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系統識別號 U0002-2612201814291100
中文論文名稱 RC建築結構之最經濟設計模式
英文論文名稱 The Most Economical Design Mode of Reinforced Concrete Building Structure
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 107
學期 1
出版年 108
研究生中文姓名 江勁衡
研究生英文姓名 Jing-Heng Chiang
學號 606380102
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2018-12-23
論文頁數 125頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-高金盛
委員-葉怡成
委員-苟昌煥
中文關鍵字 鋼筋混凝土  最佳化設計  啟發式迭代法  搜尋法 
英文關鍵字 Reinforced Concrete  Optimal Design  Iterative Method  Search Method 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 現在全世界最通用的建築材料還是屬於鋼筋及混凝土,因為近代環保意識抬頭,大眾都是希望能以較少和較便宜的RC材料來完成建築結構,因此減低所消耗的材料便為我們21世紀的人及需要解決的問題。
目前國人大多使用結構分析軟體來進行結構設計,經由假設、分析、校核、調整、再分析及再校核等步驟完成定案,設計者所完成之定案後,仍然不是最經濟方案。因此本文著重於探討最經濟之RC建築幾何配置,包含最經濟梁柱之設計模式、最經濟跨度之設計模式、最經濟層高之設計模式,來進行RC建築結構最佳化設計模式,藉以使建築結構之RC材料使用量及結構造價可以大幅的減少。
本文首先針對不同受力狀況之鋼筋混凝土桿件斷面,以搜尋法探討建立桿件斷面尺寸之最經濟設計模式;再以ETABS軟體分析,探討建立鋼筋混凝土構架之啟發式迭代最佳化分析模式;最後進一步探討建立鋼筋混凝土建築結構之啟發式迭代最佳化分析模式。研究結果顯示,利用本文建立之桿件斷面尺寸最經濟設計模式、啟發式迭代最佳化分析模式,皆可獲得材料數量最少化之最佳化設計。本研究之研究成果可大幅提升國內鋼筋混凝土建築結構最佳化設計之實用性。
英文摘要 Nowadays, reinforcement and concrete are still the most commonly used materials of construction. Environmental awareness has risen in recent year, as a result, it is expected that people construct buildings by using less and cheaper materials. Consequently, it has become a contemporarily significant issue how to reduce consumption of building materials.
Most people in Taiwan design structure through applying structural analysis software, which makes final projects by repeating the process including assumption, analysis, revision, and adjustment. However, this is not the most economical approach to finalize the project. In order to explore approaches to drastically decrease the usage of Reinforced Concrete (RC) and the cost of construction, the thesis of this dissertation focuses on discussing RC Configuration which includes the most economical design mode of beam and column, the most economical design mode of span and the most economical design mode of story height to design the most optimized structural design mode.
Firstly, this dissertation establish search method for the optimal design of RC section dimensions. Then, analyzing by ETAB software, optimized analysis mode of establishing RC frame and structure is explored. It is evident that the optimal design for the minimization of the number of materials can be achieved. As a result, this optimal design pattern can be widely used in various fields and solved complex engineering problems.
