한국전산구조공학회논문집 (Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea)

  • 제23권5호
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  • Pages.501-507
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  • 2010
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  • 1229-3059(pISSN)
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  • 2287-2302(eISSN)
한국전산구조공학회 (Computational Structural Engineering Institute of Korea)
권호 표지

중량 최소화를 위한 RC 빌딩의 구조 최적설계

Structural Optimization of a RC Building for Minimizing Weight

  • 박창현 (한양대학교 대학원 기계공학과) ;
  • 안희재 (한양대학교 대학원 기계공학과) ;
  • 최동훈 (한양대학교 기계공학과) ;
  • 정철규 (일맥구조 엔지니어링)
  • 투고 : 2010.03.13
  • 심사 : 2010.07.08
  • 발행 : 2010.10.31
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초록

본 논문에서는 중력하중 및 풍하중, 지진하중을 받는 지상 8층, 지하 3층의 RC(Reinforced Concrete) 빌딩 시공에 필요한 부재의 재료비를 줄이기 위해 중량을 감소시키는 구조 최적설계를 수행한다. 이를 위해 설계요구사항을 바탕으로 부재의 부피를 최소화하는 설계변수값을 찾기 위한 설계문제를 정식화한다. 최적설계 수행을 위해 상용 PIDO(Process Integration and Design Optimization) 툴인 PIAnO(Process Integration, Automation and Optimization)에서 제공하는 다양한 설계기법들을 이용한다. 먼저 실험계획법(Design of Experiments; DOE)을 이용하여 실험계획을 세우고, 실험점에 따라 건축분야 범용 구조해석 프로그램인 MIDAS Gen을 사용하여 구조해석을 수행한다. 그리고 해석결과를 바탕으로 각 응답에 대한 근사모델을 생성한 후 근사모델의 예측성능을 평가한다. 예측성능이 검증된 근사모델과 최적화기법을 이용하여 최적설계를 수행하고, 설계조건을 만족하면서 부재의 부피를 최소화하는 최적 설계변수값을 도출함으로서 본 논문에서 제안된 설계방법의 유효성을 보이고자 한다.

Structural optimization is performed to minimize the weight of a RC building structure, which has eight floors above ground and three underground, under gravity, wind, and seismic loads. Design optimization problem is formulated to find the values of the design variables that minimize the volume while satisfying various design and side constraints. To solved the optimization problem posed, several design techniques equipped in PIAnO, a commercial PIDO tool, are used. DOE is used to generate training points and structural analysis is performed using MIADS Gen, a general-purpose structural analysis CAE tool. Then, meta-models are generated from structural analysis results and accuracies of meta-models are evaluated. Next, design optimization is performed by using the verified meta-models and optimization technique equipped in PIAnO. Finally, we obtained optimal results, which could demonstrate the effectiveness of our design method.

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참고문헌

  1. 곽효경, 김도연 (2003) 반복하중을 받는 철근콘크리트 전단벽의 비선형 유한요소 해석, 한국전산구조공학회 논문집, 16(4), pp.353-367.
  2. 곽효경, 김지은 (2007) 데이터베이스에 기반한 RC평면 프레임 구조물의 최적설계, 한국전산구조공학회 논문집, 20(2), pp.165-179.
  3. 곽효경, 김지은 (2008) 직접탐색을 이용한 유전자 알고리즘에 의한 RC프레임의 최적설계, 한국전산구조공학회 논문집, 21(1), pp.21-34.
  4. 김봉익, 권중현 (2009) 유전자 알고리즘을 이용한 철근콘크리트 보의 단면 최적설계, 한국해양공학회지, 23(6), pp.131-135.
  5. 박인영, 김남희, 박홍근 (2002) 최소중량설계에 따른 최적화 기법을 이용한 고층 콘크리트 건물의 단면 산정, 대한건축학회 논문집 - 구조계, 18(6), pp.3-13.
  6. 조홍동, 이상근, 박중열, 한상훈 (2000) GUI를 이용한 철근 콘크리트 연속보의 최적설계 프로그램 개발, 전산구조공학회 논문집, 13(1), pp.1-11.
  7. 최효준, 서대원, 신성우 (2009) 초고층 철근콘크리트 건물의 구조 최적설계, 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 구조계, 21(1), pp.169-172.
  8. Atabay, S. (2009) Cost Optimization of Three- Dimensional Beamless Reinforced Concrete Shearwall Systems via Genetic Algorithm, Expert Systems with Applications, 36(2), pp.3555-3561. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2008.02.004
  9. Govindaraj, V., Ramasamy, J.V. (2005) Optimum Detailed Design of Reinforced Concrete Continous Beams Using Genetic Algorithms, Computers and Structures., 84(1-2), pp.34-48. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2005.09.001
  10. Kim, J.R., Choi, D.H. (2008) Enhanced Two-point Diagonal Quadratic Approximation Methods for Design Optimization, Comput. Meth. Appl. Mech. Engrg., 197(6-8), pp.846-856. https://doi.org/10.1016/j.cma.2007.09.014
  11. Myers, R.H., Montgomery, D.C. (2002) Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments, WILEY, New York, pp.31.
  12. Sahab, M.G., Ashour, A.F., Toropov, V.V. (2005) Cost Optimization of Reinforced Concrete Flat Slab Buildings, Engineering Structures., 27(3), pp.313-322. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2004.10.002