Log in
inloggen bij Cement
Hulp bij wachtwoord
Geen account?
shop word lid
Home / Alle kennis / Artikelen

Optimaliseren kernconstructies met generative design

Toelichting aan de hand van een case Dietmar van Loon, Michael van Telgen - 19 november 2020

De koppeling tussen parametrische software en rekensoftware wordt steeds verder doorontwikkeld en er komen steeds meer interessante nieuwe tools op de markt. Hierdoor is constructief parametrisch ontwerpen en optimaliseren breed inzetbaar, bijvoorbeeld voor het berekenen en optimaliseren van kernconstructies in de SO- en VO-ontwerpfasen.

Opmerking vooraf: In dit artikel worden specifieke begrippen en tools benoemd. Deze worden in twee kaders toegelicht.

Ontwikkelingen binnen Arcadis

Als Autodesk-partner maakt Arcadis gebruik van Dynamo, net als het bekendere Grasshopper een parametrisch modelleringsprogramma. Omdat deze software wordt ontwikkeld met steun van Autodesk is de integratie met Revit erg goed, wat voordelen biedt voor het BIM-proces. Het nadeel is echter dat er geen ‘out-of-the-box’ koppelingsmogelijkheden zijn met de diverse constructieve rekenprogramma’s. Om die reden koppelen we zelf constructieve software aan Dynamo, met behulp van een zelf ontwikkelde Dynamo plug-in die we de werknaam ‘DynamoStructural’ hebben gegeven. Dit begon met een koppeling met het rekenprogramma Dlubal RFEM (zie artikel ‘Parametrisch model gekoppeld aan rekenprogramma’ uit Cement 2018/6), en inmiddels is er ook een koppeling met CSI Etabs. Plannen zijn in de maak om dit ook voor Robot Structural Analysis te doen, mogelijk in samenwerking met Autodesk. Ook wordt er gesproken over het koppelen van Plaxis. Het voordeel van één koppeling voor alle programma’s ligt in de mogelijkheid om hetzelfde parametrische model zowel in Nederland als elders in de wereld te gebruiken.

Tools

CSI Etabs: constructieve rekensoftware
Dlubal RFEM: constructieve rekensoftware
Dynamo: parametrische software gelinkt aan Autodesk-software
DynamoStructural: door Arcadis in-house ontwikkelde software voor het koppelen van Dynamo met RFEM
Generative Design (voorheen Project Refinery): generative design software
Grasshopper: parametrische software gelinkt aan Rhinoceros3D
Karamba3D: geïntegreerde analyse- en engineering tool voor Grasshopper
Plaxis: geotechnische rekensoftware
Revit: BIM-software (Autodesk)
Rhinoceros3D: CAD/modelleer-software
Robot Structural Analysis: constructieve rekensoftware (Autodesk)

Begrippen

  • Optimalisaties worden in Generative Design gemaakt met een multi-objective genetisch algoritme (NSGA-II), wat betekent dat er op meerdere doelen tegelijkertijd kan worden geoptimaliseerd.
  • Met een randomization study kunnen willekeurig varianten worden aangemaakt binnen de gestelde design space.
  • Een cross product study (vertaald: Cartesisch productstudie) wordt gebruikt om systematisch varianten te creëren. Hierbij worden combinaties gemaakt met invoeren vanuit de parameters in de Dynamo graph. Voorbeeld: stel input 1 heeft drie opties A, B en C en input 2 heeft twee opties, 1 en 2. In deze studie worden dan alle combinaties gemaakt: A1, A2, B1, B2, C1 en C2.
  • De design space (vertaald: het domein) is de beweegruimte tussen alle waarden die kunnen worden ingesteld van de parameters in de graph. Bijvoorbeeld voor één numerieke invoer bestaat de design space uit twee getallen waartussen de instelwaarde minimaal en maximaal moet liggen.
  • Een graph (vertaald: graaf) is de benaming voor het door de gebruiker in Dynamo geprogrammeerde algoritme.
  • Het afspelen van de graph betekent dat het algoritme volledig opnieuw wordt uitgevoerd.
  • Het pareto frontier is de denkbeeldige grens waar voorbij één optimalisatiedoel niet optimaler kan worden gemaakt, zonder dat een ander optimalisatiedoel hierdoor minder optimaal wordt. Bij multi-objective optimalisaties liggen de geoptimaliseerde resultaten per definitie langs deze grens.

