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系統識別號 U0002-2806201613294200
中文論文名稱 隔震建築結構最佳化設計之研究
英文論文名稱 Study on the Optimum Design of The Reinforced Concrete Building Structures With Isolators
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 104
學期 2
出版年 105
研究生中文姓名 張浩哲
研究生英文姓名 HAO-CHE CHANG
學號 603380360
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-06-17
論文頁數 129頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-苟昌煥
委員-高金盛
委員-葉怡成
中文關鍵字 類神經網路  隔震器  最佳化設計  耐震能力評估  側推分析 
英文關鍵字 Isolator  Seidmic Capacity Assessment  Push-over Analysis  Optimal Design  Artifician Neural Networks 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 目前國人仍然採用傳統RC隔震建築結構設計方式,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,仍然不是最經濟方案。因此本文探討建立可方便國內設計者使用且執行時間較短之RC隔震建築結構最佳化設計模式,藉以使隔震建築結構之RC材料使用量及結構造價可減少。
本文針對RC隔震建築結構,先以ETABS軟體分析探討隔震參數對RC隔震建築結構內力與位移之影響;再以兩種最佳化方法進行RC隔震建築結構之最佳化設計,以獲得RC隔震建築結構之最佳化設計模式;另外,以ETABS及TEASPA軟體進行耐震能力評估,並探討成本最佳化與耐震能力的相關性。
研究結果顯示,利用本文建立之RC隔震建築結構最佳化設計模式,可達到成本最少化之最佳化設計,亦可得到最佳化設計後可提升建築結構之耐震能力;另外後續研究可加入更多需求之設計條件,可以將此模式能更廣泛的被使用在各種複雜的工程問題上。
英文摘要 Currently, people are still using the traditional RC building structures with isolators design approach. This approach is based on the steps of assumptions, analysis, checking, adjustment, re-analysis and rechecking to complete the final design. This final design is still not the most economical design.Therefore, this project is aimed to investigate and establish a model for Heuristic Method for Optimum Design of Reinforced Concrete Building Structure swith isolators. It is intended to facilitate its usage for the domestic designer and spend less time on it. Besides, through this model we can make the usage of RC materials and the cost of RC building structures with isolators be reduced to a minimum.
This article focuses on RC building structures with isolators. Firstly, we use ETABS software to analyze the influence of internal forces of RC building structures with isolators and displacement. Then we use heuristic method and CAFÉ to put the optimized design of RC building structures with isolators in progress in order to get the optimized design model for RC building structures with isolators. Additionally, we investigate the relation between the cost optimization and seismic capability by ETABS and TEASPA.
