Hafif çelik, ilk üretimi Almanya’da yapılmış olan çeliğin soğuk bir yerde işlenmesi ile oluşan bir çelik türüdür. Hafif çelik sistemi özellikle çatılarda kullanılmaya başlanmış ve daha sonra ahır, depolama sahaları, organize sanayi alanlarında ki fabrikalar, belediyelerin kullanımı için yapılan yapılarda çok fazla kullanılmıştır. Özellikle ahşap binaların yerini alan hafif çelikler ahşaptan oluşan, uzun süre kullanılan ve çok daha pratik yapıya sahip bir yapı malzemesidir. Çatı olarak kullanılmasının beraberinde hafif çelik, oval yapısı ve işlenmeye hazır çelik sistemi sayesinde kısa süreli kullanılacak olan kurban kesim yerleri, kurban satış alanları ve kısa süreli depolama sahalarının kurulmasında yardımcı olabilir.
Hafif çelik ile ağır çelik arasındaki farklardan biri maliyet kısmıdır. Hafif çeliği düşük bir bütçe ile yaptırabilirken ağır çelik adı verilen yapı malzemesi hafif çelik ile nerdeyse aynı özelliklerinde olmasına karşın yapımı çok fazla maliyetlidir. Hafif çelik demonte yapısıyla kolay sökülüp takılırken, montajdan biraz da olsa anlayan biri tarafından kurulabilir. Ancak ağır çelik denildiği zaman kurulum aşamasında inşaat makinaları gerekir. Bu makineleri ve kullanılacak olan malzemelere ayrılacak bütçe de düşünüldüğünde hafif çelik ağır çeliğe oranla çok fazla avantajlı olacaktır.
Güneş enerjisi, kullanılan en eski enerji kaynağı olup insanoğlunun ve canlılığın varlığını sürdürebilmesinde en önemli rolü üstlenmektedir. En temel şekilde örnek verilecek olursa; fotosentez ve su döngüsü gibi hayati olaylar güneş enerjisi etkisiyle oluşmaktadır. Eski medeniyetler güneşi bir tanrı olarak algılamışlardır. Güneş enerjisinin ilk kullanımı, besinlerin kurutularak muhafaza edilmesi olarak bilinmektedir (Kalagirou, 2004). Bunu takiben insanoğlu tarih boyunca güneş enerjisinden nasıl faydalanacağını araştırarak öğrenmiş ve bu bilgisini geliştirmiştir. Söz konusu gelişimler; güneş enerjisinin sıcak su üretimi, ısıtma, soğutma, kurutma, arıtma ve elektrik üretimi şeklinde sıralanabilir. 272 Uluslararası Katılımlı 7. Çelik Yapılar Sempozyumu Eski çağlardan günümüze çok uzun bir süreçte ısıtma ve mekanik uygulamalarında kullanılan güneş enerjisinden faydalanma yönünde, M.Ö. 212 yıllarında ilk defa Arşimet’in güneş ışınlarının belli bir noktada toplayan sistemi oluşturduğu ve bu çalışmanın sonraki çalışmalara ışık tuttuğu ifade edilmektedir (Delyannis, 1967). Modern anlamda ilk gelişmeler ise 18. ve 19. yüzyıllarda görülmüştür
Günümüzde güneş enerjisi kullanımını hızlı bir şekilde arttırmaya yönelik birçok fikir öne sürülürken; bunun da güneş enerji santrallerini yatırımcılara daha cazip ve kullanılabilir hale getirebilmesiyle sağlanabileceği düşünüldüğünde, enerji dışındaki diğer mühendislik dallarının da bu alanda katkı sağlamaları gerekmektedir. İhtiyaç ve imkânlar, farklı disiplinler tarafından bilimsel yönde irdelenerek en elverişli nitelikte santral projeleri oluşturulmalıdır. Geniş düzlükler üzerinde tarla şeklinde yerleştirilen güneş enerjisi panelleri, metal taşıyıcı sistemler tarafından taşınmaktadır. Bu taşıyıcı sistemler, yatırım amaçlı kurulan ve en az 25 yıl kullanım gerektiren tesisin devamlılığı açısından hayati önem arz etmektedir. Bu yüzdendir ki, taşıyıcı sistemlerin tasarımı ve kurulumunda yoğun dikkat sarf edilmelidir. Zemin sınıfı, özellikleri ve kimyasal içeriği ile kar, rüzgâr, deprem gibi değişken yükleme durumları, taşıyıcı yapıların tasarımında dikkate alınması gereken etkenlerdir. Eniyileme çalışmaları doğada karşılaşılan olaylardan sağlanan tecrübenin muhtelif