鋼構造骨組のブレース配置と柱•梁断面の同時最適化

摘要

This paper presents an optimization method of steel frames for minimizing the top displacement under seismic motions, where the thicknesses of columns, beams and braces are simultaneously adopted as design variables. By assigning a small lower bound for the thickness of braces, the locations of braces can also be optimized to find an optimal load path to transmit seismic loads to the supports. Seismic responses are evaluated using the response spectrum approach, and the results are verified using time-history analysis. Numerical examples are presented to demonstrate effectiveness of the proposed method to naturally generate a truss frame through optimization.%一般に，構造設計では，建築物の総合的な目標を踏まえた構造計画の策定からはじまり，構造システムと仮定断面を決定した後，詳細設計を行う。目標に適合した合理的な設計解を求めるためには構造設計者の経験が必要となる。そのため，建築物の構造性能は設計者の能力に委ねられる部分が大きい。近年，計算機の目覚ましい進歩と連動して，複雑な形態を持つ大規模建築物や免制震構造物などの高度な設計経験を要求される建築物が数多く現れてきている。構造設計を行うにあたり，より少ない時間で構造安全性に関して重要な判断が要求される状況となりつつある。構造最適化は，構造物のコストや性能指標を目的関数とし，さまざまな制限を制約条件とした最適化問題を解くことにより，優れた性能を持つ設計解を求める手法である。構造最適化を用いることにより，反復的な作業を計算機で処理し，設計者の業務を効率化できる。また，設計上の重要な判断の根拠の一例として最適化結果を利用できる。近年では，構造最適化を実際の建築•構造設計に適用した事例も報告されている。