The outcome suggests that if we use this ideal model , there is an achievement of the cost-minimum optimization design and promotion of the structural seismic capability. Last but not the least, there is a room for any upcoming research to mix in more required condition. That is to say, this model is able to be widely applied on many kinds of complicated engineering problems.
論文目次 目錄
致謝 II
中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
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 3
1-4 研究內容 4
第二章 文獻回顧 7
2-1 隔震結構之最佳化設計 7
2-2 隔震結構之側推分析 8
2-3 隔震建築結構之耐震能力評估 9
2-4 類神經網路法之結構最佳化設計 10
第三章 基礎理論與方法 11
3-1 結構隔震基本原理 11
3-2 隔震支承力學性質 12
3-3 隔震建築結構之側推分析 14
3-4 隔震建築結構之耐震能力評估 21
3-5 啟發式斷面迭代法 24
3-6 類神經網路法之結構最佳化設計 25
3-7 CAFE軟體 32
第四章 隔震建築構架之最佳化設計 34
4-1 前言 34
4-2 基本資料 34
4-3 支承墊參數對構架力學行為之影響 38
4-4 隔震支承墊之最佳化設計 54
4-5 隔震建築構架之最佳化設計 60
4-6 最佳化隔震構架之特性分析 73
4-7 小結 78
第五章 隔震建築結構之最佳化設計 79
5-1 前言 79
5-2 基本資料 79
5-3 隔震建築結構之最佳化設計 84
5-4 最佳化隔震建築結構之特性分析 93
5-5 小結 100
第六章 隔震建築結構之耐震能力評估 101
6-1 前言 101
6-2 隔震建築構架之耐震能力評估 101
6-3 隔震建築結構之耐震能力評估 106
6-4 最佳化與耐震能力之關係探討 116
6-5 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
附錄A隔震地震力計算 127


圖目錄
圖3-1傳統耐震結構 11
圖3-2隔震結構 11
圖3-3加速度反應譜 12
圖3-4位移反應譜 12
圖3-5力學模型 13
圖3-6 側推分析之容量曲線 15
圖3-7彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 18
圖3-8剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 18
圖3-9 ASCE 41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 21
圖3-10等效阻尼與遲滯阻尼 24
圖3- 11啟發式斷面迭代法流程 24
圖3-12類神經網路流程圖 27
圖3-13 CAFE軟體最佳化流程圖 33
圖4-1三樓隔震構架立面圖 35
圖4-2參數對振動週期Te的影響 58
圖4-3參數對有效勁度Ked的影響 58
圖4-4參數對設計位移Dd的影響 59
圖4-5參數對地震力Vs的影響 59
圖4-6參數對支承墊造價的影響 59
圖4-7案例一訓練測試法誤差收斂曲線 63
圖4-8案例一造價重要性指標 64
圖4-9案例一造價帶狀主效果圖 64
圖4-10案例一造價訓練散佈圖 64
圖4-11案例一造價測試散佈圖 64
圖4-12案例二訓練測試法誤差收斂曲線 67
圖4-13案例二造價重要性指標 67
圖4-14案例二造價帶狀主效果圖 67
圖4-15案例二造價訓練散佈圖 68
圖4-16案例二造價測試散佈圖 68
圖4-17案例三訓練測試法誤差收斂曲線 71
圖4-18案例三造價重要性指標 71
圖4-19案例三造價帶狀主效果圖 71
圖4-20案例三造價訓練散佈圖 71
圖4-21案例三造價測試散佈圖 71
圖5-1十樓建築結構立面圖 81
圖5-2十樓建築結構平面圖 82
圖5-3 訓練測試法誤差收斂曲線 89
圖5-4造價重要性指標 90
圖5-5造價帶狀主效果圖 90
圖5-6造價訓練散佈圖 90
圖5-7造價測試散佈圖 90
圖6-1基本資料塑性鉸破壞過程 102
圖6-2基本資料容量曲線 103
圖6-3基本資料容量譜 103
圖6-4基本資料性能曲線 103
圖6-5方案四塑性鉸破壞過程 104
圖6-6方案四容量曲線 105
圖6-7方案四容量譜 105
圖6-8方案四性能曲線 105
圖6-9基本資料內構架塑性鉸破壞過程 107
圖6-10基本資料外構架塑性鉸破壞過程 108
圖6-11基本資料容量曲線 109
圖6-12基本資料容量譜 109
圖6-13基本資料性能曲線 109
圖6-14啟發式斷面迭代法內構架塑性鉸破壞過程(一) 110
圖6-15啟發式斷面迭代法內構架塑性鉸破壞過程(二) 111
圖6-16啟發式斷面迭代法外構架塑性鉸破壞過程(一) 111
圖6-17啟發式斷面迭代法外構架塑性鉸破壞過程(二) 112
圖6-18啟發式斷面迭代法容量曲線 112
圖6-19啟發式斷面迭代法容量譜 112
圖6-20啟發式斷面迭代法性能曲線 113
圖6-21類神經網路法內構架塑性鉸破壞過程 114
圖6-22類神經網路法外構架塑性鉸破壞過程 115
