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系統識別號 U0002-2806201613295000
中文論文名稱 啟發式RC建築結構最佳化設計
英文論文名稱 Heuristic Method for Optimum Design of Reinforced Concrete Building Structures
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 林志忠
研究生英文姓名 Chih-Chung Lin
學號 604380062
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-06-17
論文頁數 142頁
口試委員 指導教授-高金盛
委員-苟昌煥
委員-葉怡成
中文關鍵字 鋼筋混凝土  耐震能力評估  側推分析  最佳化設計  類神經網路 
英文關鍵字 Reinforced Concrete  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減少。
本文針對RC隔震建築結構,先以ETABS軟體分析探討RC建築結構內力與位移之影響;再以啟發式斷面迭代法及CAFÉ軟體兩種最佳化方法進行RC建築結構之最佳化設計,以獲得RC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 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 Structures. 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 be reduced to a minimum.
This article focuses on RC building structures. Firstly, we use ETABS software to analyze the influence of internal forces of RC building structures and displacement. Then we use heuristic method and CAFÉ to put the optimized design of RC building structures in progress in order to get the optimized design model for RC building structures. 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
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
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 5
第二章 文獻回顧 8
2-1 RC構架之最佳化設計 8
2-2 滿載應力法 10
2-3 類神經網路 12
2-4 建築結構耐震能力評估 13
第三章 基礎理論與方法 16
3-1 類神經網路法 16
3-2 CAFÉ軟體 25
3-3 啟發式斷面迭代法 29
3-4 RC建築結構耐震評估 29
第四章 RC建築構架之最佳化設計 41
4-1 梁柱尺寸對構架結構力學行為之影響 41
4-2 RC構件之最佳化設計 50
4-3 RC構架之最佳化設計 59
4-4 最佳化RC構架之特性分析 74
4-5 小結 80
第五章 RC建築結構之最佳化設計 81
5-1 RC建築結構基本資料 81
5-2 RC建築結構之最佳化設計 87
5-3 最佳化RC建築結構之特性分析 106
5-4 小結 113
第六章 RC建築結構之耐震能力評估 114
6-1 前言 114
6-2 RC構架之耐震能力評估 115
6-3 RC建築結構之耐震能力評估 123
6-4 RC結構最佳化與耐震能力之關係探討 132
第七章 結論與建議 134
7-1 結論 134
7-2 建議 136
參考文獻 138


圖目錄
圖3- 1類神經網路流程圖 19
圖3- 2CAFÉ軟體之架構 28
圖3- 3啟發式斷面迭代法流程 29
圖3- 4多自由度系統之側推分析基底剪力與頂層位移之關係 35
圖3- 5等效單自由度系統之力Q*與變形X*之關係 35
圖3-6等效阻尼與遲滯阻尼 40
圖4- 1三層樓構架立面圖 42
圖4- 2RC單筋梁斷面示意圖 51
圖4- 3RC柱斷面示意圖 56
圖4- 4案例一至三Pu=100t分析資料 57
圖4- 5案例四至六Pu=200t分析資料 58
圖4- 6最佳化訓練測試法誤差收斂曲線 71
圖4- 7最佳化造價重要性指標 71
圖4-8最佳化造價帶狀主效果圖 71
圖4- 9案例三造價訓練散佈圖 72
圖4-10案例三造價訓練散佈圖 72
圖5- 1十層鋼筋混凝土結構平面圖 81
圖5- 2十層鋼筋混凝土結構立面圖 82
圖5- 3最佳化訓練測試法誤差收斂曲線 97
圖6- 1側推分析流程 114
圖6- 2RC構架之初始方案塑性鉸破壞過程 116
圖6- 3 RC構架之啟發式斷面法塑性鉸破壞過程 117
圖6- 4RC構架之CAFÉ最佳化塑性鉸破壞過程 118
圖6- 5十樓RC結構之基本資料側推分析塑性鉸破壞過程 125
圖6- 6十樓RC結構之啟發式斷面側推分析塑性鉸破壞過程 126
圖6- 7十樓RC結構之CAFE側推分析塑性鉸破壞過程 127
圖6- 8三層RC構架耐震能力與價格折線圖 132
圖6- 9十層RC結構耐震能力與價格折線圖 133


