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논문 상세정보

민감도 해석을 이용한 전단벽-골조 구조시스템의 강성최적설계

Stiffness-based Optimal Design of Shear Wall-Frame Structure System using Sensitivity Analysis

초록

본 연구에서는 민감도 해석을 이용하여 전단벽-골조 구조시스템의 횡변위를 정량적으로 제어할 수 있는 강성최적설계방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 먼저 골조와 전단벽요소 사이의 변위자유도 적합성 문제를 해결하기 위한 요소강성행렬을 구성하며, 또한 수학적계획법의 일반성을 유지하면서도 큰 규모의 문제도 효율적으로 다를 수 있는 근사화 재념을 도입하여 횡변위 구속조건식을 설정한다. 아울러 전단벽 및 골조부재의 단면특성 관계식을 설정함으로써 설계변수의 수를 줄여주고, 이를 이용하여 강성행렬도함수의 산정을 용이하게 한다. 특히 골조의 경우 초기에 주어진 단면형상이 최적설계 과정동안 계속 유지된다는 가정을 이용하여 최적설계결과에서 구해진 단면특성에 따라 부재단면크기를 산출하고, 전단벽은 사용자의 의도에 따라 두께 또는 부재길이를 재산정하는 방안을 강구한다. 이와 같이 제시된 강성최적설계기법의 효용성을 검토하기 위해 두 가지 형태의 20층 전단벽-골조 구조물의 예제가 고려된다.

Abstract

This study presents the effective stiffness-based optimal technique to control Quantitatively lateral drift for shear wall-frame structure system using sensitivity analysis. To this end, the element stiffness matrices are constituted to solve the compatibility problem of displacement degree of freedom between the frame and shear wall. Also, lateral drift constraint to introduce the approximation concept that can preserve the generality of the mathematical programming and can effectively solve the large scaled problems is established. And, the section property relationships for shear wall and frame members are considered in order to reduce the number of design variables and differentiate easily the stiffness matrices. Specifically, constant-shape assumption which is uniformly varying in size during optimal process is applied in frame structure. The thickness or length of shear wall can be changed depending on user's intent. Two types of 20 story shear wall-frame structure system are presented to illustrate the features of the stiffness-based optimal design technique.

저자의 다른 논문

참고문헌 (6)

  1. 이한주, 김치경, 김호수(2002) 횡강성 영향행렬을 이용한 고층건물의 횡변위제어 및 단면재산정 방안, 한국전산구조공학회논문집, 15(2), pp.271-279 
  2. Ghali, A., Neville, A. M.(1983) Structural Analysis, Chapman & Hall, New York 
  3. Kirsch, U.(1991) Reduced Basis Approximations of Structural Displacements for Optimal Design. AIAA Journal, 29, pp.1751-1758 
  4. Saka, M. P.(1992) Optimum Design of Multistory Structures with Shear Walls. Computers & Structures, 44(4), pp.925-936 
  5. Schmit, L. A., Farshi, B.(1974) Some Approximation Concepts for Structural Synthesis. AIAA Journal, 11, pp.489-494 
  6. Vanderplaats, G. N.(1984) Numerical Optimization Techniques for Engineering Design of Optimal with Applications, McGraw-Hill. New York 

이 논문을 인용한 문헌 (1)

  1. Lee, Jae-Cheol ; Kim, Chee-Kyeong 2009. "Lateral Drift Control of High-rise Buildings using Partial Reanalysis Algorithm" 한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, 22(1): 81~88 

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