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An ingenuous look at structural optimization - Uno sguardo ingenuo sull’ottimizzazione strutturale

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On the Tectonics in Architecture between Ethics and Aestethics, Rome 11-13 May 2015.

An ingenuous look at structural optimization
Uno sguardo ingenuo sull’ottimizzazione strutturale

Structural optimization is a quite large and various field of research, spacing from very theoretical and abstract aspects to very detailed and operative points. Nowadays, after the twenty years of personal experience of this author, it seems more important to appraise the concrete possibility offered by optimization in discovering and refining structural forms than to devote attention to analytical or computational features. With this practical and ingenuous bias, all the phases of conception, design and analysis of a structure can be coherently and meaningfully ordered, with a clear appraisal also on the limits of the structural solution.



L’ottimizzazione strutturale è un settore ampio e variegato della ricerca che presenta aspetti legati, da una parte, a considerazioni altamente astratte e, dall’altra, a sottili dettagli operative. Al giorno d’oggi, alla luce della esperienza ventennale diretta di questo autore, si ritiene importante, piuttosto che considerare aspetti analitici o numerici, fissare l’attenzione sulle possibilità concrete offerte dalla ottimizzazione nella scoperta e definizione di una forma strutturale. Con questa visione, allo stesso tempo pratica e ingénue, tutte le fasi di concezione, progetto e analisi di una forma strutturale possono essere viste organicamente e coerentemente, permettendo anche di evidenziare i limiti della soluzione trovata.

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An ingenuous look at structural optimization - Uno sguardo ingenuo sull’ottimizzazione strutturale

