کاربرد الگوریتم‌های هوش مصنوعی در طراحی لرز‌ه‌ای بهینه سازه‌های فولادی براساس مبحث 10 مقرارت ملی ساختمان

کیانی, مجید; رهگذار, آوش

کاربرد الگوریتم‌های هوش مصنوعی در طراحی لرز‌ه‌ای بهینه سازه‌های فولادی براساس مبحث 10 مقرارت ملی ساختمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

² دانشجوی دکتری دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

پژوهش حاضر، قصد دارد با استفاده از محاسبات هوش مصنوعی، الگوریتمی ارائه نماید تا در حالی که وزن سازه را حداقل می‌کند، تمامی قیودات آیین‌نامه‌های مبحث 6، مبحث 10 و استاندارد 2800 مقررات ملی ساختمان را ارضا کند. در پژوهش‌های پیشین کنترل قیود و طراحی بهینه قاب‌های خمشی فولادی بصورت دو بعدی و فقط با الگوریتم های قدیمی‌تر انجام شده بود. از مهم‌ترین کارهای این پژوهش تکمیل قیود جدید آیین‌نامه‌ای برای کنترل تمام قیود و طراحی بهینه انواع پرکاربرد سازه‌های فولادی کوتاه و میان‌مرتبه می‌باشد. کلیه قیود و کنترل‌های آیین‌نامه‌ای لازم برای سه نوع سازه فولادی اصلی پر کاربرد کشور نظیر: 1) قاب‌های مهاربندی و 2) قاب‌های دارای دیوار برشی 3) قاب‌های خمشی دوگانه با دیوار برشی پیاده‌سازی شده است. در نهایت نتایج این الگوریتم با پروژه بیمارستان الزهرا تبریز صحت‌سنجی گردید. از نتایج ارزشمند کار راحت کردن فرایند کنترل و طراحی ایمن ساختمان اسکلت فلزی با ارائه یک پنل گرافیکی ورودی مدل و نمایش تمام خروجی های مهم سازه در قالب متن و نمودار می باشد. فرآیند کار به صورت هوشمند برنامه ریزی شده تا فقط با ورودی یک فایل ETABS استاندارد به الگوریتم روند طراحی لرزه‌ای بهینه بصورت خودکار انجام شود. در فایل ETABS مقاطع تعریف شده برای هر گروه طراحی ستون، تیر، مهاربند و دیوار به صورت لیستی از مقاطع قابل استفاده تعریف شده است تا الگوریتم هوش مصنوعی بهترین آرایش آن را انتخاب بکند. برای سه مثال سازه‌ای و پروژه بیمارستان الزهرا تبریز نشان داده شد که در کنار ایمن سازی طراحی می‌توان صرفه جویی قابل توجهی در حدود 11 تا 30 درصد از وزن فولاد با ارزش کشور داشت که رسیدن به این نتایج برای کامپیوتر بدون استفاده از هوش مصنوعی چندین سال طول می‌کشید.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1402.14.3.7.1

عنوان مقاله [English]

Application of Artificial Intelligence in the Optimal Seismic Design of Steel Structures Based on the Iran Mabhas-10 Regulations

نویسندگان [English]

majid kiani ¹
Avash Rahgozaar ²

¹ Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran.

² PhD graduate, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Researcher at Khatam Al-Anbia Construction Research Institute., Tehran, Iran.

چکیده [English]

The current research aims to provide an algorithm using artificial intelligence calculations to satisfy all the regulations of Mabhas-6, Mabhas-10, and standard 2800 of the national building regulations while minimizing the weight of the structure. In previous research, the control of constraints and the optimal design of steel moment frames were done in two dimensions and only with older algorithms. One of the most important tasks of this research is the completion of the new restrictions of regulations to control all the restrictions and optimal design of the widely used types of short and intermediate steel structures. All the regulations and controls necessary for the three main types of steel structures widely used in the country, such as 1) braced frames and 2) frames with shear walls, and 3) a dual system of moment frames and shear walls, have been implemented. Finally, the results of this algorithm were validated with a Tabriz hospital project. One of the valuable results of the work is to facilitate the safe design and control process of the steel buildings by providing a graphic panel of the model input and displaying all the essential outputs of the structure in the form of text and diagrams. The work process is intelligently programmed to be performed automatically by just inputting a standard ETABS file into the optimal seismic design process algorithm. In the ETABS file, each design group (e.g., columns, beams, braces, and walls) is defined as a list of usable sections so that the artificial intelligence algorithm can choose the best arrangement. For the three structural examples and the hospital project, we showed that in addition to design safety, significant savings between 11 to 30 percent could be made on the total steel weight, which would take several years to achieve these results for a computer without the use of artificial intelligence.