deneme sonuçlarıyla birleştirilmesi şeklinde başlamış, günümüze gelene kadar kullanım alanları ve tercih edilen yöntemler sürekli geliştirilmiştir (Özkal, 2012). Bu çalışma kapsamında panel taşıyıcı sistemlerinin en uygun tasarımı için kullanılan yapısal eniyileme yaklaşımı, tasarım alanındaki sonlu elemanlar arasında etkisiz olanların bulunup yapıdan ihraç edilmesi mantığı üzerine kurulmuştur. Gerçekleştirilen sonlu elemanlar çözümlemesi sonucunda gerilme değeri düşük olan sonlu elemanların yapısal davranışa sunduğu katkının da düşük olduğu fikrinden hareketle, bu elemanların kaldırılması halinde geriye kalan elemanların daha etkin bir katkıya sahip olacağı ve yapısal başarımın artırılacağı düşünülmüştür. Söz konusu yönteme has muhtelif eniyileme değişkenleri de kullanılarak döngüsel biçimde etkisiz elemanlar yapıdan ihraç edilerek nihayetinde hem malzeme miktarı azaltılmakta hem de kullanılan bütün malzemenin birbirine yakın miktarda katkı sağladığı, azami rijitliğe sahip, kafes benzeri topolojiler elde edilmektedir. Oluşturulan topoloji temelli eniyileme algoritması, sonlu elemanlar çözümü yapabilen paket programlar ile kolayca uygulanabilmekte ve diğer yöntemlere kıyasla daha az bir zamanda çözüme ulaşmaktadır. Uluslararası Katılımlı 7. Çelik Yapılar Sempozyumu 275 Xie ve Steven (1993) tarafından “evrimsel yapı eniyilemesi (ESO)” adıyla bilimsel literatüre dâhil edilen bu yöntem üzerinde bugüne dek birçok çalışma gerçekleştirilmiştir (Özkal and Uysal, 2009). Yöntem basit bir fikir üzerine kurulmuş olmasına karşın eniyileme algoritmasının oluşturulması ve kullanılan değişkenlerin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Optimizasyon işlemine başlamadan önce ilk olarak nihai tasarımı içine alabilecek şekilde yeterince büyük bir tasarım alanı belirlenmektedir. Yükleme ve mesnet koşulları uygulanmakta ve bir sonlu eleman programı kullanılarak gerilme analizi gerçekleştirilmektedir. ESO yönteminin gerilme tabanlı ilk biçimi, eleman kaldırma işlemini düzenlemek için genellikle von Mises gerilmelerini kullanmaktadır (Steven et al., 2001).. Her bir noktadaki gerilme düzeyi, bütün gerilme bileşenlerinin bir çeşit ortalaması alınarak hesaplanabilmektedir. Bu yönden izotropik malzemeler için en çok kullanılan kıstaslardan birisi von Mises gerilmeleridir (Xie ve Steven, 1997). Elemana ait gerilme değerinin tüm yapıdaki azami gerilmeye oranlanması ile elemanların gerilme düzeyi belirlenmektedir. Her bir sonlu elemanlar analizinin ardından, mevcut ret oranına (RR) bağlı olarak etkili olarak kullanılmayan elemanlar, eleman kaldırma oranı (ERR) sayısınca her döngüde sistemden ihraç edilmektedir. RR değeri sabit kalmak suretiyle kısmi uygun duruma ulaşıncaya dek sonlu elemanlar analizi ve eleman kaldırma işlemi tekrarlanmakta ve ardından ret oranı (RR) yeni tanımlanan evrimsel oran (ER) değerince artırılmaktadır. Bu çalışmada taşıyıcı sistem çözümü için güneş enerjisi panellerinin 3×3 şeklinde yerleştirildiği bir bölüm üzerinden eniyileme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Mevcut projelerde genel olarak sistemin her iki yanında taşıyıcı ayaklar tasarlanırken, eniyileme işleminin başlangıç tasarımları için üç ayrı model seçilmiştir (Şekil 5). İlk modelde taşıyıcı ayakların sadece yanlarda bulunmasına izin verecek şekilde bir başlangıç tasarımı teşkil edilirken, diğer iki modelde ise yanlardaki ayakların ara bölgelerinde bağlantı elemanı şeklinde ilave parçalara ihtiyaç olup olmadığını görmek adına ortada ve uçlarda başlangıç tasarımı genişletilerek çözüm aranmıştır.