Met computational design wordt het voor de klant inzichtelijker wat de gevolgen zijn van de ontwerpkeuzes

Computational design is een nieuwe en tegelijkertijd essentiële ontwerptechniek in de gereedschapskist van de constructeur. Voor constructeurs is de weg hierheen voornamelijk het kunnen koppelen van het parametrisch model met het constructief ontwerp. Hoewel dit al een flinke stap is, komen de grootste voordelen pas ná het nemen van die stap. Met name de mogelijkheid om constructies geheel of gedeeltelijk te optimaliseren op geautomatiseerde wijze, geeft flinke bijkomende voordelen. Maar ook het leveren van een integraal ontwerp, waarbij het parametrisch model als de basis van het ontwerp wordt genomen, is onderdeel van onze toekomstige werkwijze. Hiermee wordt het constructief advies, samen met ontwerp-, duurzaamheids-, bouwfysische en installatietechnische adviezen constant afgestemd en is het voor de klant inzichtelijker wat de gevolgen zijn van de ontwerpkeuzes. De constante verbetering van het ontwerpproces en resultaat vormt de reden waarom we willen – en moeten – ontwerpen met computational design.

Autodesk Generative Design

Een handige manier om met Dynamo gegenereerde modellen snel te analyseren, is met behulp van Autodesk Generative Design (voorheen: Project Refinery). Dit is een analysetool waarmee optimalisaties, randomization studies en cross product studies kunnen worden gemaakt. Deze gratis te gebruiken tool neemt de noodzaak weg om zelf een optimalisatie-algoritme te schrijven. Zonder kennis te hebben over de complexe wiskundige berekeningen die bij optimalisaties op de achtergrond worden gemaakt, is de gebruiker met deze tool in staat ontwerpen te verbeteren. Dankzij de koppeling met RFEM (via DynamoStructural, zie kader ‘Ontwikkelingen binnen Arcadis’), kunnen constructieve berekeningsresultaten ook worden gebruikt in de optimalisatie (fig. 1). Dit zijn de gebruikelijke numerieke resultaten, zoals de uitkomsten van vervormings-, of sterkteberekeningen. Generative Design kan resultaten minimaliseren of maximaliseren, maar ook resultaten binnen een bereik van waarden houden – handig bijvoorbeeld voor unity checks. Generative Design optimaliseert door de controle over het Dynamo model over te nemen en meermaals andere invoerparameters in de graph te kiezen, mits binnen de gestelde design space. De graph wordt vervolgens afgespeeld en de resultaten worden onthouden. Door op slimme wijze de volgende set parameters te kiezen, wordt na een aantal analyses een optimum gevonden op het pareto frontier.
Optimaliseren met Generative Design kan deels plaatsvinden zonder aanwezigheid van de ontwerper, omdat meekijken tijdens het berekenen vaak niet noodzakelijk is. De resulterende set geoptimaliseerde resultaten moeten wel altijd door de ontwerper worden beoordeeld. Bovendien is de kwaliteit van de optimalisatie sterk afhankelijk van de kwaliteit van het parametrisch model. Het is dus niet zo dat Generative Design een ervaren ontwerper kan vervangen. Wel kan het een ervaren ontwerper aanvullen.
 

Dankzij de koppeling met RFEM kunnen constructieve berekeningsresultaten ook worden gebruikt in de optimalisatie

Stabiliteitskernen

Computational design en de mogelijkheid om optimalisaties te maken bieden interessante kansen bij het ontwerpen van hoogbouw. Om dit te onderzoeken, werd besloten een Dynamo-model voor stabiliteitskernen te ontwikkelen, waarmee informatie over de kern wordt vergaard. Voor dit Dynamo-model is het constructieve ontwerpproces in kaart gebracht en vervolgens is het model gekoppeld aan RFEM met behulp van DynamoStructural. De analyses die hiermee worden gemaakt zijn gedetailleerd en er is veel minder giswerk nodig. Doordat er in een vroeg ontwerpstadium meer zekerheid is over het ontwerp, kunnen kleinere marges worden aanhouden, wat ten goede komt aan de kwaliteit van het ontwerp, bijvoorbeeld doordat wandafmetingen kleiner kunnen zijn of omdat er minder palen nodig zijn.
Omdat het wenselijk is de EEM-berekeningen te verifiëren met een analytische beschouwing en omdat de uitgangspunten voor het ontwerp toch al in het Dynamo-model worden vastgelegd, wordt ook een analytische principeberekening gemaakt in hetzelfde Dynamo-model. Dit geeft de ontwerper meer houvast tijdens het ontwerpproces en geeft bovendien de mogelijkheid om eerste inschattingen te maken van het kernontwerp zonder gelijk in de EEM-sommen te duiken.  

