امروزه با توسعه ی روز افزون صنایع ساخت و ساز، طراحی بهینه ی سازه ها با توجه به اهمیت زیاد مسائل اقتصادی در ساخت سازه ها، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در بهینه سازی سازه ها، باید سازه را به گونه ای طراحی کنیم که هم از نظر اجرایی و عملکردی مناسب باشند و هم کمترین هزینه را نیز در بر بگیرند. بهینه سازی سازه ها شامل بهینه سازی شکل، اندازه و توپولوژی می گردد.

روند بهینه سازی سازه ها با سعی و خطا همراه است. در این راستا ابتدا عملکرد هدف و متغیرها جهت بهینه سازی مشخص می گردد و سپس با توجه به متغیرها و قیدهای موجود، عملیات بهینه سازی انجام می گیرد. پس از یافتن پاسخ کمینه، کنترل های لازم صورت می گیرد.

روش های بهینه سازی

در حال حاضر روش های مختلفی جهت بهینه سازی سازه ها وجود دارد. اما استفاده از برخی از این روش ها جهت بهینه سازی سازه ها، در شرایط واقعی و در سازه های پیچیده به اندازه کافی قدرتمند نمی باشد. در طبقه بندی شکل زیر و ادامه متن، برخی از روش های مؤثر و مورد استفاده جهت بهینه سازی سازه ها ارائه شده است.

1) تحلیل غیر خطی ترک خوردگی

آیین نامه ی طراحی سازه های بتنی ضرایبی را جهت در نظر گیری ترک خوردگی اعضا و کاهش سختی اعضا در نظر می گیرد، که این امر در برخی موارد حاشیه اطمینان طراحی را افزایش می دهد و موجب می شود که طراحی سازه از حالت بهینه فاصله بگیرد. در روش تحلیل غیر خطی ترک خوردگی، ضریب کاهش سختی اعضای مختلف با توجه به مشخصات آن ها محاسبه می شود و از مقادیر محاسبه شده جهت تحلیل و طراحی سازه ها استفاده می گردد. این ضرایب طراحی را به واقعیت نزدیک تر نموده و فرآیند بهینه سازی را تسریع می بخشد.

2) تحلیل اندرکنش خاک و سازه

معمولا در طراحی لرزه ای سازه ها عملکرد بین خاک و سازه در نظر گرفته نمی شود. اما به طور کلی عملکرد یک سازه در برابر نیروهای مختلف به عملکرد سه جزء مرتبط با یکدیگر شامل اسکلت سازه، فونداسیون و خاک زیر فونداسیون مربوط می گردد. در روش تحلیل اندرکنش خاک و سازه SSI) Soil-Structure Interaction) اندرکنش عملکرد هر سه جزء در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله در نظر گرفته می شود و این امر موجب بهینه تر شدن مقاطع می گردد. تأثیر حرکت خاک در تحلیل اندرکنش خاک و سازه به دو عامل بستگی دارد:

• بزرگی نیروی وارده
• انعطاف پذیری و مشخصات خاک

در توضیح مورد اول می توان گفت تأثیرات اندرکنش خاک و سازه بیشتر در سازه های سنگین مورد توجه می باشد. در مورد تأثیر مشخصات خاک نیز می توان گفت که اندرکنش خاک و سازه در خاک های نرم تر (خاک هایی که سرعت امواج برشی در آن ها کمتر از 300 متر بر ثانیه است) تأثیرگذارتر می باشد.

3) کاهش نیروهای اضافه و نامنظمی سازه

نامنظمی سازه باعث می شود که مرکز جرم و مرکز سختی از یکدیگر فاصله بگیرند. افزایش این فاصله منجر به افزایش لنگر پیچشی ناشی از نیروی زلزله می گردد. این امر منجر به اعمال نیروهای بیشتری به سازه می شود. بنابر این برای بهینه تر شدن طراحی لازم است تا حد ممکن از نامنظمی سازه جلوگیری گردد و با توزیع مناسب سختی اجزاء، مراکز جرم و سختی به یکدیگر نزدیک شوند. علاوه بر این، طراحی فونداسیون ها باید به گونه ای انجام گیرد که نیروهای وارد بر پی منجر به ایجاد لنگر خمشی و نیروهای اضافه نگردند.

4) تحلیل تاریخچه زمانی

به طور کلی استفاده از تحلیل های دینامیکی در راستای طراحی بهینه سازه ها عمل می کند. در این روش رفتار سازه ها به رفتار واقعی آن ها نزدیک تر می باشد. تحلیل تاریخچه زمانی نیز جهت پیدا کردن پاسخ دینامیکی یک سازه به بارهای لرزه ای مورد استفاده قرار می گیرد. این تحلیل به دو صورت خطی و غیر خطی می باشد. در این روش معادلات تعادل وابسته به زمان با روش های مختلف حل می گردند.

5) سبک سازی سازه

گاهی سبک سازی ساختمان ها به روش های مختلف مانند استفاده از مصالح سبک از قبیل فولاد های کم آلیاژ با مقاومت بالا، خود راه حلی جهت بهینه سازی سازه ها می باشد. با کاهش وزن سازه ی مورد نظر، علاوه بر کاهش نیروی ثقلی وارد به سازه، نیروی زلزله نیز به علت وابسته بودن به وزن سازه، کاهش پیدا می کند و این امر در راستای بهینه سازی سازه ها عمل می کند.

6) الگوریتم ها و روش های کلاسیک

در این روش با استفاده از الگوریتم های مختلف مناسب ترین مقاطع سازه ای انتخاب می گردد. این روش برای مسائلی که پیچیدگی زیادی ندارند استفاده می شود. در این روش از الگوریتم های مختلفی مانند الگوریتم های کلونی مورچه ها، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم جامعه پرندگان و الگوریتم های ترکیبی، جهت بهینه سازی استفاده می گردد. استفاده از الگوریتم ها نیازمند محاسبات ریاضی و برنامه های کامپیوتری می باشد.

علاوه بر موارد ذکر شده فوق برخی از راهکارهای جانبی نیز می تواند در بهینه سازی سازه های فولادی و بتنی مؤثر باشند. از جمله راهکارهای مؤثر عبارتند از:

• استفاده از پلان های دارای انحنا به جای پلان های گوشه دار در سازه های بلند مرتبه موجب کاهش نیروی ناشی از وزش باد بر سازه می گردد.
• استفاده از اتصالات جوشی مناسب به جای استفاده از اتصالات پیچی موجب کاهش حدود 10 درصد وزن سازه های فولادی می گردد.
• استفاده از اجزای غیر سازه ای سبک در سازه ها موجب کاهش وزن سازه و دستیابی به مقاطع بهینه تر در اعضای سازه ای می گردد.
• استفاده از فولادهای پر مقاومت نیاز به مصرف سخت کننده ها را در سازه های اسکلت فولادی کاهش می دهد.
• استفاده از مقاطع کامپوزیتی بتن و فولاد، به صورتی که از ویژگی های هر دو ماده به شکل مناسبی استفاده گردد نیز می تواند در راستای بهینه سازی سازه ها مؤثر باشد.

با توجه به اهمیت بهینه سازی در سازه ها، شرکت مهندسی آساکو با در اختیار داشتن متخصصین با سطح علمی بالا، دانش به روز و تجارب متعدد و موفق، در راستای طراحی بهینه ی سازه های مختلف فعالیت نموده و آماده ارائه خدمات در این زمینه به کارفرمایان محترم می باشد.