KR20120058822A - Method for designing a damping device utilizing genetic algorism - Google Patents

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KR20120058822A
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shear force
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민경원
문병욱
성지영
조경환
이현국
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A damping apparatus using a genetic algorithm and design method thereof are provided to improve the earthquake resistant performance of a building by providing an optimal design method which determines the capacity, height, and position of a damping apparatus. CONSTITUTION: Dynamic features of a building are extracted based on a design variable of the building(S100). Initial data for the capacity of a damping apparatus and the installation position of the damping apparatus is created by using the dynamic features(S200). A time history is analyzed for a virtual building structure including the damping apparatus according to the initial data(S300). Values for an objective function are calculated by establishing the objective function(S400). A generic algorithm is executed based on established values(S500).

Description

유전자 알고리즘을 이용한 감쇠 장치의 설계 방법{Method for designing a damping device utilizing genetic algorism}Method for designing a damping device utilizing genetic algorism

본 발명은 건축물의 내진 성능을 향상시키기 위한 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of determining the capacity and installation location of a damping device for improving the seismic performance of a building.

일반적으로 건축 구조물에 대한 내진 설계 개념은 일정 규모 이상의 지진에 대하여 건축 구조물의 붕괴 방지 수준의 손상을 허용하고 있으며, 성능에 기초한 설계 방법에서도 인명 안전이나 붕괴 방지 성능 수준의 구조 부재의 소성 변형이 발생한다. In general, the seismic design concept for building structures allows damage to the collapse level of building structures against earthquakes more than a certain magnitude, and plastic deformation of structural members at the level of life safety or collapse prevention performance occurs even in performance-based design methods. do.

이때, 대부분의 건축 구조물은 마감재로 가려져 있기 때문에 지진에 의해 손상된 부재를 찾아 보수하기 위해 막대한 비용과 시간이 필요하게 된다. 그러나, 부가적인 감쇠 장치를 구조물의 적재 적소에 배치하여 주어진 설계 지진 수준에 대하여 요구되는 성능 수준을 만족하도록 설계할 경우, 감쇠 장치에 손상을 집중시킬 수 있어 건축 구조물의 주요 구성 부재의 소성 변형을 방지하고 건축 구조물의 보수에 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.At this time, since most building structures are covered by finishing materials, enormous costs and time are required to find and repair the damaged parts by the earthquake. However, if an additional damping device is placed in place on the structure to meet the required level of performance for a given design earthquake level, damage can be concentrated in the damping device, thus reducing the plastic deformation of the major structural members of the building structure. There is an advantage in that it can prevent and reduce the time and cost required for the repair of building structures.

따라서, 지진 발생 후 건축 구조물의 기능을 빠른 시간 내에 복원하는 것이 중요하고도 가장 적합한 방법이며, 감쇠 장치의 성능에 기초하여 건축물의 설계를 효과적으로 실현하는 것이 바람직하다. 미국, 일본 등 선진국에서는 이미 감쇠 장치를 이용한 내진 설계가 일반화되어 있으며, 신축 혹은 기존 건축물에 내진 보강 감쇠 장치를 설치하는 방법이 이용되고 있다. Therefore, it is important and most suitable method to restore the function of the building structure in a short time after the earthquake, and it is desirable to effectively realize the design of the building based on the performance of the damping device. In developed countries such as the United States and Japan, seismic design using damping devices is already common, and a method of installing seismic retrofitting damping devices in new or existing buildings is being used.

감쇠 장치는 설치 위치에 따라 건물의 최상층인 옥상에 설치하여 구조물의 감쇠비를 증가시키므로 풍응답 제어에 효과적인 옥상형 감쇠 장치(top floor type damper)와 건물의 층간에 설치하여 층간 변위를 이용하여 지진 응답을 효과적으로 제어할 수 있는 층간 설치형 감쇠 장치(inter-story type damper)로 구분될 수 있다.The damping device is installed on the rooftop of the building according to the installation location to increase the damping ratio of the structure. Therefore, the top floor type damper, which is effective for wind response control, is installed between floors of the building. It can be divided into an inter-story type damper that can effectively control the (inter-story type damper).

