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。

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.

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

1.Michell, A. G. M., “The limits of economy of material in frame-structures,” Philosoph Magzine, Series 6, Vol. 8, 1904, pp. 589-597.
2.顏裕益, “鋼筋混凝土架構之最佳化設計”,淡江大學, 碩士論文, 1986。
3.黃延年, “考慮節點區效應知鋼結構最佳化設計” ,國立台灣大學, 碩士論文, 1990。
4.洪彥欽, “基因演算法於結構最佳化設計之應用”,交通大學, 碩士論文, 1994。
5.柯遠輝, “鋼筋混凝土梁之多準則最佳化設計”,屏東科技大學, 碩士論文, 1995。
6.陳尊明, “鋼筋混凝土柱之多準則最佳化設計”,屏東科技大學, 碩士論文, 1995。
7.宋孔慶,“鋼筋混凝土構件最佳化設計之研究”,國立臺灣大學, 碩士論文, 1996。
8.葉雲玉, “鋼筋混凝土構架最佳化初步設計”,屏東科技大學, 碩士論文, 1996。
9.Soegiarso, R., and Adeli, H. (1997). “Optimized Load and Resistance Factor Design of Steel Space-Frame Structures.” J. Struct, Engrg. 123(2), pp. 184-192.
10.蔡銘山,“鋼構架結構之最佳化設計,” 屏東科技大學, 碩士論文, 2001。
11.黃仲偉, “結合拓樸最佳化之壓拉桿模型理論與軟體開發,” 台灣大學, 博士論文, 2003。
12.張民昆, “應用有限元素軟體ABAQUS於結構最佳化設計之系統開發,” 台灣大學, 碩士論文, 2004。
13.黃嘉進, “桁架形狀與構架離散斷面之兩階段最佳化設計法,” 碩士論文, 國立中央大學土木工程研究所, 2007。
14.銀徽,“以超啟發式法則進行鋼筋混凝土結構最佳化設計,”國立台灣科技大學, 碩士論文, 2009。
15.呂其翰, “雙向結構最佳化演進法及多重材料拓樸最佳化之探討” , 台灣大學, 碩士論文, 2010。
16.陳振邦,“考慮LRFD構材強度與使用性之高結構輕量化研究” ,國立中央大學土木工程研究所, 碩士論文, 2005。
17.陳志偉,“以類神經網路作鋼建築結構最佳化設計”, 淡江大學, 碩士論文, 2013。
18.林志忠,“啟發式RC建築結構最佳化設計”, 淡江大學, 碩士論文, 2014。
19.吳啟誠,“基因演算法於結構拓樸最佳化之應用”, 淡江大學, 碩士論文, 2009。
20.曾乙申,“粒子群演算法於結構構件之最佳化斷面”, 中興大學, 碩士論文, 2011。
21.RAZANI, “Behavior of fully stressed design of structures and its,” American Institute Of Aeronautics And Astronautics Journal, Vol. 3, pp. 2262-2268, 13 12 1965.
22. S. Patnaik, ““Behavior of trusses with stress and displacement constraint,” Computers & Structures，Vol.22, pp. 619-623, 1986.
23. S. Patnaik, “Modified fully utilized design (MFUD) method for stress and displacement constraint,” International Journal for Numerical Methods in Engineering，Vol.41, pp. 1171-1194, 1998.
24. S. N. P. a. D. A. Hopkins, “Optimality of a fully stressed design,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, pp. 215-221, 2 1998.
25. Y. X. a. G. Steven, “A simple evolutionary procedure for structural optimization,” Computers & Structures , Vol.49, Issue 5, pp. 885-896, 1993.
26. L. G. a. A. Andreu, “Shape and cross-section optimisation of a truss structure,” Computers & Structures, Vol.79, Issue 7, pp. 681-689, 2001.