Βέλτιστος Σχεδιασμός Ειδικών Κατασκευών

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η βελτιστοποίηση δύο ειδικών κατασκευών, μιας δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης και του Ολυμπιακού Κέντρου Υγρού Στίβου του Πεκίνου ή αλλιώς «Water Cube». Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στο αντικείμενο της διπλωματικής. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται το θεωρητικό υπόβαθρο για την μόρφωση του αλγορίθμου βελτιστοποίησης. Επεξηγούνται οι έννοιες του μαθηματικού μοντέλου βελτιστοποίησης και οι τρεις βασικές κατηγορίες βελτιστοποίησης των κατασκευών. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται οι τρεις σημαντικότερες μέθοδοι βελτιστοποίησης: Αρχή Δυνατών Έργων, Μαθηματικές Μέθοδοι και Μεταευριστικές Μέθοδοι. Επιπλέον, γίνεται μία αναφορά στο εργαλείο ανάλυσης των κατασκευών OPTIMUS με το οποίο γίνεται η βελτιστοποίηση. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην πρώτη εξεταζόμενη κατασκευή. Παρουσιάζονται το στατικό σύστημα της δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης, ο τρόπος όπλισης των τοιχωμάτων και η προσομοίωσή της στο στατικό πρόγραμμα SAP2000. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις διάφορες φορτίσεις που καταπονούν την κατασκευή. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κριτήρια σχεδιασμού καθώς και τα αποτελέσματα της ανάλυσης και του σχεδιασμού του φορέα. Στο έβδομο κεφάλαιο επιχειρείται η βελτιστοποίηση του κόστους της κατασκευής σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στα πρώτα κεφάλαια χρησιμοποιώντας το εργαλείο OPTIMUS και η σύγκριση αρχικών και τελικών αποτελεσμάτων. Το όγδοο κεφάλαιο αναφέρεται στο «Water Cube». Γίνεται μία περιγραφή της κατασκευής και των φορτίων σχεδιασμού καθώς και των απαιτούμενων ελέγχων επάρκειας συνοδευμένα με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της αρχικής ανάλυσης. Στο ένατο κεφάλαιο επιχειρείται η βελτιστοποίηση της κατασκευής με τη βοήθεια του OPTIMUS και συγκρίνονται τα αποτελέσματα με αυτά του αρχικού σχεδιασμού. Τέλος, στο δέκατο κεφάλαιο γίνεται μια γενική αποτίμηση των δύο κατασκευών και αναφέρονται προτάσεις για μελλοντική μελέτη και επέκταση του θέματος της παρούσας εργασίας.

In the present diploma thesis, cost optimization of two already built special structures is studied. The first structure examined is a wastewater treatment tank and the second is the Beijing National Aquatic Center called Water Cube. In the first chapter, an overall description of the present thesis is made. In the second chapter the theoretical background for the formulation of the optimization algorithm is presented. Related meanings to the mathematical model as well as the three main categories of structural optimization are explained. The third chapter refers to the three most important methods of optimization: the Principle of Virtual Work, the Mathematical and the Metaheuristic Methods. Moreover, the structural analysis tool called OPTIMUS is briefly described. In the forth chapter, the first structure is performed. The analysis model, the description of shell reinforcement and the simulation of the tank are mentioned. The fifth chapter describes the loads considered during the design of the tank. The sixth chapter presents the design criteria both for the ultimate and the serviceability limit states as well as the analysis results for the initial structure. Taking into account the afore-mentioned in the first chapters, in the seventh chapter, structural optimization is conducted by using OPTIMUS and the results are compared to the initially calculated. The eighth chapter is a description of the second special structure: the «Water Cube», its simulation on SAP2000, the load cases taken into consideration as well as the basic testing methods regarding the strength and stability of the overall structure and an overview of the analysis. In the ninth chapter, the optimization of the structure’s parameters is conducted with the use of OPTIMUS and a comparison of the latter and original results is performed. Finally, in the tenth chapter, a valuation of the two structures is presented thoroughly and conclusions are stated. In the end, suggestions for further study on the subject of this thesis are mentioned.