층간 설치형 감쇠 장치는 지진에 의한 진동 에너지를 열 에너지로 소산시켜 건축 구조물에 발생하는 동적 응답을 효과적으로 저감하며, 비교적 장치의 설치가 간편하고 소요 비용이 상대적으로 적어 외국의 경우 신축 건축 구조물뿐 아니라 기존 건축 구조물의 내진 성능 향상을 위해서 많이 적용되고 있다. 그 종류를 살펴보면 점탄성 감쇠 장치(viscoelastic damper), 마찰 감쇠 장치(friction damper) 등의 수동형(passive) 감쇠 장치와 제어 성능이 뛰어난 자기 유변 유체(magneto-reological fluid 또는 댐퍼 유체)를 사용한 준능동(Semi-active) 감쇠장치 등이 있다.The interlayer damping device dissipates the vibration energy caused by the earthquake into heat energy, effectively reducing the dynamic response generated in the building structure, and it is relatively easy to install the device and the cost is relatively low. It is widely applied to improve the seismic performance of building structures. The type is semi-active using passive damping devices such as viscoelastic dampers and friction dampers and highly controllable magneto-reological fluids or damper fluids. active damping device.

그러나 이러한 층간 설치형 감쇠 장치는 감쇠 장치의 설계 즉, 요구되는 감쇠 용량, 높이방향 및 평면 상의 설치 위치를 종합적으로 결정하는 설계 방법에 관한 연구가 이루어지지 않아 적용에 어려움이 있다. However, such an interlayer mounted damping device has difficulty in application because it has not been studied on the design of the damping device, that is, a design method for comprehensively determining the required damping capacity, height direction, and mounting position on a plane.

한편, 객관적 보강 성능을 검증할 수 있는 상용 프로그램을 이용하여 감쇠 장치(감쇠 장치)의 성능 검증을 위한 비선형 시간 이력 해석을 수행할 수 있다. 그러나, 상용 프로그램 내에는 감쇠 장치의 최적 설계를 위한 알고리즘이 내장되어 있지 않으며, 상용 프로그램을 이용할 경우 해석 시간이 매우 길어지는 문제가 발생한다. 즉, 상용 프로그램에서는, 비선형 시간 이력 해석과 해석 후 부재력을 산정하는 등 최종 결과를 저장하기까지 많은 시간이 소요된다.Meanwhile, a non-linear time history analysis for performance verification of the damping device (damping device) can be performed using a commercial program that can verify the objective reinforcing performance. However, a commercial program does not have an algorithm for optimal design of the attenuation device, and when using a commercial program, analysis time becomes very long. That is, in a commercial program, it takes a long time to store the final result, such as nonlinear time history analysis and calculating the member force after analysis.

본 발명은 건축 구조물의 내진 성능을 향상시키기 위해 감쇠 장치를 설치하는 경우, 감쇠 장치의 용량 및 높이 및 평면 상의 설치 위치를 결정하는 최적의 설계 방법을 제안한다. The present invention proposes an optimal design method for determining the capacity and height of the damping device and the installation position on the plane when the damping device is installed to improve the seismic performance of the building structure.

즉, 본 발명은 상용 구조 해석 프로그램으로부터 감쇠 장치 설계에 필요한 구조물의 동특성을 추출하고 유전자 알고리즘을 이용하여 설계자가 요구하는 건축 구조물의 내진 성능을 만족하면서 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치를 최소화할 수 있는 설계 방법을 제시한다.That is, the present invention can extract the dynamic characteristics of the structure required for the design of the damping device from the commercial structural analysis program and minimize the capacity and installation position of the damping device while satisfying the seismic performance of the building structure required by the designer using genetic algorithms. Present the design method.

