系統識別號 | U0002-2806201613295000 |
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DOI | 10.6846/TKU.2016.00979 |
論文名稱(中文) | 啟發式RC建築結構最佳化設計 |
論文名稱(英文) | Heuristic Method for Optimum Design of Reinforced Concrete Building Structures |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 土木工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Civil Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 104 |
學期 | 2 |
出版年 | 105 |
研究生(中文) | 林志忠 |
研究生(英文) | Chih-Chung Lin |
學號 | 604380062 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
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 |
關鍵字(中) |
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 |
關鍵字(英) |
Reinforced Concrete Seidmic Capacity Assessment Push-over Analysis Optimal Design Artifician Neural Networks |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
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. |
第三語言摘要 | |
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 |
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