Het uitgangspunt bij constructieve optimalisatie van stabiliteitskernen is bijna altijd een principeontwerp van de kern, vormgegeven op basis van inpassing en gebruikseisen. Gevraagd wordt om de kern zo slank mogelijk te ontwerpen, zodat de netto bruikbare vierkante meters vloeroppervlak van de verdiepingsplattegrond gemaximaliseerd zijn. De kern moet vervolgens constructief worden gecontroleerd (en geoptimaliseerd) op sterkte-, en stijfheidsaspecten. Hierop van invloed zijn:

  • Het traagheidsmoment: de afmetingen van de kern en kernwanden, zoals de breedte, diepte, dikte en topologie. Ook de invloed van sparingen moet worden meegenomen.
  • De stijfheid van het beton: bijvoorbeeld de aanwezigheid van trekkrachten (wat leidt tot scheurvorming) in wanden en lateien verlagen dit.
  • De stijfheid van de funderingsplaat en de palen. Dit bepaalt de rotatiestijfheid van de fundering en de totale verplaatsing aan de top van het gebouw door rotatie van de fundering.

De totale hoeveelheid belasting en de hoogte van de kern zijn uiteraard ook van invloed, maar deze zijn voorgeschreven vanuit het gebouwontwerp, en zijn dus geen directe ontwerpparameters.

Optimaliseren met Generative Design

De werking van het parametrisch model en de functie die Generative Design heeft in de optimalisatie, worden hierna toegelicht aan de hand van een voorbeeld van een stabiliteitskern. Dit voorbeeld wordt vanwege de omvang niet volledig uitgeschreven. Zo wordt bijvoorbeeld alleen wind in x-richting beschouwd. De hieronder gegeven invoerwaarden zijn doelmatig versimpeld en uiteraard is verfijning mogelijk en wenselijk.

Analytisch ontwerp
Voor een fictief hoogbouwproject wordt een analyse in Dynamo opgezet van de benodigde stabiliteitsvoorziening. Het 18 verdiepingen tellende gebouw heeft een totale hoogte van 72 m en is 36 m breed en 24 m diep. Het gebouw wordt voorzien van een stabiliteitskern. Als stabiliteitsbelasting wordt uitgegaan van de windbelasting die voortkomt uit wind op de 36 m brede gevel, overeenkomend met de richting van de x-as. De kern wordt in het werk gestort, en is 9,6 m diep en breed (fig. 2). De benodigde wanddikte wordt aangenomen op 0,25 m.
Onder de kern wordt een 1,2 m dikke funderingsplaat van 15,6 m diep en breed aangenomen met 9 x 9 funderingspalen. Deze palen worden geschematiseerd als verende opleggingen met veerstijfheid kpaal = 100.000 kN/m voor korteduurbelasting onder wind.
Met de gebouwafmetingen wordt de windbelasting bepaald (druk en zuiging op de gevels en frictie op de zijgevels) als qwind;36m gevel = 70,7 kN/m (deze belasting wordt voor de eenvoud niet gereduceerd over de hoogte). Met behulp van de vergeet-mij-nietjes kunnen we snel de totale verplaatsing bepalen ten gevolge van het buigen van de kern en het roteren van de fundering. De stijfheid van de kernwanden wordt, zonder rekening te houden met de sparingen, die een reducerende invloed op de stijfheid hebben, geschat op Iyy = 173,2 m4. Dit geeft met een aangenomen betonstijfheid van E = 22.000 N/mm2 een zijdelingse verplaatsing van δx;kern = 62,4 mm. Door rotatie van de fundering treedt nog eens δx;fundering = 79,8 mm op, zodat de totale zijdelingse verplaatsing (1e orde) wordt geschat op δx;handber.;1e orde = 142,2 mm. De toelaatbare verplaatsing is δtoelaatbaar = (1/500) • 72 m = 144 mm, waarmee de stijfheid van de kern en fundering dus net voldoende lijkt, zij het aan de krappe kant.