본 발명에 따른 건축물용 감쇠 장치의 설계 방법은 건축 구조물의 설계 변수를 기초로 건축 구조물의 동특성을 추출하는 단계; 건축 구조물의 동특성을 이용하여 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 대한 초기 데이터를 생성하는 단계; 초기 데이터에 따른 감쇠 장치가 설치된 가상 건축 구조물에 대한 시간 이력을 해석하는 단계; 목적 함수를 설정하고 목적 함수에 대한 값을 계산하는 단계; 설정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 기초로 유전자 알고리즘을 수행하는 단계; 및 설정된 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치가 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 탐색할 때까지 유전자 알고리즘을 반복적으로 수행하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of designing a damping device for a building, including extracting dynamic characteristics of a building structure based on design variables of the building structure; Generating initial data on the capacity of the damping device and the installation position of the damping device using the dynamic characteristics of the building structure; Analyzing a time history for the virtual building structure in which the damping device is installed according to the initial data; Setting an objective function and calculating a value for the objective function; Performing a genetic algorithm based on the set capacity of the damping device and the installation position of the damping device; And determining whether the capacity and the installation position of the set damping device satisfy the calculated bottom shear force and inter-floor displacement of the building. And performing the genetic algorithm repeatedly until the capacity of the damping device and the installation position of the damping device that satisfy the calculated bottom shear force and the interlayer displacement of the building are searched for.

여기서, 건축 구조물의 동특성은 상용 구조 해석 프로그램을 이용하여 추출할 수 있으며, 건축물의 목적 함수는 밑면 전단력 및 층간 변위를 포함할 수 있다.Here, the dynamic characteristics of the building structure may be extracted using a commercial structural analysis program, and the objective function of the building may include a bottom shear force and an interlayer displacement.

위와 같은 본 발명에 따른 감쇠 장치의 설계 방법은 상용 구조 해석 프로그램으로부터 감쇠 장치 설계에 필요한 구조물의 동특성을 추출하고 유전자 알고리즘을 이용함으로써 설계자가 요구하는 건축 구조물의 내진 성능을 만족하면서 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치를 최소화할 수 있다. 이 때, 추출된 구조물의 동특성으로부터 간략 모델을 생성하여 해석을 수행하므로 시간 이력 해석에 소요되는 시간을 크게 단축하여 다량의 반복 계산이 필요한 유전자 알고리즘의 적용성을 확보할 수 있다.As described above, the damping device design method according to the present invention extracts the dynamic characteristics of the structure required for the damping device design from a commercial structural analysis program and uses the genetic algorithm to satisfy the seismic performance of the building structure required by the designer, The installation location can be minimized. At this time, since a simple model is generated from the dynamic characteristics of the extracted structure and the analysis is performed, the time required for the time history analysis can be greatly reduced, thereby securing the applicability of the genetic algorithm requiring a large amount of iteration calculation.

도 1은 본 발명에 따른 건축물용 감쇠 장치의 설계 방법을 설명하기 위한 플로우 차트.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따라 실험 건축물에 대한 목적 함수를 갖고 감쇠 장치의 최적 용량을 확정하기 위하여 최적 설계를 진행한 결과를 도시한 그래프.
1 is a flow chart illustrating a design method of a building damping device according to the present invention.
Figures 2a to 2d are graphs showing the results of the optimal design to determine the optimum capacity of the damping device with the objective function for the experimental building in accordance with the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 건축 구조물의 내진 성능에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위에 대한 조건을 설정하고, 설정된 조건을 만족하는 감쇠 장치의 감쇠 용량 및 감쇠 장치의 최적의 설치 위치를 설정하는 것이다. The present invention is to set the conditions for the shear force and floor displacement of the building which has the greatest impact on the seismic performance of the building structure, and to set the attenuation capacity of the damping device and the optimum installation position of the damping device satisfying the set conditions. will be.

이를 위하여 본 발명은 다음과 같은 과정을 통하여 진행된다. To this end, the present invention proceeds through the following process.

도 1은 본 발명에 따른 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치를 결정하는 방법을 설명하는 플로우 챠트이다. 1 is a flow chart illustrating a method of determining the capacity and installation position of a damping device according to the invention.

