A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke
Optimierung der Modulanordnung mit Metaheuristiken
Modulare Tragwerke erfordern maßhaltige Bauteile, da große prozess‐ oder materialbedingte Maßabweichungen bei einzelnen Modulen die Montage zur Gesamtstruktur verhindern. Im Beitrag wird dazu eine Methode zur optimalen Platzierung auf Basis von Metaheuristiken vorgestellt. Sie hilft kostenintensive Nacharbeitungen zu vermeiden. Das Konzept wird auf Wabenstrukturen angewendet, in denen die einzelnen Module durch Permutation getauscht werden. Mit dem sog. Tabu Search und dem Simulated Annealing werden methodisch zwei Lösungsverfahren verwendet. Dazu werden die maximalen Knotenabweichungen der assemblierten Module mit einer direkten Kinematik ermittelt und mit dem zulässigen Nennlochspiel von Schraubenverbindungen verglichen, um die Montierbarkeit der Module zu beurteilen. Berücksichtigt werden zum einen Toleranzen aus dem Schwinden des Betons und zum anderen solche aus den Produktionsschritten der Fertigung. Im Vergleich zu einer zufälligen Anordnung der Module gelingt die Reduzierung maximaler Knotenabweichungen von 9 mm auf das normierte Nennlochspiel von 3 mm mithilfe der Metaheuristiken. Wabenstrukturen mit einer Breite von ca. 7 m und einer Höhe bis 45 m, die besonders sensitiv hinsichtlich der Montierbarkeit sind, benötigen damit keine Nacharbeit mehr. Dabei erweist sich der Tabu Search mit sechsmal weniger Rechenzeit und bis zu 24 % geringeren zu kompensierenden Abweichungen als der deutlich effizientere Lösungsalgorithmus. Ein Beispiel zeigt die praktische Anwendung.
Tolerance‐free assembly of modular concrete structures – optimization of module arrangement with metaheuristics
Modular structures require dimensional stable components, since large process‐ or material‐related dimensional deviations in individual modules prevent assembly to the overall structure. The article presents a method for optimal placement based on metaheuristics. It helps to avoid cost‐intensive rework. The concept is applied to honeycomb structures in which the individual modules are swapped by permutation. With the so‐called Tabu Search and Simulated Annealing, two solving techniques are methodically used. For this purpose, the maximum nodal deviations of the assembled modules are determined with direct kinematics and compared with the admissible nominal hole clearance of bolted joints in order to assess the assembly capability of the modules. Tolerances from the shrinkage of the concrete on the one hand and those from the production steps of fabrication on the other hand are taken into account. Compared to a random arrangement of the modules, the reduction of maximum nodal deviations of 9 mm to the normalized nominal hole clearance of 3 mm succeeds with the help of the metaheuristics. Honeycomb structures with a width of approx. 7 m and a height of up to 45 m, which are particularly sensitive in terms of assembly, thus no longer require any reworking. Tabu Search proves to be the significantly more efficient solution algorithm, with six times less computation time and up to 24 % fewer deviations to be compensated. An example shows the practical application.
Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke
Optimierung der Modulanordnung mit Metaheuristiken
Modulare Tragwerke erfordern maßhaltige Bauteile, da große prozess‐ oder materialbedingte Maßabweichungen bei einzelnen Modulen die Montage zur Gesamtstruktur verhindern. Im Beitrag wird dazu eine Methode zur optimalen Platzierung auf Basis von Metaheuristiken vorgestellt. Sie hilft kostenintensive Nacharbeitungen zu vermeiden. Das Konzept wird auf Wabenstrukturen angewendet, in denen die einzelnen Module durch Permutation getauscht werden. Mit dem sog. Tabu Search und dem Simulated Annealing werden methodisch zwei Lösungsverfahren verwendet. Dazu werden die maximalen Knotenabweichungen der assemblierten Module mit einer direkten Kinematik ermittelt und mit dem zulässigen Nennlochspiel von Schraubenverbindungen verglichen, um die Montierbarkeit der Module zu beurteilen. Berücksichtigt werden zum einen Toleranzen aus dem Schwinden des Betons und zum anderen solche aus den Produktionsschritten der Fertigung. Im Vergleich zu einer zufälligen Anordnung der Module gelingt die Reduzierung maximaler Knotenabweichungen von 9 mm auf das normierte Nennlochspiel von 3 mm mithilfe der Metaheuristiken. Wabenstrukturen mit einer Breite von ca. 7 m und einer Höhe bis 45 m, die besonders sensitiv hinsichtlich der Montierbarkeit sind, benötigen damit keine Nacharbeit mehr. Dabei erweist sich der Tabu Search mit sechsmal weniger Rechenzeit und bis zu 24 % geringeren zu kompensierenden Abweichungen als der deutlich effizientere Lösungsalgorithmus. Ein Beispiel zeigt die praktische Anwendung.
Tolerance‐free assembly of modular concrete structures – optimization of module arrangement with metaheuristics
Modular structures require dimensional stable components, since large process‐ or material‐related dimensional deviations in individual modules prevent assembly to the overall structure. The article presents a method for optimal placement based on metaheuristics. It helps to avoid cost‐intensive rework. The concept is applied to honeycomb structures in which the individual modules are swapped by permutation. With the so‐called Tabu Search and Simulated Annealing, two solving techniques are methodically used. For this purpose, the maximum nodal deviations of the assembled modules are determined with direct kinematics and compared with the admissible nominal hole clearance of bolted joints in order to assess the assembly capability of the modules. Tolerances from the shrinkage of the concrete on the one hand and those from the production steps of fabrication on the other hand are taken into account. Compared to a random arrangement of the modules, the reduction of maximum nodal deviations of 9 mm to the normalized nominal hole clearance of 3 mm succeeds with the help of the metaheuristics. Honeycomb structures with a width of approx. 7 m and a height of up to 45 m, which are particularly sensitive in terms of assembly, thus no longer require any reworking. Tabu Search proves to be the significantly more efficient solution algorithm, with six times less computation time and up to 24 % fewer deviations to be compensated. An example shows the practical application.
Toleranzfreie Montage modularer Betontragwerke
Optimierung der Modulanordnung mit Metaheuristiken
Stindt, Jan (author) / Frey, Alex Maximilian (author) / Forman, Patrick (author) / Lanza, Gisela (author) / Mark, Peter (author)
Bautechnik ; 100 ; 674-688
2023-11-01
15 pages
Article (Journal)
Electronic Resource
English
Wirtschaftliche betontragwerke
| Tema Archive | 1970
Betontragwerke mit Unterspannung
| TIBKAT | 1994
Betontragwerke mit Aussenbewehrung
| TIBKAT | 1993
Betontragwerke mit Aussenbewehrung
| UB Braunschweig | 1993