論文目次 目錄
誌謝 I
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究流程 2
1-4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 最佳化設計法 5
2-2 RC結構之最佳化設計 6
2-3 啟發式之最佳化設計 8
第三章 基礎理論與方法 11
3-1 RC結構設計 11
3-2 最佳化設計 18
3-3 滿載應力法 23
3-4 最經濟結構之啟發式迭代設計法 25
第四章 RC梁柱斷面之構件之最經濟設計模式 26
4-1 前言 26
4-2 鋼筋混凝土構件斷面尺寸最佳化之數學模型 26
4-3 探討鋼筋混凝土構件之最經濟設計模式 28
4-4 不同混凝土抗壓強度對價格之影響 81
4-5 小結 92
第五章 RC建築構架之最經濟設計模式 93
5-1 前言 93
5-2 探討梁柱勁度、跨度與層高之變化對單層三跨RC構架內力與造價之影響 94
5-3 探討單層RC建築構架之最經濟設計模式 100
5-4 探討六層RC建築構架之最經濟設計模式 105
5-5 小結 111
第六章 RC建築結構之最經濟設計模式 112
6-1 前言 112
6-2 RC建築結構初始案例 112
6-3 探討結構之梁柱斷面尺寸之最佳決定模式 117
6-4 探討結構之最佳跨度配置模式 118
6-5 探討結構之最層高配置模式 119
6-6 小結 120
第七章 結論與建議 121
7-1 結論 121
7-2 建議 122
參考文獻 123



圖目錄
圖2- 1啟發式斷面迭代法流程 10
圖3- 1單筋梁斷面 14
圖3-2 ETABS 交互影響線 16
圖3- 3柱斷面 18
圖3- 4最佳化設計流程圖 23
圖3- 5最佳化設計流程圖 25
圖4- 1 Case1-A 價格比較圖 29
圖4- 2 Case1-A在 0.85~0.95ρmax區間比較圖 30
圖4- 3 Case1-B 價格比較圖 31
圖4- 4 Case1-B在 0.85~0.95ρmax區間比較圖 32
圖4- 5 Case1-C 價格比較圖 33
圖4- 6 Case1-C在 0.85~0.95ρmax區間比較圖 34
圖4- 7 Case2-A 價格比較圖 35
圖4- 8 Case2-A在 0.8~0.9ρmax區間 比較圖 36
圖4- 9 Case2-B 價格比較圖 37
圖4- 10 Case2-B在 0.8~0.9ρmax區間 比較圖 38
圖4- 11 Case2-C價格比較圖 39
圖4- 12 Case2-B在 0.75~0.85ρmax區間 比較圖 40
圖4- 13 Case3-A價格比較圖 41
圖4- 14 Case3-A在 0.7~0.8ρmax區間 比較圖 42
圖4- 15 Case3-B價格比較圖 43
圖4- 16 Case3-B在 0.8~0.9ρmax區間 比較圖 44
圖4- 17 Case3-C 價格比較圖 45
圖4- 18 Case3-C在 0.7~0.8ρmax區間 比較圖 46
圖4- 19 Case4-A 價格比較圖 47
圖4- 20 Case4-A在 0.65~0.75ρmax區間 比較圖 48
圖4- 21 Case4-B 價格比較圖 49
圖4- 22 Case4-B在 0.65~0.75ρmax區間 比較圖 50
圖4- 23 Case4-C 價格比較圖 51
圖4- 24 Case4-C在 0.65~0.75ρmax區間 比較圖 52
圖4- 25 Case5-A 價格比較圖 53
圖4- 26 Case5-A在 0.65~0.75ρmax區間比較圖 54
圖4- 27 Case5-B 價格比較圖 55
圖4- 28 Case5-B在 0.65~0.75ρmax區間比較圖 56
圖4- 29 Case5-C 價格比較圖 57
圖4- 30 Case5-B在 0.65~0.75ρmax區間比較圖 58
圖4- 31 情形一,案例一~案例三 價格比較圖 65
圖4- 32 情形二,案例一~案例三 價格比較圖 65
圖4- 33 情形三,案例一~案例三 價格比較圖 65
圖4- 34 情形四,案例一~案例三 價格比較圖 66
圖4- 35 情形五,案例一~案例三 價格比較圖 66
圖4- 36情形一,案例四~案例五 價格比較圖 78
圖4- 37情形二,案例四~案例五 價格比較圖 78
圖4- 38情形三,案例四~案例五 價格比較圖 79
圖4- 39情形四,案例四~案例五 價格比較圖 79
圖4- 40情形五,案例四~案例五 價格比較圖 79
圖5- 1 單層三跨模型 94
圖5- 2六層樓構架之立面圖 105
圖6- 1基本結構3D圖 113
圖6- 2 六層鋼筋混凝土結構平面圖 113