表目錄
表3- 1阻尼比修正係數 39
表4- 1三層樓構架之斷面尺寸與材料性質 42
表4- 2樓層靜載重計算 42
表4- 3樓層活載重計算 43
表4- 4地震力之豎向分配 43
表4- 5 X向最大位移與層間位移轉角 44
表4-6最大柱內力 44
表4- 8105年市場交易價格 44
表4- 9三層樓RC構架基本資料造價資料 45
表4- 10梁、柱尺寸變化資料 46
表4- 11各案例層間位移轉角 47
表4- 12一樓梁、柱尺寸變化造價資料 49
表4- 13二樓梁、柱尺寸變化造價資料 49
表4- 14三樓梁、柱尺寸變化造價資料 49
表4- 15初始方案案例F鋼筋比資料 49
表4- 16案例一ρ=0.1~1ρmax分析結果 52
表4- 17案例一ρ=0.7~0.8ρmax分析結果 52
表4- 18案例二ρ=0.1~1ρmax分析結果 53
表4- 19案例二ρ=0.7~0.8ρmax分析結果 53
表4- 20案例三ρ=0.1~1ρmax分析結果 54
表4- 21案例三ρ=0.7~0.8ρmax分析結果 54
表4- 22各案例最佳化結果 55
表4- 23初始方案斷面尺寸與材料性質 60
表4- 24啟發式斷面迭代法最佳化構架之梁桿件尺寸 61
表4- 25啟發式斷面迭代法最佳化構架之梁桿件尺寸 61
表4- 26各樓層層間位移轉角比較表 62
表4- 27各樓層梁鋼筋比比較表 62
表4- 28各樓層柱鋼筋比比較表 62
表4- 29各案例RC構架造價資料 63
表4- 30啟發式斷面迭代法最佳化構架之梁桿件尺寸 64
表4- 31各樓層層間位移轉角比較表 64
表4- 32各樓層梁柱鋼筋比比較表 65
表4- 33各案例RC構架造價資料 65
表4- 34訓練測試法相關係數因子 72
表4- 35最佳化結果尺寸 73
表4- 36案例三最佳化案例比較(一) 73
表4-37案例三最佳化案例比較(二) 73
表4- 38各樓層最大位移比較表(單位:cm) 75
表4- 39各樓層層間位移轉角比較表 76
表4- 41各樓層最大柱彎矩比較表(單位:t-m) 76
表4- 42各樓層最大柱剪力比較表(單位:t) 77
表4- 43各樓層最大梁彎矩比較表(單位:t-m) 77
表4- 44各樓層最大梁剪力比較表(單位: t) 77
表4- 45各樓層梁鋼筋比比較表 78
表4- 46各樓層柱鋼筋比比較表 78
表4- 47各案例總造價資料 79
表5- 1各樓層高度面積用途表 82
表5- 2各樓層斷面資料 82
表5- 3地震力之豎向分配 83
表5- 4 X向最大位移與層間位移轉角 84
表5- 5最大柱內力資料表 85
表5- 6最大梁內力資料表 85
表5- 7 105年市場交易價格 86
表5- 8基本資料之十樓RC建築結構造價資料 86
表5- 9訓練測試法相關係數因子 97
表5- 10作法一最佳化之斷面尺寸表 98
表5- 11作法二最佳化之斷面尺寸表 98
表5- 12作法一層間位移轉角及梁、柱鋼筋比比較表 99
表5- 13作法二層間位移轉角及梁、柱鋼筋比比較表 100
表5- 14作法一梁、柱內力資料表 101
表5- 15作法二梁、柱內力資料表 102
表5- 16作法一建築結構造價資料 103
表5- 17作法二建築結構造價資料 105
表5- 18各案例梁寬斷面資料 107
表5- 19各案例柱斷面資料 107
表5- 20各案例層間位移轉角資料 108
表5- 21各案例最大柱彎矩、軸力內力資料 109
表5- 22各案例最大梁剪力、彎矩內力資料 109
表5- 24各案例柱鋼筋比資料 110
表5- 25基本資料總造價資料 112
表5- 26啟發式斷面迭代法總造價資料 112
表5- 27CAFE作法一總造價資料 112
表5- 28 CAFE作法二總造價資料 112
表6- 1各案例梁柱斷面尺寸資料 115
表6- 2地震力豎向分配 115
表6- 3RC構架側推分析結果 122
表6- 4各案例斷面尺寸資料 123
表6- 5各層地震力豎向分配 124
表6- 6RC構架側推分析結果 131
表6- 8三層RC構架耐震能力與價格比較表 132
表6- 9十層RC結構耐震能力與價格比較表 133

參考文獻 參考文獻
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