EEM-ontwerp
Vervolgens wordt het Dynamo-kernmodel berekend met een eindige-elementenmodel in RFEM, door middel van de DynamoStructural-koppeling. De stijfheidsreductie van de kern door de deursparingen wordt nu meegenomen. De verticale belasting uit eigen gewicht, permanente en veranderlijke belastingen worden nu ook berekend, zodat het 2e-orde-effect in kaart kan worden gebracht. De verplaatsing blijkt in de 1e orde δx;EEM;1e orde = 177,7 mm en is hiermee 25% groter. Dit verschil volgt uit een aantal effecten:

  • de stijfheidsreductie door de sparingen in de wanden;
  • onevenredige belasting op de palen (schotelwerking), waardoor de geschatte rotatiestijfheid van de paalfundering niet wordt gehaald in het EEM-model;
  • buiging van de funderingsplaat doordat de stijfheid hiervan niet oneindig is;
  • de meewerkende breedte van de kopwanden is kleiner dan in de handberekening. Een relatief groter belastingdeel wordt in de hoekpunten van de kern opgenomen, waardoor niet alle vezels evenveel belast zijn in de ‘flens’.

In de 2e orde blijkt de verplaatsing δx;EEM;2e orde = 186,7 mm. Uit deze eerste analyse blijkt duidelijk dat het belangrijk is om ook het effect uit de fundering, het effect uit de 2e orde en de invloed van de deursparingen mee te nemen in de beschouwing van de zijdelingse verplaatsingen en dat de totale optredende verplaatsing groter is dan toelaatbaar.

Tabel 1: Verplaatsingen in [mm] door wind in richting van de x-as

 oorzaak van gevonden 
 verplaatsing op 72 m hoogte

 analytisch ontwerp

 EEM-ontwerp

 toename verplaatsing in EEM-ontwerp t.o.v. analytisch ontwerp

 buiging van de kern

 62,4 mm

 66,6 mm

 6,7%

 rotatie v/d fundering:
 inclusief buiging v/d funderingsplaat
 exclusief buiging v/d funderingsplaat

 
 niet berekend
 79,8 mm

 
 104,8 mm
 85,9 mm


 -
 7,6%

 totaal verplaatsing in 1e orde

 142,2 mm

 177,7 mm

 25,0%

 totaal verplaatsing in 2e orde

 niet berekend

 186,7 mm

 -

 

Cross product study van de fundering

Het is duidelijk dat de verplaatsingen moeten worden gereduceerd. Als doel hiervoor stellen we 70% tot 90% van de toelaatbare verplaatsing δtoelaatbaar = 144 mm, dit komt uit op een verplaatsing tussen de 100 mm en de 130 mm. Er bevinden zich onderaan de kern geen trekkrachten in de wanden, dat willen we graag zo houden. Daarbij willen we het aantal palen en de benodigde kubieke meters beton minimaliseren. Grofweg zijn er de volgende opties:

  1. Stijfheid van de kern verhogen:
    - door de geometrie aan te passen;
    - door de wanden te verdikken (eventueel slechts een deel van de verdiepingen).
  2. Rotatiestijfheid van de paalfundering verhogen:
    - meer palen in één of twee richtingen;
    - stijvere fundering door opdikken van de plaat.

Omdat veruit de meeste verplaatsing volgt uit rotatie van de fundering, en omdat het vanuit het gebruiksaspect minder interessant is om de kern te vergroten, wordt eerst gekeken wat de mogelijkheden zijn met een stijvere fundering. Als gevolg van een toenemend aantal palen zal de funderingsplaat ook langer en breder moeten worden, anders wordt de onderlinge paalafstand te klein. Hiervoor wordt een cross product study opgezet in Generative Design, waarbij bewust een grote spreiding in parameters wordt gekozen. De volgende parameters gevarieerd:

  • de funderingsdikte: 1,2*, 1,6 en 2,0 m dik;
  • het aantal palen in x-richting: 9*, 11 en 13 palen;
  • het aantal palen in y-richting: 9*, 11 en 13 palen;
  • de afmeting van de funderingsplaat: 3*, 4,5 en 6 m afstand vanaf de wanden (‘foundation offset’ in figuur 2).

