Investigation of algorithm-aided structural engineering as optimization tool for steel-rack warehouses design

The research project focuses on the study of an alternative method, based on a combination of parametric modeling and algorithm-aided structural design approach, which has been investigated as possible optimization tool for steel racking warehouses design, aiming at increasing economy, safety, reliability of the systems under static and dynamic loads. Starting from the assumption that parametric algorithm-based programs are still not able to completely supply same efficiency of more ordinary FEM software from a structural analysis point of view, an evaluation of the possibilities offered by their integration is here proposed, considering structural optimization as final goal to be reached through the application of genetic algorithm and genetic fitness functions. A first approach to the method is described considering two models of different sizes, that have been calibrated into the parametric FEM software (Karamba) to understand how to deal with limitations and assumptions considered by the software while performing linear static analysis. Later, the method has been applied to a simplified case-study, representing a limited part of a rack cross aisle which has been iteratively analyzed and optimized. The parametric model has been exported to Straus7 and after performing modal analysis, linear dynamic analysis and nonlinear static analysis, the effects of the optimization process have been evaluated. Final results demonstrated the validity of the process and highlighted the necessity to apply the method on a more realistic case-study to really understand its limitations and potentialities, therefore further investigations are strictly recommended.

Il presente progetto di ricerca è incentrato sullo studio di un metodo alternativo rispetto a più consuete procedure di analisi strutturale, basato sull’utilizzo combinato di modellazione parametrica e di un approccio al disegno strutturale che trae le sue fondamenta nella definizione di algoritmi generativi. Tale metodo è stato studiato come possibile strumento di ottimizzazione per la progettazione di magazzini in acciaio, al fine di aumentarne sicurezza ed affidabilità in risposta ad azioni statiche e dinamiche in combinazione con una riduzione dei costi. Prendendo in considerazione il fatto che i programmi parametrici di disegno basati su algoritmi non sono ancora del tutto in grado di rimpiazzare programmi ad elementi finiti più convenzionali, in tale ricerca si propone una valutazione delle possibilità offerte dall’integrazione dei vari sistemi, considerando come fine ultimo un’ottimizzazione strutturale che viene ottenuta attraverso algoritmi generativi e funzioni selettive. Un primo approccio al metodo è stato completato attraverso l’analisi di due modelli di diverse dimensioni che sono stati calibrati nel software parametrico (Karamba) per capire come gestire le limitazioni e le assunzioni adottate dal programma nel completare un’analisi statica lineare. In seguito, lo stesso metodo è stato applicato ad un caso studio semplificato, rappresentativo di una parte di una sezione trasversale di un tipico magazzino industriale e che è stato analizzato ed ottimizzato in maniera iterativa. Il modello parametrico è stato esportato in Straus7 ed in seguito ad analisi modali, di spettro di risposta e di push-over statico non lineare, sono stati valutati gli effetti dell’ottimizzazione strutturale. I risultati hanno dimostrato la validità dell’intero processo ma hanno anche messo in evidenza la necessità di applicare il metodo ad un caso studio più realistico per poterne realmente capire eventuali limitazioni e possibilità per una futura applicazione pratica; per questo motivo, studi aggiuntivi a riguardo sono fortemente suggeriti.