圖6- 3六層鋼筋混凝土結構立面圖 114





表目錄
表4- 1 Case1-A的比較表(1) 29
表4- 2 Case1-A的比較表(2) 30
表4- 3 Case1-B的比較表(1) 31
表4- 4 Case1-B的比較表(2) 32
表4- 5 Case1-C的比較表(1) 33
表4- 6 Case1-C的比較表(2) 34
表4- 7 Case2-A的比較表(1) 35
表4- 8 Case2-A的比較表(2) 36
表4- 9 Case2-B的比較表(1) 37
表4- 10 Case2-B的比較表(2) 38
表4- 11 Case2-C的比較表(1) 39
表4- 12 Case2-C的比較表(2) 40
表4- 13 Case3-A的比較表(1) 41
表4- 14 Case3-A的比較表(2) 42
表4- 15 Case3-B的比較表(1) 43
表4- 16 Case3-B的比較表(2) 44
表4- 17 Case3-C的比較表(1) 45
表4- 18 Case3-C的比較表(2) 46
表4- 19 Case4-A的比較表(1) 47
表4- 20 Case4-A的比較表(2) 48
表4- 21 Case4-B的比較表(1) 49
表4- 22 Case4-B 的比較表(2) 50
表4- 23 Case4-C的比較表(1) 51
表4- 24 Case4-C的比較表(2) 52
表4- 25 Case5-A的比較表(1) 53
表4- 26 Case5-A的比較表(2) 54
表4- 27 Case5-B的比較表(1) 55
表4- 28 Case5-B的比較表(2) 56
表4- 29 Case5-C的比較表(1) 57
表4- 30 Case5-C的比較表(2) 58
表4- 31 最經濟梁之鋼筋比 59
表4- 32 情形一,Mu=150 t-m,Pu=100 t 60
表4- 33 情形二,Mu=150 t-m,Pu=100 t 60
表4- 34 情形三,Mu=150 t-m,Pu=100 t 60
表4- 35 情形四,Mu=150 t-m,Pu=100 t 61
表4- 36 情形五,Mu=150 t-m,Pu=100 t 61
表4- 37 情形一,Mu=250 t-m,Pu=100 t 61
表4- 38 情形二,Mu=250 t-m,Pu=100 t 62
表4- 39 情形三,Mu=250 t-m,Pu=100 t 62
表4- 40 情形四,Mu=250 t-m,Pu=100 t 62
表4- 41 情形五,Mu=250 t-m,Pu=100 t 63
表4- 42 情形一,Mu=350 t-m,Pu=100 t 63
表4- 43 情形二,Mu=350 t-m,Pu=100 t 63
表4- 44 情形三,Mu=350 t-m,Pu=100 t 64
表4- 45 情形四,Mu=350 t-m,Pu=100 t 64
表4- 46 情形五,Mu=350 t-m,Pu=100 t 64
表4- 47情形一,Mu=150 t-m,Pu=100 t,詳細計算 66
表4- 48 情形二,Mu=150 t-m,Pu=100 t,詳細計算 67
表4- 49 情形三,Mu=150 t-m,Pu=100 t,詳細計算 67
表4- 50 情形四,Mu=150 t-m,Pu=100 t,詳細計算 68
表4- 51情形五,Mu=150 t-m,Pu=100 t,詳細計算 68
表4- 52情形一,Mu=250 t-m,Pu=100 t,詳細計算 68
表4- 53 情形二,Mu=250 t-m,Pu=100 t,詳細計算 69
表4- 54 情形三,Mu=250 t-m,Pu=100 t,詳細計算 69
表4- 55 情形四,Mu=250 t-m,Pu=100 t,詳細計算 70
表4- 56情形五,Mu=250 t-m,Pu=100 t,詳細計算 70
表4- 57情形一,Mu=350 t-m,Pu=100 t,詳細計算 70
表4- 58 情形二,Mu=350 t-m,Pu=100 t,詳細計算 71
表4- 59情形三,Mu=350 t-m,Pu=100 t,詳細計算 71
表4- 60情形四,Mu=350 t-m,Pu=100 t,詳細計算 72
表4- 61情形五,Mu=350 t-m,Pu=100 t,詳細計算 72
表4- 62情形一,Mu=100 t-m, Pu=150 t 73
表4- 63 情形二,Mu=100 t-m, Pu=150 t 73
表4- 64 情形三,Mu=100 t-m, Pu=150 t 74
表4- 65情形四,Mu=100 t-m, Pu=150 t 74
表4- 66情形五,Mu=100 t-m, Pu=150 t 74
