Algorithm-aided modelling of freeform concrete structures

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-03-16
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
en
Pages
67+6
Series
Abstract
This master’s thesis investigates the possibility to model freeform concrete structures in the construction industry by using algorithm-aided modelling techniques. Models of freeform structures are often complex and their manual handling no longer serves today’s design needs. Also, commonly used building information modelling software do not provide sufficiently accurate tools for creating difficult geometries. Software which utilize algorithm-aided modelling can be seen as an opportunity to solve problems of stricter building information modelling regulations in the near future. This document is divided into a literature study and a case study. The literature study consists of a theoretical part which deals with the basic elements of geometric modelling and their mathematical definitions. The second part of the literature study presents the commonly used methods for constructing difficult geometries and principles of algorithms used in modelling, as well as modelling software that utilize them. This is followed by the case study which applies the theory of geometric modelling in a practical modelling project. The case study section develops parametric modelling techniques for generating and reinforcing the geometry of a freeform concrete structure. The initial model data for the case study was received from the architect which illustrated the 3D model of the concrete structure. Programs used in the study are AutoCAD, Rhinoceros3D and Grasshopper3D, as well as a building information modelling software Tekla Structures. The aim is to create a set of algorithms which will also reinforce the concrete structure based on its geometry. Based on the results obtained, it can be concluded that the modelling of freeform geometry and the reinforcements that follow it can be performed algorithmically. All the desired reinforcements were successfully modelled for the ground support of the Hakaniemi bridge. Created modelling techniques in the case study can be applied and utilized in future projects to create data models and building information models.

Tässä diplomityössä tutkitaan mahdollisuutta mallintaa algoritmiavusteisesti rakennus-alan vapaamuotoisia betonirakenteita. Vapaamuotoiset rakenteet ovat usein niin kompleksisia, että niiden käsittely manuaalisesti ei palvele enää nykyajan suunnittelutarpeita. Myöskään yleisimmin käytössä olevat tietomallinnusohjelmistot eivät tarjoa riittävän tarkkoja työkaluja vaikean geometrian luomiseen. Algoritmiavusteinen mallinnus, ja sitä hyödyntävät ohjelmat, voidaan nähdä mahdollisuutena ratkaista ongelmakohtia liittyen tulevaisuuden tiukentuviin tietomallivaatimuksiin. Tämä diplomityö on jaettu kirjallisuusselvitykseen ja tapaustutkimukseen. Kirjallisuus-selvitys koostuu teoriaosuudesta, jossa käydään läpi geometrisen mallinnuksen peruselementit ja niiden matemaattinen tulkinta. Toisessa osassa kirjallisuusselvitystä esitellään vaikean geometrian konstruointiin yleisimmin käytössä olevat menetelmät, algoritmien toimintaperiaate ja niitä hyödyntävät mallinnusohjelmat. Työn lopussa suoritetaan tapaustutkimus, jossa sovelletaan kirjallisuusselvityksessä esitettyjä asioita käytännön mallinnustyössä. Tapaustutkimuksessa kehitetään algoritmiavusteinen mallinnustekniikka vapaamuotoisen betonirakenteen geometrian generoimiseen ja raudoittamiseen. Tutkimuksen lähtö-tietona sovelletaan arkkitehdin suunnittelemaa 3D-mallia mallinnettavan kohteen geometriasta. Käytettävät mallinnusohjelmistot tutkimuksessa ovat AutoCAD, Rhinoce-ros3D ja Grasshopper3D sekä tietomallinnusohjelmisto Tekla Structures. Tavoitteena on luoda algoritmeja, jotka raudoittavat betonirakenteen sen geometrian perusteella. Tehdyn tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että vapaamuotoisen geometrian ja sitä noudattavien raudoitusten mallinnus pystytään toteuttamaan algoritmiavusteisesti. Tapaustutkimuksessa esitettyyn Hakaniemen sillan geometriaan tehdyt raudoitukset onnistuttiin mallintamaan maatuen osalta algoritmeihin syötettyjen lähtöarvojen perusteella. Kehitettyä mallinnustekniikkaa on mahdollista soveltaa ja hyödyntää tulevissa rakennusprojekteissa tietomallien luomiseen.
Description
Supervisor
Niiranen, Jarkko
Thesis advisor
Ojala, Ilkka
Keywords
parametric representation, NURBS, boundary representation, visual programming, algorithms
Other note
Citation