Dairesel boşluklu kirişlere sahip 
çelik çerçevelerin optimum boyutlandırılması
Optimum design of steel frames with cellular beams
Yazar: AYBİKE ÖZYÜKSEL ÇİFTÇİOĞLU
Danışman: DOÇ. ERKAN DOĞAN
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada dairesel boşluklu, hücresel kirişlere sahip çelik çerçevelerin ağırlık optimizasyonu yapılmıştır. Ayrıca elde edilen optimum yapı sisteminin sonlu elemanlar analizi yapılarak yük altındaki davranışı araştırılmıştır. Optimum yapı sistemi tasarımı, LRFD-AISC (Yük ve Direnç Faktörü Tasarımı - Amerikan Çelik Konstrüksiyon Enstitüsü)'de öngörülen hükümler doğrultusunda gerçekleştirilmiş olup tasarım kriterleri (sınırlayıcılar) olarak dairesel boşluklu kirişlerin optimizasyonunda kullanılan sınırlayıcılar ile çelik çerçeve optimizasyonunda kullanılan sınırlayıcılar kombine edilmiş ve optimum boyutlandırma algoritması yapılırken bütün bu sınırlayıcıların sağlanması hedeflenmiştir.

Av arama optimizasyon tekniği, hayvanların (aslanlar, kurtlar, yunuslar vb.)  grupça avlanmalarından esinlenerek geliştirilen bir optimizasyon yöntemidir. Bu çalışmada geliştirilen optimum tasarım algoritmasında av arama optimizasyon tekniği kullanılmıştır. Bu hayvanların her birinin farklı bir avlanma yöntemi olsa da genelde grup olarak hareket ederler. Bir kurban seçerler. Kurbanı bir çember içine alıp yakalayana kadar pozisyonlarını kendi pozisyonlarına ve grubun diğer üyelerinin pozisyonuna göre güncellerler. Çemberi daraltarak kurbanlarını yakalamaya çalışırlar. Eğer kurban çemberden kaçarsa, onu tekrar çembere almak için grupça yeniden organize olurlar. Bu çalışmada av arama optimizasyon tekniği, daha etkin kullanılabilme adına yeniden formülize edilmiş ve bu sayede optimum yapı sistemi elde edilmiştir.

Çelik çerçeve tasarım değişkenleri (çerçeve çubuklarının çelik profil kesitleri) olarak hazır standart kesitler kullanılmıştır. Tasarım algoritması, çerçeve elemanları için seçilen ayrık kümeyi LRFD-AISC'de verilen 272 W kesitin tamamı olarak kabul eder. Çalışmada çelik çerçeve kirişleri hücresel kiriş olarak tasarlanmıştır. Bu nedenle hücresel kirişlerin boşluk çapı ve boşluk sayısı değerleri de tasarım değişkenleri olarak optimum tasarım problemine dahil edilmiştir. Hücresel kirişlerde bulunan dairesel boşluklar tüm kiriş ağırlığını azaltırken kiriş yüksekliğini, atalet momentini ve mukavemet momentini arttırmakta, dolayısı ile tüm çerçeve ağırlığı azaltılmaktadır.

Abstract:
In this study, weight optimization of steel frames with cellular beams is carried out. Besides, the behavior of optimum structural system under external loads was investigated by use of finite element analysis. Design constraints of optimum structural systems are implemented from the LRFD-AISC. As a design criterion, the constraints used in the optimization of circular hollow beams and the constraints used in steel frame optimization were combined during the optimization process.

Hunting search optimization technique is an optimization method inspired by group hunting of animals (lions, wolves, dolphins etc.). In this study hunting search optimization method is used to develop the optimum design algorithm. Although each of these animals has a different hunting method, they usually all act in a group. They choose a prey. They encircle the prey and each member of the group corrects its position based on its own position and the position of other members until they catch the prey. They narrow down the ring and try to catch their prey. If a prey escapes from the ring, hunters reorganize the group to take it back to the ring. In this study, the hunting search optimization technique is reformulated to use more effectively and thus the optimum structure system is obtained.
 
Standard sections are used as steel frame design variables (steel profile sections of frame members). The design algorithm considers the discrete set selected for the frame elements as the complete set of 272 W-sections as given in LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design, American Institute of Steel Construction). In the study steel frame's beams are designed as cellular beams. Therefore, number and diameter of the cellular beam holes are included in the optimum design problems as design variables. The circular holes in the cellular beams increase the overall beam depth, moment of inertia and section modules of the original rolled beam, while reducing the overall beam weight. Thus the overall frame weight is reduced.