ASPETTI ELEMENTARI:

concezione di edifici alti

ulteriori aspetti

Corso di Costruzioni Metalliche

Prof. Ing. Franco Bontempi

Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale

Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza

1Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

2

3Ottimizzazione Strutturale

franco.bontempi@uniroma1.it

3

AUGMENTATION

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

3

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

4

X29

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

5

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

6

Suchoj S-37/Su-47

Device

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

7

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

8

Ottimizzazione Strutturale

franco.bontempi@uniroma1.it

9

Meso-Device

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

9

Ottimizzazione Strutturale

franco.bontempi@uniroma1.it

10Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

10

Global Device

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

11

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

12

TMD

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

13

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

14

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

15

TAIPEI 101

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

16

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

17

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

18

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

19

Citycorp

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

20

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

21

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

22

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

23

24Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

24

OPTIMIZATION ZERO

Plain introduction

25Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

2525

ELEMENTI E COMPONENTI

STRUTTURALI

ORGANIZZAZIONE

Le relazioni stabili di funzione, funzionalità

e topologia che danno significato agli

elementi indipendentemente dalla loro specificità.

STRUTTURA

Elementi specifici che tramite le relazioni

strutturali formano una configurazione persistente nel

tempo

SISTEMA

Struttura durevole di elementi organizzati, che

viene osservata come unità che presenta

caratteristiche emergenti.

26

LOAD PATH

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

27Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

27

Integrazione / Specializzazione

28Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

28

29Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

29

30Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

30

MAIN CHARACTERISTICS

• Micro-level:

local size of the sections, i.e. thickness, area, inertia, … (Detailed Geometry)

• Meso-level:

form of the structural element or structural part (substructure), i.e. main longitudinal axis, curvature, profile, … (Global Geometry)

• Macro-level:

connections of the different structural parts (Load Path)

31Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

31

Optimization Levels

• Micro-level:

local - sectional optimization / sizing

• Meso-level:

as above + morphology changes

• Macro-level:

as above + topologic changes

32Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

32

33Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

33

http://carat.st.bv.tum.de/caratuserswiki/index.php/Users:Structural_Optimization/General_Formulation

34Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

34

Sizing

35Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

35

36Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

36

Shape optimization

37Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

37

Es.

38Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

38

Es.

39Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

39

Dimensione topologica

40Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

Topology

41Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

41

42Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

42

Smoothing / Streamlining

43Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

43

Engineering Design Phases

44Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

44

Ingegnerizzazione

• Spessori minimi / massimi

• Lunghezze minime / massime

• Simmetrie

• Elementi industrializzati

• Procedure di realizzazione (forgiatura,

piegatura, saldabilita’, …)

• Costruibilita’

45Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

45

Topological Optimization

Sequence

46Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

46

47Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

47

Practice

48Ottimizzazione Strutturale

franco.bontempi@uniroma1.it

48

OPTIMIZATION

TECHNIQUES

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

49Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

49

50Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

50

51Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

51

Direct Optimization (by function)

52Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

52

53Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

53

54Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

54

55Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

55

56Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

56

57Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

57

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

58

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

59

60Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

60

61Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

61

62Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

62

63Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

63

Optimality Criteria (indirect)

64Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

64

65Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

65

66Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

66

67Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

67

68

4LEVELS AND TECHNIQUES

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

68

69Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

69

OTTIMIZZAZIONE

A LIVELLO SEZIONALE

Microlivello

70Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

70

Geometry Parameter Based

Optimization

71Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

71

Non-Parametric

Optimization

es.

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

72Dec-15

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

73Dec-15

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

74Dec-15

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

75Dec-15

76Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

76

Fully Stressed Design (FSD)

77Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

77

78Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

78

79Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

79

80Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

80

FSD in action

81Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

81

82Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

82

83Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

83

84Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

84

85Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

85

Hybrid optimization

86Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

86

Es.

87Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

87

Industrial α - sections

88Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

88

A / W for HEB for α = h

A = 9E-13x6 - 3E-09x5 + 5E-06x4 - 0,0036x3 + 1,2509x2 - 139x + 7185,3

W = 1E-11x6 - 9E-08x5 + 0,0002x4 - 0,2162x3 + 113,67x2 - 17128x + 881393

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

0 200 400 600 800 1000 1200

A

W

Poly. (A)

Poly. (W)

89Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

89

IPE / HEB

90Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

90

Tensioni superiori / inferiori

• Nell’ ipotesi di sollecitazione di presso-flessione,

possiamo scrivere, per la sezione più sollecitata,

le tensioni al lembo superiore, σtop ed al lembo

inferiore, σbot in funzione del parametro α:

W

M

A

N

W

M

A

N

bot

top

91Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

91

Limiti tensionali

• Le tensioni così ricavate devono sottostare

ad una limitazione dettata dal criterio di

resistenza scelto per il materiale:

bot

top

0

0

0

0

bot

bot

top

top

92Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

92

Espressioni con sollecitazioni

4

3

2

1

0

0

0

0

WAMANW

WAMANW

WAMANW

WAMANW

W

M

A

N

W

M

A

N

bot

top

0

0

0

0

bot

bot

top

top

93Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

93

Soluzione che soddisfa tutto

ii

Design max4,...1

94Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

94

Nota

• Con tale tecnica, si ottiene un dimensionamento che sfrutta a pieno la capacità portante della sezione.

• Il progetto è basato quindi sul raggiungimento del requisito di resistenza: un elemento strutturale e la struttura nel complesso devono pero’ soddisfare a differenti altri requisiti.

• È possibile considerare indirettamente questi altri aspetti anche con il FSD: basta agire sui valori dei limiti tensionali o sui valori dei moltiplicatori αmax ed αmin per dimensionare l’elemento con riferimento ad altri aspetti che non siano la sola resistenza.

95Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

95

Taglio / Instabilita’

96Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

96

Es.

97Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

97

98Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

98

99Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

99

100Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

100

101Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

101

102Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

102

103Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

103

104Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

104

105Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

105

106Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

106

107Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

107

108Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

108

109Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

109

OTTIMIZZAZIONE

MORFOLOGICA

mesolivello

110Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

111Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

112Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

112

113Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

114Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

115Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

115

Michell

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

116

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

117

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

118

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

119

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

120

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

121

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

122

123Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

123

no morfologica

124Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

124

no morfologica

125Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

125

OTTIMIZAZIONE

TOPOLOGICA

Macrolivello

126Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

126

127Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

127

128Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

128

129Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

129

2D

130Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

130

131Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

131

3D

132Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

132

133Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

133

134Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

134

135Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

135

136Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

136

137Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

137

Vincoli funzionali

138Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

138

139Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

139

140Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

140

141Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

141

es.

142Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

142

http://www.dezeen.com/2013/08/22/qatar-national-convention-centre-by-arata-

isozaki/

143Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

143

144Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

144

145Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

145

146Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

146

147Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

147

148Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

148

149Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

149

150Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

150

151Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

151

152Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

153Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

154Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

154

155Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

155

OTTIMIZAZIONE

GENERATIVA

156Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

157Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

157

158Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

158

http://www.youtube.com/watch?v=QXbWCrzWJo4

159Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

159

160Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

160

161Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

161

162Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

162

Script

163Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

163

Chaos

164Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

164

165Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

165

166Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

166

167Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

167

bamboo

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

168

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

169

170Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

170

171Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

171

172Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

172

173Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

173

Stro N

GERwww.stronger2012.com