Feasibility of the algorithmic optimization of multistory buildings with steel frame
Keywords:
optimal choice, multi-story buildings, computer aided design, steel structuresAbstract
The article describes the importance of choosing the optimal decision of structural scheme of multi-story commercial buildings in the preliminary design stage. The advantages of steel structures usage in the steel frames of multi-story office buildings are specified, as well as factors that cause influence to the total weight of steel frame. It is notable that practical implementation of structural optimization is difficult and not common because of complexity of the real modern projects. The search of optimal design solution of multi-story buildings should taking into account many factors and limitations. The goal of our research is to find optimal solutions for the office buildings structural frames up to 100m with a steel frame and central rigid core. The goal is achieved by developing an automated computer optimization system by combining in a single set all of the suitable existing software. Methods. The basis of the optimization system is a logical and graphical software processor Grasshopper 3D, which lets create a whole building frame with varying geometric and other parameters. The system also uses a number of interconnected existing programs: Rhino 3D; SAP2000; Excel and others. The object of research is the office buildings up to 100m height and has 25x25m..50x50m size in plane. Single level height is fixed 4,2m. Columns are placed around the perimeter of the building. Beams are hinged connected to the rigid core and to the columns. At the current stage of research the variable parameters are the topology and bay size of columns beams, as well as cross-sections of steel elements. Results. Developed system is able to automatically search of optimal frame geometry and topology solutions regarding to recalculation of stresses and cross-sections parameters in a way to find decision with the minimum of total weight of steel. The applicability of system is also investigated thoroughly. Scientific innovation. Research shows possibility to create computer system based on existing design and FEM programs for finding the optimal structural solution of high-rise office building steel frame. The practical importance. Optimal decision finding to the metal frame in early preliminary design stage can save considerable time and material resources.References
Khajehpour S, Grierson D.E. (2003) Profitability versus safety of high-rise office buildings. Struct Multidisc Optim 25, pp 279–293
Goncharenko D.F., Karpenko Y.V., Meersdorf E.I. The construction of multi-storey frame-monolithic buildings: monograph / Editor Goncharenko D.F. - Kyiv: F + S, 2013. - 128 p.
Shevchenko E.V. Development of the designs of high-voltage transmission lines and creating a system of automated optimal design. Abstract of thesis ... Doctor of Tech. Science. - Kyiv, 2000.
Permyakov V.A. The current state of the problem of optimal design of steel structures // Metal structures, №1, 1998 - S.17-20
Ziarati A. (2010). "A multilevel evolutionary algorithm for optimizing numerical functions" // IJIEC 2 (2011): 419–430
Kirkpatrick S., Gelatt C.D., Vecchi M.P. Optimization by Simulated Annealing // Science, New Series, Vol. 220, No. 4598. (May 13, 1983), pp. 671-680.
Global optimization of statistical functions with simulated annealing/ Goffe W.L., Ferrier G.D., Rogers J. // Journal of Econometrics, 60 (1994) р.65-99.
Bilyk А, Kurashev R, Burgan B, Khmelnitska A (2013). First Ukrainian cost study experience of commercial multistory buildings with concrete and steel frame, Design, Fabrication and Economy of Metal Structures/International Conference Proceedings 2013, Miskolc, Hungary, Apr.24-26. Jarmai K., Farkas J. (eds) Springer. 511-517.
Bilyk A.S., Lawson R.M. Steel structures in architecture // USCC 2014 – 135p.
Bilyk A.S The choice of optimal solutions steel trusses coatings. Abstract of the thesis ... candidate of technical science. - Kiyv: 2009. - 21 p.
Downloads
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).