表4- 67情形一,Mu=100 t-m, Pu=250 t 75
表4- 68 情形二,Mu=100 t-m, Pu=250 t 75
表4- 69 情形三,Mu=100 t-m, Pu=250 t 75
表4- 70 情形四,Mu=100 t-m, Pu=250 t 76
表4- 71情形五,Mu=100 t-m, Pu=250 t 76
表4- 72情形一,Mu=100 t-m, Pu=350 t 76
表4- 73 情形二,Mu=100 t-m, Pu=350 t 77
表4- 74 情形三,Mu=100 t-m, Pu=350 t 77
表4- 75 情形四,Mu=100 t-m, Pu=350 t 77
表4- 76情形五,Mu=100 t-m, Pu=350 t 78
表4- 77 情形一(60:1)最經濟鋼筋比 80
表4- 78 情形二(70:1)最經濟鋼筋比 80
表4- 79 情形三(80:1)最經濟鋼筋比 80
表4- 80 情形四(90:1)最經濟鋼筋比 81
表4- 81 情形五(100:1)最經濟鋼筋比 81
表4- 82 不同混凝土抗壓強度之價格 81
表4- 83 混凝土抗壓強度210 (kg/cm2) 梁之比較表 82
表4- 84 混凝土抗壓強度210 (kg/cm2) 梁之詳細比較圖 82
表4- 85 混凝土抗壓強度280 (kg/cm2) 梁之比較表 83
表4- 86 混凝土抗壓強度280 (kg/cm2) 梁之詳細比較表 83
表4- 87混凝土抗壓強度350 (kg/cm2) 梁之比較表 84
表4- 88 混凝土抗壓強度350 (kg/cm2) 梁之詳細比較圖 84
表4- 89 內力資料 85
表4- 90 外構架內柱,fc,=210(kg/cm2) 85
表4- 91外構架內柱,fc,=280(kg/cm2) 86
表4- 92外構架內柱,fc,=350(kg/cm2) 86
表4- 93內構架內柱,fc,=210(kg/cm2) 87
表4- 94 內構架內柱,fc,=280(kg/cm2) 87
表4- 95內構架內柱,fc,=350(kg/cm2) 87
表4- 96外構架外柱,fc,=210(kg/cm2) 88
表4- 97外構架外柱,fc,=280(kg/cm2) 88
表4- 98外構架外柱,fc,=350(kg/cm2) 89
表4- 99內構架外柱,fc,=210(kg/cm2) 89
表4- 100內構架外柱,fc,=280(kg/cm2) 89
表4- 101內構架外柱,fc,=350(kg/cm2) 90
表4- 102外構架內柱 總結 90
表4- 103內構架內柱 總結 91
表4- 104外構架外柱 總結 91
表4- 105內構架外柱 總結 91
表5- 1 跨度的形式 95
表5- 2 材料性質和外力 95
表5- 3 CS1~CS20案例模型 95
表5- 4 CS1~CS20案例之梁分析之結果比較 97
表5- 5 CS1~CS20案例之柱分析之結果比較 98
表5- 6 CS1~CS20案例之價格比較 99
表5- 7 SP1~ SP8 梁柱尺寸 102
表5- 8案例SP1~ SP8的價格 102
表5- 9案例HL5-1~ HL5-3的梁柱尺寸 103
表5- 10案例HL5-1~ HL5-3的價格 104
表5- 11案例HL7-1~ HL7-4的梁柱尺寸 104
表5- 12案例HL7-1~ HL7-4的價格 105
表5- 13六層樓構架之斷面尺寸與材料性質 106
表5- 14水平總橫力豎向分配結果 106
表5- 15 FP1~ FP4 梁柱尺寸 107
表5- 16案例FP1~ FP4的價格 107
表5- 17 FL1~ FL5 梁柱尺寸 108
表5- 18案例FL1~ FL5的價格 109
表5- 19 FH1~FH5 梁柱尺寸 110
表5- 20案例FH1~FH5的價格 110
表6- 1各樓層高度面積用途表 114
表6- 2各樓層斷面資料 114
表6- 3地震力之豎向分配 115
表6- 4初始案例最大層間位移轉角 115
表6- 5 初始案例最大柱內力 115
表6- 6初始案例最大梁內力 116
表6- 7造價價格 116
表6- 8 初始案例六樓RC建築結構造價資料 116
表6- 9 SC1~SC5 梁柱尺寸 117
表6- 10 案例SC1~SC5的價格 117
表6- 11 SL1~SL5 梁柱尺寸 118
表6- 12案例SL1~SL5的價格 118
表6- 13 SH1~SH5 梁柱尺寸 119
表6- 14案例SH1~SH5的價格 120

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