توصيفگر ها :
سازه هاي بتني بلندمرتبه , بهينه سازي , سيستم سازه اي لوله اي , كوتاه شدگي هاي متفاوت محوري , الگويتم ژنتيك-هوك جيوز , گراديان نزولي
چكيده فارسي :
با افزايش روزافزون سازه¬هاي بلند در دنياي معاصر، نياز به روش¬هاي نوين در طراحي سازه براي مقابله با بارهاي جانبي افزايش يافته¬است. به همين دليل سيستم¬هاي سازه¬اي لوله¬اي معرفي شده¬اند كه امروزه اغلب ساختمان¬هاي بلندمرتبه از يكي از اين سيستم¬هاي سازه¬اي استفاده مي-كنند. اما با اين حال، ضعف اساسي سيستم¬هاي لوله¬اي، مسئله¬ي تأخير برشي است كه به¬شدت بر روي كارايي اين سيستم¬ها تأثيرگذار است. يكي از روش¬ها براي كاهش اثرات تأخير برشي در سازه¬هاي لوله¬اي، استفاده از سيستم مهار بازويي و ديوار كمربندي است. مهارهاي بازويي بتني معمولاً تيرهايي با عمق يك تا دو طبقه هستند كه به صورت گيردار به هسته¬ي مركزي متصل مي¬شوند و به عنوان اجزاي اصلي سازه، نه تنها اثرات تأخير برشي را كاهش داده و سختي جانبي سازه را بهبود مي¬دهند، بلكه مي¬توان با بهينه¬سازي موقعيت آن¬ها، مسئله¬ي كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري در سازه¬هاي بلند بتني را كه به دليل تغييرشكل¬هاي وابسته به زمان بتن اتفاق مي¬افتد را مرتفع كرد. از اين رو در اين مطالعه بهينه¬سازي موقعيت مهارهاي بازويي و ديوارهاي كمربندي بتني با هدف كمينه¬كردن تغييرمكان جانبي و حداكثر كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري انجام شده¬است. براي حل مسئله¬ از دو روش تركيبي الگوريتم ژنتيك-هوك¬جيوز و الگوريتم ژنتيك-گراديان نزولي بهره گرفته شده،¬ به طوري¬كه دو روش هوك¬جيوز و گراديان نزولي با هدف بهبود روند جست¬وجوي محلي الگوريتم ژنتيك، با آن تركيب شده¬اند. همچنين از دو روش فاز مرزي و بهينه¬سازي نسبت طلايي با هدف افزايش سرعت همگرايي روش گراديان نزولي نيز استفاده شده¬است. مدل¬سازي و تحليل سازه¬¬ها، با استفاده از نرم¬افزار المان¬محدود ايتبس انجام شد و همچنين براي ارزيابي مقدار كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري از مدل CEB براي تخمين رفتار بلندمدت بتن استفاده شد. . نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه موقعيت و سختي مهارهاي بازويي در كاهش مقادير تغييرمكان جانبي سازه و كوتاه¬شدگي¬هاي متفاوت محوري بسيار تأثيرگذار است؛ به¬طوري¬كه نتايج مربوط به بهينه¬سازي سازه با تعداد طبقات 80 با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك-هوك¬جيوز نشان مي¬دهد كه با قرار دادن يك مهار بازويي در موقعيت¬ بهينه¬ي خود مقدار تغييرمكان جانبي سازه تا 16% كاهش يافته كه اين مقدار در صورتي¬كه مهار بازويي در حالت سختي بهينه¬ي خود باشد، به 25% نيز مي¬رسد؛ همچنين در اين حالت حداكثر كوتاه¬شدگي ¬متفاوت محوري در سازه نيز تا 36% كاهش مي¬يابد. با توجه به تأثير چشمگير مهارهاي بازويي در بهبود عملكرد سازه و در نتيجه كاهش هزينه¬هاي ساخت، در اين مطالعه علاوه بر يافتن موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي، بهينه¬سازي مقاطع تيرها و ستون¬ها و همچنين ضخامت بهينه¬¬ي هسته¬ي ديوار برشي نيز انجام شده¬است. نتايج نشان مي¬دهد كه با نصب يك مهار بازويي در سازه سختي جانبي براي دو سازه با تعداد طبقات 80 و 100 به¬ترتيب حدوداً 43% و 38% نسبت به سازه بدون مهار بازويي كاهش داشته¬است؛ در حالي¬كه مقادير متناظر در حالت استفاده از چهار مهار بازويي به¬ترتيب برابر 85% و 77% مي¬باشد. با افزايش سختي جانبي سازه و توزيع بهتر لنگر خمشي بين اجزاي سازه هزينه¬ي كلي ساخت و لنگر خمشي هسته¬ي ديوار برشي نيز براي سازه با تعداد طبقات 80، به¬ترتيب تا 42% و 36% كاهش ¬داشته¬¬است؛ به¬طوري¬كه مقادير متناظر براي سازه با تعداد طبقات 100 نيز به¬ترتيب برابر 58% و 38% مي¬باشد. همچنين مقايسه¬ي سرعت همگرايي روش الگوريتم ژنتيك-گراديان نزولي با الگوريتم ژنتيك، عملكرد بهتر روش تركيبي ژنتيك-گراديان نزولي را نشان مي¬دهد. پس از يافتن موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي در سازه¬ها، طراحي بهينه¬ي آرايش ميلگردها با استفاده از روش بست¬وبند انجام شده¬است. پس از حل مسئله¬ي بهينه¬سازي و تعيين موقعيت و سختي بهينه¬ي مهارهاي بازويي در سازه¬ها، براي طراحي ميلگرد مهارهاي بازويي نياز است تا به سبب توزيع غيرخطي كرنش در آن¬ها، از روش¬هاي آناليز غيرخطي استفاده شود. اما به دليل پرهزينه بودن اين روش¬ها از روش مدل¬سازي بست¬وبند استفاده شده تا بتوان براي آناليز و طراحي نواحي گسسته از آن بهره برد. درواقع اساس اين روش شبيه¬سازي مسير نيرو در عضو با يك مدل خرپايي مي¬باشد كه با محاسبه¬ي نيروها در اعضاي فشاري و كششي خرپا بتوان به آرايش ميلگرد بهينه در عضو داراي گسستگي رسيد.
