بهینه سازی بدین معناست که بهترین نتیجه ممکن با در نظر گرفتن محدودیت‌های موجود حاصل شود. در طول عمر یک پروژه عمرانی بهینه سازی می‌تواند در فازهای مختلفی چون طراحی، ساخت، بهره‌برداری و تعمیرات استفاده شود. یکی از بخش‌هایی که مقالات علمی به آن علاقه زیادی دارند، "بهینه سازی طراحی سازه" می‌باشد. منظور از بهینه سازی طراحی سازه آن است که بهترین شیوه چیدمان المان‌های سازه مشخص شود تا مقدار تابع هزینه در نظر گرفته شده به حداقل مقدار ممکن برسد.
انواع بهینه سازی
بهینه سازی طراحی سازه می‌تواند به 4 بخش زیر تقسیم شود:
- بهینه سازی ابعاد: هدف از این نوع بهینه سازی آن است که مقاطع المان‌های سازه‌ای به حداقل مقدار خود برسند، در حالی که محدودیت‌هایی که برای ایمنی سازه توسط آیین‌نامه‌ها مشخص شده‌اند نیز رعایت شود.
- بهینه سازی پیکربندی: هدف از این نوع بهینه سازی آن است که مختصات گره‌ها به نحوی مشخص شوند که هم قیدهای مشخص شده رعایت شوند و هم تابع هزینه حداقل شود.
- بهینه سازی توپولوژی: هدف از این نوع بهینه سازی آن است که شیوه اتصال اعضای سازه به یکدیگر بگونه‌ای طراحی شود که تا حد ممکن اعضای غیرضروری موجود حذف شوند.
- بهینه سازی چند هدفه: در این نوع بهینه سازی دو یا چند هدف از اهدافی که در بخش های بالاتر ذکر شد در نظر گرفته می‌شود تا نتایج بهتری حاصل شود.
اولین تحقیقاتی که بر روی بهینه سازی طراحی سازه انجام شد فقط به استفاده از تئوری‌های ریاضی و تکنیک‌های برنامه‌نویسی، بر روی سازه‌های کوچک و ساده محدود می‌شد. با پیشرفت توانایی محاسباتی رایانه‌ها، تمایل محققین به سمت استفاده از بهینه سازی در سازه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر افزایش یافت و سعی شد از یافته‌های بدست آمده در پروژه‌های واقعی استفاده کنند.
نمونه‌هایی از پروژه‌های بهینه سازی شده
یکی از پروژه‌های معروفی که در آن از بهینه سازی توپولوژی سازه استفاده شده است، مرکز همایش‌های ملی قطر (Qatar national convention centre) است. در این سازه از الگوریتم‌های "Extended Evolutionary Structure Optimization" در پروسه طراحی اسکلت آن استفاده شد تا بتوانند از این طریق بهینه سازی توپولوژی سازه را انجام دهند.
از مثال‌های دیگری که بهینه‌سازی در آنها استفاده شده است می‌توان به ساختمان مرکز مالی شنزن چین (CITIC) اشاره کرد. در پروسه طراحی اسکلت خرپای بیرونی این سازه، از روش‌های بهینه‌سازی برای بهبود عملکرد سازه و افزایش سختی کل سازه استفاده شد.
بطور کلی می‌توان گفت بهینه سازی طراحی سازه به 3 دسته کلی تقسیم می‌شوند: بهینه سازی ابعاد، بهینه سازی پیکربندی و بهینه سازی توپولوژی. همچنین می‌توان بطور همزمان از چند روش در پروسه طراحی یک ساز استفاده کرد تا نتایج مناسب‌تری حاصل شود.
منبع:
Mei, L.; Wang, Q. Structural Optimization in Civil Engineering: A Literature Review. Buildings 2021, 11, 66. https://doi.org/10.3390/buildings11020066