본 발명에 따른 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치를 결정하는 방법은 크게 ① 건축 구조물의 동특성 추출 단계,② 동특성을 이용한 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치에 대한 초기 데이터 생성 단계, ③ 감쇠 장치가 설치된 구조물의 시간 이력 해석 단계, ④ 목적 함수 (제한 조건) 설정 및 계산 단계, ⑤ 유전자 알고리즘을 이용한 제한 조건을 만족하는 감쇠 장치의 선정 단계, 및 ⑥ 선정된 감쇠 장치의 수렴 여부 판단 단계를 포함한다. The method of determining the capacity and installation position of the damping device according to the present invention is largely determined by ① extracting the dynamic characteristics of the building structure, ② generating initial data on the capacity and installation position of the damping apparatus using the dynamic characteristics, and ③ A time history analysis step, ④ setting and calculating an objective function (limiting condition), ⑤ selecting a damping device that satisfies the constraint using the genetic algorithm, and ⑥ determining whether the selected damping device converges.

위와 같이 본 발명을 구성하는 각 단계를 상세히 설명한다. Each step constituting the present invention as described above will be described in detail.

먼저, 건축 구조물의 모든 설계 변수를 기초로 건축 구조물의 동특성을 추출한다(단계 S100). 건축 구조물의 동특성은 질량, 감쇠, 강성으로서, 이 단계에서는 일반적인 상용 구조 해석 프로그램을 이용하여 건축 구조물의 동특성을 계산, 추출한다.First, the dynamic characteristics of the building structure are extracted based on all design variables of the building structure (step S100). The dynamic characteristics of building structures are mass, damping and stiffness. At this stage, the dynamic characteristics of building structures are calculated and extracted using a general commercial structural analysis program.

이와 같이 추출된 건축 구조물의 동특성을 이용하여 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 대한 초기 데이터를 생성한다(단계 S200). 이후, 감쇠 장치에 대한 초기 데이터에 따라 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 결정하고, 감쇠 장치가 설치된 가상 건축 구조물에 대한 시간 이력을 해석한다 (단계 S300). Initial data on the capacity of the damping device and the installation position of the damping device is generated using the dynamic characteristics of the extracted building structure (step S200). Then, the capacity of the damping device and the installation position of the damping device are determined according to the initial data for the damping device, and the time history for the virtual building structure in which the damping device is installed is analyzed (step S300).

이후, 목적 함수를 설정하고 목적 함수에 대한 값을 계산한다(단계 S400).Thereafter, the objective function is set and a value for the objective function is calculated (step S400).

위에서 설명한 바와 같이, 건축 구조물의 내진 성능에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 요인은 건축 구조물의 밑면 전단력과 층간 변위이다. 단계 S400에서는 단계 S100에서 추출된 건축물의 동특성을 기초로 하여 건축물의 목적 함수, 즉 밑면 전단력 및 층간 변위를 계산한다. As described above, the most influential factors in the seismic performance of building structures are the shear forces and the interlaminar displacement of the building structures. In step S400, the objective function of the building, that is, the bottom shear force and the floor displacement, is calculated based on the dynamic characteristics of the building extracted in step S100.

단계 S300에서 설정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치 그리고 S400 단계에서 계산된 밑면 전단력 및 층간 변위를 기초로 유전자 알고리즘을 수행한다(단계 S500). 즉, 앞서 결정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 시점으로 유전자 알고리즘을 수행한다. The genetic algorithm is performed based on the capacity of the damping device set in step S300, the installation position of the damping device, and the bottom shear force and the interlaminar displacement calculated in step S400 (step S500). That is, the genetic algorithm is performed based on the capacity of the damping device and the installation position of the damping device.

단계 S400에서 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 탐색할 때까지 유전자 알고리즘을 반복적으로 수행한다. The genetic algorithm is repeatedly performed until the capacity of the damping device and the installation position of the damping device that satisfy the bottom shear force and the floor displacement of the building calculated in step S400 are searched for.

즉, 단계 S500에서는 설정된 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치가 단계 S400에서 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는지 여부를 판단하며, 만일 설정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 의하여 단계 S400에서 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위가 얻어지지 못할 경우, 단계 S200 내지 단계 S500를 반복적으로 실행한다. That is, in step S500, it is determined whether the capacity and installation position of the set damping device satisfy the bottom shear force and the floor displacement of the building calculated in step S400. If the bottom shear force and the floor displacement of the building calculated in the step are not obtained, steps S200 to S500 are repeatedly performed.

설정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 의하여 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위가 만족되면, 모든 절차가 종료된다. If the bottom shear force and the interlaminar displacement of the building calculated by the set capacity of the damping device and the installation position of the damping device are satisfied, then all procedures are completed.

