Tampereen yliopisto

Optimoinnilla läpinäkyvyyttä rakenteiden suunnitteluun

Jaa

Rakennusten kantavien rakenteiden suunnittelua voidaan tehostaa antamalla osa työstä tietokoneiden tehtäväksi. Tällöin myös suunnittelun tavoitteet tulevat täsmennetyiksi ja koko arvoketju hyötyy. Teemu Tiainen tutki väitöskirjassaan matemaattisen optimoinnin soveltamista teräsrungon suunnitteluun siten, että ratkaistava tehtävä on mahdollisimman lähellä rakennesuunnittelijan työtä.

Teemu Tiainen. Kuva: Liina Tiainen
Teemu Tiainen. Kuva: Liina Tiainen

Kantavien rakenteiden optimointia on tutkittu vuosikymmeniä, mutta kirjallisuudesta löytyvät esimerkit tapaavat olla akateemisia.

Kohdefunktiona käytetään rakenteen painoa ja rajoitusehdoissa sivuutetaan keskeisiä ilmiöitä, esimerkiksi stabiiliustarkastelut. Todellisia rakenteita suunnitellaan kuitenkin erilaisten suunnitteluohjeiden ja -standardien mukaan. Näiden tarkastelujen tuominen mukaan optimointiin ei triviaali tehtävä, Teemu Tiainen kertoo.

Lisäksi yleensä rakennushankkeessa ollaan oikeasti kiinnostuneita siitä, paljonko rakennus maksaa, eikä siitä paljonko se painaa, Tiainen jatkaa.

Suurimman haasteen teräsrakenteiden optimoinnissa muodostaa kuitenkin se, että rakenteissa käytettävien sauvojen profiilit on yleensä valittava tietystä saatavilla olevasta valikoimasta.

Optimointitehtävä on tällöin muuttujiltaan diskreetti eli jatkuvan lukuarvon sijaan muuttuja voi saada esimerkiksi vain kokonaislukuarvoja, mikä kaventaa ratkaisumenetelmävalikoimaa merkittävästi, Tiainen valottaa.

Tähän vaikuttaa myös, millaisia kestävyystarkasteluja tehtävään on tuotu rajoitusehdoiksi. Rakenneosassa esiintyvään jännitykseen perustuvat tarkastelut ovat tyypillisesti yksinkertaisia, kun taas suunnitteluohjeiden ehdottamat tarkastelut voivat mutkistaa tehtävämuotoilua.

Teemu Tiainen tarkasteli väitöskirjassaan niin kutsuttujen metaheurististen menettelyiden soveltamista, kehittiuutta sekalukuformulointiin perustuvaa menettelyä ja ratkaisi diskreettiä optimointitehtävää kaksivaiheisesti. Tällöin tehtävä muokataan ensin jatkuvaksi, jonka jälkeen kuvitteellisen jatkuvan ratkaisun läheltä etsitään rajattu valikoima todellisia profiileita.

Jatkuvan tehtävän ratkaisuun on nykyisissä ohjelmissa hyvät valmiit ratkaisijat ja kaksivaihetekniikalla päästiin lupaaviin tuloksiin, Tiainen kertoo.

Sekalukuformuloinnin etuna on, että se pystyy tietyin edellytyksin takaamaan optimin löytymisen

Vaikuttaa kuitenkin siltä, ettei sekalukuformulointi suoraan sovellettuna ole kehätehtävien ratkaisemisessa riittävän nopea, mutta kaksivaiheisen menettelyn jälkimmäiseen vaiheeseen se voisi olla käyttökelpoinen, Tiainen arvioi.

Optimoinnin hyötynä Tiainen näkee läpinäkyvyyden.

Käytettiin kohdefunktiona mitä tahansa rakenteen ominaisuutta, on optimoinnissa oltava käytössä lahjomaton mittari, jolla kukin ratkaisu voidaan laittaa paremmuusjärjestykseen. Kohdefunktioksi voidaan ottaa vaikkapa rakenteen toteuttamisen aiheuttamat hiilidioksidipäästöt tai rakentamisen kustannus.

Lisäksi optimointi mahdollistaa erilaisten vertailujen tekemisen. Työssä on tarkasteltu muun muassa palonsuojauksen ja korkealujuusteräksen käytön kustannusvaikutuksia, mikä ilman optimointia olisi hyvin haastava tehtävä, Tiainen sanoo.

DI Teemu Tiaisen rakennustekniikan alaan kuuluva väitöskirja Discrete Steel Frame and Truss Sizing Optimization under Code-based Constraints tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnassa perjantaina 17.9.2021 klo 12 Hervannan kampuksella Rakennustalossa salissa RG202 (Korkeakoulunkatu 5, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Mathias Stolpe, Technical University of Denmark (DTU), ja Principal Scientist Ludovic Fülöp, VTT. Kustoksena toimii tenure track -tutkija Kristo Mela rakennetun ympäristön tiedekunnasta.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Teemu Tiainen
050 4701436
teemu.tiainen@rakennusteollisuus.fi

Kuvat

Teemu Tiainen. Kuva: Liina Tiainen
Teemu Tiainen. Kuva: Liina Tiainen
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Laajakaistamenetelmät varmistavat sähköverkon toiminnan keskellä tuotannon ja kulutuksen murrosta23.9.2021 13:48:59 EEST | Tiedote

Nykyaikaistuva sähköverkko on keskellä murrosta, jonka taustalla on uusiutuvan sähköntuotannon ja elektroniikkapohjaisen energiankulutuksen yleistyminen. Muutos haastaa sekä sähköverkon vakaan toiminnan että sähkön laadun, sillä perinteiset stabiiliusanalyysimenetelmät eivät kykene ennustamaan haitallisia vuorovaikutuksia riittävällä tarkkuudella. Henrik Alenius esittelee väitöskirjassaan uusia menetelmiä, joita hyödyntämällä tehoelektroniikkapohjaisen tuotannon ja kulutuksen aiheuttamat haasteet voidaan ennakoida ja ratkaista.

Proteiineilla päällystetty nanoselluloosa sopii solujen 3D-viljelyyn22.9.2021 13:55:01 EEST | Tiedote

Puusta eristetyt nanoselluloosakuidut muodostavat vedessä hydrogeelin, joka on lupaava materiaali erilaisiin biologisiin sovelluksiin. Nanoselluloosa mahdollistaa kudosmaisen, solujen luonnollista ympäristöä muistuttavan ympäristön rakentamisen soluviljelyolosuhteissa. Tampereen yliopiston tutkijat kehittivät yhteistyössä UPM Biomedicalsin tutkijoiden kanssa ratkaisun, jossa nanoselluloosakuituihin kiinnitetään ensin avidiini-proteiineja, jonka jälkeen materiaaliin voidaan helposti vain yhdistää biotinyloituja molekyylejä, jotka sitoutuvat kuituihin.

Suomalainen järjestelmäpiirisuunnittelu vahvistuu – Tampereella SoC Hub-yhteistyön tuloksena valmistumassa piiriprototyyppi21.9.2021 09:00:00 EEST | Tiedote

Viime vuonna käynnistetyn järjestelmäpiirisuunnitteluun keskittyvän SoC Hub -avauksen ensimmäisen maaliviivan ylitys lähestyy. Yritysten ja yliopiston yhteisen kehitystyön tuloksena saadaan pian valmiiksi ensimmäinen piiriprototyyppi, mikä osaltaan edistää Euroopan teknologista itsenäistymistä piiriteknologiassa. Samalla Tampereen yliopisto vahvistaa asemiaan johtavana järjestelmäpiirisuunnittelun kouluttajana Suomessa.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme