طراحی بهینه سیستم‌های دیوار برشی ورق فولادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزله
پویا آرزومند لنگرودی
1
,
محمدرضا ادیب رمضانی
2
*
,
عطا حجت کاشانی
3
,
سعید فرخی زاده
4
1 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
4 - گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه: دیوار برشی, الگوریتم فراابتکاری, الگوریتم ژنتیک, طراحی بهینه, ارزیابی عملکردی,
چکیده مقاله :
سیستم دیوار برشی ورق فولادی از جمله سیستم‌های مناسب و کارآمد باربر جانبی است که با وجود مزایای رفتاری متعدد، روش‌های طراحی فعلی آن اغلب محافظه‌کارانه بوده و چالش‌های اقتصادی ایجاد می‌کنند. بنابراین، هدف اصلی این مطالعه شناسایی سازه‌هایی است که نه تنها از نظر ایمنی کارآمد باشند، بلکه از جنبه اقتصادی نیز مقرون‌به‌صرفه باشند. برای دستیابی به این سازه‌های مطلوب، از الگوریتم بهینه‌یابی ژنتیک استفاده می‌شود. در ابتدا با استفاده از نرم‌افزار OpenSees مدل عددی مناسبی ایجاد و صحت‌سنجی می‌گردد. در گام بعد، این مدل عددی به کد بهینه‌یابی توسعه‌یافته در MATLAB متصل می‌شود. این کد به طور مکرر با کنترل ضوابط طراحی، سطح مقطع ایده‌آلی را برای سازه‌هایی با تعداد طبقات 4، 8، 12 ایجاد می‌کند و سازه بهینه معرفی می‌شود. سپس مدل‌های بهینه به کمک تحلیل پوش‌آور از نظر رفتاری با مدل‌های طراحی شده به روش سعی و خطای آیین‌نامه‌ای مقایسه می‌‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که بهینه‌سازی منجر به کاهش وزن و بهبود عملکرد سازه‌ها شده و محافظه‌کاری در فرایند طراحی را کاهش می‌دهد.
The steel plate shear wall system is one of the most effective lateral load-resisting systems, offering significant behavioral advantages. However, existing design methods for this system are often overly conservative, leading to economic inefficiencies. This study aims to develop structural designs that ensure both effective safety and cost-efficiency. To achieve this, a genetic optimization algorithm is utilized. Initially, a numerical model is developed and validated using the OpenSees software. This model is then integrated with an optimization code implemented in MATLAB, which iteratively adjusts design parameters to determine optimal cross-sectional areas for 4-, 8-, and 12-story structures. These optimized designs are subsequently compared to conventionally designed models created through a trial-and-error approach. The findings demonstrate that optimization reduces structural weight, enhances performance, and mitigates the conservatism inherent in traditional design methods.
[1] Wang C, Xu LY, Song LH, Fan JS. Numerical study of steel plate shear walls with diverse construction configurations. Engineering Structures. 2023; 274: 115141.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115141.
[2] Darvishi H, Mofid M. Structural performance assessment of large unstiffened openings in steel plate shear walls. Engineering Structures. 2021; 247: 112966. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112966.
[3] Berman JW. Seismic behavior of code designed steel plate shear walls. Engineering Structures. 2011; 33(1): 230-244.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2010.10.015.
[4] Moghimi H, Driver Robert G. Performance-Based Capacity Design of Steel Plate Shear Walls. I: Development Principles. Journal of Structural Engineering. 2014; 140(12): 04014097.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001023.
[5] Jalali SA, Banazadeh M. Computer-based evaluation of design methods used for a steel plate shear wall system. The Structural Design of Tall and Special Buildings. 2016; 25(17): 904-925.
https://doi.org/10.1002/tal.1290.
[6] Arezoomand Langarudi P, Ebrahimnejad M. Numerical study of the behavior of bolted shear connectors in composite slabs with steel deck. Structures. 2020; 26: 501-515.
https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.04.037.
[7] Daryan AS, Salari M, Palizi S, Farhoudi N. Size and layout optimum design of frames with steel plate shear walls by metaheuristic optimization algorithms. Structures. 2023; 48: 657-668.
https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.11.118.
[8] Sabouri-Ghomi S, Sajjadi SRA. Experimental and theoretical studies of steel shear walls with and without stiffeners. Journal of Constructional Steel Research. 2012; 75: 152-159.
https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2012.03.018.
[9] Jalali SA, Banazadeh M. Development of a new deteriorating hysteresis model for seismic collapse assessment of thin steel plate shear walls. Thin-Walled Structures. 2016; 106: 244-257.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2016.05.008.
[10] Razavi SA, Siahpolo N, Adeli MM, Bahmani M, Mohebi SA, Barri B. Extension of Genetic Algorithm Relationships for Estimating the Global Ductility of EBFs under Near-fault Pulse-type Earthquake. Analysis of Structure and Earthquake. 2021; 18(3): 28-38.
https://doi.org/10.30495/civil.2021.686510.
[11] Karimi H, Kani IM. Finding the worst imperfection pattern in shallow lattice domes using genetic algorithms. Journal of Building Engineering. 2019; 23: 107-113.
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.01.018.