유전자 알고리즘 수행 단계(단계 S200 내지 단계 S500)는 목표 기준(계산된 밑면 전단력 및 층간 변위)에 도달할 때까지 계속하여 반복 수행할 수 있다. 반복수행 과정은 새로운 개체 선택(선택된 개체 집단에 대하여 교배 연산자와 돌연변이 연산자를 이용하여 새로운 자손집단을 생성), 선택된 개체 평가(새로 생성된 자손집단(offspring)과 모집단(parent)의 목적 함수값(밑면 전단력 및 층간 변위)을 기반으로 다시 순위를 부여하여 목적 함수값이 작은 개체를 우선적으로 하여 위에서 아래로 정렬한 다음 원래 부모집단이 갖는 개체 수를 제외한 아래의 개체들을 제거), 교배 및 돌연 변이 연산(상위 정렬 순서로 자손 집단 개체를 선택하고 교배 및 돌연변이과정을 거쳐 새로운 집단을 생성) 과정으로 진행된다. Genetic algorithm performing steps (steps S200 to S500) may be repeated repeatedly until the target criterion (calculated bottom shear force and interlayer displacement) is reached. The iterative process involves selecting new individuals (creating new offspring using crossover and mutation operators for selected populations), evaluating selected individuals (object functions of newly created offspring and populations) Bottom shear force and interlaminar displacement) to prioritize objects with small objective function values, sorting them from top to bottom, and then removing the following objects except the number of objects of the original parent population), mating, and mutation It proceeds to the operation (selecting descendant populations in the top sort order, crosses and mutates to create a new population).

이와 같은 반복 수행 과정을 거친 결과 마지막 세대에서의 최적 개체가 해로 선정되어 계산된 밑면 전단력 및 층간 변위에 대한 설계 변수 조합을 획득할 수 있게 된다.As a result of this iterative process, the optimal individual in the last generation is selected as a solution to obtain a combination of design variables for the calculated base shear force and interlaminar displacement.

한편, 단계 S600는 유전자 알고리즘 수행단계를 거쳐 탐색된 최적의 설계 변수 조합이 실제 최적의 설계 조건을 만족시키는지 평가하는 단계이다. 즉, 최적의 밑면 전단력 및 층간 변위에 대하여 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 계산하여 밑면 전단력과 층간 변위가 설계 기준을 만족시키는지 평가하는 것이다. On the other hand, step S600 is a step of evaluating whether the optimal combination of design variables found through the genetic algorithm execution step satisfies the actual optimal design conditions. In other words, the capacity of the damping device and the installation position of the damping device are calculated for the optimum bottom shear force and the interlaminar displacement to evaluate whether the bottom shear force and the interlaminar displacement satisfy the design criteria.

설계 기준을 만족하는 경우의 설계 변수 조합이 곧 최적의 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치가 된다.The combination of design variables when the design criteria are satisfied is the optimum capacity of the damping device and the installation position of the damping device.

다만, 설계 기준을 만족하는 최적의 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 확정하기 위하여 최적화 과정을 수행할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 S600에서, 유전자 알고리즘을 통해 결정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 대하여 밑면 전단력 및 층간 변위를 계산하여 계산된 밑면 전단력 및 층간 변위가 가장 작은 경우의 개체를 추출함과 동시에 추출된 밑면 전단력 및 층간 변위가 설계 기준을 만족시키는지 여부를 판단한다.  However, the optimization process may be performed to determine the optimal capacity of the damping device that satisfies the design criteria and the installation position of the damping device. To this end, in the present invention, in S600, the bottom shear force and the interlaminar displacement calculated by calculating the bottom shear force and the interlaminar displacement with respect to the capacity of the damping device and the installation position of the damping device determined by the genetic algorithm are extracted. At the same time, it is determined whether the extracted bottom shear force and interlaminar displacement satisfy the design criteria.

