се набляга все повече на параметричния дизайн, така че определено си струва да се обърнем към тази тема.

Зададохме няколко въпроса на авторката Естер Арент за нейния опит, натрупан по време на проекта.

Интервю

Consteel: Първо, поздравления за вашата диплома и спечелване на унгарския дипломен конкурс! Как избрахте предмета на вашата диплома?

Eszter: Запознах се с параметричния дизайн в клас, проведен от гост-професор, и реших точно там, че искам да напиша в дипломата си по този предмет. Имах късмета, че bim.GROUP вече имаше проект, който използваше параметричен дизайн, към който можех да се присъединя, така че естествено стана, че ще напиша дипломата си за залата Hungexpo. Присъединих се към екипа на около половината от проекта и работих до края.

Consteel: Каква беше вашата роля в проекта?

Eszter: Работил съм най-вече върху вторичните структури. Облицовката се поддържаше от специално оформен извит профил, който следваше линията на сградата навсякъде, така че това бяха уникални профили. Аз бях отговорен за статиката и дизайна на това. Също така помогнах там, където трябваше да направя изчисления на връзките и в дизайна на стъкления купол на покрива.

Consteel: Как студентът може да си представи да работи по подобен проект?

Eszter: Със сигурност e предизвикателствo. Мисля, че като начинаещ инженер може да се научи много по всеки проект, но за такъв сложен, това беше особено вярно.

Consteel: Какво ви хареса най-много в този конкретен проект?

Eszter: Хареса ми, че това беше уникален проект, затова изобщо не беше скучен и особено се насладих на целия параметричен дизайн.

Consteel: Какво смятате за най-голямото предизвикателство в самия проект?

Eszter: Времето. Строителната индустрия е много ускорена, често с много кратки срокове. Предизвикателство е да преставим наистина добра работа по този начин. Мисля, че е още по-трудно като начинаещ инженер, тъй като нямам много години опит, така че всяка нова задача е и обучение.

Consteel: Каква функция от Consteel използвахте най-много? Коя част е помогнала най-вече на вашата работа?

Eszter: Направих всички основни статически изчисления в Consteel. В идейния дизайн беше много полезно, че можех да сравнявам различни варианти с прости модели. Харесва ми, че напреженията за изчисления на съединения могат да бъдат получени лесно и прозрачно. Използвах csJoint за изчисленията.

Eszter: Мисля, че има множество предимства, но основно са три неща:

• няма нужда да поставяте товарите ръчно
• промените могат да бъдат проследени много просто и бързо
• много проекти могат да бъдат разгледани, като по този начин помагат на идейния дизайн

Не знам как щях да реша прехвърлянето без Pangolin, може би щях да импортвам нишков модел, но дори тогава трябваше да изграждам моделите един по един. Мисля, че Pangolin е от съществено значение за структурите със свободна форма, но може да бъде много полезен и за по-прости задачи.

Факти за проекта

Дипломна работа на Eszter Arendt

Консултанти:

Márton István Juhász – bim.GROUP Kft.
Nauzika Kovács PhD – Budapest University of Technology and Economics, Department of Structural Engineering