圖6-23類神經網路法容量曲線 116
圖6-24類神經網路法容量譜 116
圖6-25類神經網路法性能曲線 116
圖6-26塑性鉸破壞過程比較 117
圖6-27塑性鉸破壞過程比較 119


表目錄
表3-1 RC柱彎矩非線性鉸之參數 17
表3-2 RC柱剪力非線性鉸之參數 17
表3-3 RC梁彎矩非線性鉸之參數 19
表3-4 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 20
表3-5 RC梁剪力非線性鉸之參數 20
表3-6 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 21
表3-7 阻尼比修正係數 23
表4-1三樓隔震構架之斷面尺寸與材料性質 35
表4-2鉛心橡膠支承墊之力學性質 35
表4-3三樓隔震構架基本資料 36
表4-4最大柱內力 37
表4-6 X向最大位移與層間位移轉角 37
表4-7各樓層造價 37
表4-8 Qd值變化的影響 40
表4-9各樓層最大柱軸力比較表 42
表4-10各樓層最大柱彎矩比較表 42
表4-11各樓層最大柱剪力比較表 42
表4-12各樓層最大梁彎矩比較表 42
表4-13各樓層最大梁剪力比較表 42
表4-14各樓層最大位移比較表 43
表4-15各樓層層間位移轉角比較表 43
表4-16各樓層柱造價比較表 44
表4-17各樓層梁造價比較表 44
表4-18各方案總造價比較表 44
表4-19 Kd值變化的影響 46
表4-20各樓層最大柱軸力比較表 47
表4-21各樓層最大柱彎矩比較表 47
表4-22各樓層最大柱剪力比較表 47
表4-23各樓層最大梁彎矩比較表 48
表4-24各樓層最大梁剪力比較表 48
表4-25各樓層最大位移比較表 48
表4-26各樓層層間位移轉角比較表 48
表4-27各樓層柱造價比較表 49
表4-28各樓層梁造價比較表 49
表4-29各方案總造價比較表 49
表4-30 Dy值變化的影響 51
表4-31各樓層最大柱軸力比較表 52
表4-32各樓層最大柱彎矩比較表 52
表4-33各樓層最大柱剪力比較表 52
表4-34各樓層最大梁彎矩比較表 53
表4-35各樓層最大梁剪力比較表 53
表4-36各樓層最大位移比較表 53
表4-37各樓層層間位移轉角比較表 53
表4-38各樓層柱造價比較表 54
表4-39各樓層梁造價比較表 54
表4-40各方案總造價比較表 54
表4-41案例一訓練測試法相關係數因子 64
表4-42案例一最佳化結果尺寸 65
表4-43案例一最佳化方案比較 65
表4-44案例二訓練測試法相關係數因子 68
表4-45案例二最佳化結果尺寸 68
表4-46案例二最佳化方案比較 69
表4-47案例三訓練測試法相關係數因子 72
表4-48案例三最佳化結果尺寸 72
表4-49案例三最佳化方案比較(一) 73
表4-50案例三最佳化方案比較(二) 73
表4-51各樓層尺寸比較表 75
表4-52各樓層最大柱內力比較表 75
表4-53各樓層最大梁內比較表 75
表4-54各樓層最大位移及層間位移轉角比較表 76
表4-55各樓層梁柱鋼筋比比較表 77
表4-56各樓層梁造價比較表 77
表4-57各樓層柱造價比較表 77
表4-58各樓層造價比較表 77
表5-1十樓梁、柱、樓板斷面尺寸及材料性質 80
表5-2鉛心橡膠支承墊之力學性質 80
表5-3十樓建築結構基本資料 81
表5-4 最大位移與層間位移轉角 83
表5-5梁、柱最大內力 83
表5-6各樓層造價及結構總造價 84
表5-7最佳化設計結果梁、柱斷面尺寸 86
表5-8 最大位移與層間位移轉角 86
表5-9梁、柱最大內力 87
表5-10各樓層造價及結構總造價 87
表5-11訓練測試法相關係數因子 91
表5-12最佳化設計結果梁、柱斷面尺寸 91
表5-13 最大位移與層間位移轉角 92
表5-14梁、柱最大內力 92
表5-15各樓層造價及結構總造價 93
表5-16各樓層內梁尺寸比較表 94
表5-17各樓層外梁尺寸比較表 94
表5-18各樓層柱尺寸比較表 95
表5-19各樓層最大位移與層間位移轉角比較表 96
表5-20各樓層最大柱內力比較表 97
表5-21各樓層最大梁內力比較表 97
表5-22各樓層柱鋼筋比比較表 98
表5-23各樓層梁鋼筋比比較表 99
表5-24各樓層造價比較表 99
表6-1基本資料耐震能力 103
表6-2方案四耐震能力 105
表6-3基本資料耐震能力 109
表6-4啟發式斷面迭代法耐震能力 113
表6-5類神經網路法耐震能力 116
表A- 1阻尼比修正係數表 128
表A-2工址設計水平譜加速度係數 128

參考文獻 [1] 葉怡成, 高等實驗計畫法, 五南圖書出版公司, 2009.
[2] 田玉基, “巨型框架多功能減振結構的減振原理及優化設計方法,” 東南大學, 博士論文, 2002.
[3] 楊迪雄, “隔震結構優化設計和工程數值方法中的混沌,” 大連理工大學, 博士論文, 2004.
[4] 李淑文, “復雜隔震結構地震反應分析與橡膠墊布置優化,” 北京工業大學, 碩士論文, 2007.
[5] 何進元, “隔震建築物之最佳化設計與易損性分析,” 中華技術學院, 碩士論文, 2008.
[6] 吳任鵬, “高層隔震結構的抗震性能及隔震層參數優化研究,” 南京工業大學, 碩士論文, 2008.
[7] 王建華, “基礎隔震體系的多目標優化研究,” 南京航空航天大學, 碩士論文, 2009.