단계 S500에서 추출된 밑면 전단력 및 층간 변위가 설계 기준을 만족시킨다면 추출된 밑면 전단력 및 층간 변위가 최적의 설계 변수 조합이 되며, 단계 S500에서 추출된 밑면 전단력 및 층간 변위가 설계 기준을 만족시키지 않는다면 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치에 대한 초기 데이터를 재생성하여 반복적으로 유전자 알고리즘을 실행한 후, 단계 S600을 다시 진행한다.
If the bottom shear force and the interlaminar displacement extracted in step S500 satisfy the design criteria, the extracted bottom shear force and the interlaminar displacement become the optimal design variable combination, and if the bottom shear force and interlaminar displacement extracted in step S500 do not meet the design criteria, After regenerating initial data on the capacity and installation location of the device and repeatedly executing the genetic algorithm, step S600 is repeated.

[실시예][Example]

본 실시예는 실험 건축물(층수 3층(층고 3.5미터), 길이 76.5미터, 폭 9.6미터, 총 중량 756.8톤)에 대하여 하기의 목적 함수를 갖고 감쇠 장치의 최적 용량을 확정하기 위하여 최적 설계를 진행하였으며, 그 결과를 도 2a 내지 도 2d의 그래프로 나타내었다. This embodiment has the following objective function for the experimental building (3 floors (3.5 meters high), length 76.5 meters, width 9.6 meters, total weight 756.8 tons) and proceeds to the optimum design to determine the optimum capacity of the damping device. The results are shown in the graphs of FIGS. 2A to 2D.

목적함수 1: 밑면 전단력 최소화Objective function 1: Minimize bottom shear force

목적함수 2: 부재의 유사 탄성 설계(항복강도의 1.5배)에 요구되는 밑면 전단력과 즉시 사용 기준의 층간 변위비를 제한 조건으로 감쇠 장치 용량 최소화Objective 2: Minimize the damping device capacity by limiting the bottom shear force required for the similar elastic design of the member (1.5 times the yield strength) and the interlaminar displacement ratio of the immediate use criteria

목적함수 3: 층간 변위 최소화
Objective Function 3: Minimizing Interlayer Displacement

도 2a의 그래프에서는, 밑면 전단력을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 밑면 전단력(막대 1; 단위 tonf), 감쇠 용량을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 밑면 전단력(막대 2) 그리고 최상층 변위를 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 밑면 전단력(막대 3)을 각각 나타낸다.
In the graph of FIG. 2A, the bottom shear force (bar 1; unit tonf) when the damping device having a damping capacity selected according to the objective function for minimizing the bottom shear force is installed (bar 1; unit tonf), and the objective function for minimizing the damping capacity is selected. The bottom shear force (bar 2) when the damping device with the damped capacity is installed (bar 2) and the bottom shear force (bar 3) when the damping device with the damping capacity selected according to the objective function for minimizing the top floor displacement. Indicates.

도 2b의 그래프에서는, 밑면 전단력을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 최상층 변위(막대 1; 단위 cm), 감쇠 용량을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 최상층 변위 값(막대 2) 그리고 최상층 변위를 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 최상층 변위 값(막대 3)을 각각 나타낸다.
In the graph of FIG. 2B, the top-floor displacement (bar 1; unit cm) when the damping device is installed with the damping capacity selected according to the objective function for minimizing the bottom shear force (bar 1; unit cm), is selected according to the objective function for minimizing the damping capacity. Top displacement value when a damping device with attenuated capacitance is installed (bar 2) and top displacement value when a damping device with damping capacity selected according to the objective function for minimizing top displacement (bar 3) Respectively.

도 2c의 그래프에서는, 밑면 전단력을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 층간 변위비(막대 1), 감쇠 용량을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 층간 변위비(막대 2) 그리고 최상층 변위를 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 용량을 갖는 감쇠 장치가 설치되었을 때의 층간 변위 비(막대 3)를 각각 나타낸다.
In the graph of Fig. 2C, the interlaminar displacement ratio (bar 1) when the damping device having the damping capacity selected according to the objective function for minimizing the bottom shear force (bar 1), the damping selected according to the objective function for minimizing the damping capacity is shown. The interlayer displacement ratio (bar 2) when the damping device with capacity is installed (bar 2) and the interlayer displacement ratio (bar 3) when the damping device with damping capacity selected according to the objective function for minimizing the top-floor displacement, respectively. Indicates.

