변위계수법을 활용한 최적내진설계법 개발 = Development of optimal seismic design using displacement coefficient method

국문 초록 (Abstract)

최근 세계 여러나라에서 발생한 지진 피해들을 통해, 기존의 내진설계 규준에도 불구하고 많은 건물들이 구조요소 및 비구조 요소의 손상으로 막대한 경제적 손실이 발생하였다. 이는 지금까지 적용되어 오던 내진설계 규준이 실제 지진시 건물의 성능을 제대로 보장할 수 없다는 것을 의미한다. 이에 따라, 구조물의 피해 보고서 분석을 통해 기존 내진 규준들의 여러 가지 문제점을 극복하기 위한 연구가 활발히 수행되어, 성능에 기초한 내진설계법(Performance-based seismic design)이 제안되고 있다.
또한 구조물이 고층화, 대형화됨으로 인해 규준에 의해 고려해야할 구조적 요소가 많다. 이처럼 많은 제약 조건을 만족시키면서 최적의 구조물을 설계하기 위해 컴퓨터 프로그래밍을 이용한 다양한 최적화 기법이 개발되어 왔다. 최적화 기법들 중에서, 유전알고리즘(Genetic Algorithms, GAs)은 자연 진화에 근거한 강력한 탐색 능력과 광범위한 적용성을 가진 알고리즘이다. 특히 Goldberg가 제안한 가장 기본적인 유전알고리즘인 단순 유전알고리즘(Simple Genetic Algorithm, SGA)은 개념과 이론이 단순하고, 다른 알고리즘과 이식성이 용이한 알고리즘으로 공학적 문제를 포함한 여러 분야의 최적화 및 의사결정문제에 다양하게 쓰이고 있다.
본 연구에서는 성능에 기초한 내진설계법으로 FEMA 273에서 제시하고 있는 변위계수법(Displacement Coefficient Method, DCM)을 활용하여 최적내진설계법(Optimal Performance-Based Design, OPBD)을 개발하였다. 여기서 최적화기법으로는 단순 유전알고리즘을 사용하였다. 개발한 최적내진설계법을 철골 모멘트 골조의 최소 중량설계에 적용하여 그 유용성을 평가한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, earthquakes which broke out all over the world caused enormous damage on structural and non-structural elements to buildings, so economic loss occurred in spite of existing seismic provisions. It doesn't means that seismic provisions applied currently would guarantee buildings' seismic abilities properly. Thus, by structural seismic damage analysis, many research activities now accomplish to overcome the defects of existing seismic provision, as a result, Performance-based seismic design is suggested nowaday.
Also, structures getting higher and larger, there are lots of considerations about structural elements in according to the criterion. For such restrictions, various optimization methods using computer programings have been evaluating to design optimum structures. Among those optimization methods, Genetic Algorithms has one of the most powerful searching ability based on natural evolution and extensive application area. Especially Simple Genetic Algorithms(SGA) suggested by Goldberg as most fundamental genetic algorithm is widely used in many areas including to engineering problems because of its conceptual simplicity and compatibility with other algorithms.
This paper shows the new methodology of the optimal seismic design(Optimal Performance-Based Design, OPBD) using Displacement Coefficient Method(DCM) suggested in FEMA 273 that is a type of seismic design based on capacity. In this paper, SGA were used. Developed optimal seismic design(OPBD) applies to minimum weight design of steel moment frames and estimate the utility.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = i
• 그림목차 = iii
• 표목차 = iv
• 국문요약 = vi
• 제I장 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구의 범위 및 방법 = 2
• 1.3 기존의 연구 및 동향 = 5
• 제II장 성능설계법 = 8
• 2.1 성능설계법 (Performance-Based Design : PBD) = 8
• 2.1.1 성능단계, 지진위험도 및 성능목표 = 10
• 2.1.2 FEMA 273의 성능단계, 지진위험도 및 성능목표 = 13
• 2.2 내진성능평가 = 17
• 2.2.1 비선형 정적해석 (Nonlinear static analysis) = 18
• 2.2.2 변위계수법의 목표변위 (Target Displacement, δ_(t)) = 20
• 2.2.3 변위계수법의 내진성능평가 방법 = 28
• 제III장 최적설계법 = 33
• 3.1 단순 유전알고리즘 (Simple Genetic Algorithms) = 33
• 3.2 최적 내진설계법 = 36
• 3.2.1 최적 내진설계법의 정식화 = 36
• 3.2.2 최적 내진설계법의 구성요소 = 39
• 제IV장 적용 예제 = 42
• 4.1 3층 모멘트 골조 = 42
• 4.1.1 3층 모멘트 골조 예제설명 = 42
• 4.1.2 3층 모멘트 골조 결과 분석 및 검증 = 48
• 4.2 9층 모멘트 골조 = 54
• 4.2.1 9층 모멘트 골조 예제설명 = 54
• 4.2.2 9층 모멘트 골조 결과 분석 및 검증 = 57
• 제V장 결론 = 63
• 5.1 결론 = 63
• 5.2 향후 연구과제 및 기대효과 = 64
• 참고문헌 = 65
• ABSTRACT = 68