Het eerste getal (aangeduid met een *) is de instelling voor de dimensionering van de fundering in het principeontwerp, zoals hiervoor besproken. Er zijn vier parameters, waarbij bij elk drie varianten mogelijk zijn. Hiermee wordt er een totaal van 34 = 81 varianten geanalyseerd. Al deze funderingsvarianten analyseren zou met een handmatige studie praktisch niet haalbaar zijn, maar is met Generative Design juist zeer eenvoudig.
Bij het starten van de cross product analyse gaat Generative Design aan de slag met het Dynamo-model en de hierboven gegeven set van invoerwaarden voor de fundering. Generative Design neemt de controle van het Dynamo-model over en voert zelf deze parameters in het Dynamo-model. Vervolgens vertelt Generative Design aan Dynamo dat de berekening moet worden gemaakt. Omdat het Dynamo-model gekoppeld is met RFEM via DynamoStructural, wordt ook de EEM-berekening gestart. Generative Design wacht op dit moment tot de berekening klaar is en de resultaten beschikbaar zijn. Zodra deze beschikbaar zijn, worden ze opgeslagen binnen Generative Design, en gaat het door met de volgende parameters.

Nadat alle 81 varianten zijn berekend, kunnen we de uitvoer in Generative Design beoordelen (fig. 3). In de uitvoer zien we een aantal verschillende dingen (zie genummerde vakken zoals aangeven in figuur 3):

  1. De studies die zijn gemaakt (vak 1). De bovenste studie is geselecteerd en wordt in vakken 2, 3 en 4 weergegeven.
  2. De grafische uitvoer van de studies zoals te zien in Dynamo. In dit voorbeeld zijn de verschillen niet goed te zien, omdat de verschillen klein zijn. De variant linksboven is geselecteerd.
  3. De uitvoer van de analyse in een spreidingsdiagram. De x-, en y-assen zijn zelf te definiëren. In dit voorbeeld staat op de x-as de dikte van de fundering (in meters) en op de y-as de UC-verplaatsing. De stippen geven de verschillende opties aan die zijn berekend. Door de variaties in de andere parameters liggen de stippen op verschillende plaatsen op de y-as, want deze geven een ander resultaat voor de UC-verplaatsingen.
  4. De gedetailleerde uitvoer van de geselecteerde variant.

81 funderingsvarianten analyseren zou met een handmatige studie niet praktisch haalbaar zijn, maar is met Generative Design juist zeer eenvoudig

Met behulp van het spreidingsdiagram kunnen we al iets zeggen over de invloed van de stijvere fundering, maar nog handiger voor de analyse is de parallelle coördinatenplot (fig. 4). Hierin staan op de horizontale as alle invoeren en uitvoeren vermeld. De in de figuur geselecteerde blauwe lijn loopt over de getalswaarden die in die variant zijn ingevoerd, van links naar rechts dus ‘foundation thickness’: 2m, ‘number of piles x-direction’: 13, enzovoorts. Verticaal is per invoer de spreiding te zien van de gehele set aan invoerwaarden die zijn gecontroleerd. Hiermee is in een oogopslag te zien wat de in-, en uitvoeren zijn van de variant.
Deze plot is bovendien te filteren, zodat te zien is dat er slechts enkele opties zijn waarbij het ontwerp voldoet aan een UC-verplaatsing kleiner dan 90% van het toelaatbare.
Het aardige van het diagram en de plot is dat de opdrachtgever duidelijk en snel kan worden geïnformeerd over de gevolgen van bepaalde ontwerpkeuzes. Bovendien kan hiermee enig ontwerpgevoel worden gecommuniceerd: hoeveel effect heeft een bepaalde keuze op het ontwerp?
Voordat we doorgaan met de optimalisatie is het belangrijk om te weten wat nu de verhouding is tussen verplaatsingen door buiging van de kern en verplaatsing door rotatie van de fundering, omdat we een verhouding van ongeveer 1:1 zoeken. Dit blijkt bij in de figuur geselecteerde variant in de 1e orde 66,6 mm door buiging van de kern en 44,8 mm door rotatie en buiging van de fundering te zijn.

