Optimum Design of Steel Frames Using Different Stochastic Techniques

ÇELİK ÇERÇEVELERİN FARKLI STOKASTİK YÖNTEMLER KULLANILARAK OPTİMUM BOYUTLANDIRILMASI

Abstract

In this study, three different optimum design algorithms including Hunting Search, Particle Swarm and Big Bang - Big Crunch techniques of rigid steel frames are presented. Hunting Search optimization algorithm is developed by inspiring group hunting of animals such as wolf, lion and dolphin. Animals (predators) in the group circle their hunts and catch them in the end. Predators do not stand towards wind not to felt their smells by prey animals. Each of these predators constitutes a solution for a structural optimization problem. Particle Swarm optimization algorithm technique is developed by inspiring flock animals such as birds, fishes and insects. Each animal in the flock (particle) arranges its position according to other particles in the flock and its previous position. This process continues until reaching the target. Big Bang – Big Crunch optimization algorithm is inspired by the big bang and big crunch hypothesis of the universe. A unique point which is called as Center point or center of mass is generated in the Big Bang phase. In the scope of the algorithm, new candidates are determined around the center of mass, suitability of them is calculated and the best one among them is selected. Inthis study, optimum sizing of three steel frames (three storey- three bay, five storey- three bay, seven storey- three bay rigid steel frames) by considering minimum weight values is performed by using these algorithms. Designs are carried out in accordance with the principles in LFRD-AISC (Load and Resistance Factor Design - American Institute of Steel Construction). Besides, three techniques are compared to each other, the particle swarm algorithm showed better performance than the others in terms of finding the best results in two examples, hunting search algorithm also followed it. The results of the technique in which the least weight is calculated is taken into consideration and the displacement analysis of the frames are made under loading by SAP2000 analysis program. Finally, peak point lateral displacements are determined and interpretations are made.

Özet

Bu çalışmada rijit çelik çerçevelerin Av Arama, Parçacık Sürü ve Büyük Patlama - Büyük Çöküşoptimizasyon yöntemlerini temel alan üç farklı optimum tasarım algoritması sunulmuştur. Av Aramaoptimizasyon algoritması kurt, aslan, yunus gibi hayvanların grupça avlanmalarından esinlenilerekgeliştirilmiştir. Grupta yer alan hayvanlar (avcılar) avlarını bir daire içine alır ve yakalarlar. Avcılar,kokularının av tarafından hissedilmemesi için rüzgâra doğru durmazlar. Bu avcılardan her birisi yapısalbir optimizasyon problemi için aday bir çözüm oluşturur. Parçacık Sürü optimizasyon algoritması sürühalinde hareket eden kuş, balık ve böceklerden esinlenerek geliştirilmiş bir yöntemdir. Sürüdeki herhayvan (parçacık) kendi konumunu sürüde bulunan diğer parçacıklara ve kendisinin bir öncekikonumuna göre düzenler. Hedefe ulaşıncaya kadar bu süreç devam eder. Büyük Patlama – Büyük Çöküşoptimizasyon algoritması evrenin büyük patlama ve büyük çöküş hipotezinden esinlenilmiştir. BüyükPatlama evresinde Merkez Noktası ya da Kütle Merkezi olarak adlandırılan benzersiz bir noktaüretilmektedir. Algoritma kapsamında Kütle Merkezi yakınlarında yeni adaylar belirlenir, uygunluklarıhesaplanır ve içlerinden en iyisi seçilir. Çalışma kapsamında üç katlı üç açıklıklı, beş katlı üç açıklıklı veyedi katlı üç açıklıklı olmak üzere üç adet çelik çerçevenin bu algoritmalar ile en küçük ağırlıklarıbulunacak şekilde optimum boyutlandırılmaları yapılmıştır. Boyutlandırma yapılırken LRFD-AISC (Yükve Dayanım Katsayılarıyla Tasarım (YDKT)) yönetmeliğindeki sınırlayıcıların sağlanması hedeflenmiştir.Ayrıca, üç teknik birbiriyle kıyaslanmış, Parçacık Sürü algoritması 2 örnekte en iyi sonucu bulmasıaçısından diğerlerine kıyasla daha iyi bir performans sergilemiş, Av Arama algoritması da onu takipetmiştir. Her örnek için en küçük ağırlığı bulan tekniğin sonuçları baz alınarak çerçevelerin SAP2000analiz programı ile yük altında deplasman analizleri yapılmıştır. Son olarak, çerçevelerin en üst kat yanaldeplasmanları belirlenmiş ve yorumlarda bulunulmuştur.