A method for robust design of diagrid structures

This work aims to define a method to design robust diagrid for every load condition in the structure environment and it focus the attention to diagrid in high-rise buildings, so to withstand especially against lateral loads. Starting from an introduction of the kind of structure and the definition of the robustness requirement, optimization methods are introduced because they are at the base of the robust design of structures. Describing the main methods, such as Michell’s truss, principal stresses trajectories and topology optimization, and detailing the last one, it has been observed how they are all connected and lead to the same result, which is a kind of natural layout described by the force flow through the structure volume. Then, understanding the tall building problem, a single load case evaluation of the optimal layout is implemented on a simple example like a square box section cantilever beam under uniform transversal load orthogonal to one face and later, for the robust design, the same system is subjected to a multi-loading case with the same load that rotates around the structure. This last case is the key for robust design, because the wind impact angle is not a defined parameter but is the source of uncertainty that characterise the robustness. It is then demonstrating that the robust layout follows the principal stresses trajectories of the system, a numerical example using those trajectories layout is proposed to prove the efficiency of the approach and at the end some existing practical example are listed to prove this approach.

Questo lavorodefinisce un metodo per la progettazione di diagrid incentrato sulla robustezza della struttura e prende come esempio il caso di strutture alte, quindi prevalentemente soggette a carichi laterali. In primis viene descritto il tipo di struttura e il concetto di robustezza, dalle origini agli attuali requisiti, per poi collegarsi con la branca del design ottimale dedito a strutture leggere e resistenti. Da qui seguono accenni storici su tutti i metodi conosciuti per optimal design. Segue poi una dexcrizione degli edifici alti e della loro meccanica, ben definita dalle traiettorie principali, che saranno poi la linea guida del processo di ottimizzazione. Dimostrate poi le connessioni fra i tre metodi principali per ottimizzare viene mostrato quale layout sia il più ottimale per una sistema di carico che varia la sua posizione nel tempo, attraverso una ottimizzazione topologica con il programma ABAQUS. In fine un esempio numerico dimostra i vantaggi dei layout ottenuti in relazione alle tipiche configurazioni utilizzate.