Rakenteiden optimointi

Perinteisesti rakenteiden optimoinnilla yleensä pyritään materiaalin ja painon säästöön, ja sitä kautta vaikutus kustannuksiin, tinkimättä optimoinnille asetetuista rajoitteista. Tyypillisesti optimointi on iteratiivinen prosessi, jossa optimoitu rakenne arvioidaan sen toteutettavuuden ja mahdollisten puutteellisten rajoitteiden suhteen, minkä jälkeen mahdollisesti korjattu optimointitehtävä suoritetaan uudelleen. Algoritmi etsii esimerkiksi rakenteen massan minimoivan suunnitteluparametrien yhdistelmän, joka toteuttaa asetetut rajoitteet, kuten riittävän kuormituskestävyyden.

Rakenteiden optimointi lisää yleensä suunnittelukustannuksia ja mahdollisesti myös valmistuskustannuksia. Suurin säästö rakenteiden massassa saadaan yleensä jo yleissuunnitteluvaiheessa kokeneen suunnittelijan luonnostellessa tehokkaat kantavat rakenteet kaikille oleellisille kuormitusyhdistelmille. Optimointityötä on nykyään mahdollista helpottaa ja automatisoidakin laskentaohjelmilla, joilla saadaan helposti uusiakin vaihtoehtoja tehokkaalle, suunnittelun pohjana käytettävälle rakenteelle varsin pienellä työmäärällä ja lisäkustannuksilla.

Rakenteiden optimointi voidaan suorittaa myös rakennusmateriaaleista aiheutuvien CO2-päästöjen suhteen. Monesti keinoina tässäkin on materiaalin ja sitä kautta painon säästö. Lähtökohtaisesti säästetty materiaali pienentää myös rakenteen CO2-päästöjä. Tosin betonirakenteissa näillä ei aina ole näin suoraviivaista yhteyttä toisiinsa. Rakenteessa säästetty betoni voi vaatia korkeamman lujuusluokan käyttämistä, jolloin taas betonin sementtimäärä kasvaa ja voidaan joutua käyttämään myös enemmän raudoitusta. Haettaessa rakennetta esimerkiksi CO2-päästöiltään pienemmäksi, valmistuskustannukset yleensä kasvavat samalla. Tällöin kyseessä on useita samanaikaisesti optimoitavia funktioita, ja yhden optimin sijaan löytyy yleensä ääretön määrä ”optimeita”, joissa jotakin ominaisuutta ei voida enempää parantaa ilman että jokin toinen ominaisuus alkaa heiketä. Iterointikierroksia voi joutua tekemään siis useita, jotta löydetään vähähiilisin rakenne, mikä on teknisesti toteutettavissa, täyttää vaaditut ominaisuudet ja on taloudellinen.

Oheisessa taulukossa on esitetty muutamia keinoja rakenteiden optimointiin vähähiilisyyden näkökulmasta.