Planning and design of complex building structure by means of parametric-CAD and FEM-Design

Abstract This thesis is a study in parametric design as a device in the aspects of planning and dimensioning free-form building structures. The word “complex” means that the design in itself is complex. The thesis will include the topics parametric line modeling, surface modeling and generative modeling. The thesis examines three different roof constructions designed as steel trusses. In order to concretize this, the application of an external “building information model” (BIM) is used as a reference throughout the thesis. The following procedure for this particular application is described in more detail in the thesis below. The usage of form-finding is designed to identify and evaluate and more optimal geometry and is compared with an alternative structure form. The form-finding process demonstrates that a more innovative architecture is a better option regarding the maximum utilization of materials. This method regarding parametric and generative modeling is shown throughout the thesis as being applicable in the process of modeling different shapes of variable parameters and prerequisites. Parametric-CAD is particularly applicable when it comes to modeling advanced curved geometry and to generate several repeating structure elements based on a user-designed algorithm. The parametric models are transferred to a structural analysis program that supports the current design standards. The different designs are here designed and optimized for material utilization. When the model is complete dimensioned and optimized, it was put back in the reference building information model. Initial information like coordinates are preserved through the whole process. Sammendrag Dette arbeidet er en studie i parametrisk design som verktøy i planlegging og dimensjonering av komplekse bygningsstrukturer. Med kompleks menes det at designet er komplekst. I oppgaven ses det på digital parametrisk linjemodellering, overflatemodellering og «generativ modellering» i forbindelse med konstruksjonsdesign. Oppgaven tar for seg tre ulike takkonstruksjoner som er utformet som et stålfagverk. For å konkretisere oppgaven anvendes en ekstern bygningsinformasjonsmodell (BIM) som referanse. Fremgangsmåten for dette gjennomgås i oppgaven. Et tilfelle med bruk av «Form-Finding» utformes for å kunne identifisere og vurdere en mer optimal geometri og sammenlignes med en alternativ strukturform. «form-finding» prosessen viser et tilfelle der mer innovativ arkitektur er konstruktivt bedre formet med hensyn til materialforbruk. Arbeidsmetoden med parametrisk og generativ modellering vises gjennom oppgaven å være anvendbar på flere ulike former med endrede parametere og forutsetninger. Parametrisk-DAK er spesielt anvendbar for å modellere avansert krummet geometri, og for å generere flere repeterende elementer ut fra en brukerutformet algoritme. De parametriske modellene tas over i et strukturanalyseprogram som støtter de gjeldende dimensjoneringsstandardene. De ulike fagverkskonstruksjonene blir her dimensjonert og optimalisert for materialforbruk. Når modellen er ferdig dimensjonert og optimalisert ble den satt tilbake i den digitale referanse modellen. Opprinnelig informasjon som koordinater er bevart gjennom prosessen