[8] 高培修, “黏滯型及摩擦型隔震系統消能參數之最佳化設計公式,” 國立台灣大學, 碩士論文, 2011.
[9] 郭一峰, “多維隔減震裝置力學性能及受控結構優化分析,” 東南大學, 碩士論文, 2011.
[10] 李庚, “基于NSGA-Ⅱ的基礎隔震系統優化設計,” 重慶大學, 博士論文, 2011.
[11] Helmut Krawinkler and G. D. P. K. Seneviratna, "Pros and cons of a pushover analysis of seismic performance evaluation," Engineering structures, vol. 20, no. 4-6, 1998.
[12] A.M. Mwafy and A.S. Elnashai, "Static Pushover Versus Dynamic Collapse Analysis of RC Buildings," Engineering structures, vol. 23, no. 5, 2001.
[13] Anil K. Chopra and Rakesh K. Goel, "A Modal Pushover Analysis Procedure for Estimating Seismic Demands for Buildings," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 31, no. 3, pp. 561-582, 2002.
[14] Chatpan Chintanapakdee and Anil K. Chopra, "Evaluation of modal pushover analysis using generic frames," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 32, no. 3, pp. 417-442, 2003.
[15] Yu-Yuan Lin and and Kuo-Chun Chang and Yuan-Li Wang, "Comparison of displacement coefficient method and capacity spectrum method with experimental results of RC columns," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 33, no. 1, pp. 35-48, 2004.
[16] 蔡益超, “鋼筋混凝土建築物耐震能力評估及推廣,” 內政部建築研究所, 1999.
[17] 蕭輔沛 ,鍾立來,葉勇凱,簡文郁,沈文成,邱聰智,周德光,趙宜峰, “校舍結構耐震評估與補強技術手冊,” 國家地震工程研究中心, 2013.
[18] 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.
[19] Eysa Salajegheh and Saeed Gholizadeh, "Optimum design of structures by an improved genetic algorithm using neural networks," Advances in Engineering Software, vol. 36, no. 11-12, pp. 757-767, 2005.
[20] 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.
[21] Jin Cheng and Q. S. Li, "A hybrid artificial neural network method with uniform design for structural optimization," Computational Mechanics, vol. 44, no. 1, pp. 61-71, 2008.
[22] Oscar Möllera and Ricardo O. Foschib and Laura M. Quiroza and Marcelo Rubinsteina, "Structural optimization for performance-based design in arthquake engineering:Applications of neural networks," Structural Safety, vol. 31, no. 6, pp. 490-499, 2009.
[23] Yeh Jiin-Po and Chen Kun-Yu, "Forecasting the lowest cost and steel ratio of reinforced concrete simple beams using the neural network," Journal of Civil Engineering and Construction Technology, vol. 3, no. 3, pp. 99-107, 2012.
[24] Jiten Patel and Seung-Kyum Choi, "Classification approach for reliability-based topology optimization using probabilistic neural networks," Structural Multidisc Optimization, vol. 45, no. 4, pp. 529-543, 2012.
[25] Mohd Suhairil Meon and Muhammad Azhan Anuar and Mohd Hanif Mohd Ramli and Wahyu Kuntjoro and Zulkifli Muhammad, “Frame Optimization using Neural Network,” International Journal on Advanced Science, Engineering and Information Technology, 第 冊2, 編號 1, pp. 28-33, 2012.
[26] 陳志偉, “以類神經網路作鋼筋混凝土結構最佳化設計,” 淡江大學, 碩士論文, 2013.
[27] ATC-40, Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings, Vols. No. SSC 96-01, Applied Technology Council, 1996..
[28] FEMA273, "NEHRP Guidelines for the seismic rehabilitation of buildings," Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C., 1997.
[29] 財團法人中興工程顧問社 中國土木水利工程學會混凝土工程委員會, 混凝土工程設計規範之應用 (土木404-100) 下冊, 科技圖書股份有限公司, 2011.
[30] 中國土木水利工程學會混凝土工程委員會, 混凝土工程設計規範與解說(土木401-100), 科技圖書股份有限公司, 2011.
[31] 中國土木水利工程學會混凝土工程委員會, 混凝土工程設計規範之應用 (土木404-100) 上冊, 科技圖書股份有限公司, 2012.
[32] 吳仕彥, “立面不規則鋼筋混凝土建築結構耐震能力之探討,” 淡江大學, 碩士論文, 2013.
[33] 張靖, “中高層鋼筋混凝土建築結構耐震能力評估之探討,” 淡江大學, 碩士論文, 2014.
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