Çerçeveli betonarme yapıların tasarımında beton sınıfının genetik algoritma ile maliyet optimizasyonu
Cost optimization of concrete grade in design of reinforced concrete frame structures by genetic algorithm
Yazar: ÖMER ALDEMİR
Danışman: PROF. DR. ABDUSSAMET ARSLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme = Reinforced concrete ; Betonarme çerçeve = Reinforced concrete frame ; Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Betonarme yapıların tasarımında beton sınıfının ve kesit boyutlarının seçimi çoğunlukla geçmişten bugüne süregelmiş mühendislik alışkanlıklarına dayanmaktadır. Bu yaklaşım güvenli yapıların tasarlanması hususunda bir engel teşkil etmemesine rağmen yapılan seçimler çoğu zaman maliyet açısından optimum sonuçlara rast gelmemektedir. Optimum çözümün tespit edilmesi, aday çözüm kümesinde yapılacak kapsamlı bir araştırma ile mümkün olmaktadır. Betonarme yapılar gibi çok fazla tasarım değişkeninin olduğu problemlerde bu inceleme önemli bir iş gücü gerektirmektedir. Bu nedenle optimum maliyete karşılık gelen emniyetli tasarımlar klasik tasarım yaklaşımları ile mümkün olmamaktadır. Zaman içerisinde bilgisayar teknolojisinde yaşanan gelişmeler, betonarme yapıların tasarımında klasik yaklaşımlara muadil çeşitli optimum tasarım yöntemlerinin geliştirilmesine imkân sağlamıştır. Sunulan tez çalışmasında Genetik Algoritma yöntemi kullanılarak betonarme yapıların maliyet optimizasyonu üzerine bir tasarım algoritması geliştirilmiştir. Hazırlanan algoritmanın girdisi olarak ele alınan yapısal analiz prosedürü SAP2000 OAPI ile gerçekleştirilmiştir. Böylece önerilen optimizasyon algoritmasının, geçerliliği genel kabul görmüş olan SAP 2000 yazılımının modelleme imkanlarına sahip olması sağlanmıştır. Daha sonra hazırlanan optimizasyon algoritması kullanılarak 112 binadan oluşan sayısal bir çalışma yapılarak beton basınç dayanımının optimum maliyet üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Yapılan araştırmalar sonucunda optimum maliyeti en küçük yapan beton sınıfı ile dikkate alınan deprem kuvvetleri arasında anlamlı bir ilişkiye rastlanılmıştır. Sayısal analizlerden elde edilen istatistiksel veriler kullanılarak betonarme yapıların ön tasarımında beton sınıfının belirlenmesine dair yaklaşık bir yöntem önerilmiştir.

Abstract:
The selection of concrete grade and section dimensions in the design of reinforced concrete structures is mostly based on engineering habits that come from the past to present. Although this approach does not constitute an obstacle to the design of safe structures, the choices made often do not coincide with optimum results in terms of cost. The determination of the optimum solution is possible with a comprehensive search on the candidate solution set. In problems with many design variables, such as reinforced concrete structures, this examination requires a significant workforce. Therefore, safe designs corresponding to optimum cost are not possible with classical design approaches. Developments in computer technology over time have enabled the development of various optimum design methods as an alternative to classical approaches in the design of reinforced concrete structures. In the presented thesis, a design algorithm on cost optimization of reinforced concrete structures was developed using the Genetic Algorithm method. The structural analysis procedure, which is considered as the input of the prepared algorithm, was carried out with SAP2000 OAPI. Thus, it has been ensured that the proposed optimization algorithm has the modeling capabilities of well-known structural FEM software SAP 2000. Then, using the optimization algorithm prepared, a numerical study consisting of 112 buildings was made and the effects of concrete compressive strength on the optimum cost were examined. As a result of the research, a significant relationship was found between the optimum concrete grade and the earthquake forces considered. An approximate method for determining the concrete class in the preliminary design of reinforced concrete structures has been proposed using statistical data obtained from numerical analyses.