بررسي آناليز ديناميكي و استاتيكي در طرح بهينه قاب‌هاي فولادي با استفاده از الگوريتم ژنتيك

Investigating of Spectral Dynamic Analysis and Equivalent Static Analysis in Optimal Design of Steel Frames using Genetic Algorithm

الگوريتم ژنتيك يكي از پركاربردترين الگوريتم‌هاي جستجوي تصادفي براي يافتن جواب بهينه در مسائل قاب‌هاي ساختماني چند طبقه مي‌باشد. در مقاله حاضر وزن بهينه قاب‌هاي چند طبقه فولادي تحت آناليزهاي ديناميكي طيفي و آناليز استاتيكي معادل با استفاده از الگوريتم ژنتيك تعيين شده است و تاثير آناليز‌هاي دينامكي طيفي و استاتيكي معادل در مقدار وزن بهينه قاب مورد بررسي قرار گرفته است. طراحي اعضاي قاب بر اساس روش LRFD و منطبق با آيين‌نامه AISC360-16 و AISC341-16 انجام گرفته است. همچنين در آناليز ديناميكي طيفي، مودهاي موثر قاب بر اساس آيين‌نامه ASCE 7-16 تعيين و نيروهاي داخلي اعضا بر اين اساس تعيين شده اند. آناليز و بهينه‌سازي قاب با استفاده از برنامه نوشته شده با زبان برنامه‌نويسي متلب (MATLAB) انجام گرفته است. همچنين از سه نوع انتخاب تصادفي، انتخاب بر اساس شايستگي و انتخاب رقابتي جهت انتخاب مقاطع و سه الگوي تركيب مختلف شامل تركيب تك نقطه‌اي، دو نقطه‌اي و پيوسته به صورت همزمان استفاده شده است. نتايج حاصل نشان مي‌دهد استفاده همزمان از سه نوع تركيب و سه نوع انتخاب منجر به همگرايي سريع‌تر به جواب بهينه مي‌شود. همچنين با افزايش مقدار بار وارد بر قاب، اختلاف بين وزن بهينه حاصل از دو نوع آناليز افزايش مي‌يابد و با افزايش تعداد طبقات، آناليز طيفي در بارهاي كمتر وزن بهينه كمتري را نسبت به آناليز استاتيكي معادل مي‌دهد، اما با افزايش بار، آناليز استاتيكي معادل وزن كمتري را به دست مي‌دهد كه نشان دهنده اهميت آناليز ديناميكي طيفي در طرح بهينه قاب‌هاي بلند مرتبه مي‌باشد.

Genetic algorithm (GA) is one of the meta-heuristic optimization algorithms. In this paper, the effects of spectral dynamic and equivalent static analysis methods on the calculated optimum weight of the frame are investigated by the means of GA. In the equivalent static analysis, the applied lateral load and design constraints are considered according to ASCE and LRFD-AISC specifications. The internal forces of the frame members are calculated using finite element method. Analysis and optimization of the frame are performed using a program written in MATLAB programming language. Three types of selection including stochastic selection, tournament selection, and ranking selection as well as three different types of crossover, single point, two-point, and continuous crossover are utilized in this study. Moreover, a comparison between equivalent static analysis and spectral dynamic analysis is presented. The results indicate that the difference between the optimum weight of the structure analyzed by spectral dynamic and equivalent static methods increases as the applied load is increased