  1. 1. Uno sguardo ingenuo sull’ottimizzazione strutturale. An ingenuous look at structural optimization Franco Bontempi Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Università degli Studi di Roma La Sapienza franco bontempi uniroma1 1
  2. 2. 2 Ottimizzazione Strutturale franco.bontempi@uniroma1.it 1997 franco bontempi uniroma1
  3. 3. 3 2015 franco bontempi uniroma1
  4. 4. 4 4 franco bontempi uniroma1
  5. 5. Index 1)PEOPLE 2)STRUCTURES 3)DESIGN 4)CRITERIA 5)OPTIMIZATION franco bontempi uniroma1 5
  6. 6. 1 PEOPLE franco bontempi uniroma1 6
  7. 7. 7 7 franco bontempi uniroma1
  8. 8. Knowledge Growth Process KNOWLEDGE REQUIRED BY AN EVOLUTIVE DESIGN NEW KNOWLEDGE REQUIRED BY AN INNOVATIVE DESIGN ACTUAL KNOWLEDGE BASIS 8franco bontempi uniroma1
  9. 9. Evolutive vs Innovative Design 9franco bontempi uniroma1
  10. 10. 10 S-Curves - Saturation - Jump franco bontempi uniroma1
  11. 11. 11 TALL BUIDINGS franco bontempi uniroma1
  12. 12. 12NORTHROP YB 49franco bontempi uniroma1
  13. 13. 2 STRUCTURES franco bontempi uniroma1 13
  14. 14. Structural System 14franco bontempi uniroma1
  15. 15. 15franco bontempi uniroma1
  16. 16. 16franco bontempi uniroma1
  17. 17. franco bontempi uniroma1 17
  18. 18. Main Characteristics of a Structure • Micro-level (Detailed Geometry): local size of the sections, i.e. thickness, area, inertia, … • Meso-level(Global Geometry): form of the structural element or structural part (substructure), i.e. main longitudinal axis, curvature, profile, … • Macro-level (Load Path): connections of the different structural parts.franco bontempi uniroma1 18
  19. 19. 19 De Saint Venant Beam L D d H x KINEMATIC SIMPLICITY franco bontempi uniroma1
  20. 20. franco bontempi uniroma1 20
  21. 21. 21 http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_floor franco bontempi uniroma1
  22. 22. 22 B-/D- Regions A B C D E F G H SINGULATIES franco bontempi uniroma1
  23. 23. 23 AT ANY SIZE franco bontempi uniroma1
  24. 24. franco bontempi uniroma1 24
  25. 25. PROBLEMI DI RIGIDEZZA PIASTRA, AGGIUNTI IRRIGIDIMENTI: BULLONI NON PIU’ ACCESSIBILI franco bontempi uniroma1 25
  26. 26. 26 Specialization / Integration (1) franco bontempi uniroma1
  27. 27. 27 Specialization / Integration (1) franco bontempi uniroma1
  28. 28. 28 Load Path franco bontempi uniroma1
  29. 29. 29 FORMA franco bontempi uniroma1
  30. 30. 30 VETTORE franco bontempi uniroma1
  31. 31. 31 FLESSIONE franco bontempi uniroma1
  32. 32. 32 SUPERFICIE franco bontempi uniroma1
  33. 33. 33 ALTI franco bontempi uniroma1
  34. 34. franco bontempi uniroma1 34
  35. 35. 3 DESIGN franco bontempi uniroma1 35
  36. 36. 36franco bontempi uniroma1
  37. 37. 37 Hadamard franco bontempi uniroma1
  38. 38. Analysis & Design Processes (1) 38 DATI CALCOLO RISULTATI START END START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’ NO Pre-processing Post-processing franco bontempi uniroma1
  39. 39. 39 START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’ NO ANALISI SINTESI Analysis & Design Processes (2) franco bontempi uniroma1
  40. 40. Sviluppo top-down copertura omogenea approfondimento 40franco bontempi uniroma1
  41. 41. Sviluppo bottom-up copertura omogenea sviluppo di un filone 41franco bontempi uniroma1
  42. 42. Sviluppo mixed 42franco bontempi uniroma1
  43. 43. 4 CRITERIA franco bontempi uniroma1 43
  44. 44. Basic Value •SEMPLICITA’ •TRASPARENZA •REGOLARITA’ / SIMMETRIA •RIDONDANZA •PREVEDIBILITA’ •PRINCIPIO DI PRECAUZIONE franco bontempi uniroma1 44
  45. 45. 45 Requisiti strutturali • Condizioni di esercizio: • Rigidezza • Condizioni ultime: • Resistenza • Stabilita’ • Duttilita’ • Durabilita’ • Condizioni estreme: • Robustezza • Resilienza • Configurazione nominale della struttura • Configurazione danneggiata della struttura franco bontempi uniroma1
  46. 46. 46 Robustezza strutturale e durabilita’ nel tempo. Misura di danno o di errore Capacità prestazionale Situazione nominale Degrado prestazionale Capacità prestazionale Situazione nominale Degrado prestazionale Misura del tempo o dell’uso Robustness / Durability franco bontempi uniroma1
  47. 47. STRUTTURA METALLICA A CAVALLO DI GIUNTO STRUTTURALE franco bontempi uniroma1 47
  48. 48. franco bontempi uniroma1 48
  49. 49. 49 49 Bad vs Good Collapse STRUCTURE & LOADS COLLAPSE MECHANISM NO SWAY “IMPLOSION” OF THE STRUCTURE “EXPLOSION” OF THE STRUCTURE is a process in which objects are destroyed by collapsing on themselves is a process NOT CONFINED SWAY franco bontempi uniroma1
  50. 50. 50 50 franco bontempi uniroma1
  51. 51. HPLC-events vs LPHC-events franco bontempi uniroma1 51
  52. 52. franco bontempi uniroma1 52
  53. 53. 53franco bontempi uniroma1 53
  54. 54. 54franco bontempi uniroma1 54
  55. 55. 55franco bontempi uniroma1 55
  56. 56. compartimentzione 56franco bontempi uniroma1 56
  57. 57. 57 ergonomia franco bontempi uniroma1
  58. 58. franco bontempi uniroma1 58
  59. 59. 5 OPTIMIZATION franco bontempi uniroma1 59
  60. 60. 6060 Optimization Levels Micro-level (Detailed Geometry) Meso-level (Global Geometry) Macro-level (Load Path) franco bontempi uniroma1 60
  61. 61. 61 OUTRIGGER LOCATION franco bontempi uniroma1
  62. 62. The nature of optimum 62 A sub-optimal solution to a problem is one that is less than perfect. Slack situation: loose and not pulled tight. franco bontempi uniroma1 62
  63. 63. Structural Augmentation franco bontempi uniroma1 63
  64. 64. TAIPEI 101 franco bontempi uniroma1 64
  65. 65. franco bontempi uniroma1 65
  66. 66. franco bontempi uniroma1 66
  67. 67. 67 67 Engineering Design Phases franco bontempi uniroma1
  68. 68. 68 68 franco bontempi uniroma1
  69. 69. 69 69 franco bontempi uniroma1
  70. 70. franco bontempi uniroma1 70
  71. 71. franco bontempi uniroma1 71
  72. 72. 72 72 franco bontempi uniroma1
  73. 73. 73franco bontempi uniroma1
  74. 74. Script franco bontempi uniroma1 74
  75. 75. 75 75 franco bontempi uniroma1
  76. 76. 76 76 franco bontempi uniroma1
  77. 77. franco bontempi uniroma1 77
  78. 78. franco bontempi uniroma1 78
  79. 79. 79 79 franco bontempi uniroma1
  80. 80. 80 80 franco bontempi uniroma1
  81. 81. 81franco bontempi uniroma1
  82. 82. 82 82 http://www.dezeen.com/2013/08/22/qatar-national-convention-centre-by-arata- isozaki/ franco bontempi uniroma1
  83. 83. 83 83 franco bontempi uniroma1
  84. 84. 84 84 franco bontempi uniroma1
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  87. 87. 87 87 franco bontempi uniroma1
  88. 88. 88franco bontempi uniroma1
  89. 89. 89 89 franco bontempi uniroma1
  90. 90. 90franco bontempi uniroma1
  91. 91. 91 Str o N GER www.stronger2012.com franco bontempi uniroma1
  92. 92. 92franco bontempi uniroma1
  93. 93. Index 1)PEOPLE 2)STRUCTURES 3)DESIGN 4)CRITERIA 5)OPTIMIZATION franco bontempi uniroma1 93
  94. 94. franco bontempi uniroma1 94
  95. 95. franco bontempi uniroma1 95

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