تعیین موقعیت بهینه کمربندهای میانی در سازههای بلند با استفاده از الگوریتم ژنتیک

در تمام پروژه های طراحی مهندسین سازه سعی بر این دارند که کمترین مقدار مصالح را به کار ببرند. در سازه های بلند، به دلیل پیچیدگی و سختی اجرا، نیاز به تکنیک های بهینه سازی وجود دارد. بعد از اختراع بالابرها، شروع به ساخت سازه های بلندتر شد و بارهای جانبی بیشتر تاثیرگذار شد. با افزایش ارتفاع سازه، انعطاف پذیری جانبی افزایش می یافت و کاهش سختی جانبی سازه در اثر بارهای جانبی، آسیب های زیادی ایجاد می کرد. بتن وفولاد، در طراحی سازه های بلند بسیار قابل کاربرد می باشد. هر دو خصوصیات منحصر به فردی دارند اما هر کدام هزینه متفاوتی دارند. بنابراین زمانیکه هزینه مصالح مد نظر است، تعیین عملکرد بهینه آنها عامل کلیدی می باشد. در سازه های بلند، سیستم های باربر جانبی مختلفی از جمله قاب های برشی، خرپاهای برشی، قاب ها با هسته برشی، تیوپهای قابی و خرپایی،... برای مقابله با این بار جانبی وجود دارد، اما در سازه هایی که هسته دارای صلبیت مناسبی نمی باشد، برای مقابله با بار جانبی از سیستم کمربندهای خرپایی و مهاربند بازویی استفاده می شود و تغییر مکان نسبی طبقات را به صورت قابل توجهی کنترل می کند. برای افزایش عرض موثر سازه از ستونهای کناری دورتادور محیط سازه استفاده می شود. هدف در این تحقیق، طراحی بهینه سازههای فولادی و تعیین موقعیت بهینه مهارهای بازویی در سازههای فولادی و بتنی بوده است. برای بهینه سازی از الگوریتم تکاملی ژنتیک استفاده شده است. موقعیت بهینه مهارهای بازویی در سازههای فولادی با در نظر گرفتن کمترین وزن سازه و در سازههای بتنی با در نظر گرفتن کمترین تغییرمکان بام و همچنین کمترین مجموع لنگرهای بالا و پایین مهار بازویی میباشد. بدین منظور ابتدا برنامهی تحلیل و طراحی اتوماتیک سازههای فولادی با رعایت تمام موارد آیین نامه ای در محیط نرم افزار matlab نوشته شده است. سپس مقاطع بر اساس آیین نامه aisc تحلیل و طراحی شده است. سپس برای مقابله با تغییرشکل جانبی و تغییرمکان نسبی طبقات و وزن خود سازه اعمال شده بر پی سازه، در سازههای فولادی از مهار بازویی و هسته مهار شده استفاده شده است. موقعیت بهینه مهاربندهای میانی و تعداد آنها به کمک الگوریتم ژنتیک تعیین شده است. با تغییر دادن موقعیت مهار بازویی، سختی کل سازه به صورت قابل توجهی تغییر میکند، بنابراین برنامه نوشته شده این قابلیت را دارد که همزمان با اعمال مهار بازویی، کل اعضای سازه تحلیل شود و در صورت ضعیفیا قوی بودن دوباره طراحی شود تا اقتصادی ترین سازه بدست آید. با توجه به نتایج،در سازه فولادی با در نظر گرفتن یک مهاربازویی در موقعیتبهینه، 30% کاهش تغییرمکان نسبی و با در نظر گرفتن دو مهاربازویی در موقعیتبهینه، 41% کاهش بدست آمده است. همچنین 17% کاهش وزن و 16% کاهش تغییرمکان ماکزیمم نشان داده شده است. برای سازههای بتنی نیز برنامه تحلیل اتوماتیک در محیط نرم افزار matlab نوشته شده است. برای مقابله با تغییرشکل جانبی و تغییرمکان نسبی طبقات و وزن خود سازه اعمال شده بر پی سازه، از مهار بازویی و هسته دیوار برشی استفاده شده است. مقاطع تیر و ستون و دیوار برشی برای بارهای ثقلی و جانبی و ترکیب آنها طراحی شده است. سپس موقعیت بهینه کمربندهای میانی به کمک الگوریتم ژنتیک تعیین میشود. لازم به ذکر است که در تمام مراحل الگوریتم ژنتیک برنامه این قابلیت را دارد که بعد از تغییر دادن موقعیت مهار بازویی، کل سازه برای تغییرمکان نسبی (drift) و سایر موارد آیین نامه ای کنترل شده است تا از نظر سازه ای قابل قبول باشد. با توجه به نتایج 45% کاهش تغییرمکان نسبی و با در نظر گرفتن دو مهاربازویی در موقعیتبهینه، 50% کاهش بدست آمده است. همچنین 17% کاهش تغییرمکان ماکزیمم نشان داده شده است.