fbpx
május 5, 2021
6 perc olvasási idő
Eszter Arendt

Diplomamunka a Consteel segítségével

A Consteel Diplomapályázat minden évben meghirdetésre kerül, amelyre várjuk minden olyan végzett hallgató jelentkezését, aki a Consteel segítségével készítette el diplomamunkáját. A 2020/2021-es tanév Consteel Diplomapályázat kiírását ide kattintva találod.

A 2020-ban meghirdetett Consteel Diplomapályázat nyertesét, Arendt Esztert kértük fel, hogy írjon blogunkra egy beszámolót Msc diplomamunkájáról, s röviden mi is kérdeztük őt a projektről, amelybe bekapcsolódott.

Szabadformájú rácsos acél felületszerkezet paraméteres vizsgálata

Diplomamunkámban a Hungexpo új fogadó épületének tetőszerkezetét terveztem át.

A propeller alakú épület befoglaló mérete kb. 72,0 x 67,0 m. Az épület homlokzata acélból készülő rácsos szerkezet, az acél tetőszerkezet a homlokzati tartószerkezettel összefüggő acél térrács.

A tetőt a szélein a homlokzaton lévő acél térrács, míg középen egy monolit vasbeton gyűrű támasztja meg. A középen lévő üvegszerkezet, illetve járható gépészeti udvar is a monolit vasbeton gyűrűre terhel, így a középső rész a tető többi részének teherviselését nem befolyásolja. A tetőszerkezet egy gömbfelületre illeszkedik.

1. ábra Hungexpo új fogadóépületének látványterve (fintastudio.hu)

Mivel ez egy szabad formájú szerkezet, így a tervezéséhez Grasshoppert, egy erős matematikai hátterű szoftvert használtam, melynek segítségével bonyolultabb geometriai formákat is könnyedén létre lehet hozni. Emellett nagy előnye, hogy parametrikus tervezést tesz lehetővé, így sokféle kialakítást, lehetőséget lehet vizsgálni vele.

Diplomamunkámban 2 féle rácsozat kialakítást vizsgáltam, az egyik egy bordás, másik egy háromszög hálózat volt. Mindkét hálózathoz 4-4 altípus tartozott, amelyek az osztásközeikben tértek el egymástól. A különböző altípusokat gyárthatóság, szerelhetőség és szállíthatósági szempontok szerint alakítottam ki. A koncepcionális tervezés során ezt a 8 kialakítást vizsgáltam és értékeltem és ezekből kerestem a legkedvezőbb megoldást.

2. ábra Vizsgált bordás hálózati kialakítások
3.ábra Vizsgált háromszög hálózati kialakítások

A számításokat Consteelban végeztem, melynek közvetlen összeköttetése van a Grasshopperrel a Pangolin plugin által, így fel tudtam építeni a statikai modellt teljesen parametrikusan.

A geometria, amelyet kialakítottam Grasshopperben térgörbéken alapszik, viszont a tervező szoftverek a Grasshoppernél kisebb palettával rendelkeznek a geometriai kialakítást illetően, így a modellt úgy alakítottam át, hogy a ConSteel tudja kezelni az elemeket.

4. ábra Görbék poligonná alakítása

A koncepcionális tervezésnél a cél az volt, hogy olyan modellt építsek, amely gyorsan és könnyen vizsgálható és összehasonlítható, így egy-egy ULS és SLS maximális teherkombinációt alkalmaztam csak. A parametrikus modell és a Pangolin segítségével létre tudtam úgy hozni a modelleket, hogy a különböző paramétereket változtatva automatikusan változott a Consteel modellem is, így könnyen vizsgálható volt többféle opció is.Mind a háromszög kialakításnál, mind a bordás kialakításnál megfigyelhető volt, hogy bizonyos osztásközig ki voltak használva a szelvények, de túl nagy osztásközöknél a lehajlás lett a domináns, így a szerkezet már anyagfelhasználás szempontjából nem volt gazdaságos.

A legkedvezőbb kialakítást egy döntéstámogató opciós mátrix segítségével választottam ki, aminek nagy előnye, hogy a különböző kialakítások szemléletesen összehasonlíthatók több szempont mentén. Az értékelést színkódokkal végeztem. A döntéstámogató opciós mátrix szempontrendszere a következő volt:

Statika

  • Maximális kihasználtságok
  • Elmozdulások
  • Kritikus kihajlási teherszorzó

Mennyiségek

  • Súly
  • Rudak és kapcsolatok száma
  • Hossz összesen

Gyártás és szerelés

  • Csomópontok szerelhetősége és gyárthatósága
  • Szállítás
  • Szerelési egységek
  • Burkolat szerelhetősége

Építészet

  • Esztétika

Az egyes szempontokat színkódolással értékeltem

  • Zöld – jó, egyszerű, ideális
  • Narancssárga – közepes, összetett, elfogadható
  • Piros – Nem jó, komplikált, problémás

Az értékelés alapján a bordás kialakítások állták meg jobban a helyüket, így az egyik bordás kialakítást vittem tovább a részletes számításokhoz.

5.ábra Döntéstámogató opció mátrix

A részletes számítás során a terheket már pontosabban, teherkombinációkkal együtt működtettem a szerkezeten. A legtöbb teher a teljes tetőn felületi teherként működött, a szél viszont különböző zónákban különböző nagyságú volt. Itt mutatkozott szintén nagy előnye a parametrikus modellnek, mivel szabadformájú szerkezet lévén 6 különböző irányból működtettem a szélterhet, a szél zónáit pedig parametrikusan határoztam meg, így a szél irányát változtatva a zónák szintén változtak, így nem kellett egyesével definiálnom a teherpanelekre a különböző terheket.