Er wordt gezocht naar een optimum (een minimalisatie) van het totale gewicht aan beton in de fundering en de kern (in kN) en het aantal palen

Optimalisatie gehele ontwerp

Omdat er wel erg veel beton en palen in het ontwerp zitten, en de verhouding tussen het aandeel van de kernstijfheid en de funderingsstijfheid onevenredig is, ligt het voor de hand om een optimum te zoeken waarbij ook de kern nog wat stijver wordt gemodelleerd. Hiervoor gebruiken we de optimalisatiemogelijkheid van Generative Design. De volgende parameters worden daarom toegevoegd:

  • wanddikte: 0,25* tot 0,35 m dik in stapgrootte 0,025 m
  • lengte van het wanddeel bij de trap: 2,4 tot 3,6 m lang in stapgrootte 0,3 m (zie ‘staircase wall length’ in figuur 2)

Generative Design mag hier zelf de waarden instellen tussen het minimum en het maximum van elke parameter, zij het in de aangegeven stapgrootte.

Er wordt gezocht naar een optimum (een minimalisatie) van het totale gewicht aan beton in de fundering en de kern (in kN), en het aantal palen. Omdat het ontwerp tegelijkertijd aan enkele eisen moet voldoen, worden de volgende berekeningsresultaten gelimiteerd:

  • unity check verplaatsing: 0,7 ≤ UC ≤ 0,9
  • unity check paalafstand in x-, en y-richting*: 0,7 ≤ UC ≤ 0,9
  • minimale paalreactie**: -1000 kN ≤ Ftrek ≤ 0 kN 
  • maximale paalreactie: -3000 kN ≤ Ftrek ≤ -2500 kN
  • unity check betondrukspanning in de wand***: 0,7 ≤ UC ≤ 1,0

* Hiermee wordt de verhouding tussen de minimale paalafstand en de gemodelleerde paalafstand bedoeld.
** Het doel is om trek te voorkomen in de minst belaste palen. Voor de paalreactie wordt daarom een domein ingesteld tussen de grens van druk naar trek (0 kN) en een arbitraire drukbovengrens (-1000 kN). De drukbovengrens zelf is niet belangrijk, maar deze eis kan niet op een andere manier ingesteld kan worden in Generative Design.
*** Een drukkracht UC = 1,0 valt samen met -20 N/mm2.

Nu alles gedefinieerd is, wordt de optimalisatie gestart. Ook nu neemt Generative Design de controle over het Dynamo-model over, en vult waarden in naar het eigen inzicht van het achterliggende optimalisatie-algoritme. In deze analyse zijn in totaal 200 modellen gegenereerd en beoordeeld. 
Afhankelijk van het resultaat van de optimalisatie, kan het zo zijn dat er meerdere optimale ontwerpen langs het pareto frontier worden gevonden, maar in deze analyse wordt één resultaat teruggegeven. Met een wanddikte 325 mm, een funderingsplaatdikte van 1,6 m, een wanddeellengte bij de trap van 3,3 m en 11 x 11 palen wordt het optimale antwoord gevonden. Hierbij zijn alle unity checks in orde, is het totaalgewicht van de wanden en de funderingsplaat 53.351 kN en is de totale 2e-orde-verplaatsing δx;EEM;2e orde;geoptimaliseerd = 120,9 mm.
Uiteraard is het de bedoeling om deze resultaten met de overige ontwerppartijen en de opdrachtgever te bespreken, zodat kan worden vastgesteld wat de gevolgen zijn voor het integrale ontwerp.

Voordelen, nadelen en verbeterpunten

Aan het optimaliseren met behulp van Generative Design kleven een aantal voordelen en nadelen.
Voordelen zijn onder andere:

  • Er is geen limiet aan het aantal parameters en beschouwde berekeningsresultaten.
  • Er zijn geen handmatige stappen en er is geen tijdsverlies tijdens de optimalisatie omdat alles via directe koppelingen tussen programma’s verloopt. Dit is een groot voordeel ten opzichte van het gebruik van uitwisselingsbestanden.
  • De uitvoer van de optimalisatie is een al goed gedefinieerd RFEM-model. Dit is dus direct bruikbaar voor het opbouwen van het gehele gebouwmodel.