چكيده انگليسي :
As the number of high-rise buildings in the modern world continues to increase, more innovative methods for designing structures that can resist lateral loads are required. As a result, tubular structural systems were developed and are now found in the majority of modern high-rise structures. The presence of shear lag, however, is a fundamental problem in tube systems that causes them to perform inefficiently. There are a number of ways in which tube structures can be constructed to minimize the effects of shear lag, including the use of outrigger and belt walls systems. The emplacement of outriggers within these particular structural systems improves the distribution of forces and moments between the bearing elements of the structure, concurrently inducing a noteworthy reduction in the overall cost of construction. Aside from improving lateral stiffness and decreasing shear lag, outriggers and belt walls, can be improved to prevent various axial shortenings caused by time-dependent concrete deformations in high-rise concrete buildings. As a result, placing outriggers in their optimal position and stiffness in these systems can enhance the structural performance substantially. Thus, to achieve an optimally designed configuration of outriggers, it is required to find an appropriate method that suits the variables of the optimization problem. Considering Genetic algorithm’s shortcoming in local search, the present study employs the descent gradient and Hookejeeves methods in conjunction with Genetic algorithm to improve its local search capabilities. Furthermore, to increase the convergence velocity of the descent gradient technique and find the optimal value of the learning rate parameter, this research combines two methodologies naming bonding phase and golden section search methods and integrates them with the descent gradient approach. In parallel, recognizing the beneficial influence of outriggers on structural performance enhancement, consequently causing significant reductions in structural weight and cost, the optimization problem includes not only the optimal configuration of outriggers but also the incorporation of the optimization of beam and columns' sections and the optimal thickness of core shear wall. The findings for two models of 80 and 100 floors indicated that the introduction of an outrigger within the structural system, the lateral stiffness has increased by about 43% and 38% compared to that of a structure without an outrigger, respectively. This increment can be further magnified to 85% and 77% when four outriggers are incorporated. Consequently, after increasing the lateral stiffness structure and improving the bending moment distribution among the structural elements, the overall cost and bending moment of the core shear wall for 80 floors model experienced 55% and 36% reduction, respectively. The corresponding values for the 100 floors model is equal to 58% and 38%, respectively.
