23951

مطالعه مقايسه‌اي در زمينه بهينه سازي قاب‌هاي شيبدار و منحني گونه با استفاده از الگوريتم‌هاي فراكاوشي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1399-1400

1400/03/12

دكتر علي كاوه

مهندسي عمران

قاب¬هاي پرتال سازه¬هاي ساختماني يك طبقه¬اي هستند كه از ستون¬ها و تيرهاي افقي يا شيبدار تشكيل شده¬اند. آن¬ها به¬طور گسترده در ساخت ساختمان¬هاي صنعتي، انبارها، سالن¬هاي ورزشي، ايستگاه-هاي آتش نشاني، سوله¬هاي كشاورزي، آشيانه¬ها و غيره استفاده مي¬شوند. هزينه ساخت اين قاب¬ها به طرز چشمگيري به وزن آن¬ها بستگي دارد. در اين نوشتار طراحي بهينه 2 نوع مختلف قاب پرتال شامل قاب با سقف منحني گونه (PRF) و قاب با سقف شيبدار (PRF) مطالعه مي¬شوند. مقطع اين قاب¬ها به¬صورت غيرمنشوري و I شكل در نظر گرفته مي¬شوند. هدف از طراحي بهينه اين قاب¬ها كمينه كردن وزن آن¬ها است به¬طوري كه برخي قيد¬هاي طراحي كه براساس الزامات آيين نامه¬هاي ANSI/AISC و ASCE 7-16 را ارضاء نمايد. چهار الگوريتم بهينه¬سازي فراابتكاري براي طراحي بهينه اين قاب¬ها در نظر گرفته مي¬شود. اين الگوريتم¬ها عبارتند از بهينه¬ياب مبتني بر آموزش و يادگيري (TLBO)، بهينه‌ساز برخورد اجسام بهيود يافته (ECBO)، الگوريتم چند اجتماعي چوپان بهم آميخته شده (SSOA) و الگوريتم بهينه¬سازي حشره آب¬پيما (WSA). دو هدف در اين نوشتار مورد بررسي قرار مي¬گيرد. در هدف اول به مقايسه كردن وزن-هاي بهينه شده سازه¬هاي CRF و PRF با مشخصات هندسي يكسان در دو دهانه 16 و 32 متري پرداخته مي¬شود. هدف دوم مربوط به مقايسه كردن عملكرد الگوريتم¬هاي در نظرگرفته شده در طراحي بهينه اين قاب¬هاي پرتال است. نتايج به¬دست آمده روشن كرد كه سازه¬هاي CRF اقتصادي¬تر از سازه¬هاي PRF در يك مقايسه برابر هستند. هم‌چنين با مقايسه كردن نتايج به¬دست آمده توسط SSOA با آن¬هايي كه توسط ساير الگوريتم¬هاي فراابتكاري در نظرگرفته شده حاصل شده، نشان مي¬دهد كه الگوريتم SSOA براي طراحي بهينه اين نوع از قاب¬هاي پرتال داراي عملكرد مناسب¬تر مي¬باشد.

1400/04/05

A Comparative Study on Optimal Design of Pitched Roof Frames and Curved Roof Frames Using Metaheuristic Algorithms

6/2/2022 12:00:00 AM

Portal frames are single story frame buildings consisting of columns and horizontal or pitched rafters. They are used widely in construction of industrial buildings, warehouses, gyms, fire stations, agricultural buildings, hangars, and so on. The construction cost of these frames considerably depends on their weight. In the present research, optimal design of two types of portal frames including planar steel Curved Roof Frame (CRF) and Pitched Roof Frame (PRF) with tapered I-section members are presented. The optimal design aims to minimize the weight of these frame structures while satisfying some design constraints based on the requirements of ANSI/AISC and ASCE 7-10. Four population-based metaheuristic optimization algorithms are applied to optimal design of these frames. These algorithms consist of Teaching-learning-based optimization (TLBO), Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO), Shuffled Shepherd Optimization Algorithm (SSOA), and Water Strider Algorithm (WSA). Two main objectives are followed in this paper. The first one deals with comparing the optimized weight of the CRF and PRF structures with the same geometrical shape in two different span lengths (16.0 m and 32.0 m). The second one is related to comparing the performance of the considered metaheuristics in the optimum design of these portal frames. The obtained results reveal that CRF structures are more economic than PRF in the fair comparison. Moreover, comparing the optimization results acquired by SSOA with those of other considered metaheuristics reveals the efficient performance of SSOA for the optimal design of these types of portal frames.

قابهاي منحني گونه , قابهاي شيبدار , اعضاي غيرمنشوري , بهينه سازي سازه اي , الگوريتم هاي فراابتكاري

curved roof frames , pitched roof frames , tapered members , structural optimization , metaheuristic algorithms