کلیدواژه‌ها [English]

Artificial Intelligence
Genetic Algorithm
Bird Algorithm
Optimal Seismic Design
Steel Structures
Automatic Intelligence

مراجع

[1] M. R. Hasani Ahangar and A. Moghaddasi “The Study and Introducing Artificial Intelligence Algorithm to Solve OptimizationIssues: Application, Advantages and Disadvantages”, Passive Defense Quarterly. 2014 Jan 12;4(3):13-24. (In Persian).

[2] S. Rajasekaran and G. A. V. Pai, Neural networks, fuzzy logic and genetic algorithm: synthesis and applications. PHI Learning Pvt. Ltd., 2003.

[3] B. Choudhury and R. M. Jha, “Soft Computing Techniques,” in Soft Computing in Electromagnetics, Cambridge University Press, 2016, pp. 9–44.

[4] H. S. Park and C. W. Sung, “Optimization of steel structures using distributed simulated annealing algorithm on a cluster of personal computers,” Comput. Struct., vol. 80, no. 14–15, pp. 1305–1316, 2002.

[5] S. Gholizadeh and O. A. Samavati, “Structural optimization by wavelet transforms and neural networks,” Appl. Math. Model., vol. 35, no. 2, pp. 915–929, 2011.

[6] A. Kaveh and S. Talatahari, “Charged system search for optimal design of frame structures,” Appl. Soft Comput., vol. 12, no. 1, pp. 382–393, 2012.

[7] R. Alberdi and K. Khandelwal, “Comparison of robustness of metaheuristic algorithms for steel frame optimization,” Eng. Struct., vol. 102, pp. 40–60, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.08.012.

[8] A. Kaveh, M. H. Ghafari, and Y. Gholipour, “Optimal seismic design of 3D steel moment frames: different ductility types,” Struct. Multidiscip. Optim., vol. 56, no. 6, pp. 1353–1368, 2017.

[9] A. Kaveh, M. Z. Kabir, and M. Bohlool, “Optimum design of three-dimensional steel frames with prismatic and non-prismatic elements,” Eng. Comput., pp. 1–17, 2019.

[10] M. Sarcheshmehpour, H. E. Estekanchi, and H. Moosavian, “Optimum seismic design of steel framed-tube and tube-in-tube tall buildings,” Struct. Des. Tall Spec. Build., vol. 29, no. 14, 2020, doi: 10.1002/tal.1782.

[11] S. A. Mirfarhadi, H. E. Estekanchi, and M. Sarcheshmehpour, “On optimal proportions of structural member cross-sections to achieve best seismic performance using value based seismic design approach,” Eng. Struct., vol. 231, 2021, doi: 10.1016/j.engstruct.2020.111751.

[12] A. Ghasemof, M. Mirtaheri, R. Karami Mohammadi, and M. R. Mashayekhi, “Multi-objective optimal design of steel MRF buildings based on life-cycle cost using a swift algorithm,” Structures, vol. 34, 2021, doi: 10.1016/j.istruc.2021.09.088.

[13] Office of National Building Regulations, “Topic 6: Loads on Buildings”, Iran Development Publishing House, Housing and Construction Deputy, Ministry of Roads and Urban Development, Tehran, Iran, 2018. (In Persian).”

[14] Office of National Building Regulations, “Topic 10: Design and Implementation of Steel Buildings”, Iran Development Publishing House, Housing and Construction Deputy, Ministry of Roads and Urban Development, Tehran, Iran, 2022. (in Persian).

[15] Bureau of National Building Regulations, “Standard 2800: Design Code of Buildings Against Earthquake”, 4th Edition, Iran Development Publishing House, Ministry of Roads and Urban Development, Tehran, Iran, 2014. (in Persian).

[16] Office of National Construction Regulations, “Topic 9: Design and Implementation of Reinforced Concrete Buildings”, Iran Development Publishing House, Housing and Construction, Ministry of Roads and Urban Development, Tehran, Iran, 2020. (In Persian).