또한, 도 2d의 그래프에서는, 밑면 전단력을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 장치의 감쇠 총량(막대 1), 감쇠 용량을 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 장치의 감쇠 총량(막대 2) 그리고 최상층 변위를 최소화하기 위한 목적 함수에 따라 선정된 감쇠 장치의 감쇠 총량(막대 3)을 각각 나타낸다. In addition, in the graph of FIG. 2D, the total amount of damping of the damping device selected according to the objective function for minimizing the bottom shear force (bar 1), and the total amount of damping of the damping device selected according to the objective function for minimizing the damping capacity (bar 2 And the total amount of attenuation (bar 3) of the damping device selected according to the objective function for minimizing top-level displacement.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 그래프를 통해 알 수 있듯이 밑면 전단력, 최상층 변위를 최소화하는 목적 함수의 경우 각각의 목적 함수를 최소화하는 댐퍼 용량을 찾을 수는 있으나, 댐퍼 용량이 과대하게 요구된다. 댐퍼 용량에 따라 설치 비용이 증가함을 고려할 때, 목적함수 1 및 3은 구조 설계자에게 필요한 댐퍼 용량의 최적설계 방안으로 사용되기 어렵다. 하지만, 도 2d에 나타난 바와 같이 목적함수 2에 의해 결정된 댐퍼의 용량은 구조 설계의 제한 조건을 만족하면서 댐퍼 용량이 최소화되는 경제적인 설계 결과를 얻을 수 있다. As can be seen from the graphs shown in FIGS. 2A to 2D, in the case of an objective function for minimizing bottom shear force and top-floor displacement, damper capacities for minimizing each objective function can be found, but damper capacities are excessively required. Given that the installation cost increases with damper capacity, objective functions 1 and 3 are difficult to use as the optimal design of damper capacity required for structural designers. However, as shown in FIG. 2D, the damper capacity determined by the objective function 2 satisfies the constraints of the structural design, and economical design results are obtained in which the damper capacity is minimized.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the described embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains will be capable of various substitutions, additions and modifications without departing from the technical spirit described above. It is to be understood that such modified embodiments also fall within the protection scope of the present invention as defined by the appended claims below.

Claims (4)

건축 구조물의 설계 변수를 기초로 건축 구조물의 동특성을 추출하는 단계;
건축 구조물의 동특성을 이용하여 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치에 대한 초기 데이터를 생성하는 단계;
초기 데이터에 따른 감쇠 장치가 설치된 가상 건축 구조물에 대한 시간 이력을 해석하는 단계;
목적 함수를 설정하고 목적 함수에 대한 값을 계산하는 단계;
설정된 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 기초로 유전자 알고리즘을 수행하는 단계; 및
설정된 감쇠 장치의 용량 및 설치 위치가 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자 알고리즘을 이용한 감쇠 장치의 설계 방법.
Extracting dynamic characteristics of the building structure based on the design variables of the building structure;
Generating initial data on the capacity of the damping device and the installation position of the damping device using the dynamic characteristics of the building structure;
Analyzing a time history for the virtual building structure in which the damping device is installed according to the initial data;
Setting an objective function and calculating a value for the objective function;
Performing a genetic algorithm based on the set capacity of the damping device and the installation position of the damping device; And
And determining whether or not the set capacity and installation position of the damping device satisfy the calculated bottom shear force and inter-floor displacement of the building.
제 1 항에 있어서, 계산된 건축물의 밑면 전단력 및 층간 변위를 만족하는 감쇠 장치의 용량 및 감쇠 장치의 설치 위치를 탐색할 때까지 유전자 알고리즘을 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, further comprising repeatedly performing the genetic algorithm until the capacity of the damping device and the installation location of the damping device are searched for satisfying the calculated base shear force and inter-layer displacement of the building. . 제 1 항에 있어서, 건축 구조물의 동특성은 상용 구조 해석 프로그램을 이용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the dynamic characteristics of the building structure are extracted using a commercial structural analysis program. 제 1 항에 있어서, 건축물의 목적 함수는 밑면 전단력 및 층간 변위를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the objective function of the building comprises a bottom shear force and an interlaminar displacement.
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