6.ábra Vizsgált szélirányok
7.ábra Szélzónák felvétele

A részletes számítás során a csomópontok kialakításával és statikájával is foglalkoztam, melyhez a számításokat kézzel, illetve csJointtal végeztem. Számomra tanulságos volt látni, hogy milyen nagy mértékben visszahatottak a csomópontok a főstatikára. Már a koncepcionális tervezésnél a rúdváz megválasztásánál és rúdvég folytonosságok definiálásánál fontos átgondolni, hogy kialakíthatók-e olyan csomópontok, amelyek biztosítják a megfelelő erőátadást.

8.ábra Vizsgált építési állapot

Összességében nagyon sokat tanultam a diplomamunkám során a tervezési folyamatokról, illetve a parametrikus tervezésről. Azt gondolom a jövőben egyre nagyobb hangsúlyt fog kapni a parametrikus tervezés, így mindenképp érdemes foglalkozni ezzel a témával.

A téma kapcsán beszélgettünk a szerzővel, Arendt Eszter szerkezettervező mérnökkel a projekten szerzett tapasztalatairól.

Interjú

Consteel: Először is gratulálunk mind a diplomádhoz, mind a CS diplomapályázathoz! Hogyan döntöttél úgy, hogy ez lesz a témád? Egy ismert projektről van szó, amelynek a szerkezetén alapul a munkád, hogyan, mikor kapcsolódtál be?

Eszter: A parametrikus tervezéssel az egyetemen egy vendég előadó óráján találkoztam először és már akkor elhatároztam, hogy ebben a témában szeretném írni a diplomamunkámat. Szerencsém volt, hogy a bim.GROUP-nál volt is olyan projekt, ami paraméteres volt és be tudtam kapcsolódni, így adta magát, hogy a diplomamunkámnak is a Hungexpo fogadóépülete legyen a témája. Körülbelül a projekt felénél kapcsolódtam be, és egészen a végéig részt is vettem benne.

Consteel: Milyen szereped volt a projekten? Mit lehet róla tudni?

Eszter: Én leginkább a másodlagos szerkezetekkel foglalkoztam. A burkolatot egy „házikó” alakú hajlított profil fogadta, ami mindenhol követte az épület vonalát, így ezek egyedi profilok voltak. Ennek a statikájával és szerkesztésével foglalkoztam a legtöbbet. Ezenkívül besegítettem, ahol kellett csomóponti számításokba, illetve a tetőn az üvegkupola tervezésébe.

Consteel: Hogy képzelje el egy diák, milyen munkatársként egy ilyen projektben részt venni?

Eszter: Az biztos, hogy kihívásokkal teli. Kezdő mérnökként azt hiszem, hogy minden projekten még nagyon sokat lehet tanulni, de egy ilyen összetett projekten aztán ez kifejezetten igaz.

Consteel: Mi volt az, ami legjobban tetszett a projektben?

Eszter: Szerettem a projektben, hogy egyedi, ezáltal egyáltalán nem volt unalmas, illetve én nagyon élveztem az egész parametrikus tervezést.

Consteel: Mit tartottál/tartasz akár a te feladatod – akár a projekt kapcsán legnagyobb kihívásnak a szerkezettervezésben?

Eszter: Az időt. Az építőipar nagyon fel van gyorsulva, sokszor nagyon szorosak a határidők. Nehéz így igazán jó munkát kiadni a kezünk közül. Azt gondolom kezdő mérnökként ez még inkább kihívás, hiszen nincs sok év tapasztalatunk, így minden új feladat egyben egy tanulás is.

Consteel: Milyen funkcióit használtad leginkább a Consteel-nek? Hol segítette legjobban a munkád?

Eszter: A főstatikai számításokat mind Consteel-ben végeztem. Már a koncepcionális tervezésnél nagyon hasznos volt, hogy egyszerű modellekkel össze tudtam hasonlítani a különböző kialakításokat. Szeretem, hogy a csomóponti számításokhoz az igénybevételeket könnyen és átláthatóan meg lehet kapni. Illetve a csomóponti számításokhoz a csJoint-ot használtam.

Consteel: Mi volt a legnagyobb előnye a Grasshopper-Consteel integrációnak? Hogy lehetett volna megoldani a feladatot enélkül?

Eszter: Szerintem nagyon sok előnye van, de talán 3 dolgot emelnék ki:

  • nem kell kézzel elhelyezni a terheket
  • a módosítások nagyon egyszerűen, és gyorsan lekövethetők
  • sok kialakítást lehet vizsgálni, így a koncepcionális tervezést segíti

Nem tudom, hogy hogyan oldottam volna meg Pangolin nélkül az átvitelt, talán egy rúdvázat átvittem volna, de akkor is egyesével kell felépíteni a modelleket. A szabadformájú szerkezeteknél szerintem elengedhetetlen a Pangolin, de egyszerűbb feladatoknál is nagyon hasznos tud lenni.

Projekt részletek

Arendt Eszter Msc diplomamunka beszámolója

Konzulensek:

Juhász Márton István – bim.GROUP Kft.
Dr Kovács Nauzika – BME Hidak és Szerkezetek Tanszék

A szerző

Eszter Arendt

Eszter, our guest author graduated from Budapest University of Technology and Economics in 2020. Ever since she has been working as a structural engineer at bim.GROUP Ltd.
Her main interests are steel structures and parametric design. She is always open to learning new skills.
She won the Hungarian Consteel Diploma Contest in 2020.

Vissza a Blogra

Egyszerűsítsd a tervezési folyamatod a Consteel segítségével

Structural engineering design workflow

Hungexpo Project, Arrival Hall – a real case study on advanced parametric BIM workflow

Steelspace is here!

Iratkozz fel, hogy mindig naprakész légy a Consteel híreivel kapcsolatban