طراحي بهينه برج‌هاي خنك‌كننده فولادي تحت بارگذاري باد و زلزله

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

با نظر به پيشرفت تكنولوژي و افزايش تقاضاي مصرف انرژي، در عين الزام به در نظر گرفتن ملاحظات زيست محيطي و اقتصادي، نياز به بهينه‌سازي سازه برج خنك‌كننده بيش از پيش احساس مي‌شود. با آنكه در سال‌هاي اخير تحقيقاتي بر روي بهينه‌سازي برج‌هاي خنك‌كننده بتني صورت گرفته است، اما تاكنون بهينه‌سازي برج‌هاي خنك‌كننده فولادي با در نظر گرفتن اثر بارهاي جانبي باد و زلزله انجام نشده است. در اين پژوهش، برج‌هاي خنك‌كننده فولادي با ارتفاع‌هاي مختلف و با فرض استفاده از دو نوع مقطع قوطي و لوله‌اي، توسط الگوريتم ژنتيك كه الگوريتم كارآمد و محبوبي در امر بهينه‌سازي محسوب مي‌شود، طراحي و بهينه‌سازي مي‌شوند. پارامترهايي كه در طراحي بهينه اين سازه‌ها مد نظر است عبارتند از: محدوديت‌هاي تنش محوري، محدوديت‌هاي جابه‌جايي نسبي گره‌ها، محدوديت لاغري و كمانشي اعضا و همچنين وزن سازه كه به عنوان تابع هدف در الگوريتم بهينه‌سازي فرض شده است. اين محدوديت‌ها مطابق الزامات مبحث دهم مقررات ملي ساختمان در نظر گرفته شده‌اند. ضمنا اين سازه‌ها تحت اثر همزمان بارهاي ثقلي و حرارتي و بارهاي جانبي باد و زلزله كه به صورت مجزا به سازه اعمال مي‌گردد، هستند. در اين پژوهش، بارگذاري باد يك‌بار مطابق مبحث ششم مقررات ملي ساختمان و به دو صورت استاتيكي و ديناميكي و يكبار مطابق آيين نامه VGB آلمان به صورت ديناميكي انجام شده است. بار زلزله نيز به صورت تاريخچه زماني خطي و طبق الزامات استاندارد 2800 تحت دو مجموعه ركورد هفت‌تايي از حوزه دور و نزديك اعمال شده است. به منظور مدل‌سازي و تحليل سازه‌هاي مذكور، به ترتيب از برنامه‌هاي ايتبس و اوپن‌سيز كه نرم‌افزارهاي قدرتمندي محسوب مي‌شوند، استفاده شده است. سپس توسط نرم‌افزار متلب با استفاده از خروجي‌هاي تحليل بدست آمده از نرم‌افزار اوپن‌سيز، طراحي و بهينه‌سازي انجام مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه با توجه به اينكه مبحث ششم مقررات ملي ساختمان مكش داخلي را در محاسبات در نظر نمي‌گيرد، بارگذاري طبق الزامات اين آيين‌نامه به نسبت آيين‌نامه VGB وزن نهايي بيشتري را بدست مي‌دهد. نتايج همچنين نشان داد كه در حالت استفاده از مقاطع قوطي نسبت به حالت استفاده از مقاطع لوله، به وزن نهايي كمتري منجر مي‌شود. در انتها، با توجه به ارتفاع بالاي سازه و در نتيجه زياد بودن سطح جانبي آن، همچنين به علت فرض قرار داشتن سازه‌هاي مورد بررسي در اصفهان با خطر لرزه‌خيزي متوسط، بارگذاري باد نسبت به بارگذاري لرزه‌اي تحت مجموعه ركوردهاي زلزله دور و نزديك با اختلاف وزن نهايي بهينه حدود 4 درصد براي سازه 100 متري و 8 درصد براي سازه 130 متري، تاثير بيشتري داشته است. اين درحالي است كه ركوردهاي زلزله نزديك به جهت ماهيت فركانسي خود و سرعت بالاي موج زلزله كه منجر به تغيير شكل‌هاي بزرگتر مي‌گردد، به وزن نهايي بيشتري نسبت به ركوردهاي دور منجر شده اند.

216425

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

فرهاد بهنام‌فر، طاها بخشپوري