Nadelen:

  • De berekeningstijd, hoewel sterk afhankelijk van de meshgrootte en de rekenkracht van de computer, is wellicht langer dan bij een analyse zoals met Karamba3D (berekeningstool voor Grasshopper).
  • Het model moet voldoende complexiteit bevatten om het gebruik van Generative Design te rechtvaardigen. Een simpeler probleem, bijvoorbeeld met minder variabelen of minder bewerkingen, kan beter zonder Generative Design worden opgelost. Het opzetten van een goed optimalisatiemodel kost dan te veel tijd.
  • Verificatie van de berekening en de resultaten is zeer belangrijk. Het is niet wijs om er blind op te vertrouwen dat de berekening klopt. Hierom is het parallel aan de EEM-sommen uitvoeren van de analytische beschouwing een noodzakelijkheid.

Ook zijn er tal van verbeteringen mogelijk in het Dynamo-model voor de kernberekening. Het completer maken van die constructieve beschouwing zal een vollediger beeld geven van de mogelijkheden met de berekende stabiliteitskern. Zoals door:

  • het meenemen van aanpendelende belasting;
  • het meenemen van overige belastingen, o.a. voor de wandspanning;
  • het reduceren van de stijfheid van het beton ter plaatse van de lateien. Dit geeft een vergroting van de totale berekende verplaatsing en geeft een beter beeld van de lateikrachten;
  • het meenemen van scheefstand van de constructie. Een gevoeligheidsstudie hierop leidt tot een veiligere constructie. Deze gevoeligheidsstudie zou ook weer goed inzichtelijk gemaakt kunnen worden met een cross product studie;
  • het meenemen van groepswerking van de palen, wat kan leiden tot een gunstigere berekening of een kleiner aantal benodigde palen;
  • het controleren van wind in diagonale richtingen. Ook dit geeft een beter beeld van de te verwachten krachtwerking en verplaatsingen;
  • het beschouwen van torsie door excentriciteit van de windbelasting. Dit moet zonder meer gebeuren in de stabiliteitsanalyse;
  • het meenemen van over de hoogte verlopende windbelastingen conform Eurocode 1991-1-4. Ook dit geeft een mogelijk gunstig effect op de totale te verwachten verplaatsings- en sterkteberekening.

Naarmate het model voor de stabiliteitsanalyse in Dynamo zich verder ontwikkelt, is de verwachting dat ook steeds meer van dit soort verfijningen meegenomen gaan worden. Daarnaast zijn diverse multidisciplinaire analyses, zoals de benodigde wandsparingen en het inpassen van installaties, zeker de moeite waard om mee te nemen in het Dynamo-model.

Het ligt voor de hand dat er in opleidingstrajecten steeds meer aandacht moet gaan naar het toepassen van deze ontwerptechniek

En hoe nu verder?

Met behulp van Generative Design kunnen allerlei (constructieve) ontwerpen, ook in een vroeg ontwerpstadium, worden onderzocht. De mate van inzicht in het ontwerp wordt hiermee verbeterd, zowel voor de ontwerper als voor de opdrachtgever. Vooral voor complexe constructieve berekeningen die tevens vaker moeten worden gemaakt, is het maken van een optimalisatieworkflow met Dynamo en Generative Design erg nuttig. Omdat zowel Dynamo als Generative Design gratis beschikbaar zijn, is de kostendrempel om hiermee aan de slag te gaan erg laag. Wel is er tijd nodig om de noodzakelijke ontwerpvaardigheden aan te leren, zoals voor het opzetten van een goed Dynamo-model en het bepalen van de optimalisatie-invoer, en -uitvoer. Het ligt voor de hand dat er in opleidingstrajecten steeds meer aandacht moet gaan naar het toepassen van deze ontwerptechniek. Dit geldt zowel voor studenten als constructeurs die al langer hun vak beoefenen.

Meer informatie

Meer informatie over Generative Design: www.generativedesign.org.

Timelapse video van een cross-product studie naar zeven verschillende E-moduli voor de kernwanden. Nadien worden de resultaten doorgeklikt en gefilterd. Studie is uitgevoerd op een Dell Precision 7520 laptop (2017).

Reacties

René Feldmann - Arcadis Nederland BV 28 april 2021 22:03

TOP!!

Jos van Kerckhoven - Arcadis Nederland BV 28 april 2021 16:26

Top uitwerking

Jos van Kerckhoven - Arcadis Nederland BV 28 april 2021 16:26

Top uitwerking

x Met het invullen van dit formulier geef je Cement en relaties toestemming om je informatie toe te sturen over zijn producten, dienstverlening en gerelateerde zaken. Akkoord
Renda ©2021. All rights reserved.

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie AccepterenWeigeren